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《浙江大学》 2002年
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废轮胎热解炭黑性能分析与资源利用

吕杰  
【摘要】: 本文立足于废旧轮胎热解再生炭黑的资源化利用,较为系统地研究了废轮胎热解条件对热解炭黑收率和性能的影响,初步提出了废轮胎热解炭黑的再生机理,比较全面地分析讨论了热解炭黑的整体结构特性及表面的物理、化学性质,在此基础上,首次提出了相对完整的再生炭黑的“核壳模型”,初步开发了热解炭黑的新用途。本文研究工作的主要结论如下: 1.通过改变热解终温、升温速率和热解压力,多角度地研究了热解条件对热解再生炭黑收率和质量的影响。研究表明热解温度是关键参数,而升温速率和热解压力也是影响炭黑收率的重要因素。热解炭黑的生成经历了橡胶分子裂解和微环境下表面接枝大分子深度裂解两步历程。研究发现随着温度的增加,固体残余物的得率有所下降,且表面碳质沉积物更少,550℃为再生炭黑的合适的热解温度,当温度小于550℃时,轮胎热解不够充分;随着升温速率的增大和反应压力的下降,热解反应进行得更加充分,再生炭黑的得率有所降低。 2.电子显微镜摄影法测得再生炭黑的平均粒径较大;邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸液法试验表明再生炭黑的结构性较低;液氮吸附试验发现热解炭黑表面孔径较大、表面缺陷浓度高于工业炭黑,且比表面积随着热解温度的升高而增大。 3.较为全面地分析得到了再生炭黑的整体组成、元素构成以及表面化学特性。再生炭黑含有较多的灰分和挥发分,表面极性低,灰分主要成分为ZnO、ZnS等。通过酸洗可以降低热解炭黑的灰分含量,从而改善再生炭黑的表面结构和性能。XPS分析表明,热解炭黑表面有较多的酯类基团,随着热解温度的升高,热解炭黑表面化学组成发生了相应的变化,元素C含量增加,元素O含量减少,元素S含量出现波动,而元素Zn含量基本不变。 4.提出的相对完整的、再生炭黑粒子的“核壳结构”模型表明其内部结构基本等同于工业炭黑,而表面则是由炭黑组分、灰分、挥发分和结焦物等构成的。这种特殊的结构导致了再生炭黑具有不同于工业炭黑的特殊性能,也就预示着其不同的应用领域。也即要实现再生炭黑的合理利用,不仅取决于废轮胎热解工艺的逐步完善,还有待于再生炭黑应用领域的开发。 5.用再生炭黑制得的油墨性能基本满足要求,而且具有更好的流动性和热稳定性。由于再生炭黑粒径较大,在工业应用时可采用炭黑分级方法得到不同等级的再生炭黑,用于不同的用途,从而可以实现经济效益的最大化。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:X705

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