Page 69 - 《精细化工》2022年第10期
P. 69

第 10 期                      孙艳芝，等:  废旧轮胎裂解炭黑的改性及其应用进展                                   ·2003·


            能达到 54%。                                           高中国废旧轮胎的综合利用水平，实现炭黑资源的
                 杂原子掺杂是提高钾或二次电池中碳材料容量                          循环利用，从而化害为利、变废为宝。当前，热裂
            和倍率性能的有效途径。例如，GONG 等                  [45] 将磷酸     解工艺得到的热解炭黑存在灰分高、组分复杂等缺
            加到轮胎橡胶碎片中，并将其置于氮气气氛中于                              点，通常灰分质量分数在 14%~21%之间，不同轮胎
            800 ℃下煅烧 2 h 获得中孔碳。该碳材料得益于磷掺                       配方组分差异较大，生产回用时，配方需频繁调整，
                                              +
            杂和介孔结构的共同作用，缩短了 K 的输运路径，                           应用不方便；另外，热解炭黑表面除了存在白炭黑
            显著提高了钾电池的电化学反应活性。                                  和氧化锌等灰分以外，还有裂解过程产生的沉积在
                 除了制备高性能超级电容的电极材料以外，热                          炭黑表面的残留橡胶大分子、结焦炭和胶质层，影
            解炭黑也可以通过改性用作氧还原反应(ORR)催化                           响了热解炭黑和新橡胶分子之间的相互作用，导致
            剂。PASSAPONTI 等     [46] 将热解炭黑在 450  ℃下热处           其补强性能较差。目前，热解炭黑在生产回用时大
            理后，采用硫酸和硝酸混合溶液进行酸处理，使其                             多用在要求不高的部位，且使用比例小，应用范围
            转化成高效的 ORR 催化剂，其 O 2 转化为 H 2 O 的效                  受限，替代后降低成本的作用不突出。目前，市场
            率超过 85%，而且在恒电位下很稳定。这项技术表                           上有部分企业通过深加工技术来提高热解炭黑价
            明，热解炭黑可通过便捷高效的方法转化为高性能                             值，但未从根本上解决上述问题。这些因素导致大
            的 ORR 电催化剂，促进了热解炭黑在电化学领域的                          量废旧轮胎裂解产生的炭黑不能得到广泛的应用，
            应用。                                                成为黑色污染。相比其他废轮胎处理方法，废旧轮
                 这些研究表明，通过适当的手段对热解炭黑进                          胎的热裂解工艺是轮胎再生的最终途径，如何推动
            行处理，可以获得符合要求的活性炭材料。其中，                             裂解行业的健康可持续发展，需要加强热解炭黑的
            酸洗/碱洗改性方法可有效洗涤热解炭黑表面的灰                             高值化开发，重点在于以下 3 个方面。
            分、增大比表面积、增加介孔结构，进而提升活性                                （1）开发清洁高效的热解炭黑纯化工艺。一方
            炭的吸附性能以及电化学方面的性能，有利于热解                             面使热解炭黑的灰分从现有的质量分数 14%~21%
            炭黑的高价值利用。                                          降低到国家标准(GB/T3780.10—2017)要求的 0.7%
                                                               以下，从而克服不同来源、不同配方热解炭黑性能
            3   热解炭黑在其他领域的应用及其改性                               的不稳定问题，得到纯度和补强性能相对稳定的纯

                                                               再生炭黑，满足轮胎工艺制造的要求；二是高纯度
            3.1    热解炭黑用作油墨及其改性方法
                                                               的热解炭黑有利于满足其在电解氧化铝石墨阳极和
                 热解炭黑的粒径、表面活性显著影响着油墨的
                                                               着色剂等行业对低灰分炭黑的需求，从而扩宽热解
            质量，未处理的热解炭黑表面的胶质层沉积物将会
                                                               炭黑的应用领域。
            覆盖其活性基团，导致表面活性降低，阻碍了其在
            连结料中的润湿和分散效果             [47] 。研究发现，通过偶               （2）开发热解炭黑的高效活化工艺。与 N660
                                                               和 N330 等商业炭黑相比，热解炭黑的灰分含量高
            联剂在热解炭黑表面进行接枝改性，可有效提高热
                                                               和胶质层限制了其在各种领域的应用，因此，开发
            解炭黑在基体中的分散性，减少团聚，改善界面相
            容性。ZHOU 等      [48] 先用硝酸去除热解炭黑表面的大                 低成本的物理、化学以及其他方式对热解炭黑进行
                                                               活化，去除其表面胶质层和残留橡胶大分子，并减
            量无机物和碳质沉积物，使其表面原来被灰分覆盖
                                                               少活化过程热解炭黑结构的石墨化转变，最大程度
            的活性位点充分暴露，然后用钛酸偶联剂对其表面
                                                               保留其无定型炭黑结构和恢复其表面活性，使再生
            进行接枝。结果表明，改性后的热解炭黑在树脂中
                                                               炭黑的 300%定伸强度和拉伸强度等指标接近 N330
            的分散性、流动性和热稳定性得到一定程度的提高，
                                                               或者达到 N660 的水平，可最大程度实现再生炭黑在
            有望应用于印刷油墨行业。
                                                               轮胎制造上的回用，构成相对完整封闭的循环工艺。
            3.2   热解炭黑用作沥青添加剂及其改性方法
                                                                  （3）开发新型热解炭黑的研磨、改性和造粒工
                 热解炭黑可以作为改性剂添加到沥青中，制备
                                                               艺，从而优化提升热解炭黑聚结体的形状及其分布，
            热解炭黑改性沥青，提高沥青材料的路用性能。田                             强化热解炭黑表面粗糙度和表面多孔结构，改善其
            泉 [49] 将废轮胎热解炭黑掺入基质沥青中制备了热解
                                                               表面化学吸附特性、分散性和工艺加工性，进一步
            炭黑改性沥青，发现改性沥青的高温稳定性和抗老
                                                               提升热解炭黑在全钢或者半钢轮胎中的应用比例。
            化性得到了改善。
                                                               参考文献：
            4   结束语与展望                                         [1]   HEJNA A, KOROL J, ROMATOWSKA M P. Waste tire rubber as
                                                                   low-cost and environmentally-friendly modifier in thermoset
                 开展废轮胎热解炭黑改性和应用研究有利于提                              polymers—A review[J]. Waste Management, 2020, 108(1): 106-118.
   64   65   66   67   68   69   70   71   72   73   74