一種利用高鋁粉煤灰制備疏水性白炭黑的方法技術

本發明專利技術是一種利用高鋁粉煤灰制備疏水性白炭黑的方法，步驟包括：以高鋁粉煤灰為原料，與堿溶液進行堿溶脫硅反應得到的脫硅液，壓力提模和精制處理；提模脫硅液與硫酸溶液加入由提模脫硅液配制成的Na2O濃度為0.080～0.090mol/L、并添加了分散劑的底堿溶液當中，進行兩段加熱、兩步并流沉淀法反應的分段式酸化反應，至pH值降低，停止熟化反應；經過濾、洗滌、打漿、烘干、粉碎得到疏水性用納米級二氧化硅母料；在母料內滴加不同特性的甲基硅油、三甲基氯硅烷改性劑、醇類催化劑，進行接枝反應、回流反應，干燥得到疏水性白炭黑。本發明專利技術提高了產品孔容、簡化了二次粉碎工藝流程，降低了傳統硫酸法生產疏水性白炭黑的生產成本。

【技術實現步驟摘要】
一種利用高鋁粉煤灰制備疏水性白炭黑的方法
本專利技術是一種利用高鋁粉煤灰制備疏水性白炭黑產品的方法，涉及硅橡膠模具膠制品、飼料添加劑、農藥、膠粘劑、塑料功能性用母粒如PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PVC（聚氯乙烯）PP母粒、塑料EVA開口劑等合成

技術介紹
高鋁粉煤灰是近幾年來在我國內蒙古中西部和山西北部等煤電地區，發現的一種特殊的粉煤灰類型。據統計，僅鄂爾多斯地區年產高鋁粉煤灰的量可高達3000萬噸，而遠景儲量高達300億噸以上。目前，高鋁粉煤灰就地利用率非常低，大部分企業將灰隨意堆放，既占用大量的場地、增加成本、還會揚塵造成二次污染。因此，在資源匱乏的今天，從粉煤灰中提取二氧化硅是使粉煤灰變廢為寶、綜合利用的有效途徑，具有良好的社會效益和經濟效益。沉淀法白炭黑也稱水合二氧化硅，化學式SiO2·nH2O，以無定形態的微孔粉體形式存在，具有獨特的物理化學性能，如質輕、多孔、孔容積大、具有粒徑小、比表面積大、電絕緣性、穩定性、補強性、吸附性、增稠性、分散性等，廣泛應用于硅橡膠，塑料，醫藥，涂料，日用化工，催化劑載體，高分子復合材料，電子封裝材料，精密陶瓷材料等許多行業。特別是近年來，白炭黑在軍事、通訊、電子、激光技術等領域有了越來越廣泛的作用。這種方法制備的白炭黑外表面同樣存在大量活性硅醇基、內部存在聚硅氧基團，使其呈親水性，對有機相的親合性、分散性差，限制了本專利技術的白炭黑的應用領域，因此要對白炭黑進行不同程度的疏水性能控制。近年來，廣大科研工作者致力于尋找合適的改性劑對白炭黑進行疏水改性，如專利201310123633.7公開了“一種疏水性白炭黑的制備方法”，該方法采用高分子改性乳化劑對白炭黑進行疏水改性，實現了白炭黑具有較好的疏水性能的同時具有消泡性能，但是改性劑的添加量較大，經濟成本較高；專利201310306588.9公開了“一種疏水白炭黑的制備方法”；專利20120056893.2公開了一種“超疏水性納米白炭黑膜及白炭黑粉末的制備方法”；專利200610009608.6公開了一種“疏水白炭黑的制備方法”；專利200610151144.2公開了一種“疏水白炭黑及其制備方法”；專利94193657.0公開了一種“疏水白炭黑”的制備方法。然而，上述所公開的疏水白炭黑的制備方法中，均存在一定的缺點和弊端。工藝流程應用控制適應性差，產品范圍適應小、操作成本高。因此，從工業應用價值和實用性出發，有必要開發一種工藝流程適應性好、可控、連續、操作成本低、沒有環境污染的疏水白炭黑改性工藝。
技術實現思路
本專利技術技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種以高鋁粉煤灰為原料，經堿溶脫硅、高壓提模處理后所得母液制備功能性疏水白炭黑的方法，抑制了粒子提前團聚，降低了產品的粒徑；增加了核晶形成孔容，提高了核晶形成的比表面積；顯現不同功能性，拓寬了功能性用納米級疏水性二氧化硅產品的應用領域。具體工藝步驟如下：1、以高鋁粉煤灰為原料，其氧化鋁的含量達40～50%，將高鋁粉煤灰與堿溶液進行堿溶脫硅反應得到的脫硅液；堿溶液的濃度80～180g/L，粉煤灰的固含為25～40wt%，將混合物料加熱至80～120℃，在該溫度下反應30～90min，經精制過濾、分離制得模數為0.4～1.5的脫硅液；2、粉煤灰堿溶脫硅液壓力提模：將粉煤灰堿溶脫硅液置于壓力反應釜中進行提模反應，獲得模數在2.0～3.0范圍內的提模脫硅液；3、反應溶液的配制：將步驟（2）制得的提模脫硅液加精制水，即電導率≤10us/cm的水，配制成Na2O濃度為0.70～1.25mol/L的水溶液；將硫酸配制成H2SO4濃度為50～93wt%；4、兩段加熱、兩步反應硫酸沉淀法制備改性用納米級二氧化硅母料：將精制水按總質量的50～60wt%范圍經計量輸入酸化反應釜，加入步驟（3）調配的提模脫硅液按加入精制水質量的8～9wt%計量加入釜內，配置為Na2O濃度0.080～0.090mol/L，并添加分散劑，攪拌速度為50～200r/min，第一段加熱至45～55℃，在該溫度下滴加步驟（3）制得的提模脫硅液與硫酸溶液，進行沉淀反應45～60min，停止滴加提模脫硅液與硫酸溶液，pH值10.0～11.0，停止攪拌陳化10min；第二段快速加熱攪拌至82～92℃，在該溫度下并流加入步驟（3）制得的提模脫硅液、硫酸溶液進行第二步并流沉淀法反應，反應10～30min，停止加提模脫硅液，繼續酸化反應pH值終點：pH值9.0～9.5；在該段溫度下調節硫酸的流速，控制后酸化反應時間在15～25min，反應pH值控制到3.0～5.0，停止加酸，攪拌熟化10～40min。經過濾、洗滌、干燥、超細粉碎獲得需要改性用的納米級二氧化硅母料；5、納米級二氧化硅母料干法改性：將步驟（4）得到的納米級二氧化硅母料輸入改性反應釜中，并配有冷凝回流裝置，攪拌速度為50～100r/min，加熱至60～80℃，將甲基硅油、三甲基氯硅烷改性劑、醇類催化劑分別按母料投入質量的1wt%～5wt%同時經計量并流滴加入改性釜中與母料反應1～2h；降低攪拌速度至10～30r/min，提高溫度至110～130℃，回流改性反應3～5h；提高溫度140～180℃干燥1～5h，得到不同疏水性能的二氧化硅產品。步驟5中所述甲基硅油為粘度在100cP～1000cP范圍內的一種、兩種或多種復配的改性劑。步驟5中所述醇類化合物為其中甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、丙三醇的一種、兩種或多種復配的催化劑。步驟4中所述的分散劑為脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸、椰子油二乙醇酰胺其中的一種、兩種或多種復配的分散劑。步驟2中所述提模反應溫度160～180℃，壓力0.6～0.8MPa，時間2.0～3.0h。本專利技術與現有技術相比的優點在于：本專利技術以高鋁粉煤灰為原料，經堿溶脫硅、高壓提模處理后所得母液制備疏水性白炭黑的方法。采用硫酸沉淀法工藝，采用兩段加熱、兩段反應的分段式控制工藝，兩步沉淀法反應。在底堿溶液中加入分散劑，可控制單硅酸聚合成多硅酸的晶核生成和核晶增長程度，抑制了粒子提前團聚，降低了產品的粒徑。兩步沉淀反應降低了核晶形成的原始粒徑，增加了核晶形成孔容，提高了核晶形成的比表面積。在超細改性白炭黑產品中加入了甲基硅油、三甲基氯硅烷改性劑與醇類催化劑，取代了白炭黑成核基團的內外表面存在的聚硅氧基團和活性硅醇基、使其由親水基團變為不同程度的親油基團，易于與不同有機相相容，顯現不同疏水性能，拓寬了疏水性二氧化硅產品的應用領域。附圖說明圖1是本專利技術一種利用高鋁粉煤灰制備疏水性白炭黑的方法的工藝流程圖。具體實施方式下面結合附圖及具體實施例詳細介紹本專利技術。但以下的實施例僅限于解釋本專利技術，本專利技術的保護范圍應包括權利要求的全部內容，不僅僅限于本實施例。實施例1（1）以高鋁粉煤灰為原料，其氧化鋁的含量達40～50%，將高鋁粉煤灰與堿溶液進行堿溶脫硅反應得到的脫硅液；堿溶液的濃度80g/L，粉煤灰的固含為40wt%，將混合物料加熱至85℃，在該溫度下反應90min，經精制過濾、分離制得模數為0.4的脫硅液；（2）粉煤灰堿溶脫硅液壓力提模：將粉煤灰堿溶脫硅液置于壓力反應釜中進行提模反應，獲得模數在2.5范圍內的提模脫硅液；（3）反應溶液的配制：將步驟（2）制得的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用高鋁粉煤灰制備疏水性白炭黑的方法，其特征在于，工藝步驟如下：（1）以高鋁粉煤灰為原料，其氧化鋁的含量達40～50%，將高鋁粉煤灰與堿溶液進行堿溶脫硅反應得到的脫硅液；堿溶液的濃度80～180g/L，粉煤灰的含量為25～40wt%，將混合物料加熱至80～120℃，在該溫度下反應30～90min，經精制過濾、分離制得模數為0.4～1.5的脫硅液；（2）粉煤灰堿溶脫硅液壓力提模：將粉煤灰堿溶脫硅液置于壓力反應釜中進行提模反應，獲得模數在2.0～3.0范圍內的提模脫硅液；（3）反應溶液的配制：將步驟（2）制得的提模脫硅液加精制水，即電導率≤10us/cm的水，配制成Na2O濃度為0.70～1.25mol/L的水溶液；將硫酸配制成H2SO4濃度為50～93wt%；（4）兩段加熱、兩步反應硫酸沉淀法制備改性用納米級二氧化硅母料：將精制水按總質量的50～60wt%范圍經計量輸入酸化反應釜，加入步驟（3）調配的提模脫硅液按加入精制水質量的8～9wt%計量加入釜內，配置為Na2O濃度0.080～0.090mol/L，并添加分散劑，攪拌速度為50～200r/min，第一段加熱至45～55℃，在該溫度下滴加步驟（3）制得的提模脫硅液與硫酸溶液，進行沉淀反應45～60min，停止滴加提模脫硅液與硫酸溶液，pH值10.0～11.0，停止攪拌陳化10min；第二段快速加熱攪拌至82～92℃，在該溫度下并流加入步驟（3）制得的提模脫硅液、硫酸溶液進行第二步并流沉淀法反應，反應10～30min，停止加提模脫硅液，繼續酸化反應pH值終點：pH值9.0～9.5；在該段溫度下調節硫酸的流速，控制后酸化反應時間在15～25min，反應pH值控制到3.0～5.0，停止加酸，攪拌熟化10～40min；經過濾、洗滌、干燥、超細粉碎獲得需要改性用的納米級二氧化硅母料；（5）納米級二氧化硅母料干法改性：將步驟（4）得到的納米級二氧化硅母料輸入改性反應釜中，并配有冷凝回流裝置，攪拌速度為50～100r/min，加熱至60～80℃，將甲基硅油、三甲基氯硅烷改性劑、醇類催化劑分別按母料投入質量的1wt%～5wt%同時經計量并流滴加入改性釜中與母料反應1～2h；降低攪拌速度至10～30r/min，提高溫度至110～130℃，回流改性反應3～5h；提高溫度140～180℃干燥1～5h，得到不同疏水性能的二氧化硅產品。...

【技術特征摘要】
1.一種利用高鋁粉煤灰制備疏水性白炭黑的方法，其特征在于，工藝步驟如下：(1)以高鋁粉煤灰為原料，其氧化鋁的含量達40～50％，將高鋁粉煤灰與堿溶液進行堿溶脫硅反應得到脫硅液；堿溶液的濃度80～180g/L，粉煤灰的含量為25～40wt％，將混合物料加熱至80～120℃，在該溫度下反應30～90min，經精制過濾、分離制得模數為0.4～1.5的脫硅液；(2)粉煤灰堿溶脫硅液壓力提模：將粉煤灰堿溶脫硅液置于壓力反應釜中進行提模反應，獲得模數在2.0～3.0范圍內的提模脫硅液；(3)反應溶液的配制：將步驟(2)制得的提模脫硅液加精制水，即電導率≤10μs/cm的水，配制成Na2O濃度為0.70～1.25mol/L的水溶液；將硫酸配制成H2SO4濃度為50～93wt％；(4)兩段加熱、兩步反應硫酸沉淀法制備改性用納米級二氧化硅母料：將精制水按總質量的50～60wt％范圍經計量輸入酸化反應釜，加入步驟(3)調配的提模脫硅液按加入精制水質量的8～9wt％計量加入釜內，配置為Na2O濃度0.080～0.090mol/L，并添加分散劑，攪拌速度為50～200r/min，第一段加熱至45～55℃，在該溫度下滴加步驟(3)所制得的提模脫硅液與硫酸溶液，進行沉淀反應45～60min，停止滴加提模脫硅液與硫酸溶液，達到pH值10.0～11.0，停止攪拌陳化10min；第二段快速加熱攪拌至82～92℃，在該溫度下并流加入步驟(3)所制得的提模脫硅液、硫酸溶液進行第二步并流沉淀法反應，反應1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李會泉，馬艷麗，賀建平，
申請(專利權)人：中國科學院過程工程研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11