שיטות הייצור של פחמן שחור

ישנם שלושה סוגים עיקריים: שיטת תנור, שיטת מיכל ושיטת פיצוח תרמי.
שיטת תנור
פחמן שחור נוצר מגז טבעי או נפט ארומטי מאוד באמצעות בעירה או פירוליזה לא מלאה בכור. סוג זה של פחמן שחור נקרא שחור כבשן. זה הסוג עם התפוקה הגדולה ביותר והכי הרבה סוגים מבין סוגי הפחמן השחור. ההבדל המשמעותי בין שחור תנור, שחור תעלה ושחור תרמי הוא שניתן להתאים את מידת הסינטר או הצבירה של חלקיקיו לפי שימושים שונים. לכן, שחורי תנור באותו טווח גודל חלקיקים מחולקים למספר נגזרות עם מבנים שונים. בנוסף, תכולת החמצן בשחור תנור נמוכה בדרך כלל מזו של שחור ערוץ (פחות מ-1%), והמשטח הוא ניטרלי או אלקליין חלש. המאפיין של ייצור שחור בכבשן הוא שהדלק נשרף בכור כדי לספק את החום הנדרש לפיצוח חומרי הגלם. תהליכי הבעירה והפיצוח מתרחשים בו זמנית. על פי הצורות השונות של חומרי הגלם המשמשים, ניתן לחלק את ייצור שחור תנור לשני סוגים: שיטת תנור גז ושיטת תנור שמן. חומרי הגלם והדלק המשמשים בשיטת תנור הגז הם גז טבעי. הדלק של שיטת תנור הנפט יכול להיות גז טבעי, גז תנורי קוק או פחמימנים נוזליים, וחומרי הגלם הם שמנים ארומטיים גבוהים, כגון זפת אתילן ושמן אנתרצין. בזרימת תהליך הייצור השחור בכבשן (ראה איור), תנור התגובה הוא ציוד הליבה. הייצור של סוגים שונים של שחור תנור מצריך שימוש בכורים בעלי גדלים מבניים שונים. אוויר ודלק נשרפים בכור, וחומרי הגלם מפורקים ומרוססים לתוך להבת הבעירה, שם הם עוברים פירוליזה בטמפרטורה גבוהה ליצירת פחמן שחור. פחמן שחור מושעה בגז הבעירה ליצירת עשן. לאחר קירור מהיר, גז הפליטה נשלח אל מחמם האוויר ומחמם הנפט לקירור נוסף, ולבסוף נשלח אל מסנן השקיות. הפחמן השחור המופרד נשלח לגרנולטור לגרגיר, ולאחר מכן מיובש במייבש.
שיטת חריץ
פחמן שחור מיוצר באמצעות גז טבעי כחומר הגלם העיקרי ופלדה ערוץ כמשטח מגע הלהבה. סוג זה של פחמן שחור נקרא שחור ערוץ. בהשוואה לשחור תנור ושחור תרמי, החלקיקים שלו עדינים יותר ושטח הפנים הספציפי שלו גדול יותר. יחד עם זאת, בשל שיטת הייצור הספציפית, פני השטח שלו מתחמצנים ומכילים יותר קבוצות פונקציונליות המכילות חמצן והוא חומצי. לסוג זה של חלקיקי פחמן שחור יש דרגת צבירה נמוכה. מכיוון שהוא מכיל יותר קבוצות פונקציונליות המכילות חמצן, הוא יכול לעכב את מהירות הגיפור של הגומי, לשפר את עמידות הפוליאולפין למזג האוויר ולהעניק לדיו נזילות טובה וביצועי הדפסה.
פיצוח תרמי
באמצעות גז טבעי, גז תנור קוק או פחמימנים נוזליים כבדים כחומרי גלם, פחמן שחור מיוצר באמצעות פירוליזה בטמפרטורה גבוהה בהיעדר חמצן ולהבה, מה שנקרא שחור תרמי. יש לו את שטח הפנים הספציפי הנמוך ביותר מבין זני פחמן שחור. הוא קיים בעצם כחלקיק כדורי יחיד ואינו מתלכד או מתלכד לצברים. גם תכולת החמצן על פני השטח שלו קטנה מאוד (0.1% עד 0.3%). ישנם שלושה זנים עיקריים של שחור תרמי: שחור תרמי בינוני, שחור תרמי בינוני לא מזהם ושחור תרמי עדין. שטח הפנים הספציפי לספיחת חנקן של שחור תרמי בינוני הוא 6~10m2/g, וזה של שחור תרמי עדין הוא 10~15m2g.
המרת פחמן דו חמצני
טכנולוגיה שפותחה על ידי המכון להנדסת תהליכים תרמית במכון הטכנולוגי של קרלסרוהה (KIT) מפיקה פחמן דו חמצני ישירות מהאטמוספירה וממירה אותו לפחמן שחור.