[发明专利]一种白炭黑及其制备方法与应用

说明书

本发明属于白炭黑制备领域，具体涉及一种白炭黑及其制备方法与应用。本发明以炭黑生产尾气等作为酸化剂，采用搅拌辅助的循环喷射碳化工艺进行沉淀反应，一步综合了搅拌、喷雾和鼓泡三类工艺的优势，成本低廉，显著加快了沉淀反应效率，可高效合成出比表面积可控的沉淀白炭黑产品，是一种成本低廉、绿色设计和制造的循环产业体系，在轮胎橡胶补强剂制备行业中具有重大的工业应用价值和潜在的社会经济效益。

技术领域

本发明属于白炭黑制备领域，具体涉及一种白炭黑及其制备方法与应用。

背景技术

沉淀白炭黑因具有与炭黑材料相似的微观结构和补强性能，早在上世纪研究者们就已开始尝试使用白炭黑来替代炭黑材料，作为轮胎橡胶的补强剂。近年来，随着各国轮胎标签法的颁布实施，及我国绿色轮胎技术规范的提出，绿色轮胎已成为轮胎工业发展的必然趋势，白炭黑已成为绿色轮胎橡胶配方中最重要的补强填料，可赋予轮胎低滚动阻力(燃油消耗少，可减少汽车CO₂的排放)和高抗湿滑能力(汽车更短制动距离)的优异性质，因此沉淀法白炭黑的生产和研究不仅具有广阔的市场前景，而且对减少交通事故，提高经济和社会效益具有积极的意义。

目前，硫酸沉淀法生产白炭黑是目前国内外大多数厂家所采用的方法。该法具有反应条件温和，工艺简短，生产成本低廉，产品种类丰富等优势，是白炭黑工业化生产的重点。然而，在其制备过程中也存在着一定的三废排放问题，包括工业硫酸制备过程中尾气硫化物的排放，以及白炭黑合成工艺中副产物硫酸钠废液的直排等。当前，将可再生资源循环利用，从富CO₂气体/含碳试剂、富含二氧化硅的禾本科植物(稻壳、谷壳灰等)、非金属矿物等原料中，通过碳化、焙烧/酸化、碱熔或纯碱提浸等方法获得白炭黑，是白炭黑行业绿色生产的研究热点。其中，碳化法以CO₂气体为酸化剂，是制备沉淀白炭黑的重要方法之一，属于气-液-固三相反应体系，该方法中如何提高气液反应速率是企业和研究者关注的重点。除传统鼓泡碳化工艺外，喷雾碳化和压力碳化法也可显著加快沉淀反应速率，但前者由于气液接触碳化时间短，仅限于制备粒径较小的透明白炭黑产品，比表面积高于200m²/g，而后者制得白炭黑丧失了类似炭黑填料的聚结体结构。

另一方面，炭黑是最重要的橡胶补强填充剂，由烃类化合物经不完全燃烧或热裂解制成，广泛应用于轮胎制造及各种橡胶制品，其生产过程中涉及大量高温含CO₂尾气的排放。然而炭黑尾气处理成本高，跨行业间资源综合利用难，为减少环境污染、温室气体效应以及能源浪费，尾气的处理正逐步成为各大炭黑企业亟待解决的问题。

鉴于以上各类合成方法的缺点及工业合成存在的环保问题，本发明提出将炭黑生产尾气等含二氧化碳工业尾气作为CO₂源，不需提纯，直接用于沉淀白炭黑的制备，减少无机酸的消耗，并有效解决了橡胶补强剂制备行业三废的排放，在实现资源综合化利用和节能减排的基础上，实现了绿色循环产业的构建。其次，本发明提供了一种在传统搅拌反应基础上引入循环喷射碳化工艺，一步综合了喷雾、鼓泡和搅拌三大工艺的优势，显著提高了沉淀反应效率。

发明内容

为了克服现有技术的不足与缺点，本发明的首要目的在于提供一种白炭黑的制备方法，该方法简便易行，绿色环保，成本低廉，可高效合成出比表面积可控的沉淀白炭黑产品，可解决现有橡胶补强填料行业生产和碳化沉淀工艺存在的相关问题。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的白炭黑。

本发明的再一目的在于提供上述白炭黑的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种白炭黑的制备方法，包含如下步骤：

(1)将硅酸钠溶液置于反应釜中，搅拌条件下，升温至目标温度；将硅酸钠溶液由反应釜内吸出再压力喷射至反应釜液面以下，建立硅酸钠循环；同时向压力喷射后的硅酸钠溶液中通入酸化剂，硅酸钠溶液和酸化剂进行碳化反应直至反应釜中反应体系pH值9.0；