[发明专利]一种由废轮胎热解炭制备炭黑和活性炭的方法

说明书

技术领域 

本发明涉及由炭黑改性处理制备炭黑和活性炭的方法，特别涉及废轮胎热解炭的改性处理制备炭黑和活性炭。

背景技术

随着汽车工业的发展和汽车不断的更新换代，废旧轮胎的处理成为日益严重的环境问题，不仅造成资源的巨大浪费，而且成为一种危害越来越大的“黑色污染”。目前，对废旧轮胎进行热解是最理想回收利用方法之一，它回收高附加值的热解炭、油品、高热值燃气及钢丝等，从而充分回收了废轮胎的宝贵资源。废轮胎热解炭的产率约为39％～44％，如何利用这部分热解炭是关系到废轮胎热解工艺经济实用性的关键因素。目前全球的炭黑需求量不断增长，据美国Notch咨询集团预测，今后5年内全球炭黑需求量年增长率预计为3.6％。而炭黑价格的上升并未与其原料油和天然气成本的快速上涨保持一致，这给给炭黑行业带来了历史上前所未有的冲击。

商业炭黑和废轮胎热解炭具有基本相同的主体结构，可见，用废轮胎热解炭代替高成本的原料油生产炭黑，不仅可以解决废轮胎产生的环保问题，同时也能够缓解炭黑市场吃紧的状况。但是热解炭表面上沉积了碳质结焦物，覆盖了一定数量的表面活性位，影响了热解炭的使用性能，因此，通过热解炭的表面改性研究，制备高附加值的炭黑材料就可以使再生资源物尽其用，发挥最大的再生价值，具有非常重要的意义。

目前全球的炭黑需求量不断增长，其中70％用于轮胎行业，但是，废轮胎热解炭黑由于受到表面结构的限制，只能用于低档的斜交轮胎生产中，而目前轮胎用炭黑的需求大部分来自高性能的子午线轮胎；而且，汽车工业发展有暂缓的趋势，轮胎补强用炭黑的需求量增长(2.6％)已经低于炭黑需求量增长的平均水平(3.5％)，因此由废轮胎热解炭改性制备高结构、高性能的炭黑，用于生产高档轮胎及其他橡胶制品，或者用于生产油墨、吸附剂等行业，已经引起了国内外同行的极大关注，并相应开展了各种各样的研究工作，但是迄今为止，还没有研究者提出可进行工业化的有效的热解炭改性方法。

Dension的美国专利Nr.5894012描述了汽车轮胎中的废橡胶热解成炭黑固体、低密度烃气体和液体烃油的各种方法和设备装置，虽然其精炼炭黑的生产系统可以除去金属和玻璃纤维碎片生产出等级相当高的炭黑，但是，它还是包含了从基础热解工艺中保留下来的难以去除的化学杂质(约2.5wt％的金属氧化物粒子和硫粒子及二氧化硅)。这样的杂质使此种炭黑在静电复印设备和激光打印机的调色剂等对炭黑精炼等级较高之处都不能使用，目前这种高等级的炭黑还是主要从石油产品获得，或者可从含有极少杂志的热解出的烃类生产(中国专利公开号CN 1696210A)。因此，如果可以用更经济的方式从热解的炭黑产物直接进一步精炼制成更高等级的炭黑产品，那么整个热解工艺的价值也可由此获得更好的市场性。美国的联合循环技术公司设计了一套用酸溶解萃取炭黑中的金属氧化物，并用有机芳族溶剂萃取酸处理过后的炭黑中的硫的方法(中国专利公开号CN 1481335A)，但此种方法用到了浓盐酸和有机溶剂，对于设备的要求较高，运行成本也较高，尚未能为中国的工业生产所接受。英国雷马公司制造的回收炭黑颜料的设备包括磁选筛、振荡筛、反喷射分选磨和旋风分离器等，他们采用物理方法从废轮胎热解炭黑中提取油墨颜料，避免了酸、碱反应带来的设备问题和污染问题，但是，他们的生产过程需要经过微粉碎处理的炭黑，对原料的要求较高，需要特定的预处理过程及设备(炭黑译从2006 Vol.272 p1～5)。

活性炭是一种广泛应用于气体和液体吸附分离的纳米材料，在环境治理废水废气方面有很大的需求。目前活性炭主要由木材、煤炭和谷壳等制备，成本极高；如果能用成本低廉的废旧轮胎制备活性炭，不仅能将废轮胎变废为宝，同时也会极大的降低活性炭治理废水废气的成本。Helleur(Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 2001(58-59)，813-824)，San Miguel(Carbon 2003(41)，1009-1016)和Harris(CHEMECA 2004)等人采用先在450～900℃氮气氛中物理活化再于850～1100℃用水蒸汽、二氧化碳或二者的混合气体处理。这种方法能耗高，且对设备要求高。

由此可见，尽快寻找一条适合我国工业生产的精制废轮胎热解炭的路线对于废轮胎后处理产物的高值化具有相当重要的意义。

发明内容

本发明提供一种由废轮胎热解炭黑的改性处理制备炭黑和活性炭的方法

本发明方法改性处理废轮胎热解炭制备炭黑材料包括如下步骤：