一種利用氟硅酸鹽制備高比表面積白炭黑的方法技術

本發明專利技術公開了一種利用氟硅酸鹽制備高比表面積白炭黑的方法。該方法包括：先向水溶液中加入含有醇羥基，再將氟硅酸鹽加入到水溶液中，攪拌均勻后，滴加氨水，繼續反應；反應完成后經陳化、過濾、洗滌、干燥，得高比表面積白炭黑。本發明專利技術操作工藝簡單，產率高達98％以上，能耗低，所制備的白炭黑BET比表面積達到HG/T?3061?2009?A類標準，可用于橡膠、農業化學、造紙等多個行業，應用前景廣泛。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種利用氟硅酸鹽制備高比表面積白炭黑的方法，屬于白炭黑制備

技術介紹
氟硅酸鹽為氟化工和磷化工中的副產物，可作為產品直接應用于建筑建材行業。但該產品附加值低、用途窄，經濟效益較差，因而常常出現滯銷狀況，嚴重影響了生產廠家回收氟硅酸鹽的積極性，造成了氟、硅資源的浪費，污染了環境，更在很大程度上制約著磷化工的健康發展。因此，開發氟的下游產品，尤其是附加值高和市場容量大的產品，最大限度地消化氟硅酸鹽，回收氟、硅資源、降低環境污染，提高氟硅酸鹽的市場價值，已迫在眉睫。白炭黑，化學成分為水合二氧化硅，是一種環保、性能優異的助劑，廣泛應用于橡膠、農業化學、造紙等多個領域，為重要的化工產品，具有用量大、附加值高等諸多優點。氟硅酸鹽的主要成分為氟、硅、氫三種元素，可以作為硅源通過特殊工藝提取制備白炭黑。因此，對氟硅酸鹽進行充分開發利用，以其為原料制備高質量的白炭黑，是提高其應用價值和經濟效益，減少環境污染的有效手段。中國專利文獻CN1337355A公開了氟硅酸鈉氨化制高補強白炭黑的方法，該專利技術提出了Na2SiF6分步氨化處理工藝，先一次將總量25-50％的Na2SiF6和5-20％氨水在30-45℃下反應，有利于微小膠核的產生，然后再一次或分次加入其余的Na2SiF6和氨水在50-70℃下反應，陳化后，經過濾、洗滌、烘干，制得白炭黑。該專利技術產品可用作制鞋、輪胎的補強材料。但是以該專利技術方法制備的氟硅酸鈉溶液濃度低(5～10％)，單批次產量低，生產過程中耗能高，且增加了后續污水的處理成本。中國專利文件CN104030297A公開了一種新型的利用氟硅酸生產氟化鈉聯產白炭黑的生產工藝，以氟硅酸，水玻璃(硅酸鈉)，純堿為主要原料生產高純二氧化硅并且聯產氟化鈉工藝，并且將生產氟化鈉的廢水氟化鈉母液重復利用。但該專利技術采用的純堿與氟硅酸鈉反應過程中產生大量二氧化碳，會加劇溫室效應，不利于生態環境可持續發展。中國專利申請文件CN101376500A涉及一種制備白炭黑的方法，以氟硅酸、水玻璃為主要原料，具體包括以下步驟：(1)將濃度為18％-25％的水玻璃加入晶種槽中，加水使生成的白炭黑固含量達到1-3％；(2)常溫下快速加入氟硅酸，攪拌30min，終點pH值為6.5-8.5；(3)將晶種升溫至70-90℃，將氟硅酸加入晶種中攪拌均勻，補加水使生成的白炭黑固含量達到2-5％，晶種和氟硅酸的混合液在80～90℃的溫度下恒溫，在30min內加入水玻璃，加完料后繼續攪拌30min，保證氟硅酸與水玻璃反應完全，保溫50-60min，終點pH值7-8；(4)將步驟(3)中保溫好的溶液進行過濾，濾餅經層次水洗滌后，烘干即得白炭黑成品。該專利技術的方法成本較低且原料易得，但反應過程中有副產物氟硅酸鈉產生，會對白炭黑的收率有影響。中國專利文件CN103420383A專利技術公開了一種以磷肥副產物氟硅酸鹽制備氣相法白炭黑和無水氫氟酸的方法，磷肥副產氟硅酸鹽在200～400℃下熱解制得四氟化硅，經過過濾器除去粉塵后，通過93～98％濃硫酸洗滌除去水分及雜質，在水解反應器中，四氟化硅與空氣、氫氣按體積比1：2：0.05～0.3的比例混合后，發生高溫水解反應，經聚集、分離、除塵、冷凝、精餾分別得到氣相法白炭黑和無水氫氟酸。但該制備過程中，多次采用高溫反應，能耗高。綜上所述，現有技術中白炭黑的制備存在耗能高、環境不友好、成本高、收率低、工藝過程復雜、不適于大規模生產等問題，嚴重影響經濟效益和社會效益。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術提供了一種利用氟硅酸鹽制備高比表面積白炭黑的方法，具有低能耗、周期短、純度高、工藝簡便、成本低廉、收率高且具有比表面積高的優點。本專利技術技術方案如下：一種利用氟硅酸鹽制備高比表面積白炭黑的方法，包括如下步驟：(1)將含有醇羥基的添加劑加入水中，40～90℃攪拌5～20min得水溶液；所述含有醇羥基的添加劑與水的質量比為0.001～0.1∶1；(2)將氟硅酸鹽加入到步驟(1)中制得的水溶液中，40～90℃攪拌10～40min得氟硅酸鹽溶液；所述氟硅酸鹽與步驟(1)所述水溶液的質量比為10～40∶100；(3)在40～90℃下，一邊攪拌一邊向步驟(2)制備的氟硅酸鹽溶液中滴加氨水，滴加時間為2～30min，滴加完成后繼續攪拌，反應10～60min；所述氨水與氟硅酸鹽的摩爾比為1.1～1.7∶1；(4)將步驟(3)反應后的溶液在40～90℃下陳化10～60min，趁熱過濾，以40～90℃溫度的去離子水洗滌，105～110℃下干燥，即得。本專利技術方法利用氟硅酸鹽制備的白炭黑高比表面積在170㎡/g～220㎡/g。根據本專利技術，優選的，步驟(1)中所述的含有醇羥基的添加劑選自甲醇、乙醇、丙三醇或正丁醇中的一種或兩種以上的混合物，所述的添加劑與水的質量比為0.002～0.03∶1。根據本專利技術，優選的，步驟(2)中所述的氟硅酸鹽與步驟(1)的水溶液的質量比為15～25∶100；進一步優選，所述的氟硅酸鹽為氟硅酸鉀或氟硅酸鈉。根據本專利技術，優選的，步驟(3)中所述的氨水與氟硅酸鹽的摩爾比為1.2～1.5∶1。根據本專利技術，優選的，步驟(3)中所述的氨水的滴加時間為3～15min；進一步優選的氨水的滴加時間為5～10min。根據本專利技術，優選的，步驟(1)、(2)、(3)中所述的攪拌溫度為50～70℃。根據本專利技術，優選的，步驟(4)中所述的陳化溫度為50～70℃。根據本專利技術，優選的，步驟(4)中所述的去離子水的溫度為50～70℃。以上本專利技術制備方法中未特別說明的均按照現有技術。本專利技術的技術特點及優良效果：1、本專利技術利用氟硅酸鹽制備高比表面積白炭黑，在氟硅酸鹽加入水溶液之前，提前加入含有醇羥基的添加劑，改變水溶液環境，阻止了生成的二氧化硅間的團聚；通過調控氨水的滴加速度，來控制二氧化硅的成核速度，降低二氧化硅的團聚力；采用溫水洗滌白炭黑，防止溫度驟降所導致的白炭黑顆粒聚集，產品的比表面積高，本專利技術方法制備的白炭黑比表面積可達220㎡/g。2、本專利技術方法生產周期短，單批次白炭黑最快半小時內就可以制備完成。本專利技術制備過程中反應溫度溫和，避免了高溫反應，降低了能耗。3、本專利技術原料低廉易得，操作步驟簡便，產品純度高，制備的白炭黑純度以氟含量表示僅為0.05％～0.25％。4、本專利技術方法所得白炭黑的產率高，可達98％以上。5、本專利技術方法適用于大規模高產量的工業化生產，可年產白炭黑1-5噸。綜上所述，本專利技術方法具有低能耗、周期短、純度高、高比表面積、工藝簡便、成本低廉、產率高、產量大等的優點。附圖說明圖1為實施例1制備的白炭黑的氮氣吸脫附曲線圖，其中，橫坐標為吸附量，單位：ml/g；縱坐標為相對壓力，單位：p/po。具體實施方式下面結合實施例對本專利技術做進一步的說明，但不限于此。實施例1：一種利用氟硅酸鹽制備高比表面積白炭黑的方法，步驟如下：(1)稱取0.8g乙醇加入100g水中，55℃攪拌5min；(2)將20g氟硅酸鉀加入到步驟(1)中制得的水溶液，55℃攪拌30min；(3)升溫至60℃攪拌中滴加氨水32g，5min滴加完畢，滴加完成后繼續攪拌反應30min；(4)60℃下陳化30min，趁熱過濾，采用55℃去離子水洗滌濾餅濾液至本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用氟硅酸鹽制備高比表面積白炭黑的方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)取一定量的含有醇羥基的添加劑于水中，40～90℃攪拌5～20min得水溶液；所述含有醇羥基的添加劑與水的質量比為0.001～0.1∶1；(2)將氟硅酸鹽加入到步驟(1)中制得的水溶液中，40～90℃攪拌10～40min得氟硅酸鹽溶液；所述氟硅酸鹽與步驟(1)制備的水溶液的質量比為10～40∶100；(3)在40～90℃下，一邊攪拌一邊向步驟(2)制備的氟硅酸鹽溶液中滴加氨水，滴加時間為2～30min，滴加完成后繼續攪拌，反應10～60min；所述氨水與氟硅酸鹽的摩爾比為1.1～1.7∶1；(4)將步驟(3)反應后的溶液在40～90℃下陳化10～60min，趁熱過濾，以40～90℃溫度的去離子水洗滌，105～110℃下干燥，即得。

【技術特征摘要】
1.一種利用氟硅酸鹽制備高比表面積白炭黑的方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)取一定量的含有醇羥基的添加劑于水中，40～90℃攪拌5～20min得水溶液；所述含有醇羥基的添加劑與水的質量比為0.001～0.1∶1；(2)將氟硅酸鹽加入到步驟(1)中制得的水溶液中，40～90℃攪拌10～40min得氟硅酸鹽溶液；所述氟硅酸鹽與步驟(1)制備的水溶液的質量比為10～40∶100；(3)在40～90℃下，一邊攪拌一邊向步驟(2)制備的氟硅酸鹽溶液中滴加氨水，滴加時間為2～30min，滴加完成后繼續攪拌，反應10～60min；所述氨水與氟硅酸鹽的摩爾比為1.1～1.7∶1；(4)將步驟(3)反應后的溶液在40～90℃下陳化10～60min，趁熱過濾，以40～90℃溫度的去離子水洗滌，105～110℃下干燥，即得。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中所述的含有醇羥基的添加劑選自甲醇、乙醇、丙三醇或正丁醇中的一種或兩種以上的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：尤龍，鄭磊，邢士玉，高建仁，張艷玲，
申請(專利權)人：金正大諾泰爾化學有限公司，金正大生態工程集團股份有限公司，
類型：發明
國別省市：貴州;52