白炭黑的制備技術(shù)研究進(jìn)展

/白炭黑的制備技術(shù)討論進(jìn)展（白炭黑）為無(wú)定形水合二氧化硅，化學(xué)構(gòu)成為mSiO2nH2O，其討論起源于德國(guó)，最初以硅砂為原材料，采納沉淀法制備。由于白炭黑具有比表面積大、多孔、耐高溫、電絕緣性強(qiáng)、良好的補(bǔ)強(qiáng)作用以及不燃燒等特性，用于替代炭黑補(bǔ)強(qiáng)橡膠制品，能得到與炭黑同樣的補(bǔ)強(qiáng)效果，又因其外觀為白色，因此被成為“白炭黑”。其在涂料、塑料、醫(yī)學(xué)、生物、造紙、橡膠、農(nóng)業(yè)、化工、國(guó)防及機(jī)械等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。１氣相法氣相法白炭黑又稱煙化二氧化硅或氣相二氧化硅，它是在1200～1800℃的高溫條件下，利用氫、氧燃燒生成的水水解四氯硅烷（SiCl4）、甲基三氯硅烷（CH3SiCl3）等硅烷的鹵化物而合成的比表面積達(dá)到50～400m2/g、原生粒子粒徑為5～50nm的一種無(wú)定形二氧化硅。王鈞等人以粉煤灰、濃硫酸、氟化鈣為原材料，通過(guò)加熱反應(yīng)，生成并逸出四氟化硅氣體和水蒸氣，２種物料在氣體中發(fā)生水解反應(yīng)，得到氣相白炭黑，該產(chǎn)品經(jīng)分析具有二次結(jié)構(gòu)、為無(wú)定形二氧化硅。２液相法（沉淀法）液相法（沉淀法）白炭黑的討論始于20世紀(jì)30時(shí)代，通常是指以硫酸、鹽酸或硝酸、CO2、含硅物料為基本原材料，在水溶液中通過(guò)溶解、沉淀、過(guò)濾、洗滌、干燥、煅燒等過(guò)程生產(chǎn)白炭黑的生產(chǎn)工藝。2.1以水玻璃（硅酸鈉）為原材料該工藝的基本原理為水玻璃（硅酸鈉）溶液與強(qiáng)酸如硫酸、鹽酸或硝酸溶液，在分散劑和表面活性劑存在的條件下，混合物料經(jīng)沉淀反應(yīng)，然后過(guò)濾、洗滌、干燥和煅燒而得到沉淀法白炭黑產(chǎn)品。王志成等人采納鹽酸溶液處理預(yù)先加水稀釋至肯定濃度的水玻璃溶液，在保護(hù)劑存在的條件下逐滴滴加鹽酸溶液，使之與硅酸鈉發(fā)生沉淀反應(yīng)，形成白色懸浮液，混合物料經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥得到沉淀法白炭黑產(chǎn)品。許鶯等在表面活性劑和分散劑存在的條件下，采納鹽酸溶液浸取模數(shù)3.2～3.5水玻璃，制備得到了粒徑為15～20nm的納米級(jí)白炭黑產(chǎn)品。崔益順等人以硅酸鈉和硫酸溶液為原材料，室溫制備沉淀白炭黑，再采納添加三甲基氯硅烷（TMCS）改性劑對(duì)其表面改性，更改其親水性，得到疏水性良好的白炭黑產(chǎn)品，其親油化度達(dá)到30%以上。崔益順等人以水玻璃和硫酸溶液為原材料，討論了反應(yīng)溫度等因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，通過(guò)反應(yīng)條件的優(yōu)化組合，可得到不同比表面積的系列產(chǎn)品。張慶軍等人在7～8B的稀水玻璃溶液中加入NaCl和正丁醇后，通過(guò)滴加硫酸完成反應(yīng)，得到絮狀沉淀產(chǎn)品。經(jīng)分析，白炭黑產(chǎn)品為粒徑在約35nm的球形無(wú)定形非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，其原子平均距離0.726nm，表觀活化能35.566kJ/mol。2.2以非金屬礦為原材料陳紅等人采納氫氧化鈉溶液浸出蛇紋石原材料,得到硅酸鈉溶液后,在攪拌條件下加入氯化鈉溶液,并用鹽酸調(diào)整體系pH值至生成二氧化硅沉淀,經(jīng)分別?洗滌?干燥得到白炭黑產(chǎn)品?李勇等人采納氫氧化鈉離解油頁(yè)巖灰原材料,分別硅?鋁,然后用鹽酸酸化,使硅酸鈉變化生成硅酸沉淀,得到白炭黑產(chǎn)品?劉欣梅等人采納鹽酸溶液浸出煤系高嶺土,分別硅?鋁,并通過(guò)煅燒除去揮發(fā)性物質(zhì),制得的白炭黑比表面積可達(dá)529.6m2/g,w（SiO2）=96.2%?唐風(fēng)翔等將w（Al2O3）=22.4%,w（SiO2）=68.0%的高嶺土經(jīng)700℃靜態(tài)煅燒后,再采納質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的鹽酸溶液浸取,物料經(jīng)過(guò)濾?洗滌,干燥得無(wú)定形白炭黑,產(chǎn)品w（SiO2）=80%?孫育成以膨潤(rùn)土和硫酸溶液為原材料,加入活化劑,經(jīng)3次浸出,制得w（SiO2）=91%～95%的白炭黑產(chǎn)品?鄔洪源等以膨潤(rùn)土為原材料,經(jīng)850℃灼燒120min后采納濃硫酸酸溶,過(guò)濾,洗滌,再加氫氧化鈉溶液溶解制得白炭黑產(chǎn)品?張秀英和侯太鵬等以w（SiO2）=58%～62%?w（Al2O3）=14%～17%的膨潤(rùn)土為原材料,采納質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的硫酸作活化溶解,再經(jīng)氫氧化鈉堿溶使生成水玻璃轉(zhuǎn)換得到白炭黑產(chǎn)品,產(chǎn)品產(chǎn)率26%,w（SiO2）=90.21%,吸油值2.2mL/g?李珍等以硅灰石為原材料,采納質(zhì)量分?jǐn)?shù)36%～38%的鹽酸酸浸,制得白度約87%,粒徑10m的白炭黑產(chǎn)品?劉志芳等以硅灰石為原材料,采納混合酸酸浸得到w（SiO2）=99.27%?粒徑100nm?具有高比表面積（265m2/g）和高孔隙率的高質(zhì)量白炭黑產(chǎn)品?崔天順等直接用NaOH溶液于約100℃處理w（SiO2）=86%的硅藻土,得到水玻璃溶液后酸解制得w（SiO2）=91.31%?w（Fe2O3）=0.03%白炭黑產(chǎn)品?陳種菊等采納燒堿溶液與預(yù)處理后的硅藻土反應(yīng),得到了一次粒徑約50nm?二次粒徑約0.2m?w（SiO2）=98.1%～99%的球形白炭黑產(chǎn)品,其DBP吸油值為1.16～3.06cm3/g,BET達(dá)到220～895m2/g?胡艷海等報(bào)道將粉碎至74m的蛋白石于75O℃煅燒處理2h后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%HCl（保持液固比在3∶1）加熱回流浸取2h,過(guò)濾分別,洗滌,干燥,可得到w（SiO2）=96%?w（Fe2O3）=0.06%,吸油值DBP2.45cm3/g,比表面積280m2/g的白炭黑產(chǎn)品?2.3以工業(yè)副產(chǎn)物為原材料王公平以w（SiO2）=51.1%粉煤灰與氫氧化鈉經(jīng)550℃灼燒,再用鹽酸溶液酸浸,制備得到w（SiO2）=91.7%的白炭黑產(chǎn)品?胡將軍等將純堿與w（SiO2）=44.14%的粉煤灰充分混合后,于900～950℃的高溫下煅燒,冷卻后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的HC1溶解,濾液經(jīng)加NaC1沉析,可制得w（SiO2）=95.2%,產(chǎn)率30.5%的白炭黑產(chǎn)品?余海榮以w（Al2O3）=34.62%?w（SiO2）=45.15%的粉煤灰為原材料,采納石灰高溫?zé)Y(jié)?鹽酸浸出,可同時(shí)制取鋁鐵復(fù)合水處理混凝劑和白炭黑制品?馮臻等以煤矸石為原材料,經(jīng)焙燒去除有機(jī)物,然后采納硫酸或鹽酸浸提分別除去鋁?鐵?鈣?鎂等化合物后得到白炭黑產(chǎn)品?李多松等采納煤矸石（重要成分是SiO2和Al2O3）,經(jīng)酸溶,濾液制備聚合氯化鋁,濾渣經(jīng)堿浸（與NaOH反應(yīng)）生成硅酸鈉,過(guò)濾,濾液采納無(wú)機(jī)酸酸化可制得白炭黑產(chǎn)品?劉曉萍等采納質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%～30%碳酸氫銨溶液與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為24.3%的氟硅酸反應(yīng),生成二氧化硅沉淀和氟化銨溶液,體系經(jīng)過(guò)濾,濾餅經(jīng)硫酸酸化?陳化?干燥得白炭黑產(chǎn)品?李遠(yuǎn)志等將產(chǎn)自磷肥企業(yè)的四氟化硅氣體于常溫下通入乙醇水溶液中,經(jīng)陳化,過(guò)濾,干燥得到粒徑為10～30nm?比表面積380.0m2/g的白炭黑產(chǎn)品?王文新等采納氨水與氟硅酸鈉于40～60℃反應(yīng),掌控反應(yīng)盡頭pH=7.5～8.5,經(jīng)陳化干燥,得到w（SiO2）=94.21%的白炭黑產(chǎn)品?沙兆林等報(bào)道,采納體積比1∶3的鹽酸溶液于80℃浸取質(zhì)量分?jǐn)?shù)46.6%CaO?質(zhì)量分2.8%MgO?質(zhì)量分?jǐn)?shù)40.7%SiO2的堿性高爐渣,反應(yīng)盡頭掌控pH=3,經(jīng)75℃陳化,干燥,可得SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為93.75%的白炭黑產(chǎn)品?陳文利等利用晶種法制白炭黑的工藝條件,用含堿廢液和鋯硅渣,在最佳工藝條件下,制得w（SiO2）=91.3%的白炭黑產(chǎn)品?潘群雄等以將鋯硅渣為原材料,經(jīng)150℃下脫水?超聲碎裂活化后,于4～5倍的水及分散劑NH4Cl存在的條件下溶解?分別得到硅溶膠,再用NaOH溶液調(diào)pH=9,經(jīng)分別,洗滌,煅燒,可得w（SiO2）=94.16%?平均粒徑52.8nm?比表面積517cm2/g的白炭黑產(chǎn)品?金鵬等報(bào)道,采納工業(yè)鹽酸和NH4F溶液，對(duì)含w（SiO2）=58.12%的酸浸鋰渣進(jìn)行一段和二段浸出,在采納氨水中和二段浸取液,以從二段浸取液沉淀出硅酸,沉淀經(jīng)過(guò)濾?洗滌?干燥即得w（SiO2）=97.60%的白炭黑產(chǎn)品?2.4以農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物稻殼為原材料稻殼是大米加工過(guò)程中產(chǎn)生的粉狀副產(chǎn)物,約占稻谷質(zhì)量的20%?稻殼中含有大量的無(wú)定形水合二氧化硅,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到15%～20%的,可作為白炭黑生產(chǎn)的原材料?阮長(zhǎng)青等將經(jīng)水洗并于105℃下干燥后的稻殼,在600℃溫度下隔絕空氣灼燒10h后,冷卻至室溫,然后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%的NaOH溶液并通入蒸汽加熱處理5—6ｈ，過(guò)濾，濾液加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0%硫酸鈉和質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%苯甲醇助劑并于75℃條件下加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%硫酸酸化至盡頭pH=2.5～3.0,然后熟化15h,過(guò)濾?洗滌,干燥,600℃煅燒即可得到w（SiO2）=92.40%的白炭黑產(chǎn)品?劉厚凡等人采納肯定濃度的鹽酸溶液蒸煮稻殼原材料4h,去除原材料中的堿性物質(zhì)后,經(jīng)過(guò)濾,洗滌,干燥,于550℃煅燒3h,得白炭黑產(chǎn)品?王衛(wèi)星等報(bào)道,采納質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的HC1溶液于100℃浸取稻殼2h,然后經(jīng)水洗?干燥,并于700℃下煅燒2