本發明涉及廢輪胎利用，尤其涉及一種利用廢輪胎熱解炭黑制成活性炭的方法。

背景技術：

1、目前，廢輪胎的處理主要采用熱解技術，將其分解為熱解氣體、熱解油和熱解炭黑，其中熱解炭黑作為一種固體碳材料，廣泛應用于填料和吸附劑領域，現有技術通常通過簡單熱解和基礎處理獲得熱解炭黑，但其性能難以滿足高端應用的需求，如水處理、氣體吸附和催化領域；

2、然而，熱解工藝中炭黑雜質含量高，非晶態碳比例大，純度不足，活化方法單一，孔隙結構難以優化，導致比表面積和吸附性能不足，工藝能耗高且易損傷材料孔隙結構，影響活性炭的穩定性和使用壽命，因此，需要一種高效、低能耗的改進方法來提升熱解炭黑的性能和應用價值。

技術實現思路

1、本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

2、為此，本發明的目的在于提出一種利用廢輪胎熱解炭黑制成活性炭的方法，通過引入多階段熱解、電磁輔助加熱、等離子體處理和深度活化相結合的工藝，優化了熱解炭黑的純度和孔隙結構，同時，通過表面官能團調控和冷凍干燥技術，大幅提升了活性炭的比表面積和吸附性能，解決了現有技術中純度不足、孔隙結構難以優化和工藝能耗高的問題。

3、為達到上述目的，本發明提出了一種利用廢輪胎熱解炭黑制成活性炭的方法，包括以下步驟：

4、s1、廢輪胎熱解炭黑的復合分離：

5、a.第一階段在250-400℃下進行低溫熱解，分解輪胎中的揮發性組分，避免炭黑結構破壞；

6、b.第二階段在400-600℃下進行中溫熱解，生成氣相產物和初級炭黑，增強炭黑的碳化程度；

7、c.第三階段在600-750℃下進行高溫熱解，強化炭黑的石墨化結構和化學穩定性；

8、分級熱解過程中采用電磁輔助加熱技術，并引入微量氧化劑進行可控氧化，優化炭黑表面初始活性；

9、s2、選擇性動態篩分和磁性雜質去除，將熱解產物通過氣流分級裝置進行動態篩分，分離出粒徑小于10微米的高純炭黑顆粒，同時利用磁分離技術去除金屬雜質和殘留的鋼絲，炭黑純度達到95％以上；

10、s3、碳骨架結構強化處理，將篩分后的熱解炭黑置于等離子體反應器中，在氮氣和少量氫氣的混合氣氛中進行低溫等離子體處理(100-200℃)，剔除非晶態碳，并通過氫化作用生成穩定的碳骨架結構；

11、s4、表面官能團調控，將經過等離子體處理的熱解炭黑置于氣-固混合反應裝置中，通入臭氧和水蒸氣混合氣體，在80-150℃的條件下進行表面官能團調控反應，生成大量羥基、羧基和酯基功能基團，從而提高炭黑的表面活性；

12、s5、深度活化處理，將表面改性后的炭黑與氫氧化鉀溶液按質量比1:2-3混合，在高壓釜內于180-250℃下進行濕法活化反應2-4小時；隨后，將活化后的炭黑在真空條件下加熱至700-900℃進行高溫活化，同時通入混合氣體，進一步優化孔隙結構并提升比表面積；

13、s6、活性炭的后處理，將活化后的活性炭產物迅速冷卻至室溫，用去離子水反復洗滌至中性，并通過冷凍干燥法(-40℃至-60℃)干燥以保留孔隙結構的完整性，最終得到高性能活性炭產品；

14、s7、性能優化與功能定向化，對制備的活性炭進行孔隙調控和結構定向化處理，通過溶劑熱處理(使用乙醇或乙酸溶液在120-160℃下反應6-8小時)，對活性炭的表面微孔、中孔和大孔比例進行調控，從而實現不同應用場景對孔徑的需求。

15、本發明的利用廢輪胎熱解炭黑制成活性炭的方法，采用電磁輔助加熱結合微量氧化劑的熱解技術優化了炭黑表面功能基團生成，同時通過氣流分級與磁分離技術提升炭黑純度和粒徑均勻性，低溫等離子體處理增強了碳骨架的穩定性和石墨化程度，臭氧與水蒸氣協同作用調控表面官能團密度，為吸附性能的提升奠定了基礎，通過濕法與高溫活化結合優化孔隙結構，冷凍干燥與溶劑熱處理進一步保持和調控孔隙分布，最終制備的活性炭比表面積達到1500-2000m2/g，孔隙體積保持率達90％以上，該技術不僅有效解決了現有工藝中炭黑純度不足、孔隙結構不穩定及高能耗問題，還顯著提升了吸附性能和化學穩定性，使其廣泛適用于水處理、氣體吸附和催化劑載體等領域，具有高效、低耗和環保的突出優勢。

16、另外，根據本發明上述提出的利用廢輪胎熱解炭黑制成活性炭的方法還可以具有如下附加的技術特征：

17、具體地，步驟1中采用的電磁輔助加熱技術，通過交變電磁場提高加熱效率并降低能耗，且引入的微量氧化劑(如臭氧或氧氣)控制在總氣氛的1％-3％，用于局部氧化促進炭黑表面初始功能基團的生成，進而提升后續活化反應的效率。

18、具體地，步驟2中的動態篩分裝置采用氣流分級與旋風分離的聯合技術，能夠有效區分粒徑小于10微米和大于10微米的炭黑顆粒，且磁分離過程中通過交變磁場實現對微量鐵雜質(含量小于5％)的徹底去除，從而確保最終炭黑純度達到95％-98％。

19、具體地，步驟3中低溫等離子體處理通過在100-200℃的低溫條件下，采用氮氣與氫氣的混合氣體作為等離子體反應介質，并通過可控射頻功率(200-500w)增強炭黑表面碳骨架的穩定性，所生成的炭黑具有更高的石墨化程度，其結構穩定性提高30％-50％。

20、具體地，步驟4中的表面官能團調控通過臭氧和水蒸氣的協同反應控制氣體比例在3:7，并調節反應時間在2-4小時內；所得熱解炭黑的表面活性基團(如羥基、羧基、酯基)的密度達到3-5mmo?l/g，有效提升了活性炭的吸附性能。

21、具體地，步驟5中的濕法活化與高溫活化結合工藝，濕法活化在180-250℃的條件下通過高壓釜反應生成初步孔隙結構，高溫活化在700-900℃的真空條件下通入混合氣體(如二氧化碳和水蒸氣)，控制總氣流量在200-400ml/min，顯著優化了活性炭的微孔比例和比表面積，最終比表面積達到1500-2000m2/g。

22、具體地，步驟6中冷凍干燥法采用逐步降溫(從室溫至-40℃或更低)方式，避免孔隙結構坍塌，且通過長時間低溫干燥(12-24小時)保證孔隙體積的完整性；所獲得的活性炭的孔隙體積保持率在90％-95％之間。

23、具體地，步驟7中溶劑熱處理結合乙醇、甲醇或乙酸溶液在120-160℃下作用6-8小時，通過控制溶劑極性和加熱時間對活性炭的孔隙分布進行精確調控，最終獲得的微孔比例為60％-70％，中孔比例為20％-30％，滿足不同工業應用需求。

24、具體地，整個工藝過程能夠回收90％以上的炭黑原料，且通過等離子體處理與高溫活化相結合的工藝步驟，顯著提升了活性炭的化學穩定性和吸附性能，使其在水凈化應用中的吸附能力提升40％-50％。

25、本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

技術特征：

1.一種利用廢輪胎熱解炭黑制成活性炭的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的利用廢輪胎熱解炭黑制成活性炭的方法，其特征在于，步驟1中采用的電磁輔助加熱技術，通過交變電磁場提高加熱效率并降低能耗，且引入的微量氧化劑(如臭氧或氧氣)控制在總氣氛的1％-3％，用于局部氧化促進炭黑表面初始功能基團的生成，進而提升后續活化反應的效率。

3.根據權利要求1所述的利用廢輪胎熱解炭黑制成活性炭的方法，其特征在于，步驟2中的動態篩分裝置采用氣流分級與旋風分離的聯合技術，能夠有效區分粒徑小于10微米和大于10微米的炭黑顆粒，且磁分離過程中通過交變磁場實現對微量鐵雜質(含量小于5％)的徹底去除，從而確保最終炭黑純度達到95％-98％。

4.根據權利要求1所述的利用廢輪胎熱解炭黑制成活性炭的方法，其特征在于，步驟3中低溫等離子體處理通過在100-200℃的低溫條件下，采用氮氣與氫氣的混合氣體作為等離子體反應介質，并通過可控射頻功率(200-500w)增強炭黑表面碳骨架的穩定性，所生成的炭黑具有更高的石墨化程度，其結構穩定性提高30％-50％。

5.根據權利要求1所述的利用廢輪胎熱解炭黑制成活性炭的方法，其特征在于，步驟4中的表面官能團調控通過臭氧和水蒸氣的協同反應控制氣體比例在3:7，并調節反應時間在2-4小時內；所得熱解炭黑的表面活性基團(如羥基、羧基、酯基)的密度達到3-5mmol/g，有效提升了活性炭的吸附性能。

6.根據權利要求1所述的利用廢輪胎熱解炭黑制成活性炭的方法，其特征在于，步驟5中的濕法活化與高溫活化結合工藝，濕法活化在180-250℃的條件下通過高壓釜反應生成初步孔隙結構，高溫活化在700-900℃的真空條件下通入混合氣體(如二氧化碳和水蒸氣)，控制總氣流量在200-400ml/min，顯著優化了活性炭的微孔比例和比表面積，最終比表面積達到1500-2000m2/g。

7.根據權利要求1所述的利用廢輪胎熱解炭黑制成活性炭的方法，其特征在于，步驟6中冷凍干燥法采用逐步降溫(從室溫至-40℃或更低)方式，避免孔隙結構坍塌，且通過長時間低溫干燥(12-24小時)保證孔隙體積的完整性；所獲得的活性炭的孔隙體積保持率在90％-95％之間。

8.根據權利要求1所述的利用廢輪胎熱解炭黑制成活性炭的方法，其特征在于，步驟7中溶劑熱處理結合乙醇、甲醇或乙酸溶液在120-160℃下作用6-8小時，通過控制溶劑極性和加熱時間對活性炭的孔隙分布進行精確調控，最終獲得的微孔比例為60％-70％，中孔比例為20％-30％，滿足不同工業應用需求。

9.根據權利要求1所述的利用廢輪胎熱解炭黑制成活性炭的方法，其特征在于，整個工藝過程能夠回收90％以上的炭黑原料，且通過等離子體處理與高溫活化相結合的工藝步驟，顯著提升了活性炭的化學穩定性和吸附性能，使其在水凈化應用中的吸附能力提升40％-50％。

技術總結
本發明公開了一種利用廢輪胎熱解炭黑制成活性炭的方法，包括選擇性動態篩分和磁性雜質去除，將熱解產物通過氣流分級裝置進行動態篩分，分離出粒徑小于10微米的高純炭黑顆粒，同時利用磁分離技術去除金屬雜質和殘留的鋼絲，炭黑純度達到95％以上。由此，通過濕法與高溫活化結合優化孔隙結構，冷凍干燥與溶劑熱處理進一步保持和調控孔隙分布，最終制備的活性炭比表面積達到1500?2000m<supgt;2</supgt;/g，孔隙體積保持率達90％以上，該技術不僅有效解決了現有工藝中炭黑純度不足、孔隙結構不穩定及高能耗問題，還顯著提升了吸附性能和化學穩定性，使其廣泛適用于水處理、氣體吸附和催化劑載體等領域，具有高效、低耗和環保的突出優勢。

技術研發人員：趙博,李杰,任建永,李雪莉,苗偉杰,周明艷,周杰,李濤,張曉明,田昊
受保護的技術使用者：華能嘉祥發電有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24