Proses cynhyrchu du carbon

Y deunyddiau crai ar gyfer cynhyrchu carbon du wedi'i colomennod yw cynhyrchion petrolewm a chynhyrchion tar glo bitw. Fe'i ffurfir gan hylosgi anghyflawn neu pyrolysis hydrocarbonau ar dymheredd uchel.

1) Proses cynhyrchu du lamp

Y dull cynhyrchu du carbon cynharaf mewn hanes yw'r broses cynhyrchu du lamp. Yn y broses hon, mae'r deunyddiau crai yn cael eu llosgi ar blât haearn sy'n llosgi'n wastad gyda diamedr o hyd at 1.5 miliwn. Cesglir y hood nwy, ac yna mae'n cyrraedd y ddyfais adneuo drwy'r elbow (plygu 1/4) a'r tiwb tân. Er mwyn rheoli nodweddion y carbon du a gynhyrchir, dylid sicrhau bod y deunyddiau crai yn cael eu llosgi'n anghyflawn yn bennaf ger y bwlch rhwng y plât hylosgi a'r blinder. Ond yn y pibell ychydig i mewn i'r biblinell, bydd y llosgi'n cael ei ddatgysylltu'n thermoly o dan y diffyg ocsigen, gan ffurfio gronynnau du carbon mwy. Am y rhesymau hyn, mae gan y cyfansoddiad ystod eang o ddosbarthiad maint gronynnau, a'r brif nodwedd yw gronynnau bras. Gan mai dim ond rhan fach o'r gronynnau a ffurfiwyd rhwng y ddisg hylosgi a'r blinder a all gysylltu â'r ocsigen yn yr aer, dim ond ychydig o ocsidiau wyneb sydd gan y beics carbon hyn, mae'r gwerth pH cyfatebol yn niwtral, ac mae'r mater cyfnewidiol yn fach iawn.

2) Proses cynhyrchu du nwy

Daw enw nwy du o'i broses gynhyrchu: pan gaiff hydrocarbon y deunydd crai ei wresogi, mae'n cael ei gastio'n gyntaf, ac yna mae'r nwy hylosgi digymell (ar gyfer ynni) yn cael ei gario i mewn i'r llosgydd fel cludwr. Y swm mawr o garbon du sy'n cael ei ollernïo gan y llosgwyr siâp ystlumod hyn a Gynhyrchwyd mewn fflam siâp ffan. Gan fod pob fflam yn fach ac yn llosgi yn yr awyr, mae ffurfio carbon du yn wahanol iawn i'r broses gynhyrchu o lamp du (hylosgi anghyflawn). Yma, mae'r gronynnau du carbon yn iawn. Yn ôl gwahanol fathau, mae maint cyfartalog y gronynnau rhwng 10 a 30 nm, a maint gronynnau cyfartalog nwy du yw 13 nm. Ar y fflam sy'n llosgi, mae drym sy'n cylchdroi'n araf yn llawn dŵr. Mae du carbon yn cael ei adneuo ar y drwm. Pan gaiff ei sgrapio, mae'r carbon du yn cael ei ddileu. Pan fydd y tymheredd yn dal yn uchel, daw'r du carbon sydd newydd ei ffurfio i gysylltiad ag ocsigen yn yr aer. O ganlyniad, mae ocsid rhannol yn digwydd, gan ffurfio nifer fawr o grwpiau asidig, ac mae'r gwerth pH du nwy cyfatebol yn yr ystod asidig. A gall gael tua 6% o fater cyfnewidiol, sy'n cynrychioli ei gynnwys ocsid wyneb.

3) Y broses gynhyrchu o sianel ddu

Mae'r broses gynhyrchu hon yn defnyddio nwy naturiol fel y deunydd crai. Mae proses ddu'r sianel yn debyg i broses llosgi nwy'r broses cynhyrchu nwy du. Mae'r nwy naturiol yn llosgi ac yn gollwng llawer o fflamau siâp ffan. Mae'r cynnyrch a geir yn debyg i nwy du, ond y gwahaniaeth yw bod oeri dŵr gwastad yn cael ei ddefnyddio yma. Defnyddir y grŵp siâp U fel grŵp adneuo ar gyfer carbon du. Oherwydd rhesymau ecolegol ac economaidd, rhoddwyd y gorau i ddefnyddio'r dull hwn flynyddoedd lawer yn ôl. Ni fydd cynhyrchu nwy du yn effeithio ar yr amgylchedd ecolegol, ac mae'r broses nwy du yn dal i gael ei defnyddio.

4) Proses cynhyrchu du ffwrnais

Cynhyrchir nwy du yn yr atmosffer agored, ond mae'r broses cynhyrchu du ffwrnais yn cael ei chynnal mewn ffwrnais gaeedig o dan amodau diffygiol ocsigen. Yn hytrach na llawer o danau bach, defnyddir fflam fawr. Defnyddir olew wrth i'r deunydd crai a'r nwy hylosg gael ei ychwanegu i'w wneud yn cyrraedd y tymheredd gofynnol yn y ffwrnais. Drwy newid amodau'r broses cynhyrchu du ffwrnais, gellir cael y pigiad du gofynnol. Er enghraifft: o dan amodau gwahanol, gall carbon du gyrraedd ystod eang o faint gronynnau cyfartalog, o 80 nm i mor fach â 15 nm, a hyd yn oed mor fach â nwy du. Ond ar gyfer yr un maint gronynnau, mae gwahaniaeth o hyd rhwng nwy du a ffwrnais du, yn bennaf oherwydd y gwahaniaeth mewn cemeg wyneb. Mae cynhyrchion du ffwrnais yn gymharol arw, gyda maint gronynnau cyfartalog o 40nm. Yn ogystal, pan ddefnyddir y broses cynhyrchu du ffwrnais, gellir ychwanegu ychydig o gyfansoddion sylfaenol neu ychwanegion eraill i newid graddau a math yr agregau, a thrwy hynny gael carbon du strwythur uchel neu strwythur isel.

Oherwydd bod ffwrnais du yn cael ei gynhyrchu o dan amodau sydd bron yn is na phwysau atmosfferig ac aer annigonol. Felly, nid oes gan y rhan fwyaf ohonynt ocsidiau arwyneb asidig, ond canfu'r strwythur pyrone a grybwyllir uchod, sef adwaith alcali. O ran gwerth pH alcali ffwrnais du, y rheswm yw ychwanegu pridd alcali yn y chwistrell sy'n amlu dŵr oer pan ddaw'r ffurfio du carbon i ben, ac ychwanegu halen alcali i leihau'r strwythur. Yn ogystal, os nad yw'r ffwrnais du hwn bellach yn destun triniaeth ôl-ocsideiddio, bydd ei chynnwys cyfnewidiol yn is.