煤矸石是伴随煤炭开采、分选或洗选而产生的固体废弃物,煤矸石的排放量一般占当年煤炭产量的10%<sup>1</sup>5%。我国的煤矸石堆存量巨大,不仅占用大量耕地,而且污染周边环境。煤矸石的综合利用已刻不容缓。从煤矸石中制备硅系化工产品是其资源化利用的高附加值手段之一。
煤矸石组成复杂,要有效利用其中的硅元素,必须要对其进行活化。目前,主要的活化方法包括:机械活化、热活化、化学活化和复合活化。复合活化可以极大的提高煤矸石的活化效率,促进煤矸石中矿物资源的高效利用。本论文以煤矸石为原料,采用超（亚）临界水热活化技术,制备沉淀白炭黑。
在高温水热条件下,通过添加活化剂,既达到了热活化与化学活化复合的目的,又提供了水热环境有利于硅元素的溶出,从而缩短了活化时间。本文考察了煤矸石超（亚）临界水热活化条件（碱性活化剂、活化温度、煤矸石粒径）和酸浸条件（盐酸浓度、温度、时间和液固比）对白炭黑收率的影响。其次,研究发现沉淀白炭黑表面羟基含量较高,易于团聚,在有机相中难以分散,限制了应用。又以甲基三氯硅烷（MTS）为改性剂,对其表面进行有机改性,以提高其分
散性和疏水性能。
主要考察了改性反应温度、时间、改性剂浓度对沉淀白炭黑的物化结构和性能的影响。改性后的白炭黑采用XRD、FT-IR、SEM、N<sub>2</sub>吸附等表征手段对产品进行表征,在大量实验基础上得到以下结论:（1）三种活化剂NaOH、Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>、KOH被用于超临界水热活化煤矸石。活化后的煤矸石主要晶相分别为钙霞石、羟基钙霞石和钾霞石,其白炭黑收率分别为39.22%、44.92%和43.94%。基于成本考虑,以NaOH为活化剂较为适宜。
（2）活化温度对活化后煤矸石中的主要晶相影响较大,原料煤矸石中的高岭石晶相在水热条件下（150<sup>3</sup>75℃）随温度升高晶相经过一系列变化,在300℃后晶相主要是羟基钙霞石。产物白炭黑的产率随活化温度的升高而急剧增大,在300℃后增幅较小。（3）以NaOH为活化剂在水热条件下活化煤矸石,考察了煤矸石粒径（0.75<sup>0</sup>.20 mm）对白炭黑收率的影响,随着粒径增大,白炭黑收率先增大后降低,表明在实验条件下煤矸石的粒径存在最佳值。（4）对产物白炭黑进行表面改性的研究表明:随改性剂浓度（0.08<sup>0</sup>.24mol/L）、反应时间（10<sup>1</sup>20 min）和反应温度（25<
sup>8</sup>5℃）的增大,改性后产物的活化度及亲油化度（亲油性）都逐渐增大,但在后段增势较缓。
因此,较适宜的改性条件为:MTS浓度为0.20 mol/L、时间为90 min及反应温度为70℃。（5）改性后的白炭黑仍为无定形结构。与改性前相比,其比表面积降低,孔容和平均孔径变小。改性后白炭黑表面羟基可减少88.3%<sup>9</sup>7.2%,其疏水性增强。
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