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博碩士論文 etd-0820107-142608 詳細資訊
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論文名稱
Title
再製碳煙後處理製備導電碳煙技術開發
Development of conductive carbon black from discarded tires
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
112
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2007-06-21
繳交日期
Date of Submission
2007-08-20
關鍵字
Keywords
廢輪胎、導電碳黑
discarded tires, conductive carbon black
統計
Statistics
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中文摘要
摘要:

應用在輪胎補強的碳黑材料,在普通大氣和 490℃ 下,裂解輪胎而產生,裂解碳黑含有許多重金屬以及雜質,而這些重金屬與雜質有可能是製造輪胎時添加或裂解輪胎時產生的,因此在這裡我們利用鹽酸將熱裂解碳黑酸處理,將碳黑的雜質成分降低。

將酸處理完的熱裂解碳黑,在氮氣情況下,高溫活化,而高溫活化溫度範圍在 670℃ ~ 1170℃ 之間,並且高溫活化後的碳黑,利用各種儀器例如: SIMS、TEM、XRD 等儀器,來測量其基本物理性質,且觀察其物理性質與其導電度有何關係。
Abstract
Abstract:

The carbon black material used as reinforcing filler in tires was recovered by pyrolysis at a temperature of 490°C and at atmospheric pressure. The pyrolytic carbon black obtained (CBp) was contamined by various additives of the original tire. Contaminants were also produced by chemical reactions occurring in the pyrolysis reactor. The recovered carbon black was performed and a possible reduction of the ash content by hydrochloric acid treatment.

After the demineralization treatment, the recovered pyrolytic carbon black (CBP) was heated in a post-pyrolysis process at temperatures ranging from 670 to 1170 °C. The CBP were studied by low-pressure nitrogen adsorption and surface spectroscopic method ( SIMS), Raman spectroscopy, XRD, TPD, TEM. Furthermore, the CBP properties were correlated to their electrical conductivities.
目次 Table of Contents
目錄……………………………………………………………………… i
圖目錄…………………………………………………………………… v
表目錄…………………………………………………………………… ix
附錄圖目錄……………………………………………………………… xi
第壹章 緒論
1-1. 背景……………………………………………………………… 1
1-2. 廢輪胎各種處理方式之比較…………………………………… 3
1-3. 熱裂解處理………………………………………………………5
1-4. 碳煙………………………………………………………………8
1-4-1. ㄧ般碳煙的命名法………………………………………… 8
1-4-2. 碳煙的製造方法…………………………………………… 9
1-4-3. 碳煙的微結構……………………………………………… 10
1-4-4. 碳煙表面結構的探討……………………………………… 11
  1-4-5. 碳黑的導電性……………………………………………… 25
1-4-6. 導電碳黑的應用…………………………………………… 26
1-5. 石墨……………………………………………………………… 29
  1-5-1. 石墨的性質………………………………………………… 29
  1-5-2. 石墨的用途………………………………………………… 31
  1-5-3. 石墨礦物…………………………………………………… 31
1-6. 參考文獻…………………………………………………………35
  1-6-1. 純化碳黑的方法…………………………………………… 35
  1-6-2. 高溫活化碳黑的方法……………………………………… 36
  1-6-3. 碳黑表面化學對導電度的影響…………………………… 39
1-7. 導電碳黑的鑑定方式…………………………………………… 41
  1-7-1. 二次離子質譜儀…………………………………………… 41
  1-7-2. 拉曼光譜儀………………………………………………… 42
  1-7-3. 穿透式電子顯微鏡………………………………………… 43
  1-7-4. 熱分析儀…………………………………………………… 44
  1-7-5. 表面分析儀………………………………………………… 44
  1-7-6. 程式升溫脫附儀…………………………………………… 45
  1-7-7. X 光粉末繞射儀…………………………………………… 46
  1-7-8. 導電度的量測……………………………………………… 48
1-7-9. 粉末真密度儀……………………………………………… 48
1-8. 研究目的…………………………………………………………49
第貳章 實驗部分
 2-1. 藥品部分…………………………………………………………51
2-2. 儀器部分…………………………………………………………52
2-2-1. 二次離子質譜儀…………………………………………… 52
 2-2-2. 拉曼光譜儀………………………………………………… 52
2-2-3. 穿透式電子顯微鏡………………………………………… 53
2-2-4. 熱分析儀…………………………………………………… 54
2-2-5. 表面分析儀………………………………………………… 54
 2-2-6. 程式升溫脫附儀…………………………………………… 54
2-2-7. 傅立葉紅外線光譜儀……………………………………… 55
2-2-8. 導電度的量測……………………………………………… 55
2-2-9. 粉末真密度儀的量測……………………………………… 55
2-3. 實驗步驟…………………………………………………………58
2-3-1. 導電碳黑的純化…………………………………………… 60
2-3-2. 導電碳黑的高溫活化……………………………………… 60
第參章 結果與討論
3-1. 導電度與表面積的測量…………………………………………… 61
3-2 . TEM 的測量………………………………………………………64
3-2-1. TEM 的 HR 測量………………………………………… 66
3-3. XRD 的測量………………………………………………………69
3-4. Raman 的測量………………………………………………………73
3-6. SIMS 的測量 ……………………………………………………… 76
3-7. TPD 的測量…………………………………………………………79
第肆章 結論…………………………………………81
第伍章 未來展望……………………………………82
第陸章 參考文獻……………………………………83
第柒章 附錄圖表……………………………………87



圖目錄

圖 1-1. 廢輪胎裂解示意圖…………………………… 7
圖 1-2. 石墨的晶體結構及碳原子排列………………… 12
圖 1-3. 碳黑微晶的亂層結構………………………… 12
圖 1-4. 碳黑粒子內隨機取向微晶排列………………… 13
圖 1-5. 石墨的微晶分層結構………………………… 14
圖 1-6. 石墨結晶單元………………………………… 14
圖 1-7. 早期隨機取向………………………………… 15
圖 1-8. 1966 年Heckman 提出的模型………………… 16
圖 1-9. 1968 年 Heckman提出的模型………………… 16
圖 1-10. N-347 爐黑的熱處理電子顯微鏡影像…………… 19
圖 1-11. Acetylene black 的熱處理電子顯微鏡影像……… 19
圖 1-12. MPC 槽黑熱處理的電子顯微鏡影像…………… 20
圖 1-13. N220 碳黑在 2700℃ 時熱處理的電子顯微鏡影像… 20
圖 1-14. 四種碳黑的電阻率與熱處理溫度關係曲線……… 22
圖 1-15. 碳煙表面官能機種類………………………… 25
圖 1-16. 碳黑濃度以及樣品厚度的電子影像圖…………… 28
圖 1-17. 石墨晶體層狀結構中原子的中心位置…………… 32
圖 1-18. 石墨晶體層狀結構中的晶體結構………………… 33
圖 1-19. 裂解碳黑酸與鹼處理的示意圖………………… 35
圖 1-20. 熱解碳黑與市售碳黑的 SIMS 的 C2H- / C2- 比率與導電率的關係曲線……………………………37
圖 1-21. 碳黑表面 ESCA 的 O 與 S 的含量與導電度關係曲線…………………………………………… 39
圖 1-22. SIMS 的 C2H- / C2- 比率與導電率的關係曲線…… 40
圖 1-23. Raman 的 ID / IG 與 導電率的關係曲線………… 40
圖 1-24. 一般市售碳黑的 SIMS 圖譜…………………… 41
圖 1-25. 單晶石墨的拉曼光譜圖………………………… 42
圖 1-26. (a) 一般市售石墨;(b) 活性碳的拉曼光譜圖……… 43
圖 2-1. 測量導電碳黑的裝置圖………………………… 56
圖 2-2. 碳黑導電度測量示意圖………………………… 56
圖 2-3. 碳黑導電整體裝置示意圖……………………… 57
圖 3-1. 經由高溫活化的碳黑的溫度與導電率的曲線圖…… 63
圖 3-2. 經由高溫活化的碳黑比表面積與導電率的曲線圖… 63
圖 3-3. 經由高溫活化後的碳黑之 TEM 影像:(a) 加熱前;(b) 670N;(c) 720N;(d) 770N;(e) 820N;(f) 870N;(g) 970N; (h) 1070N;(i) 1170N………………… 65
圖 3-4. 高溫活化後的碳黑之 TEM 的 HR 影像:(a) 加熱前;(b) 670N;(c) 720N;(d) 770N;(e) 820N;(f) 870N;(g) 970N;(h) 1070N;(i) 1170N………………… 67
圖 3-5. 高溫活化後的碳黑 XRD 的各種溫度時的疊圖…… 70
圖 3-6. 高溫活化後的碳黑 X-ray 的La 與其導電度的關係曲線圖………………………………………… 71
圖 3-7. 經由高溫活化後的碳黑之 Raman 光譜圖:(a) 670N;(b) 720N;(c) 770N;(d) 820N;(e) 870N;(f) 970N;(g) 1070N;(h) 1170N…………………………… 74
圖 3-8. 高溫活化後的碳黑 Raman 的 Id / Ig 與其導電度的關係曲線圖……………………………………75
圖 3-9. 高溫活化後的碳黑之 SIMS 圖:(a) 670N;(b) 720N;(c) 770N;(d) 820N;(e) 870N;(f) 970N;(g) 1070N;(h) 1170N…………………………………77
圖 3-10. 高溫活化後的碳黑 SIMS 的 C2H- / C2- ratio 與其導電度的關係曲線圖……………………………78
圖 3-11. 高溫活化後的碳黑之 TPD 圖:(a) 670N;(b) 720N;(c) 770N;(d) 820N;(e) 870N;(f) 970N;(g) 1070N;(h) 1170N…………………………………80



表目錄

表 1.1 廢輪胎各種處理方法比較……………………… 3
表 1.2 碳煙之標準編碼與粒徑、表面積關係…………… 8
表 1.3 碳煙之製造方法……………………………… 10
表 1.4 各種碳黑經由 X-ray 和電子顯微鏡測量得到 d(002) 值…………………………………………… 18
表 1.5 不同溫度下的 Mogul 和 Mogul-A 碳黑真空脫出氣體分析……………………………………… 24
表 1.6 為熱裂解碳黑與市售碳黑 N375 的表面積與導電度…………………………………………… 37
表 1.7 為碳黑 ESCA 的 C1s………………………38
表 3.1 為經由高溫活化後的碳黑的表面積與導電率……… 62
表 3.2 高溫活化後的碳黑經由 TEM 的 HR 觀察到 d(002)的值…………………………………… 68
表 3.3 高溫活化後的碳黑的 XRD 的 d(002)、La、Lc 值… 71
表 3.4 高溫活化後的碳黑經由 X-ray 和電子顯微鏡測量得到 d(002) 值……………………………… 72
表 3.5 高溫活化後的碳黑 Raman 光譜各項參數值……… 75
表 3.6 高溫活化後的碳黑 SIMS 的 C2H- / C2- ratio 與其導電度………………………………………… 78




附錄圖目錄

附錄圖 1. 酸處理完碳黑的 TGA 圖…………………… 88
附錄圖 2. 以670℃ 溫度去高溫活化碳黑的 XRD 圖…… 89
附錄圖 3. 以720℃ 溫度去高溫活化碳黑的 XRD 圖…… 90
附錄圖 4. 以770℃ 溫度去高溫活化碳黑的 XRD 圖…… 91
附錄圖 5. 以820℃ 溫度去高溫活化碳黑的 XRD 圖…… 92
附錄圖 6. 以870℃ 溫度去高溫活化碳黑的 XRD 圖…… 93
附錄圖 7. 以970℃ 溫度去高溫活化碳黑的 XRD 圖…… 94
附錄圖 8. 以1070℃ 溫度去高溫活化碳黑的 XRD 圖…… 95
附錄圖 9. 以1170℃ 溫度去高溫活化碳黑的 XRD 圖…… 96
參考文獻 References
1. Long, H. Basic Compounding and Processing of Rubber, American Chemical Society, Rubber Division, Washington, DC, 1985, p. 237.
2. Bhakuni, R. S.; Mowdood, S. K.; Waddell, W. H.; Rai, I. S. and Knight, D. L. In: Encycl. Polym. Sci.Eng., Vol. lb. Wiley, New York, 1989, pp. 834-861.
3. Roy, C.; Labrecque, B. and de Caumia, B. Resour. Conserv. Recycl. 4, 1990, 203.
4. Mirmiran, S.; Pakdel, H. and Roy, C. J. Anal. Appl. Pyrol., 22, 1992, 205.
5. Rastegar, A. M. Sc. Thesis, Universitt Lava], Quebec, Canada, 1989.
6. Wilson, W. in: R.F. Ohm (Ed.), The Vanderbilt Rubber Handbook, 13th ed., Chap. 3. Vanderbilt Company, Norwalt, Connecticut, 1990, pp. 275-289.
7. 林辰雄,廢輪之利用-拿破崙做環保,p.68-74,台灣農業第 30 卷第4 期,民 83。
8. Williams, P. T. and Besler, S.“Pyrolysis-Thermogravimetriv Analysis of Tyre and Tyre Components.”Fuel, Vol. 74, pp. 736~742, 1995.
9. Keamey, A. T. “Scrap Tire Use/Disposal Study Tire Management Council”,Sept. 11, 1990.
10. Flynn, L. “Scrap Tire :European Overiew 1990 ”, European Rubber Journal, Jan. 1991, pp.27.
11. American Society for Testing and Material, 2001 Annual Books of Astm Standards, 2001.
12. Handbook of Carbon Black ( Jpn ), 1995.
13. 工研院 IEK ITIS 計畫整理 2003. 05.
14. Harling, D. F. and Heckman, F. A. Mater Plast. Flastemeric. 1969, 35, pp. 80.
15. Bansal, R. C.; Donnet, J. B.; Steoeckli, F. “Active Carbon”,Marcel Dekker, New York, 1988.
16. Medalia, A. I.; Juengel, R. R. Cabot Corporation, Billerica, Massachusetts, USA.
17. Robert, C. Acc. Chem. Res. 2002, 35, 997.
18. Warren, B. E. J. Chem. Phys. 1934, 2, pp. 551.
19. Warren, B. E. Phys. Rev. 1941, 59, pp. 693.
20. Franklin, R. E. J. Chem. Phys. 1950, 47, pp. 573.
21. Franklin, R. E. Acta Cryst. 1951, 4, pp. 253.
22. Ruston, W. R. Fuel. 1957, 32, pp. 52.
23. Heuska, C. E. and Warren, B. E. J. Appl. Phys. 1954, 25, pp. 1503.
24. Warren, B. E. Proc. 3rd Conf. on Carbon. London: prergamon, 1958.
25. Warren, B. E. and Bodenstein, P. Acta. Cryst. 1965, 18, pp. 289.
26. Kmetko, E. A. Proc. 1st and Conf. on Carbon. 1956. 21.
27. Kasatotshkin, V. L.; Lukianovitc, V. M.; Popov, N. M. and Tshmutov, K. V. J. Chem. Phys. 1964, 52, pp. 822.
28. Heckman, F. A. and Harling, D. H. Rubber Chem. Technol. 1966, 39,
pp. 7
29. Hall, C. E. J. Appl. Phys. 1948, 19, pp. 271.
30. Marsh, P. A,; Voet, A.; Mullens, T. J. and Price, L. D. Carbon. 1971, 9, pp. 797.
31. Marsh, P. A.; Voet, A.; Mullens, T. J. and Price, L. D. Rubber Chem. Technol. 1970, 43, pp. 470.
32. Ban, L. L. Surface and Defect Propert of Solids. vol. 1. The Chemical Society of London. 1972. 54.
33. Ban, L. L.; Vegvari, P. C. and Hess, W. M. Nordco Reporter. 1972, 20, pp. 1.
34. Shaefer, W. D.; Smith, W. R. and Polley, M. H. Ind. Eng. Chem. 1953, 45, pp. 1721.
35. “碳黑生產與應用手冊”李炳炎著.
36. 袁澄波“石墨材料之開發利用”, 1999.
37. Chaala, A.; Darmstadt, H.; Roy, C. Fuel Processing Technology. 1996, 46, 1-15.
38. Pantea, D.; Darmstadt, H.; Kaliaguine, S.; Roy, C. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2003, 67, 55-76.
39. Pantea, D.; Darmstadta, H.; Kaliaguinea, S.; Su¨mmchenb,L.; Roya, C. C. Carbon. 2001, 39, 1147-1158.
40. Tuinstra, F. and Koenig, J. L. The Journal of Chemical Physics. 1970, 53, 1126-1130.
41. 吳泰伯,許樹恩 X 光繞射原理與材料結構分析,中國材料科學
學會。
42. Warren, B. E. “X-ray Diffraction”( Addision-Wesley ) Ch. 13.
43. Puri, B. R. and Bansal, R. C. Carbon. 1964, 1, 451.
44. Sanchez-Gonzalez, J.; Macias-Garcia, A.;F.Alexandre-Franco, M.; Gomez-Serrano, V. Carbon. 2005, 43, 741-747.
45. P. Nicolaus and G.. Eusebiu, Carbon. 2002, 40, 201-205
46. C. Francois and R. Jerome, Carbon. 2002, 40, 151-156
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