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这篇综述聚焦回收炭黑（rCB），从汽车行业发展引发的废旧轮胎（ELT）处理问题切入，详细探讨 rCB 通过热解制备，及其在活化、脱矿处理方面的研究进展，还分析其在橡胶基体中的应用情况，为 rCB 的研究和应用提供全面参考。
1. 引言
近年来，汽车行业蓬勃发展，2022 年轮胎产量超 23 亿条。大量废旧轮胎（ELT）产生，其处理成为难题。部分 ELT 被非法丢弃或堆放，占用填埋空间、引发火灾、污染环境。欧盟等地区通过立法促进 ELT 的材料和能源回收。
轮胎主要由硫化天然橡胶、丁苯橡胶（41 - 45%）、钢（13 - 15%）、炭黑（约 28%）及其他化合物组成。目前，ELT 的回收方式包括机械回收、能源回收和热解。机械回收生产的橡胶颗粒在合成草皮等应用中引发担忧；能源回收存在污染问题。热解则可产生能源和有市场价值的产品，如回收炭黑（rCB），成为一种有前景的回收方式。
2. 热解制备 ELT：原始 rCB 与商业炭黑（CB）的比较
热解是在无氧高温下对有机化合物进行热降解，可得到挥发性部分（轮胎热解油 TPO 和合成气）和固体残渣（rCB）。rCB 若直接从热解过程获得为原始 rCB，经研磨后为 rCB。
热解过程受温度、原料组成和反应器类型等影响。为使热解经济可行，需建立 rCB 市场，因其占热解产品近 40 wt%。商业 CB 主要用于轮胎行业，rCB 有望替代 CB 作为增强填料，但两者存在显著差异。
rCB 含有挥发性有机污染物、碳质残留物和较高含量的无机化合物，这些影响其性能。rCB 的增强性能一般为各 CB 等级的平均水平，其比表面积低于多数 CB 等级，且聚集体较粗，分散性差，限制了其在橡胶基体中的应用，可能需要进行纯化处理。
3. rCB 的活化
rCB 的活化可增加其表面积并去除碳质沉积物，分为化学活化和物理（热）活化。
3.1 物理活化
物理或热活化是 rCB（固相）与活化剂（气相）在 700 - 1000°C 的高温下发生的多相反应，可创造内部孔隙。蒸汽和 CO2是主要活化剂，反应为吸热反应，会生成一氧化碳和氢气，抑制反应速率，但有利于控制孔隙发展。
该过程受反应器内传质条件、温度、颗粒大小等因素影响。不同研究中，蒸汽和 CO2活化的温度和时间范围较广，蒸汽活化温度多在 780 - 975°C，CO2活化多在 750 - 1110°C，反应时间从几分钟到数十小时不等。
蒸汽比 CO2更具反应性，能产生更大表面积和孔隙率的 rCB，但 CO2活化操作更简便、更清洁。此外，还有研究探索一步法制备活化 rCB，有望降低成本。
3.2 化学活化
化学活化使用化学试剂（如 KOH、NaOH 等）在较低温度下创造和发展孔隙，具有产率高、孔隙控制好等优点。其主要参数包括活化剂选择、温度、时间、活化剂与固体比例等。
以 KOH 活化 rCB 为例，其机制包括蚀刻碳形成多孔结构、气化碳产生孔隙和金属钾嵌入晶格使晶格膨胀等步骤。化学活化能降低 rCB 的硫和灰分含量，提高碳含量，但所用化学试剂具有腐蚀性、毒性，且成本较高，限制了其大规模应用。
4. rCB 的脱矿
脱矿是一种固液萃取过程，通过酸或碱去除 rCB 中的无机成分，可增加表面积并引入表面官能团。常用的酸有硫酸、盐酸、硝酸等，碱有 NaOH 和 KOH 等。
脱矿过程受颗粒大小、温度、接触时间和搅拌等因素影响。较高温度和搅拌有利于脱矿，但需平衡能源成本；较小的颗粒尺寸可提高脱矿效率，但会增加加工成本。
多数研究采用单步脱矿，也有采用两步脱矿的报道。脱矿能有效去除部分杂质，提高 rCB 的碳浓度，改善表面性质，但所用化学试剂的环境和操作问题有待解决。
5. rCB 的联合处理
结合活化和脱矿处理可生产更优质的 rCB，拓展其应用范围。例如，联合物理和化学活化可调整材料孔隙结构，用于超级电容器电极等；先脱矿再活化可去除杂质，促进孔隙形成，但也可能降低 rCB 的反应性。不同研究表明，联合处理需综合考虑各因素，以优化 rCB 的性能。
6. rCB 在橡胶基体中的应用
rCB 在橡胶基体中的应用面临挑战，如质量和性能不一致、分散困难等。其结构特征（如颗粒大小、表面积等）影响与橡胶的相互作用和增强效果。
多数研究使用天然橡胶（NR）或丁苯橡胶（SBR）作为橡胶基体，rCB 的表面积与部分商业 CB 等级相似，可部分替代商业 CB，但复合材料性能仍低于含商业 CB 的材料。
脱矿处理可增强 rCB 的增强性能，使用偶联剂可改善 rCB 与橡胶基体的相容性。然而，rCB 质量的可变性需要进一步研究和控制，以充分发挥其在橡胶工业中的潜力。
7. 结论与展望
热解 ELT 制备 rCB 是一种可持续的回收方法，活化和脱矿等后处理可提高 rCB 的性能和应用范围。但目前仍面临诸多挑战，如标准化原料和热解条件、评估纯化处理的经济可行性和环境影响、深入研究 rCB 与橡胶基体的相互作用等。未来需要学术界、产业界和政策制定者共同努力，推动 rCB 在各领域的广泛应用。
