[發(fā)明專利]高孔隙度梯級孔碳材料卷煙濾嘴添加劑的制備方法及應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710306690.7
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107117594B
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發(fā)明（設計）人: 王金棒;程多福;高運謙;邱紀青;高健;汪志波;鄧楠;孟慶華;劉亞麗;洪群業(yè);鄭路;張仕華;馮偉華;鄭新章
• 申請（專利權）人: 中國煙草總公司鄭州煙草研究院
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;C01B32/05;A24D3/16
• 代理公司: 鄭州中民專利代理有限公司 41110
• 代理人: 姜振東

一種高孔隙度梯級孔碳材料濾嘴添加劑的制備方法，其特征在于：將煙桿先在固體酸的作用下進行部分水解，固液分離，將混合金屬氧化物負載于殘渣上并碳化得金屬氧化物碳材料，將其加入到濾液中，水熱碳化后經(jīng)酸洗、水洗后即得本發(fā)明的高孔隙度梯級孔碳材料濾嘴添加劑。將該材料添加于卷煙濾嘴，對卷煙主流煙氣中苯并[a]芘及焦油的降低效果顯著。本發(fā)明的優(yōu)點是：固體酸催化纖維素水解過程中所產(chǎn)生的有機酸與醇反應生成了酯，可避免有機酸對反應器的腐蝕問題。濕法浸漬水解濾渣有助于金屬組分的分散，金屬負載型濾渣碳在濾液中可進一步促進水解產(chǎn)物的碳化，增加碳產(chǎn)品的收率。

技術領域

本發(fā)明涉及一種高孔隙度梯級孔碳材料卷煙濾嘴添加劑的制備方法，具體是由煙桿粉碎后經(jīng)催化水解碳化制備高孔隙度梯級孔炭材料的方法。該材料添加于卷煙濾嘴，對卷煙煙氣中苯并[a]芘及焦油的降低效果顯著。

背景技術

我國是世界煙草大國，其種植面積、總產(chǎn)量、卷煙產(chǎn)量及銷售量均居世界首位。在煙葉及加工過程中不可避免會產(chǎn)生大量的廢棄物，據(jù)統(tǒng)計，僅2015年產(chǎn)生的煙稈就達1.163×10⁶噸。由于煙稈可用性相對較差，絕大部分以掩埋丟棄或焚燒的方式處理，綜合利用率極低，不僅造成了環(huán)境污染，而且浪費了大量的現(xiàn)有資源。

國際癌癥研究機構（IARC）通過動物致癌實驗表明卷煙煙氣中所含的稠環(huán)芳烴具有完全致癌作用，其中以苯并芘的活性最強?；钚蕴渴且活惗嗫坠腆w碳材料，因其具有發(fā)達的空隙結構和巨大的比表面積，因而賦予其獨特的強吸附性能，加上其化學性質穩(wěn)定，不溶于水和其他大部分溶劑，使其在吸附、分離、催化等領域得到廣泛應用。研究表明，活性炭與醋酸纖維按一定比例制成的二元復合濾棒在選擇性降低卷煙焦油及苯并芘方面效果顯著，故功能性活性炭的制備對于卷煙降焦減害具有重要的意義。。

由煙桿制備活性炭一般均包括干燥、碳化、活化等過程，其中活化是造孔的關鍵，常用的方法可分為物理過程和化學過程兩種。

物理活化法涉及水蒸氣、二氧化碳、空氣等氧化性氣體。在煙桿的綜合利用中，夏洪應等人分別采用二氧化碳和水蒸氣活化法制備了微孔型煙稈基顆?；钚蕴浚ㄏ暮閼?，彭金輝，張利波等．二氧化碳活化制備煙桿基顆?；钚蕴康难芯縖J]．黃金．2006(07):38-41.夏洪應，彭金輝，張利波等．水蒸氣活化制備煙桿基顆粒活性炭的研究[J]．離子交換與吸附．2007(02):112-118. 夏洪應，彭金輝，張利波等．微波輻射-水蒸氣法制備煙桿基顆?；钚蕴縖J]．化學工程．2007(01):48-51.）。該方法所制備的碳材料BET比表面積相對較低，且孔隙絕大部分屬于微孔，介孔及大孔含量很低。

化學活化法是在活化階段向原料中添加強堿、強酸或強氧化劑化學試劑，如HNO₃、KOH、MnO₂、ZnCl₂等的一種方法。2004年3月3日“微波輻射煙桿固體廢棄物制造活性炭的方法”（申請?zhí)朇N02113270.4，公開號CN1140449C）公開了一種將煙桿與氯化鋅溶液浸漬后經(jīng)加熱得到活性炭產(chǎn)品的方法。該方法在實際生產(chǎn)過程中存在氯化鋅的揮發(fā)污染問題。2005年9月21日“一種生產(chǎn)高比表面活性炭的方法”（申請?zhí)朇N200510010670.2，公開號CN1669918A）公開了一種將煙桿與氫氧化鉀溶液浸漬再經(jīng)加熱生產(chǎn)高比表面積活性炭的方法。2010年2月17日“一種高孔活性炭的制備方法”（申請?zhí)朇N200910184645.4，公開號CN101648707A），公開了一種高將生物質原料、磷酸和活化助劑（過氧或過硫化合物）混合浸漬、升溫活化制備活性炭產(chǎn)品的方法。CN1669918A和公開號CN101648707A 由于堿或酸的使用均是在高溫條件下，故對設備的腐蝕問題嚴重，且收率較低。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的正是針對以上技術的不足或缺陷而提出的一種高孔隙度梯級孔碳材料卷煙濾嘴添加劑的制備方法，具體地說是煙桿先在固體酸的作用下進行部分水解，固液分離，將混合金屬氧化物負載于殘渣上并碳化得金屬氧化物碳材料，將其加入到濾液中，水熱碳化后經(jīng)酸洗、水洗后即可得，具體步驟如下：