В мире о 4 млрд Изношенные шины закапываются или складируются, примерно 1.8 млрд новые шины, выбрасываемые каждый год. Благодаря пиролизной обработке эти шины могут быть преобразованы в ценные побочные продукты, включая пиролизный технический углерод (ПХБ). В среднем каждые 10 килограммов автомобильных шин содержат примерно 3 кг Технического углерода, что приводит к огромному годовому производству этого материала. Читайте дальше, чтобы узнать, как эти отработанные шины превращаются в ценные печатные платы (ПХБ).
Экологическая опасность накопления шин
Занятие земель и визуальное загрязнение
Изношенные шины занимают обширные свалки из-за своего объёма и не поддающихся биологическому разложению свойств. В отличие от органических материалов, шины не разлагаются быстро и могут сохраняться веками. Их кучи не только сокращают площадь пригодных для использования земель, но и портят внешний вид городов и сельской местности. Крупные свалки шин часто становятся символом неэффективного обращения с промышленными отходами и пренебрежения окружающей средой.
Риск пожара и загрязнения воздуха
Запасы шин легко воспламеняются. После возгорания их трудно потушить из-за резинового состава и внутренней пористой структуры, способствующей тлению. При горении шин выделяется густой чёрный дым, оксид углерода, соединения серы и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), которые могут загрязнять воздух и почву на долгие годы.
Рассадник переносчиков болезней
Полости внутри выброшенных шин легко скапливают дождевую воду, создавая застойные лужи, идеально подходящие для размножения комаров. Это повышает риск распространения трансмиссивных заболеваний, таких как лихорадка денге, малярия и вирус Зика, в соседних населённых пунктах. Таким образом, неправильно хранящиеся шины становятся непреднамеренной угрозой общественному здоровью.
Долгосрочное экологическое воздействие
Со временем под воздействием атмосферных условий и ультрафиолетового излучения поверхность шин разрушается, высвобождая микрочастицы резины в окружающую среду. Эти частицы могут способствовать выщелачиванию тяжёлых металлов и токсичных добавок в почву и водоёмы, создавая долгосрочные риски для водных экосистем и биоразнообразия. Совокупная экологическая нагрузка подчёркивает актуальность внедрения технологий устойчивой переработки шин и пиролиза.
Процесс образования пиролизного технического углерода
В настоящее время пиролиз представляет собой эффективный и устойчивый подход к утилизации изношенных шин. В следующем разделе объясняется, как образуется технический углерод, образующийся в результате пиролиза шин.
Разложение и улетучивание полимеров
Шины состоят из сшитых каучуковых полимеров и различных добавок (технического углерода, серы, металлов и т. д.). При пиролизе (нагреве в атмосфере с дефицитом кислорода) резиновая матрица начинает разлагаться. При температурах, как правило, выше 400 °C длинные полимерные цепи подвергаются деполимеризации (разрыву на более мелкие фрагменты), дегидрированию (потеря H₂) и пиролизу с образованием летучих углеводородов. Эти летучие соединения улетучиваются в виде газов или конденсируются в масла; остаётся богатый углеродом уголь. Исследования показывают, что при высокотемпературном пиролизе изношенных шин выход технического углерода значительно увеличивается при повышении температуры (например, с ~1100 °C до ~1300 °C) и достаточном времени выдержки.
Формирование и очистка твердого углерода
После удаления летучих веществ оставшийся углеродистый остаток начинает реструктурироваться: небольшие ароматические кольца полимеризуются и конденсируются в графитовые или квазиграфитовые домены, происходит зарождение и рост частиц, и формируется морфология, подобная углеродной саже. Степень графитизации, размер частиц и удельная площадь поверхности сильно зависят от температуры пиролиза и времени пребывания (более высокая температура и достаточное время пребывания способствуют получению более мелких частиц и более упорядоченного углерода). После пиролиза уголь можно охладить в инертной атмосфере, отделить от металлической проволоки или минеральных добавок и подвергнуть дальнейшей обработке (измельчению, активации, обработке поверхности) для улучшения его структуры и удаления остаточных летучих веществ или загрязнений.
Характеристики пиролизного технического углерода
Микроструктура и морфология
Технический углерод состоит из мелких аморфных частиц углерода, размер которых обычно составляет от 10 до 100 нанометров. Эти частицы образуют сложные агрегаты и агломераты, создавая мощную поверхностную сеть, которая влияет на интенсивность цвета, электропроводность и армирующие свойства технического углерода. Степень агрегации напрямую влияет на эксплуатационные характеристики технического углерода в промышленных материалах.
Поверхностная химия
Поверхность технического углерода содержит различные функциональные группы, включая гидроксильные, карбоксильные и хинонные структуры. Эти химические центры определяют его адсорбционные свойства и совместимость с органическими и полимерными матрицами. Контролируемая модификация поверхности может улучшить диспергирование и прочность связи в композитных материалах.
Тепловые и электрические свойства
Благодаря высокой термической стабильности и превосходной электропроводности технический углерод устойчив к разложению при повышенных температурах и служит эффективным проводником тепла и электронов. Его чёрный цвет и непрозрачность также обусловлены сильным поглощением света благодаря разветвлённой сети π-связей в его углеродных слоях.
Основные области применения пиролизного технического углерода
При мировом производстве технического углерода около 14 миллионов человек тонн в год, очищенный пиролизный технический углерод становится устойчивой альтернативой во многих отраслях промышленности. Ниже приведены его основные секторы применения и соответствующие доли рынка.
Производство шин (70%)
Очищенный пиролизный технический углерод в основном используется в производстве шин, особенно для шин средней и низкой производительности. После последующей обработки он может соответствовать требованиям для таких марок, как N330, N550 и N660.
- Используется в протекторе, боковинах и внутренних слоях
- Улучшает стойкость к истиранию и теплопроводность
- Подходит для шин внедорожной, сельскохозяйственной и коммерческой техники.
Резинотехнические изделия (20%)
Около 20% ПХБ применяется в промышленных и автомобильных резиновых изделиях, где прочность и упругость материала важны, но не на уровне шин. Распространенные области применения включают:
- Конвейерные ленты, резиновые шланги, прокладки и формованные детали
- Приложения, требующие умеренного армирования и размерной стабильности
Пластик, красители и пигменты (10%)
Примерно 10% очищенного ПХБ используется в производстве пластмасс и пигментных составов. Хотя его дисперсия и блеск могут не соответствовать высококачественным пигментам, он обеспечивает приемлемые характеристики для чувствительных к стоимости приложений.
- Применяется в черных суперконцентратах, пластиковых пленках и контейнерах.
- Используется в чернилах, промышленных красках и низкосортных покрытиях.
Повышение удобства использования пиролизного технического углерода
Пиролизный технический углерод (ПХУ) не может напрямую применяться в большинстве промышленных областей из-за его грубой структуры, неравномерного распределения, а также наличия золы, остатков масла и металлических примесей. Эти характеристики снижают его армирующие свойства и диспергируемость, ограничивая его эффективность в производстве резины, пластика и пигментов. Для устранения этих ограничений Beston Group использует специализированную систему постобработки, которая объединяет измельчение и грануляцию технического углерода. Этот процесс позволяет достичь:
- Увеличивает удельную площадь поверхности технического углерода, улучшая адсорбцию и реакционную способность.
- Повышает общее качество печатных плат за счет достижения более высокой чистоты и однородности.
- Расширяет возможности использования и коммерческую ценность в различных отраслях, поддерживая при этом циклическое использование ресурсов.
Заключение
Пиролизная сажа — это не просто побочный продукт, это практичный, ресурсосберегающий материал, который приобретает все большую актуальность во многих секторах. По мере развития технологии пиролиза спрос на этот устойчивый источник углерода, скорее всего, будет расти. Сотрудничайте с Beston Group повысить общую эффективность использования ресурсов отслуживших свой срок шин.
