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炭黑表面官能团

发表时间:2019-05-13 17:11作者:未知

(1)-氧表面基团

  在炭黑粒子表面上,生成的含氧基团是最重要的表面基团,它影响着炭黑的理化性能, 如湿润性、催化活性以及电化学性能。这些含氧基闭分为酸性氧化物、碱性氧化物和中性 氧化物三类。当碳与氧在温度达400℃时处理或者在室温碳与氧化溶液接触,则生成酸性 氧化物。这些表面基团的热稳定性较差,30~800℃的惰性气氛中或真空条件下热处理 时便会分解,析出CO2和水蒸气。这些酸性表面基团主要为羧基、酚羟基、醌基、内酯基或 CO2凝结层,酸性主要来源于羧基。炭黑在氧气中表面成为极性。(1)-氧表面基团 在炭黑粒子表面上,生成的含氧基团是最重要的表面基团,它影响着炭黑的理化性能, 如湿润性、催化活性以及电化学性能。这些含氧基闭分为酸性氧化物、碱性氧化物和中性 氧化物三类。当碳与氧在温度达400℃时处理或者在室温碳与氧化溶液接触,则生成酸性 氧化物。这些表面基团的热稳定性较差,30~800℃的惰性气氛中或真空条件下热处理 时便会分解,析出CO2和水蒸气。这些酸性表面基团主要为羧基、酚羟基、醌基、内酯基或 CO2凝结层,酸性主要来源于羧基。炭黑在氧气中表面成为极性。

当炭黑在1000℃的惰性气氛或真空中热处理时,释放出所有表面复合物,之后冷却至 室温,并与氧气接触,此时产生碱性表面氧化物。加坦(Garten)和威斯(Weiss)认为其碱性氧化物为吡喃酮型结构,它们是一些弱碱,能生成盐类,生成的盐可水解。里文(Rivin)的研 究证实,在酸存在下氧化处理过的炭黑表面上存在着阳离子表面点。说明炭黑表面的键合 氧可产生正电荷。当然也不排除存在碳-氧键,如酯氧键合的可能。这部分氧在功能上也可能参与生成石墨层上的碱性基团。

中性表面氧化物是由于在碳表面上的不饱和区烯类)对氧的不可逆吸附而形成的。 氧原子组成—CC00C,在真空热处理时,分解成CO2,中性表面氧化物比酸性表 面氧化物更为稳定,它在500~600℃时才开始分解。

(2) -氢表面基团

氢是以化学吸附水、部分羟基、酚基和氢醌基团的方式存在于炭黑中,此外,也有少量 的氢原子直接键合在碳原子上,构成CH键。元素分析炭黑中氢含量在0.01%~0.7% (质量分数)范围内。炉法炭黑中,氢含量有随炭黑比表面积降低而增加的趋势。炭黑中的氢集中分布在碳的表面上。仅有少量位于碳的品格内。

与碳一氧表面复合物相比,碳一氢复合物更为稳定,在惰性气氛或真空中高温热处理时,逸出水和元素氢。当温度约700℃时有少量的氢被解吸。在1000-1200,大量的氢开始解吸。然而、即使在1200℃时,仍然有一定比例的化学吸附氢滞留在炭黑内,直至1600℃时,最后残留的吸附氢才会被排出

(3)其他化学官能团

除氧和氢以外,炭黑巾也存在其他元素与碳形成官能团。这些元素有的是炭黑原料如

油和气带的。有的则是炭黑后处理时形成的。

硫在炭黑中的含量可达1%,并以多种形式存在,如元素硫、无机硫酸盐和有机硫合物元素硫约占硫含量的10%,在橡胶应用中,它有助于胶料硫化时的交联。化学吸附硫以碳一硫表面复合物的形式出现,热稳定性较高。当刚强回流或在1000℃真空或情性气体中加热也不会分解。但是,当在500-700℃用氢作热处理时,可完全解吸为H2S

正常生产的炭黑中不含卤族元素,-卤素表面复合物是在使用卤族化合物处理炭黑时生成的。例如,在气相或水相用卤素或卤素化合物处理炭黑,形成稳定的碳-卤素表面复合物。吸附量取决于碳表面特性、氧和氢含量、实验条件以及卤族化合物种类。卤素对碳的反应性按氯>>碘的顺序降低,相应的碳卤素表面复合物的稳定性亦按相同的次序而变化。但总的来说,碳一卤素表面复合物的稳定性较高,如果碳没有残余的氢,即使在高达1000℃真空下热处理也无法解吸。但是当用氨气或碱处理时部分卤素被置换出来。


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