CN104395413A - 制备包覆有二氧化硅的碳物种的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制备部分或完全包覆有二氧化硅的碳物种的方法，包括以下步骤：-在水性介质中，使得碳物种与一种或多种阳离子表面活性剂接触，-使用碱性试剂，将悬浮液的反应介质的pH调节为8至10的pH，-将一种或多种碱金属硅酸盐加入到所得到的反应介质中，同时保持反应介质的pH在8和10之间。

Description

制备包覆有二氧化硅的碳物种的方法

技术领域

本发明涉及制备部分或完全包覆有二氧化硅的碳物种的方法。

背景技术

碳物种(特别是炭黑)和二氧化硅是公知的通常用于增强基于二烯弹性体的轮胎组合物的增强填料。

在轮胎，特别是与地面接触的橡胶组合物配方(称为胎面)的制造领域中，通常寻求相互矛盾的性能，如车辆运行、滚动阻力、干和湿抓地力以及磨损之间的最佳可能的折衷方案。

已知炭黑在橡胶复合物中具有很好的增强能力，而二氧化硅本身能够获得改进的滞后性质，即，橡胶组合物的降低的滞后性。因此，需要一种在橡胶组合物中提供二氧化硅的滞后水平和炭黑的增强特性的填料。

这就是某些文献，如公开WO98/13428和EP711805B1公开了用于合成由至少部分包覆有二氧化硅的炭黑组成的新型增强填料的方法的原因。

这里试图提供另一更经济的方法，该方法使得能够更好地控制二氧化硅在炭黑上的沉积。特别是，这里期望提供一种方法，该方法使得能够控制沉积的二氧化硅的量，所述沉积的二氧化硅的量使得能够部分或完全包覆碳物种。

发明内容

申请人公司已经发现，这些目的可以通过使用沉积在碳物种表面上的阳离子表面活性剂来实现，二氧化硅沉积在所述表面活性剂上。

因此，本发明的主题是一种用于制备部分或完全包覆有二氧化硅的炭黑的方法，包括以下步骤：

-在水性介质中，使得碳物种与一种或多种阳离子表面活性剂接触，

-使用碱性试剂，将悬浮液的反应介质的pH调节为8至10的pH，

-将一种或多种碱金属硅酸盐加入到所得到的反应介质中，同时保持反应介质的pH在8和10之间。

附图说明

图1示意性地表示完全包覆有二氧化硅的碳物种。

图2示意性地表示部分包覆有二氧化硅的碳物种。

图3示意性地表示部分包覆有二氧化硅的另一碳物种。

图4和5表示二氧化硅的位能分布曲线、或可包覆有二氧化硅或可不包覆有二氧化硅的多种碳物种的位能分布曲线。

具体实施方式

在本发明的含义内，表述“碳物种”被理解为在其主体中仅包含碳原子不考虑杂质的颗粒物，其被理解为在表面上可有其他原子。

碳物种选自(其并非是穷举的)炭黑、天然和合成石墨、碳纤维、石墨烯、富勒烯、乙炔黑和碳纳米管。

所有常规用于轮胎的炭黑(“轮胎级”炭黑)适合作为炭黑。在这些“轮胎级”炭黑中，更特别地提及100、200或300系列(ASTM级)的增强炭黑，例如N115、N134、N234、N326、N330、N339、N347或N375炭黑，或者，取决于目标应用，更高的500、600或700系列的炭黑，例如N550、N660、N683或N772炭黑(ASTM级)。

一种或多种阳离子表面活性剂通常选自十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基胺、1-戊烷磺酸钠一水合物、ethonium、decamethoxine、十四烷基三甲基溴化铵、癸基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、氢氧化四甲铵、十二烷基溴化吡啶鎓、十六烷基氯化吡啶鎓。

优选地，阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。

阳离子表面活性剂在碳物种的表面的存在使得二氧化硅在该表面上有效沉淀。

在不存在阳离子表面活性剂的情况下，产率(有效的二氧化硅含量/目标二氧化硅含量)小于10％。在存在阳离子表面活性剂的情况下，二氧化硅沉淀并沉积在碳物种上。对于大于或等于0.1分子阳离子表面活性剂/nm²的阳离子表面活性剂的量，产率大于80％。

然而，阳离子表面活性剂的量必须不能太大。事实上，如果引入的阳离子表面活性剂没有被完全吸附在碳物种的表面上，其在介质中形成胶束，并且二氧化硅将围绕这些胶束沉淀并形成共沉淀的二氧化硅。

阳离子表面活性剂的添加量为有利地使得所述碳物种的BET比表面积的阳离子电荷密度为0.05至2阳离子电荷/nm²碳物种。

因此，所述一种或多种阳离子表面活性剂优选以如下的量存在：0.1至1.5，优选0.5至1.5分子表面活性剂/nm²碳物种的BET比表面积。

有利地，在70℃和90℃之间的温度下加热的同时，使得碳物种与一种或多种阳离子表面活性剂接触。

在使得碳物种与一种或多种阳离子表面活性剂接触之后，使用碱性试剂将pH调节为8至10，优选8.5至9.5的pH。通常使用碱金属氢氧化物，例如氢氧化钠来调整pH。

如上所解释的，根据本发明的方法的第三步骤是使得碳物种的悬浮液与碱金属硅酸盐反应以在碳物种的表面上沉积二氧化硅。

反应通常在70℃和90℃之间的温度下加热的同时进行。

碱金属硅酸盐可以是硅酸钠或硅酸钾，优选硅酸钠。

优选地，在与碱金属硅酸盐反应期间，将pH保持在8至10，优选8.5至9.5的某个值。通过加入酸化剂的方式保持pH，所述酸化剂例如硫酸、盐酸、乙酸、乳酸、硼酸、柠檬酸和磷酸。

保持pH使得带负电的二氧化硅能够沉淀并在碳物种的表面上生长，所述碳物种的表面通过阳离子表面活性剂活化并因此是带正电荷的。

为简化的目的，不考虑目标二氧化硅含量，能够定义一个理论厚度，其中假定二氧化硅以均匀层完全包覆碳物种。低于某一理论厚度，则二氧化硅不完全包覆碳物种。在这种情况下，可以认为碳物种被部分包覆。该值不用经过实验确定并取决于所使用的碳物种。

二氧化硅含量取决于具体的表面积，并符合下式：

其中T＝二氧化硅含量，通过式T＝m_SiO2/(m_SiO2+m_c)定义，

其中m_SiO2为二氧化硅的质量，且m_c为碳的质量，

e_theo＝以nm计的理论厚度，

SS＝以nm²/g计的比表面积(X m²/g×10¹⁸)，根据BET法测定，

＝二氧化硅的密度＝2.1×10²¹g/nm³。

举例来说，对于具有140m²/g的BET比表面积的碳物种，相对于总重量(二氧化硅+碳)，沉积在碳物种上的二氧化硅的量通常为3重量％至60重量％，优选5重量％至50重量％。低于3％，则性能对应于炭黑的性能，高于60％，则性能对应于与炭黑一起沉淀的二氧化硅的性能。

所添加的碱金属硅酸盐的量通常取决于在碳物种上沉积的二氧化硅的理论厚度e_theo。

在碳物种上沉积的二氧化硅的厚度优选为0.1至5nm，更优选为0.2至3nm。

作为一般规则，以质量计的沉积在碳物种上的二氧化硅含量(定义为二氧化硅相对于炭黑和二氧化硅的总量的量)与炭黑的BET比表面积之间的比值为0.02至0.36，优选为0.03至0.21，以质量计的沉积在碳物种上的二氧化硅含量以百分数表示，BET以m²/g表示。

在图1中示意地表示根据本发明得到的完全包覆有二氧化硅的碳物种的例子。吸附在碳物种1上的是阳离子表面活性剂2，其形成一薄层。二氧化硅3沉积在阳离子表面活性剂2的层上。阳离子表面活性剂的含量高，使得阳离子表面活性剂完全包覆碳物种。二氧化硅的含量高，使得二氧化硅完全包覆所述阳离子表面活性剂并因此完全包覆碳物种。阳离子表面活性剂在所得到的填料的表面上不可见。

在图2中示意地表示根据本发明得到的部分包覆有二氧化硅的碳物种。吸附在碳物种1上的是阳离子表面活性剂2，其形成一薄层。二氧化硅3部分沉积在阳离子表面活性剂2的层上。阳离子表面活性剂的含量高，使得阳离子表面活性剂完全包覆碳物种。二氧化硅的含量低，使得二氧化硅仅仅部分包覆所述阳离子表面活性剂并因此仅仅部分包覆碳物种。阳离子表面活性剂在所得到的填料的表面上可见。

在图3中示意地表示根据本发明得到的部分包覆有二氧化硅的碳物种。部分吸附在碳物种1上的是阳离子表面活性剂2。二氧化硅3部分沉积在阳离子表面活性剂2上。阳离子表面活性剂的含量低，使得阳离子表面活性剂仅仅部分包覆碳物种。二氧化硅的含量低，使得二氧化硅准确地包覆阳离子表面活性剂。阳离子表面活性剂在所得到的填料的表面上不可见。二氧化硅部分包覆碳物种的表面。

本发明通过如下实施例进行说明。

实施例

所用的测量和测试

BET比表面积：

BET比表面积(称为SS)根据在“美国化学会志”("The Journal ofthe American Chemical Society")，第60卷，第309页，1938年2月中描述的Brunauer-Emmet-Teller法，并对应于标准AFNOR-NF-T 45 007(1987年11月)，以已知的方式确定。

动力学性质

据标准ASTM D 5992-96，在粘度分析仪(Metravib VA4000)上测量动态性质ΔG*和tan(δ)_max。根据标准ASTM D 1349-99，在标准温度条件(23℃)下(或者根据情况在不同的温度下)记录经受在10赫兹频率下简单的交流正弦剪切应力的硫化组合物的样品(厚度为4毫米，横截面积为400平方毫米的柱状试样)的响应。从0.1％至100％(向前循环)，然后从100％至0.1％(返回循环)进行应变振幅扫描。所用的结果为损耗因数tan(δ)。对于返回循环，标明观察到的最大tan(δ)值，用tan(δ)_max表示。

拉伸测试

这些拉伸试验有可能确定弹性应力和断裂性质。除非另有说明，根据法国标准NF T 46-002(1988年9月)进行这些测试。标称割线模量(或表观应力，以MPa计)在100％伸长(表示为MA100)和300％伸长(表示为MA300)下在第二次伸长中(即在为测量本身提供的延伸速率下的适应循环之后)测得。

实验二氧化硅含量的测量

二氧化硅含量根据以下方案测定：

-将500毫克炭黑(m₂)引入预先称过皮重的铂皿(m₁)，

-使用梅克尔灯预煅烧，

-在马弗炉中在800℃下煅烧2小时，

-留在干燥器中冷却，

-再次称量皿(m₃)，

-加入10毫升氢氟酸并用沙浴使其干燥，

-再次称量皿(m₄)，

然后使用下述计算，由此推算以质量计的二氧化硅含量：

$\%{\mathrm{SiO}}_2=\frac{(m_3-m_4)}{m_2}\×100$

位能分布的测量(SED)

位能分布(也称为气体到固体上的吸附能量分布)，给出了关于固体表面的异质性的信息。其通过考虑整个等温线对应于局部等温线的叠加，测量氮或其他气体的吸附等温线测得，每个局部等温线对应于给定的位置类型，其特征在于特性吸附能值ε_site(作为参考，于Carbon40(2002)207–210)中参照A.Schroder等人的工作)。

吸附能与压力通过下述等式相关：

ε＝-RT.ln(P/P₀)

其中P是气体的分压，P₀是气体在测量温度下的饱和蒸气压。P/P₀比被称为相对压力。R是理想气体常数，T是温度。

在异质表面上的总吸附等温线Q(ε)可被写为局部等温线的总和，每个局部等温线对应于给定的位置类型，其特征在于特性吸附能值ε_site。总和被写为：

$\frac{Q\left(\mathrm{\ϵ}\right)}{Q_{\mathrm{mono}}}=\underset{0}{\overset{+\∞}{\∫}}\mathrm{\χ}\left({\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{site}}\right).\mathrm{\θ}({\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{site}},\mathrm{\ϵ}).d{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{site}}$

其中Q(ε)为吸附等温线，θ(ε_site,ε)为局部等温线，并且χ(ε_site)为能量位置分布。

在凝结的情况下：

θ(ε_site，ε)＝1如果ε＜ε_site

θ(ε_site，ε)＝0如果ε＞ε_site

通过使用实验变量为分压，能够写出能计算能量位置分布的等式：

$\mathrm{\χ}\left({\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{site}}\right)=-\frac{P}{\mathrm{RT}}\·\frac{\∂}{\∂P}\left(\frac{Q\left(P\right)}{Q_{\mathrm{mono}}}\right)$

吸附等温线P/P₀使用Micromeritics ASAP 2010装置测定。

为了使测量具有代表性，样品必须相当于表面积15至50m²，亦即，例如对于120m²/g的炭黑，在125毫克和417毫克之间的测试样品。

将样品在脱气站上在200℃调节1小时。由此，通过非常强劲的真空泵，除去在样品的表面上的最大量的水和可能痕量的寄生气体。

接着，由于SED测量然后需要在此刻称重以了解产品的精确质量，通过加入氦气进行回复到大气压力的步骤。

称重后，在测定台在200℃进行脱气30分钟，以消除在称重前引入的氦气。

测量在-273℃下进行，在测量期间将样品浸没在液氮的浴中。

实施例1

根据本发明的方法制备包覆有二氧化硅的炭黑。

按以下顺序，引入(直径70毫米)的250毫升烧杯中的为：

-0.848克十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，

-10克N134炭黑，

-150毫升的水，同时用刮刀搅拌以分散CTAB。

超声处理使用19毫米超声探头进行8分钟，参考630-0208，并在其振幅的100％使用时使用61μm的振幅，组合有增压器(BHN15GC)，其放大振幅1.5倍(即，在其振幅的100％使用时91.5μm)。所用的发生器是Sonics VibraCell VCF1500，1500W，20kHz，这里使用最大振幅的60％。超声处理在冰浴中进行，以防止该悬浮液升温。

将悬浮液导入500毫升三颈烧瓶中，并(通过冲洗烧杯)加入100毫升的水。该圆底烧瓶配备有冷凝器，搅拌的同时将介质加热至80℃。

然后加入足量的1M氢氧化钠以将pH提高至9。

制备含25.6克SiO₂/L的硅酸钠的溶液。为此，将4.27克硅酸钠(以质量计，7.85％Na₂O:26.7％SiO₂)稀释在40.19毫升水中。这种溶液使得能够达到10重量％的沉积的二氧化硅的理论含量(相对于(二氧化硅+碳)重量)，以及0.38nm的理论厚度。

二氧化硅含量如上所解释的通过下式计算：

T＝m_SiO2/(m_SiO2+m_c)

其中m_SiO2是二氧化硅的质量，m_c是碳的质量。

沉积的二氧化硅的理论厚度以如下方式计算：

其中T＝二氧化硅含量，

e_theo＝以nm计的理论厚度，

SS＝以nm²/g计的比表面积(X m²/g×10¹⁸)，

＝二氧化硅的密度＝2.1×10²¹g/nm³。

表面活性剂的量表示为每nm²炭黑的阳离子官能团的数量(表示为官能团+/nm²)，因此它取决于质量和基材的比表面积：

待包覆的表面积S＝炭黑的质量×炭黑的BET(SS)，以nm²计。

CTAB分子的数量＝S×官能团+/nm²，因为在这种情况下仅有一个阳离子官能团。

CTAB的摩尔数＝S×官能团+/nm²/6.02×10²³。

CTAB的质量＝S×官能团+/nm²×MM_ctab/6.02×10²³。

MM_ctab是CTAB的摩尔质量：364.46g/mol。

通过两个蠕动泵，同时加入以下：前体溶液以2毫升/分钟，0.82M硫酸以15毫升/分钟，以通过手动控制使pH恒定为9。

一旦加入完成，在搅拌的同时使得介质在80℃反应30分钟。

反应介质然后被分成2桶等质量的。填料通过离心(Sigma 4K15桶离心机，8000rpm，10分钟，20℃)回收。

然后进行4次洗涤操作。对于每个洗涤操作将上清液除去，填料饼回收并再分散在200毫升的水中，即每桶100毫升，并再离心。在最后的洗涤操作中，上清液达到pH值为7。

得到为8.23重量％的SiO₂含量。

如果考虑为二氧化硅的炭黑的整个表面上沉积为均匀层，则对于为0.38纳米的目标厚度，得到理论厚度ESiO₂＝0.30纳米。

因此，获得接近目标理论厚度的理论二氧化硅厚度。

实施例2

根据实施例1中已经描述的方案，通过改变二氧化硅含量按照表1所示的实验设计进行三个合成。使用的炭黑是N134。

表1

方案

按以下顺序，引入250毫升烧杯中的为：

-0.8476克十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，

-10克的N347，

-150毫升的水，同时用刮刀搅拌以分散CTAB。

使用Ultra-Turrax转子-定子(速度3-4)进行均质化10分钟。

超声处理使用19毫米超声探头进行8分钟，参考630-0208，并在其振幅的100％使用时使用61μm的振幅，组合有增压器(BHN15GC)，其放大振幅1.5倍(即，在其振幅的100％使用时91.5μm)。所用的发生器是Sonics VibraCell VCF1500，1500W，20kHz，这里使用最大振幅的60％。超声处理在冰浴中进行，以防止该悬浮液升温。

将全部悬浮液引入1升三颈烧瓶中。使用恒温浴，在搅拌的同时将介质加热到70℃。

当介质温度稳定时，加入足量的1M氢氧化钠以将pH提高至9。

制备硅酸钠溶液。为此，将硅酸钠Na₂SiO₃根据表1中所示的比例在水中稀释。

通过蠕动泵，以每分钟2毫升(即每小时23.5重量％)的速率将其引入圆底烧瓶中。同时引入0.82M硫酸，以在硅酸盐的加入过程中保持pH为9(蠕动泵调节在8毫升/分钟)。

一旦加入完成，在搅拌的同时使得介质在70℃反应30分钟。

反应介质然后被分成2桶等质量的。填料通过离心(Sigma 4K15桶离心机，8000rpm，10分钟，20℃)回收。

然后进行4次洗涤操作。对于每个洗涤操作，将填料分散在200毫升的水中，即每桶100毫升，并再离心。在最后的洗涤操作中，上清液达到pH值为7。

结果

结果表示于表2中。

表2

*由有效二氧化硅含量计算得到

图4示出各种复合物1、2和3的能量位置分布曲线。图4也示出每nm²基材包覆有1分子的CTAB的N134炭黑复合物的能量位置分布曲线，以及单独的160MP二氧化硅的能量位置分布曲线，以及单独的N134炭黑的能量位置分布曲线。

图4示出了复合物2(1.35nm的二氧化硅)的曲线(b)和复合物3(2.65nm的二氧化硅)的曲线(a)非常接近二氧化硅的曲线(c)。观察到良好的包覆。

复合物1(0.41nm的二氧化硅)的曲线(e)介于二氧化硅的曲线(c)和每nm²包覆有1分子的CTAB的炭黑复合物的曲线(d)之间。因此，炭黑的表面可能不是完全被包覆的，且CTAB是可见的。

实施例3

包覆有二氧化硅的N134炭黑的各种合成根据实施例1和2中描述的方案进行。

实验数据和结果示于表3中。

表3

收率以如下方式定义：

收率＝有效二氧化硅含量/目标二氧化硅含量

因此表3中示出，对于填料1至7二氧化硅的沉积收率良好，并因此已将二氧化硅正确地沉积在炭黑上。

对于填料8时，收率是很低的。这是由于合成过程中不存在CTAB。由此可见存在CTAB的重要性。

实施例4

本实施例旨在展示在用二氧化硅包覆炭黑时CTAB的量的差异。

按照实施例1中描述的方案进行包覆有二氧化硅的炭黑的各种合成(10克N134，二氧化硅的10重量％)，不同之处在于使用1M盐酸代替0.82M硫酸。为了制备硅酸钠溶液，将4.27克硅酸钠稀释在40.19毫升水中。

使用各种量的CTAB进行合成，如表4所示。

表4

(1)为分子数量/nm²

目标为二氧化硅含量10重量％。

结果表示于表5中。

表5

(1)有效二氧化硅含量/目标二氧化硅含量

图5示出源自合成1至7的各种复合物C₁至C₇的能量位置分布曲线。图5也示出每nm²基材包覆有1分子的CTAB的N134炭黑复合物的能量位置分布曲线(曲线C₈)，以及单独的二氧化硅的能量位置分布曲线(C₉)，以及单独的N134炭黑的能量位置分布曲线(C₁₀)。

图5示出了通过合成1获得的复合物的曲线C₁(1CTAB/nm²)非常接近二氧化硅的曲线C₉。

通过合成2得到的复合物的曲线2(0.5CTAB/nm²)接近二氧化硅的曲线C₉，但具有每nm²基材包覆有1分子的CTAB的N134炭黑复合物的曲线C₈的外观。这使得有可能认为，从合成2得到的复合物对应于部分包覆有二氧化硅的炭黑，CTAB的一部分仍然是可见的。

因此，对于含量为0.5和1分子/nm²的CTAB，得到用二氧化硅包覆炭黑的最好结果。

实施例5

本实施例的目的是比较各种橡胶组合物的性能，所述各种橡胶组合物仅仅包含炭黑、或包含炭黑和二氧化硅的混合物、或包含根据本发明的方法得到的包覆有二氧化硅的炭黑作为增强填料(复合物A和C)。

橡胶组合物的配方在表6中给出。所述的量以份/100重量份弹性体(phr)计。

表6

(0)NR：天然橡胶(增塑的，解胶的)

(1)N134炭黑

(2)二氧化硅，“Zeosil 1165MP”(Rhodia)

(3)二苯胍(硫化促进剂)

(4)6-对苯二胺(抗氧化剂)

(5)CBS：N-环己基-2-苯并噻唑基次磺酰胺(来自Flexsys公司的“Santocure CBS”)。

复合物A和C的合成条件和特性在表7中给出。

表7

性能在表8和9中给出。

表8

表9

量在表8中示出，其含义如下给出，示于表8以方便阅读。其更精确的值源自表6和表7。

(1)填料的含量(根据情况为二氧化硅和/或炭黑，或复合物A或C)

(2)在复合物A或C中的以重量计的二氧化硅含量

(3)CTAB的含量

(4)在二氧化硅+炭黑混合物种的以重量计的二氧化硅含量

tanδ_max返回值的减小导致相应组合物的滞后的减小，从而导致使用该组合物的轮胎的滚动阻力的降低。

因此观察到组合物3的滞后好于组合物5的滞后，组合物5的滞后好于组合物2的滞后。

分别对于组合物8、9、11也是如此。

由此可以得出结论，包含根据本发明的方法得到的包覆有二氧化硅的炭黑的组合物的滞后好于包含炭黑+二氧化硅混合物的组合物的滞后，包含炭黑+二氧化硅混合物的组合物的滞后好于仅仅含有炭黑的组合物的滞后。

以同样的方式，组合物2、3和5；组合物8、9和11；组合物2、4和6；组合物8、10和12的比较示出了下述组合物的固化之后的增强性能是等效的：包含根据本发明的方法得到的包覆有二氧化硅的炭黑的组合物，包含炭黑+二氧化硅混合物的组合物，以及仅仅包含炭黑的组合物。

因此，可以得出结论，按照本发明的方法使得有可能获得具有良好的增强-滞后折衷的包含包覆有二氧化硅的炭黑的组合物：这些组合物产生的增强等效于仅仅含有炭黑的组合物产生的增强，而其滞后好于仅仅含有炭黑的组合物，并好于含有炭黑和二氧化硅的混合物的组合物。

Claims (11)

1.用于制备部分或完全包覆有二氧化硅的碳物种的方法，包括以下步骤：

-在水性介质中，使得碳物种与一种或多种阳离子表面活性剂接触，

-使用碱性试剂，将悬浮液的反应介质的pH调节为8至10的pH，

-将一种或多种碱金属硅酸盐加入到所得到的反应介质中，同时保持反应介质的pH在8和10之间。

2.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，在70℃和90℃之间的温度下加热的同时，使得碳物种与一种或多种阳离子表面活性剂接触。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在使得碳物种与一种或多种阳离子表面活性剂接触之后，将反应介质的pH调节为8.5至9.5的pH。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述碳物种选自炭黑、天然和合成石墨、碳纤维、石墨烯、富勒烯、乙炔黑和碳纳米管。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述一种或多种阳离子表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基胺、1-戊烷磺酸钠一水合物、ethonium、decamethoxine、十四烷基三甲基溴化铵、癸基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、氢氧化四甲铵、十二烷基溴化吡啶鎓、十六烷基氯化吡啶鎓。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述一种或多种阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所添加的阳离子表面活性剂的量为使得碳物种的BET比表面积的阳离子电荷密度为0.05至2阳离子电荷/nm²碳物种。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，一种或多种阳离子表面活性剂以0.1至1.5，优选0.5至1.5分子/nm²碳物种的量存在。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在70℃和90℃之间的温度下加热的同时，进行与碱金属硅酸盐的反应。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述碱金属硅酸盐为硅酸钠。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所添加的碱金属硅酸盐的量随着在碳物种上沉积的二氧化硅的理论厚度e_theo而变化，其对应于下述公式：

其中

T表示以质量计的二氧化硅含量T＝m_SiO2/(m_SiO2+m_c)，

其中m_SiO2为二氧化硅的质量，且m_c为碳的质量，

e_theo＝以nm计的理论厚度，

SS＝以nm²/g计的比表面积，