废轮胎裂解炭黑在能源存储及转换中的应用进展

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。

裂解炭黑/纤维素纳米晶杂化体粉末的制备及其在天然橡胶中的应用

采用氨基化纤维素纳米晶(CCP)与裂解炭黑(CBp)球磨杂化,CBp/CCP(CBC)杂化体浆料经喷雾干燥后得到CBC杂化体粉末,将其用于天然橡胶(NR)补强。结果表明:CCP与CBp均匀杂化,有效阻止了CCP的团聚,提高了CBp在NR中的分散性;得益于NR/CBC复合材料的交联密度提高和CCP与CBp的协同补强作用以及CBC杂化体粉末在NR基体中的均匀分散,NR/CBC复合材料的物理性能显著提高,CBp/CCP质量比为85/15的CBC杂化体粉末的NR/CBC复合材料的300%定伸应力、拉伸强度和撕裂强度比NR/CBp复合材料分别提高了30.4%,14.9%和75.7%,DIN磨耗量减小了13.7%,压缩温升降低。选用生物基填料CCP作为共杂化材料,以球磨杂化、喷雾干燥方式对CBp进行提质改性,为便捷制备高性能NR/CBp复合材料提供了可能,有利于推动CBp的高附加值利用及解决废旧轮胎的污染问题。

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

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。

裂解炭黑G685在全钢载重子午线轮胎过渡层胶中的应用研究

研究裂解炭黑G685在全钢载重子午线轮胎过渡层胶中的应用。结果表明:与炭黑N660相比,裂解炭黑G685粒径小,结构度高,硫含量高,但其所含硫主要为结合硫;将裂解炭黑G685替代炭黑N660用于轮胎过渡层胶,胶料的t90延长,交联密度、定伸应力、拉伸强度和生热降低,拉断伸长率增大;在过渡层胶中用裂解炭黑G685替代50%的炭黑N660,成品轮胎的耐久性能和高速性能提高。

细度和表面有机物含量对废轮胎热裂解炭黑性能的影响

对热裂解炭黑进行冲击研磨和高温处理,分别得到不同细度和表面有机物含量的热裂解炭黑,研究研磨细度和表面有机物含量两个因素对废轮胎热裂解炭黑性能的影响。结果表明,研磨细度和表面有机物含量是影响热裂解炭黑补强性能的重要因素。研磨后粒径越小,橡胶的拉伸强度和撕裂强度越高,当达到一定细度时,补强性能随粒径减小增幅缓慢;高温处理后甲苯抽出物透光率和挥发分降低,橡胶的定伸应力先增大后减小。

废旧轮胎裂解炭黑在V带中的应用

研究裂解炭黑(CBp)替代炭黑N660在V带压缩层胶中的应用。结果表明:CBp的理化性能与炭黑N660相当;使用CBp替代全部炭黑N660后,V带压缩层胶的硫化特性、物理性能和耐老化性能与未使用CBp替代炭黑N660的胶料相当,满足V带压缩层胶的技术要求,同时可降低生产成本。

高值化裂解炭黑在子午线轮胎气密层胶和胎圈护胶中的应用

研究高值化裂解炭黑在子午线轮胎气密层胶和胎圈护胶中的应用。结果表明:高值化裂解炭黑的灰分含量和总硫含量相较于炭黑N330和炭黑N660偏大,压缩DBP吸收值和CTAB吸附比表面积与炭黑N660基本相当,氮吸附比表面积与炭黑N330基本相当;在气密层胶配方中,以高值化裂解炭黑等量替代炭黑N660,对胶料的硫化特性、物理性能、气密性和动态力学性能无不良影响;在胎圈护胶配方中,以高值化裂解炭黑增量替代炭黑N330,如15份高值化裂解炭黑替代10份炭黑N330,胶料的各项性能满足使用要求。

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

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。

疏水性纤维素纳米晶粉末的制备及其与裂解炭黑并用补强天然橡胶

为了降低纤维素纳米晶(CNCs)的极性,提高其与非极性聚合物的相容性,改善其在聚合物基体中的分散性,以油酸(OA)作为改性剂对硫酸酸解纤维素纳米晶(CNC-S)进行表面疏水改性,并经冷冻-干燥处理得到疏水且疏松的纤维素纳米晶粉末(CNC-OA)。对CNC-S和CNC-OA的化学结构、形态和热稳定性的详细表征表明:CNC-S具有典型的纤维素Ⅰ晶型,而CNC-OA具有纤维素Ⅰ晶型和Ⅱ晶型共存的晶体结构,且CNC-OA具有更高的耐热性和良好的疏水性(接触角138.7°)。分别以CNC-S和CNC-OA粉末部分替代裂解炭黑(CBp)补强天然橡胶(NR)。通过对NR/CBp,NR/CBp/CNC-S和NR/CBp/CNC-OA复合材料的结构及性能对比表明:两种CNCs的加入均有助于改善CBp在NR中的分散;由于CNCS与NR相容性差,在NR中难分散且对NR硫化有明显的抑制作用,NR/CBp/CNC-S拉伸强度和储能模量较NR/CBp更低;相反,CNC-OA与NR界面相容性良好,在NR中分散均匀且对NR硫化的抑制作用甚微,NR/CBp/CNC-OA具有较NR/CBp更优异的物理机械性能。

废旧轮胎热裂解炭黑在低温氟橡胶胶料中的应用研究

研究废旧轮胎热裂解炭黑(CBp)在低温氟橡胶胶料中的应用,并与炭黑N990对比。结果表明:与炭黑N990填充低温氟橡胶胶料相比,CBp填充低温氟橡胶胶料的焦烧时间延长,交联程度增大;CBp填充低温氟橡胶胶料中填料-填料和填料-橡胶基体相互作用较炭黑N990填充低温氟橡胶胶料强;CBp填充低温氟橡胶硫化胶的硬度和定伸应力较大,但拉伸强度和拉断伸长率较小,而拉伸强度仍能达到15.8 MPa;CBp填充低温氟橡胶硫化胶的耐低温性能稍逊于炭黑N990填充低温氟橡胶硫化胶。

废旧轮胎裂解炭黑/炭黑N660并用在轮胎溴化丁基橡胶气密层胶中应用的研究

研究与60份炭黑N660相比,15份废旧轮胎裂解炭黑(CBp)/45份炭黑N660并用对轮胎溴化丁基橡胶(BIIR)气密层胶性能的影响。结果表明:与炭黑N660相比,CBp的灰分含量和筛余物含量大,DBP吸收值略小;与60份炭黑N660填充的BIIR胶料相比,15份CBp/45份炭黑N660并用填充的BIIR胶料的硫化特性变化不大,拉断伸长率减小,300%定伸应力和拉伸强度增大,耐热空气老化性能无明显变化,气密性相当,即采用15份CBp替代15份炭黑N660的BIIR气密层胶在保证使用性能的前提下,有效降低了生产成本。

废轮胎热裂解炭黑浮选降灰

这是一篇矿物加工工程领域的论文。本文通过浮选法对废轮胎热裂解炭黑进行了降灰提纯研究,探究了不同操作因素对炭黑浮选提质的影响规律,并借助形貌和物相表征技术对不同浮选产物的性质进行了分析。结果表明,当矿浆浓度为20 g/L、捕收剂用量为500 g/t、起泡剂用量为1500 g/t、刮泡时间9 min和充气量为0.25 m^(3)/h时,炭黑浮物产率为62.32%,灰分为17.29%,沉物产率为37.68%,灰分为23.32%,石英脱除率为75.49%,碳酸钙脱除率为66.23%,石英、方解石等矿物质得到了有效的去除,其中充气量对实验影响较为显著。研究表明浮选法可对废轮胎热裂解炭黑进行降灰,可作为热裂解炭黑降灰提纯的有效预处理方法。

高铁酸钾碱性反应体系改性裂解炭黑及其反应液的回收利用

开发了基于高铁酸钾碱性反应体系的裂解炭黑(CBP)高效的除杂改性技术,该体系对裂解炭黑具有去灰分、提升表面活性的双重效果;利用次氯酸钠与高铁酸钾的氧化还原反应,同步建立废液中高铁酸根离子再生和循环利用的回收途径。系统考察了该体系中高铁酸钾和氢氧化钠配比对裂解炭黑改性效果的影响。实验确定了K2FeO4与NaOH的最佳配比(质量比)为1∶1,在此配比下,裂解炭黑灰分含量从17.37%降至0.95%,水分散液的Zeta电位从-14 mV减小到-25 mV,改性后的裂解炭黑能够在水中稳定分散,这为裂解炭黑在天然胶乳中的应用提供了条件。最后探索了反应液循环回收利用的可行性,研究表明,反应液经过7次循环利用后,改性裂解炭黑的效果与首次构建的高铁酸钾碱性反应体系改性效果大致相同。

一种废轮胎裂解炭黑活化装置

由沈阳尚亿再生资源有限公司申请的专利(公布号CN 115710520A,公布日期2023-02-24)“一种废轮胎裂解炭黑活化装置”,涉及的废轮胎裂解炭黑活化装置包括反应罐、密封结构和混流结构。反应罐内嵌入加热板;密封结构安装在反应罐顶部,用于密封;混流结构固定安装在反应罐上,用于对反应罐内部原料进行扰动。本发明结构简单,设计合理,通过设置密封结构,能够在反应过程中提供良好的密封效果,并且通过设置混流结构能够促进原料在反应罐内混合,提高原料均一性,加快反应速度。

废旧轮胎裂解炭黑在垫带中的应用研究

本文研究了废旧轮胎裂解炭黑EN330和EN660在有内胎垫带中的应用,探究了不同规格裂解炭黑对比工业炭黑N660在垫带各个性能的影响。试验结果表明:裂解炭黑等量替代N660后,胶料的硬度、拉伸强度、老化性能差异不大,材料成本大幅下降;胶料的综合性能接近原生产配方,满足行业标准。

不同裂解温度对废旧轮胎裂解炭黑性能的影响

研究不同裂解温度下废旧轮胎裂解炭黑的性质及其在天然橡胶中的应用,并与炭黑N330和N660进行对比。结果表明:与炭黑N330和N660相比,裂解炭黑的吸碘值大,结构度偏低,灰分含量偏高;裂解温度越高,裂解炭黑的理化性能越好;裂解炭黑填充胶料的门尼粘度比炭黑N330填充胶料略高,t 90缩短;裂解炭黑填充胶料的拉伸强度与炭黑N660填充胶料相当,略小于炭黑N330填充胶料;对比3种裂解炭黑,裂解炭黑S1填充胶料的拉伸强度最大,裂解炭黑S3填充胶料的300%定伸应力最大;在相同应变范围内,裂解炭黑S3填充胶料的损耗因子较小,生热较低。

酚醛树脂裂解炭用作锂离子电池负极材料的研究

以热塑性酚醛树脂为前驱体 ,在 6 0 0℃～ 16 0 0℃下裂解制备了锂离子电池负极用树脂炭。采用元素分析法考察了酚醛树脂的元素组成 ,并通过 X射线衍射、恒电流法研究了树脂炭微晶的变化以及充放电性能。研究发现 :随着裂解温度的提高 ,酚醛树脂炭的微晶结构逐渐规整 ;首次充放电容量下降 ,这与其热处理温度和氢含量有关。

废轮胎裂解炭黑的基本性质及其在丁苯橡胶中的应用

研究了废轮胎裂解炭黑(PCB)的基本性质及微观结构,考察了PCB对丁苯橡胶(SBR)混炼胶硫化特性和门尼黏度及其硫化胶物理机械性能的影响,并与填料炭黑N330、N774、碳酸钙进行了对比。结果表明,PCB的化学组成主要是C、O、S、Zn等元素,其灰分质量分数高达13.3%,含水量比较低;PCB的基本粒子比炭黑N774小,但其聚集体尺寸比N774大,而且聚集体粒径分布宽;当SBR中加入PCB后,混炼胶的门尼黏度增大,与炭黑N330填充SBR混炼胶接近,焦烧时间和正硫化时间缩短;随着PCB用量的增加,SBR硫化胶的拉伸强度、撕裂强度、100%定伸应力和耐磨性明显提高;当PCB用量增至50份时,SBR硫化胶的拉伸强度提高至15MPa,撕裂强度超过45kN/m,其增强效果与炭黑N774相当,次于炭黑N330。

废橡胶裂解炭黑改性沥青混合料的黏弹特性研究

采用简单性能试验机对废橡胶裂解炭黑(PCB)改性沥青混合料进行了动态模量试验,研究了不同温度与荷载频率对其动态模量和相位角的影响.通过数值分析方法,拟合了PCB改性沥青混合料的动态模量和相位角主曲线,分析了PCB对沥青混合料黏弹特性的影响.结果表明,PCB改性沥青混合料的动态模量和相位角依赖于温度和荷载频率的变化:低温和高频时,PCB的加入使得沥青混合料的动态模量明显增大,相位角明显减小,弹性特征增强,黏性特征减弱;高温和低频时,PCB对沥青混合料黏弹性的影响不明显.

废轮胎裂解炭黑的超细粉碎和表面改性及在NR中的应用

探讨超细粉碎和表面改性工艺对废轮胎裂解炭黑性能的影响及裂解炭黑在NR胶料中的应用。结果表明 ,裂解炭黑超细粉碎时 ,FZD型单转子超细气流分级机的最佳转速为 80 0r·min- 1 ,这时用袋收尘方式收集的超细裂解炭黑的中位粒径为 4 3 7μm ;用硬脂酸表面改性后裂解炭黑的流动性和分散性提高 ,原料裂解炭黑和超细裂解炭黑改性用硬脂酸最佳质量分数分别为 0 0 1和 0 0 2 ;