CN113150579A - 一种去除炭黑中杂质的方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种去除炭黑中杂质的方法及其应用。本发明的去除炭黑中杂质的方法，能够去除炭黑中杂质或降低炭黑中杂质的含量，解决炭黑作为原材料在生产过程中散发有害杂质所造成的环境污染以及工人健康危害的问题。当本发明的去除炭黑中杂质的方法应用于炭黑的制备过程中，所制得的炭黑中杂质少，纯度高，对人体或环境的潜在危险小。
Description
技术领域
本发明属于炭黑技术领域，具体涉及一种去除炭黑中杂质的方法及其应用。
背景技术
多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs)是指分子中含有两个或两个以上苯环的芳烃化合物，属于持久性有机污染物。人类吸入或者直接的皮肤接触PAHs，都可能致癌，研究表明多种多环芳烃具有致癌、致突变以及生殖毒性。
炭黑是由含碳物质在一定的工艺条件下，不完全燃烧或热裂解而成。炭黑用途广泛，除用于橡胶制品补强外，还可用于其它材料，如涂料、油漆、油墨、墨粉、电子产品、塑料、纤维、电池等，赋予制品所需的着色、抗紫外老化、抗静电或导电性能。炭黑原料油中多环芳烃含量较高有利于炭黑生产，芳烃含量较大，有利于提高炭黑质量和收率。因此，在炭黑的生产过程中，PAHs会无可避免的产生，虽然吸附在炭黑中的芳烃物质可用甲苯等有机溶剂抽取，但是利用这种办法对炭黑产品进行深度加工处理不但会增加生产成本，同时还可能会使炭黑产品被有机溶剂污染。
有相关技术提出在造粒水中加入0.1％～5％的双氧水，利用双氧水的氧化性在造粒和干燥工序中去除炭黑中的多环芳烃。双氧水属于一种爆炸性强氧化剂，在加热的情况下容易发生分解，当温度为60℃时，双氧水分解率为50％左右，当温度达到90℃～100℃时，双氧水可以分解90％，当加热到100℃以上时，双氧水开始急剧分解。在造粒工序，炭黑温度可以达到60℃～90℃，在干燥工序炭黑的温度达到120℃～300℃，因此在造粒工序使用双氧水去除多环芳烃，存在一定的危险性，且其去除多环芳烃的效率会因双氧水的分解而降低。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明第一个方面提出一种去除炭黑中杂质的方法，能够去除炭黑中杂质或降低炭黑中杂质的含量，解决炭黑作为原材料在生产过程中散发有害杂质所造成的环境污染以及工人健康危害的问题。
本发明第二个方面提出一种上述去除炭黑中杂质的方法在制备炭黑中的应用。
本发明第三个方面提出一种制备炭黑的方法。
根据本发明的第一个方面，提出了一种去除炭黑中杂质的方法，包括如下步骤：采用高锰酸钾水溶液去除炭黑中杂质。
本发明中，高锰酸钾与炭黑中杂质反应生成二氧化锰和二氧化碳，可以有效去除或降低炭黑中的杂质，所生成的二氧化锰是一种在常温下非常稳定的黑色粉末状固体，其对主产品炭黑的性质基本无影响；另一方面，高锰酸钾的标准电极电位为1.7V，其在常温下稳定，分解温度高达200℃～220℃，在工业实际使用的安全性上大大提高。
在本发明的一些实施方式中，所述高锰酸钾与炭黑的质量比为(0.30～0.50)：100。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述高锰酸钾水溶液的质量浓度为0.1％～0.8％。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述高锰酸钾水溶液的质量浓度为0.4％～0.6％。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述去除炭黑中杂质的方法的具体操作为将所述高锰酸钾水溶液与炭黑混合后超声。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述超声的频率为35KHz～55KHz。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述超声的时间为20min～40min。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述杂质选自多环芳烃，也可以包括炭黑表面残留的其他油烃类物质。
根据本发明的第二个方面，提出了所述去除炭黑中杂质的方法在制备炭黑中的应用。
根据本发明的第三个方面，提出了一种制备炭黑的方法，包括如下步骤：在造粒水中添加高锰酸钾，去除炭黑中杂质。
在本发明的一些实施方式中，所述高锰酸钾的质量浓度为0.1％～0.8％。
根据本发明的第四个方面，提出了
本发明技术方案的有益效果为：
1.本发明采用高锰酸钾去除炭黑中的杂质，其性质稳定，分解温度高，工业适用范围广，对多环芳烃的去除率可高达90％，能安全、可靠、高效去除炭黑的杂质。
2.本发明去除炭黑中杂质的方法所生成的二氧化锰是一种在常温下非常稳定的黑色粉末状固体，其对主产品炭黑的性质基本无影响。
3.本发明中制备炭黑的方法所制得的炭黑中杂质少，纯度高，对人体或环境的潜在危险小。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例1
一种去除炭黑中杂质的方法，包括以下步骤：取100g的炭黑样品放入三角烧瓶中，加入100g质量浓度为0.30％的高锰酸钾水溶液；将炭黑和高锰酸钾混合液超声20min～40min，超声频率为35KHz。反应结束后，将混合液蒸干后干燥，得到炭黑。
实施例2
本一种去除炭黑中杂质的方法，包括以下步骤：取100g的炭黑样品放入三角烧瓶中，加入100g质量浓度为0.35％的高锰酸钾水溶液；将炭黑和高锰酸钾混合液超声20min～40min，超声频率为40KHz。反应结束后，将混合液蒸干后干燥，得到炭黑。
实施例3
一种去除炭黑中杂质的方法，包括以下步骤：取100g的炭黑样品放入三角烧瓶中，加入100g质量浓度为0.40％的高锰酸钾水溶液；将炭黑和高锰酸钾混合液超声20min～40min，超声频率为45KHz。反应结束后，将混合液蒸干后干燥，得到炭黑。
实施例4
一种去除炭黑中杂质的方法，包括以下步骤：取100g的炭黑样品放入三角烧瓶中，加入100g质量浓度为0.45％的高锰酸钾水溶液；将炭黑和高锰酸钾混合液超声20min～40min，超声频率为50KHz。反应结束后，将混合液蒸干后干燥，得到炭黑。
实施例5
一种去除炭黑中杂质的方法，包括以下步骤：取100g的炭黑样品放入三角烧瓶中，加入100g质量浓度为0.50％的高锰酸钾水溶液；将炭黑和高锰酸钾混合液超声20min～40min，超声频率为55KHz。反应结束后，将混合液蒸干后干燥，得到炭黑。
试验例
本试验例测试了实施例1～5制得的炭黑中多环芳烃的去除率，测试方法为：分别将实施例1～5制得的炭黑平铺在方形瓷舟中，并置于马弗炉中，在敞开空气环境下，于200℃～250℃下，将过量的高锰酸钾分解，并按照GB/T 3780.28-2020测试炭黑中多环芳烃的含量，结果如表1所示。
则多环芳烃(PAHs)的去除率＝(空白组PAHs含量-实施例组PAHs含量)/空白组PAHs含量×100％，其中，空白组PAHs含量为不采用高锰酸钾水溶液处理的炭黑中PAHs含量。
表1
| 序号 | 高锰酸钾与水的质量比 | PAHs含量(ppm) | PAHs去除率(％) |
| 空白组 | 0.0 | 164.0 | 0 |
| 实施例1 | 0.30：100 | 83.6 | 49.0 |
| 实施例2 | 0.35：100 | 78.0 | 52.4 |
| 实施例3 | 0.40：100 | 54.8 | 66.6 |
| 实施例4 | 0.45：100 | 44.6 | 72.8 |
| 实施例5 | 0.50：100 | 16.2 | 90.1 |
从表1可看出，随着各实施例对高锰酸钾水溶液的浓度、高锰酸钾水溶液的用量、超声波频率、处理时间的增加，炭黑的PAHs含量大幅度减少，在实施例5中PAHs去除率可达90.1％，该去除率效果十分可观。
上面对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
Claims (10)
1.一种去除炭黑中杂质的方法，其特征在于：包括如下步骤：采用高锰酸钾水溶液去除炭黑中杂质。
2.根据权利要求1所述的去除炭黑中杂质的方法，其特征在于：所述高锰酸钾与炭黑的质量比为(0.30～0.50)：100。
3.根据权利要求1所述的去除炭黑中杂质的方法，其特征在于：所述高锰酸钾水溶液的质量浓度为0.1％～0.8％。
4.根据权利要求1所述的去除炭黑中杂质的方法，其特征在于：所述去除炭黑中杂质的方法的具体操作为将所述高锰酸钾水溶液与炭黑混合后超声。
5.根据权利要求4所述的去除炭黑中杂质的方法，其特征在于：所述超声的频率为35KHz～55KHz。
6.根据权利要求4所述的去除炭黑中杂质的方法，其特征在于：所述超声的时间为20min～40min。
7.根据权利要求1所述的去除炭黑中杂质的方法，其特征在于：所述杂质为多环芳烃。
8.一种如权利要求1～7任一项所述去除炭黑中杂质的方法在制备炭黑中的应用。
9.一种制备炭黑的方法，其特征在于：包括如下步骤：在造粒水中添加高锰酸钾，去除炭黑中杂质。
10.一种由权利要求9所述制备炭黑的方法所制得的炭黑。
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