Page 31 - 《精细化工》2019年第11期
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第 11 期 刘成龙,等: 煤矸石浸渣制备白炭黑工艺优化及性能分析 ·2179·
浴陈化 2 h,真空抽滤,用无水乙醇洗涤滤饼两次, 15%时,DBP 吸油值达到了 3.07 mL/g,此后,随着
置于 120 ℃干燥箱干燥 2~3 h 后制备出白色粉末状 水玻璃质量分数的提高,DBP 吸油值持续下降,当
白炭黑产品。 水玻璃质量分数达到 25%时,白炭黑的 DBP 吸油值
1.3 测试与表征 仅为 1.79 mL/g。白炭黑的比表面积受到水玻璃质量分
1.3.1 原料成分分析 数的影响规律与 DBP 吸油值相似。当水玻璃质量分数
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采用 GB/T1574—2007《煤灰成分分析方法》对 达到 15%时,制得白炭黑的比表面积为 238 m /g,
浸渣的化学成分进行分析,结果表明:浸渣主要以 随后,随着水玻璃质量分数的提高,白炭黑的比表
SiO 2 、CaSO 4 为主,质量分数分别为 78.35%、4.75%, 面积快速降低,而当水玻璃质量分数达到 25%时,
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Al 2 O 3 、Fe 2 O 3 、TiO 2 质量分数均低于 1%,这为制备 比表面积降至 167 m /g。
质量优良的白炭黑产品奠定了较好的原料基础。 这是由于水玻璃的质量分数影响反应溶液的过
1.3.2 白炭黑产品性能分析 饱和程度,从而影响了沉淀单体的成核速率与晶核
产品吸油值采用白炭黑对邻苯二甲酸二丁酯 长大速率 [20] 。当溶液浓度较低时,单硅酸过饱和度
(DBP)的吸收值,由滴定法测得,具体方法参照 HG/ 较低,晶核的成长速率较慢,当溶液浓度超过一定
T3072—2008;比表面积测试前先将样品在 120 ℃左 值时就会出现较大的过饱和度,晶体的成核速率及
右下干燥 10 h,以液氮为吸附气体,采用美国 Quanta 长大速率均大幅提高。但是,随着溶液质量分数的
公司的 Autorsorb-IC 型物理吸附仪测定;晶体结构 持续提高,由于通入反应体系的 CO 2 形成的是弱酸
采用 X 射线衍射仪进行分析,将样品研磨至粉状并 性介质,从而导致晶核的成核速率低于晶核的长大
用玻璃板压紧,置于样品架上进行扫描分析;微观 速率,造成颗粒粒径较大,导致白炭黑的 DBP 吸油
结构由扫描电镜测定;红外光谱采用傅里叶变换红 值和比表面积均呈下降趋势。所以,最佳水玻璃质
外光谱仪进行测定,KBr 压片制样,扫描范围为 量分数为 15%。
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4000~400 cm ;热重-差热分析由 TGA/DSC 3+同步 2.2 反应温度对白炭黑吸油值和比表面积的影响
热分析仪测定。 在水玻璃质量分数为 15%、Na 2 CO 3 质量浓度为
2 g/L、CO 2 通入速率 200 mL/min 条件下,考察了反
2 结果与讨论
应温度对白炭黑 DBP 吸油值和比表面积的影响,实
验方法同 1.2.2 节,结果见图 2。
2.1 水玻璃质量分数对白炭黑吸油值和比表面积
的影响
在反应温度为 80 ℃、Na 2 CO 3 质量浓度为 2 g/L、
CO 2 通入速率 200 mL/min 条件下,通过加水稀释水
玻璃,考察了水玻璃质量分数对制得白炭黑 DBP 吸
油值和比表面积的影响,实验方法同 1.2.2 节,结果
见图 1。
图 2 反应温度对白炭黑 DBP 吸油值和比表面积的影响
Fig. 2 Effects of reaction temperature on the DBP absorption
value and specific surface area of silica
由图 2 可知,当反应温度较低时,制得白炭黑
的 DBP 吸油值和比表面积均较低。随着体系温度的
升高,DBP 吸油值和比表面积开始大幅提升,反应温
图 1 水玻璃质量分数对白炭黑 DBP 吸油值和比表面积
的影响 度为 85 ℃时,白炭黑的 DBP 吸油值达到 3.23 mL/g,
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Fig. 1 Effects of sodium silicate mass fraction on the DBP 在 80 ℃时,比表面积最高达到 241 m /g。体系反应
absorption value and specific surface area of silica 温度进一步提高后,白炭黑的 DBP 吸油值和比表面
由图 1 可知,随着水玻璃质量分数的提高,白 积开始下降。
炭黑的 DBP 吸油值逐渐增加。当水玻璃质量分数为 由于反应温度直接影响白炭黑晶核的生长和聚