1.本发明属于生物质能利用领域，具体涉及一种白炭黑硅羟基的测定方法。
背景技术：
2.白炭黑又称水合二氧化硅，是一种白色无定形颗粒或粉末状物质，化学性质稳定、无毒无害、耐高温、不可燃，具有极佳的电绝缘性、稳定性、补强性、增稠性而被广泛用于橡胶、轮胎、涂料、牙膏、医药、造纸等工业领域。从微观角度看，白炭黑主要由硅氧四面体聚合而成的多孔性无定形粒子组成，其表面和孔隙内部含有较多的硅羟基(si-oh)，会极大影响白炭黑在应用过程中的吸水、吸油、分散等性质，在某些应用中需要对其含量进行准确测量，是白炭黑生产应用过程的重要指标。
3.传统白炭黑硅羟基的测试方法主要有气相色谱法、化学滴定法、红外法、热重法和同位素置换法。气相色谱法是利用格氏试剂(ch3mgi)与硅羟基中的活性氢反应生成甲烷，然后通过测量甲烷生成量进而确定硅羟基数量，该方法存在操作流程复杂，重复性差等不足。化学滴定法主要利用白炭黑的硅羟基表现为路易斯酸性特点，通过氢氧化钠对硅羟基进行滴定，由于不能保证全部硅羟基参与反应且滴定终点较难判断，人为影响因素大，测量精度具有很大限制。红外法是通过利用硅羟基的伸缩、弯曲振动吸收红外光的原理测量硅羟基含量，由于光谱干扰因素较多，多用于定性或半定量分析。热重法是利用在程序升温处理下，硅羟基会发生缩合脱水反应，通过测量白炭黑的质量损失从而获得硅羟基含量，但由于白炭黑一般存在物理吸附水，对测量结果存在较大干扰，导致该方法目前存在一定争议。同位素交换法是利用氢的同位素对硅羟基的氢元素进行置换，从而实现硅羟基含量的准确测定，该方法存在反应条件苛刻、耗时长、所用试剂价格昂贵等缺点使其实际应用较少。
4.综上所述，传统的硅羟基含量测定方法或多或少存在一些不足，开发一种更高效、简便、准确的白炭黑硅羟基含量测定方法乃当务之亟。
技术实现要素：
5.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种白炭黑硅羟基的测定方法。
6.该方法利用白炭黑的硅羟基是一种路易斯酸，可以化学吸附氨，通过测量白炭黑的化学吸附氨含量进而获得硅羟基含量，具有操作简单、重复性好、结果准确等优点。
7.为了实现上述目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：一种白炭黑硅羟基的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.步骤一、称取一定质量的白炭黑并将其平铺在坩埚中，记录样品质量m0；
9.步骤二、将坩埚置于可以进行程序升温控制的气氛炉中，在设定温度下采用氮气吹扫白炭黑一定时间，称量白炭黑质量m1；
10.步骤三、将气氛炉的吹扫气由氮气切换为氨气，于一定条件下对白炭黑进行氨吸附处置；
11.步骤四、重新将气氛炉气氛切回氮气，在设定条件下对白炭黑物理吸附氨进行脱
附处置；
12.步骤五、取出样品坩埚并称重，记录质量m2，按公式计算获得白炭黑硅羟基含量。
13.优选的，前述的一种白炭黑硅羟基的测定方法所述步骤二中，所述气氛炉为热重分析炉或者程序控温管式炉。
14.优选的，前述的一种白炭黑硅羟基的测定方法步骤一，所述一定质量根据所选气氛炉确定，当采用热重分析炉进行分析，质量取为10～15mg；当采用程序控温管式炉时，质量取为1～3g。
15.优选的，前述的一种白炭黑硅羟基的测定方法步骤二，所述设定温度满足 105～200℃，氮气吹扫流量为50～100ml/min，所述一定时间为30～60min。
16.优选的，前述的一种白炭黑硅羟基的测定方法步骤三，所述一定条件是指吸附温度为20～40℃，氨气流量为50～100ml/min，吸附时间为1～4h。
17.优选的，前述的一种白炭黑硅羟基的测定方法步骤四，所述设定条件是指脱附温度为105～150℃，脱附时间为30～60min。
18.优选的，前述的一种白炭黑硅羟基的测定方法步骤五，所述含量可以为硅羟基质量百分比含量或者硅羟基数目，计算公式分别如下所示：
[0019][0020][0021]
式中，为硅羟基的质量分数，ρ
oh
为硅羟基数目，na为阿伏伽德罗常数，s 为白炭黑比表面积，m
oh
为羟基的摩尔质量。
[0022]
本发明的有益效果为：
[0023]
1、本方法采用的热重分析炉、程序控温管式炉均为实验室常见设备，氮气和氨气亦为常规气体，获取容易，操作简单。
[0024]
2、本发明通过程序控温条件下测量白炭黑的化学吸附氨，克服了传统热重法测量硅羟基时物理吸附水的影响，且测量过程不会对白炭黑造成破坏，相比化学滴定法、气相色谱法等其它方法，无需使用化学试剂，操作流程短，测量结果准确性高，外界干扰因素小，稳定性好。
具体实施方式
[0025]
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0026]
本实施例以自制的稻壳控温燃烧制备的白炭黑为原料，通过本方法对制取的白炭黑硅羟基含量进行测定，并以传统的化学滴定法(具体操作方法参照《气相二氧化硅表面羟基含量测试方法》t/fsi 049-2020)进行测量作为对比。
[0027]
实施例1
[0028]
一种白炭黑硅羟基的测定方法，包括以下步骤：
[0029]
步骤一、称取3g的白炭黑并将其平铺在坩埚中；
[0030]
步骤二、将坩埚放置于程序升温管式炉中，接好载气，检查装置气密性，打开氮气
吹扫，控制气体流量为50ml/min，以10℃/min的升温速率将管式炉升温至200℃，保持2h，然后在氮气吹扫条件下将炉温降至常温，取出坩埚称重，记录总质量m1；
[0031]
步骤三、将坩埚放回炉内，在室温下以50ml/min的氨气流量对白炭黑进行持续吹扫，保持2h，中间可多次取出样品进行称重，直至质量不再增加，以确保氨气充分吸附；
[0032]
步骤四、将载气切回氮气，以10℃/min的升温速率将管式炉升温至150℃，保持1h，继续在氮气吹扫下将炉温降至常温；
[0033]
步骤五、取出样品坩埚并称重，记录质量m2，按下述公式1计算获得白炭黑硅羟基含量。
[0034][0035]
经以上步骤操作，测得所制备的白炭黑硅羟基含量为3.43％，通过团体标准 t/fsi 049-2020测得的硅羟基含量为3.45％。
[0036]
实施例2
[0037]
一种白炭黑硅羟基的测定方法，包括以下步骤：
[0038]
步骤一、称取2g的白炭黑并将其平铺在坩埚中；
[0039]
步骤二、将坩埚放置于程序升温管式炉中，接好载气，检查装置气密性，打开氮气吹扫，控制气体流量为80ml/min，以10℃/min的升温速率将管式炉升温至180℃，保持1.5h，然后在氮气吹扫条件下将炉温降至常温，取出坩埚称重，记录总质量m1；
[0040]
步骤三、将坩埚放回炉内，在室温下以80ml/min的氨气流量对白炭黑进行持续吹扫，保持3h，中间可多次取出样品进行称重，直至质量不再增加，以确保氨气充分吸附；
[0041]
步骤四、将载气切回氮气，以10℃/min的升温速率将管式炉升温至120℃，保持1h，继续在氮气吹扫下将炉温降至常温；
[0042]
步骤五、取出样品坩埚并称重，记录质量m2，按下述公式1计算获得白炭黑硅羟基含量。
[0043][0044]
经以上步骤操作，测得所制备的白炭黑硅羟基含量为3.46％，通过团体标准 t/fsi 049-2020测得的硅羟基含量为3.45％。
[0045]
实施例3
[0046]
一种白炭黑硅羟基的测定方法，包括以下步骤：
[0047]
不同于实施例1和2，此实施例采用热重分析仪进行硅羟基含量测试，由于热重分析仪可以实时记录样品的质量变化，无需反复取出样品进行称重，因此本方法实施步骤可以简化为：设置热重分析仪升温程序，首先在50ml/min的氮气吹扫下，以10℃/min的升温速率将炉温从室温升温至150℃，保持1.5h；继续在氮气吹扫下将炉温降至室温，切换载气为氨气，设置氨气流量为100ml/min，保持2h；再次切回氮气，以10℃/min的升温速率将炉温升至120℃，保持1h。程序设置完毕，称取10mg的白炭黑并将其平铺在热重坩埚中并将其放入热重分析炉内，按设定的程序进行测量，测量完毕，读取白炭黑氨气吸附前质量m1和氨气吸附后质量m2，按下述公式1计算获得白炭黑硅羟基含量。
[0048][0049]
经以上步骤操作，测得所制备的白炭黑硅羟基含量为3.44％，通过团体标准 t/fsi 049-2020测得的硅羟基含量为3.45％。
[0050]
实施例4
[0051]
一种白炭黑硅羟基的测定方法，包括以下步骤：
[0052]
具体实施步骤同实施例3，不同之处在于：在60ml/min的氮气吹扫下，以 10℃/min的升温速率将炉温从室温升温至120℃，保持2h；继续在氮气吹扫下将炉温降至室温，切换载气为氨气，设置氨气流量为80ml/min，保持3h；再次切回氮气，以10℃/min的升温速率将炉温升至120℃，保持1h。执行上述热重程序测量完毕，读取白炭黑氨气吸附前质量m1和氨气吸附后质量m2，按下述公
[0053]
式1和2计算获得白炭黑硅羟基数目。
[0054][0055][0056]
经以上步骤操作，测得所制备的白炭黑硅羟基数目为6.2oh/nm2，通过团体标准t/fsi 049-2020测得的硅羟基数目为6.1oh/nm2。