炭黑的氧化后處理

1、炭黑的氧化后處理18炭黑工業(yè)2001年炭黑的氧化后處理郭冀喜(天津海豚炭黑有限公司300400)眾所周知，炭黑的三大基本屬性是粒徑，結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì).炭黑的氧化后處理，其宗旨就是為了改變表面化學(xué)性質(zhì)對色素用炭黑而言.為使油漆或油墨體系形成穩(wěn)定的膠態(tài)分散體，必須提高炭黑顏料在極性溶劑中的分散性因此，有必要在炭黑表面上引人含氧官能團,使表面極性化，即表面改性.炭黑表面改性，歷來有多種方法.例如，熱空氣氧化法L1J，硝酸氧化法,臭氧氧化法，氮氧化物氧化法和低溫等離離子氧化法等.熱空氣氧化法，是在150300°C溫度下空氣氧化處理，由于炭黑損失過多，過程效益很差，工業(yè)上已不使用.因此，現(xiàn)僅

2、對工業(yè)上廣泛應(yīng)用和正在開發(fā)的方法進行綜述.1硝酸氯化法硝酸氧化，根據(jù)氧化深度的差異,分為兩類一類是輕度氧化,為生產(chǎn)橡膠用代槽爐黑或普通色素炭黑另一類是深度氧化為生產(chǎn)中色素和高色素炭黑由于所要求的氧化深度不同，采用的工藝路線,硝酸濃度和氧化溫度等參數(shù)也不一樣.(1)輕度氧化硝酸輕度氧化處理，最好結(jié)合濕法造粒起進行典型的工藝條件是，用0.5%一5%硝酸水溶液造粒;造粒溫度控制在90C,則可達到理想效果L2-3J.但是，濕粒子在干燥時.排出大量氨氧化物，因而污染環(huán)境.為了消除這種氮氧化物的污染問題，可把干燥機吹掃氣與進入造粒機之前的粉狀炭黑相接觸,使炭黑預(yù)先氧化而節(jié)約硝酸消耗量，同時又解決污染問題工

3、藝流程參見圖1反應(yīng)爐1產(chǎn)生的煙圖i硝酸水溶襲遣粒吹掃氣循環(huán)預(yù)氧化流程第4期郭雋奎:炭黑的氧化后處理19氣通人主袋濾器2.尾氣基本上不含炭黑，從管道3排放粉狀炭黑經(jīng)管線4,與來自31的循環(huán)風(fēng)送氣混合，經(jīng)風(fēng)迭風(fēng)機5,把該混合物送人管線15.與此同時,含氮氧化物的干燥機濕吹掃氣經(jīng)管線23送人風(fēng)送管線15.粉狀炭黑經(jīng)風(fēng)送管線15進人聚集罐6.來自聚集罐6的粉狀炭黑送人造粒機7從吹掃氣分離過濾器8回收的炭黑，經(jīng)管線14進人造粒機來自聚集罐6的一部分氣體，可經(jīng)管線9和24送人分離過濾器8.含硝酸的造粒水經(jīng)管線13送人造粒機7.濕粒子經(jīng)管線39送人干燥機16.干燥機16可以是慣用的結(jié)構(gòu)形式干燥過程所需的熱量

4、，最好由燃料氣加熱系統(tǒng)17提供煙遭氣由出口18排放吹掃氣，可以是空氣，（則由管線36送人）最好是煙道氣,由管線19送人干燥機，與正在干燥的濕粒子直接接觸.濕粒子在與吹掃氣進行傳熱傳質(zhì)過程中，后者攜帶水蒸汽和氮氧化物經(jīng)管線21排出經(jīng)干燥后氧化了的炭黑粒子從出料口20排出.干燥機排出的濕吹掃氣,經(jīng)管線21,由風(fēng)機22經(jīng)導(dǎo)管23與粉狀炭黑相接觸，并在聚集罐中對炭黑進行預(yù)氧化.為了提高預(yù)氧化效果，聚集罐6中的炭黑可用機械方式或氣流方式攪拌.粉狀炭黑的預(yù)氧化，其與含賽【氧化物氣流相接觸的溫度范圍，最好在110135°C,壓力最好在30砷mmHg（表壓），在貯罐中的時間1530分鐘，在風(fēng)送管道中

5、接觸時間1一秒.預(yù)氧化過程舳工藝參數(shù)舉例為:來自袋濾器的粉狀炭黑2268ks/h，用1152Nm3/h循環(huán)風(fēng)送氣流輸送.該風(fēng)送氣中含0,27%（體積）硝酸炭黑與風(fēng)送氣體與大約2240N/h濕吹掃氣（含2%硝酸）相接觸該混合物在聚集罐中于120cc,47.',xaHg（表壓）下反應(yīng)30分鐘后，再把頇強化后的炭黑送人造粒機.造粒水中含硝酸7%,以1614kg/h送人造粒機天然氣燃燒產(chǎn)生的熠道氣與濕粒相接觸，產(chǎn)生2240N/h循環(huán)吹掃氣.在采用濕吹掃氣循環(huán)預(yù)氧化之前，大約需要125kg/h硝酸，而采用這種預(yù)氧化過程之后，在達到可比的氧化程度下，僅需硝酸17k呂/h.相應(yīng)地，在采用預(yù)氧化以前，

6、排放的廢氣中含氮氧化物42.5N/h，而預(yù)氧化后，氮氧化物排人量降低87%.(2)深度氧化硝酸深度氧化，一般是用濃度為10%6o%的硝酸.在砷一100r下氧化1一4小時.二.氧化后的炭黑，要用水洗滌至設(shè)有NO3一為止然后，再在6o°C真空下干燥為使炭黑受到均勻地氧化，硝酸水溶液要完全潤濕炭黑一般說來,硝酸水溶液與炭黑的重量比例應(yīng)為3:1至7:1之間.實驗證實Is，炭黑完全被硝酸潤濕的最小比倒是3:1硝酸氧化的典型工藝條件見表1.硝酸深度氧化試樣的物化性能分析結(jié)果示于表2從表2數(shù)據(jù)可覓，經(jīng)氧化后，炭慕的pH值下降，而揮發(fā)分均有不同程度的增加.表1硝酸深度氧化典型工藝毋件“哪0澈度氧化溫

7、度.C反應(yīng)時間,hHN:美黑重量比1O6og一10oJ一43:1一7:1表2岌黑經(jīng)硝酸深度氧化詹的物化性能應(yīng)當(dāng)指出，這種深度氧化,為了除去殘留炭黑工業(yè)2001阜的酸根，洗滌過程非常費時為此，人們建議用氨氣中和,除去殘留硝酸J.硝酸氧化和氨中和處理的工藝流程參見圖2.整個過程是在螺旋輸送器中進行,為了對比中和效果,流程中也設(shè)置空氣吹掃裝置.參見圖2,螺旋輸送器2,直徑230ram，長度12.2m螺旋輸送器外部設(shè)有加熱裝置，吹掃空氣人口12,廢氣出口13,堿洗塔14和風(fēng)機15.大約113.4kg/h預(yù)先經(jīng)空氣氧化的粉狀槽黑(揮發(fā)分含量5%,pH值5.0)連續(xù)送至螺旋輸送器中.58%的硝酸水溶液以4

8、.5ke/h從螺旋輸送器入口端噴咀3噴人.螺旋輸送器前半部6.1m加熱.保持135,其余6.1m不加熱，保持常溫.在這個實驗例中,空氣吹掃系統(tǒng)不操作從螺旋輸送器2排出的炭黑經(jīng)螺旋輸送器5送至貯罐7.炭黑在貯罐中冷卻24h.由該法制得的炭黑稱為1號試樣，作對比用然后，除了輸送器2后半部6.1m也加熱至188C外，其他基本上與上述條件相同.空氣吹掃系統(tǒng)的空氣流量為&4Nm3/h,連續(xù)吹掃這種產(chǎn)品稱為2號試樣.固2硝酸氧化氨中和處理工藝流程然后，另一個實驗基本是上是與對比試樣例和2號試樣例相同但是，本實驗中既不用空氣吹掃，螺旋輸送器2后半部也不加熱.所不同的是，氨，以每百份重量炭黑0.15份

9、氨量從螺旋輸送器5的中部人口6噴人.炭黑在噴氨點以前基本上保持93.該結(jié)果為3號試樣.最后，又另加一個實驗，它實際上是空氣吹掃與氨氣中和的綜臺實驗.硝酸氧化處理條件基本上與以前實驗相同螺旋輸送器5中噴人0.05份Nf100份炭黑.本實驗獲得的炭黑產(chǎn)品稱4號試樣它與3號試樣相比,氨量明顯減少這是由于預(yù)先經(jīng)空氣吹掃所致.上述4個試樣的揮發(fā)分及pH測定結(jié)果示于表3.表3硝酸氧化氨氣中和效果揮發(fā)舟，嘶pIl值原蛄炭鼎（經(jīng)空氣氧化帕槽黑）I號試樣f對比用只經(jīng)刪氧化）2號試樣f188:空氣吹掃）3號試樣（只用蚰。C氯巾和）4號試樣（t銘C空氣吹掃+93董巾和5.O5.O1442.61402.8143331

10、4.03.3氨中和所用的氨量，應(yīng)使炭黑的pH值至少比氧化處理后高0,51.0個單位，殘留硝酸基本上中和掉了.2臭氳氧化法臭氧氧化是目前工業(yè)化制備色素炭黑的通用方法.根據(jù)氧化操作方式的不同，臭氧氧化法可分風(fēng)送氧化和流化床氧化兩種.(1) 風(fēng)送氧化風(fēng)送氧化是以臭氧空氣作為風(fēng)送氣體，對炭黑進行氧化.風(fēng)送氧化的工藝流程L7J示于圍3粉狀炭黑經(jīng)微粒粉碎機之后由星形閥送至風(fēng)送管線中，因風(fēng)送氣流中舍有一定濃度的臭氧，使炭黑在風(fēng)送過程中氧化.然后,經(jīng)旋風(fēng)分離器分離下氧化后的炭黑，其余氣體氣體送袋濾器控制臭氧發(fā)生器的臭氧量和微粒粉碎機下部星形閥的排料量，使臭氧與炭黑闖的比例基本保持恒定.如果供料量發(fā)生變化，星形

11、閥轉(zhuǎn)數(shù)控制臭氧發(fā)生器第4期郭雋奎:炭黑的氧化后處理21的輸入電壓，相應(yīng)調(diào)整臭氧量.圖3在風(fēng)速系統(tǒng)中臭氧化流程臭氧濃度和氧化溫度對炭黑氧化程度的影響很大.不同氧化溫度和不同臭氧濃度的氧化結(jié)果示于表4和圖4.200”13范圍內(nèi)，可有效地使pH值降至所希望的水平當(dāng)處理溫度增高時，對炭黑pH值的降低起著不利影響比較表4中試驗5，12，14和17可見,盡管這4個試驗中每克炭黑所反應(yīng)的臭氧量基本相同，只有在較低溫度下氧化，炭黑的口H值才較理想.這種風(fēng)送氧化的工藝條件為，風(fēng)送氣中臭氧濃度1%(重量)，溫度6o65°C，停留時間1.6B，每100kg炭黑消耗臭氧1.8kg，可使炭黑pH值降至3.5.

12、表4不同氧化務(wù)件對炭黑pH的影響毛圖4中的各條曲線，主要是根據(jù)表4中數(shù)據(jù)繪制的從表4和圖4數(shù)據(jù)表明，為使炭黑pH值降至同一程度，在1102<»C氧化所需的臭氧量明顯低于室溫下氧化所需的臭氧量這種所需臭氧量的減少程度，在低臭氧濃度下則更為明顯.當(dāng)氧化溫度在100反應(yīng)的臭氧量?nl"憧拔用圖4不同溫度下參與反應(yīng)的臭氧量與pH關(guān)系(2) 流化床氧化流化床氧化，是工業(yè)化處理方法.該法的特點是，炭黑的氧化與干燥和篩析過程一起進行整個過程分為三個階段，即干燥處理，篩析處理和臭氧氧化處理【.氧化工藝流程示于圖5反應(yīng)爐t生成的粉狀炭黑懸浮在煙氣之中，經(jīng)冷卻塔2噴水急冷之后，煙氣送人袋

13、濾器3,分離出粉狀炭黑.炭黑經(jīng)星形闐4送人風(fēng)選管線5,經(jīng)旋風(fēng)式風(fēng)力分級器6,分離出粒徑大于501的粗粒份和異物其余炭黑在袋濾器8中捕集，經(jīng)星形閥9送人干燥機10中除去水分.干燥機操作溫度為105r.經(jīng)干燥后的炭黑送人振動篩II,除去炭黑中的附聚塊振動篩內(nèi)設(shè)置18目篩網(wǎng)通過振動篩11的粉狀炭黑,由進料口12送人流化床自氧反應(yīng)器14.經(jīng)氧化后的廢氣中仍含有少量臭氧，選臭氧分解裝置23中處理.炭黑工業(yè)2001生粉狀炭黑的干燥過程，最好是在105150下進行，干燥至含水量1%以下干燥過程的目的,在于降低臭氧消耗量，因炭黑中的水分會消耗較多的臭氧.干燥介質(zhì)，最好呈惰性氣氛,如用氮氣保護，若用空氣也可，但

14、效果較差篩析過程除去炭黑附聚塊有兩個作用一是，附聚塊在臭氧氧化過程中，表面和內(nèi)部氧化程度不均一再則，附聚塊在氧化過程中會沉積在流化床底部的篩板上,影響流化操作.蓮j現(xiàn)閥圖5流化床臭氧氧化流程流化床臭氧反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖示于圖6這種流化康處理，為防止臭氧分布不均或偏流，整個裝置采用振動連續(xù)流化操作.粉狀炭黑從反應(yīng)器上部的炭黑入口管12送入.臭氧從反應(yīng)器底部的臭氧入口管15輸入篩圉6流化床臭氧反應(yīng)器鮚構(gòu)示意圖板13的孔徑為3#m.驅(qū)動馬達26,使反應(yīng)器產(chǎn)生5一60的振動頻率.彈簧25保障反應(yīng)器呈振動狀態(tài).經(jīng)氧化處理后的炭黑，從反應(yīng)器下部出料口17排出.處理后的廢氣從反應(yīng)器頂部的排氣口16放空.對流

15、化床處理而言,臭氧濃度范圍0.140舀/N,相當(dāng)于0.08%3%（重量）的臭氧空氣.當(dāng)臭氧濃度低于0.1g/Nm,氧化速率過低，效率太差;當(dāng)濃度高于40舀/N,廢氣中殘留臭氧量過多，給排放前的再處理帶來困難.臭氧反應(yīng)溫度，一般在常溫至150范圍.反應(yīng)溫度高的，會加速臭氧與炭黑表面的反應(yīng)速度，但同時也加速了臭氧在高溫下的熱分解,反而會降低炭黑表面的氧化效率.臭氧空氣在流化床中的氣流速度影響著床層高度.床層高度的控制.是流化床氧化處理過程的關(guān)鍵'9-1.一般說來，臭氧空氣的氣流速度，以10500mm/s為宜.氣流速度低于10mm/s，不能使粉狀炭黑流態(tài)化，而氣速度高于5（Omm/s,床層高

16、度難于控制，帶出大量炭黑粒子，而排入氣中也會含有大量未反應(yīng)的臭氧.流化床處理實例:反應(yīng)溫度為常溫，臭氧濃度l0舀/N（約0.7%,重量），氣流線速度為100mm/s,振動頻率50Hz，處理后排放氣中臭氧濃度lg/N（約0.07%,重量）.氧化炭黑產(chǎn)品粒徑15nm,DBP吸油值00m1./l00g,pH值3,揮發(fā)分10%.3氯氯化犧氯化法作為氧化劑的氮氧化物.其能式可表示為N0其中x為12Y為15例如，N20,NO,N20NO2,q和N205等.但是.工業(yè)上應(yīng)用最廣的氨氧化物乃是N02和NO兩種由于N02的氧化性較強，它與炭黑的反應(yīng)較為激烈，因而過程溫度的控制顯得更為重要.氨氧化物氧化，根據(jù)操作

17、方式可分第4期郭雋奎:炭黑的氧化后處理為間歇氧化和連續(xù)氧化兩種.經(jīng)氮氧化物氧化后的炭黑,其色相更偏藍(lán)相口”，也是該法的重要特征.（1）問歇式氧化氮氧化物的間歇式氧化，是在一個密閉的立式圓柱形反應(yīng)器中進行，以二氧化氮為氧化劑反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示于圖7參見圖7,圓柱形反應(yīng)器1兩端設(shè)上下兩塊封板1O.兩封板中心分別設(shè)置軸承3一根中心軸2穿過整個反應(yīng)器.中心軸上設(shè)置多組攪拌臂4反應(yīng)器頂部設(shè)置粉狀炭黑進料斗5,底部設(shè)有炭黑出口&阿板闐9控制炭黑的排料.經(jīng)氧化處理后的炭黑經(jīng)出料口8進入包裝機11.氧化劑和氧化后通人的吹掃空氣均由氣體人口管7送人.氣體人口管7呈切向通人反應(yīng)器，通常具有4個氣體人口管排放氣經(jīng)

18、排氣管6放空.圖7間歇式N02氧化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意田粉狀炭黑，經(jīng)進料斗5送人靜止的圓柱形反應(yīng)器，一邊進料，攪拌軸一邊旋轉(zhuǎn)直到炭黑填滿整個反應(yīng)器體積的85%.其余15%的空間作為氧化反應(yīng)所需的安全體積.二氧化氮氣經(jīng)4個切向人口送人反應(yīng)器.隨著氧化劑的加人,進氣過程要持續(xù)一段時間，控制溫升至110150°C.反應(yīng)時間最好持續(xù)26小時.然后，從No2人口送人吹掃空氣以置換出氧化劑在整個反應(yīng)期間和空氣吹掃期間，中心軸一直帶動攪拌臂旋轉(zhuǎn).其轉(zhuǎn)速要控制在一定范圍，使炭黑呈液體狀”流動，而不能讓炭黑產(chǎn)生壓縮或附聚作用立式圓柱形反應(yīng)器直徑1.40m,高4.50m.中心軸上安裝有11對攪拌臂.攪拌臂與軸

19、呈水平90'.中心軸轉(zhuǎn)速6rpm.隨著攪拌臂的旋轉(zhuǎn),1200kg粉狀炭黑由上部料斗送入反應(yīng)器.二氧化氮以O(shè)kg/h的流量從底都切向通人，持續(xù)3h,反應(yīng)溫度控制在120qc.氧化3h后，吹掃空氣以7Nm3門I通人20h，炭黑冷卻至25C.氧化前后炭黑理化性質(zhì)參見表5.表5N閱歇氧化法氧化嶷黑性質(zhì)從表5可見.炭黑經(jīng)N間歇氧化后，其著色強度和揮發(fā)分增加,pH值降低.(2)連續(xù)式氧化氮氧化物連續(xù)式氧化，是在柱形反應(yīng)器中進行I3】.反應(yīng)器結(jié)勾示于圖8反應(yīng)器按其作用，分為兩段，即吸附段A和脫附段B.粉狀炭黑經(jīng)料斗1下端的進料導(dǎo)管2送人吸附段A.為了使炭黑氧化反應(yīng)穩(wěn)定進行，二氧化氮氧化劑以多個進氣口

20、送人吸附段.一般說來,NCS是從24個進氣口送人吸附段的圖8設(shè)備所示為3個進氣日,分別是6a,6b,6c，使氧化劑均勻送人反應(yīng)器另外，這三個進氣口的負(fù)荷也不一樣最下部進入氣口6a的進氣量為氧化劑總量的60%一80%.發(fā)黑工業(yè)2001年中間進氣口6b和上部進氣口6c分別送人剩余氣量的2/3和1/3.反應(yīng)器吸附段的溫度般控制在100150°C.吸附段溫度過低，吸附速度太慢，而且炭黑中的水分會吸收一部分氧化荊，使NO2造成損失.另一方面，溫度過高,No2易分解，而且炭黑對氧化劑的吸附量降低至于吸附時間,依炭黑品種而異,特別是取決于炭黑比表面積，氧化劑濃度吸附溫度以及反應(yīng)器尺寸等因素一般說來

21、，炭黑吸附時間應(yīng)維持在30分鐘以上.囤8連續(xù)式No2氧化反應(yīng)囂結(jié)構(gòu)示意圖在反應(yīng)器吸附段暖附了N的炭黑，通過星形閥7送至脫附段B.脫附段的溫度，靠電加熱器9加熱,保持在2OO一300C范圍.在脫附段中,炭黑所吸附的NO2與其表面發(fā)生反應(yīng)，自身還原成NO而脫附為了加快脫附過程并收集脫附出的一氧化氮，可從反應(yīng)器脫附段底部人口13吹人少量氮氣或空氣.經(jīng)氧化后的炭黑，由星形閥11排料脫附后的NO經(jīng)集氣管8和管線12送人氣體混合器c.從人口管15送人的氧和空氣，使來自管線12的一氧化氮氧化.為了保持氧化劑達到一定濃度從導(dǎo)管14送人額外的NO.這幾種氣體在氣體混合器中混合，變成NO2和N2等氣體，經(jīng)管線16

22、循環(huán)送人反應(yīng)器吸附段,再次被料斗輸送來的炭黑所吸附.現(xiàn)以試驗規(guī)模的氧化裝置為例,說明其效果例如，反應(yīng)器吸附段直徑250nm，長度為1000ram,炭黑填充高度610ram.導(dǎo)管14送人40nd/m以氮氣稀釋成濃度為26%的NO.管線15送人160m1/m空氣.上述氣體在混合器中混合當(dāng)吸附段中的炭黑達到指定溫度后,氧化荊從三個進氣口6a,6b和6c送人反應(yīng)器.脫附段直徑亦為250m,長度500ram，預(yù)先填充未處理炭黑，填充高度250m.當(dāng)加熱器加熱至所需溫度后，吹掃氣以620m/I11的速率從人口臂l3送人接著，開啟星形閥7,炭黑以lg/m的速率從吸附段送人脫附段脫附段的星形閥11以星形閥7相

23、同的速率排料反應(yīng)器在排料的同時，同等效量的炭黑從料斗送人吸附段.與此同時，從管線15向氣體混合器c送人100m/m空氣和26ml/m氧氣的混合氣，把NO氧化成N.這樣，反應(yīng)器連續(xù)地發(fā)生No2在炭黑上吸附，炭黑表面被氧化而No2被還原,NO從炭黑上脫附,NO再被氧化成No2一系列過程為了確保NO充分氧化，從排氣口4排出的氣體中氧濃度應(yīng)在10%15%范圍若排放氣中氧濃度過低,NO不能充分氧化，未被炭黑吸附的NO就多，致使排放氣中一氧化氮增多.經(jīng)這種連續(xù)NO2氧化之后，炭黑的性質(zhì)示于表6.4臭氧與二氧化氮混合氣氧化法這種混臺氣氧化,綜合了臭氧氧化及二氧化氮氧化兩者的優(yōu)點，使炭黑顏料具有較理想的使用性

24、能.炭黑與這種混合氣相接觸，氧化溫度最好在100225r之問反應(yīng)時間投有嚴(yán)格限制，根據(jù)所需的氧化深度而定氧化劑量為炭黑重量的9%18%.第4期郭雋奎:炭黑的氧化后處理這種混合氣中，臭氧與二氧化氮的摩爾比，可在1:1一1:2之間變化.操作方式，可采用間歇操作，也可采用連續(xù)操作.表6二氧化氯氧化后炭黑理化?I生能為了說明這種混合氣的氧化效果，選用種低結(jié)構(gòu)中超耐磨爐黑作基礎(chǔ)炭黑，其低溫氮吸附表面積95m21g,pH值7.9實驗中所選用的氧化處理條件及實驗結(jié)果匯總在表7之中應(yīng)當(dāng)指出，表7中列有”黃度因數(shù)”指標(biāo)黃度因數(shù)是衡量墨漿色相的專用術(shù)語黃度因數(shù)值較低則表明顏料賦予墨漿較藍(lán)的色相它是由三色色度計測定

25、結(jié)果經(jīng)計算而求得的簡單地說，這種色度計是在可見光譜中的淡黃色，綠色和藍(lán)色波長下，觀測試樣墨漿的光反射，與一標(biāo)準(zhǔn)板相比較得出x,Y和z值.黃度因數(shù)的計算式為（x值z值）/y值x100.從表7數(shù)據(jù)可見,經(jīng)臭氧與二氧化氮混合氣氧化處理的炭黑（試號2,6和8）明顯優(yōu)于其他試樣特別是2號試樣，黑度較高，色相偏藍(lán)而流動性亦好.另外，試號6和8在處理時均附加熱空氣氧化，與單獨用混合氣氧化（試號2）耜比，并沒有任何優(yōu)勢從這一點來看，附加的熱空氣氧化可以說是多余的.表7臭氧與二氧化氮混合氣氧化工藝條件實驗結(jié)果氣量幕指占持處理炭黑重量的百分散5低溫等離子氧化法當(dāng)固體物質(zhì)持續(xù)受熱時,先熔化成液體再汽化成氣體，最后電

26、子脫離某些中性氣體的原子和分子，形成正負(fù)離子和電子的混臺體,成為部分或全部電離的氣體這種部分或全部離子化的氣體即為等離子體.因此，等離子體是電中性物質(zhì)的集合體，其正負(fù)電荷的數(shù)量和密度基本相等.自然界中的閃電,極光以及人工制造的輝光燈等屑等離子現(xiàn)象借助于氣體放電，高溫，強電場或強磁場,可以人工獲得離子化程度不同的各種等離子體.氣體的粒子全部離子化時,等離子體的溫度可達lo4°C,即高溫等離子體其特征為，氣體溫度和電子溫度達到平衡當(dāng)?shù)蛪簹怏w輝光放電時，只發(fā)生一部分氣體的離子化，這時T.可達1o4C,而TI僅略高于常溫（約100C）,即為低溫等離子體低溫等離子體，不僅氣體溫度TI低,而且常

27、含各種化學(xué)活性中心，如高速電子，激發(fā)分子，陽離子和電磁波等因此，處于低溫等離子環(huán)境中的炭黑表面必然受到各種化學(xué)活性中心的作用，發(fā)生某些物炭黑工業(yè)2001生理和化學(xué)變化所用氣體的種類,等離子體的物理狀態(tài)和過程參數(shù)不同，而炭黑表面改性效果也不一樣.（1）低溫等離子蓑置炭黑顏料低溫等離子氧化裝置示于圖9這是一種實驗室規(guī)模的氧化處理裝置，由高頻輝光放電形成低溫等離子體整套裝置主要由反應(yīng)器和放電電極，高頻電源和匹配電路，真空系統(tǒng)和測量控制等部件組成.反應(yīng)器直徑約90mm,容量500m1,其外部設(shè)置高頻電極.電極一般有兩種,一種是電容型平板電報，其典型尺寸為寬50ram長100ram的長方形銅板_l”另一

28、種是電感型線圈電報，其典型尺寸為壁厚1mm,外徑5mm,長度2600ram的銅管，繞在反應(yīng)器上8周.電極的形狀會影響等離子體的強度.實驗表明,電感型線圈電極效果更好.圖9用于處理炭黑的實驗宣低溫等離子蓑置等離子電源可用日本柳木制作所生產(chǎn)的種LTA25N型高頻電源,額率為13.56M，最大功率100w.20g炭黑試樣，在105qc下干燥3h后放人反應(yīng)器.試樣在反應(yīng)器中于0.5mmHg壓力下脫氣1h.反應(yīng)系統(tǒng)是用一臺抽氣速率為601/rain的旋轉(zhuǎn)真空泵抽氣.試樣經(jīng)脫氣之后,純氧氣經(jīng)流量計檢測，以100m/min速率通過球形過濾器送入反應(yīng)器中.這時.反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)一邊通人氧氣，一邊由真空泵排氣，保持系

29、統(tǒng)內(nèi)壓力為23mmltg.反應(yīng)器下部設(shè)置磁性攪拌器，帶動反應(yīng)器內(nèi)的磁鐵旋轉(zhuǎn)攪拌開動高頻電源，調(diào)整輸出功率為30W.在這種條件下，氧分子電離，產(chǎn)生氧低溫等離子體，對炭黑進行氧化處理.攪拌速率影響氧化效果當(dāng)攪拌速率為10一20rpm時，試樣不飛揚，流動狀態(tài)適度，氧化過程較平穩(wěn)磁性攪拌器，除了炭黑均勻氧化之外，還有吸引等離子體作用,增強處理效果.(2)氧化效果和反應(yīng)機理高頻功率與系統(tǒng)壓力對炭黑潤濕熱和在水中分散性的影響示于表8實驗中大都使用氧氣為了對比,9號試樣是用空氣代替氧進行處理.10號試樣是未經(jīng)處理的基礎(chǔ)炭黑.1號試樣和5號試樣，雖然高頻功率和系統(tǒng)壓力不同，但等離子輝光強度相同，其效果也不一樣.處理功率均為30W的2一6號試樣，系統(tǒng)中氧的壓力逐漸增加，盡管等離子輝光強度變?nèi)酰亢诘腄H值下降很顯著，潤濕熱值增大而分散性亦變好.另外，只有5和6號試樣在水中的分散性好.由此可見，為了改善分散性，系統(tǒng)壓力必須要在1.8nmaHg似上.處理功率均為60w的7和8號試樣，其系