什么是炭黑？
炭黑 (CB) 的商业化生产是在严格控制的热条件下进行的，这种热条件既可以在惰性气体中发生（也称为部分燃烧），也可以在缺氧环境中通过气相热解工艺进行。通过这些工艺，可以生成碳纳米颗粒的聚集体，形成最终的 CB 产品，即几乎纯元素碳 (EC) 的黑色细粉。
CB 是所有纳米碳中工业化生产规模最大的一种。CB 的商业化生产历史已超过 100 年，全球产量估计超过 980 万公吨。
CB 的平均价格为每公斤 1 美元，与其他类型的纳米碳相比也被认为便宜得多，特别是碳纳米管和石墨烯纳米片，目前的售价分别约为每公斤 600 美元和每公斤 10,000 美元。
CB 的应用
美国、西欧和日本生产的 CB 约有 90% 用于各种橡胶应用。汽车橡胶产品（例如轮胎、内胎、胎面、皮带、软管和其他杂项）以及非汽车工业产品（例如工业模制和挤压产品）是 CB 的一些最常见用途。
当为这些产品生产 CB 时，部分燃烧过程会注入雾化芳香油和缺乏空气的燃料源（例如天然气或石油）的组合。
剩余10%的商业化CB可用于从链环、油漆到塑料和涂料等各种产品。
CB 对阵 BC
炭黑和黑碳 (BC) 都是化石燃料、生物燃料和生物质等碳源不完全燃烧的最终产物。尽管它们的生产过程看似相似，但炭黑和黑碳的具体生产方法在多个层面上存在根本差异。例如，炭黑是在工业环境中生产的，可用于广泛的商业应用，而黑碳是一种不受欢迎的副产品。
此外，CB 的生产很少会导致 CB 颗粒释放到产品中，因为这些颗粒通常紧密结合在轮胎和其他橡胶产品的基质中。相比之下，BC 颗粒通常通过环境污染和柴油废气释放到环境中。CB 和 BC 的主要暴露途径差异很大，因为 CB 主要与职业暴露有关，而个人最常通过环境接触 BC。
除了生产方式不同之外，CB 的结构（石墨状且几乎纯粹由 EC 组成）与 BC 的结构也有很大不同，BC 通常被描述为具有类似于高度融合的球形颗粒的腺泡状或葡萄状 CB 聚集体的形态。
炭黑中的有机化合物浓度也特别低，平均不到 2%。相比之下，炭黑中的有机碳化合物浓度往往高得多，通常占总质量的 30% 左右。一些燃烧烟灰产品中的有机碳部分占其总质量的 50%，灰分含量高于炭黑。
区分 CB 和 BC 的方法
据报道，X 射线光电子能谱是一种区分 CB 和 BC 的有用技术，因为 CB 具有 S 2p 核心线光谱，而柴油烟形式的 BC 与这些光谱无关。尽管它很有用，但 CB 或 BC 表面上的元素硫的存在会导致 S 2p 光谱出现，从而限制了它在此目的中的应用。
透射电子显微镜(TEM)、动态光散射光谱 (DLS)、电泳光散射光谱 (ELS) 和场发射扫描电子显微镜 (SEM) 也已成功用于区分 CB 和 BC 之间的物理化学性质。
CB 颗粒通常呈球形，尺寸范围一般为 15 至 300 纳米 (nm)。通过 TEM 和 DLS 分析，CB 和 BC 在某些情况下在聚集体外观方面可能具有相似性。
最终，研究发现，通过原生粒径、聚集尺寸、流体动力学直径、粒度、Zeta 电位、沉降速率或表面积来区分 BC 和 CB 样品并不理想，因为 CB 和 BC 在这些性质方面的显著差异尚未得到证实。
尽管有这样的发现，但 BC 和 CB 样品的热处理导致这些样品的反应存在明显差异。加热到 1000°C 后，CB 质量仍保留 96%，而 BC 样品的质量减少了 58%。
研究人员能够成功区分 CB 和 BC 的另一种方法是比较碳 (C)、氢 (H) 和碳氢化合物 (H/C) 的原子比。
此外，与 CB 样品相比，BC 样品的 H/C 比高出十倍。因此，这一发现表明，简单的 100H/C-log(C/10)-1/H 三元图可用于快速区分 CB 和 BC 样品。
