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废轮胎裂解炭黑在能源存储及转换中的应用进展

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材料导报 2024年第8期38卷 72-82页

作者：陈美玲孙艳芝吴玉锋袁浩然潘军青北京化工大学化学学院化工资源有效利用国家重点实验室北京100029 北京工业大学材料与制造学部北京100124 中国科学院广州能源所广州510610

全球每年大量报废的废轮胎产生引起严重的资源浪费和环境污染等问题,热裂解作为废轮胎高效的最终处理方式之一获得了广泛的应用。裂解炭黑作为废轮胎裂解主要副产物,它的高值化利用有利于推动废轮胎裂解行业健康发展和价值链提升。该裂... 详细信息

全球每年大量报废的废轮胎产生引起严重的资源浪费和环境污染等问题,热裂解作为废轮胎高效的最终处理方式之一获得了广泛的应用。裂解炭黑作为废轮胎裂解主要副产物,它的高值化利用有利于推动废轮胎裂解行业健康发展和价值链提升。该裂解炭黑含有高达75%~81%的无定形碳,经过纯化(除灰分)和改性处理可获得具有与商品炭黑导电性相当的多孔碳材料,在能源存储和能源转换方面有着日益重要的应用。本文结合废轮胎裂解炭黑纯化方法以及改性方式,主要围绕裂解炭黑在超级电容器、二次电池和电催化等方面的研究进展,对裂解炭黑资源化研究和应用现状等进行综述分析。

关键词：废轮胎裂解炭黑超级电容器二次电池电催化

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废轮胎裂解炭黑的深加工及应用

高分子材料科学与工程 2004年第4期20卷 142-145页

作者：彭小芹肖国良重庆大学材料科学与工程学院重庆400045

以废轮胎裂解炭黑为原料,经粉碎分级、表面改性等系统工艺条件,制备出性能优良的超细改性裂解炭黑。实验结果表明,超细改性后裂解炭黑的粉体性质大大改善,表面活性提高。经NR的应用实验证实,超细改性裂解炭黑填充NR的性能良好,其应用前... 详细信息

以废轮胎裂解炭黑为原料,经粉碎分级、表面改性等系统工艺条件,制备出性能优良的超细改性裂解炭黑。实验结果表明,超细改性后裂解炭黑的粉体性质大大改善,表面活性提高。经NR的应用实验证实,超细改性裂解炭黑填充NR的性能良好,其应用前景广阔。

关键词：废轮胎裂解炭黑深加工应用粉碎分级表面改性天然橡胶

裂解炭黑/天然胶乳复合材料的湿法制备机理及实验研究

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裂解炭黑/天然胶乳复合材料的湿法制备机理及实验研究

作者：李光超青岛科技大学

学位级别：硕士

炭黑作为橡胶行业中最重要的补强剂,填充到橡胶中可以赋予橡胶优良的物理机械性能、耐化学性、耐热性和良好的导电性,被广泛应用于各个领域。但炭黑的比表面积大、表面能高,极易团聚为大颗粒,其主体部分呈现出较强的非极性,难以稳定分... 详细信息

炭黑作为橡胶行业中最重要的补强剂,填充到橡胶中可以赋予橡胶优良的物理机械性能、耐化学性、耐热性和良好的导电性,被广泛应用于各个领域。但炭黑的比表面积大、表面能高,极易团聚为大颗粒,其主体部分呈现出较强的非极性,难以稳定分散于天然胶乳体系中,裂解炭黑作为轮胎等橡胶制品热裂解的主要副产品,由于活性低、灰分多等特性,其性能低于普通商品炭黑。如何实现裂解炭黑在胶乳中的良好分散,发挥裂解炭黑对胶乳的补强作用是急需解决的难题。本文采用胎面胶经典配方,通过不同的表面活性剂对裂解炭黑的表面进行改性,研究表面活性剂与裂解炭黑的最佳配比,选择不同的工艺处理裂解炭黑/天然胶乳混合液,通过多种仪器来表征裂解炭黑/天然胶乳湿法混炼复合材料的性能。完成的主要工作如下:1.通过不同的表面活性剂对裂解炭黑进行表面改性,实验结果表明,当采用对苯乙烯磺酸钠改性裂解炭黑时,胶料物理机械性能优于硬脂酸钠和十二烷基苯磺酸钠改性,M300%/M100%定伸、撕裂强度和磨耗性能提高,裂解炭黑具有良好的分散。2.通过不同配比的表面活性剂与裂解炭黑在胶乳中分散,当对苯乙烯磺酸钠与裂解炭黑配比为1∶6时,胶料的拉伸强度、撕裂强度比其他配比有不同程度提高,DIN磨耗降低,裂解炭黑在橡胶中的分散性最佳。3.通过不同工艺处理裂解炭黑/天然胶乳混合液,当采用雾化干燥工艺处理炭黑浆液时,胶料物理机械性能优于CaCl絮凝和乙酸絮凝工艺,拉伸强度、断裂伸长率和回弹性提高,裂解炭黑分散性最好。4.通过对比湿法裂解炭黑、湿法N234炭黑与干法炭黑混炼胶的性能,发现湿法炭黑混炼胶的拉伸强度、撕裂强度和磨耗等性能优于干法混炼橡胶。综上所述,通过对苯乙烯磺酸钠改性裂解炭黑,当其配比为1∶6并采用雾化干燥工艺处理炭黑/胶乳混合液时,得到的裂解炭黑/天然胶乳复合材料力学性能最佳,填料分散性最好。

关键词：湿法混炼天然胶乳裂解炭黑表面活性剂雾化干燥

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裂解炭黑在天然橡胶中的应用研究

裂解炭黑在天然橡胶中的应用研究

作者：李本新青岛科技大学

学位级别：硕士

本工作借助热失重分析仪、激光共聚焦拉曼光谱仪、X射线光电子能谱仪、激光粒度仪、超分辨微孔物理吸附仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪等先进的表征技术,结合交联密度测定和动、静态力学性能测试等方法,研究了裂解温度(45... 详细信息

本工作借助热失重分析仪、激光共聚焦拉曼光谱仪、X射线光电子能谱仪、激光粒度仪、超分辨微孔物理吸附仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪等先进的表征技术,结合交联密度测定和动、静态力学性能测试等方法,研究了裂解温度(450℃、500℃、550℃和600℃)及等离子体改性条件对裂解炭黑(CBp)及其填充天然橡胶(NR)硫化胶性能的影响。实验结果表明,450℃热解CBp(CBp450)表面含有较多的填充油及残存橡胶分子链,使得NR/CBp450复合材料物理机械性能差;500℃和550℃裂解炭黑表面仍残存少量橡胶烃,其填充硫化胶拉伸强度和撕裂强度显著提高;而600℃裂解炭黑表面只存在尺度较小的基团,由于粒子之间的凝结现象使其平均粒径偏高,该现象使得NR/CBp600硫化胶的硬度、定伸应力和动态力学性能都得到进一步改善。采用不同气氛(NH、Ar、He和HO)等离子体改性半钢子午线轮胎裂解所得CBp,发现改性后的CBp表面引入了极性基团,粒径减小,比表面积和表面粗糙度均有所增加。等离子体改性CBp填充NR硫化胶的交联密度增大,模量和定伸应力均显著增加。其中,经Ar等离子体改性的CBp填充NR硫化胶的交联密度、定伸应力和储能模量均最高。采用不同放电功率(100W、200W、300W和400W)的等离子体改性全钢子午线轮胎裂解所得CBp,发现CBp100和CBp200的粒径和比表面积增幅较大;与300W改性条件相比,400W改性所得CBp400表面C=C含量大幅增加,粒径和比表面积变化不大。NR/CBp0硫化胶的300%定伸应力和拉伸强度均较弱;NR/CBp100硫化胶的静态力学性能提高,而动态力学性能有所下降;NR/CBp200的交联密度较大,定伸应力显著增大,储能模量略有增加;而NR/CBp300和NR/CBp400的物理机械性能较差。综合实验结果分析,提出了等离子体改性CBp与NR基体间相互作用的基本模型:等离子体改性在CBp表面引入活性基团,使得粒子网络化程度增强;然而过度的等离子体作用会使得表面残存橡胶烃受到的刻蚀程度增大,活性位点被破坏,最终削弱了CBp与橡胶基体间的相互作用。

关键词：裂解炭黑热解温度低温等离子体气氛放电功率粒子网络

裂解炭黑纯化及其与NiFe-LDHs复合材料的碱性析氧行为研究

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裂解炭黑纯化及其与NiFe-LDHs复合材料的碱性析氧行为研究

作者：车凯北京化工大学

学位级别：硕士

随着汽车工业的蓬勃发展,如何清洁回收处置大量报废的轮胎,并回收碳等有价资源是全球面临的共同难题。裂解工艺作为当前废轮胎重要的高效回收工艺,其裂解过程得到的裂解炭黑(CBP)因灰分含量高,补强活性低,其大量堆积,极大影响了废轮胎... 详细信息

随着汽车工业的蓬勃发展,如何清洁回收处置大量报废的轮胎,并回收碳等有价资源是全球面临的共同难题。裂解工艺作为当前废轮胎重要的高效回收工艺,其裂解过程得到的裂解炭黑(CBP)因灰分含量高,补强活性低,其大量堆积,极大影响了废轮胎回收行业的健康发展。此外,现有的CBP纯化工艺存在效率低、成本高和环境污染严重等问题,严重阻碍了裂解炭黑高值化综合利用的工业化进程。针对上述问题,本论文提出并开展了CBP瞬态高温+双酸浸出的纯化新工艺及其中试装置开发,得到灰分含量优于商品炭黑标准的纯化CBP。在此基础上,通过对纯化CBP的进一步活化,制备了纯化CBP负载的NiFe-LDHs复合催化剂,研究了该催化剂在碱性电解水和电积锌工艺中的应用价值。论文的主要研究内容如下:(1)论文提出了瞬态高温快速去除CBP表面的有机灰分的新方法,显著提高了CBP的亲水性和酸浸除杂效率。在此基础上,论文研究了硫酸和毛酸(PFA)结合的双酸法除去CBP中杂质的工艺条件。研究表明,在硫酸溶液中添加的适量Na Cl可以有效加快锌络合溶解过程,显著提高金属杂质的浸出率,使CBP中金属杂质去除率高达97.12%。论文进而利用价格低廉的磷肥工业副产物PFA去除CBP中的白炭黑,并得到高附加值的氟硅酸溶液。通过系统优化实验,纯化CBP产品的灰分含量为0.23%,明显优于商品炭黑灰分含量0.7%的要求。(2)论文根据母液中锌离子的积累规律和炭黑产品中灰分含量的控制要求,开发了浸出母液的循环再利用工艺。研究表明,硫酸母液最佳循环次数为16次,PFA为3次,显著提高硫酸和PFA利用率。在此基础上,设计了50升量级(年产5吨级)的小试和8 m(年产1200吨级)的CBP中试装置。通过小试装置累计90天的连续稳定运行,进一步证明了该工艺的稳定性和经济可行性。同时,通过Aspen plus软件进行硫酸母液浓缩及锌回收模拟研究,结果显示硫酸回收率可达85.07%,锌回收率接近100%,有望实现裂解炭黑有价组分的综合回收利用。(3)论文利用预活化的纯化CBP为载体,研究了NiFe-LDHs在抗坏血酸(AA)调控下制备NiFe-LDHs@ACBP复合材料,发现该材料具有良好的导电性和高的电化学活性比表面,在1 M KOH溶液中表现出良好的析氧催化性能,其中在10 m A cm电流密度下,析氧过电势为227m V,优于其它同类催化剂。在此基础上,以NiFe-LDHs@ACBP为阳极催化剂,开发了其在碱性电解液中的电解水和电解锌的应用。研究表明,该催化剂在1000 A m大电流密度下,电积锌的槽电压为2.08 V,相应能耗为1.78 k W h/kg ,远低于现有工业酸性电积锌3.40 k W h/kg 的能耗,进一步展示了CBP湿法冶金领域的应用前景。本论文研究了废轮胎CBP低成本绿色高效的纯化新工艺,开发了CBP复合材料在能源和冶金领域的高值化应用,为裂解炭黑的综合利用提供了重要的研究基础。

关键词：废轮胎裂解炭黑纯化工艺母液循环阳极催化剂电积锌

裂解炭黑/纤维素杂化材料的制备及其在天然橡胶中的应用

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裂解炭黑/纤维素杂化材料的制备及其在天然橡胶中的应用

作者：杨帆青岛科技大学

学位级别：硕士

裂解炭黑(CBp)占废旧轮胎热裂解产物的35%以上。其较差的补强能力和较低的附加值严重限制了热裂解技术在解决废旧轮胎"黑色污染"问题上的广泛应用。裂解炭黑的传统改性方式,如去灰分处理、表面化学改性、等离子体处理、等普遍存在废液... 详细信息

裂解炭黑(CBp)占废旧轮胎热裂解产物的35%以上。其较差的补强能力和较低的附加值严重限制了热裂解技术在解决废旧轮胎"黑色污染"问题上的广泛应用。裂解炭黑的传统改性方式,如去灰分处理、表面化学改性、等离子体处理、等普遍存在废液量大、环境污染严重、能耗高等问题。本文开发了一种全新的CBp改性方法,通过将CBp和微纤化纤维素(MFC)共同球磨,得到CBp与纳米纤维素的杂化材料(CNCH)水分散液。然后将CNCH的水分散液经喷雾干燥后得到CNCH粉体并将其与天然橡胶(NR)复合,考察了CNCH对NR的补强性能,并与CBp、以及球磨后裂解炭黑(MCBp)对天然橡胶的补强能力进行系统考察,详细地探讨了CNCH对天然橡胶的补强机制。为进一步提升CNCH补强NR的性能,采用多种硅烷偶联剂对CNCH进行了预处理,将其部分代替商业炭黑(CB),探究了CNCH硅烷处理前后制备的混炼胶和硫化胶的各项性能。这项工作有望为裂解炭黑在轮胎中的应用提供理论依据和技术指导,加速废轮胎热裂解技术的产业化,解决"黑色污染"问题。本文的主要的研究内容如下:(1)通过将CBp和MFC共同球磨,实现CBp与纤维素的杂化,提升CBp的品质和补强能力。一系列的测试表明,球磨过程中,同步实现了CBp的细化、MFC的纳米化和二者的杂化。探讨了球磨制备CNCH的机理,球磨结合喷雾干燥获得的CNCH具有独特链珠状的形态,小的CBp颗粒通过疏水和氢键作用紧密地附着在纤维素纳米纤维上。(2)系统研究了不同质量比CBp/MFC所制备CNCH以及不同添加量CNCH与天然橡胶复合材料的硫化特性、机械性能,结果表明CBp与MFC的质量比为4:1、CNCH添加份数为30 phr时,混炼胶的焦烧安全性最好,且硫化速率较快,硫化胶的机械性能最佳。对比研究了CNCH、CBp以及MCBp补强天然胶的各项性能,研究表明CNCH的补强能力远高于CBp和MCBp。并且,相比于CBp或MCBp,CNCH补强的NR具有更低的滞后性和较高的耐磨性。(3)采用了硅烷偶联剂Si,KH550分别对CNCH进行了预处理(记为CNCH-Si,CNCH-K),将其代替20 phr的商业炭黑CB应用到NR中,测试了胶料的硫化特性、力学性能、SEM表征、压缩生热、磨耗、动态力学测试等。结果表明,采用Si处理后获得的CNCH-Si代替20phr的商业炭黑N330时,硫化胶的T基本保持不变,胶料的烧焦安全性提高,同时复合材料的机械性能保持不变,与未改性CNCH相比,CNCH-Si、CNCH-K填充的天然橡胶的硫化胶的损耗量分别降低了14%和16%,压缩生热分别降低了4.5C,4C。以上结果表明采用Si改性后的杂化材料可以实现商业炭黑N330的部分替代,取代量为每百份天然橡胶的20%。该方法的实验过程简单、环保,适合大规模工业应用。这意味着CNCH作为轮胎的增强填料具有明显的优势。

关键词：废轮胎裂解炭黑纤维素杂化材料硅烷偶联剂

多烯酯共混超细研磨改性裂解炭黑及其在输送带贴胶中的应用

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橡胶工业 2024年第7期71卷 507-512页

作者：魏玉山陈晓燕周平滕晶晶马立成刘浩淼双星集团有限责任公司山东青岛266400

通过与多烯酯共混并超细研磨改性裂解炭黑(CBp),研究改性CBp的理化性能及其在输送带贴胶中的应用,并与炭黑N660对比。结果表明,多烯酯改性CBp的粒径减小,其补强性能提高,多烯酯改性CBp可完全替代炭黑N660用于输送带贴胶,胶料的加工性能... 详细信息

通过与多烯酯共混并超细研磨改性裂解炭黑(CBp),研究改性CBp的理化性能及其在输送带贴胶中的应用,并与炭黑N660对比。结果表明,多烯酯改性CBp的粒径减小,其补强性能提高,多烯酯改性CBp可完全替代炭黑N660用于输送带贴胶,胶料的加工性能和粘合性能变化不大,成品输送带性能满足指标要求,同时胶料的生产成本降低。

关键词：裂解炭黑多烯酯超细研磨改性输送带贴胶

等离子体改性裂解炭黑填充天然橡胶硫化胶的微、介观结构及性能

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弹性体 2023年第4期33卷 7-12页

作者：董海凌姚慧丹冯馨从杨惠茹刘吉文孙翀青岛科技大学高分子科学与工程学院橡塑材料与工程教育部重点实验室山东青岛266042

对比了不同功率等离子体改性裂解炭黑(CBp)的粒径分布、比表面积和表面活性,考察了等离子体改性功率对填充天然橡胶硫化胶微、介观结构及其对动、静态力学性能的影响。结果表明,CBp-200W的比表面积最大,CBp-600W的比表面积最小。当改性... 详细信息

对比了不同功率等离子体改性裂解炭黑(CBp)的粒径分布、比表面积和表面活性,考察了等离子体改性功率对填充天然橡胶硫化胶微、介观结构及其对动、静态力学性能的影响。结果表明,CBp-200W的比表面积最大,CBp-600W的比表面积最小。当改性功率高于400 W时,CBp聚集体出现不同程度的熔结现象。与NR/CBp-0W复合材料相比,NR/CBp-200W复合材料的表面粗糙度减小,交联密度和结合橡胶含量增大。随着等离子体改性功率增大,复合材料的表面粗糙度和交联密度均增大,结合胶含量减少。改性CBp填充体系强填料与橡胶相互作用(E′st)差别不大,而NR/CBp-200W体系的弱填料与橡胶相互作用(E′1)最大,且随改性功率的增大而下降。NR/CBp-200W体系的拉伸强度最大,NR/CBp-600W体系的定伸应力最大,其扯断伸长率和拉伸强度均最小。

关键词：等离子体改性裂解炭黑微、介观结构动态力学性能物理机械性能

炭黑N660/裂解炭黑并用在轮胎气密层胶中的应用研究

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橡胶工业 2020年第4期67卷 282-286页

作者：孔美刘志鹏李培军青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室山东青岛266042

研究炭黑N660/裂解炭黑并用对溴化丁基橡胶(BIIR)气密层胶性能的影响。结果表明:裂解炭黑粒径大于炭黑N660;随着裂解炭黑用量的增大,胶料的门尼粘度提高,t 10和t90总体延长,加工安全性能较好,硫化速度较慢;与纯炭黑N660胶料相比,添加裂... 详细信息

研究炭黑N660/裂解炭黑并用对溴化丁基橡胶(BIIR)气密层胶性能的影响。结果表明:裂解炭黑粒径大于炭黑N660;随着裂解炭黑用量的增大,胶料的门尼粘度提高,t 10和t90总体延长,加工安全性能较好,硫化速度较慢;与纯炭黑N660胶料相比,添加裂解炭黑的胶料物理性能总体降低,炭黑N660/裂解炭黑并用比为40/20的胶料综合物理性能较好,成本降低;炭黑N660/裂解炭黑并用胶料的耐热氧老化性能和气密性较好。

关键词：裂解炭黑炭黑N660 溴化丁基橡胶气密层轮胎耐热氧老化性能气密性