CN106629754A - 一种高吸油微珠状白炭黑的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高吸油微珠状白炭黑的制备方法，采用硅酸钠与浓硫酸反应，经压滤、洗涤、制浆、压力喷雾干燥后得到用于吸附载体的白炭黑；具体操作步骤是先精制硅酸钠溶液；而后用凝胶溶胶法进行合成反应，反应过程控制pH值在10～11以降低白炭黑微孔比例和提高介孔与大孔的比例，反应结束后经两次陈化再移至中间槽；进而进行反应浆料的固、液分离及洗涤；随后滤饼制浆；再把浆料采用压力喷雾干燥以获得粉尘少、流动性和分散性良好的三维网状结构的微珠状白炭黑，最后经流化床二次烘干合格后进入微珠产品料仓包装、入库。本发明解决了现有白炭黑作为吸附载体应用于饲料、医药、化妆品中存在的吸油值低、流动性差、缓释效果不佳的问题。

Description

一种高吸油微珠状白炭黑的制备方法
技术领域
本发明涉及无机功能材料白炭黑的制造方法，具体涉及一种高吸油微珠状白炭黑的制备方法。
背景技术
白炭黑是一种应用广泛的无机功能材料。它作为填充剂，应用于轮胎、橡胶等领域；作为消光剂，应用于涂料油墨等领域；而作为吸附载体，应用于饲料、农药、化妆品等领域。沉淀法白炭黑生产工艺以硅酸钠、浓硫酸为原料，经凝胶溶胶反应、压滤、制浆、压力喷雾干燥等工序后制得。目前的白炭黑产品由于普遍存在吸油值低、流动性差、缓释效果不佳的问题，作为吸附载体在饲料、化妆品、医药中的应用存在明显缺陷。因此研发一种高吸油缓释型微珠状白炭黑势在必行。
发明内容
本发明目的是提供一种高吸油微珠状白炭黑的制备方法，解决现有白炭黑作为吸附载体应用于饲料、化妆品、医药中时存在吸油值低、流动性差、缓释效果不佳的问题。
为实现以上目的，本发明一种高吸油微珠状白炭黑的制备方法采用硅酸钠与浓硫酸进行反应，经压滤、洗涤、制浆、压力喷雾干燥后得到用于吸附载体的凝胶溶胶法白炭黑；具体操作步骤如下：
第一步、精制硅酸钠溶液：将模数在3.40～3.50的固体水玻璃与50～60 oC水按质量比1:3的比例进行配置，加入静压釜中，通入蒸汽，在0.5～0.8 MPa压力下溶解，保压3～4 h后出料至储槽沉淀，取上部清液配制成质量比浓度为20%～30%的水玻璃溶液，经板框过滤合格后备用；
第二步、凝胶溶胶法白炭黑的合成反应：将水、精制好的硅酸钠溶液和浓硫酸按体积比100：（60～75）：（4～6）备好料，预先加入水和一部分精制好的硅酸钠溶液于反应釜中，设定反应搅拌频率并升温至80～90 oC后，再同时加入硅酸钠溶液和浓硫酸进行合成反应，为了降低白炭黑微孔比例以提高介孔和大孔的比例，将反应过程的pH值控制在10～11，反应结束后陈化10～15 min，然后加浓硫酸调节pH值至4.5～5.0，为了形成发达的支链结构以提高粒子的吸附能力，需继续陈化30～60 min再移至中间槽；
第三步、反应浆料的固、液分离及洗涤：陈化后的稀浆料采用隔膜式压滤机进行固液分离，形成滤饼后用水洗涤至硫酸盐含量≤1.5 %；
第四步、滤饼制浆：滤饼输送至制浆系统中，经高速剪切搅拌形成浓浆液，浆料质量比浓度18～25 %，为压力喷雾干燥提供均匀的浆料；
第五步、压力喷雾干燥及产品收集：为了获得粉尘少、流动性和分散性好的三维网状结构的微珠状白炭黑产品，浆料需采用压力喷雾干燥，再经流化床二次烘干合格后进入微珠产品料仓包装、入库。
所述第二步凝胶溶胶法白炭黑的合成反应的反应时间是90～120 min。
所述第二步凝胶溶胶法白炭黑的合成反应的pH值每隔8～12 min监控一次。
上述高吸油微珠状白炭黑的制备方法具有以下技术特点和有益效果：
一是根据反应过程调整反应pH，目的是降低白炭黑微孔比例，提高介孔和大孔的比例；二是反应结束后进行二步老化，有利于形成发达的支链结构，提高粒子的吸附能力；三是采用压力喷雾干燥得到的三维网状结构的微珠状产品与传统粉状产品相比，具有粉尘少、流动性和分散性良好的特点，有利于作为吸附载体在饲料、医药、化妆品的良好分散，并有较好的缓释效果。此外，本发明原料易得，过程易控制，不需增加设备，在原有白炭黑生产装置上就可生产，产品可用于饲料、医药、化妆品等产品中，具有很好的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明一种高吸油微珠状白炭黑的制备方法做进一步详细说明。
实施例1
具体步骤如下：
1、硅酸钠溶液的精制
取模数为3.40～3.50的水玻璃在静压釜溶解，静置澄清后，取上层清液配成质量比浓度为23 %硅酸钠溶液，经板框过滤合格后备用。
2、合成反应
在120 m3反应釜加入50 m3的水，同时加入23 %的硅酸钠溶液5～6 m3，升温至85 oC，待温度稳定后开始反应，设定搅拌频率，同时滴加水玻璃和浓硫酸，水玻璃每小时滴加18.5～19.6 m3，浓硫酸每小时滴加0.8～1.1 m3，每隔10 min监控一次pH值使之保持在10～11，反应105 min结束，继续搅拌15 min后加酸至pH为4.5～5.0，陈化30 min后放入稀浆槽。
3、过滤、洗涤
将陈化的反应稀浆料通过隔膜式压滤机压滤形成滤饼，用水洗涤60～80 min，直至浆料硫酸盐含量在质量比1.5 %以下。
4、制浆
将洗涤好的滤饼通过螺旋输送机送入制浆机中，高速搅拌使滤饼均匀液化。
5、压力喷雾干燥及产品收集
将均匀液化的浆料经过过滤器泵入浆料储槽中，物料经螺杆泵均匀泵入压力喷雾干燥塔中进行干燥，干燥后经流化床二次烘干合格后，进入微珠产品料仓后包装、入库。
实施例2
具体操作步骤如下：
1、硅酸钠溶液的精制
取模数为3.40～3.50的水玻璃在静压釜溶解，静置澄清后，取上层清液配成质量比浓度为20 %硅酸钠溶液，经板框过滤合格后备用。
2、合成反应
在120 m3反应釜加入50 m3水，同时加入20 %浓度的硅酸钠溶液5～6 m³，升温至82 oC，待温度稳定后开始反应，在设定搅拌强度条件下，同时滴加水玻璃和浓硫酸，水玻璃每小时滴加18.5～19.6 m3，浓硫酸滴加为每小时约0.8～1.1 m3，每隔10 min监控一次pH值使之保持在10～11，反应120 min结束，继续搅拌15 min过酸pH值至4.5～5.0，搅拌陈化50 min后放入稀浆槽老化。
3、过滤、洗涤
将陈化的反应稀浆料通过隔膜压滤机压滤后，用水洗涤60～80 min，直至硫酸盐含量在质量比1.5 %以下。
4、制浆
将洗涤好的滤饼通过螺旋输送机送入制浆机中，高速搅拌液化形成浓浆料。
5、压力喷雾干燥及产品收集
将搅拌均匀的浓浆料经过过滤器泵入浆料储槽中，物料经螺杆泵均匀泵入压力喷雾干燥塔中进行干燥，干燥后经流化床二次烘干合格后，进入微珠产品料仓后包装、入库。
以上两个实施例制得的白炭黑产品性能指标与普通白炭黑对比分析见表1：
表1各产品综合指标对比
项 目 实施例1 实施例2 普通微珠产品
二氧化硅（干基），% 97.8 97.4 97.6
比表面积，m2/g 160 199 185
吸油值，cm3/g 2.36 2.41 2.23
pH(5 %悬浮物） 6.8 7.0 6.7
硫 酸 钠，% 1.3 1.0 1.5
水孔容，ml/g 1.85 1.96 1.29
100目筛余物，% 95 95 90
堆积密度，g/ml 0.25 0.25 0.25
流散性（度） 25 25 26
注：同等配方条件下测试，传统白炭黑产品为本公司ZC-185MP产品。从表1可以看出，实施例2的综合技术指标比实施例1更佳，是最佳实施例。
从上述两个实施例可以看出，本发明在凝胶溶胶反应过程中通过调整反应pH可有效增大白炭黑的孔径，通过调整反应时间和陈化时间，有利于形成白炭黑发达的支链结构，利用压力喷雾干燥可以形成微珠状白炭黑结构。这种具有高比例介孔和大孔的三维网状结构白炭黑能更加有效的吸附物质，并达到较好的缓释效果，同时白炭黑的微珠状结构能有效提高其在饲料、医药、化妆品中的流动性，提高作业操控性。
应当说明的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以根据上述说明加以改进或修饰，所有这些改进或修饰都应落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种高吸油微珠状白炭黑的制备方法，采用硅酸钠与浓硫酸进行反应，经压滤、洗涤、制浆、压力喷雾干燥后得到用于吸附载体的凝胶溶胶法白炭黑；具体操作步骤如下：
第一步、精制硅酸钠溶液：将模数在3.40～3.50的固体水玻璃与50～60 oC水按质量比1:3的比例进行配置，加入静压釜中，通入蒸汽，在0.5～0.8 MPa压力下溶解，保压3～4 h后出料至储槽沉淀，取上部清液配制成质量比浓度为20%～30%的水玻璃溶液，经板框过滤合格后备用；
第二步、凝胶溶胶法白炭黑的合成反应：将水、精制好的硅酸钠溶液和浓硫酸按体积比100：（60～75）：（4～6）备好料，预先加入水和一部分精制好的硅酸钠溶液于反应釜中，设定反应搅拌频率并升温至80～90 oC后，再同时加入硅酸钠溶液和浓硫酸进行合成反应，反应结束后陈化10～15 min，然后加浓硫酸调节pH值至4.5～5.0；
第三步、反应浆料的固、液分离及洗涤：陈化后的稀浆料采用隔膜式压滤机进行固液分离，形成滤饼后用水洗涤至硫酸盐含量≤ 1.5 %；
第四步、滤饼制浆：滤饼输送至制浆系统中，经高速剪切搅拌形成浓浆液，浆料质量比浓度18～25 %，为压力喷雾干燥提供均匀的浆料；
第五步、喷雾干燥及产品收集：浆料经喷雾干燥和流化床二次烘干合格后进入产品料仓包装、入库；
其特征是：所述第二步凝胶溶胶法白炭黑的合成反应中为了降低白炭黑微孔比例以提高介孔和大孔的比例，将反应过程的pH值控制在10～11；为了形成发达的支链结构以提高粒子的吸附能力，所述第二步在反应结束并调节pH值至4.5～5.0后，需继续陈化30～60min再移至中间槽；所述第五步中的喷雾干燥采用压力喷雾干燥，以获得粉尘少、流动性和分散性好的三维网状结构的微珠状白炭黑产品。
2.根据权利要求1所述高吸油微珠状白炭黑的制备方法，其特征是：所述第二步凝胶溶胶法白炭黑的合成反应时间是90～120 min。
3.根据权利要求1所述高吸油微珠状白炭黑的制备方法，其特征是：所述第二步凝胶溶胶法白炭黑的合成反应的pH值每隔8～12 min监控一次。
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