CN111278928A - 颗粒系统和方法 - Google Patents

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Abstract

可以使用本文提供的系统和方法生成具有合适性质的颗粒。所述颗粒可以包括碳颗粒。在一些实例中，提供了用于冶金应用的碳颗粒。

Description

颗粒系统和方法
交叉引用
本申请要求于2017年8月28日提交的美国临时申请号62/551,070的权益，该申请通过引用整体并入本文。
背景技术
颗粒被用于许多家庭和工业应用。可以通过各种化学过程来产生颗粒。与此类化学过程相关的性能和能量供应已经随着时间的推移而逐步发展。
发明内容
本公开内容提供了例如碳纳米颗粒，其中所述碳纳米颗粒由气相前体制备并且具有大于3.0nm的Lc，并且其中碳纳米颗粒掺和(admix)在与金属或金属氧化物粉末的掺和物(admixture)中以便：(a)还原金属、金属氧化物或金属的金属氧化物表面；和/或(b)掺入金属中并成为产物的一部分。Lc可大于约4nm。碳纳米颗粒可具有小于100ml/100g的DBP。碳纳米颗粒可具有大于10m2/g且小于100m2/g的氮表面积(N2SA)。可以提供多个碳纳米颗粒，其中碳颗粒可具有：(i)约23m2/g至约35m2/g的氮表面积(N2SA)和约59ml/100g至约71ml/100g的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸收，或约19m2/g至约39m2/g的N2SA和约55ml/100g至约75ml/100g的DBP；(ii)约29m2/g至约41m2/g的N2SA和约84ml/100g至约96ml/100g的DBP吸收，或约25m2/g至约45m2/g的N2SA和约80ml/100g至约100ml/100g的DBP；(iii)约34m2/g至约46m2/g的N2SA和约115ml/100g至约127ml/100g的DBP，或约30m2/g至约50m2/g的N2SA和约111ml/100g至约131ml/100g的DBP；或者(iv)约2m2/g至约14m2/g的N2SA，和约37ml/100g至约49ml/100g或约33ml/100g至约53ml/100g的DBP。可以提供多个碳纳米颗粒，其中碳纳米颗粒可以是松散的、未制粒的(unpelletized)。碳纳米颗粒可具有大于0.2ml/g的倾注密度。可以提供多个碳纳米颗粒，其中碳纳米颗粒可以是制粒的。可以用(i)水，(ii)油或(iii)具有粘合剂的水将碳纳米颗粒制粒。可以提供多个碳纳米颗粒，其中碳纳米颗粒可以具有小于0.02％的灰分水平。可以提供多个碳纳米颗粒，其中碳纳米颗粒中金属的个体水平可以各自小于5ppm。金属可以包括铁(Fe)、钼(Mo)、铌(Nb)、钒(V)、铬(Cr)、镍(Ni)和/或钴(Co)。碳纳米颗粒可以具有小于50ppm的硫水平。碳纳米颗粒可以具有小于约5ppm的硫的硫水平。与参考材料相比，碳纳米颗粒的Lc和表面积可以实现更低的反应温度和/或更快的反应速率以形成产物，并且产物可以是最终的金属整体(metal monolith)。可以提供多个碳纳米颗粒，其中碳纳米颗粒可以具有大于99.5％的碳百分比。碳纳米颗粒可以是炭黑。产物可以是金属、金属碳化物或金属碳氮化物。产物可以是碳钢。产物可以是碳化钨。可以通过加热掺和物来产生金属整体。金属整体可以具有小于10％的孔隙度。金属整体的碳含量可以与金属整体的目标碳含量相差小于1％。金属整体可以具有在参考材料的10％以内的改进的热导率。金属整体可以具有在参考材料的10％以内的改进的硬度。金属整体可具有比参考材料更少的金属氧化物夹杂物(inclusion)，如通过总氧含量所测量的。金属整体可以是金属碳化物，并且金属碳化物的晶粒生长可以小于金属或金属氧化物的原始晶粒大小的20％，如通过XRD所测量的。所产生的碳化钨硬质合金可以具有在以下性质的正负20％以内的性质：14.95g/ml的密度、358Oe的矫顽力、18.6％的线性收缩和93.5Ra的硬度。
本公开内容还提供了例如方法，其包括：提供碳纳米颗粒，其中所述碳纳米颗粒由气相前体制备并且具有大于3.0nm的Lc；提供金属、准金属、金属氧化物或准金属氧化物；以及将碳纳米颗粒与金属、准金属、金属氧化物或准金属氧化物掺和，以便(i)还原金属、准金属、金属氧化物、准金属氧化物、金属的金属氧化物表面或准金属的准金属氧化物表面，和/或(ii)将碳纳米颗粒掺入金属或准金属中，使其成为产物的一部分。金属、准金属、金属氧化物或准金属氧化物可以是粉末。碳纳米颗粒以及金属、准金属、金属氧化物或准金属氧化物可通过粉末冶金(PM)进行处理。产物可以是金属、准金属、金属碳化物、准金属碳化物、陶瓷金属(金属陶瓷)、陶瓷准金属、金属氮化物或准金属氮化物。产物可以是粉末。产物可以是碳化钨。产物可以烧结在一起。产物可以是PM烧结钢。产物可以是碳化钨(WC)、碳化硼(B4C)、碳化钒(VC)、碳化铬(Cr2C3)、碳化硅(SiC)、硅(Si)和/或铁(Fe)和/或其不锈钢合金。碳纳米颗粒可以是炭黑。
本公开内容还提供了例如方法，其包括：提供碳纳米颗粒，其中所述碳纳米颗粒由气相前体制备并且具有大于3.0nm的Lc；提供包含金属或准金属的材料；以及将碳纳米颗粒与包含金属或准金属的材料掺和，以便产生碳纳米颗粒与包含金属或准金属的材料的反应产物。反应产物可以包括Al4C3、As2C6、Be2C、B4C、CaC2、CrC、Cr3C2、Cr4C、Cr7C3、Cr23C6、Co3C、Co6W6C、HfC、FeC、Fe2C、Fe3C、Fe5C2、Fe7C3、Fe23C2、LaC2、Mn3C、Mn23C6、MgC2、MoC、Mo2C、Mo23C6、NiC、Ni3C、NbC、Nb2C、PuC、Pu2C3、ScC、SiC、TaC、Ta2C、ThC、ThC2、TiC、WC、W2C、UC、UC2、U2C3、VC、V2C、ZrC和/或其碳氮化物。反应产物可以是耐火材料。
这些和额外的实施方案在下文进一步描述。
附图说明
本发明的新颖特征在所附权利要求书中具体阐述。通过参考以下对利用到本发明原理的说明性实施方案加以阐述的详细描述以及附图(本文也称为“图”)，将会获得对本发明的特征和优点的更好理解，在这些附图中：
图1示出了系统的实例的图示表示；
图2示出了反应器/装置的实例的图示表示；
图3示出了反应器/装置的另一实例的图示表示；
图4示出了反应器/装置的另一实例的图示表示；
图5示出了过程的实例的图示表示；以及
图6示出了反应器/装置的实例的图示表示。
具体实施方式
本文示出的细节仅仅是作为实例并且出于对本发明的各种实施方案进行说明性讨论的目的，并且为了提供被认为是本发明的原理和概念方面的最有用和易于理解的描述而呈现。在这方面，不尝试以比基本理解本发明所必需的更详细地显示本发明的细节，该描述使本领域技术人员明白如何能够在实践中体现本发明的几种形式。
现在将参考更详细的实施方案描述本发明。然而，本发明可以以不同的形式实施，并且不应该被解释为限于本文阐述的实施方案。相反，提供这些实施方案是为了使本公开内容更加彻底和完整，并且将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。
除非另有定义，否则本文使用的全部技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。本文的本发明说明书中使用的术语仅用于描述特定实施方案，而不旨在限制本发明。除非上下文另有明确规定，否则如在本发明的说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”也意在包括复数形式。本文提及的所有出版物、专利申请、专利和其他参考文献都通过引用整体明确地并入本文。
除非另有说明，否则在说明书和权利要求书中使用的表示成分的数量、反应条件等的所有数字应理解为在所有情况下均由术语“约”修饰。因此，除非另有相反指示，否则在以下说明书和所附权利要求书中阐述的数值参数是近似值，其可以根据通过本发明寻求获得的期望性质而变化。至少，并且并非试图将等同原则的应用限制在权利要求书的范围内，每个数值参数应该根据有效数位的数字和普通的舍入方法来解释。
尽管阐述本发明广泛范围的数值范围和参数是近似值，但具体实例中阐述的数值的报告尽可能精确。然而，任何数值固有地包含由在其各自的测试测量中出现的标准偏差必然导致的某些误差。在整个本说明书中给出的每个数值范围将包括落入这样的较宽的数值范围内的每个较窄的数值范围，如同这样的较窄的数值范围都在本文中明确写出。
本发明的额外优点将在下面的描述中部分地阐述，并且将从描述中部分地容易理解，或者可以通过本发明的实践来了解。应当理解，前述一般描述和以下详细描述仅为示例性和解释性的，并非限制请求保护的本发明。应当理解，本发明的不同方面可以单独地、共同地或彼此组合地进行理解。
本公开内容提供了用于影响化学变化的系统和方法。本文所述的系统和方法可以使用电能来影响化学变化。影响这样的化学变化可以包括使用本公开内容的系统和方法制备颗粒(例如，碳颗粒，例如炭黑)。在使用与用于将含烃材料转化为碳颗粒(例如，炭黑)的原料无关或紧密相关的能量时，本文所述的化学变化可能(例如，主要地、基本上、完全地或至少部分地)受到影响。从生态学和效率的角度来看，借助于本文的系统和方法实施的过程可能是非常有前景的。例如，在炭黑的情况下，本文所述的过程可比现有的炉过程排放少约5倍至约10倍的CO2。与炉过程生产每吨炭黑散发排放几吨CO2以及几十千克的NOx和SOx相比，本文所述的方法可以是清洁的，散发接近零的局部CO2和零SOx。本文的系统和方法可以提供更有效、成本降低和/或更少污染的过程来代替现有的炉过程，从而将气体或液体燃料转化为固体碳(例如，固体碳和氢)。
本公开内容的碳颗粒可以是初级颗粒(本文也称为“碳初级颗粒”)。本公开内容的碳颗粒可以是聚集体(本文也称为“碳颗粒聚集体”和“颗粒聚集体”)。聚集体可包含两个或更多个(例如，多个)初级颗粒。术语碳颗粒可指初级颗粒、聚集体或两者(例如，初级颗粒和聚集体均为颗粒)。除非在大颗粒污染的上下文中使用，否则本文所用的术语颗粒可以指碳颗粒。一种或多种聚集体可以形成附聚物(本文也称为“碳颗粒附聚物”和“颗粒附聚物”)。附聚物可包含通过范德华力保留/保持在一起的聚集体。在一些上下文中，术语碳颗粒可与术语附聚物互换使用，或可用于指代附聚物。至少在一些配置中，本文中对碳颗粒的任何描述可以同等地适用于碳颗粒聚集体，反之亦然(例如，关于脱气)。
本公开内容的碳颗粒可包括细颗粒。细颗粒可以是具有至少一个小于100纳米(nm)的尺寸的颗粒。细颗粒可以是当通过扫描或透射电子显微镜在最大尺寸上测量时平均大小小于约5微米的颗粒(例如，聚集体)。细颗粒可以是体积等效球体的直径(本文也称为“等效球体直径”和“体积等效球体直径”)为(例如，约)1微米至(例如，约)5微米(例如，液体排水量相当于每个颗粒为1微米到5微米的球体)的颗粒。细颗粒可以是由DLS确定的大小(例如，流体动力学直径)可以为(例如，约)2微米至(例如，约)10微米的颗粒。碳颗粒可以包括球形和/或椭圆形细碳颗粒。球形或椭圆形颗粒可以指单个颗粒，并且还可以指以类似于一串葡萄或腺泡状的方式粘在一起的多个颗粒。炭黑可以是这种类型的细碳颗粒的实例。碳颗粒可以包括几层石墨烯(FLG)，其可包括具有两层或更多层石墨烯并且具有最佳地描述为平坦或基本上平坦的形状的颗粒。碳颗粒可以基本上为圆盘形式。碳颗粒可以包括碳纳米颗粒。碳纳米颗粒可以包括例如90％或更多为碳，具有大于(例如，约)5平方米/克(m2/g)、10m2/g或15m2/g的表面积，并且体积等效球体的直径小于(例如，约)1微米(例如，液体排水量相当于每个颗粒为1微米球体或更小的球体)的任何颗粒。碳纳米颗粒可以包括例如90％或更多为碳，具有大于(例如，约)5平方米/克(m2/g)、10m2/g或15m2/g的表面积，并且通过DLS确定的大小(例如，流体动力学直径)可以小于(例如，约)2微米的任何颗粒。作为非限制性实例，这可包括许多不同的形状，其包括针状、管状、板状、盘状、碗状、锥形、聚集盘状、几层石墨烯(FLG)、椭圆形、聚集椭圆形、球形和聚集球形(例如，炭黑)。碳纳米颗粒还可以包含多种这些颗粒形状。碳纳米颗粒可分别地(例如，第一分立的初级颗粒可具有第一(初级)颗粒形状，而第二分立的初级颗粒可具有与第一(初级)颗粒形状不同的第二(初级)颗粒形状)和/或在一个分立的初级颗粒或聚集体内(例如，给定的分立的初级颗粒可以具有这样的颗粒形状的组合)包含一种或多种这些颗粒形状。例如，碳纳米颗粒可以分别地以及在一个分立的颗粒(例如，初级颗粒或聚集体)内包括多个这些颗粒形状。以数目为基础，在任何给定的碳纳米颗粒样品中，至少90％的颗粒可以落入碳纳米颗粒的该定义的范围内。
本文的系统和方法可用于产生改进的颗粒(例如，改进的碳颗粒，例如改进的炭黑颗粒)。尽管这样的颗粒在本文可主要在碳颗粒方面或在碳颗粒的上下文中描述，但本公开内容的颗粒可包括其他类型的颗粒。本文所述的碳颗粒可有利地用于例如冶金中。碳颗粒可包括例如炭黑颗粒。
本公开内容的碳颗粒(例如，改进的碳颗粒，例如改进的炭黑颗粒)可以具有一组性质。本公开内容的碳颗粒可以具有本文所述的性质的组合。在一些实例中，所制造的(例如，在一步过程中)颗粒(例如，炭黑)可具有本文所述的一种或多种(例如，所有)性质。
碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有给定的形状。该颗粒可以具有给定的椭球因子(本文也称为“椭球形因子”)。椭球形因子可以是椭圆的最长尺寸的长度除以椭圆的宽度，椭圆的宽度由与该长度成90度角绘制的线定义。炉黑初级颗粒的椭球因子通常在1.0与1.3之间。在一些实例中，本文所述的颗粒可以具有更加椭球形的形状，使得椭球因子大于1.3。椭球因子可以例如大于或等于约1、1.05、1.1、1.15、1.2、1.25、1.3、1.35、1.4、1.45、1.5、1.55、1.6、1.65、1.7、1.75、1.8、1.85、1.9、1.95、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9或3。备选地或附加地，椭球因子可以例如小于或等于约3、2.9、2.8、2.7、2.6、2.5、2.4、2.3、2.2、2.1、2、1.95、1.9、1.85、1.8、1.75、1.7、1.65、1.6、1.55、1.5、1.45、1.4、1.35、1.3、1.25、1.2、1.15、1.1、1.05或1。碳颗粒可具有这样的形状与本文所述的一种或多种其他性质的组合。
碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有给定的大小或给定的大小分布。碳颗粒可以例如小于约1微米或700nm体积等效球体直径。体积等效球体直径(例如，通过从TEM直方图确定颗粒/聚集体的体积而获得)可以例如小于或等于约5微米(μm)、4.5μm、4μm、3.5μm、3μm、2.5μm、2.4μm、2.3μm、2.2μm、2.1μm、2μm、1.9μm、1.8μm、1.7μm、1.6μm、1.5μm、1.4μm、1.3μm、1.2μm、1.1μm、1μm、0.95μm、0.9μm、0.85μm、0.8μm、0.75μm、0.7μm、0.65μm、0.6μm、0.55μm、0.5μm、0.45μm、0.4μm、0.35μm、0.3μm、0.25μm、0.2μm、0.15μm、0.1μm、90纳米(nm)、80nm、70nm、60nm、50nm、40nm、30nm、20nm、10nm或5nm。备选地或附加地，体积等效球体直径(例如，通过从TEM直方图确定颗粒/聚集体的体积而获得)可以例如大于或等于约5nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、0.1μm、0.15μm、0.2μm、0.25μm、0.3μm、0.35μm、0.4μm、0.45μm、0.5μm、0.55μm、0.6μm、0.65μm、0.7μm、0.75μm、0.8μm、0.85μm、0.9μm、1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm、1.6μm、1.7μm、1.8μm、1.9μm、2μm、2.1μm、2.2μm、2.3μm、2.4μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm或5μm。可以通过例如动态光散射(DLS)来分析粒度。DLS提供的大小量度可以不同于TEM提供的大小量度。通过TEM的大小量度可以是体积等效球体直径。通过DLS的大小量度可以是流体动力学直径。DLS可用于基于流体动力学半径来测量粒度，该流体动力学半径可对应于颗粒无限快速旋转时所划出的半径。Z平均粒度可以是颗粒的流体动力学直径。Z平均粒度可以是三维的聚集体(例如，颗粒聚集体)的最大直径(流体力学直径)。DLS分析可以按强度和/或体积提供粒度分布。例如，DLS可以用于通过强度测量来提供大小。按强度的大小在一些情况下可小于按体积的大小。按体积的大小在一些情况下可基于按强度的大小的测量。大小(例如，按强度和/或按体积)可以例如大于或等于约5nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、75nm、100nm、105nm、110nm、113nm、115nm、120nm、125nm、150nm、175nm、200nm、205nm、210nm、213nm、216nm、220nm、225nm、230nm、235nm、240nm、245nm、247nm、250nm、255nm、260nm、265nm、270nm、275nm、280nm、281nm、285nm、290nm、295nm、300nm、303nm、305nm、310nm、312nm、315nm、320nm、323nm、325nm、328nm、330nm、332nm、333nm、335nm、340nm、345nm、350nm、355nm、360nm、370nm、380nm、390nm、403nm、410nm、420nm、430nm、440nm、450nm、460nm、470nm、480nm、490nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm、750nm、800nm、850nm、900nm、950nm、1000nm、1500nm、2000nm、2500nm、3000nm、3500nm、4000nm、4500nm、5000nm、5500nm、6000nm、6500nm、7000nm、7500nm、8000nm、8500nm、9000nm、9500nm或10μm。备选地或附加地，大小(例如，按强度和/或按体积)可以例如小于或等于约10μm、9500nm、9000nm、8500nm、8000nm、7500nm、7000nm、6500nm、6000nm、5500nm、5000nm、4500nm、4000nm、3500nm、3000nm、2500nm、2000nm、1500nm、1000nm、950nm、900nm、850nm、800nm、750nm、700nm、650nm、550nm、500nm、490nm、480nm、470nm、460nm、450nm、440nm、430nm、420nm、410nm、403nm、390nm、380nm、370nm、360nm、355nm、350nm、345nm、340nm、335nm、333nm、332nm、330nm、328nm、325nm、323nm、320nm、315nm、312nm、310nm、305nm、303nm、300nm、295nm、290nm、285nm、281nm、280nm、275nm、270nm、265nm、260nm、255nm、250nm、247nm、245nm、240nm、235nm、230nm、225nm、220nm、216nm、213nm、210nm、205nm、200nm、175nm、150nm、125nm、120nm、115nm、113nm、110nm、105nm、100nm、75nm、50nm、45nm、40nm、35nm、30nm、25nm、20nm、15nm、10nm或5nm。颗粒可以具有这样的大小与由DLS分析提供的一种或多种多分散指数的组合。多分散指数可以例如大于或等于约0、0.005、0.010、0.025、0.050、0.075、0.100、0.120、0.140、0.160、0.180、0.200、0.205、0.211、0.215、0.221、0.225、0.230、0.234、0.240、0.245、0.250、0.275、0.3、0.35、0.4、0.45或0.5。备选地或附加地，多分散指数可以例如小于或等于约0.5、0.45、0.4、0.35、0.3、0.275、0.250、0.245、0.240、0.234、0.230、0.225、0.221、0.215、0.211、0.205、0.200、0.180、0.160、0.140、0.120、0.100、0.075、0.050、0.025、0.010或0.005。在一些实例中，本文所述的碳颗粒(例如，炭黑)可具有与参考碳颗粒(例如，参考炭黑)基本相同的粒度分布。在一些实例中，本文所述的碳颗粒(例如，炭黑)可以具有比参考碳颗粒(例如，参考炭黑)更低(例如，低至少约1％、2％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％或99％)的多分散指数，对应于比参考碳颗粒更紧密的聚集体大小分布。在一些实例中，本文所述的碳颗粒(例如，炭黑)可以具有比参考碳颗粒(例如，参考炭黑)更高(例如，高至少约1％、2％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％或99％)的多分散指数，对应于比参考碳颗粒更广泛的聚集体大小分布。在实例中，根据本公开内容具有约23m2/g至约35m2/g的N2SA和约59ml/100g至约71ml/100g的DBP或者约19m2/g至约39m2/g的N2SA和约55ml/100g至约75ml/100g的DBP(例如，N2SA为约31m2/g且DBP为约65ml/100g)的碳颗粒(例如，炭黑)可具有按强度约216nm的大小、按体积约328nm的大小以及约0.211的多分散指数。在另一实例中，根据本公开内容具有约29m2/g至约41m2/g的N2SA和约84ml/100g至约96ml/100g的DBP或者约25m2/g至约45m2/g的N2SA和约80ml/100g至约100ml/100g的DBP(例如，N2SA为约33m2/g且DBP为约85ml/100g)的碳颗粒(例如，炭黑)可具有按强度约265nm的大小、按体积约403nm的大小以及约0.221的多分散指数。碳颗粒可具有这样的大小与本文所述的一种或多种其他性质的组合。
碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有给定的密度。该密度可以是真密度。真密度可以通过例如氦(He)比重瓶法测定。真密度可以例如根据ASTM D7854(例如，ASTM D7854-16)测量。在一些实例中，本文所述的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有大于或等于(例如，约)2.1g/cm3的真密度。炉黑的真密度通常为1.8-1.9g/cm3。本文所述的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)的真密度可以例如大于或等于约1.5g/cm3、1.6g/cm3、1.7g/cm3、1.75g/cm3、1.8g/cm3、1.85g/cm3、1.9g/cm3、1.95g/cm3、2g/cm3、2.05g/cm3、2.1g/cm3、2.15g/cm3、2.2g/cm3、2.25g/cm3、2.3g/cm3、2.35g/cm3、2.4g/cm3、2.45g/cm3、2.5g/cm3、2.6g/cm3、2.7g/cm3、2.8g/cm3、2.9g/cm3或3g/cm3。备选地或附加地，本文所述的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)的真密度可以例如小于或等于约3g/cm3、2.9g/cm3、2.8g/cm3、2.7g/cm3、2.6g/cm3、2.5g/cm3、2.45g/cm3、2.4g/cm3、2.35g/cm3、2.3g/cm3、2.25g/cm3、2.2g/cm3、2.15g/cm3、2.1g/cm3、2.05g/cm3、2g/cm3、1.95g/cm3、1.9g/cm3、1.85g/cm3、1.8g/cm3、1.75g/cm3、1.7g/cm3、1.6g/cm3或1.5g/cm3。本文所述的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)的真密度可以比参考碳颗粒(例如，参考炭黑)的真密度大例如大于或等于约0％、1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或100％。备选地或附加地，本文所述的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)的真密度可以比参考碳颗粒(例如，参考炭黑)的真密度大例如小于或等于约100％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、5％或1％。在一些实例中，与炉黑(例如，炉黑对应物)相比，碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有更大的真密度。碳颗粒可具有这样的真密度与本文所述的一种或多种其他性质的组合。
碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有给定的结晶度。结晶度可以用La和/或Lc表示，其中La是通过粉末衍射X射线晶体学测量的石墨晶体的ab平面中的晶畴的大小，并且Lc是石墨烯片的厚度或碳初级颗粒内(例如，炭黑初级颗粒内)石墨畴的c轴长度。碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)的结晶度可以通过例如X射线晶体衍射法(XRD)测量。XRD可以是例如粉末XRD分析(例如，炭黑的粉末XRD分析)。例如，可以在40kV(千伏)的电压和44mA(毫安)的电流下使用Cu Kα辐射。扫描速率可以从2θ等于12至90度为1.3度/分钟。可以使用Scherrer方程来分析石墨的002峰，以获得Lc(晶格常数(本文也称为“结晶度”))和d002(石墨的002峰的晶格间距)值。较大的Lc值可对应于较高的结晶程度。较小的晶格间距(d002)值可对应于较高的结晶度或更接近石墨的晶格结构。例如，0.36nm或更大的较大晶格间距(d002)可以指示乱层碳(例如，这对于通过炉过程产生的炭黑样品是常见的)。在一些实例中，就La或Lc而言，结晶度可大于约1nm、大于约4nm或为约3nm至约20nm。La和/或Lc可以例如大于或等于约0.1nm、0.5nm、1nm、1.1nm、1.2nm、1.3nm、1.4nm、1.5nm、1.6nm、1.7nm、1.8nm、1.9nm、2nm、2.1nm、2.2nm、2.3nm、2.4nm、2.5nm、2.6nm、2.7nm、2.8nm、2.9nm、3nm、3.1nm、3.2nm、3.3nm、3.4nm、3.5nm、4nm、4.5nm、5nm、5.5nm、6nm、6.1nm、6.2nm、6.3nm、6.4nm、6.5nm、6.6nm、6.7nm、6.8nm、6.9nm、7nm、7.1nm、7.2nm、7.3nm、7.4nm、7.5nm、7.6nm、7.7nm、7.8nm、7.9nm、8nm、8.1nm、8.2nm、8.3nm、8.4nm、8.5nm、8.6nm、8.7nm、8.8nm、8.9nm、9nm、9.1nm、9.2nm、9.3nm、9.4nm、9.5nm、9.6nm、9.7nm、9.8nm、9.9nm、10nm、10.1nm、10.2nm、10.3nm、10.4nm、10.5nm、10.6nm、10.7nm、10.8nm、10.9nm、11nm、11.1nm、11.2nm、11.3nm、11.4nm、11.5nm、11.6nm、11.7nm、11.8nm、11.9nm、12nm、12.1nm、12.2nm、12.3nm、12.4nm、12.5nm、12.6nm、12.7nm、12.8nm、12.9nm、13nm、13.1nm、13.2nm、13.3nm、13.4nm、13.5nm、13.6nm、13.7nm、13.8nm、13.9nm、14nm、14.5nm、15nm、15.5nm、16nm、16.5nm、17nm、17.5nm、18nm、18.5nm、19nm、19.5nm或20nm。备选地或附加地，La和/或Lc可以例如小于或等于约20nm、19.5nm、19nm、18.5nm、18nm、17.5nm、17nm、16.5nm、16nm、15.5nm、15nm、14.5nm、14nm、13.9nm、13.8nm、13.7nm、13.6nm、13.5nm、13.4nm、13.3nm、13.2nm、13.1nm、13nm、12.9nm、12.8nm、12.7nm、12.6nm、12.5nm、12.4nm、12.3nm、12.2nm、12.1nm、12nm、11.9nm、11.8nm、11.7nm、11.6nm、11.5nm、11.4nm、11.3nm、11.2nm、11.1nm、11nm、10.9nm、10.8nm、10.7nm、10.6nm、10.5nm、10.4nm、10.3nm、10.2nm、10.1nm、10nm、9.9nm、9.8nm、9.7nm、9.6nm、9.5nm、9.4nm、9.3nm、9.2nm、9.1nm、9nm、8.9nm、8.8nm、8.7nm、8.6nm、8.5nm、8.4nm、8.3nm、8.2nm、8.1nm、8nm、7.9nm、7.8nm、7.7nm、7.6nm、7.5nm、7.4nm、7.3nm、7.2nm、7.1nm、7nm、6.9nm、6.8nm、6.7nm、6.6nm、6.5nm、6.4nm、6.3nm、6.2nm、6.1nm、6nm、5.5nm、5nm、4.5nm、4nm、3.5nm、3.4nm、2.7nm、3.3nm、3.2nm、3.1nm、3nm、2.9nm、2.8nm、2.6nm、2.5nm、2.4nm、2.3nm、2.2nm、2.1nm、2nm、1.9nm、1.8nm、1.7nm、1.6nm或1.5nm。d002可以例如小于或等于约0.5nm、0.49nm、0.48nm、0.47nm、0.46nm、0.45nm、0.44nm、0.43nm、0.42nm、0.41nm、0.4nm、0.395nm、0.39nm、0.385nm、0.38nm、0.375nm、0.37nm、0.369nm、0.368nm、0.367nm、0.366nm、0.365nm、0.364nm、0.363nm、0.362nm、0.361nm、0.360nm、0.359nm、0.358nm、0.357nm、0.356nm、0.355nm、0.354nm、0.353nm、0.352nm、0.351nm、0.350nm、0.349nm、0.348nm、0.347nm、0.346nm、0.345nm、0.344nm、0.343nm、0.342nm、0.341nm、0.340nm、0.339nm、0.338nm、0.337nm、0.336nm、0.335nm、0.334nm、0.333nm或0.332nm。备选地或附加地，d002可以例如大于或等于约0.332nm、0.333nm、0.334nm、0.335nm、0.336nm、0.337nm、0.338nm、0.339nm、0.340nm、0.341nm、0.342nm、0.343nm、0.344nm、0.345nm、0.346nm、0.347nm、0.348nm、0.349nm、0.350nm、0.351nm、0.352nm、0.353nm、0.354nm、0.355nm、0.356nm、0.357nm、0.358nm、0.359nm、0.360nm、0.361nm、0.362nm、0.363nm、0.364nm、0.365nm、0.366nm、0.367nm、0.368nm、0.369nm、0.37nm、0.375nm、0.38nm、0.385nm、0.39nm、0.395nm、0.4nm、0.41nm、0.42nm、0.43nm、0.44nm、0.45nm、0.46nm、0.47nm、0.48nm或0.49nm。在一些实例中，碳颗粒可以具有大于约3.0纳米(nm)的Lc和/或小于约0.35nm的d002。在一些实例中，如此产生的颗粒可以具有大于3.5nm的Lc和小于约0.36nm的d002。在一些实例中，碳颗粒可以具有大于约4.0nm的Lc和/或小于约0.35nm或36nm的d002。碳颗粒可具有这样的结晶度与本文所述的一种或多种其他性质的组合。
碳颗粒(例如，炭黑)可以具有给定的表面功能。例如，碳颗粒可以具有给定的(表面)亲水含量、给定的氢含量和/或其他表面特性。
碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有给定的(表面)亲水含量。亲水特性可以例如从气体吸附分析(例如，气体吸附，然后进行数据积分以确定水铺展压力)得出。表面(例如，亲水性)含量可以例如根据对水的吸附亲和力、根据水铺展压力(WSP)和/或通过其他度量(例如，Boehm滴定)来表示。WSP可以通过测量受控气氛中的质量增加来确定，在该气氛中相对湿度(RH)随时间从0到80％的相对湿度缓慢增加，并且WSP(πe)根据等式
Figure BDA0002469062920000141
确定，其中R是气体常数，T是温度，A是样品的N2表面积(SA)(ASTM D6556)，H2O是在各种RH下吸附到碳表面的水量，P是该气氛中水的分压，且P0是饱和压力。可以在各种分立的RH下测量平衡吸附，然后可以测量曲线下面积以产生WSP值。可使用来自Micromeritics的3Flex系统在25℃下测量样品。被积分的区域可以是从0到饱和压力。d可具有在d之后的任何增量单位处进行积分的定位指示，即以变化的压力的自然对数进行积分。参见，例如，美国专利号8,501,148(“COATING COMPOSITIONINCORPORATING A LOW STRUCTURE CARBON BLACK AND DEVICES FORMED THEREWITH”)，其通过引用整体并入本文。在一些实例中，碳颗粒(例如，改进的炭黑)的表面的亲水含量(例如，如从80％相对湿度的气氛吸水的亲和力所描述的)可以小于每m2(平方米)表面积(例如，炭黑的表面积)0.05至0.5ml(毫升)水。在一些实例中，本文所述的过程中制备的碳颗粒(例如，改进的炭黑)的WSP可以为约0至约8mJ/m2。这低于炉制炭黑的约5至约20mJ/m2的典型范围。在一些实例中，本文所述的过程中制备的碳颗粒的WSP可以小于约5mJ/m2。从80％相对湿度的气氛吸水的亲和力可以例如小于或等于约1ml/m2、0.9ml/m2、0.8ml/m2、0.7ml/m2、0.6ml/m2、0.5ml/m2、0.45ml/m2、0.4ml/m2、0.35ml/m2、0.3ml/m2、0.25ml/m2、0.2ml/m2、0.15ml/m2、0.1ml/m2、0.05ml/m2、0.01ml/m2或0.005ml/m2。备选地或附加地，从80％相对湿度的气氛吸水的亲和力可以例如大于或等于约0.005ml/m2、0.01ml/m2、0.05ml/m2、0.1ml/m2、0.15ml/m2、0.2ml/m2、0.25ml/m2、0.3ml/m2、0.35ml/m2、0.4ml/m2、0.45ml/m2、0.5ml/m2、0.6ml/m2、0.7ml/m2、0.8ml/m2、0.9ml/m2或1ml/m2。WSP可以例如小于或等于约40mJ/m2、35mJ/m2、30mJ/m2、29mJ/m2、28mJ/m2、27mJ/m2、26mJ/m2、25mJ/m2、24mJ/m2、23mJ/m2、22mJ/m2、21mJ/m2、20mJ/m2、19mJ/m2、18mJ/m2、17mJ/m2、16mJ/m2、15mJ/m2、14mJ/m2、13mJ/m2、12mJ/m2、11mJ/m2、10mJ/m2、9mJ/m2、8mJ/m2、7mJ/m2、6mJ/m2、5mJ/m2、4.5mJ/m2、4mJ/m2、3.5mJ/m2、3mJ/m2、2.5mJ/m2、2mJ/m2、1.5mJ/m2、1mJ/m2、0.5mJ/m2或0.25mJ/m2。备选地或附加地，WSP可以例如大于或等于约0mJ/m2、0.25mJ/m2、0.5mJ/m2、1mJ/m2、1.5mJ/m2、2mJ/m2、2.5mJ/m2、3mJ/m2、3.5mJ/m2、4mJ/m2、4.5mJ/m2、5mJ/m2、6mJ/m2、7mJ/m2、8mJ/m2、9mJ/m2、10mJ/m2、11mJ/m2、12mJ/m2、13mJ/m2、14mJ/m2、15mJ/m2、16mJ/m2、17mJ/m2、18mJ/m2、19mJ/m2、20mJ/m2、21mJ/m2、22mJ/m2、23mJ/m2、24mJ/m2、25mJ/m2、26mJ/m2、27mJ/m2、28mJ/m2、29mJ/m2、30mJ/m2、35mJ/m2或40mJ/m2。碳颗粒可具有这样的亲水含量与本文所述的一种或多种其他性质的组合。
获得有关表面功能性的信息的另一种方法可以是进行Boehm记录的滴定。参见，例如，Boehm,HP“Some Aspects of Surface Chemistry of Carbon Blacks and OtherCarbons,”Carbon,1994,第759页，其通过引用整体并入本文。WSP可以是测量碳颗粒(例如，炭黑)的总体亲水性的良好参数；但是，WSP可不提供表面处官能团的比率，所以在一些情况下可以通过热相解吸(thermal phase desorption，TPD)、通过X射线光电子能谱法(XPS)或经由滴定方法(例如，Boehm滴定)进行测量。
碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有给定的表面酸基团含量。酸性基团的含量可以使用例如用于官能团的Boehm滴定来确定。Boehm滴定可以通过将碳颗粒的表面(例如，炭黑表面)暴露于碱性溶液来完成。然后可以将碱性溶液酸化并用强碱性溶液反滴定。在一些实例中，总表面酸基团含量可以小于或等于约0.5μmol/m2。表面酸基团含量(例如，总数、强酸和/或弱酸含量)可以例如小于或等于约5μmol/m2、4μmol/m2、3μmol/m2、2μmol/m2、1.5μmol/m2、1.4μmol/m2、1.3μmol/m2、1.2μmol/m2、1.189μmol/m2、1.1μmol/m2、1μmol/m2、0.095μmol/m2、0.9μmol/m2、0.863μmol/m2、0.8μmol/m2、0.767μmol/m2、0.7μmol/m2、0.6μmol/m2、0.5μmol/m2、0.424μmol/m2、0.4μmol/m2、0.375μmol/m2、0.3μmol/m2、0.2μmol/m2、0.1μmol/m2、0.05μmol/m2或0.01μmol/m2。备选地或附加地，表面酸基团含量(例如，总数、强酸和/或弱酸含量)可以例如大于或等于约0μmol/m2、0.01μmol/m2、0.05μmol/m2、0.1μmol/m2、0.2μmol/m2、0.3μmol/m2、0.375μmol/m2、0.4μmol/m2、0.424μmol/m2、0.5μmol/m2、0.6μmol/m2、0.7μmol/m2、0.767μmol/m2、0.8μmol/m2、0.863μmol/m2、0.9μmol/m2、0.095μmol/m2、1μmol/m2、1.1μmol/m2、1.189μmol/m2、1.2μmol/m2、1.3μmol/m2、1.4μmol/m2、1.5μmol/m2、2μmol/m2、3μmol/m2或4μmol/m2。酸性基团可以是弱酸性基团(例如，苯酚、醌等)。强酸性基团可以存在或可以不存在(例如，可以基本上不存在强酸性基团)。
碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有给定的含湿量。含湿量可以例如根据ASTMD1509测量。含湿量可以例如小于约0.5％。含湿量(例如，按重量计)可以例如小于或等于约5％、4.5％、4％、3.5％、3％、2.8％、2.6％、2.4％、2.2％、2％、1.95％、1.9％、1.85％、1.8％、1.75％、1.7％、1.65％、1.6％、1.55％、1.5％、1.45％、1.4％、1.35％、1.3％、1.25％、1.2％、1.15％、1.1％、1％、0.95％、0.9％、0.87％、0.85％、0.8％、0.75％、0.7％、0.68％、0.65％、0.6％、0.58％、0.56％、0.54％、0.52％、0.5％、0.48％、0.46％、0.44％、0.42％、0.4％、0.38％、0.36％、0.34％、0.32％、0.3％、0.29％、0.28％、0.26％、0.24％、0.23％、0.22％、0.21％、0.2％、0.19％、0.18％、0.17％、0.16％、0.15％、0.14％、0.13％、0.12％、0.11％、0.1％、0.05％、0.01％或0.005％。备选地或附加地，含湿量(例如，按重量计)可以例如大于或等于约0％、0.005％、0.01％、0.05％、0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.26％、0.28％、0.29％、0.3％、0.32％、0.34％、0.36％、0.38％、0.4％、0.42％、0.44％、0.46％、0.48％、0.5％、0.52％、0.54％、0.56％、0.58％、0.6％、0.65％、0.68％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.87％、0.9％、0.95％、1％、1.1％、1.15％、1.2％、1.25％、1.3％、1.35％、1.4％、1.45％、1.5％、1.55％、1.6％、1.65％、1.7％、1.75％、1.8％、1.85％、1.9％、1.95％、2％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％、3％、3.5％、4％或4.5％。碳颗粒可具有这样的含湿量与本文所述的一种或多种其他性质的组合。
碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有给定的氧含量。在一些实例中，氧含量可以是按重量计小于约0.2％的氧，或按产生的重量计约0.4％的氧或更少。氧含量(例如，按总样品的百分比计和/或按氧的重量计)可以例如小于或等于约25％、20％、15％、10％、8％、6％、5％、4.5％、4％、3.5％、3％、2.8％、2.6％、2.4％、2.2％、2％、1.95％、1.9％、1.85％、1.8％、1.75％、1.7％、1.65％、1.6％、1.55％、1.5％、1.45％、1.4％、1.35％、1.3％、1.25％、1.2％、1.15％、1.1％、1％、0.95％、0.9％、0.87％、0.85％、0.8％、0.75％、0.7％、0.68％、0.65％、0.6％、0.58％、0.56％、0.54％、0.52％、0.5％、0.48％、0.46％、0.44％、0.42％、0.4％、0.38％、0.36％、0.34％、0.32％、0.3％、0.29％、0.28％、0.26％、0.24％、0.23％、0.22％、0.21％、0.2％、0.19％、0.18％、0.17％、0.16％、0.15％、0.14％、0.13％、0.12％、0.11％、0.1％、0.05％、0.01％或0.005％。备选地或附加地，氧含量(例如，按总样品的百分比计和/或按氧的重量计)可以例如大于或等于约0％、0.005％、0.01％、0.05％、0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.26％、0.28％、0.29％、0.3％、0.32％、0.34％、0.36％、0.38％、0.4％、0.42％、0.44％、0.46％、0.48％、0.5％、0.52％、0.54％、0.56％、0.58％、0.6％、0.65％、0.68％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.87％、0.9％、0.95％、1％、1.1％、1.15％、1.2％、1.25％、1.3％、1.35％、1.4％、1.45％、1.5％、1.55％、1.6％、1.65％、1.7％、1.75％、1.8％、1.85％、1.9％、1.95％、2％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、6％、8％、10％、15％或20％。碳颗粒可具有这样的氧含量与本文所述的一种或多种其他性质的组合。
碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有给定的氢含量。氢含量可以是例如按所产生的重量计小于约0.4％或约0.2％的氢或更少。氢含量(例如，按总样品的百分比计和/或按产生的重量计)可以例如小于或等于约5％、4％、3％、2％、1％、0.95％、0.9％、0.85％、0.8％、0.75％、0.7％、0.65％、0.6％、0.55％、0.5％、0.45％、0.4％、0.39％、0.38％、0.37％、0.36％、0.35％、0.34％、0.33％、0.32％、0.31％、0.3％、0.29％、0.28％、0.27％、0.26％、0.25％、0.24％、0.23％、0.22％、0.21％、0.2％、0.19％、0.18％、0.17％、0.16％、0.15％、0.14％、0.13％、0.12％、0.11％、0.1％、0.09％、0.08％、0.07％、0.06％、0.05％、0.04％、0.03％、0.02％、0.01％、0.005％或0.001％。备选地或附加地，氢含量(例如，按总样品的百分比计和/或按产生的重量计)可以例如大于或等于约0％、0.001％、0.005％、0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.3％、0.31％、0.32％、0.33％、0.34％、0.35％、0.36％、0.37％、0.38％、0.39％、0.4％、0.45％、0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％、1％、2％、3％、4％或5％。碳颗粒可具有这样的氢含量与本文所述的一种或多种其他性质的组合。
在一些实例中，本公开内容的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有约0至约5mJ/m2的WSP，并且包含按重量计小于约0.4％的氢和按重量计小于约0.5％的氧。
碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有给定的硫含量。硫含量可以是例如按产生的重量计约0.3％、50ppm、10ppm、5ppm或1ppm的硫或更少。硫含量(例如，按总样品的百分比计和/或按产生的重量计)可以例如小于或等于约5％、4％、3.5％、3％、2.9％、2.8％、2.7％、2.6％、2.5％、2.4％、2.3％、2.2％、2.1％、2％、1.95％、1.9％、1.85％、1.8％、1.75％、1.7％、1.65％、1.6％、1.57％、1.55％、1.5％、1.45％、1.4％、1.35％、1.3％、1.25％、1.2％、1.15％、1.1％、1.05％、1％、0.95％、0.9％、0.85％、0.8％、0.75％、0.7％、0.65％、0.6％、0.55％、0.5％、0.45％、0.4％、0.39％、0.38％、0.37％、0.36％、0.35％、0.34％、0.33％、0.32％、0.31％、0.3％、0.29％、0.28％、0.27％、0.26％、0.25％、0.24％、0.23％、0.22％、0.21％、0.2％、0.19％、0.18％、0.17％、0.16％、0.15％、0.14％、0.13％、0.12％、0.11％、0.1％、0.09％、0.08％、0.07％、0.06％、0.05％、0.04％、0.03％、0.02％、0.01％、50ppm、45ppm、40ppm、35ppm、30ppm、25ppm、20ppm、15ppm、10ppm、5ppm、1ppm、0.5ppm或0.1ppm。备选地或附加地，硫含量(例如，按总样品的百分比计和/或按产生的重量计)可以例如大于或等于约0ppm、0.1ppm、0.5ppm、1ppm、5ppm、10ppm、15ppm、20ppm、25ppm、30ppm、35ppm、40ppm、45ppm、50ppm、0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.3％、0.31％、0.32％、0.33％、0.34％、0.35％、0.36％、0.37％、0.38％、0.39％、0.4％、0.45％、0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％、1％、1.05％、1.1％、1.15％、1.2％、1.25％、1.3％、1.35％、1.4％、1.45％、1.5％、1.55％、1.57％、1.6％、1.65％、1.7％、1.75％、1.8％、1.85％、1.9％、1.95％、2％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3％、3.5％或4％。碳颗粒可具有这样的硫含量与本文所述的一种或多种其他性质的组合。
碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有给定的氮含量。氮含量(例如，按总样品的百分比计和/或按产生的重量计)可以例如小于或等于约5％、4％、3.5％、3％、2.9％、2.8％、2.7％、2.6％、2.5％、2.4％、2.3％、2.2％、2.1％、2％、1.95％、1.9％、1.85％、1.8％、1.75％、1.7％、1.65％、1.6％、1.57％、1.55％、1.5％、1.45％、1.4％、1.35％、1.3％、1.25％、1.2％、1.15％、1.1％、1.05％、1％、0.95％、0.9％、0.85％、0.8％、0.75％、0.7％、0.65％、0.6％、0.55％、0.5％、0.45％、0.4％、0.39％、0.38％、0.37％、0.36％、0.35％、0.34％、0.33％、0.32％、0.31％、0.3％、0.29％、0.28％、0.27％、0.26％、0.25％、0.24％、0.23％、0.22％、0.21％、0.2％、0.19％、0.18％、0.17％、0.16％、0.15％、0.14％、0.13％、0.12％、0.11％、0.1％、0.09％、0.08％、0.07％、0.06％、0.05％、0.04％、0.03％、0.02％、0.01％、0.005％或0.001％。备选地或附加地，氮含量(例如，按总样品的百分比计和/或按产生的重量计)可以例如大于或等于约0％、0.001％、0.005％、0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.3％、0.31％、0.32％、0.33％、0.34％、0.35％、0.36％、0.37％、0.38％、0.39％、0.4％、0.45％、0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％、1％、1.05％、1.1％、1.15％、1.2％、1.25％、1.3％、1.35％、1.4％、1.45％、1.5％、1.55％、1.57％、1.6％、1.65％、1.7％、1.75％、1.8％、1.85％、1.9％、1.95％、2％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3％、3.5％、4％或5％。碳颗粒可具有这样的氮含量与本文所述的一种或多种其他性质的组合。
碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有给定的碳含量。在一些实例中，按产生的重量计，碳含量可以是大于或等于约99％的碳。碳含量(例如，按总样品的百分比计和/或按产生的重量计)可以例如大于或等于约50％、75％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、95.1％、95.2％、95.3％、95.4％、95.5％、95.6％、95.7％、95.8％、95.9％、96％、96.1％、96.2％、96.3％、96.4％、96.5％、96.6％、96.7％、96.8％、96.9％、97％、97.1％、97.2％、97.3％、97.4％、97.5％、97.6％、97.7％、97.8％、97.9％、98％、98.1％、98.2％、98.3％、98.4％、98.5％、98.6％、98.7％、98.9％、99％、99.1％、99.2％、99.3％、99.4％、99.5％、99.6％、99.7％、99.8％、99.9％、99.99％或99.999％。备选地或附加地，碳含量(例如，按总样品的百分比计和/或按产生的重量计)可以例如小于或等于约100％、99.999％、99.99％、99.9％、99.8％、99.7％、99.6％、99.5％、99.4％、99.3％、99.2％、99.1％、99％、98.9％、98.8％、98.7％、98.6％、98.5％、98.4％、98.3％、98.2％、98.1％、98％、97.9％、97.8％、97.7％、97.6％、97.5％、97.4％、97.3％、97.2％、97.1％、97％、96.9％、96.8％、96.7％、96.6％、96.5％、96.4％、96.3％、96.2％、96.1％、96％、95.9％、95.8％、95.7％、95.6％、95.5％、95.4％、95.3％、95.2％、95.1％、95％、94％、93％、92％、91％或90％。碳颗粒可具有这样的碳含量与本文所述的一种或多种其他性质的组合。
元素分析可以例如通过由Leco制造的设备(例如，744和844系列产品)进行测量，并且结果可以按总样品的百分比(例如，质量百分比)给出。
碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有给定的表面积。表面积可以指例如氮表面积(N2SA)(例如，基于氮的Brunauer-Emmett-Teller(BET)表面积)和/或统计厚度表面积(STSA)。N2SA(本文也称为“NSA”)和STSA可以通过ASTM D6556(例如，ASTM D6556-10)测量。在一些实例中，不包括初级颗粒内部的孔的表面积可以为约10m2/g(平方米/克)至约300m2/g。在一些实例中，不包括初级颗粒内部的孔的表面积可以为约15m2/g至约300m2/g。在一些实例中，所得碳颗粒(例如，炭黑)的氮表面积和/或STSA可以为15至150m2/g。本文所述的表面积可以指不包括(内部)孔隙的表面积(例如，不包括初级颗粒内部的孔，不包括由于任何内部孔而导致的多孔表面积)。热炭黑初级颗粒的表面积通常小于13m2/g。表面积(例如，N2SA和/或STSA)可以例如大于或等于约5m2/g、10m2/g、11m2/g、12m2/g、13m2/g、14m2/g、15m2/g、16m2/g、17m2/g、18m2/g、19m2/g、20m2/g、21m2/g、22m2/g、23m2/g、24m2/g、25m2/g、26m2/g、27m2/g、28m2/g、29m2/g、30m2/g、31m2/g、32m2/g、33m2/g、34m2/g、35m2/g、36m2/g、37m2/g、38m2/g、39m2/g、40m2/g、41m2/g、42m2/g、43m2/g、44m2/g、45m2/g、46m2/g、47m2/g、48m2/g、49m2/g、50m2/g、51m2/g、52m2/g、54m2/g、55m2/g、56m2/g、60m2/g、61m2/g、63m2/g、65m2/g、70m2/g、72m2/g、75m2/g、79m2/g、80m2/g、81m2/g、85m2/g、90m2/g、95m2/g、100m2/g、105m2/g、110m2/g、111m2/g、112m2/g、113m2/g、114m2/g、115m2/g、116m2/g、117m2/g、118m2/g、119m2/g、120m2/g、121m2/g、123m2/g、125m2/g、130m2/g、135m2/g、138m2/g、140m2/g、145m2/g、150m2/g、160m2/g、170m2/g、180m2/g、190m2/g、200m2/g、210m2/g、220m2/g、230m2/g、240m2/g、250m2/g、260m2/g、270m2/g、280m2/g、290m2/g、300m2/g、310m2/g、320m2/g、330m2/g、340m2/g、350m2/g、360m2/g、370m2/g、380m2/g、390m2/g或400m2/g。备选地或附加地，表面积(例如，N2SA和/或STSA)可以例如小于或等于约400m2/g、390m2/g、380m2/g、370m2/g、360m2/g、350m2/g、340m2/g、330m2/g、320m2/g、310m2/g、300m2/g、290m2/g、280m2/g、270m2/g、260m2/g、250m2/g、240m2/g、230m2/g、220m2/g、210m2/g、200m2/g、190m2/g、180m2/g、170m2/g、160m2/g、150m2/g、145m2/g、140m2/g、138m2/g、135m2/g、130m2/g、125m2/g、123m2/g、121m2/g、120m2/g、119m2/g、118m2/g、117m2/g、116m2/g、115m2/g、114m2/g、113m2/g、112m2/g、111m2/g、110m2/g、105m2/g、100m2/g、95m2/g、90m2/g、85m2/g、81m2/g、80m2/g、79m2/g、75m2/g、72m2/g、70m2/g、65m2/g、63m2/g、61m2/g、60m2/g、56m2/g、55m2/g、54m2/g、52m2/g、51m2/g、50m2/g、49m2/g、48m2/g、47m2/g、46m2/g、45m2/g、44m2/g、43m2/g、42m2/g、41m2/g、40m2/g、39m2/g、38m2/g、37m2/g、36m2/g、35m2/g、34m2/g、33m2/g、32m2/g、31m2/g、30m2/g、29m2/g、28m2/g、27m2/g、26m2/g、25m2/g、24m2/g、23m2/g、22m2/g、21m2/g、20m2/g、19m2/g、18m2/g、17m2/g、16m2/g、15m2/g、14m2/g、13m2/g、12m2/g、11m2/g、10m2/g或5m2/g。STSA和N2SA可以不同。可以用STSA/N2SA的比率来表达差异。STSA/N2SA的比率可以例如大于或等于约0.4、0.5、0.6、0.7、0.75、0.76、0.77、0.78、0.79、0.8、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89、0.9、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95、0.96、0.97、0.98、0.99、1、1.01、1.02、1.03、1.03、1.05、1.06、1.07、1.08、1.09、1.1、1.11、1.12、1.13、1.14、1.15、1.16、1.17、1.19、1.20、1.21、1.22、1.23、1.24、1.25、1.26、1.27、1.28、1.29、1.3、1.31、1.32、1.33、1.34、1.35、1.37、1.38、1.39、1.4、1.45、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或2。备选地或附加地，STSA/N2SA的比率可以例如小于或等于约2、1.9、1.8、1.7、1.6、1.5、1.45、1.4、1.39、1.38、1.37、1.36、1.35、1.34、1.33、1.32、1.31、1.3、1.29、1.28、1.27、1.26、1.25、1.24、1.23、1.22、1.21、1.2、1.19、1.18、1.17、1.16、1.15、1.14、1.13、1.12、1.11、1.1、1.09、1.08、1.07、1.06、1.05、1.04、1.03、1.02、1.01、1、0.99、0.98、0.97、0.96、0.95、0.94、0.93、0.92、0.91、0.9、0.89、0.88、0.87、0.86、0.85、0.84、0.83、0.82、0.81、0.8、0.79、0.78、0.77、0.76、0.75、0.7、0.6或0.5。在一些实例中，表面积(例如，N2SA)可为约23m2/g至约35m2/g、约24m2/g至约32m2/g、约29m2/g至约41m2/g、约25m2/g至约45m2/g、约34m2/g至约46m2/g、约30m2/g至约50m2/g、约15m2/g至约25m2/g或约10m2/g至约30m2/g。碳颗粒可具有这样的表面积与本文所述的一种或多种其他性质的组合。
碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有给定的结构。该结构可以用邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸收表示，该吸收通过确定给定质量的碳颗粒(例如，炭黑)在达到指定的黏性流变学目标扭矩之前能够吸收的DBP量来测量碳颗粒(例如，炭黑)的相对结构。就炭黑而言，热炭黑具有任何炭黑中最低的DBP值(32-47ml/100g)，表明非常少的颗粒聚集体或结构。该结构可以用压缩邻苯二甲酸二丁酯(CDBP)吸收表示，该吸收通过确定给定质量的压碎的碳颗粒(例如，炭黑)在达到指定的黏性流变学目标扭矩之前能够吸收的DBP量来测量碳颗粒(例如，炭黑)的相对结构。术语结构可以与术语DBP和/或CDBP互换使用(例如，高结构材料具有高DBP值)。本文所述的结构可以指制粒后的结构(例如，制粒后的DBP和/或CDBP)。可以根据ASTM D2414(例如，ASTM D2414-12)来测量DBP吸收(本文也称为“DBP”)。可以根据ASTMD3493来测量CDBP吸收(本文也称为“CDBP”)。在一些实例中，DBP可以为约32ml/100g至约300ml/100g。在一些实例中，DBP可以为约59ml/100g至约71ml/100g、约55ml/100g至约75ml/100g、约84ml/100g至约96ml/100g、约80ml/100g至约100ml/100g、约115ml/100g至约127ml/100g、约111ml/100g至约131ml/100g或约110ml/100g至约130ml/100g。DBP和/或CDBP可以例如大于或等于约1毫升/100克(ml/100g)、5ml/100g、10ml/100g、15ml/100g、20ml/100g、25ml/100g、32ml/100g、40ml/100g、45ml/100g、47ml/100g、50ml/100g、55ml/100g、56ml/100g、57ml/100g、58ml/100g、59ml/100g、60ml/100g、61ml/100g、62ml/100g、63ml/100g、64ml/100g、65ml/100g、66ml/100g、67ml/100g、68ml/100g、69ml/100g、70ml/100g、71ml/100g、72ml/100g、73ml/100g、74ml/100g、75ml/100g、76ml/100g、78ml/100g、79ml/100g、80ml/100g、81ml/100g、82ml/100g、83ml/100g、84ml/100g、85ml/100g、86ml/100g、87ml/100g、88ml/100g、89ml/100g、90ml/100g、91ml/100g、92ml/100g、93ml/100g、94ml/100g、95ml/100g、96ml/100g、97ml/100g、98ml/100g、99ml/100g、100ml/100g、101ml/100g、104ml/100g、105ml/100g、109ml/100g、110ml/100g、111ml/100g、112ml/100g、113ml/100g、114ml/100g、115ml/100g、116ml/100g、117ml/100g、118ml/100g、119ml/100g、120ml/100g、121ml/100g、122ml/100g、123ml/100g、124ml/100g、125ml/100g、126ml/100g、127ml/100g、128ml/100g、129ml/100g、130ml/100g、131ml/100g、132ml/100g、134ml/100g、135ml/100g、136ml/100g、137ml/100g、138ml/100g、140ml/100g、142ml/100g、145ml/100g、150ml/100g、152ml/100g、155ml/100g、160ml/100g、165ml/100g、170ml/100g、174ml/100g、175ml/100g、180ml/100g、183ml/100g、185ml/100g、190ml/100g、195ml/100g、200ml/100g、205ml/100g、210ml/100g、215ml/100g、220ml/100g、225ml/100g、230ml/100g、235ml/100g、240ml/100g、245ml/100g、250ml/100g、255ml/100g、260ml/100g、265ml/100g、270ml/100g、275ml/100g、280ml/100g、285ml/100g、290ml/100g、295ml/100g或300ml/100g。备选地或附加地，DBP和/或CDBP可以例如小于或等于约300ml/100g、295ml/100g、290ml/100g、285ml/100g、280ml/100g、275ml/100g、270ml/100g、265ml/100g、260ml/100g、255ml/100g、245ml/100g、240ml/100g、235ml/100g、230ml/100g、225ml/100g、220ml/100g、215ml/100g、210ml/100g、205ml/100g、200ml/100g、195ml/100g、190ml/100g、185ml/100g、183ml/100g、180ml/100g、175ml/100g、174ml/100g、170ml/100g、165ml/100g、160ml/100g、155ml/100g、152ml/100g、150ml/100g、145ml/100g、142ml/100g、140ml/100g、138ml/100g、137ml/100g、136ml/100g、135ml/100g、134ml/100g、132ml/100g、131ml/100g、130ml/100g、129ml/100g、128ml/100g、127ml/100g、126ml/100g、125ml/100g、124ml/100g、123ml/100g、122ml/100g、121ml/100g、120ml/100g、119ml/100g、118ml/100g、117ml/100g、116ml/100g、115ml/100g、114ml/100g、113ml/100g、112ml/100g、111ml/100g、110ml/100g、109ml/100g、105ml/100g、104ml/100g、101ml/100g、100ml/100g、99ml/100g、98ml/100g、97ml/100g、96ml/100g、95ml/100g、94ml/100g、93ml/100g、92ml/100g、91ml/100g、90ml/100g、89ml/100g、88ml/100g、87ml/100g、86ml/100g、85ml/100g、84ml/100g、83ml/100g、82ml/100g、81ml/100g、80ml/100g、79ml/100g、78ml/100g、76ml/100g、75ml/100g、74ml/100g、73ml/100g、72ml/100g、71ml/100g、70ml/100g、69ml/100g、68ml/100g、67ml/100g、66ml/100g、65ml/100g、64ml/100g、63ml/100g、62ml/100g、61ml/100g、60ml/100g、59ml/100g、58ml/100g、57ml/100g、56ml/100g、55ml/100g、50ml/100g、47ml/100g、45ml/100g、40ml/100g或32ml/100g。DBP和CDBP可以不同(例如，DBP可以大于CDBP)。本文所述的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)的DBP与CDBP之间的差异可以小于参考碳颗粒(例如，本文其他地方所述的参考炭黑)的差异。对于参考碳颗粒(例如，参考炭黑)，DBP通常大于CDBP的1.3倍(即，相比于CDBP大1.3倍)。在一些情况下，对于本公开内容的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)，DBP与CDBP之间的差异可能较小，这是由于例如如本文其他地方更详细描述的更高的结晶度(例如，更高的结晶度可以实现更难压碎的更强的碳颗粒)和/或由于其他因素。在一些实例中，DBP可以比CDBP大约1％至10％、1％至15％、5％至19％、1％至20％、5％至30％或5％至35％。DBP值可以是CDBP值的例如小于或等于约2、1.9、1.85、1.8、1.75、1.7、1.65、1.6、1.55、1.5、1.45、1.4、1.35、1.3、1.28、1.26、1.24、1.22、1.2、1.19、1.18、1.16、1.15、1.14、1.13、1.12、1.11、1.1、1.09、1.08、1.07、1.06、1.05、1.04、1.03、1.02或1.01倍。备选地或附加地，DBP值可以是CDBP值的例如大于或等于约1、1.01、1.02、1.03、1.04、1.05、1.06、1.07、1.08、1.09、1.1、1.11、1.12、1.13、1.14、1.15、1.16、1.17、1.18、1.19、1.2、1.22、1.24、1.26、1.28、1.3、1.35、1.40、1.45、1.5、1.55、1.6、1.65、1.7、1.75、1.8、1.85、1.9或2倍。本文所述的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)的DBP与CDBP之比可以是参考碳颗粒(例如，参考炭黑)的DBP与CDBP之比的例如小于或等于约100％、99.9％、99％、98％、97％、96％、95％、94％、93％、92％、91％、90％、89％、88％、87％、86％、85％、84％、83％、82％、81％、80％、79％、78％、77％、76％、75％、74％、73％、72％、71％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、5％或1％。备选地或附加地，本文所述的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)的DBP与CDBP之比可以是参考碳颗粒(例如，参考炭黑)的DBP与CDBP之比的例如大于或等于约0％、1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或99.9％。如本文其他地方更详细描述的，碳颗粒(例如，炭黑)可以具有这样的差异，同时具有指示参考碳颗粒(例如，参考炭黑)的其他特性(例如，表面积、DBP、根据DLS的粒度、Lc等)。碳颗粒可具有这样的结构与本文所述的一种或多种其他性质的组合。
表面积(例如，N2SA)和结构(例如，DBP)的值可以用于确定碳颗粒(例如，炭黑)的给定等级。碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有例如约29±6m2/g或约29±10m2/g的N2SA，以及约65±6ml/100g或约65±10ml/100g的DBP。碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有例如约23m2/g至约35m2/g的N2SA和约59ml/100g至约71ml/100g的DBP，或者约19m2/g至约39m2/g的N2SA和约55ml/100g至约75ml/100g的DBP。碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有例如约35±6m2/g或约35±10m2/g的N2SA，以及约90±6ml/100g或约90±10ml/100g的DBP。碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有例如约29m2/g至约41m2/g的N2SA和约84ml/100g至约96ml/100g的DBP，或者约25m2/g至约45m2/g的N2SA和约80ml/100g至约100ml/100g的DBP。碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有例如约40±6m2/g或约40±10m2/g的N2SA，以及约121±6ml/100g或约121±10ml/100g的DBP。碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有例如约34m2/g至约46m2/g的N2SA和约115ml/100g至约127ml/100g的DBP，或者约30m2/g至约50m2/g的N2SA和约111ml/100g至约131ml/100g的DBP。碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有例如约20±5m2/g或约20±10m2/g的N2SA，以及约120±10ml/100g的DBP。碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有例如约15m2/g至约25m2/g的N2SA和约110ml/100g至约130ml/100g的DBP，或者约10m2/g至约30m2/g的N2SA和约110ml/100g至约130ml/100g的DBP。碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有例如约8±6m2/g的N2SA，以及约43±6ml/100g或约43±10ml/100g的DBP。碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有例如约2m2/g至约14m2/g的N2SA，以及约37ml/100g至约49ml/100g或约33ml/100g至约53ml/100g的DBP。
在一些实例中，本公开内容的改进的碳颗粒(例如，改进的炭黑颗粒)可具有本文所述性质的至少子集的给定组合。例如，颗粒可以具有大于1.3的椭球因子；就La或Lc而言大于1nm、大于4nm或为3nm至20nm的结晶度；对于每m2(平方米)的表面积(例如，炭黑的表面积)小于0.05至0.5ml(毫升)水的表面的亲水含量(例如，如从80％相对湿度的气氛吸水的亲和力所描述的)；小于约0.4％的氢含量；约10m2/g或15m2/g至约300m2/g的表面积(例如，不包括初级颗粒内部的孔)；约32ml/100g至约300ml/100g的DBP；或其任何组合。这些性质的组合可以产生独特的材料(例如，炭黑)，其不同于现有的炉法炭黑，在后者中表面酸基团占主导地位，从而导致更高的亲水性。在本文所述的过程的一些实例中，该过程的氢环境的性质可导致在(颗粒)表面处较多的氢(例如，较高的氢含量)。碳颗粒(例如，炭黑)在表面处可能缺乏或具有较低的氧水平。
碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有给定含量的未反应的多环芳烃(PAH)(本文也称为“PAH含量”)。在一些情况下，这样的含量可以用甲苯萃取物透光率(TOTE)表示。萃取物可以例如使用ASTM D1618(例如，ASTM D1618-99)进行定量。在一些情况下，PAH含量可以用总共的可萃取的多环芳烃来表示，如通过可从美国食品药品监督管理局(FDA)获得的“炭黑PAH含量测定CFR 178.3297”程序(也称为“22PAH”程序)所测量的。在一些实例中，PAH的量(例如，如通过“炭黑PAH含量测定CFR 178.3297”(22PAH)程序所测量的)可以小于约1％(例如，按质量计)。PAH的量(例如，如通过“炭黑PAH含量测定CFR 178.3297”(22PAH)程序所测量的)可以例如小于或等于约5％、4％、3％、2％、1％、0.9％、0.8％、0.7％、0.6％、0.5％、0.4％、0.3％、0.2％、0.1％、900ppm、800ppm、700ppm、600ppm、500ppm、400ppm、300ppm、200ppm、100ppm、75ppm、50ppm、25ppm、10ppm、5ppm、1ppm、0.5ppm、0.25ppm、0.1ppm、0.05ppm、0.01ppm、十亿分之(ppb)5或1ppb(例如，按质量计)。备选地或附加地，PAH的量(例如，如通过“炭黑PAH含量测定CFR 178.3297”(22PAH)程序所测量的)可以例如大于或等于约0ppm、1ppb、5ppb、0.01ppm、0.05ppm、0.1ppm、0.25ppm、0.5ppm、1ppm、5ppm、10ppm、25ppm、50ppm、75ppm、100ppm、200ppm、300ppm、400ppm、500ppm、600ppm、700ppm、800ppm、900ppm、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、2％、3％或4％(例如，按质量计)。tote(本文也称为“TOTE”)可以例如大于或等于约50％、75％、80％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、91.5％、92％、92.5％、93％、93.5％、94％、94.5％、95％、95.5％、96％、96.5％、97％、97.5％、98％、98.5％、99％、99.1％、99.2％、99.3％、99.4％、99.5％、99.5％、99.7％、99.8％、99.9％或100％。备选地或附加地，tote可以例如小于或等于约100％、99.9％、99.8％、99.7％、99.5％、99.5％、99.4％、99.3％、99.2％、99.1％、99％、98.5％、98％、97.5％、97％、96.5％、96％、95.5％、95％、94.5％、94％、93.5％、93％、92.5％、92％、91.5％、91％、90％、89％、88％、87％、86％、85％、80％或75％。碳颗粒可具有这样的PAH含量与本文所述的一种或多种其他性质的组合。
碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有给定的纯度。高纯度可对应于低污染物(本文也称为“污染物水平”)。污染物可包括例如灰分、砂砾(或其任何子集)或其任何组合。污染物可包括例如大颗粒污染物(例如，砂砾)。砂砾可以包括或可以是等效球体直径大于(例如，约)5微米的颗粒。砂砾可以包括或可以是等效球体直径大于(例如，约)5微米的碳质和/或非碳质颗粒。砂砾可包括或包含碳材料(焦炭)、金属、准金属和/或金属/准金属化合物材料(例如，金属/准金属氧化物、氢氧化物、硫化物、硒化物等，例如金属氧化物残留物)、离子材料(例如，单原子离子、多原子离子等的盐)或其任何组合。焦炭(例如，焦炭颗粒)可以主要(例如，基本上全部)包含碳。在加热之中/之后，非蒸发性材料(例如，金属氧化物材料)可以保留并提供灰分(例如，通过ASTM D1506测量，如本文其他地方所述)。如ASTM D1506-99所规定，灰分可以包括在氧气环境中在550℃下加热时/之后没有分解和/或蒸发的材料。灰分可以包括或包含金属、准金属和/或金属/准金属化合物材料，以及/或者离子材料。污染物(例如，砂砾的含量)可以例如使用ASTM D1514水洗砂砾测试来定量。在一些实例中，砂砾(或其任何子集)(例如，325目)的量可以小于约500ppm(百万分率)。污染物(例如，灰分的含量)可以例如使用ASTM D1506(例如，ASTM D1506-99)来定量。可以被称为超纯的极低灰分的碳颗粒(例如，炭黑)可以具有例如小于0.02％的灰分(例如，总灰分小于0.02％)。在一些实例中，纯度可以是：小于约0.05％、0.03％或0.01％(100ppm)的灰分；小于约5ppm或1ppm或零的砂砾(例如，325目)；或其组合。砂砾(或其任何子集)(例如，500目、400目、325目和/或120目)的量可以例如小于或等于约5％、2％、1％、0.5％、0.2％、0.1％、百万分之(ppm)900、800ppm、700ppm、600ppm、500ppm、450ppm、400ppm、350ppm、300ppm、250ppm、200ppm、150ppm、100ppm、75ppm、50ppm、25ppm、10ppm、5ppm或1ppm(例如，按重量计)。备选地或附加地，砂砾(或其任何子集)(例如，500目、400目、325目和/或120目)的量可以例如大于或等于约0ppm、1ppm、5ppm、10ppm、25ppm、50ppm、75ppm、100ppm、150ppm、200ppm、250ppm、300ppm、350ppm、400ppm、450ppm、500ppm、600ppm、700ppm、800ppm、900ppm、0.1％、0.2％、0.5％或1％(例如，按重量计)。至少在一些配置中，本文以筛目大小(例如，325目和/或120目)表示的砂砾(或其任何子集)的量或水平的任何描述可以同等地适用于其他筛目大小(例如，对应于较小的粒度，例如400和/或500目)和/或适用于标称粒度(例如，小于或等于约125微米、105微米、90微米、75微米、63微米、53微米、50微米、45微米、44微米、40微米、37微米、35微米、30微米、25微米、20微米、15微米或10微米)。砂砾(或其任何子集)可以基本不包含(例如，不包含)或包含最少量的高于(大于)给定大小或在给定大小范围(例如，该范围可以如本文其他地方所述)以内的颗粒。高于(大于)或等于约10微米、15微米、20微米、25微米、30微米、35微米、37微米、40微米、44微米、45微米、50微米、53微米、63微米、75微米、90微米、105微米或125微米(例如，大于(高于)约20-40微米)的砂砾(或其任何子集)颗粒的量可以例如小于或等于约5％、2％、1％、0.5％、0.2％、0.1％、900ppm、800ppm、700ppm、600ppm、500ppm、450ppm、400ppm、350ppm、300ppm、250ppm、200ppm、150ppm、100ppm、75ppm、50ppm、25ppm、10ppm、5ppm或1ppm(例如，按重量计)。备选地或附加地，高于(大于)或等于约10微米、15微米、20微米、25微米、30微米、35微米、37微米、40微米、44微米、45微米、50微米、53微米、63微米、75微米、90微米、105微米或125微米(例如，大于(高于)约20-40微米)的砂砾(或其任何子集)颗粒的量可以例如大于或等于约0ppm、1ppm、5ppm、10ppm、25ppm、50ppm、75ppm、100ppm、150ppm、200ppm、250ppm、300ppm、350ppm、400ppm、450ppm、500ppm、600ppm、700ppm、800ppm、900ppm、0.1％、0.2％、0.5％或1％(例如，按重量计)。砂砾(或其任何子集)可以仅包括例如少于(小于)或等于约125μm、105μm、90μm、75μm、63μm、53μm、50μm、45μm、44μm、40μm、37μm、35μm、30μm、25μm、20μm、15μm或10μm的颗粒。灰分的量可以例如小于或等于约5％、2％、1.5％、1％、0.5％、0.2％、0.1％、900ppm、800ppm、700ppm、600ppm、500ppm、450ppm、400ppm、350ppm、300ppm、250ppm、200ppm、175ppm、150ppm、140ppm、130ppm、120ppm、110ppm、100ppm、90ppm、80ppm、70ppm、60ppm、50ppm、40ppm、30ppm、20ppm、10ppm、5ppm或1ppm(例如，按重量计)。备选地或附加地，灰分的量可以例如大于或等于约0ppm、1ppm、5ppm、10ppm、20ppm、30ppm、40ppm、50ppm、60ppm、70ppm、80ppm、90ppm、100ppm、110ppm、120ppm、130ppm、140ppm、150ppm、175ppm、200ppm、250ppm、300ppm、350ppm、400ppm、450ppm、500ppm、600ppm、700ppm、800ppm、900ppm、0.1％、0.2％、0.5％或1％(例如，按重量计)。灰分可以包括金属和/或准金属元素。在一些实例中，碳颗粒可具有这样的灰分含量(例如，总灰分含量)与一种或多种过渡金属(例如，Fe、Cr、Ni、Co、Mo、Nb和/或V)以及/或者本文所述的其他金属和/或准金属的水平的组合。在一些实例中，碳颗粒可以具有这样的灰分含量，并且灰分可以构成给定的金属和/或准金属元素的总水平。例如，小于或等于给定百分比的灰分(例如，按重量计)可以构成或是本文所述的金属和/或准金属中的一种或多种(例如，子集或全部)的杂质。灰分可以构成或是例如小于或等于约100％、99％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、5％、1％、0.5％、0.1％、0.05％、0.01％或0.005％的本文所述的金属和/或准金属中的一种或多种(例如，子集或全部)的杂质(例如，按重量计)。碳颗粒可以具有给定的金属和/或准金属污染物的水平或限度。在一些实例中，本公开内容的碳颗粒可基本上没有(例如，没有)金属和/或准金属污染物。单独地或组合地，过渡金属(例如，Fe、Cr、Ni、Co、Mo、Nb和/或V)以及/或者其他金属和/或准金属的量可以例如小于或等于约100ppm、90ppm、80ppm、70ppm、60ppm、50ppm、40ppm、30ppm、20ppm、10ppm、9ppm、8ppm、7ppm、6ppm、5ppm、4.5ppm、4ppm、3.5ppm、3ppm、2.5ppm、2ppm、1.5ppm、1ppm、900ppb、800ppb、700ppb、600ppb、500ppb、450ppb、400ppb、350ppb、300ppb、290ppb、280ppb、270ppb、260ppb、250ppb、240ppb、230ppb、220ppb、210ppb、200ppb、190ppb、180ppb、170ppb、160ppb、150ppb、140ppb、130ppb、120ppb、110ppb、100ppb、90ppb、80ppb、70ppb、60ppb、50ppb、45ppb、40ppb、35ppb、30ppb、25ppb、20ppb、15ppb、10ppb、5ppb、1ppb、0.5ppb或0.1ppb(例如，按重量计)。备选地或附加地，单独地或组合地，过渡金属(例如，Fe、Cr、Ni、Co、Mo、Nb和/或V)以及/或者其他金属和/或准金属的量可以例如大于或等于约0ppb、0.1ppb、0.5ppb、1ppb、5ppb、10ppb、15ppb、20ppb、25ppb、30ppb、35ppb、40ppb、45ppb、50ppb、60ppb、70ppb、80ppb、90ppb、100ppb、110ppb、120ppb、130ppb、140ppb、150ppb、160ppb、170ppb、180ppb、190ppb、200ppb、210ppb、220ppb、230ppb、240ppb、250ppb、260ppb、270ppb、280ppb、290ppb、300ppb、350ppb、400ppb、450ppb、500ppb、600ppb、700ppb、800ppb、900ppb、1ppm、1.5ppm、2ppm、2.5ppm、3ppm、3.5ppm、4ppm、4.5ppm、5ppm、6ppm、7ppm、8ppm、9ppm、10ppm、20ppm、30ppm、40ppm、50ppm、60ppm、70ppm、80ppm或90ppm。前述金属和/或准金属元素可以存在于灰分中。至少在一些配置中，本文中对金属杂质或水平的任何描述可以同等地适用于准金属杂质或水平，反之亦然。碳颗粒可具有这样的纯度与本文所述的一种或多种其他性质的组合。
在一些实例中，本公开内容的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可具有的纯度为：小于约0.05％、0.03％或0.01％的灰分；小于约5ppm或1ppm或零的砂砾(例如，325目)；或其组合。碳颗粒可具有这样的纯度与例如大于约3.0nm的Lc，小于约0.35nm的d002，小于约0.3％、50ppm、10ppm、5ppm或1ppm的硫(按总样品的百分比计和/或按产生的重量计)其任何组合的组合。在一些实例中，碳颗粒可包含：小于约0.05％、0.03％或0.01％的灰分；小于约5ppm或1ppm或零的砂砾(例如，325目)；大于约3.0nm的Lc；小于约0.35nm的d002；小于约0.3％、50ppm、10ppm、5ppm或1ppm的硫(按总样品的百分比计和/或按产生的重量计)；或其任何组合。
尽管纯度在本文可主要在灰分、焦炭和/或砂砾的污染物上下文中进行描述，但在一些情况下，纯度可用于指和/或进一步包括其他类型的污染物或杂质。例如，高纯度在一些上下文中可以指或包括低硫、低氧水平、低过渡金属和/或低水平的其他类型的污染物或杂质。碳颗粒(例如，多个碳颗粒，例如，多个碳纳米颗粒)在本文可用于仅指代碳颗粒，和/或指代碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)连同任何杂质(例如，“碳颗粒”可以包括实质上非碳的任何物体)。
在一些实例中，碳颗粒可具有约15m2/g至约25m2/g的N2SA和约110ml/100g至约130ml/100g的DBP，或者约10m2/g至约30m2/g的N2SA和约110ml/100g至约130ml/100g的DBP。碳颗粒可具有这样的表面积和结构与小于5ppm或1ppm的325目砂砾以及0ppm的120目砂砾的组合。在一些实例中，本公开内容的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可具有约15m2/g至约25m2/g的N2SA和约110ml/100g至约130ml/100g的DBP，或者约10m2/g至约30m2/g的N2SA和约110ml/100g至约130ml/100g的DBP；少于5ppm或1ppm的325目砂砾；少于1ppm或0ppm的120目砂砾；或其任何组合。
本文所述的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以制粒。在一些实例中，本文所述的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以与参考碳颗粒(例如，参考炭黑)相似或基本相同地制粒。
本文所述的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)的丸粒可以具有给定的细粒含量。细粒(例如，5’和/或20’)可以例如根据ASTM D1508测量。细粒(例如，5’和/或20’)含量(例如，按重量计)可以例如小于或等于约15％、10％、5％、4.5％、4％、3.5％、3％、2.8％、2.6％、2.4％、2.2％、2％、1.9％、1.8％、1.7％、1.6％、1.5％、1.4％、1.3％、1.2％、1.1％、1％、0.9％、0.8％、0.7％、0.6％、0.5％、0.4％、0.3％、0.2％、0.1％、0.05％、0.01％或0.005％。备选地或附加地，细粒(例如，5’和/或20’)含量(例如，按重量计)可以例如大于或等于约0％、0.005％、0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％、3％、3.5％、4％或5％。碳颗粒可具有这样的细粒含量与本文所述的一种或多种其他性质的组合。
本文所述的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)的丸粒和/或松散物可具有给定的细粒筛余物(例如，325目和/或35目)。可以例如根据ASTM D1514测量325目和35目的筛余物。筛余物(例如，325目和/或35目)的量可以例如小于或等于约0.5％、0.2％、0.1％、900ppm、800ppm、700ppm、600ppm、500ppm、400ppm、300ppm、250ppm、200ppm、175ppm、150ppm、125ppm、100ppm、80ppm、75ppm、50ppm、25ppm、10ppm、5ppm或1ppm(例如，按重量计)。备选地或附加地，筛余物(例如，325目和/或35目)的量可以例如大于或等于约0ppm、1ppm、5ppm、10ppm、25ppm、50ppm、75ppm、80ppm、100ppm、125ppm、150ppm、175ppm、200ppm、250ppm、300ppm、400ppm、500ppm、600ppm、700ppm、800ppm、900ppm或0.1％(例如，按重量计)。碳颗粒可具有这样的筛余物与本文所述的一种或多种其他性质的组合。
碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有给定的丸粒性质。在制粒时，碳颗粒可具有给定的丸粒硬度(例如，单个和/或平均)。可以例如根据ASTM D5230测量单个和平均丸粒硬度。在一些实例中，单个和/或平均丸粒硬度可以小于或等于约90克力(gf)或50gf。丸粒硬度(例如，单个和/或平均)可以例如小于或等于约300gf、250gf、200gf、180gf、160gf、140gf、120gf、100gf、95gf、90gf、85gf、80gf、75gf、70gf、65gf、60gf、55gf、51gf、50gf、48gf、45gf、40gf、35gf、30gf、25gf、24gf、23gf、22gf、21gf、20gf、19gf、18gf、17gf、16gf、15gf、14gf、13gf、12gf、11gf、10gf、5gf或1gf。备选地或附加地，丸粒硬度(例如，单个和/或平均)可以例如大于或等于约0.05gf、1gf、5gf、10gf、11gf、12gf、13gf、14gf、15gf、16gf、17gf、18gf、19gf、20gf、21gf、22gf、23gf、24gf、25gf、30gf、35gf、40gf、45gf、48gf、50gf、51gf、55gf、60gf、65gf、70gf、75gf、80gf、85gf、90gf、95gf、100gf、120gf、140gf、160gf、180gf、200gf、250gf或300gf。碳颗粒可具有这样的丸粒性质与本文所述的一种或多种其他性质的组合。
本文所述的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有松散的、未制粒状态的给定的倾注密度。倾注密度可以例如根据ASTM D1513测量。该方法为了丸粒而编写；但是，松散物的倾注密度可以使用相同的通用方法进行测量(例如，松散物的倾注密度可以通过相同的方法进行测量)。或者，可以测量振实密度。在一些实例中，倾注密度可以大于0.2ml/g。倾注密度和/或振实密度可以例如大于或等于约0.01ml/g、0.025ml/g、0.05ml/g、0.1ml/g、0.15ml/g、0.2ml/g、0.25ml/g、0.3ml/g、0.35ml/g、0.4ml/g、0.45ml/g或0.5ml/g。备选地或附加地，倾注密度和/或振实密度可以例如小于或等于约0.5ml/g、0.45ml/g、0.4ml/g、0.35ml/g、0.3ml/g、0.25ml/g、0.2ml/g、0.15ml/g、0.1ml/g、0.05ml/g、0.025ml/g或0.01ml/g。碳颗粒可具有这样的倾注和/或振实密度含量与本文所述的一种或多种其他性质的组合。
碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有给定的碘数目。碘数目可以与碳颗粒(例如，炭黑)的表面积有关。如本文其他地方所述，表面积可以指不包括(内部)孔隙的表面积。碘数目可以例如根据ASTM D1510测量。碘数目可以例如大于或等于约1mg/g、2mg/g、4mg/g、6mg/g、8mg/g、10mg/g、12mg/g、14mg/g、16mg/g、18mg/g、20mg/g、22mg/g、24mg/g、26mg/g、28mg/g、30mg/g、32mg/g、34mg/g、36mg/g、38mg/g、40mg/g、42mg/g、44mg/g、46mg/g、48mg/g、49mg/g、50mg/g、55mg/g、60mg/g、65mg/g、70mg/g、75mg/g、80mg/g、85mg/g、90mg/g、100mg/g、150mg/g或200mg/g。备选地或附加地，碘数目可以例如小于或等于约200mg/g、150mg/g、100mg/g、90mg/g、85mg/g、80mg/g、75mg/g、70mg/g、65mg/g、60mg/g、55mg/g、50mg/g、49mg/g、48mg/g、46mg/g、44mg/g、42mg/g、40mg/g、38mg/g、36mg/g、34mg/g、32mg/g、30mg/g、28mg/g、26mg/g、24mg/g、22mg/g、20mg/g、18mg/g、16mg/g、14mg/g、12mg/g、10mg/g、8mg/g、6mg/g、4mg/g、2mg/g或1mg/g。碳颗粒可具有这样的碘数目与本文所述的一种或多种其他性质的组合。
碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以包含“类富勒烯”部分(例如，在本文所述的过程中产生的炭黑中)。有关类富勒烯部分的更多信息，参见，例如，“The Impact of a Fullerene-Like Concept in Carbon Black Science,”Carbon,2002,第157-162页，其通过引用整体并入本文。本文所述的系统和方法(和过程)可以允许从烃前体一步制造类富勒烯部分(本文也称为“表面活性部位”)(例如，与处理已经制造的炭黑相比)。一步过程可以如本文所述(例如，关于图1和图5)。这样的类富勒烯部分的实例提供于例如共同受让的共同未决的国际专利公开号WO 2017/048621(“CARBON BLACK FROM NATURAL GAS”)，其通过引用整体并入本文。碳颗粒可具有这样的类富勒烯部分与本文所述的一种或多种其他性质的组合。
碳颗粒(例如，炭黑)可具有这样的类富勒烯部分与例如相比于参考炭黑(例如，炉黑对应物)提高的结晶度、减小的d002、降低的氢含量、降低的硫含量和/或降低的氧含量的组合。碳颗粒(例如，炭黑)可以具有这样的类富勒烯部分与例如参考炭黑(例如，炉黑对应物)的两倍以上的结晶度、参考炭黑(例如，炉黑对应物)的1/3的氢含量以及比参考炭黑(例如，炉黑对应物)小10倍以上的硫含量的组合。与参考炭黑(例如，炉黑对应物)相比，碳颗粒(例如，炭黑)可以具有不同的结晶度和/或表面活性。与参考炭黑(例如，炉黑对应物)相比，碳颗粒(例如，炭黑)可以具有例如不同的Lc值、不同的d002值、不同的氢含量、不同的硫含量和/或不同的氧含量。碳颗粒可以具有比参考炭黑(例如，炉黑对应物)大例如至少约1.01、1.05、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、20、25、30、35、40、45或50倍的Lc。此外，在一些情况下，碳颗粒的Lc可比参考炭黑(例如，炉黑对应物)大至多约50、45、40、35、30、25、20、15、14、13、12、11、10、5、4.9、4.8、4.7、4.6、4.5、4.4、4.3、4.2、4.1、4、3.9、3.8、3.7、3.6、3.5、3.4、3.3、3.2、3.1、3、2.9、2.8、2.7、2.6或2.5倍。碳颗粒可以具有比参考炭黑(例如，炉黑对应物)小例如至少约0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、20％、25％或50％的d002。此外，在一些情况下，碳颗粒的d002可以比参考炭黑(例如，炉黑对应物)小至多约50％、25％、20％、15％、14％、13％、12％、11％、10％、9.5％、9％、8.5％、8％、7.5％、7％、6.5％、6％、5.5％、5％、4.5％或4％。碳颗粒可以具有比参考炭黑(例如，炉黑对应物)低例如至少约1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、85％、90％、95％、99％或100％的氢含量。此外，在一些情况下，氢含量可以比参考炭黑(例如，炉黑对应物)低至多约100％、99％、95％、90％、85％、80％、79％、78％、77％、76％、75％、74％、73％、72％、71％、70％、69％、68％、67％、66％、65％、64％、63％、62％、61％、60％、59％、58％、57％、56％、55％、54％、53％、52％、51％或50％。碳颗粒可以具有比参考炭黑(例如，炉黑对应物)低例如至少约1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、70％、75％、80％、85％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％或100％的硫含量。此外，在一些情况下，硫含量可以比参考炭黑(例如，炉黑对应物)低至多约100％、99.9％、99.5％、99％、98％、97％、96％、95％、94％、93％、92％、91％或90％。碳颗粒可以具有比参考炭黑(例如，炉黑对应物)低例如至少约1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、70％、75％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％或100％的氧含量。此外，在一些情况下，氧含量可以比参考炭黑(例如，炉黑对应物)低至多约100％、99.9％、99.5％、99％、98％、97％、96％、95％、94％、93％、92％、91％、90％、89％、88％、87％、86％、85％、84％、83％、82％、81％、80％、75％、70％、65％或60％。在一些实例中，碳颗粒可以具有比参考炭黑(例如，炉黑对应物)例如低约10％至高约50％的氮含量。碳颗粒可以具有比参考炭黑(例如，炉黑对应物)大例如至少约1.01、1.05、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、20、25、30、35、40、45或50倍的氮含量。此外，在一些情况下，碳颗粒的氮含量可以比参考炭黑(例如，炉黑对应物)大至多约50、45、40、35、30、25、20、15、14、13、12、11、10、5、4.9、4.8、4.7、4.6、4.5、4.4、4.3、4.2、4.1、4、3.9、3.8、3.7、3.6、3.5、3.4、3.3、3.2、3.1、3、2.9、2.8、2.7、2.6、2.5、2.4、2.3、2.2、2.1、2、1.9、1.8、1.7、1.6或1.5倍。碳颗粒可以具有比参考炭黑(例如，炉黑对应物)低例如至少约0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、12％、14％、16％、18％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％的氮含量。此外，在一些情况下，碳颗粒的氮含量可以比参考炭黑(例如，炉黑对应物)低至多约100％、99％、90％、75％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、18％、16％、14％、12％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％或1％。即使N2SA和DBP几乎不变，碳颗粒也可以具有这样的性质或特性。前述碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)可以例如以如本文其他地方更详细描述的一步过程制备。
参考炭黑可以是在炉黑过程(本文也称为“炉过程”)、油烟过程、气黑过程、槽黑过程、热黑过程、乙炔炭黑过程和/或历史上的气体炉黑过程中制得的炭黑材料，以及具有在通过本文所述的过程产生的碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)的20％以内的N2SA和DBP值的炭黑材料。在一些实例中，参考炭黑可以仅由这些过程的子集(例如，一种)提供。在一些实例中，参考炭黑可以是在炉过程中制得的炭黑材料(例如，用重油经由炉过程制得的炭黑)，其具有在通过本文所述的过程产生的碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)的20％以内的N2SA和DBP值。在一些情况下，在炉过程中制得的参考炭黑在本文可被称为“炉黑对应物”。参考炭黑(例如，炉黑对应物)可指代给定的等级。等级可以通过N2SA和DBP值确定(例如，如本文其他地方所述)。由不同工厂和不同制造商(例如，由不同工厂和不同制造商使用炉过程)制备的参考炭黑之间的氢含量、氧含量、硫含量和结晶度可能变化很小。由于表面活性或结晶度的差异而可确定的差异非常小，这是因为所有炉黑在这些特性方面都非常相似。在一些实例中，参考炭黑可以是在热黑过程中制得的炭黑材料，其具有在通过本文所述的过程产生的碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)的20％以内的N2SA和DBP值。
在一些实例中，碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)可以小于约1微米或700nm的体积等效球体直径，并且具有大于约3.0纳米(nm)或4nm的Lc。此外，碳颗粒的d002可以小于约0.36nm或0.35nm，包括类富勒烯表面结构，按所产生的重量计具有0.2％的氢或更少，按所产生的重量计具有0.4％的氧或更少，按所产生的重量计具有0.3％、50ppm、10ppm、5ppm、1ppm或更少的硫，或其任何组合。
本文所述的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有比参考碳颗粒(例如，炉黑对应物和/或其他参考炭黑)更高的tote。本文所述的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有比参考碳颗粒(例如，参考炭黑)高例如至少约0％、0.005％、0.1％、0.2％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、35％、40％、45％、50％、60％、65％、70％、75％、80％、90％、95％或100％的tote。此外，在一些情况下，tote可以比参考碳颗粒(例如，参考炭黑)高至多约100％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、29％、28％、27％、26％、25％、24％、23％、22％、21％、20％、19％、18％、17％、16％、15％、14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％或1％。
本文所述的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有比参考碳颗粒(例如，参考炭黑)更少的酸性基团。此外，存在的酸性基团可以是弱酸性基团(例如，苯酚、醌等)。本文所述的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可具有比参考碳颗粒(例如，参考炭黑)少(例如，含量低)例如至少约0％、0.005％、0.1％、0.2％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、35％、40％、45％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、75％、80％、90％、95％或100％的表面酸性基团。此外，在一些情况下，表面酸性基团的含量可以比参考碳颗粒(例如，参考炭黑)低至多约100％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、69％、68％、67％、66％、65％、64％、63％、62％、61％、60％、59％、58％、57％、56％、55％、54％、53％、52％、51％、50％、45％、40％、35％、30％、29％、28％、27％、26％、25％、24％、23％、22％、21％、20％、19％、18％、17％、16％、15％、14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％或1％。
在一些实例中，本文所述的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以比参考碳颗粒(例如，炉黑对应物和/或其他参考炭黑)具有更低的亲水性。这可以导致在所产生的碳颗粒(例如，炭黑)中更少的水分。本文所述的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可具有比参考碳颗粒(例如，参考炭黑和/或硝酸处理的参考炭黑)低例如至少约0％、0.005％、0.1％、0.2％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、14％、16％、18％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、60％、70％、75％、80％、90％、95％或100％的亲水性(例如，就WSP而言)。
本文所述的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可具有比参考碳颗粒(例如，参考炭黑)更低的含湿量(例如，通过元素分析确定的百分数)。本文所述的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可具有比参考碳颗粒(例如，参考炭黑)低例如至少约0％、0.005％、0.1％、0.2％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、14％、16％、18％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、60％、65％、70％、75％、80％、90％、95％或100％的含湿量。此外，在一些情况下，含湿量可以比参考碳颗粒(例如，参考炭黑)低至多约100％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、18％、16％、14％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％或1％。
可以使用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和/或透射电子显微镜(TEM)分析来分析根据本公开内容产生的碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)。这样的分析可以用于例如鉴别表面活性部位。当使用FESEM和/或TEM分析时，尽管碳颗粒(例如，炭黑)可与参考碳颗粒(例如，参考炭黑)看上去(例如，视觉上显示)基本相同，但是分析上颗粒与参考颗粒相比可能具有实质性(例如，强烈的)差异。这样的差异可以如本文其他地方所述。
本文所述的碳颗粒(例如，炭黑)可具有一种或多种与参考碳颗粒(例如，参考炭黑)基本相似(例如，相同)的性质、一种或多种与参考碳颗粒(例如，参考炭黑)基本不同的性质或其组合。例如，本文所述的炭黑可具有一种或多种与参考炭黑基本相似(例如，相同)的性质。在实例中，与参考炭黑(例如，炉黑对应物)相比，根据本公开内容的炭黑(例如，具有约23m2/g至约35m2/g的N2SA和约59ml/100g至约71ml/100g的DBP，或者约19m2/g至约39m2/g的N2SA和约55ml/100g至约75ml/100g的DBP)可具有以下性质：与参考炭黑(例如，炉黑对应物)基本相同(例如，相同)的表面积和结构(例如，如本文其他地方关于参考炭黑/炉黑对应物的表面积和结构更详细描述的)；比炉黑更大的结晶度；聚集的椭球形颗粒；以与炉黑基本相同(例如，相同)的方式制粒；分散更快的电位；与炉黑相比更低的氢和氧含量；比炉黑更低的亲水性；比炉黑更少的表面酸基团；以及与炉黑相比基本相同(例如，相同)的粒度分布。在另一实例中，与参考炭黑(例如，炉黑对应物)相比，根据本公开内容的炭黑(例如，具有约29m2/g至约41m2/g的N2SA和约84ml/100g至约96ml/100g的DBP，或者约25m2/g至约45m2/g的N2SA和约80ml/100g至约100ml/100g的DBP)可具有以下性质：与参考炭黑(例如，炉黑对应物)基本相同(例如，相同)的表面积和结构(例如，如本文其他地方关于参考炭黑/炉黑对应物的表面积和结构更详细描述的)；聚集的椭球形颗粒；以与炉黑基本相同的方式(例如，相同的方式)制粒；分散更快的电位；比炉黑更大的结晶度；与炉黑相比更低的氢和氧含量；比炉黑更低的亲水性；比炉黑更少的表面酸基团；以及与炉黑相比基本相同(例如，相同)的粒度分布。
在实例中，根据本公开内容的炭黑可具有约40mg/g的碘数目，约36m2/g的STSA，约31m2/g的N2SA，约65ml/100g的DBP；约65ml/100g的CDBP，约18-90gf的单个丸粒硬度，约48gf的平均丸粒硬度，小于约50ppm的筛余物(325目)，约0ppm的筛余物(35目)，约5％的最大细粒(5')，约10％的最大细粒(20')，约96％的tote，以及小于约0.5％的湿度。在另一实例中，根据本公开内容的炭黑可具有约38mg/g的碘数目，约37m2/g的STSA，约33m2/g的N2SA，约85ml/100g的DBP；约79ml/100g的CDBP，约18-90gf的单个丸粒硬度，约50gf的平均丸粒硬度，约125ppm的筛余物(325目)，约0ppm的筛余物(35目)，约0.5％的细粒(5')，约1.2％的细粒(20')，约93％的tote，以及小于约0.5％的湿度。在另一实例中，根据本公开内容的炭黑可具有约49mg/g的碘数目，约44m2/g的STSA，约39m2/g的N2SA，约104ml/100g的DBP；约94ml/100g的CDBP，约18-90gf的单个丸粒硬度，约80ppm的筛余物(325目)，约0ppm的筛余物(35目)，约98％的tote，以及小于约0.5％的湿度。在又一实例中，根据本公开内容的炭黑可具有约30mg/g的碘数目，约27m2/g的STSA，约24m2/g的N2SA，约72ml/100g的DBP；约69ml/100g的CDBP，约18-90gf的单个丸粒硬度，约51gf的平均丸粒硬度，小于约50ppm的筛余物(325目)，约0ppm的筛余物(35目)，约5％的最大细粒(5')，约10％的最大细粒(20')，约97％的tote，以及小于约0.5％的湿度。
如前所述，本文所述的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以具有本文所述的性质的各种组合(例如，颗粒可以具有给定性质与本文所述的一种或多种其他性质的组合)。例如，碳颗粒可具有给定性质中的一种或多种(值)与以下(除自身以外)的组合：本文所述的一种或多种形状(例如，椭球形因子)；本文所述的一种或多种大小/大小分布(例如，体积等效球体直径和/或通过DLS确定的粒径/粒径分布)；本文所述的一种或多种真密度；本文所述的一种或多种结晶度(例如，La、Lc和/或d002值)；本文所述的一种或多种亲水含量(例如，吸水的亲和力和/或WSP值)；本文所述的一种或多种表面酸基团含量；本文所述的一种或多种氧含量；本文所述的一种或多种氢含量；本文所述的一种或多种硫含量；本文所述的一种或多种氮含量；本文所述的一种或多种碳含量；本文所述的一种或多种表面积(例如，N2SA和/或STSA值)；本文所述的一种或多种结构(例如，一种或多种DBP值)；本文所述的一种或多种PAH含量(例如，PAH量和/或tote值)；本文所述的一种或多种纯度(例如，灰分、金属/准金属、焦炭和/或砂砾污染物水平)；本文所述的一种或多种类富勒烯部分；本文所述的一种或多种碘数目；本文所述的一种或多种丸粒性质(例如，单个和/或平均丸粒硬度值)；本文所述的一种或多种倾注和/或振实密度；本文所述的一种或多种筛余物(例如，325和/或35目)；本文所述的一种或多种细粒含量(例如，5’和/或20’)；本文所述的一种或多种含湿量；或其任何组合。
根据本公开内容(例如，在等离子体中)产生的碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)可以被配置用于冶金应用。在一些实例中，与参考炭黑相比，根据本公开内容产生的炭黑可以提供基本相似的或改进的性能。在一些实例中，与使用参考炭黑(本文也称为“参考冶金产物”、“参考产物”和“参考材料”)产生(例如，由参考炭黑产生)的冶金材料/产物(例如，整体金属件)的性能相比，使用根据本公开内容的炭黑可以使冶金产物/材料(例如，整体金属件)的性能(例如，如本文其他地方更详细描述的)提高大于或等于约0％、0.005％、0.1％、0.2％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、14％、16％、18％、20％、25％、30％、35％、40％、50％、75％或100％。例如，可以使用在热黑过程中制造的参考炭黑或在热炉过程中制造的参考炭黑来产生参考材料。根据本公开内容产生的碳颗粒(例如，碳纳米颗粒，例如碳黑纳米颗粒)可以具有例如：约23m2/g至约35m2/g的N2SA和约59ml/100g至约71ml/100g的DBP吸收，或者约19m2/g至约39m2/g的N2SA和约55ml/100g至约75ml/100g的DBP；约29m2/g至约41m2/g的N2SA和约84ml/100g至约96ml/100g的DBP吸收，或者约25m2/g至约45m2/g的N2SA和约80ml/100g至约100ml/100g的DBP；约34m2/g至约46m2/g的N2SA和约115ml/100g至约127ml/100g的DBP，或者约30m2/g至约50m2/g的N2SA和约111ml/100g至约131ml/100g的DBP；约2m2/g至约14m2/g的N2SA，和约37ml/100g至约49ml/100g或约33ml/100g至约53ml/100g的DBP；或者如本文其他地方所述的N2SA和/或DBP。根据本文所述的过程产生的碳颗粒(例如，炭黑)(例如，根据本公开内容从天然气产生的碳黑)可以提供(例如，导致)高纯度(例如，比炉黑(例如，炉黑对应物)更高的纯度)和/或受控形态的产物，其可以非常适合于冶金应用(例如，用于碳化物过程；用于制造碳化钨和/或相关材料；用于制造碳化钨和/或其他过渡金属碳化物粉末；等等)。本文提供的碳颗粒(例如，炭黑)可具有例如合适水平的灰分、硫、(例如其他)金属和/或本文所述的其他性质或特性。
碳颗粒(例如，炭黑)可以被配置用于冶金应用。用于冶金应用的碳颗粒(例如，炭黑)可以具有例如给定的结晶度(例如，如本文其他地方所述)、给定的灰分含量(例如，如本文其他地方所述)、给定的硫含量(例如，如本文其他地方所述)、给定的杂质(例如，可以如本文其他地方所述，其可以包括硫含量等)、给定的倾注密度(例如，如本文其他地方所述)、给定的制粒性质(例如，如本文其他地方所述)和/或本文所述的其他性质或特性。例如，如本文其他地方更详细描述的，本文所述的碳颗粒(例如，炭黑)可以比参考碳颗粒(例如，参考炭黑)具有更大的结晶度。在冶金中重要的杂质的实例可以包括例如硫(S)、铁(Fe)、钼(Mo)、铌(Nb)、钒(V)、铬(Cr)、镍(Ni)和/或钴(Co)。由本文提供的碳颗粒(例如，炭黑)产生的材料可包括例如金属、准金属以及/或者金属和/或准金属碳化物。由本文提供的碳颗粒(例如，炭黑)产生的材料可包括来自本文所述的碳颗粒(例如，炭黑)的碳原子。由本文提供的碳颗粒(例如，炭黑)产生的材料可包括例如碳化钨(WC)、碳化硼(B4C)、碳化钒(VC)、碳化铬(Cr2C3)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、铁(Fe)和/或其不锈钢合金(例如，Cr、Ni、Co等)，和/或其他材料。由本文提供的碳颗粒(例如，炭黑)产生的材料可包括例如通过粉末冶金产生的材料。例如，由本文提供的碳颗粒(例如，炭黑)产生的材料可包括粉末冶金(PM)-Fe及其不锈钢合金(例如，Cr、Ni、Co等)。至少在一些配置中，本文的金属(或包含金属的材料，例如，它们的氧化物)的加工的任何描述可以同等地适用于准金属(或包含准金属的材料，例如，它们的氧化物)。本文对金属或准金属氧化物的加工的任何描述可以同等地适用于金属或准金属氧化物的前体(例如，可以加工仲钨酸铵而不是WO3)。
在一些实现方案中，本公开内容的碳颗粒(例如，炭黑)可用于粉末冶金(PM)。粉末冶金可包括(例如，涵盖)由粉末起始材料制造金属、金属碳化物、陶瓷金属(金属陶瓷)、金属氮化物和其他此类物质。所得产物也可以是粉末(例如，在碳化钨的情况下)，或者可以将整个部分烧结在一起。如果发生烧结在一起，则可以将高度工程化的粉末冶金部件制造成在用熔融金属工作时可能很难制造的独特形状。另外，由于极硬和高熔点材料的延展性降低，这可能是制造这些在高温下熔化的极硬材料的仅有方法之一。
碳可以是粉末冶金中的关键组分。纳米颗粒和/或细碳可能特别重要。碳纳米颗粒可以如本文其他地方所述(例如，等效球体直径小于1微米)。在PM烧结钢中，碳可以是整合到最终产物中的主要组分。在硬质合金如WC中，纳米颗粒碳可以用于由W和碳形成WC的过程中，以及用于以WO3和碳开始的过程中。碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)可以是松散的(例如，可以在冶金应用以松散的、未制粒的状态提供)。碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)可以是制粒的(例如，可以在冶金应用中以制粒的状态提供)。可以用水(例如，如本文其他地方所述)将碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)制粒。可以用油(例如，如本文其他地方所述)将碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)制粒。可以用具有粘合剂的水(例如，如本文其他地方所述)将碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)制粒。
粉末金属过程可以包括例如三个步骤。第一步可以是粉末混合(powderblending)，然后可以进行模压制，随后烧结或反应。在专门用铁过程处理的情况下，可以将铁粉、碳颗粒(例如，炭黑)或合成石墨与蜡粘合剂混合在一起，然后注塑成型成复合物生坯部件。术语生坯部件可以指尚未反应的(例如，还没有进行反应的)原材料的混合物。然后可以将生坯部件加热到200℃至600℃的温度以去除粘合剂。然后可以将该部件称为褐色部件。然后可以将该部件加热到烧结温度，在该温度下该部件可以收缩例如约20％，并且可以产生成品的整体金属部件(本文也称为“整体金属件”)。这可以描述为金属注塑成型(MIM)过程。
其他类型的过程可包括粉末锻造、热等压成型(HIP)和电流辅助烧结。所有这些过程在以下基本步骤方面相似：粉末混合，模压制，然后将材料烧结到其中整体金属件可经历碳渗透以及达到大于96％的密度(即4％的孔隙度)的温度。整体金属件(本文也称为“金属整体”)可以指金属、金属碳化物、金属陶瓷、硬质合金、烧结金属的基本上一个连续件和/或其他由金属/金属氧化物粉末起始材料制成的此种物质。粉末可以是单一颗粒类型，或者可以包括两种或更多种颗粒类型的掺和物。如果液体含量例如小于约20％，则可以认为粉末是干的。作为非限制性示例，可以在球磨或其他旋转型混合设备中混合干燥粉末。粉末可以是任何大小的，但是作为非限制性实例，粉末可以(例如，也)包括以下大小范围。粉末可包括例如直径少于(小于)或等于约10mm、5mm、4mm、3mm、2mm、1mm、0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm、250μm、200μm、150μm、125μm、105μm、90μm、75μm、63μm、53μm、50μm、45μm、44μm、40μm、37μm、35μm、30μm、25μm、20μm、15μm、10μm、5μm、4.5μm、4μm、3.5μm、3μm、2.5μm、2.4μm、2.3μm、2.2μm、2.1μm、2μm、1.9μm、1.8μm、1.7μm、1.6μm、1.5μm、1.4μm、1.3μm、1.2μm、1.1μm、1μm、0.95μm、0.9μm、0.85μm、0.8μm、0.75μm、0.7μm、0.65μm、0.6μm、0.55μm、0.5μm、0.45μm、0.4μm、0.35μm、0.3μm、0.25μm、0.2μm、0.15μm、0.1μm、90纳米(nm)、80nm、70nm、60nm、50nm、40nm、30nm、20nm、10nm或5nm的粉末颗粒(例如，通过干燥颗粒的光散射所测量，例如，使用例如由Horiba制造的LA-960激光粒度分析仪通过激光衍射的粒度分析所测量)。备选地或附加地，粉末可包括例如直径多于(大于)或等于约5nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、0.1μm、0.15μm、0.2μm、0.25μm、0.3μm、0.35μm、0.4μm、0.45μm、0.5μm、0.55μm、0.6μm、0.65μm、0.7μm、0.75μm、0.8μm、0.85μm、0.9μm、1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm、1.6μm、1.7μm、1.8μm、1.9μm、2μm、2.1μm、2.2μm、2.3μm、2.4μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、37μm、40μm、44μm、45μm、50μm、53μm、63μm、75μm、90μm、105μm、125μm、150μm、200μm、250μm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、2mm、3mm、4mm或5mm的粉末颗粒(例如，通过干燥颗粒的光散射所测量，例如，使用例如由Horiba制造的LA-960激光粒度分析仪通过激光衍射的粒度分析所测量)。这样的粉末粒度的至少子集可以备选地表示为筛目大小(例如，500目、400目、325目和/或120目，或者如本文其他地方所述，例如关于大颗粒污染物)。在粉末冶金的上下文中，粉末可以包含松散的、未制粒状态和/或制粒状态的碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)。这样的碳颗粒可具有如本文其他地方更详细描述的大小。
合成石墨和天然石墨可用于PM烧结钢产生。合成石墨可以具有较小的粒度和较高的纯度，并且可以(例如，更一般地)用于性能最为重要的高端部件。为此，本文中认识到，具有高纯度和/或高结晶度的碳颗粒(例如，炭黑)可以有利地用于PM应用。迄今为止，具有高纯度和高结晶度的碳颗粒(例如，炭黑)尚未用于PM应用中。小粒度和/或高结晶度的引入可导致所制成的PM烧结钢整体金属件的有利性质。
为了产生可称为硬质合金或烧结碳化物的碳化钨等，与更基础的PM烧结钢产生相比，可能有多种更多的步骤。可以将钨金属添加到碳颗粒(例如，炭黑)，并且可以在碳化钨球磨中混合该混合物。可以将所得混合物倒入石墨舟中，并可将该舟置于氢气炉中并加热到1400℃至2200℃，持续3-6小时的时间段。在该过程结束时，钨和碳可能已经反应以形成碳化钨。另外，WO3或仲钨酸铵可以是钨的起始材料，并且在该情况下，碳颗粒(例如，炭黑)的化学计量可以增加，使得氧化钨上的氧基团反应(例如，进行反应)以形成CO和CO2。在该步骤之后，可将WC与钴粉(例如，按重量计3-12％)和润滑剂(例如，石蜡)(例如，按重量计小于约5％)湿磨，然后干燥并放入模具。可以通过在1100℃至1600℃的温度下烧结该WC和Co的混合物来制备最终部件。Co可以充当粘合剂以将WC颗粒保持在一起。钴可以使WC颗粒彼此结合(例如，钴可以是使WC颗粒彼此结合的必要成分)。如果适当地控制过程，则起始W晶粒大小可以决定最终WC晶粒大小。可以添加试剂以控制晶粒生长，例如钽、钛、铌、钒、铪和/或在渗碳过程中可以形成碳化物和/或可以提供熔剂以控制晶粒生长的其他此类材料。另外，可以添加能够与钴合金化的其他金属(例如，镍)以调整性质或完全替代最终的整体金属件中的钴。可以制备碳化物，可以制备粉末混合物，可以将混合物干燥并压实、预烧结、成形，然后可以将生坯件加热并烧结成期望的形状。加热和烧结步骤可以在真空和/或在高压环境中(例如，在真空或在高压环境中或两者顺序地)进行。应当理解，可以对这些步骤进行微小改变，而不会导致所得产物质量的大偏差。作为最后步骤，作为非限制性示例，可以对最终部件进行抛光、机械加工和用外部材料如TiC或TiN进行可选地包覆。
其他碳化物和碳氮化物合成可以例如类似于本文所述的碳化钨产生。其他碳化物和碳氮化物合成可以例如如本文关于碳化钨产生所述。例如，本文对于碳化钨产生的描述可以用作其他碳化物和碳氮化物合成的实例。非限制性实例可以包括以下种类：Al4C3、As2C6、Be2C、B4C、CaC2、CrC、Cr3C2、Cr4C、Cr7C3、Cr23C6、Co3C、Co6W6C、HfC、FeC、Fe2C、Fe3C、Fe5C2、Fe7C3、Fe23C2、LaC2、Mn3C、Mn23C6、MgC2、MoC、Mo2C、Mo23C6、NiC、Ni3C、NbC、Nb2C、PuC、Pu2C3、ScC、SiC、TaC、Ta2C、ThC、ThC2、TiC、WC、W2C、UC、UC2、U2C3、VC、V2C和/或ZrC。进一步的实例可以包括例如前述种类的碳氮化物，例如碳氮化钛(TiCN)(例如，在一些情况下，前述种类的碳氮化物也可能特别有用，例如TiCN，其表示碳氮化钛)。
金属或碳前体中的任何杂质都可能对最终产物的性能具有重大影响。例如，杂质可能会大大降低硬质合金碳化钨的热导率。一些应用可能需要极好的热导率。例如，如果钻头的端头较热，而大钻头的其余部分相对较冷，则可能会产生裂纹并导致灾难性故障。特别是对于石油和天然气工业，这种类型的故障可能会导致较大的停机时间，给钻孔机造成巨大损失。
杂质可能(例如，也)导致非化学计量的碳量残留在最终的整体金属件中。这可能导致游离碳的碳水平过高，以及/或者如果碳含量过低则可能(例如，也)导致Co3W3C或Co6W6C的η相的形成。η相可能会因脆性特征增加而引入增加的故障率。
小颗粒、纳米颗粒或超细碳化钨可用于例如许多需要韧性和工具边缘强度的应用。对于制备纳米级WC颗粒(例如，纳米WC级颗粒)的过程，可以格外小心以确保晶粒生长被抑制。例如，这可导致在较低温度下更长的反应时间和/或降低的产量。石墨舟的床可能更浅，使得所有颗粒都可以分享更加一致的时间-温度曲线以避免晶粒生长。与例如参考材料相比，较大的表面积(例如，大于10m2/g的N2SA，或比热炭黑更大的表面积)、较小的粒度(例如，等效球体直径小于300nm，或比参考炭黑更小的粒度)和/或结晶度更高的碳(例如，如本文其他地方所述)可以有助于在较低温度下更快的反应(例如，在低于另外需要的温度下，一个或多个反应或者所有反应可以快至少约1％、2％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％或99％)和/或导致更高的通量(例如，按重量、体积或摩尔计，高至少约1％、2％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％或99％)。本文提供的碳颗粒(例如，碳纳米颗粒，例如炭黑纳米颗粒)可以具有这样的有利性质与本文所述的一种或多种其他性质或特性的组合(例如，与高纯度组合，如本文其他地方所述)。
根据本公开内容由气相前体制备的碳纳米颗粒(例如，炭黑)可以具有例如大于3.0nm的Lc。为了以下目的，可以将碳纳米颗粒与金属或金属氧化物粉末混合：(a)还原金属/金属氧化物或金属的金属氧化物表面，和/或(b)掺入金属中并成为产物的一部分(例如，碳化钨、碳钢、金属碳化物等)。DBP(例如，碳纳米颗粒的DBP)可以小于100ml/100g(例如，碳纳米颗粒可具有小于100ml/100g的DBP)。倾注密度(例如，松散的、未制粒的碳纳米颗粒的倾注密度)可以大于0.2ml/g(例如，松散的、未制粒的碳纳米颗粒可以具有大于0.2ml/g的倾注密度)。N2SA(例如，碳纳米颗粒的N2SA)可以大于10m2/g且小于100m2/g(例如，碳纳米颗粒可以具有大于10m2/g且小于100m2/g的N2SA)。灰分水平(例如，多个碳纳米颗粒的灰分水平)可以小于0.02％(例如，碳纳米颗粒可以具有小于0.02％的灰分水平)。以下金属的水平(例如，多个碳纳米颗粒的水平)可以小于5ppm：Fe、Mo、Nb、V、Cr、Ni和/或Co(例如，碳纳米颗粒可以具有小于5ppm的以下金属的水平：Fe、Mo、Nb、V、Cr、Ni和/或Co)。硫水平(例如，碳纳米颗粒的硫水平)可以小于50ppm(例如，碳纳米颗粒可具有小于50ppm的硫水平)。碳纳米颗粒的高结晶度(例如，如本文其他地方所述)和/或高表面积(例如，如本文其他地方所述)可以实现更低的反应温度(例如，与处理例如参考材料所需的反应温度相比，一个或多个反应或者所有反应可以在降低至少约1％、2％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％或99％的反应温度下进行)和/或更快的反应速率(例如，与例如参考材料的类似反应速率相比，在任何温度或者在一个或多个给定温度下，一个或多个反应或者所有反应可以具有快至少约1％、2％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％或99％的反应速率)以形成最终的金属整体(例如，碳纳米颗粒可以具有高结晶度和高表面积，其可以实现更低的反应温度和更快的反应速率以形成最终的金属整体)。碳百分比(例如，碳纳米颗粒和/或多个碳纳米颗粒的碳百分比)可以大于99.5％(例如，碳纳米颗粒可以具有大于99.5％的碳百分比)。可以通过加热掺和物(例如，碳纳米颗粒与金属或金属氧化物粉末的掺和物)来产生金属整体。金属整体可以具有小于10％的孔隙度。金属整体可以具有比设定的目标碳含量低1％的碳含量。金属整体可以具有在参考材料的10％以内的改进的热导率。金属可以具有在参考材料的10％以内的改进的硬度。金属整体可以具有较少的金属氧化物夹杂物，如通过总氧含量测量的。金属碳化物(例如，在金属整体中)的晶粒生长可以小于原始晶粒大小的20％，如通过XRD测量的(例如，金属整体可以使得金属碳化物的晶粒生长小于原始晶粒大小的20％，如通过XRD测量的)。金属整体可包括或为碳化钨。所产生的碳化钨硬质合金可以具有在以下性质的正负20％以内的性质：密度14.95g/ml，矫顽力358Oe，线性收缩18.6％和/或硬度93.5Ra(例如，参见实施例3)。
根据本公开内容的用于生成颗粒的系统可以包括：热发生器，其电加热一个或多个材料流中的至少一个材料流；过滤器，其从一个或多个材料流中的至少一个去除硫杂质；以及反应器，其从一个或多个材料流生成碳颗粒。所述颗粒可包括碳颗粒。所述碳颗粒可包括炭黑。所述颗粒可包含小于约0.3％的硫。所述颗粒可包含小于约百万分之(ppm)50的硫。所述颗粒可包含小于约10ppm的硫。所述颗粒可包含小于约5ppm的硫。所述颗粒可包含小于约1ppm的硫。所述一个或多个材料流可包括原料流，并且所述过滤器可从所述原料流去除硫杂质。所述过滤器可耦合到原料注射器。所述过滤器可耦合到原料注射器的入口。所述颗粒可具有大于或等于约15平方米/克(m2/g)的氮表面积(N2SA)并且可包含按重量计小于约5ppm的硫。所述热发生器可以是等离子体发生器。
根据本公开内容的用于生成碳颗粒的系统可以包括：热发生器，其加热一个或多个材料流中的至少一个材料流；以及反应器，其从所述一个或多个材料流生成所述碳颗粒，其中所述碳颗粒具有(i)小于约0.05％的灰分，小于约5ppm的325目砂砾或其组合的纯度，(ii)大于约3.0纳米(nm)的晶格常数(Lc)，和(iii)小于约0.35nm的石墨的002峰的晶格间距(d002)。所述碳颗粒可包含小于约0.3％的硫。所述碳颗粒可包含小于或等于约50ppm的硫。所述碳颗粒可包含小于或等于约10ppm的硫。所述碳颗粒可包含小于或等于约0.03％的灰分。所述碳颗粒可包含小于或等于约0.01％的灰分。所述碳反应器可包括所述热发生器。所述热发生器可用电能加热所述至少一个材料流。所述碳颗粒可具有约15m2/g(平方米/克)至约300m2/g的表面积。所述碳颗粒可包括炭黑。所述碳颗粒可包含小于或等于约1ppm的325目砂砾。
根据本公开内容的用于制造碳颗粒的方法可以包括：加热热传递气体；以及将所述热传递气体与烃原料混合以生成所述碳颗粒，其中所述碳颗粒具有(a)大于所述碳颗粒的压缩邻苯二甲酸二丁酯(CDBP)吸收的小于或等于约1.3倍的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸收；或(b)约15m2/g(平方米/克)至约300m2/g的表面积，以及小于约0.05％的灰分和/或小于约5ppm的325目砂砾的纯度。所述方法可进一步包括将所述热传递气体与所述烃原料混合以生成所述碳颗粒和氢气。所述方法可进一步包括在所述加热的下游将所述热传递气体与所述烃原料混合。所述热传递气体可包含大于约60％的氢气。所述热传递气体可以是氢气。所述烃原料可包含按重量计至少约70％的甲烷、乙烷、丙烷或其混合物。所述碳颗粒可包括炭黑。所述加热可包括用电能加热。所述加热可包括通过电弧加热。所述碳颗粒可包含小于或等于约0.03％的灰分。所述碳颗粒可包含小于或等于约0.01％的灰分。所述碳颗粒可包含小于或等于约1ppm的325目砂砾。所述方法可进一步包括将所述碳颗粒制粒，其使用(i)油制粒，或(ii)利用蒸馏水和无灰分粘合剂的制粒。所述无灰分粘合剂可以是糖。所述碳颗粒可包含小于或等于约0.4％的氧。所述碳颗粒可包含大于或等于约99％的碳。所述碳颗粒可包含小于约0.4％的氢。所述碳颗粒可具有小于约0.5ml(毫升)水/平方米所述碳颗粒表面积的从80％相对湿度的气氛吸水的亲和力。从80％相对湿度的气氛吸水的亲和力可小于约0.05ml水/平方米所述颗粒表面积。所述碳颗粒可具有约0至约8mJ/m2的水铺展压力(WSP)。所述WSP可小于约5mJ/m2。所述碳颗粒可具有小于或等于约0.5μmol/m2的总表面酸基团含量。
根据本公开内容的碳颗粒可具有大于所述碳颗粒的压缩邻苯二甲酸二丁酯(CDBP)吸收的小于或等于约1.3倍的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸收。所述颗粒可为炭黑。DBP与CDBP的比率可小于或等于参考炭黑的DBP与CDBP的比率的约95％。所述颗粒可具有约15m2/g(平方米/克)至约300m2/g的表面积。所述碳颗粒可具有大于约1nm的Lc。所述碳颗粒可具有大于或等于约3nm的Lc。所述碳颗粒可具有大于约4nm的Lc。所述碳颗粒可具有大于约3.0nm的Lc、小于约0.35nm的d002或其组合。所述碳颗粒可具有就La或Lc而言约3nm至约20nm的结晶度。所述DBP可大于所述CDBP的小于或等于约1.1倍。所述碳颗粒可包含按重量计小于约0.3％的硫。所述碳颗粒可包含按重量计小于或等于约0.4％的氧。所述碳颗粒可包含按重量计大于或等于约99％的碳。所述碳颗粒可包含按重量计小于约0.4％的氢。所述碳颗粒可具有比参考炭黑更低的氢含量。所述碳颗粒可具有小于约0.5ml(毫升)水/平方米所述碳颗粒表面积的从80％相对湿度的气氛吸水的亲和力。从80％相对湿度的气氛吸水的亲和力可小于约0.05ml水/平方米所述颗粒表面积。所述碳颗粒可具有约0至约8mJ/m2的水铺展压力(WSP)。所述WSP可小于约5mJ/m2。所述碳颗粒可具有小于或等于约0.5μmol/m2的总表面酸基团含量。
根据本公开内容的碳颗粒可具有(i)约15m2/g(平方米/克)至约300m2/g的表面积，以及(ii)小于约0.05％的灰分、小于约5ppm的325目砂砾或其组合的纯度。所述碳颗粒可包括炭黑颗粒。所述碳颗粒可具有大于约3.0nm的Lc、小于约0.35nm的d002、小于约0.3％的硫或其任何组合。所述碳颗粒可具有大于约3.0nm的Lc、小于约0.35nm的d002、小于约10ppm的硫或其任何组合。所述碳颗粒的tote可大于或等于约99％。所述碳颗粒可具有(i)约19m2/g至约50m2/g的氮表面积(N2SA)和约55ml/100g至约131ml/100g的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸收。所述碳颗粒可具有(i)约23m2/g至约35m2/g的氮表面积(N2SA)和约59ml/100g至约71ml/100g的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸收，或(ii)约19m2/g至约39m2/g的N2SA和约55ml/100g至约75ml/100g的DBP。所述碳颗粒可具有(i)约29m2/g至约41m2/g的氮表面积(N2SA)和约84ml/100g至约96ml/100g的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸收，或(ii)约25m2/g至约45m2/g的N2SA和约80ml/100g至约100ml/100g的DBP。所述碳颗粒可具有(i)约34m2/g至约46m2/g的氮表面积(N2SA)和约115ml/100g至约127ml/100g的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸收，或(ii)约30m2/g至约50m2/g的N2SA和约111ml/100g至约131ml/100g的DBP。所述碳颗粒可包含小于或等于约0.03％的灰分。所述碳颗粒可包含小于或等于约0.01％的灰分。所述碳颗粒可包含小于或等于约1ppm的325目砂砾。所述碳颗粒可包含小于或等于约0.4％的氧。所述碳颗粒可包含大于或等于约99％的碳。所述碳颗粒可包含小于约0.4％的氢。所述碳颗粒可具有比参考炭黑更低的氢含量。所述碳颗粒可具有小于约0.5ml(毫升)水/平方米所述碳颗粒表面积的从80％相对湿度的气氛吸水的亲和力。从80％相对湿度的气氛吸水的亲和力可小于约0.05ml水/平方米所述颗粒表面积。所述碳颗粒可具有约0至约8mJ/m2的水铺展压力(WSP)。所述WSP可小于约5mJ/m2。所述碳颗粒可具有小于或等于约0.5μmol/m2的总表面酸基团含量。
根据本公开内容的碳颗粒可具有(i)大于或等于约15平方米/克(m2/g)的氮表面积(N2SA)，以及(ii)小于约5ppm的硫。所述N2SA可为约23m2/g至约35m2/g，并且邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸收可为约59ml/100g至约71ml/100g。所述碳颗粒可包含按重量计小于约1ppm的硫。所述N2SA可小于或等于约300m2/g。所述碳颗粒可包含小于或等于约0.4％的氧。所述碳颗粒可包含大于或等于约99％的碳。所述碳颗粒可包含小于约0.4％的氢。所述碳颗粒可具有比参考炭黑更低的氢含量。所述碳颗粒可具有小于约0.5ml(毫升)水/平方米所述碳颗粒表面积的从80％相对湿度的气氛吸水的亲和力。从80％相对湿度的气氛吸水的亲和力可小于约0.05ml水/平方米所述颗粒表面积。所述碳颗粒可具有约0至约8mJ/m2的水铺展压力(WSP)。所述WSP可小于约5mJ/m2。所述碳颗粒可具有小于或等于约0.5μmol/m2的总表面酸基团含量。
碳颗粒(例如，炭黑)的最终质量的控制可非常依赖于过程控制和过程优化。在一些情况下(例如，在等离子体过程中)，本文的过程可在反应器的某些区域中可能超过3,400℃的温度下进行。在一些实现方案中，例如对于炭黑，温度和混合条件可被配置(例如，充分优化和控制)用于制备不同等级的碳颗粒(例如，炭黑)中的一种或多种(例如，所有)，其中可以有数百种。除区域需要冷却的知识外，结构材料还可借助所有其他部件的知识进行决定，以影响最大能量效率的有效加热(例如，等离子体的有效产生)、最大寿命下功能部件的效用、最小热损失、最大氢循环、最大混合以及各种先前特性的组合，从而整体上影响反应器的完整整体效率。
为了以最小焦化产生高质量、高表面积的碳颗粒(例如，炭黑)，可能需要将原料和热气体快速混合。高质量碳颗粒(例如，炭黑)可具有例如表面积和DBP的紧密分布。例如，可以将样品调整为具有较窄的粒度分布和/或较窄的分支初级颗粒分布的颗粒。这可通过烃原料在转化为固体碳(例如，固体炭黑)期间的时间/温度分布进行控制。此外，多环芳烃(PAH)的量可保持在最小量(例如，按质量计小于1％)。由于例如快速混合和等离子体的高温，砂砾(或任何其子集)(例如，325目)的量可以例如小于约500ppm(百万分率)。表面化学可以与冶金中高性能的要求相容。本文所述的系统和方法可满足产生炭黑的功率(例如，足以用于其基本组件的单位功率)、耐腐蚀性(例如，当暴露于例如氢等离子体时，这些组件的衰减减少或不衰减)和连续操作的需要。
本公开内容的系统(例如，装置)和方法以及借助本文的系统和方法实现的过程可以允许连续产生炭黑或含碳化合物。该过程可包括转化含碳原料。本文所述的系统和方法可实现连续操作和高质量碳颗粒(例如，炭黑)的产生。在一些实例中，本文所述的系统和方法可实现具有大于约15平方米/克(m2/g)或20m2/g炭黑表面积的碳颗粒(例如，炭黑)的制造(例如，以商业规模)。碳颗粒可以通过(例如，在一步过程中)向加热的气体添加烃来制备，从而产生碳颗粒(例如，碳纳米颗粒，例如炭黑纳米颗粒)。烃可以与热气体混合，以实现从烃中去除氢。在一些实例中，碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)可以通过(例如，在一步过程中包括)向加热的气体添加烃来制备，从而产生具有如本文其他地方更详细描述的一种或多种性质(例如，小于1微米体积等效球体直径并具有大于3.0nm的Lc)的碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)。
该过程可以包括用电能(例如，来自DC或AC源)加热热传递气体(例如，等离子体气体)。可以通过电弧来加热热传递气体。可以通过焦耳加热(例如，电阻加热、感应加热或其组合)来加热热传递气体。可以通过焦耳加热和通过电弧(例如，焦耳加热的下游)来加热热传递气体。可以在加热之前预先加热热传递气体(例如，通过热交换预先加热)。参见例如共同受让的共同未决的国际专利公开号WO 2017/034980(“HIGH TEMPERATURE HEATINTEGRATION METHOD OF MAKING CARBON BLACK”)，其通过引用整体并入本文。在与(例如，加热的)热传递气体接触之前，可以将烃原料预先加热(例如，从约25℃的温度)至约100℃至约800℃的温度(例如，通过热交换、通过焦耳加热、或其组合进行预先加热)。在达到可以引发反应的温度之前(例如，在与加热的热传递气体接触之前，例如在注射之前、期间和/或之后，预先加热之前、期间和/或之后或其任何组合)可以稀释烃原料(例如，如本文其他地方所述)。这样的稀释可以用于控制碳颗粒的表面积、形态和/或结构。该过程可以进一步包括将注射的原料与加热的热传递气体(例如，等离子气体)混合以实现合适的反应条件。反应区可不与任何接触表面直接接触。可以向过程提供一个或多个另外的材料流(例如，通过伴随反应区上游的热传递气体注射或注入该气体中、伴随原料流注射或注入原料流中、注入热传递气体和原料的混合物中，例如注入反应区中、上游注射、在与原料注射的同一平面上或其下游、或与之相邻等提供给反应器)。一个或多个另外的材料流可包含一种或多种合适的化合物(例如，处于汽化状态；处于熔融状态；溶于水、有机溶剂(例如，液体原料、乙二醇、二甘醇、丙二醇、乙醚或其他类似的醚、或者其他合适的有机溶剂)或其混合物中；等等)。例如，可以借助于合适的离子化合物例如碱金属盐(例如，钠、钾、铷或铯的乙酸盐、己二酸盐、抗坏血酸盐、苯甲酸盐、碳酸氢盐、碳酸盐、柠檬酸盐、脱氢乙酸盐、异抗坏血酸盐、对羟基苯甲酸乙酯盐、甲酸盐、富马酸盐、葡萄糖酸盐、氢乙酸盐、氢氧化物盐、乳酸盐、苹果酸盐、对羟基苯甲酸甲酯盐、邻苯基苯酚盐、丙酸盐、对羟基苯甲酸丙酯盐、山梨酸盐、琥珀酸盐或酒石酸盐)至少部分地控制结构(例如，DBP)。这样的化合物可以相对于(或相较于)原料和/或热传递气体以合适的水平添加(例如，相对于例如原料流速和/或热气体流速，或者相对于伴随原料添加的碳的量，化合物可以基于摩尔或质量按照约0ppm至2ppm、0ppm至5ppm、0ppm至10ppm、0ppm至20ppm、0ppm至50ppm、0ppm至100ppm、0ppm至200ppm、0ppm至500ppm、0ppm至1000ppm、0ppm至2000ppm、0ppm至5000ppm、0ppm至1％、5ppm至50ppm、10ppm至100ppm、20ppm至100ppm、100ppm至200ppm、100ppm至500ppm、200ppm至500ppm、10ppm至2000ppm、100ppm至5000ppm、1000至2000ppm、2000ppm至5000ppm、2000ppm至1％或5000ppm至1％(例如，的阳离子)的比率或浓度添加)。可以将另外的材料流预先加热。反应的产物可以冷却，并且碳颗粒(例如，炭黑)或含碳化合物可以与其他反应产物分离。如此产生的氢气可以再循环回反应器。参见例如国际专利公开号WO2017/034980(“HIGH TEMPERATURE HEATINTEGRATION METHOD OF MAKING CARBON BLACK”)，其通过引用整体并入本文。
在一些情况下，可在无氧环境中加热热传递气体。在一些情况下，可在无氧气氛中产生(例如，制造)碳颗粒。无氧气氛可包括例如，按体积计少于约5％的氧气、少于约3％的氧气(例如，按体积计)或少于约1％的氧气(例如，按体积计)。在一些情况下，本公开内容的碳颗粒(例如，炭黑)可以通过基本上无氧的过程制造(例如，以商业规模)。基本上无氧的过程可以包括例如少于约5％的氧气(按体积计)或少于约3％的氧气(例如，按体积计)。
热传递气体可以包含至少约60％的氢气到至多约100％的氢气(按体积计)，并且还可以包含至多约30％的氮气、至多约30％的CO、至多约30％的CH4、至多约10％的HCN、至多约30％的C2H2和至多约30％的Ar。例如，热传递气体可以是大于约60％的氢气。此外，热传递气体还可以包含多环芳烃如蒽、萘、蔻、芘、
Figure BDA0002469062920000611
、芴等。此外，热传递气体可以存在有苯和甲苯或者类似的单芳烃组分。例如，热传递气体可以包含大于或等于约90％的氢气，以及约0.2％的氮气、约1.0％的CO、约1.1％的CH4、约0.1％的HCN和约0.1％的C2H2。热传递气体可包含大于或等于约80％的氢气，并且其余部分可以包括前述气体、多环芳烃、单芳烃和其他组分的一些混合物。可以使用诸如氧气、氮气、氩气、氦气、空气、氢气、一氧化碳、烃(例如，甲烷、乙烷、不饱和烃)等(单独使用或者以两种或更多种的混合物使用)等热传递气体。热传递气体可以包含按体积计大于或等于约50％的氢气。热传递气体可以包含例如氧气、氮气、氩气、氦气、空气、氢气、烃(例如，甲烷、乙烷)等(单独使用或者以两种或更多种的混合物使用)。热传递气体可以包含按体积计大于约70％的H2，并且可以包含至少约1ppm水平的气体HCN、CH4、C2H4、C2H2、CO、苯或多环芳烃(例如，萘和/或蒽)中的至少一种或多种。多环芳烃可以包括例如萘、蒽和/或其衍生物。多环芳烃可以包括例如甲基萘和/或甲基蒽。热传递气体可以包括按重量、体积或摩尔计大于或等于约1ppm、5ppm、10ppm、25ppm、50ppm、0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％的浓度(例如，在热传递气体的混合物中)的给定热传递气体(例如，在前述热传递气体中)。备选地或附加地，热传递气体可以包括按重量、体积或摩尔计小于或等于约100％、99％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、49％、48％、47％、46％、45％、44％、43％、42％、41％、40％、39％、38％、37％、36％、35％、34％、33％、32％、31％、30％、29％、28％、27％、26％、25％、24％、23％、22％、21％、20％、19％、18％、17％、16％、15％、14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4.5％、4％、3.5％、3％、2.5％、2％、1.9％、1.8％、1.7％、1.6％、1.5％、1.4％、1.3％、1.2％、1.1％、1％、0.9％、0.8％、0.7％、0.6％、0.5％、0.4％、0.3％、0.2％、0.1％、0.05％、0.01％、50ppm、25ppm、10ppm、5ppm或1ppm的浓度(例如，在热传递气体的混合物中)的给定热传递气体。热传递气体可以包括相似或不同浓度的另外的热传递气体(例如，在热传递气体的混合物中)。这样的另外的热传递气体可在例如未被选择作为给定热传递气体的前述热传递气体中选择。给定热传递气体本身可包括混合物。在加热之前、期间和/或之后，热传递气体可以具有这样的组成的至少子集。
烃原料可以包括具有式CnHx或CnHxOy的任何化学物质，其中n为整数；x(i)在1与2n+2之间，或(ii)对于燃料如煤、煤焦油、裂解燃料油等，为小于1；并且y在0与n之间。烃原料可包括，例如，简单烃类(例如，甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等)、芳族原料(例如，苯、甲苯、二甲苯、甲基萘、裂解燃料油、煤焦油、煤、重油、石油、生物油、生物柴油、其他生物衍生的烃等)、不饱和烃类(例如，乙烯、乙炔、丁二烯、苯乙烯等)、含氧烃类(例如，乙醇、甲醇、丙醇、苯酚、酮类、醚类、酯类等)或其任何组合。提供这些实例作为可接受的烃原料的非限制性实例，其还可以与其他组分组合和/或混合用于制造。烃原料可以指其中大部分原料(例如，按重量计大于约50％)本质上是烃的原料。反应性烃原料可包含按重量计至少约70％的甲烷、乙烷、丙烷或其混合物。烃原料可以包括或可以是天然气。烃可以包括或可以是甲烷、乙烷、丙烷或其混合物。烃可以包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙炔、乙烯、炭黑油、煤焦油、粗煤焦油、柴油、苯和/或甲基萘。烃可以包括(例如，附加的)多环芳烃。烃原料可以包括一种或多种简单烃、一种或多种芳香原料、一种或多种不饱和烃、一种或多种含氧烃、或其任何组合。烃原料可以包括，例如，甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、天然气、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、萘、甲基萘、二甲基萘、蒽、甲基蒽、其他单环或多环芳烃、炭黑油、柴油、裂解燃料油、煤焦油、粗煤焦油、煤、重油、石油、生物油、生物柴油、其他生物衍生的烃、乙烯、乙炔、丙烯、丁二烯、苯乙烯、乙醇、甲醇、丙醇、苯酚、一种或多种酮类、一种或多种醚类、一种或多种酯类、一种或多种醛类或其任何组合。原料可以包括本文所述的原料化合物的一种或多种衍生物，例如，苯和/或其衍生物、萘和/或其衍生物、蒽和/或其衍生物等。烃原料(本文也称为“原料”)可以包含按重量、体积或摩尔计大于或等于约1ppm、5ppm、10ppm、25ppm、50ppm、0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％的浓度(例如，在原料的混合物中)的给定原料(例如，在前述原料中)。备选地或附加地，原料可以包含按重量、体积或摩尔计小于或等于约100％、99％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、49％、48％、47％、46％、45％、44％、43％、42％、41％、40％、39％、38％、37％、36％、35％、34％、33％、32％、31％、30％、29％、28％、27％、26％、25％、24％、23％、22％、21％、20％、19％、18％、17％、16％、15％、14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4.5％、4％、3.5％、3％、2.5％、2％、1.9％、1.8％、1.7％、1.6％、1.5％、1.4％、1.3％、1.2％、1.1％、1％、0.9％、0.8％、0.7％、0.6％、0.5％、0.4％、0.3％、0.2％、0.1％、0.05％、0.01％、50ppm、25ppm、10ppm、5ppm或1ppm的浓度(例如，在原料的混合物中)的给定原料。原料可以包含处于相似或不同浓度的附加原料(例如，在原料的混合物中)。这样的附加原料可在例如未被选择作为给定原料的前述原料中选择。给定原料本身可包括混合物(例如，天然气)。
注射的烃可以被裂解，使得最初通过共价键化学连接至烃的氢中按摩尔计至少约80％可作为双原子氢进行同原子键合。同原子键合可以指在两个相同的原子之间的键(例如，如在双原子氢或H2中)。C-H可以是杂原子键。烃可从杂原子键合的C-H变为同原子键合的H-H和C-C。虽然可仍然存在来自等离子体的H2，但这可仅指来自CH4或其他烃原料的H2。
系统(例如，封闭的颗粒生成系统)可包括热生成部分。在一些实现方案中，热生成部分可以是包含一组或多组等离子体生成电极的等离子体生成部分。热生成部分(例如，等离子体生成部分)可与包含烃注射器的反应器部分连接。在一些实现方案中，烃注射器可以例如在最大反应器大小减小的点处或在等离子体生成电极的更下游。如本文所用的，术语反应器可以指装置(例如，包含反应器部分的较大装置)，或者仅指反应器部分。反应器可以被配置(例如，如本文其他地方例如关于图6所述)成允许反应器的至少一部分中(例如，关于图2、图3、图4和图6所述的一个或多个部分中，例如被配置用于实现热生成、注射和/或反应的一个或多个部分中，例如恒定直径区域/部分、收缩区域/部分、发散区域/部分、插入物或其他附加组件、喉部、狭窄处或其任何组合中)的流动(例如，在注射之前、期间和/或之后的流动中的至少一部分或全部；在热生成、注射和/或反应期间的流动中的至少一部分或全部；热传递气体的流动中的至少一部分或全部；等等)为轴向的(例如，基本上轴向的)、径向的(例如，基本上径向的)或其组合。如本文其他地方更详细描述的(例如，关于图1和图5)，系统可以(例如，附加地)包含例如与反应器连接的热交换器、与热交换器连接的过滤器、与过滤器连接的脱气装置、与脱气装置连接的制粒机、与制粒机连接的粘合剂混合槽以及与制粒机连接的干燥器中的一种或多种。例如，可以使用一个或多个热交换器、过滤器、脱气室和/或后端设备(例如，制粒机、与制粒机连接的粘合剂混合槽以及/或者与制粒机连接的干燥器中的一种或多种)。如本文其他地方所述，“反应器”可以指装置(例如，包含反应器部分的较大装置)，或者仅指反应器部分。
本文所述的系统可以包括等离子体发生器。等离子体发生器可以利用气体或气体混合物(例如，按体积计至少50％为气体)。等离子体发生器可以利用气体或气体混合物(例如，按体积计至少50％为气体)，其中气体在等离子体状态下为反应性和腐蚀性的。等离子体气体可以是例如按体积计至少50％的氢气。本文所述的系统可以包括由DC或AC源供电的等离子体发生器。可以将氢气混合物直接供应到在其中维持由DC或AC源产生的放电的区域。等离子体可以具有如本文其他地方所述的组成(例如，关于热传递气体的组成)。等离子体可以使用电弧加热生成。等离子体可以使用感应加热生成。
系统(例如，封闭的颗粒生成系统)可以被配置由于实现制备碳颗粒(例如，炭黑)的方法。该方法可以包括热生成和烃的注射。该方法可以包括例如用等离子体生成电极(例如，在反应器中)生成等离子体(例如，包含按体积计至少约60％的氢气)，以及注射烃(例如，如本文其他地方所述)以形成碳颗粒。在一些实现方案中，该方法可以包括用等离子体生成电极(例如，在反应器中)生成等离子体(例如，包含按体积计至少约60％的氢气)，减小反应器的内部尺寸(例如，如本文其他地方所述)，以及注射烃(例如，如本文其他地方所述)以形成碳颗粒。烃在反应器中可以经受至少约1000℃但不超过约3500℃(例如，通过等离子体生成的热量)。可以调节等离子体温度以调整初级颗粒的大小。
电极(例如，其表面暴露于电弧(本文也称为“弧斑”))可以处于最强烈的加热环境中。电极在其表面处的破坏可能导致腐蚀，这可降低电极的使用寿命。在于化学活性元素如氢或氧的存在下操作的等离子体发生器中，电极腐蚀可能最为严重。电极的寿命可通过例如使电弧对电极的热效应最小化和/或通过充分保护电极表面免受腐蚀介质的影响而延长。可以施加电磁场以通过使弧斑在电极表面快速移动，借此可以减小到达电极与电弧之间的接触区域的平均热通量密度，从而减小弧斑的影响。磁场可以将等离子体推到两个电极之间的紧邻空间的范围之外。这意味着腐蚀性介质(例如，过热的H2和氢自由基)可以在很大程度上与电极本身分离。可使用(例如，附加地)通过向电极施加磁场而产生的旋转电弧放电。磁场可以为例如约20毫特斯拉(mT)至约100mT(例如，在焰炬的端头处在电极的环形上径向地(围绕焰炬的圆周)和/或轴向地(沿电极的轴线)测量)。电极腐蚀可以通过将主电弧放电的电流分配到多个放电中来控制，由此可以减轻电极组装件的并联连接的电极中的每一个例如阳极上的热效应。参见例如美国专利号2,951,143(“ARC TORCH”)和3,344,051(“METHOD FOR THE PRODUCTION OF CARBON BLACK IN A HIGH INTENSITY ARC”)，其各自通过引用整体并入本文。可以使用AC电极生成等离子体。可以使用多个(例如，3个或更多个)AC电极(例如，具有更有效的能量消耗以及电极表面处减少的热负荷的优点)。
电极可以以给定速率消耗。例如，消耗的每立方米电极可产生大于约70吨碳颗粒(例如，炭黑)。在等离子体生成期间(例如，在降解期间)，内外电极表面积的比率可保持恒定。在一些实现方案中，电极可同心地布置。在一些情况下，用于生成等离子体的电极可成为产物纳米颗粒的一部分(例如，在该过程中，石墨电极可变成富勒烯纳米颗粒)。电极的分解可以是有限的，如本文其他地方更详细描述的。
在一些情况下，在热生成(例如，等离子体生成)的下游，热激活室(例如，等离子体室)可变窄或收缩成锥形或正方形/狭槽边缘，随后可在发散进入反应器之前可选地变直。喉部可以分离热激活部分(例如，热激活室)与反应器部分，以及/或者加速热传递气体使得可以在较小的区域中发生更强烈的混合。喉部可以定义为热激活部分与反应部分之间最窄的部分。喉部的长度可以是几米或小到约0.5至约2毫米。喉部的最窄点可以定义为喉部的最窄直径。在最窄横截面的约10％内的任何横截面可以被认为是在喉部的范围内。一个直径可以定义为喉部最窄点处的喉部直径。进入反应器的烃注射点可以定位在例如喉部上游约5个直径至喉部下游约5个直径处。在一些实例中，注射可以发生在喉部的约+/-2个直径或约+/-1个直径内。烃原料的注射点可以在例如喉部最窄点的下游并朝向发散进入反应器的起点。喉部可以是喷嘴。热传递气体(例如，等离子体气体)可以通过喷嘴加速。喷嘴的直径可以在热传递气体(例如，等离子体气体)的(流动)方向上变窄。所需的变窄量(例如，喉部的直径)可以基于例如烃和固体碳颗粒回到等离子体室的再循环、最佳混合、角系数或其任何组合确定。该减少可以基于最小再循环、最大混合和增加的角系数之间的平衡确定。反应器部分的内部尺寸可以在热发生器下游(例如，在等离子生成电极下游)减小(例如，过程的直径可以在喉部处减小)例如大于或等于约(例如，至少约)10％、20％、30％或40％。不同的碳颗粒(例如，不同等级的碳颗粒(例如，炭黑))可能需要对该参数进行微调，以针对于表面积、结构和/或表面化学性质，同时使未反应的多环芳烃(PAH)最小化并使产物中的大颗粒污染物(例如，砂砾)最小化。
可以引导热传递气体(例如，等离子体气体)进入反应器区域。可以将原料注入反应器区域，使得在空气动力和电磁力产生的主导条件下，可发生等离子体气体与原料之间强烈的快速混合，以及/或者使得可发生的原料进入热激活室(例如，等离子体室)的再循环有限或基本上不发生(例如，无明显的再循环)。可以控制烃的注射，使得空间中发生反应的区域不与任何表面接触。
本文所述的系统和方法可以包括快速加热烃以形成碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)。例如，可以快速加热烃以形成碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)和氢气。在一些情况下，氢气可以指大部分为氢气。例如，该氢气的一些部分还可包含甲烷(例如，未用完的甲烷)和/或各种其他烃(例如，乙烷、丙烷、乙烯、乙炔、苯、甲苯、多环芳烃(PAH)如萘等)。
一旦注入原料，使两种气体达到平衡(例如，热平衡)的至少一些热传递可以在小于或等于约2秒内发生。可以将足够的热量传递给原料以形成高质量的碳颗粒(例如，炭黑)。在实例中，可以在初始暴露于热传递气体约2秒内将加热的热传递气体中包含的约30％至约80％，或约40％至约70％的热量传递给烃原料。在另一实例中，可以在初始暴露于热传递气体约2秒内将加热的热传递气体中包含的大于约60％的热量传递给烃原料。在另一实例中，可以在前500毫秒内(从注射烃的点开始)将热传递气体(例如，氢气)中包含的大于约50％的能量传递给烃排出流。例如，可以在约500毫秒或更少的时间内将以焦耳计测量的通过等离子体产生的至少约50％的热量传递给烃。热量可以通过辐射、传导、热气体传递或者任何其他机制进行传递。在又一实例中，形成碳颗粒(例如，细颗粒炭黑)的整个反应可在注射烃原材料后的几毫秒内完成。
碳颗粒(例如，炭黑)反应的中间产物可具有粘附至其接触的任何表面的倾向。可以阻止碳颗粒(例如，炭黑)形成之前的中间产物与任何表面接触，同时维持内部组件(例如，热激活室衬垫、喉部材料、注射器材料以及反应器本身)的生存。可以以维持反应器的完整性同时还实现快速混合的方式来控制混合。例如，可以以改进(例如，最大化)组件的可生存性、改进(例如，最大化地)混合和/或减少(例如，最小化)焦化的方式来控制混合。在一些实现方案中，混合可以包括较大密度的相对较冷的烃与具有非常低密度的极热氢气的混合。在一些情况下，两个排出流可以具有不同的密度、温度、速度、以及粘度。这些排出流的快速混合可获得足够量的裂解烃。
原料注射可以在合适的区域发生，如本文其他地方更详细描述的。例如，原料可以在远离反应器容器的壁的位置(例如，中心地)、从反应器容器的壁、通过电极或其任何组合进行注射(例如，在平面上)。烃注射可包括一个或多个注射器(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100个或更多个注射器)。注射器可以包括具有包括例如圆形或狭缝形状在内的各种形状的端头、狭槽、喷嘴。在一些实现方案中，注射器开口可以被配置/利用成使得大部分氢气被困在烃原料的幕内。这样的注射器开口的总直径(例如，直径的总和)可以例如如本文其他地方所述(例如，关于喷嘴)。多个注射器开口可以位于同一轴向平面上。热传递气体的流动可以是轴向的(例如，基本上轴向的)、径向的(例如，基本上径向的)或其组合。原料可以以与热传递气体相同的流动方向、以与热传递气体垂直的流动方向或其组合注射(例如，通过一个或多个开口)到前述的热传递气体流中(例如，原料可以以轴向的(例如，基本上轴向的)方向、径向的(例如，基本上径向的)方向或其组合注射)。注射器可以相对于热气体流动切向地/轴向地、径向地或其组合定向。如本文其他地方更详细描述的，可以使用离轴注射。离轴注射可以处于大于或等于约0.1、0.5、1、2、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、89或89.5度的离轴角。备选地或附加地，离轴角可以小于或等于约89.9、89.5、89、85、80、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、15、10、5、2、1或0.5度。离轴角可以是例如约5度至约85度。可以引入(例如，附加地)切向流动以进一步加剧两个排放流之间的混合。
可以通过使用相对热气体(例如，等离子体)流动切向定向的多个注射器实现烃原料的混合(例如，在喉部或紧挨喉部的下游)。在一些实现方案中，可以使用具有合适直径(例如，喷嘴的总直径小于注射器共同位于的横截面平面的周长的约5％)的四个圆形喷嘴。在一些实现方案中，可以使用具有合适直径(例如，喷嘴直径的总和大于注射器共同位于的横截面平面的周长的约5％)的大于或等于6个喷嘴，或者其他形状的喷嘴(例如，狭缝形)。可以利用喷嘴(例如，以增加的喷嘴计数/调整的喷嘴形状配置)使得大部分氢气被困在烃原料的幕内。可以将烃与热气体(例如，等离子体)流动轴向地注射(本文也称为“轴向烃注射”)。可以将烃径向地注射。流动可以包括轴向和径向组分两者(“离轴”流动)。离轴注射可以处于例如约5度至约85度的离轴角。此外，可以引入切向流动以进一步加剧两个排放流之间的混合。在该上下文中，直径可以指不规则或规则形状的喷嘴的最大尺寸(例如，如果形状是星形，则直径在给出最大内部尺寸的星形的两个端头之间测量)。可以使用例如注射器将原料在反应器的基本上中心的位置处轴向注射，该注射器可从反应器的侧面(例如，狭窄处的上游(前方)、内部(例如，中部)或下游(后方)；喉部处或靠近喉部(例如，在收缩区域以下)或在喉部进一步的下游(例如，在反应器的发散区域)的平面上的任何地方；等等)进入，具有或不具有图2所示的轴向转向，并且可从包含一个开口或多个开口的中心注射器端头(例如，通过注射平面中的一个或多个开口)径向地向下游注射烃。烃原料的注射可以从位于中心的注射器径向向外发生或从反应器容器的壁径向向内发生。
注射器可以经由冷却液(例如，水)冷却。注射器可以通过例如水或非氧化液体(例如，矿物油、乙二醇、丙二醇、合成有机流体例如DOWTHERMTM材料等)来冷却。参见例如，共同受让的共同未决的国际专利公开号WO 2015/116800(“PLASMA GAS THROAT ASSEMBLY ANDMETHOD”)，其通过引用整体并入本文。注射器可由合适的材料制成，例如铜、不锈钢、石墨和/或其他具有高熔点和良好耐腐蚀性(例如，对于氢自由基环境)的类似材料(例如，合金)。
图6示出了根据本公开内容的反应器装置(本文也称为“装置”)600。该装置可以被配置用于实现例如热生成(例如，加热)605、注射610和反应615。例如，装置可以包括一个或多个恒定直径区域/部分、一个或多个收缩区域/部分、一个或多个发散区域/部分、一个或多个插入物或其他附加组件，或其任何组合。这样的区域/部分以及/或者插入物或其他附加组件可以以各种方式组合，以实现热生成(例如，加热)605、注射610和反应615。这样的实现方案可以包括但不限于关于如图2、图3和图4的图示表示所述的配置。例如，实现热生成605的区域/部分可以或可以不通过喉部与实现反应615的反应区域/部分隔开，注射610可以或可以不在热生成605的下游等。
可以以例如大于或等于约1标准立方米/小时(Nm3/hr)、2Nm3/hr、5Nm3/hr、10Nm3/hr、25Nm3/hr、50Nm3/hr、75Nm3/hr、100Nm3/hr、150Nm3/hr、200Nm3/hr、250Nm3/hr、300Nm3/hr、350Nm3/hr、400Nm3/hr、450Nm3/hr、500Nm3/hr、550Nm3/hr、600Nm3/hr、650Nm3/hr、700Nm3/hr、750Nm3/hr、800Nm3/hr、850Nm3/hr、900Nm3/hr、950Nm3/hr、1,000Nm3/hr、2,000Nm3/hr、3,000Nm3/hr、4,000Nm3/hr、5,000Nm3/hr、6,000Nm3/hr、7,000Nm3/hr、8,000Nm3/hr、9,000Nm3/hr、10,000Nm3/hr、12,000Nm3/hr、14,000Nm3/hr、16,000Nm3/hr、18,000Nm3/hr、20,000Nm3/hr、30,000Nm3/hr、40,000Nm3/hr、50,000Nm3/hr、60,000Nm3/hr、70,000Nm3/hr、80,000Nm3/hr、90,000Nm3/hr或100,000Nm3/hr的速率将热传递气体提供至系统(例如，提供至反应器装置)。备选地或附加地，可以以例如小于或等于约100,000Nm3/hr、90,000Nm3/hr、80,000Nm3/hr、70,000Nm3/hr、60,000Nm3/hr、50,000Nm3/hr、40,000Nm3/hr、30,000Nm3/hr、20,000Nm3/hr、18,000Nm3/hr、16,000Nm3/hr、14,000Nm3/hr、12,000Nm3/hr、10,000Nm3/hr、9,000Nm3/hr、8,000Nm3/hr、7,000Nm3/hr、6,000Nm3/hr、5,000Nm3/hr、4,000Nm3/hr、3,000Nm3/hr、2,000Nm3/hr、1,000Nm3/hr、950Nm3/hr、900Nm3/hr、850Nm3/hr、800Nm3/hr、750Nm3/hr、700Nm3/hr、650Nm3/hr、600Nm3/hr、550Nm3/hr、500Nm3/hr、450Nm3/hr、400Nm3/hr、350Nm3/hr、300Nm3/hr、250Nm3/hr、200Nm3/hr、150Nm3/hr、100Nm3/hr、75Nm3/hr、50Nm3/hr、25Nm3/hr、10Nm3/hr、5Nm3/hr或2Nm3/hr的速率将热传递气体提供至系统(例如，提供至反应器装置)。热传递气体可以分裂到一个或多个流动路径中(例如，如关于实施例1和实施例2所述)。如本文其他地方更详细描述的，在原料达到可以引发反应的温度之前，可以使用至少一部分热传递气体来稀释原料(例如，预先稀释)。可以以这样的速率组合本文所述的一种或多种原料流速将热传递气体提供至系统(例如，提供至反应装置)。可以以这样的流速(或其部分)将热传递气体(或其部分)加热到本文所述的一个或多个温度。
可以以例如大于或等于约50克/小时(g/hr)、100g/hr、250g/hr、500g/hr、750g/hr、1千克/小时(kg/hr)、2kg/hr、5kg/hr、10kg/hr、15kg/hr、20kg/hr、25kg/hr、30kg/hr、35kg/hr、40kg/hr、45kg/hr、50kg/hr、55kg/hr、60kg/hr、65kg/hr、70kg/hr、75kg/hr、80kg/hr、85kg/hr、90kg/hr、95kg/hr、100kg/hr、150kg/hr、200kg/hr、250kg/hr、300kg/hr、350kg/hr、400kg/hr、450kg/hr、500kg/hr、600kg/hr、700kg/hr、800kg/hr、900kg/hr、1,000kg/hr、1,100kg/hr、1,200kg/hr、1,300kg/hr、1,400kg/hr、1,500kg/hr、1,600kg/hr、1,700kg/hr、1,800kg/hr、1,900kg/hr、2,000kg/hr、2,100kg/hr、2,200kg/hr、2,300kg/hr、2,400kg/hr、2,500kg/hr、3,000kg/hr、3,500kg/hr、4,000kg/hr、4,500kg/hr、5,000kg/hr、6,000kg/hr、7,000kg/hr、8,000kg/hr、9,000kg/hr或10,000kg/hr的速率将原料(例如，烃)提供至系统(例如，提供至反应器装置)。备选地或附加地，可以以例如小于或等于约10,000kg/hr、9,000kg/hr、8,000kg/hr、7,000kg/hr、6,000kg/hr、5,000kg/hr、4,500kg/hr、4,000kg/hr、3,500kg/hr、3,000kg/hr、2,500kg/hr、2,400kg/hr、2,300kg/hr、2,200kg/hr、2,100kg/hr、2,000kg/hr、1,900kg/hr、1,800kg/hr、1,700kg/hr、1,600kg/hr、1,500kg/hr、1,400kg/hr、1,300kg/hr、1,200kg/hr、1,100kg/hr、1,000kg/hr、900kg/hr、800kg/hr、700kg/hr、600kg/hr、500kg/hr、450kg/hr、400kg/hr、350kg/hr、300kg/hr、250kg/hr、200kg/hr、150kg/hr、100kg/hr、95kg/hr、90kg/hr、85kg/hr、80kg/hr、75kg/hr、70kg/hr、65kg/hr、60kg/hr、55kg/hr、50kg/hr、45kg/hr、40kg/hr、35kg/hr、30kg/hr、25kg/hr、20kg/hr、15kg/hr、10kg/hr、5kg/hr、2kg/hr、1kg/hr、750g/hr、500g/hr、250g/hr或100g/hr的速率将原料(例如，烃)提供至系统(例如，提供至反应器装置)。
可以将热传递气体加热到和/或可以使原料经历大于或等于约1,000℃、1,100℃、1,200℃、1,300℃、1,400℃、1,500℃、1,600℃、1,700℃、1,800℃、1,900℃、2,000℃、2050℃、2,100℃、2,150℃、2,200℃、2,250℃、2,300℃、2,350℃、2,400℃、2,450℃、2,500℃、2,550℃、2,600℃、2,650℃、2,700℃、2,750℃、2,800℃、2,850℃、2,900℃、2,950℃、3,000℃、3,050℃、3,100℃、3,150℃、3,200℃、3,250℃、3,300℃、3,350℃、3,400℃或3,450℃的温度。备选地或附加地，可以将热传递气体加热到和/或可以使原料经历小于或等于约3,500℃、3,450℃、3,400℃、3,350℃、3,300℃、3,250℃、3,200℃、3,150℃、3,100℃、3,050℃、3,000℃、2,950℃、2,900℃、2,850℃、2,800℃、2,750℃、2,700℃、2,650℃、2,600℃、2,550℃、2,500℃、2,450℃、2,400℃、2,350℃、2,300℃、2,250℃、2,200℃、2,150℃、2,100℃、2050℃、2,000℃、1,900℃、1,800℃、1,700℃、1,600℃、1,500℃、1,400℃、1,300℃、1,200℃或1,100℃的温度。可以通过热发生器(例如，等离子体发生器)将热传递气体加热到这样的温度。可以通过热发生器将热传递气体电加热到这样的温度(例如，热发生器可以由电能驱动)。这样的热发生器可以具有合适的功率。热发生器可以被配置为在腐蚀性环境中以这样的功率持续操作例如数百或数千小时。
可以以合适的功率操作热发生器。该功率可以是例如大于或等于约0.5千瓦(kW)、1kW、1.5kW、2kW、5kW、10kW、25kW、50kW、75kW、100kW、150kW、200kW、250kW、300kW、350kW、400kW、450kW、500kW、550kW、600kW、650kW、700kW、750kW、800kW、850kW、900kW、950kW、1兆瓦(MW)、1.05MW、1.1MW、1.15MW、1.2MW、1.25MW、1.3MW、1.35MW、1.4MW、1.45MW、1.5MW、1.6MW、1.7MW、1.8MW、1.9MW、2MW、2.5MW、3MW、3.5MW、4MW、4.5MW、5MW、5.5MW、6MW、6.5MW、7MW、7.5MW、8MW、8.5MW、9MW、9.5MW、10MW、10.5MW、11MW、11.5MW、12MW、12.5MW、13MW、13.5MW、14MW、14.5MW、15MW、16MW、17MW、18MW、19MW、20MW、25MW、30MW、35MW、40MW、45MW、50MW、55MW、60MW、65MW、70MW、75MW、80MW、85MW、90MW、95MW或100MW。备选地或附加地，功率可以是例如小于或等于约100MW、95MW、90MW、85MW、80MW、75MW、70MW、65MW、60MW、55MW、50MW、45MW、40MW、35MW、30MW、25MW、20MW、19MW、18MW、17MW、16MW、15MW、14.5MW、14MW、13.5MW、13MW、12.5MW、12MW、11.5MW、11MW、10.5MW、10MW、9.5MW、9MW、8.5MW、8MW、7.5MW、7MW、6.5MW、6MW、5.5MW、5MW、4.5MW、4MW、3.5MW、3MW、2.5MW、2MW、1.9MW、1.8MW、1.7MW、1.6MW、1.5MW、1.45MW、1.4MW、1.35MW、1.3MW、1.25MW、1.2MW、1.15MW、1.1MW、1.05MW、1MW、950kW、900kW、850kW、800kW、750kW、700kW、650kW、600kW、550kW、500kW、450kW、400kW、350kW、300kW、250kW、200kW、150kW、100kW、75kW、50kW、25kW、10kW、5kW、2kW、1.5kW或1kW。
可以以例如大于或等于约1％、5％、10％、25％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％或99.9％的产率(例如，基于原料转化率、基于注射的总烃、基于碳的重量百分比或通过产物碳的摩尔数与反应物碳的摩尔数测量的碳颗粒的产率)生成碳颗粒。备选地或附加地，可以以例如小于或等于约100％、99.9％、99.5％、99％、98％、97％、96％、95％、94％、93％、92％、91％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、25％或5％的产率(例如，基于原料转化率、基于注射的总烃、基于碳的重量百分比或通过产物碳的摩尔数与反应物碳的摩尔数测量的碳颗粒的产率)生成碳颗粒。在一些实例中(例如，在一步过程中)，碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)的产率可以为至少约90％。在一些实例中(例如，在一步过程中)，基于烃原料(例如，甲烷)转化率的碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)的产率可以大于约94％或95％。在一些实例中，大于约90％的烃原料可以基于碳的重量百分比转化成碳颗粒(例如，炭黑)。在一些实例中，基于注射到反应器中的总烃，由产物碳的摩尔数与反应物碳的摩尔数测量的碳颗粒(例如，炭黑)的产率可以大于约80％。
图2示出了反应器200(的部分)的实例的横截面。在该实例中，可以通过使用三个或更多个AC电极、通过使用同心DC电极(例如，如图3和图4所示)或者通过使用电阻或感应加热器在反应器的上部生成热的热传递气体201。热的热传递气体可以包含例如，按体积计至少约50％的氢气，其可为至少约2,400℃。烃注射器202可以被冷却(例如，水冷)。烃注射器202可以从反应器的侧面进入(例如，如图所示，或在如本文其他地方所述的合适的位置处)，并且可以随后可选择地转向为相对于热传递气体(热气体)流动的轴向位置。烃注射器端头203可以包括或可以是一个开口或多个开口(例如，其可以以顺时针或逆时针流动模式注射烃(例如，以优化混合))。反应器可以包括收缩区域204。收缩区域204可导致反应器变窄。收缩区域204可导致反应器变窄，并且然后是收缩区域下游的发散区域205。参见例如共同受让的共同未决的国际专利公开号WO 2017/044594(“CIRCULAR FEW LAYER GRAPHENE”)和WO 2017/048621(“CARBON BLACK FROM NATURAL GAS”)，其各自通过引用整体并入本文。
图3示出了装置300另一实例的图示表示。热传递气体(例如，等离子体气体)301例如氧气、氮气、氩气、氦气、空气、氢气、一氧化碳、烃(例如，甲烷、乙烷、不饱和烃)等(单独使用或者以两种或更多种的混合物使用)可以被注射到由以同心方式定位在上室中的两个电极产生的环形中。等离子体形成电极可包括内电极302和外电极303。可以在两个电极之间施加足够大的电压。电极可以包含或由铜、钨、石墨、钼、银等制成。如此形成的等离子体可以进入反应区，在反应区中其可以与烃注射器305处进给的烃原料反应/相互作用，以生成碳颗粒产物(例如，炭黑产物)。容器的壁(例如，包含或由耐火材料、石墨、冷却材料等构成)可经受形成等离子体的温度。烃注射器305可以位于收缩区域307下方的喉部306处或附近的平面上的任何地方，或者喉部进一步下游的反应器的发散区域308中。例如，可以在注射平面周围同心地布置烃注射器端头。作为非限制性实例，可以有至少6个注射器和至多18个这种类型的端头、或狭槽、或连续狭槽。
图4示出了装置400另一实例的图示表示。图4分别示出了包括内电极401和外电极402的反应器的二维剖面，电极由导电材料(例如，石墨)的同心环组成。热传递气体(例如，等离子体气体)407可以流过两个电极之间的环形，电弧可以随后在该环形激发气体进入等离子体状态。可以通过使用磁场来控制电弧，其使电弧在电极端头周围以环形方式快速移动。在该实例中，可以经由烃注射器403通过同心电极的中心在烃注射器403(例如，在烃注射器的端头404)处注射烃。在一些实例中，注射器403可以是例如水冷的。烃注射器的端头可以放置在电极底平面上方的点处，或者其可以在该平面下方，或在同一平面上(例如，在与该平面相同的高度上)。在一些实现方案中(例如，可选地)，装置可以包括导致反应器变窄的收缩区域405，并且然后是收缩区域下游的发散区域406。
虽然如图2、图3和图4所示的反应器的实例具有向下流动的垂直取向，但还可以使用向上流动或水平的反应器取向。
本公开内容的热发生器(例如，等离子体发生器)、热生成部分(例如，等离子体生成部分)、热激活部分(例如，热激活室，例如等离子体室)、喉部和/或注射区(或其部分)可以包含或由例如铜、钨、石墨、钼、铼、氮化硼、镍、铬、铁、银、或其合金制成。
本公开内容的系统可以包括反应器装置。反应器装置可以如本文其他地方所述(例如，关于图2、图3、图4和图6)。可能有必要对本文所述的系统和方法进行一些修改和/或调整，以实现本文所述的一些颗粒性质和/或性质的组合。
本公开内容的系统可以被配置用于实现封闭的过程。这样的封闭的颗粒生成系统可以包括例如封闭的颗粒生成反应器。封闭过程可以包括热发生器(例如，等离子体发生器)、反应室、主过滤器和脱气室。封闭过程可以包括例如热发生器(例如，等离子体发生器)、反应室、喉部和/或其他区域(例如，如关于图6所述)、主过滤器和脱气室。这些组件可以基本上不含氧气或其他大气气体。过程(或其部分)可以只允许给定的气氛。例如，在封闭过程中，可以将氧气排除或者剂量控制在例如按体积计小于约5％的受控的量。系统(过程)可以包括热发生器(例如，等离子体发生器)、热激活室(例如，等离子体室)、喉部和/或其他区域(例如，如关于图6所述)、炉或反应器、热交换器(例如，与反应器连接)、主过滤器(例如，与热交换器连接)、脱气(例如，产物惰化)装置(例如，室)(例如，与过滤器连接)以及后端中的一种或多种。后端可以包括制粒机(例如，与脱气装置连接)、粘合剂混合(例如，粘合剂和水)槽(例如，与制粒机连接)和干燥器(例如，与制粒机连接)中的一种或多种。作为其他组件的非限制性实例，可以(例如，可选地)添加输送过程、过程过滤器、旋风分离器、分级机和/或锤磨。后端组件的进一步实例可如本文其他地方提供。还参见例如，美国专利号3,981,659(“APPARATUS FOR DRYING CARBON BLACK PELLETS”)、3,309,780(“PROCESS ANDAPPARATUS FOR DRYING WET PARTICULATE SOLIDS”)和3,307,923(“PROCESS ANDAPPARATUS FOR MAKING CARBON BLACK”)，其各自通过引用整体并入本文。
图1示出了被配置用于实现本公开内容的过程的系统100的实例。系统可以包括热激活室(例如，等离子体室)105、喉部和/或其他区域110、反应器115、热交换器120、过滤器125、脱气130、后端135或其组合。
图5示出了过程500的流程图的实例。该过程可以通过向热气体添加烃(例如，热量+烃)501来开始(例如，如关于图2、图3、图4和图6中的结合热气体和烃(例如，烃前体)的方法的实例所述)。过程可以包括加热气体(例如，热传递气体)、向热气体添加烃(例如，501)、穿过反应器502以及使用热交换器503、过滤器504、脱气(例如，脱气室)505和后端506中的一种或多种的步骤中的一个或多个。热气体可以是平均温度约2,200℃以上的热气体流。热气体可以具有如本文其他地方所述的组成(例如，热气体可包含按体积计大于50％的氢气)。在一些实现方案中，本文所述的过程可以基本上不含大气氧气(本文也称为“基本上无氧”)。该过程可以包括加热气体(例如，包含按体积计50％或更多的氢气)然后在501将该热气体添加至烃。可以(例如，还)通过来自反应器壁的潜在辐射热提供热量。这可以通过经由外部提供的能量加热壁或通过从热气体加热壁来实现。热量可以从热气体转移到烃原料。这可在向反应器或反应区502中的热气体添加烃原料后立即发生。烃可在完全转化为碳颗粒(例如，炭黑)之前开始裂解和分解。脱气(例如，脱气单元)505可以例如描述于共同受让的共同未决的国际专利公开号WO 2016/126599(“CARBON BLACK GENERATING SYSTEM”)，其通过引用整体并入本文。后端506可以包括例如制粒机、粘合剂混合槽(例如，与制粒机连接)和干燥器(例如，与制粒机连接)中的一种或多种。
在一些实例中，本文所述的系统/过程可以包括在反应器或系统(例如，在反应器115和/或502)前端处的过滤器。前端过滤器可以例如从进入反应器的一个或多个材料流去除硫杂质。这样的硫杂质可以包括例如，硫化氢、硫化碳、硫醇中的硫、硫化铁和/或其他硫化合物。过滤器可以使用例如胺洗涤和/或其他技术去除这样的杂质。过滤器可以从原料流去除硫杂质。过滤器可以耦合到例如原料注射器(例如，耦合到反应器原料注射器的入口)。过滤器可以去除过滤器之前的材料流(例如，原料流)中存在的例如至少约1％、2％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、99％、99.9％或100％的硫含量(例如，按质量计)。此外，在一些情况下，过滤器可以去除过滤器之前的原料流中存在的至多约99.9％、99％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％或5％的硫含量(例如，按质量计)。在穿过过滤器后，材料流(例如，原料)可包含例如小于或等于约5％、2％、1％、0.75％、0.5％、0.4％、0.3％、0.2％、0.1％、0.09％、0.08％、0.07％、0.06％、0.05％、0.04％、0.03％、0.02％、0.01％、50ppm、45ppm、40ppm、35ppm、30ppm、25ppm、20ppm、15ppm、10ppm、5ppm、1ppm、0.5ppm或0.1ppm的硫(例如，按重量计)。备选地或附加地，在穿过过滤器后，材料流(例如，原料)可包含例如大于或等于约0ppm、0.1ppm、0.5ppm、1ppm、5ppm、10ppm、15ppm、20ppm、25ppm、30ppm、35ppm、40ppm、45ppm、50ppm、0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.75％、1％或2％的硫(例如，按重量计)。本文所述的系统/过程可用于产生如本文其他地方所述的具有元素硫含量的颗粒。在一些实例中，本文所述的系统/过程可用于产生元素硫含量小于或等于5ppm或1ppm的颗粒。
反应产物可以在制造后冷却。可以用骤冷冷却反应产物。例如，可以用包含大部分氢气的骤冷。可以将骤冷注射到过程的反应器部分。可以使用热交换器冷却过程气体。在热交换器中，过程气体可以暴露于大量的表面积从而允许冷却，同时产物流可以同时地传输通过过程。在本公开内容的过程中，反应器中的热交换器可比例如炉过程更有效(例如，由于本文所述的过程中升高的温度)。热交换器(例如，热交换器120)可以被配置为例如以下所述：国际专利公开号WO 2016/126599(“CARBON BLACK GENERATING SYSTEM”)和WO 2017/034980(“HIGH TEMPERATURE HEAT INTEGRATION METHOD OF MAKING CARBON BLACK”)，其各自通过引用整体并入本文。对于给定的配置，去除的能量可取决于例如操作条件和/或等级。
碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以在离开反应器并与热交换器接触的热气体的排出流的掺和物中/与该排出流的掺和物中产生。热交换器可以使气体的排出流和碳颗粒(例如，炭黑颗粒)的热能减少大于约5000千焦/千克(kJ/kg)碳颗粒(例如，炭黑颗粒)。气体的排出流和碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以(例如，随后)穿过过滤器，该过滤器允许50％以上的气体穿过，将基本上所有的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)捕获在过滤器上。可以在过滤器上捕获按重量计至少约98％的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)。
碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以在离开反应器并与热交换器接触的包含可燃气体的热气体的排出流的掺和物中产生。包含可燃气体的热气体排出流可以(例如，随后)穿过过滤器，将基本上所有的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)捕获在过滤器上。气体可以(例如，随后)穿过脱气装置，在脱气装置中可燃气体的量减少到按体积计小于约10％。可燃气体可以包括或可以是氢气。
碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以在离开反应器并与热交换器接触的包含可燃气体的热气体的排出流的掺和物中产生。混合物可以(例如，随后)穿过过滤器，将基本上所有的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)捕获在过滤器上。伴有残余气体的碳颗粒(例如，炭黑)可以(例如，随后)穿过脱气装置，在脱气装置中可燃气体的量减少到按体积计少于约10％。碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以(例如，随后)通过粘合剂与水混合并随后形成丸粒，然后在干燥器中除去大部分的水。
氢气和/或其他可燃气体可以从碳颗粒和/或碳颗粒附聚物(例如，炭黑附聚物)产物流(例如，在等离子体焰炬反应器系统中，或用于制备碳颗粒的其他系统中形成的，该系统导致在形成碳颗粒中所产生的气体包含大于约40％的可燃气体)的孔隙和/或填隙空间分离(例如，在脱气130中)。这样的过程可产生碳(例如，炭黑)，其可被过滤或以其他方式从尾气的本体分离，使得在颗粒和/或附聚物的孔隙和/或填隙空间中充满可燃气体(例如，对下游大气设备构成重大安全危害)。可以从碳(例如，炭黑)颗粒和/或附聚物的孔隙和/或填隙空间去除这样的可燃气体(例如，以保护在空气或者空气混合物中加工碳(例如，炭黑)的下游设备)。
一步过程可以包含反应物和产物直至完成脱气步骤以去除烃原料(例如，甲烷)裂解产生的可燃气体(例如，氢气)。氢气这种高度可燃的气体可以从如此产生的碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)分离，以便操作碳纳米颗粒。例如，如果氢气水平降低到例如按体积计小于百分之20，则可以认为脱气完成。
产生的碳颗粒和/或附聚物(例如，炭黑)可在其孔隙和/或填隙空间中包含高浓度的可燃气体，该可燃气体可以随后通过用例如惰性气体置换而去除(例如，从而使碳颗粒(例如，炭黑)在下游设备中安全加工)。惰性气体可以是例如氮气、稀有气体、蒸汽或二氧化碳。惰性气体可以是稀有气体、氮气、蒸汽、和/或二氧化碳中的两种或更多种的混合物。从碳颗粒(例如，炭黑)去除可燃气体(例如，氢气)可以是挑战性的，特别是在旋风分离器、袋滤器或其他初级分离设备中进行整体分离后在碳颗粒和/或附聚物(例如，炭黑)的孔隙和/或填隙空间和结构中剩余的较少量的情况下。可燃气体的浓度可大于按干基体积计约30％。
可以通过例如改变压力或温度、或者将产生的碳颗粒(例如，炭黑)排放到向上流动的惰性气体流中，来从颗粒和/或颗粒附聚物(例如，炭黑附聚物)的孔隙和/或填隙空间去除可燃气体。可以将产生的碳颗粒(例如，炭黑)排放到向上流动的惰性气体流中，使得孔隙和/或填隙空间中(例如，颗粒和/或附聚物的孔隙和/或填隙空间中)包含的可燃气体(例如，氢气)扩散到惰性气体中。可以通过惰性气体(例如，氮气)的逆流流动回收截留在碳颗粒和/或碳颗粒(例如，炭黑)附聚物(例如，在用于制备碳颗粒的等离子体焰炬系统和/或其他高强度系统中产生)的孔隙和/或填隙空间中的可燃气体(例如，氢气)。在一些实例中，逆流配置可以设置碳颗粒(例如，炭黑)落入的向上流动的惰性气体。当从主单元过滤器(例如，过滤器125)排放碳颗粒(例如，炭黑)时，可以将碳颗粒(例如，炭黑)送入向上流动的惰性气体流中。当碳颗粒(例如，炭黑)向下通过惰性气体时，氢气可以扩散出颗粒和/或附聚物的孔隙和/或填隙空间进入惰性气体中。氢气和其他可燃气体的浮力可有助于该过程。在一些实例中，逆流配置可导致惰性气体(例如，氮气)的最少使用，来自该过程的逸出气体流中可燃气体的最高浓度以及该过程连续完成。可以使用绝对压力的变化用惰性气体替换可燃气体。可以通过氮气或其他惰性气体的变压去除可燃气体(例如，氢气)，使得压力的每次变化(例如，从多个大气压降低到较低的压力或甚至真空)可用惰性气体置换至少一部分可燃气体。变压脱气可能需要压力容器来容纳使用变压所必需的压力变化。如果变压使用了真空来代替或补充变压，则变压脱气可能需要压力容器。虽然这样的变压是不连续的，但其可以在短时间段内发生，从而导致产物在相对较短的时间段内惰化。用于改变压力或提供向上流动惰性气体的惰性气体可以包括例如氮气、稀有气体(氦气、氖气、氩气、氪气、氙气等)或其任何组合。可以通过温度变化(例如，变温)来去除可燃气体。变温可以(例如，还)有效地置换孔隙和/或填隙可燃气体，但可能比变压或逆流方法花费更长的时间。可以通过仅将产物留在过滤器中过夜使得可燃气体(例如，氢气)随时间扩散出来去除可燃气体(例如，氢气)。可以通过使气体流过颗粒(例如，炭黑)的团块或流过流态化颗粒(例如，流态化碳颗粒(例如，炭黑)，例如碳颗粒(例如，炭黑)的流化床)来去除可燃气体。可以通过用惰性气体(例如，氩气)稀释来去除可燃气体。惰化可以指将可燃气体去除到安全的水平(例如，无法发生爆炸)。惰化可以指创造惰性环境。在一些实例中，去除可燃气体可以指减少可燃气体(例如，减少到可接受的体积百分比)。
反应器的后端(例如，后端135)可以包括制粒机、干燥器和/或装袋器作为组件的非限制性实例。可以添加或去除更多组件或更少组件。例如，制粒机的实例可见于美国专利公开号2012/0292794(“PROCESS FOR THE PREPARATION OF CARBON BLACK PELLETS”)，其通过引用整体并入本文。对于制粒机，可以将水、粘合剂和碳颗粒(例如，炭黑)一起添加到针型制粒机中，通过制粒机加工，然后干燥。粘合剂:碳颗粒(例如，粘合剂:炭黑)的比率可小于约0.1:1，并且水:碳颗粒(例如，水:炭黑)的比率可在约0.1:1至约3:1的范围内。粘合剂可以例如如本文其他地方所述(例如，无灰分粘合剂)。碳颗粒(例如，炭黑)还可以穿过分级机、锤磨和/或其他大小减小设备(例如，以便减少产物中砂砾的比例)。在实例中，对于需要约1.2kg水/kg碳颗粒(例如，炭黑)(例如，120DBP)的碳颗粒(例如，炭黑)，能量流可以为约3500kJ/kg。DBP较低的碳颗粒(例如，炭黑)可以使用较少的水来制备可接受质量的丸粒，因此可能需要较少的热量。可以加热制粒介质(例如，水)(例如，使得碳(例如，炭黑)以较高的温度进入干燥器)。或者，该过程可以使用干燥的制粒过程，其中旋转的滚筒使产物致密化。对于一些用途，未制粒的碳颗粒(例如，未制粒的炭黑)、所谓的松散碳颗粒(例如，松散的炭黑)或已被研磨回松散状态的制粒的碳颗粒(例如，制粒的炭黑)也是可接受的。
制粒机可以使用油制粒过程。油制粒过程的实例可以见于美国专利号8,323,793(“PELLETIZATION OF PYROLYZED RUBBER PRODUCTS”)，其通过引用整体并入本文。油制粒可有利地用于产生低灰分/低砂砾的本文其他地方更详细描述的碳颗粒(例如，具有小于约0.05％的灰分和/或小于约5ppm的砂砾(例如，325目)的碳颗粒)。油制粒可不向碳颗粒添加任何灰分。可以将粘合剂油(例如，高级芳烃油、环烷油和石蜡油中的至少一种)和碳颗粒一起添加到制粒机中。可以将粘合剂油添加到具有碳颗粒的混合器中(例如，按重量计至多约15％的粘合剂油的量)，以形成制粒的碳颗粒(例如，制粒的炭黑)。或者，可使用蒸馏水和无灰分粘合剂如糖来产生低灰分/低砂砾的如本文其他地方更详细描述的碳颗粒(例如，具有小于约0.05％的灰分和/或小于约5ppm的砂砾(例如，325目)的碳颗粒)。用蒸馏水和无灰分粘合剂如糖制粒可不向碳颗粒添加任何灰分。无灰分粘合剂的其他实例可以包括但不限于聚乙二醇和/或聚氧乙烯(例如，环氧乙烷的聚合物，例如
Figure BDA0002469062920000841
和/或
Figure BDA0002469062920000842
材料)。
干燥器可以是例如间接的(例如，间接点火或以其他方式加热的，例如通过与系统中的一种或多种流体进行热交换来代替燃烧)旋转干燥器。干燥器可以使用空气、过程气体和吹扫气体中的一种或多种来加热(例如，制粒的)碳颗粒。在一些实例中，可以仅使用吹扫气体。在一些实例中，可以使用有或没有吹扫气体的空气。在一些实例中，可以使用有或没有吹扫气体的过程气体。在一些实例中，可以使用有或没有吹扫气体的空气和过程气体。干燥器可以被配置用于并流或逆流操作(例如，与吹扫气体)。
例如，干燥器可以是带有并流吹扫气体(向干燥器直接添加气体)的间接点火旋转干燥器。可以将吹扫气体和热气体并流提供给干燥器。潮湿的碳颗粒(例如，炭黑)可以在不暴露于热空气中的全部氧气含量的情况下干燥(例如，因为这样的暴露可引起火灾)。将吹扫气体和热空气以并流的方式提供给干燥器可以限制碳颗粒(例如，炭黑)外部的最高温度，否则当内部潮湿时可变得过热。在一些情况下，干燥器的逆流操作可更加能量有效和容量有效。向桶体添加空气可使干燥器更具热效率，并且可导致更高的容量。但是，如果干燥器筒体速度过高，其可将丸粒扫出干燥器，从而导致到达吹扫过滤器并返回制粒机的再循环较高(例如，从而降低效率和容量)。其还可向碳颗粒(例如，炭黑)表面添加过多的氧。用过的(例如，较冷的)空气向干燥器筒体的添加可能是有限的(例如，以便在大体上蒸汽的气氛中提供有限的氧化)。在向干燥器给予热量后，空气可仍含有大量的能量。在一些实例中，空气可处于大约350℃的温度下。该气体可被引导至例如锅炉(例如，为了能量效率的目的)。如本文其他地方所述，可以使用过程气体(例如，来自脱气单元)干燥颗粒(例如，与空气和/或吹扫气体组合)。例如，过程气体可以代替热空气(例如，与吹扫气体并流)或与热气体组合用于干燥颗粒。
可以将碳颗粒(例如，炭黑)干燥到约150℃至约400℃的温度。在一些实例中，可以将碳颗粒(例如，炭黑)干燥到至少约250℃(例如，以确保中心是干燥的)。可以控制干燥器中的气氛。可以控制干燥器中的气氛，例如，以影响碳颗粒(例如，炭黑)表面处的氧化或者以维持碳颗粒(例如，炭黑)的原始“死”表面。“死”表面的特征可以在于当暴露于一定范围的相对湿度(RH)条件下(例如，约0％至约80％的RH)时不具有大量的水分吸收。如本文其他地方更详细描述的，来自本公开内容的过程的碳颗粒(例如，炭黑)可以制备成原始的(例如，表面官能团可能未形成，且材料可具有“死”表面)，并可以包含例如按重量计小于约0.2％的氧(例如，最终产物中可能没有表面氧官能团)。氧化(例如，非无氧)气氛可包含例如按体积计大于约5％或10％的氧气。对于少量的氧化，可以将气氛控制为例如按体积计约1％至约10％的氧气。因此，与其中所制备的颗粒非原始的过程相比(例如，与炉法炭黑相比，其中虽然炉法炭黑可在该步骤中进一步氧化，但其在干燥器中无法更原始，因为从炭黑表面去除天然氧所需的温度大于700℃)，本公开内容的碳颗粒(例如，炭黑)可具有增加的能力和可修整性。备选地或附加地，本文所述的系统和方法可以适用于控制和/或修改(例如，在碳颗粒例如炭黑颗粒上赋予一定程度和/或密度的功能化)碳颗粒(例如，炭黑)的表面化学(例如，表面组成、WSP、表面官能团的量或密度等)，描述于例如共同受让的共同未决的国际专利公开号WO 2017/027385(“METHOD OF MAKING CARBON BLACK”)，其通过引用整体并入本文。
本公开内容可以提供极高纯度的产物(例如，本文所述的过程可以提供具有低污染物和/或杂质的产物，例如最终产物中颗粒的表面和主体没有大量的硫、氧、过渡金属和/或耐火的炉杂质(例如，二氧化硅、氧化铝))。通过对所有结构材料的仔细考虑，可以大规模地生产更加纯净的产物(例如，通过使用如本文所述的天然气与仔细操纵结构材料的组合，可以实现大规模的更加纯净的产物)，例如，将由碳钢制成或包含碳钢的给定部件替换为由不锈钢制成或包含不锈钢的部件，用高耐磨性陶瓷衬垫陶瓷部件，用碳质材料(例如，硬化环氧树脂、石墨和/或其他这样的不对产物带来杂质的非多孔材料)衬垫特定区域，用碳化钨和/或其他合适的材料替换硬化不锈钢，等等。
实施例
实施例1
使用类似于图4所示的设置来制造碳颗粒，其中烃注射器插入两个同心电极的中心。注射器端头处于电极平面上方14英寸处，并且电极以650kW工作。烃在电极之间的环形内的流速为90Nm3/hr(标准立方米/小时)，并且电极外部的屏蔽流为242Nm3/hr。以88kg/时的速率注射天然气。基于甲烷转化率的碳纳米颗粒的产率大于95％。
本实施例中碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)的样品具有24.5m2/g的N2SA、26.5m2/g的STSA、70ml/100g的DBP、6.8nm的Lc、0.347nm的d002、0.13(总样品百分比)的S含量、0.09(总样品百分比)的H含量、0.16(总样品百分比)的N含量以及0.16(总样品百分比)的O含量。参考炭黑(例如，炉黑对应物)的样品具有26.2m2/g的N2SA、25.6m2/g的STSA、65ml/100g的DBP、2.6nm的Lc、0.358nm的d002、1.57(总样品百分比)的S含量、0.26(总样品百分比)的H含量、0.08(总样品百分比)的N含量以及0.52(总样品百分比)的O含量。
实施例2
使用类似于图4所示的设置来制造碳颗粒，其中烃注射器插入两个同心电极的中心。注射器端头处于电极平面上方14英寸处，并且电极以850kW工作。烃在电极之间的环形内的流速为235Nm3/hr(标准立方米/小时)，并且电极外部的屏蔽流为192Nm3/hr。以103kg/时的速率注射天然气。基于甲烷转化率的碳纳米颗粒的产率大于94％。
本实施例中碳颗粒(例如，碳纳米颗粒)的样品具有45.6m2/g的N2SA、48.8m2/g的STSA、135ml/100g的DBP、6.9nm的Lc、0.346nm的d002、0.15(总样品百分比)的S含量、0.09(总样品百分比)的H含量、0.2(总样品百分比)的N含量以及0.11(总样品百分比)的O含量。参考炭黑(例如，炉黑对应物)的样品具有38.8m2/g的N2SA、38.4m2/g的STSA、120ml/100g的DBP、2.5nm的Lc、0.359nm的d002、2.10(总样品百分比)的S含量、0.27(总样品百分比)的H含量、0.12(总样品百分比)的N含量以及0.87(总样品百分比)的O含量。
实施例3
根据本公开内容产生的1000kg的钨(W)和62.5kg的碳颗粒(例如，炭黑)的混合物通过球磨混合4小时。然后将该混合物装入石墨舟中，并装载到氢气炉中，并在1600℃下加热3小时。所得碳化钨(WC)具有6.13％的碳浓度。如本文其他地方所述，制备具有6％的钴(Co)的硬质合金。WC-6Co-0.2VC的所得物理性质如下：密度14.95g/ml，矫顽力358Oe，线性收缩18.6％，硬度93.5Ra。
本公开内容的系统和方法可以与其他系统和/或方法组合或者由其修改，如以下中描述的化学处理和加热方法、化学处理系统、反应器和等离子体焰炬：美国专利公开号US2015/0210856和国际专利公开号WO 2015/116807(“SYSTEM FOR HIGH TEMPERATURECHEMICAL PROCESSING”)、美国专利公开号US 2015/0211378(“INTEGRATION OF PLASMAAND HYDROGEN PROCESS WITH COMBINED CYCLE POWER PLANT,SIMPLE CYCLE POWER PLANTAND STEAM REFORMERS”)、国际专利公开号WO 2015/116797(“INTEGRATION OF PLASMA ANDHYDROGEN PROCESS WITH COMBINED CYCLE POWER PLANT AND STEAM REFORMERS”)、美国专利公开号US 2015/0210857和国际专利公开号WO 2015/116798(“USE OF FEEDSTOCK INCARBON BLACK PLASMA PROCESS”)、美国专利公开号US 2015/0210858和国际专利公开号WO2015/116800(“PLASMA GAS THROAT ASSEMBLY AND METHOD”)、美国专利公开号US 2015/0218383和国际专利公开号WO 2015/116811(“PLASMA REACTOR”)、美国专利公开号US2015/0223314和国际专利公开号WO 2015/116943(“PLASMA TORCH DESIGN”)、国际专利公开号WO 2016/126598(“CARBON BLACK COMBUSTABLE GAS SEPARATION”)、国际专利公开号WO 2016/126599(“CARBON BLACK GENERATING SYSTEM”)、国际专利公开号WO 2016/126600(“REGENERATIVE COOLING METHOD AND APPARATUS”)、美国专利公开号US 2017/0034898和国际专利公开号WO 2017/019683(“DC PLASMA TORCH ELECTRICAL POWER DESIGN METHODAND APPARATUS”)、美国专利公开号US 2017/0037253和国际专利公开号WO 2017/027385(“METHOD OF MAKING CARBON BLACK”)、美国专利公开号US 2017/0058128和国际专利公开号WO 2017/034980(“HIGH TEMPERATURE HEAT INTEGRATION METHOD OF MAKING CARBONBLACK”)、美国专利公开号US 2017/0066923和国际专利公开号WO 2017/044594(“CIRCULARFEW LAYER GRAPHENE”)、美国专利公开号US20170073522和国际专利公开号WO 2017/048621(“CARBON BLACK FROM NATURAL GAS”)、美国专利号1,339,225(“PROCESS OFMANUFACTURING GASEOUS FUEL”)、美国专利号7,462,343(“MICRO-DOMAIN GRAPHITICMATERIALS AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME”)、美国专利号6,068,827(“DECOMPOSITION OF HYDROCARBON TO CARBON BLACK”)、美国专利号7,452,514(“DEVICEAND METHOD FOR CONVERTING CARBON CONTAINING FEEDSTOCK INTO CARBON CONTAININGMATERIALS,HAVING A DEFINED NANOSTRUCTURE”)、美国专利号2,062,358(“CARBON BLACKMANUFACTURE”)、美国专利号4,199,545(“FLUID-WALL REACTOR FOR HIGH TEMPERATURECHEMICAL REACTION PROCESSES”)、美国专利号5,206,880(“FURNACE HAVING TUBES FORCRACKING HYDROCARBONS”)、美国专利号4,864,096(“TRANSFER ARC TORCH AND REACTORVESSEL”)、美国专利号8,443,741(“WASTE TREATMENT PROCESS AND APPARATUS”)、美国专利号3,344,051(“METHOD FOR THE PRODUCTION OF CARBON BLACK IN A HIGH INTENSITYARC”)、美国专利号2,951,143(“ARC TORCH”)、美国专利号5,989,512(“METHOD AND DEVICEFOR THE PYROLYTIC DECOMPOSITION OF HYDROCARBONS”)、美国专利号3,981,659(“APPARATUS FOR DRYING CARBON BLACK PELLETS”)、美国专利号3,309,780(“PROCESSAND APPARATUS FOR DRYING WET PARTICULATE SOLIDS”)、美国专利号3,307,923(“PROCESS AND APPARATUS FOR MAKING CARBON BLACK”)、美国专利号8,501,148(“COATING COMPOSITION INCORPORATING A LOW STRUCTURE CARBON BLACK AND DEVICESFORMED THEREWITH”)、PCT专利公开号WO 2013/185219(“PROCESSES FOR PRODUCINGCARBON BLACK”)、美国专利号8,486,364(“PRODUCTION OF GRAPHENIC CARBON PARTICLESUTILIZING METHANE PRECURSOR MATERIAL”)、中国专利公开号CN103160149(“CARBONBLACK REACTION FURNACE AND CARBON BLACK PRODUCTION METHOD”)、美国专利公开号2012/0292794(“PROCESS FOR THE PREPARATION OF CARBON BLACK PELLETS”)、美国专利公开号2005/0230240(“METHOD AND APPARATUS FOR CARBON ALLOTROPES SYNTHESIS”)、英国专利公开号GB1400266(“METHOD OF PRODUCING CARBON BLACK BY PYROLYSIS OFHYDROCARBON STOCK MATERIALS IN PLASMA”)、美国专利号8,771,386(“IN-SITUGASIFICATION OF SOOT CONTAINED IN EXOTHERMICALLY GENERATED SYNGAS STREAM”)以及美国专利号8,323,793(“PELLETIZATION OF PYROLYZED RUBBER PRODUCTS”)，其各自通过引用整体并入本文。
因此，本发明的范围应包括可落入所附权利要求书范围内的所有修改和变化。考虑到本文公开的本发明的说明书和实践，本发明的其他实施方案对于本领域技术人员而言将会是容易理解的。旨在说明书和实例仅被认为是示例性的，本发明的真实范围和精神由所附权利要求书指示。

Claims (41)

1.一种碳纳米颗粒，其中所述碳纳米颗粒由气相前体制备并且具有大于3.0nm的Lc，并且其中所述碳纳米颗粒掺和在与金属或金属氧化物粉末的掺和物中以便：
(a)还原所述金属、金属氧化物或所述金属的金属氧化物表面；和/或
(b)掺入所述金属中并成为产物的一部分。
2.根据权利要求1所述的碳纳米颗粒，其中所述Lc大于约4nm。
3.根据权利要求1所述的碳纳米颗粒，其中所述碳纳米颗粒具有小于100ml/100g的DBP。
4.根据权利要求1所述的碳纳米颗粒，其中所述碳纳米颗粒具有大于10m2/g且小于100m2/g的氮表面积(N2SA)。
5.多个根据权利要求1所述的碳纳米颗粒，其中所述碳颗粒具有：
(i)约23m2/g至约35m2/g的氮表面积(N2SA)和约59ml/100g至约71ml/100g的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸收，或约19m2/g至约39m2/g的N2SA和约55ml/100g至约75ml/100g的DBP；
(ii)约29m2/g至约41m2/g的N2SA和约84ml/100g至约96ml/100g的DBP吸收，或约25m2/g至约45m2/g的N2SA和约80ml/100g至约100ml/100g的DBP；
(iii)约34m2/g至约46m2/g的N2SA和约115ml/100g至约127ml/100g的DBP，或约30m2/g至约50m2/g的N2SA和约111ml/100g至约131ml/100g的DBP；或者
(iv)约2m2/g至约14m2/g的N2SA，和约37ml/100g至约49ml/100g或约33ml/100g至约53ml/100g的DBP。
6.多个根据权利要求1所述的碳纳米颗粒，其中所述碳纳米颗粒是松散的、未制粒的。
7.根据权利要求6所述的多个碳纳米颗粒，其中所述碳纳米颗粒具有大于0.2ml/g的倾注密度。
8.多个根据权利要求1所述的碳纳米颗粒，其中所述碳纳米颗粒是制粒的。
9.根据权利要求8所述的多个碳纳米颗粒，其中用(i)水，(ii)油或(iii)具有粘合剂的水将所述碳纳米颗粒制粒。
10.多个根据权利要求1所述的碳纳米颗粒，其中所述碳纳米颗粒具有小于0.02％的灰分水平。
11.多个根据权利要求1所述的碳纳米颗粒，其中所述碳纳米颗粒中金属的个体水平各自小于5ppm。
12.根据权利要求11所述的多个碳纳米颗粒，其中所述金属包括铁(Fe)、钼(Mo)、铌(Nb)、钒(V)、铬(Cr)、镍(Ni)和/或钴(Co)。
13.根据权利要求1所述的碳纳米颗粒，其中所述碳纳米颗粒具有小于50ppm的硫水平。
14.根据权利要求13所述的碳纳米颗粒，其中所述碳纳米颗粒具有小于约5ppm硫的硫水平。
15.根据权利要求4所述的碳纳米颗粒，其中与参考材料相比，所述碳纳米颗粒的所述Lc和所述表面积实现更低的反应温度和/或更快的反应速率以形成所述产物，并且其中所述产物是最终的金属整体。
16.多个根据权利要求1所述的碳纳米颗粒，其中所述碳纳米颗粒具有大于99.5％的碳百分比。
17.根据权利要求1所述的碳纳米颗粒，其中所述碳纳米颗粒是炭黑。
18.根据权利要求1所述的碳纳米颗粒，其中所述产物是金属、金属碳化物或金属碳氮化物。
19.根据权利要求18所述的碳纳米颗粒，其中所述产物是碳钢。
20.根据权利要求18所述的碳纳米颗粒，其中所述产物是碳化钨。
21.一种通过加热权利要求1所述的掺和物产生的金属整体。
22.根据权利要求21所述的金属整体，其中所述金属整体具有小于10％的孔隙度。
23.根据权利要求21所述的金属整体，其中所述金属整体的碳含量与所述金属整体的目标碳含量相差小于1％。
24.根据权利要求21所述的金属整体，其中所述金属整体具有在参考材料的10％以内的改进的热导率。
25.根据权利要求21所述的金属整体，其中所述金属整体具有在参考材料的10％以内的改进的硬度。
26.根据权利要求21所述的金属整体，其中如通过总氧含量所测量，所述金属整体具有比参考材料更少的金属氧化物夹杂物。
27.根据权利要求21所述的金属整体，其中如通过XRD所测量，所述金属整体是金属碳化物，并且其中所述金属碳化物的晶粒生长小于所述金属或金属氧化物的原始晶粒大小的20％。
28.根据权利要求21所述的金属整体，其中所产生的碳化钨硬质合金具有在以下性质的正负20％以内的性质：14.95g/ml的密度、358Oe的矫顽力、18.6％的线性收缩和93.5Ra的硬度。
29.一种方法，包括：
提供碳纳米颗粒，其中所述碳纳米颗粒由气相前体制备并且具有大于3.0nm的Lc；
提供金属、准金属、金属氧化物或准金属氧化物；以及
将所述碳纳米颗粒与所述金属、准金属、金属氧化物或准金属氧化物掺和，以便(i)还原所述金属、准金属、金属氧化物、准金属氧化物、所述金属的金属氧化物表面或所述准金属的准金属氧化物表面，和/或(ii)将所述碳纳米颗粒掺入所述金属或准金属中，使其成为产物的一部分。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述金属、准金属、金属氧化物或准金属氧化物是粉末。
31.根据权利要求29所述的方法，其中所述碳纳米颗粒以及所述金属、准金属、金属氧化物或准金属氧化物通过粉末冶金(PM)进行处理。
32.根据权利要求29所述的方法，其中所述产物是金属、准金属、金属碳化物、准金属碳化物、陶瓷金属(金属陶瓷)、陶瓷准金属、金属氮化物或准金属氮化物。
33.根据权利要求29所述的方法，其中所述产物是粉末。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述产物是碳化钨。
35.根据权利要求29所述的方法，其中所述产物烧结在一起。
36.根据权利要求35所述的方法，其中所述产物是PM烧结钢。
37.根据权利要求29所述的方法，其中所述产物是碳化钨(WC)、碳化硼(B4C)、碳化钒(VC)、碳化铬(Cr2C3)、碳化硅(SiC)、硅(Si)和/或铁(Fe)和/或其不锈钢合金。
38.根据权利要求29所述的方法，其中所述碳纳米颗粒是炭黑。
39.一种方法，包括：
提供碳纳米颗粒，其中所述碳纳米颗粒由气相前体制备并且具有大于3.0nm的Lc；
提供包含金属或准金属的材料；以及
将所述碳纳米颗粒与包含所述金属或准金属的所述材料掺和，以便产生所述碳纳米颗粒与包含所述金属或准金属的所述材料的反应产物。
40.根据权利要求39所述的方法，其中所述反应产物包括Al4C3、As2C6、Be2C、B4C、CaC2、CrC、Cr3C2、Cr4C、Cr7C3、Cr23C6、Co3C、Co6W6C、HfC、FeC、Fe2C、Fe3C、Fe5C2、Fe7C3、Fe23C2、LaC2、Mn3C、Mn23C6、MgC2、MoC、Mo2C、Mo23C6、NiC、Ni3C、NbC、Nb2C、PuC、Pu2C3、ScC、SiC、TaC、Ta2C、ThC、ThC2、TiC、WC、W2C、UC、UC2、U2C3、VC、V2C、ZrC和/或其碳氮化物。
41.根据权利要求39所述的方法，其中所述反应产物是耐火材料。
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