|
【hc360慧聪网化工行业频道】：1912年人们发现炭黑对橡胶有补强作用后，炭黑逐渐成为橡胶工业不可缺少的原材料。目前，世界橡胶工业原材料耗用量排在首位的是生胶，第二位就是炭黑，炭黑已成为消费量最大的橡胶配合剂。 炭黑耗用量一般占橡胶耗用量的40％～50％。也就是说，每使用2份橡胶，就搭配使用1份炭黑。而在全球炭黑总产量中，有99％是用已有60年历史的热裂解碳氢化合物技术生产的。这种技术的缺点是原料在反应炉内不完全燃烧，产出物只占原料的35％～65％，其中超过50％的原料转化为CO2而浪费掉，而且这种生产工艺对环境有害，排放物除CO2外还有SOX和NOX。对炭黑工业而言，目前亟需一种绿色环保的高效生产工艺。 最近几年，法国米卢斯大学琼巴普蒂斯特·多纳特教授和法国罗马Trellebory车轮公司弗兰科·卡泰尔多工程师将最近20年来碳科学领域的新理论应用于炭黑领域，并成功开发出2种新炭黑生产技术－－等离子技术和伽玛射线技术。
等离子技术的基本原理是利用氧或氢等离子体，使碳氢化合物转化成炭黑。用这种工艺生产出来的炭黑含有3种纳米结构：炉法工艺产生的粒子结构；类似于高温工艺（乙炔炭黑）产生的粒子结构；新结构，亦即现有工艺无法产生的粒子结构。据介绍，等离子技术除具有成本低、效益显著、产品达到纳米级等优势外，对原料的适应性非常好，任何能够放出足够能量的碳氢化合物均可考虑作为原料使用。显然，这将有助于减缓炭黑行业目前所承受的与日俱增的原料短缺压力。 在被称为法国硅谷的索费亚安地波利斯，多纳特教授和助手已建立起中试工厂。虽然目前开机一次只生产若干千克等离子法炭黑，但该厂在设计时对产能适应产业化已有充分的考虑。尽管中试取得了预期效果，但专家认为推广等离子技术的时间表目前还很难确定。首次产业化可能会选在欧洲，因为该地区比较重视环境保护。同时，专家亦提醒大家，等离子工艺炭黑的首次工业应用成本将很高，而且不一定是应用于橡胶工业。但随着这一过程逐渐优化和完善，自然会找到等离子法炭黑对应橡胶领域的适用性。 将伽玛射线技术应用于生产炭黑，是卡泰尔多和助手提出的。他们在用喇曼光谱对石墨进行研究时发现，经伽玛射线照射的石墨有新的峰值出现，该峰值与富勒烯相吻合。卡泰尔多认为，是伽玛射线打破了石墨晶胞的完美结构。众所周知，石墨晶胞是由碳原子六角网状平面叠合而成，每个六角网状平面呈六方板状。问题是只要引进１个戊环，六方板就会发生弯曲；如果引进４个戊环，弯曲就会很大。伽玛射线所起的作用就是“引进缺陷”，从而打破六方板的完美状态，使之向富勒烯结构转变。为说明这一点，卡泰尔多列举了多种存在于炭黑中的类富勒烯结构，比如炭黑ＴＥＭ（电子透射显微镜）照片上的洋葱头状结构，采用富勒烯套富勒烯的结构模型来解释就比较合理。 与传统技术相比，上述新技术拓宽了炭黑生产所需原料的范围，从而使我们更多地拥有对原料的选择机会，尤其是等离子技术不但提高了原料利用率，而且对环保有益。随着石油资源日趋紧缺，用石油生产炭黑的传统技术面临挑战。如果上述新工艺能够实现工业化，无疑对中国经济未来稳定发展具有战略意义。 虽然上述新技术在理论上是行得通的，但要实现工业化目前尚有许多工作要做。21世纪炭黑工业会发生怎样的变化呢？会用一种全新的工艺来生产炭黑吗？答案是可能的。多纳特和卡泰尔多已经给我们勾画出一幅未来的发展蓝图，我们有理由期待它的实现。
| 
