据《新疆维吾尔自治区生态环境保护产业协会》报道:当前,新疆雅克拉炭黑有限责任公司计划炭黑尾气回收利用生产富勒烯炭黑技改项目。6月4日,该项目进行环评拟报批公示。
该项目总投资5540万元,位于原厂址库车市二八台镇新疆雅克拉炭黑有限责任公司厂区内。建成后年产100t富勒烯炭黑(富勒烯含量5%)。据悉,该项目生产富勒烯炭黑使用无添加剂方案的干法包装无造粒工艺,其不属于传统炭黑分类中的任何一个标准品类,是一种新型的、功能化的特种炭黑或复合材料。
本项目基于其子公司江西金石高科技开发公司与厦门大学化工学院谢素原院士团队共同研发的燃烧裂解法规模化制备富勒烯炭黑的吨级富勒烯生产线,进一步进行了工艺研发。以现有炭黑尾气为燃料,蔥油为原料,在3300Pa(A)真空反应炉中进行裂解反应,生产含5%富勒烯的炭黑,开发新型产品。工艺方案实现了厂区炭黑尾气的循环利用,达成物料与热量的综合应用,推动资源的最大化使用,构建起循环经济产业链。同时,降低了企业原材料采购成本,增加企业效益,提升企业产品的市场竞争力。
该炭黑的生成反应机理简述:本项目以蒽油为主要原料、炭黑尾气为燃料,并辅以适量氧气,在低压高温条件下于反应炉内发生热裂解、脱氢缩合、芳构化、部分氧化及碳簇重排等复杂反应。蒽油属于煤焦油蒸馏所得的复杂有机混合物,其主要组分为多环芳烃,在高温反应条件下首先裂解生成自由基、小分子不稳定中间体及更高环数前驱体,随后经成核、表面生长和粒子聚集形成炭黑主体;与此同时,少部分前驱体在特定温压和反应气氛条件下发生结构弯曲、卷曲和闭笼,形成 C60、C70 等富勒烯组分,并以混合状态赋存于炭黑产品中,最终得到以炭黑为主、含约 5%富勒烯的富勒烯炭黑。该过程实质上是多环芳烃前驱体在高温低压、富燃料及受控供氧条件下由分子体系向碳质粒子体系转化的复杂反应网络,除生成固态富勒烯炭黑外,还伴随产生 CO、CO₂、H₂O、H₂ 及少量低分子烃等气相副产物。
富勒烯炭黑的独特结构特点是其广泛应用的基础。富勒烯是由60个碳原子组成的球形分子,具有高度对称和稳定性。当富勒烯用于制备炭黑时,其球形结构能够在炭黑表面形成小颗粒或薄膜。这些小颗粒或薄膜具有大的比表面积和多孔结构,有利于吸附和催化反应的进行。富勒烯的小颗粒还具有较好的导电性和机械强度,能够提高材料的性能。
富勒烯炭黑在能源储存方面有着广泛的应用潜力。由于炭黑具有大的比表面积和多孔结构,能够吸附大量的气体和液体分子,被广泛应用于超级电容器和锂离子电池等能源存储装置中。例如,富勒烯炭黑可以作为电极材料用于制备超级电容器,其高度导电和多孔结构能够提供更大的电极活性表面积,提高能量存储密度和电子传输速度。在锂离子电池中,富勒烯炭黑的多孔结构还能够提供更多的锂离子扩散通道,提高电池的充放电性能。富勒烯炭黑在催化剂领域也发挥着重要作用。由于富勒烯炭黑具有大的比表面积和多孔结构,能够吸附大量的反应物分子,提供更多的反应界面。这为催化反应的进行创造了良好的条件。例如,在有机合成反应中,富勒烯炭黑可以用作催化剂载体,提供更高的催化活性和选择性。由于富勒烯炭黑具有高度对称的结构,能够形成特殊的催化活性中心,如金属离子和功能基团等,进一步提高催化剂的性能。