Hiilimustan valmistusmenetelmät

On olemassa kolme päätyyppiä: uunimenetelmä, säiliömenetelmä ja lämpökrakkausmenetelmä.
Uunin menetelmä
Nokimustaa syntyy maakaasusta tai erittäin aromaattisesta öljystä epätäydellisen palamisen tai pyrolyysin kautta reaktorissa. Tämän tyyppistä nokimustaa kutsutaan uunimustiksi. Se on tyyppi, jolla on suurin tuotanto ja eniten lajikkeita hiilimustatyypeistä. Merkittävä ero uunimustan, kanavamustan ja lämpömustan välillä on, että sen hiukkasten sintraus- tai agglomeroitumisastetta voidaan säätää eri käyttötarkoitusten mukaan. Siksi samalla hiukkaskokoalueella olevat uunimustat jaetaan useisiin johdannaisiin, joilla on erilaiset rakenteet. Lisäksi uunimustan happipitoisuus on yleensä pienempi kuin kanavamustan (alle 1 %) ja pinta on neutraali tai heikosti emäksinen. Uunimustantuotannon ominaisuus on, että polttoaine poltetaan reaktorissa raaka-aineiden krakkaukseen tarvittavan lämmön tuottamiseksi. Palamis- ja halkeiluprosessit tapahtuvat samanaikaisesti. Käytettyjen raaka-aineiden eri muotojen mukaan uunimustan tuotanto voidaan jakaa kahteen tyyppiin: kaasuuunimenetelmään ja öljyuunimenetelmään. Kaasuuunimenetelmässä käytetyt raaka-aineet ja polttoaine ovat maakaasua. Öljyuunimenetelmän polttoaineena voi olla maakaasua, koksikaasua tai nestemäisiä hiilivetyjä ja raaka-aineina korkeaaromaattisia öljyjä, kuten eteeniterva ja antraseeniöljy. Uunin mustan tuotantoprosessissa (katso kuva) reaktiouuni on ydinlaitteisto. Erityyppisten uunimustien valmistus edellyttää erikokoisten reaktoreiden käyttöä. Reaktorissa poltetaan ilmaa ja polttoainetta, ja raaka-aineet sumutetaan ja ruiskutetaan polttoliekkiin, jossa ne pyrolysoidaan korkeassa lämpötilassa hiilimustan muodostamiseksi. Noki suspendoituu palamiskaasuun muodostaen savua. Nopean jäähdytyksen jälkeen savukaasut lähetetään ilman esilämmittimeen ja öljyn esilämmittimeen lisäjäähdytystä varten ja lopuksi pussisuodattimeen. Erotettu hiilimusta lähetetään rakeistimeen rakeistamista varten ja kuivataan sitten kuivaimessa.
Slot-menetelmä
Nokimustaa valmistetaan käyttämällä pääraaka-aineena maakaasua ja liekin kosketuspinnana kanavaterästä. Tämän tyyppistä nokimustaa kutsutaan kanavamustaksi. Uunimustaan ​​ja lämpömustaan ​​verrattuna sen hiukkaset ovat hienompia ja ominaispinta-ala suurempi. Samalla sen pinta on erityisestä valmistusmenetelmästä johtuen hapettunut ja sisältää enemmän happea sisältäviä funktionaalisia ryhmiä ja on hapan. Tämän tyyppisillä hiilimustahiukkasilla on alhainen agglomeroitumisaste. Koska se sisältää enemmän happea sisältäviä funktionaalisia ryhmiä, se voi hidastaa kumin vulkanointinopeutta, parantaa polyolefiinin säänkestävyyttä ja antaa musteelle hyvän juoksevuuden ja tulostuskyvyn.
Terminen halkeilu
Maakaasua, koksikaasua tai raskaita nestemäisiä hiilivetyjä raaka-aineina käyttämällä nokea tuotetaan korkean lämpötilan pyrolyysillä ilman happea ja liekkejä, jota kutsutaan termiseksi mustaksi. Sillä on pienin ominaispinta-ala hiilimustalajikkeiden joukossa. Se esiintyy periaatteessa yhtenä pallomaisena hiukkasena eikä sintraudu tai sulaudu yhteen aggregaatteiksi. Sen pinnan happipitoisuus on myös hyvin pieni (0,1 % - 0,3 %). Termimustaa on kolme päätyyppiä: keskilämpömusta, saastumaton keskilämpusta ja hieno lämpömusta. Keskilämpömustan typen adsorptioominaispinta-ala on 6-10m2/g ja hienon lämpömustan 10-15m2g.
Hiilidioksidin muuntaminen
Karlsruhen teknillisen korkeakoulun (KIT) lämpöprosessitekniikan instituutin kehittämä tekniikka erottaa hiilidioksidia suoraan ilmakehästä ja muuntaa sen hiilimustiksi.