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技術(shù)咨詢
廢輪胎熱解炭黑制備設(shè)備
1、熱解炭黑用作吸附劑及其改性方法
選用熱解炭黑為主要原料通過改性可制備具有良好吸附性能的活性炭吸附劑。決定吸附性能的因素主要有活性炭的孔徑-孔容分布、表面積大小及表面存在的酚羥基、羧基官能團(tuán)。未經(jīng)處理的輪胎熱解得到的炭黑具有較不發(fā)達(dá)的多孔結(jié)構(gòu)和較低的內(nèi)表面積，而且表面的碳質(zhì)沉積物以及一些灰分將炭黑原有的活性部位覆蓋，降低了表面活性，所以可以根據(jù)需要采取物理和化學(xué)的方法處理原始熱解炭黑，改變其吸附行為來獲得高質(zhì)量的活性炭材料。
采用攪拌磨、超音速氣流粉碎等機(jī)械方法可使粉體材料細(xì)化，減小炭黑粒徑；或者采用酸洗/堿洗改性，洗滌碳質(zhì)沉積層，減少灰分含量，增大比表面積；也可以使用活化劑擴(kuò)散孔道，使孔的大小、分布和比表面積達(dá)到商用標(biāo)準(zhǔn)。分別用H2SO4和NaOH對經(jīng)研磨粒徑小于0.28mm的熱解炭黑進(jìn)行處理，制備活性炭吸附廢水中的染料，脫色率可達(dá)到90%且反應(yīng)十分迅速。熱解炭黑也可在高溫下利用水蒸氣或CO2氣體進(jìn)行物理活化獲得多微孔活性炭。經(jīng)蒸汽活化的熱解炭黑形成了更大的表面積和更多的大孔，能夠有效去除有毒化學(xué)物質(zhì)（苯酚和氯），過濾效率高達(dá)95%，作為活性炭清潔廢水的廉價替代品有很大希望。
采用化學(xué)試劑浸漬熱解炭黑可去除炭黑中無機(jī)物灰分、擴(kuò)大炭黑的孔徑。通過微波誘導(dǎo)化學(xué)浸漬技術(shù)對從廢舊輪胎中制取的炭黑進(jìn)行改性，明顯改善了熱解炭黑的孔隙率和總孔體積。通過化學(xué)法或機(jī)械法對熱解炭黑進(jìn)行活化可以得到孔徑較小、多孔結(jié)構(gòu)比例較高以及比表面積增大的改性炭黑。通過化學(xué)激活技術(shù)對熱解炭黑進(jìn)行改性，以KOH作為活化劑處理的熱解炭黑在吸附重金屬方面具有與標(biāo)準(zhǔn)活性炭相似的性能。
多種方法共同改性熱解炭黑的效果更理想。采用熱處理、鹽酸酸洗處理和二氧化碳活化三步處理熱解炭黑，轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝阅芑钚蕴?，其具有多孔結(jié)構(gòu)，比表面積可達(dá)1048m2/g。測試發(fā)現(xiàn)，制備的活性炭吸附能力較好，可以有效脫除亞甲基藍(lán)，是一種高效、低成本的活性炭。
2、熱解炭黑用作電極材料及其改性方法
將熱解炭黑與化學(xué)活化劑反應(yīng)，可以改善熱解炭黑內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)、更好地引入含氧官能團(tuán)及增大材料的比表面積，進(jìn)行改性處理后的熱解炭黑可用作電極材料?，F(xiàn)階段普遍用的活化劑有堿性活化劑，如氫氧化鉀、氫氧化鈉；酸性活化劑磷酸及鹽類試劑氯化鋅等。以廢舊輪胎熱解炭黑作為活性炭前驅(qū)體，用磷酸進(jìn)行活化，可在碳材料里產(chǎn)生多孔的結(jié)構(gòu)體，從而調(diào)整活性炭電極的電化學(xué)性能。對碎裂的輪胎進(jìn)行酸處理之后再進(jìn)行熱解，生產(chǎn)的熱解炭黑作為活性炭的原材料，使用K2CO3進(jìn)行活化制成活性炭電極，制成的電極在0.25A/g下的比電容量為90F/g，具有較好的電化學(xué)性能。
廢舊輪胎制備的熱解炭黑也可通過摻入其他材料得到符合要求的電極材料。在紡絲溶液中直接引入多孔納米炭作為電紡摻雜劑，可以制備出具有高孔隙率和高比表面積的電紡納米炭纖維。采用濃硝酸對熱解炭黑表面進(jìn)行改性，加入到聚乙烯吡咯烷酮(PVP)/乙醇體系中配成紡絲原液，進(jìn)行靜電紡絲、預(yù)氧化及炭化后，制備出富含改性炭黑的納米炭纖維，比表面積為624m2/g。將其用作超級電容器的電極材料，最大比電容為166F/g，倍率性能達(dá)到54%。
雜原子摻雜是提高鉀或二次電池中碳材料容量和倍率性能的有效途徑。例如，將磷酸加到輪胎橡膠碎片中，并將其置于氮?dú)鈿夥罩杏?00℃下煅燒2h獲得中孔碳。該碳材料得益于磷摻雜和介孔結(jié)構(gòu)的共同作用，縮短了K+的輸運(yùn)路徑，顯著提高了鉀電池的電化學(xué)反應(yīng)活性。
除了制備高性能超級電容的電極材料以外，熱解炭黑也可以通過改性用作氧還原反應(yīng)(ORR)催化劑，將熱解炭黑在450℃下熱處理后，采用硫酸和硝酸混合溶液進(jìn)行酸處理，使其轉(zhuǎn)化成高效的ORR催化劑，其O2轉(zhuǎn)化為H2O的效率超過85%，而且在恒電位下很穩(wěn)定。這項(xiàng)技術(shù)表明，熱解炭黑可通過便捷高效的方法轉(zhuǎn)化為高性能的ORR電催化劑，促進(jìn)了熱解炭黑在電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。
通過適當(dāng)?shù)氖侄螌峤馓亢谶M(jìn)行處理，可以獲得符合要求的活性炭材料。在這些適當(dāng)?shù)氖侄萎?dāng)中，酸洗/堿洗改性方法，可有效洗滌熱解炭黑表面的灰分，增大表面積，增加介孔結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提升活性炭的吸附性能以及電化學(xué)方面的性能，將熱解炭黑進(jìn)行高價值利用。
