随着聚合物工业的日益发展,如何消除废旧高聚物污染,进行资源的回收利用,对于实现工业生态化和循环经济具有十分重要的意义。废轮胎是废旧高聚物的最大来源之一,它的资源化利用越来越受到世界各国的关注。 热解炭黑是废轮胎热解回收工艺中最关键的产物之一,它的应用价值很大程度上决定了热解过程的经济性。如何更多地发现热解炭黑的性质,提高其应用价值,是目前废轮胎热解研究的一项重要内容。本论文采用多种表征手段,研究了热解炭黑的表面特性,在此基础上初步形成了热解炭黑表面微化学环境设计和资源化利用的方法,主要开展了以下几个方面的工作: 1.较完整地表征了热解炭黑的表面特性。通过常规的工业分析方法发现热解炭黑的无机灰分和挥发份含量很高,酸洗可以降低热解炭黑的灰分。热解炭黑的表面缺陷浓度高于石墨和N880。 采用X射线光电子能谱(XPS)技术分析了不同条件下热解炭黑样品、N375补强炭黑和色素炭黑的表面元素组成及元素的结合状态,发现工业炭黑的表面具有C-OH、C=O和COOH等含氧基团,而热解炭黑的表面存在较多低极性的酯基和短链烃接枝。 利用原子力显微镜(AFM)技术研究了热解炭黑的表面微结构特征,发现热解炭黑的表面是由大量具有明显缺陷和扭曲的无定形结构和少量由规则六角环构成的石墨状微晶层面组成,这些层面互相交错并且内聚,热解过程中未被无机灰分和碳质沉积物覆盖的活性点可能就存在于这些层面的边缘,与Donnet J.B.对商用补强炭黑表面原子水平微结构研究结果一致,填补了国内外热解炭黑表面原子水平微结构研究的空白。 本论文认为热解炭黑具有“核壳结构”形态,内部主体结构基本等同于工业炭黑,由灰分和碳质沉积物等构成的非均质壳层覆盖了大多数的活性点,表面极性较低。 2.首次提出了热解炭黑表面微化学环境设计与调控的概念,并应用于废水处理剂、橡胶补强填料和平版油墨颜料三个产品的设计。即直接利用热解炭黑表面大量电负性较低的酯基和短链烃接枝,强化炭对含Cr(Ⅵ)废水处理的吸附—催化耦合过程;或者选择不同类型的钛酸酯偶联剂对热解炭黑进行表面微化学环境修饰,形成新的界面层,强化再生炭黑粒子分别与天然橡胶或平版油墨树脂间的结合力。 3.对再生炭黑在橡胶补强中的应用作了研究。分析了再生炭黑的粒度、结构和吸碘值,并与天然气半补强炭黑和N330补强炭黑进行了比较,预测再生炭黑可以作为橡胶工业的半补强填料。通过硫化曲线测定了混炼胶的工艺正硫化时