[发明专利]含碳材料的处理和纯化

说明书

本发明涉及用于处理和/或纯化炭黑的方法，其包括以下步骤：a)提供包含杂质的炭黑，b)提供包括氮氢化物的水性流体，c)提供碱金属氢氧化物和/或碱金属，d)使步骤a)的混合物、步骤b)的流体和步骤c)的碱金属氢氧化物和/或碱金属接触，e)使步骤d)中获得的组合物经受80℃至240℃的范围内的温度和/或5至50巴的范围内的压力，f)从在步骤e)中获得的组合物中分离含碳固体。本发明进一步涉及氮氢化物作为分散剂用于制备和/或稳定化水性悬浮液的用途。

本发明涉及用于处理和/或纯化含碳固体(或称为碳质固体)的方法，以及氮氢化物作为分散剂用于制备和/或稳定化水性悬浮液的用途。

富含碳的材料，例如烟灰、活性炭、某些热解产物、石墨电极和许多其他基于石墨的材料具有重要的工业意义。

例如，一种重要的富含碳的材料是工业烟灰，其也称为炭黑。与传统烟灰相比，炭黑是通过含碳材料(或称为碳质材料)的靶向热解来制造的。这些特定的制造工艺允许合成纳米范围内的炭黑颗粒，其初级粒径和表面结构可适应各自的应用领域。1996年炭黑年产量为约800万吨，并且预计到2022年将增至1500万吨以上。炭黑主要用作许多橡胶产品中的添加剂(橡胶黑)和塑料、油漆、涂料和油墨的着色剂(颜料黑)。以占世界年产量的近85％，其主要用于轮胎行业。新制造的炭黑(原生炭黑)的生产需要大量的原材料和能量，并产生大量的二氧化碳。与此同时，例如欧盟每年产生约320万吨废轮胎，并且美国甚至每年产生440万吨废轮胎。已经努力从旧材料(如废旧轮胎)回收炭黑。通常，已知的回收过程基于废料的热解，然后是获得的热解残余物的处理。然而，与新生产的炭黑相比，由此获得的炭黑(回收炭黑)的碳含量仅为约80％，并且尚未成为一种足够的替代品。特别地，回收的炭黑通常含有高比例的灰分，所述灰分通常由硫化锌、氧化锌、二氧化硅和/或氧化铝组成。这种高灰分含量限制了可能的应用，从而降低了回收产品的价值。当在轮胎制造中重复使用时，回收的炭黑中的灰分导致例如橡胶强度和耐久性方面的降低。当用作塑料、油漆、漆或油墨的着色剂时，回收的炭黑的较低颜色或黑色值是一个限制。

例如，从美国专利申请US 20150307714 A1已知一种从废轮胎中去除灰分的方法。中国专利申请CN 109266376涉及一种在升高的温度和压力下使用过氧化物和有机溶剂回收和溶解废轮胎的方法。中国专利申请CN108384287还涉及一种回收和溶解废轮胎的方法。美国专利申请US 2018320082 A1涉及一种利用微波辐射回收废轮胎的方法。从国际专利申请WO 2013175488 A2中已知一种提供具有降低的硫含量的炭黑的方法。

已知方法的一个缺点是例如使用高酸浓度或有机溶剂，这从健康、生态或处理的角度来看是成问题的。此外，现有技术方法通常具有长的提取时间和/或仅允许回收结构和形态改性的低质量炭黑。

期望开发一种处理和纯化含碳材料的新方法，该方法没有先前的缺点。需要一种有效处理和纯化含碳材料、尤其是炭黑的方法。还需要一种无需高酸浓度或有机溶剂的处理和纯化含碳材料、尤其是炭黑的方法。还需要一种用于处理和纯化含碳材料、尤其是炭黑的方法，该方法不涉及长的提取时间和/或允许回收结构和形态上基本不变的富含碳的材料、尤其是炭黑。此外，需要一种用于处理和纯化含碳材料、尤其是炭黑的方法，其提供高纯度和/或低灰分含量的产品。特别地，需要一种用于从废轮胎回收和纯化炭黑的方法，该方法提供如下的回收炭黑，该回收炭黑具有与新生产的炭黑相似或理想地相同的品质，并且特别地具有低灰分和/或硫含量以及相对于最初使用的炭黑在很大程度上未改变的物理性质。