CN101830474A

CN101830474A - 白炭黑的制备方法

Info

Publication number: CN101830474A
Application number: CN 201010173162
Authority: CN
Inventors: 陈云斌; 强林萍; 韩东梅; 王爱艳
Original assignee: JIANYE ORGANIC CHEMICAL CO Ltd JIANDE CITY ZHEJIANG
Current assignee: JIANYE ORGANIC CHEMICAL CO Ltd JIANDE CITY ZHEJIANG
Priority date: 2010-05-17
Filing date: 2010-05-17
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2030-05-17
Also published as: CN101830474B

Abstract

本发明公开了一种白炭黑的制备方法，包括以下步骤：1)在Na₂SiO₃溶液中加入硫酸溶液进行中和，直至终点pH为6～9；然后于30～60℃保温熟化20～120min，得晶种；2)将步骤1)所得的晶种加水稀释；然后升温到60～100℃，在搅拌条件下加入Na₂SiO₃溶液，还同时还加入硫酸溶液进行中和，保证终点PH为6～9；继续加入硫酸溶液搅拌反应，直至终点pH为4～5；再于80～100℃在搅拌条件下老化5～50min，得浆液；3)将浆液冷却后经压滤、洗涤、打浆、喷雾干燥，得白炭黑。采用本发明方法制备的白炭黑具有高比表面积、高吸油率和高消光性的特性。

Description

白炭黑的制备方法

技术领域

本发明涉及一种白炭黑的制备方法，尤其是一种利用晶种法工艺来制备白炭黑的方法。

背景技术

白炭黑又名水合二氧化硅，是一种重要的无机消光剂。气相法和液相法中的沉淀法是传统的白炭黑生产方法，前者因成本高昂使应用领域受限，而后者大都适用于橡胶塑料的补强剂和农药饲料的载体，因比表面积小、孔容小、主含量低，透明度差等原因，用于高档消光剂则无法胜任。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种白炭黑的制备方法，采用本发明方法制备的白炭黑具有高比表面积、高吸油率和高消光性的特性。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种白炭黑的制备方法，包括以下步骤：

1)、将浓度为0.5～1.5mol/L的Na₂SiO₃溶液(水玻璃)加水稀释成Na₂SiO₃的浓度为0.03～0.04mol/L，然后于30～60℃进行预搅拌，接着于30～60℃在搅拌条件下加入浓度为0.05～3mol/L的硫酸溶液进行中和，直至终点PH为6～9；最后于30～60℃保温熟化20～120min，得晶种；

2)、将步骤1)所得的晶种加水稀释，所述晶种与水的体积比为1∶4～6；

升温到60～100℃，在搅拌条件下加入浓度为0.5～1.5mol/L Na₂SiO₃溶液，在加入上述Na₂SiO₃溶液的同时还加入浓度为0.05～3mol/L的硫酸进行中和，保证终点PH为6～9，所述步骤2)中的Na₂SiO₃溶液与步骤1)中Na₂SiO₃溶液(浓度为0.5～1.5mol/L)的体积比为0.5～5∶1；

于60～100℃，继续加入浓度为0.05～3mol/L的硫酸搅拌反应20～120min，直至终点PH为4～5；

再于80～100℃在搅拌条件下老化5～50min，得浆液；

3)、将浆液冷却后经压滤、洗涤、打浆、喷雾干燥，布袋收尘，得白炭黑。

作为本发明的白炭黑的制备方法的改进，步骤3)为：将浆液冷却至40～60℃后采用隔膜压榨压滤机进行压滤；用温度为40～70℃的水进行洗涤，直至洗涤后所产生的洗涤废水中的电导率低于1000μs；于400～600℃进行喷雾干燥。

作为本发明的白炭黑的制备方法的进一步改进，步骤1)和步骤2)中的搅拌转速均为200～300rpm。

在本发明中，步骤2)中的老化的目的是为了使包裹中或未完全反应的泡花碱(Na₂SiO₃)继续中和反应。

本发明的理论基础是：

Na₂SiO₃+H₂SO₄→Na₂SO₄+H₂SiO₃

H₂SiO₃→SiO₂.nH₂O+(1-n)H₂O

本发明与现有制备方法的区别点在于：本发明采用硫酸与水玻璃为原料，第一步结晶，第二步酸碱同时添加中和反应；整个反应过程的步骤1)和步骤2)保持恒速搅拌(除了步骤1)中的保温熟化以外)、恒碱当量控制，一步制作获得晶种；步骤1)在中和反应结束后留有一定的熟化时间，能使粒子聚集增长沉淀，从而使所制备的白炭黑形成很好的粒子结构，孔径分布均匀，具有低堆积比重(＜0.19)，高孔隙率(1.2～1.8cm³/g)，高二氧化硅含量(＞96％)、高比表面积(＞300m²/g)及高吸油率(DBP吸收＞320ml/100g)，而具有高消光性。该白炭黑特别适用于油墨、油漆、涂料、彩喷纸、皮革行业作消光剂用，还可用作食品中的抗结块剂或高档汽车底盘漆中的粘合剂。

将本发明所得的白炭黑和专利96104972.3所得的白炭黑进行性能数据的检测，其结果如下表1所示。

表1

项目	专利(96104972.3)	本发明
项目	专利(96104972.3)	本发明	二氧化硅％≥	94.48	96
颜色		优于，等于标样	二氧化硅％≥	94.48	96
颜色		优于，等于标样	筛余物(45um)％≤		0.5
加热减量％≤	4.28	4～8	筛余物(45um)％≤		0.5
加热减量％≤	4.28	4～8	灼热减量％≤	3.78	2～4
PH	7.2	5～8	灼热减量％≤	3.78	2～4
PH	7.2	5～8	总含铜量mg/kg≤		30
总含錳量mg/kg≤		50	总含铜量mg/kg≤		30
总含錳量mg/kg≤		50	DBP吸收值cm³/g	2.8	3.2～4.0
比表面积m²/g	269	300～350	DBP吸收值cm³/g	2.8	3.2～4.0
比表面积m²/g	269	300～350	总铁含量mg/kg≤	888	200
比重≤	0.1959	0.19	总铁含量mg/kg≤	888	200

本发明的白炭黑的制备方法为一次结晶法，相对于专利(96104972.3)还具有工艺简洁的优点。

具体实施方式

实施例1、一种白炭黑的制备方法，依次进行以下步骤：

1)、将Na₂SiO₃配置成浓度为0.5mol/L的Na₂SiO₃溶液，将硫酸配置成浓度为0.05mol/L的硫酸溶液。

在反应釜I(容量为1升)中，先预加浓度为0.5mol/L的Na₂SiO₃溶液10ml，然后加水稀释到Na₂SiO₃的浓度为0.03mol/L；将温度升到30℃进行预搅拌(目的是使物料充分混合，转速为200～300rpm)。

接着保持上述温度和搅拌速度，加入上述浓度为0.05mol/L的硫酸溶液进行中和30min，直至终点PH为6.5；最后于30℃保温熟化120min，得晶种。

2)、将步骤1)所得的晶种放入反应釜II中，再放入晶种5倍体积的水进行稀释搅拌；然后升温到80℃，在搅拌条件下加入5ml浓度为0.5mol/L的Na₂SiO₃溶液，还同时加入浓度为0.05mol/L的硫酸溶液进行中和120min，直至终点PH为6.5；于80℃，再加入0.05mol/L的硫酸溶液搅拌反应60min，直至终点PH为4；最后升温到95℃于搅拌条件下老化30min，得浆液。

3)、将浆液冷却到60℃，将上述冷却后的浆液用泵打入压滤机(隔膜压榨压滤机)中进行压滤，控制压滤机油缸压紧压力在20MPa；压滤的目的是降低浆液中的含水量。

将压滤后所得的浓缩浆先用水(40℃)进行洗涤，直至洗涤后所产生的洗涤废水中的电导率低于1000μs；然后将洗涤后的浓缩浆放入二级打浆系统进行打浆，目的是为了使浓缩浆更加均匀。最后入干燥塔中于500℃进行喷雾干燥；布袋收尘，得白炭黑。

该白炭黑的比表面积为330m²/g，吸油率DBP为320ml/100g，堆积比重0.1892，孔隙率1.2cm³/g，二氧化硅含量96.2％。

实施例2、一种白炭黑的制备方法，依次进行以下步骤：

1)、将Na₂SiO₃配置成浓度为1.5mol/L的Na₂SiO₃溶液，将硫酸配置成浓度为1mol/L的硫酸溶液。

在反应釜I中，先预加浓度为1.5mol/L的Na₂SiO₃溶液10ml，然后加水稀释到Na₂SiO₃的浓度为0.04mol/L；将温度升到40℃进行预搅拌(转速为200～300rpm)。

接着保持上述温度和搅拌速度，加入上述浓度为1mol/L的硫酸溶液进行中和，直至终点PH为8；最后于50℃保温熟化60min，得晶种。

2)、将步骤1)所得的晶种放入反应釜II中，再放入晶种6倍体积的水进行稀释搅拌；然后升温到60℃，在搅拌条件下加入50ml浓度为1.5mol/L的Na₂SiO₃溶液，还同时加入1mol/L的硫酸溶液进行中和，直至终点PH为8；于60℃，再加入1mol/L的硫酸溶液搅拌反应120min，直至终点PH为5；最后升温到100℃于搅拌条件下老化30min，得浆液。

3)、将浆液冷却到50℃，将上述冷却后的浆液用泵打入压滤机(隔膜压榨压滤机)中进行压滤，控制压滤机油缸压紧压力在20MPa；压滤的目的是降低浆液中的含水量。

将压滤后所得的浓缩浆先用水(60℃)进行洗涤，直至洗涤后所产生的洗涤废水中的电导率低于1000μs；然后将洗涤后的浓缩浆放入二级打浆系统进行打浆；最后入干燥塔中于400℃进行喷雾干燥；布袋收尘，得白炭黑。

白炭黑比表面积为350m²/g，吸油率DBP为345ml/100g，堆积比重0.1828，孔隙率1.8cm³/g，二氧化硅含量96.8％。

实施例3、一种白炭黑的制备方法，依次进行以下步骤：

1)、将Na₂SiO₃配置成浓度为1mol/L的Na₂SiO₃溶液，将硫酸配置成浓度为3mol/L的硫酸溶液。

在反应釜I中，先预加浓度为1mol/L的Na₂SiO₃溶液10ml，然后加水稀释到Na₂SiO₃的浓度为0.03mol/L；将温度升到60℃进行预搅拌(转速为200～300rpm)。

接着保持上述温度和搅拌速度，以滴加的方式加入上述浓度为3mol/L的硫酸溶液进行中和，直至终点PH为9；最后于60℃保温熟化20min，得晶种。

2)、将步骤1)所得的晶种放入反应釜II中，再放入晶种4倍体积的水进行稀释搅拌；然后升温到100℃，在搅拌条件下加入20ml浓度为1mol/L的Na₂SiO₃溶液，还同时滴加3mol/L的硫酸溶液进行中和，直至终点PH为9；于100℃，再滴加3mol/L的硫酸溶液搅拌反应30min，直至终点PH为5；于100℃，在搅拌条件下老化5min，得浆液。

3)、将浆液冷却到40℃，将上述冷却后的浆液用泵打入压滤机(隔膜压榨压滤机)中进行压滤，控制压滤机油缸压紧压力在10MPa；压滤的目的是降低浆液中的含水量。

将压滤后所得的浓缩浆先用水(70℃)进行洗涤，直至洗涤后所产生的洗涤废水中的电导率低于1000μs；然后将洗涤后的浓缩浆放入二级打浆系统进行打浆。

最后入干燥塔中于600℃进行喷雾干燥；布袋收尘，得白炭黑。

白炭黑比表面积为340m²/g，吸油率DBP为338ml/100g，堆积比重0.1858，孔隙率1.5cm³/g，二氧化硅含量96.5％。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种白炭黑的制备方法，其特征是包括以下步骤：

1)、将浓度为0.5～1.5mol/L的Na₂SiO₃溶液加水稀释成Na₂SiO₃的浓度为0.03～0.04mol/L，然后于30～60℃进行预搅拌，接着于30～60℃在搅拌条件下加入浓度为0.05～3mol/L的硫酸溶液进行中和，直至终点PH为6～9；最后于30～60℃保温熟化20～120min，得晶种；

升温到60～100℃，在搅拌条件下加入浓度为0.5～1.5mol/L Na₂SiO₃溶液，在加入上述Na₂SiO₃溶液的同时还加入浓度为0.05～3mol/L的硫酸进行中和，保证终点PH为6～9，所述步骤2)中的Na₂SiO₃溶液与步骤1)中Na₂SiO₃溶液的体积比为0.5～5∶1；

再于80～100℃在搅拌条件下老化5～50min，得浆液；

3)、将浆液冷却后经压滤、洗涤、打浆、喷雾干燥，得白炭黑。

2.根据权利要求1所述的白炭黑的制备方法，其特征是：所述步骤3)为：将浆液冷却至40～60℃后采用隔膜压榨压滤机进行压滤；用温度为40～70℃的水进行洗涤，直至洗涤后所产生的洗涤废水中的电导率低于1000μs；于400～600℃进行喷雾干燥。

3.根据权利要求1或2所述的白炭黑的制备方法，其特征是：所述步骤1)和步骤2)中的搅拌转速均为200～300rpm。