[發明專利]制備多孔碳的方法

無效

• 申請號: 201110022795.2
• 申請日: 2011-01-20
• 公開（公告）號: CN102600798A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: P.布蘭頓;陸安慧;李文翠
• 申請（專利權）人: 英美煙草(投資)有限公司
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C01B31/02;B01D53/02;A24D3/16
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 呂彩霞;林森

發明領域

本發明涉及制備多孔碳材料的方法，并且具體的涉及到用于生產多孔碳的方法，該多孔碳表現出對于低分子量醛例如甲醛，和氰化氫的選擇性。該選擇性多孔碳對于煙制品中的煙霧過濾器來說是特別有用的，因為該多孔結構提供了對于這些煙霧蒸氣相成分的改進的吸附率，所述的蒸氣相成分對常規的活性炭來說通常具有差的吸附性。

背景技術

過濾器被用來減少在吸煙過程中所吸入的香煙的某些顆粒和/或蒸氣相成分。重要的是可以實現這樣的目的，而不除去顯著量的其它成分例如影響感官的成分，由此降低了所述產品的品質或者味道。

煙制品過濾器可以包括多孔碳材料來吸附某些煙霧成分，典型的通過物理吸附來進行。這樣的多孔碳材料可以由碳化形式的許多不同的有機材料制成，最常用的是植物基材料例如椰子殼。可選擇的，使用合成碳例如通過縮聚反應所制備的樹脂。

活性炭材料已經成為了普遍使用的通用吸附劑，這歸因于它們大的表面積、微多孔結構和高度的表面反應性。具體的，這些材料在吸附有機和無機污染物方面是特別有效的，這歸因于有機分子在碳上的高結合能力。

活性炭通常是由這樣的材料來生產的，該材料包括椰子殼、木粉、泥煤、骨頭、煤焦油、樹脂和相關的聚合物。椰子殼是特別具有吸引力的生產活性炭的原材料，因為它是廉價和易于獲得的，并且還是環境上可以接受的。此外，可以由椰子殼來生產這樣的活性炭材料，其是高純的，并且具有高的表面積。

微多孔碳的一種可選擇的來源是合成碳，例如通過聚合反應所形成的這些，例如樹脂基合成碳。這樣的碳可以例如是通過醛和酚的縮聚來制備的。

這些合成碳是吸引人的，因為它們的一些物理性能可以在制造過程中進行控制，這使得它們能夠調節來提供期望的過濾特性。但是，這些材料要比活性椰子炭等貴得多。

多孔碳材料作為吸附劑，在不同的環境中的性能和適應性取決于該材料不同的物理性能，包括粒子的形狀和尺寸、孔徑、材料的表面積等等。這些不同的參數可以通過操控生產多孔碳的方法和條件來進行控制。

通常，多孔材料的表面積越大，該材料的吸附能力越大。但是，隨著該材料表面積的增加，密度和結構整體性降低。此外，雖然材料的表面積可以通過增加孔數和使該孔更小來提高，但是隨著孔徑接近于目標分子的尺寸，目標分子將不太可能進入所述孔中和吸附到所述材料上。如果被過濾的材料具有相對于活性炭材料高的流速(例如在煙制品的情況中)時更是如此。

用于制造多孔碳材料的具體方法對它的性能具有大的影響。所以能夠生產碳粒子，其具有寬泛的形狀、尺寸、尺寸分布、孔徑、孔體積、孔徑分布和表面積，其每個影響它們作為吸附劑的效率。磨耗率也是一種重要的變量；低磨耗率是令人期望，用于避免在高速過濾器制造過程中的產生灰塵。

如Adsorption(2008)14：335-341中所解釋的那樣，常規的椰子碳基本上是微多孔的，并且提高碳活化的時間導致了微孔數和表面積的增加，但是沒有產生孔徑或者分布的實質性變化。

根據本領域技術人員所用的命名術語，吸附劑材料中直徑小于2nm的孔被稱作“微孔”，直徑為2nm-50nm的孔稱作“中孔”。如果它們的直徑超過了50nm，則該孔稱作“大孔”。直徑大于500nm的孔通常對于多孔材料的吸附性沒有明顯的作用。

雖然公認的是活性炭材料對于香煙煙霧中的蒸氣相中的不想要的物質具有優異的通用過濾性，但是這里仍然有一些吸附性很差的煙霧蒸氣成分，并且它們包括低分子量醛(例如甲醛)和氰化氫(HCN)。

已經發現多孔碳材料表面上游離基團的存在還會影響該碳的吸附性能。已知的是游離氮基團的存在會提高對于成分(包括低分子量醛和HCN)的選擇性吸附。

本發明尋求提供一種制備多孔碳材料的方法，該材料在碳的表面上具有含氮基團，來提高對于低分子量醛和HCN的選擇性吸附。

本發明尋求提供多孔碳材料，該材料在它們的表面上具有含氮基團。

發明內容

因此，在本發明的第一方面，這里提供一種制備具有吸附劑性能的多孔碳的方法，用于煙霧過濾，該方法包括在供氮劑(nitrogen-donating?agent)存在下制備多孔碳。

根據本發明的第二方面，提供一種多孔碳，其是通過本發明第一方面的方法來獲得的或者能夠通過本發明第一方面的方法來獲得。

根據本發明的第三方面，提供一種用于煙制品的過濾元件，其包含根據本發明第二方面的多孔碳。

根據本發明的第四方面，提供一種煙制品，其包含根據本發明第二方面的多孔碳。