Quy trình sản xuất muội than

Nguyên liệu để sản xuất muội than sắc tố là các sản phẩm dầu mỏ và các sản phẩm nhựa than bitum. Nó được hình thành do quá trình đốt cháy hoặc nhiệt phân không hoàn toàn các hydrocacbon ở nhiệt độ cao.

1) Quy trình sản xuất đèn đen

Phương pháp sản xuất muội than sớm nhất trong lịch sử là quy trình sản xuất muội than đèn. Trong quá trình này, các nguyên liệu thô được đốt trên một tấm sắt nung phẳng có đường kính lên đến 1,5 m. Nắp khí được thu gom, sau đó đến thiết bị lắng đọng qua khuỷu tay (bẻ cong 1/4) và ống lửa. Để kiểm soát các đặc tính của muội than được tạo ra, cần đảm bảo rằng các nguyên liệu thô chủ yếu được đốt cháy hoàn toàn gần khe hở giữa tấm đốt và nắp ống xả. Nhưng trong đường ống dẫn hơi vào đường ống, quá trình đốt cháy sẽ bị nhiệt phân hủy trong điều kiện thiếu oxy, do đó tạo thành các hạt cacbon đen lớn hơn. Vì những lý do này, chế phẩm có sự phân bố kích thước hạt đa dạng, và đặc điểm chính là các hạt thô. Vì chỉ một phần nhỏ của các hạt được hình thành giữa đĩa đốt và ống hút khí có thể tiếp xúc với oxy trong không khí, các muội than này chỉ có một lượng nhỏ oxit bề mặt, giá trị pH tương ứng là trung tính và chất bay hơi rất bé nhỏ.

2) Quy trình sản xuất khí đen

Tên gọi của khí đen xuất phát từ quá trình sản xuất của nó: khi đốt nóng hydrocacbon nguyên liệu, trước tiên nó được khí hóa, và sau đó khí cháy tự phát (để cung cấp năng lượng) được đưa vào đầu đốt như một chất mang. Một lượng lớn muội than do các đốt hình dơi này thải ra Tạo thành ngọn lửa hình quạt. Vì mỗi ngọn lửa nhỏ và cháy trong không khí nên sự hình thành muội than rất khác với quá trình sản xuất muội đèn (cháy không hoàn toàn). Ở đây, các hạt đen carbon rất mịn. Theo các loại khác nhau, kích thước hạt trung bình là từ 10 đến 30 nm, và kích thước hạt trung bình của khí đen là 13 nm. Trên ngọn lửa đang cháy có một cái trống chứa đầy nước quay chậm. Muội than bám trên trống. Khi nó được cạo, muội than sẽ bị loại bỏ. Khi nhiệt độ còn cao, muội than mới hình thành tiếp xúc với ôxy trong không khí. Kết quả là, quá trình oxy hóa một phần xảy ra, tạo thành một số lượng lớn các nhóm axit và giá trị pH của khí đen tương ứng nằm trong khoảng axit. Và có thể nhận được khoảng 6% chất bay hơi, đại diện cho hàm lượng oxit bề mặt của nó.

3) Quá trình sản xuất kênh đen

Quá trình sản xuất này sử dụng khí tự nhiên làm nguyên liệu. Quá trình đen kênh tương tự như quá trình đốt khí của quá trình sản xuất khí đen. Khí tự nhiên cháy và phát ra nhiều ngọn lửa hình nan quạt. Sản phẩm thu được tương tự như khí đen, nhưng điểm khác biệt là ở đây sử dụng phương pháp làm mát bằng nước phẳng. Rãnh hình chữ U được sử dụng làm rãnh lắng đọng muội than. Vì lý do sinh thái và kinh tế, việc sử dụng phương pháp này đã bị ngừng sử dụng nhiều năm trước đây. Việc sản xuất khí đen sẽ không ảnh hưởng đến môi trường sinh thái, và quy trình khí đen vẫn được sử dụng.

4) Quy trình sản xuất lò nung đen

Khí đen được sản xuất trong khí quyển lộ thiên, nhưng quá trình sản xuất khí đen được thực hiện trong lò kín trong điều kiện thiếu ôxy. Thay vì nhiều ngọn lửa nhỏ, một ngọn lửa lớn được sử dụng. Dầu được sử dụng làm nguyên liệu thô và khí đốt được thêm vào để làm cho nó đạt đến nhiệt độ cần thiết trong lò. Bằng cách thay đổi các điều kiện quy trình sản xuất lò đen, có thể thu được sắc tố đen cần thiết. Ví dụ: trong các điều kiện khác nhau, muội than có thể đạt đến một loạt các kích thước hạt trung bình, từ 80 nm đến nhỏ nhất là 15 nm, và thậm chí nhỏ như đen khí. Nhưng đối với cùng một kích thước hạt, vẫn có sự khác biệt giữa màu đen khí và màu đen lò, chủ yếu là do sự khác biệt về hóa học bề mặt. Sản phẩm đen của lò tương đối thô, kích thước hạt trung bình 40nm. Ngoài ra, khi sử dụng quy trình sản xuất đen lò, một lượng nhỏ các hợp chất cơ bản hoặc các chất phụ gia khác có thể được thêm vào để thay đổi mức độ và loại cốt liệu, từ đó thu được muội than có cấu trúc cao hoặc cấu trúc thấp.

Bởi vì màu đen của lò được tạo ra trong điều kiện gần như thấp hơn áp suất khí quyển và không đủ không khí. Do đó, hầu hết chúng đều thiếu oxit bề mặt có tính axit, nhưng tìm thấy cấu trúc pyrone nói trên là phản ứng kiềm. Về giá trị pH kiềm của màu đen lò, đó là do việc bổ sung kiềm thổ trong nước lạnh phun làm nguội khi kết thúc sự hình thành muội than, và việc bổ sung muối kiềm để giảm cấu trúc. Ngoài ra, nếu màu đen lò này không còn được xử lý sau quá trình oxy hóa, hàm lượng chất bay hơi của nó sẽ thấp hơn.