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第39卷第7期
化工技术与开发
Vol 39 No. 7
2010年7月
Technology & Development of Chemical Industry
Jul.2010
白炭黑的制备研究进展
谭鑫,钟宏
(中南大学化学化工学院,溯南长沙410083)
摘要:对白炭果的制备方法进行了分类,并对国内外白炭黑的制备最新研究进展进行了综述。
关键词:白炭黑;制备;传统沉淀法;新沉淀法
中图分类号:TQ127.2文献标识码:A文章编号:1671-99056(2010)70-0025-07
白炭黑是白色粉末状X射线无定形硅酸和硅胶法。凝胶法一般有干燥法和气凝胶法。沉淀法通
酸盐产品的总称,主要是指沉淀二氧化硅、气相
常以水玻璃为原料,主要有硫酸法、盐酸法、碳酸
氧化硅、超细二氧化硅凝胶和气凝胶。工业所说的法、CO2法和水热法等。其中,硫酸法和盐酸法较
白炭黑为水合二氧化硅(SiO2nH2O)2其因外观呈白为常用。沉淀法由于工艺简单,生产条件稳定,成
色,在橡胶中有类似于炭黑的补强性能而得名。白本较低,产量大,是目前工业生产中普遍采用的方
炭黑质轻、无毒、无味、不溶于水、一般产品密度法
为0.13g·cm2,耐高温,熔点为1750C?,不溶于
酸和水,但能溶于碱和氢氣酸。白炭黑为多孔性物1传统沉淀法
质,由于nH2O以表面羟基形式存在,易吸水而成
沉淀法主要是采用水玻璃(又称泡花碱,化学式
为聚集体。白炭黑具有粒径小、比表面积大、高分Na2OmnH2O)与无机酸作用,生成水合二氧化硅沉淀
散性、化学稳定性好、耐高温和绝缘性好的特点,后,再经过分解而制得工业成品白炭黑。通过控制
因而广泛应用于橡胶、塑料、涂料、油墨、造纸、反应过程中物料比例、流量及反应时间,经过滤
农医药以及日用化工等诸多领域叫。随着我国经济洗涤和干燥等后处理,可得到不同比表面积、粒径、
的进步与发展,诸多精细化工领域的产业对白炭黑纯度、形态、结构度、孔隙度的制品。沉淀法生产
的需求越来越大,但由于先前我国白炭黑产业发展工艺、技术、设备简单,成本低,是我国目前生产
不够充分,白炭黑的自给率一直很低,主要依赖国白炭黑的主要方法。
外产品的进口,近些年来,国内企业迎头赶上,加11酸法沉淀法
大了自主开发力度,使我国白炭黑产业有了长足进
酸法沉淀法制取白炭黑是一种最传统的制备
步。但是,我们还应看到目前国内白炭黑的发展和方法。其工艺流程就是先配得原材料水玻璃和酸,
应用前景仍十分广阔,还面临国外产品的严峻挑将其静置,然后在一定条件下,将两者混合,制得
战
白炭黑。以硫酸为例,反应如
白炭黑的生产方法可分为物理方法和化学方
法两大类。其中,物理法由于生产的产品性能不佳,
Na20 nsi02 #H2S0]*MH 0=Na2s04+n(Si02).(m+1)H20
故一般不采用。而化学法在传统上可分为干法沉淀
在此法中,酸度、温度、时间、加料速度等沉
法和湿法沉淀法。干法中又常分为气相法和电弧淀条件以及水玻璃的质量对产品的性质都有重要
法。目前,国内外一般都采用气相法制备高性能的影响。目前此技术相当成熟。只是如何才能制取像
纳米白炭黑。湿法一般按其形成可分为沉淀法和凝气相法那样性能优良的白炭黑,是此技术突破的关
作者简介:谭鑫(1986-),男,在读硬土研究生,主要研究方向:精细化工,有机合成,Tel:13548587773
E-mail:hgtanxin(0126.com,湖南省长沙市岳麓区中南大学校本部化学化工学院
收稿日期:2010-02-28
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键。当然也有不少人指出通过控制加酸速度、加入硅酸盐转变成非晶态的二氧化硅,其实仍是沉淀法
胶体保护剂、加酸的量、干燥的温度和时间等条件
[I1~12?]
可以制得纳米级的白炭黑。但经验证明,这些方
该法又称离解法,与传统方法相比又称为新方
法只是制备过程中白炭黑的一次粒子为纳米级,经法。其主要是在硅源方面不再采用传统的水玻璃,
过陈化、洗涤、干燥后,这些一次粒子会团聚长大,而是以非金属矿及其延伸物或其他物质为硅源,其
最后所得的成品却不是纳米级的
技术关键是将结晶的二氧化硅和硅酸盐转变成非
1.2碳酸法
晶态的二氧化硅。根据使用的原料不同可以分为非
近些年来,由于温室效应的影响越来越严重,金属矿物法,禾本科植物法,副产品回收法等。近
人们开始重视对CO2的排放及利用。为了减少无机年来,国内外许多学者已经采用新沉淀法对不同原
酸的消耗以及保护环境,国内外不少科学家开始用料进行了研究,制备了不同档次和不同用途的白炭
CO2代替无机酸与水玻璃进行反应制备了白炭黑。黑
Chattopadhyay?)、 Jianling Zhang?等人率先采用超2.1非金属矿物法
临界CO2与水玻璃溶液相作用制备了白炭黑。其通
常见的矿物质硅源主要有硅灰石、煤矸石、蛋
过控制CO2的压力和反应温度得到了不同形态和性白石、硬质高岭土、高岭土、埃洛石、硅藻土、膨
状的白炭黑。在该方法中,CO2不仅是作为反应试润土、蛇纹石、石英砂、粉煤灰、黄磷矿、海泡石
剂,同时也是产品的修饰剂。
等。把这些矿石经过粉碎后,采用酸浸或碱浸,再
XCai等人叮啊提出采用硅酸钠溶液与加压O2经过调节pH,过滤,干燥等步骤,即可制得符合
制备沉淀法白炭黑的新工艺。其以Na2OSiO29H2O标准的白炭黑。大量实验表明31?,该法生产的白
作为原料,二氧化碳作为沉淀剂,聚乙二醇炭黑一方面成本低,比沉淀法的成本还低,另一方
(PEG6000作为非离子分散剂进行如下反应
面也可以产生仅次于气相法的高效能的纳米白炭
2NAOH. Sio+C0=Na,CO +2si02 4+H2O
黑.
研究了在0.2MPa大气压下,反应温度、时间、
孙玉琢等人?以山东和辽宁的膨润土为原料,
Na2SiO3和聚乙二醇浓度对白炭黑的平均粒径合格加入硫酸溶液,控制温度在75℃左右,放人超声波
转化率的影响,并得出了最佳工艺条件。该工艺原反应器中,经活化、碱溶、老化、干燥后制得白炭
料成本低廉,环境友好,制得的产品纯度高、粒径黑
小、性状好,与传统酸法沉淀法相比,具有众多优
Gui- Mei Gao等人以油页岩灰为原料、PEG
点
为表面活性剂,在超声波浴中水解一浓缩,再经过
国内有不少企业以电石生产中的废弃物-
共沸蒸馏,制得了纳米白炭黑。具体反应如下:
石灰空气(含有大量CO2的混合气体)代替无机酸与
NAOH+$i02 *Na2 Si0] +H20
水玻璃溶液进行酸化反应制得白炭黑的。还有不少
Na2 Si0 +H2 S0,- -Sio2+Na2so+H20
学者利用其他含碳试剂如碳酸氢铵?和尿素?,在
实验结果表明,超声波技术的使用大大减小产
合适条件会分解产生CO2而制备了白炭黑。
品的粒径以及团聚趋势,而共沸蒸馏技术相比普通
碳酸法工艺较简单,易于形成规模,条件与传的干燥也明显限制了团聚,得到了粒径均一、高分
统沉淀法相似,与传统的酸法沉淀法比较,能够有散性的产品,其比表面积可达697m?g'。该法工
效地回收利用副产物,减少了三废的排放,大大降艺简单,操作简便,不仅大大降低了纳米白炭黑的
低了生产成本