專利名稱：尼古丁吸附劑、喹啉吸附劑、苯并芘吸附劑、甲苯胺吸附劑和致癌物吸附劑的制作方法
技術領域：
本發明涉及由多孔碳材料(porous carbon material)制成的尼古丁吸附劑 (煙堿吸附劑，nicotine adsorbent)、喹啉吸附劑(quinoline adsorbent)、苯并芘吸附齊[J (benzopyrene adsorbent)、甲苯胺吸附齊[J (toluidine adsorbent)禾口致癌物吸附齊[J (carcinogen adsorbent)。
背景技術：
由諸如堅果殼和石油浙青等材料制成的活性炭已廣泛用作煙草中所含的焦油成分的吸附劑(例如，參見JP-A-61-054236)。植物如蔬菜和谷類的未利用部分大多數被處理掉，為了保護和改善全球環境，強烈要求有效地利用這些材料的這樣的未利用部分。未利用材料的有效利用的一個實例是碳化處理。
發明內容
一般地，活性炭僅具有2nm以下的微孔，并且很難利用這樣的材料來有效地吸附 (吸著或吸收，absorb)煙草中所含的焦油成分。而且，還沒有可用來充分碳化植物類材料的技術，并且期望進一步改善制造的碳材料的功能性。因此，期望提供一種由多孔碳材料制成的吸附劑，其有效地吸附煙草中所含的焦油成分和致癌物質。本發明一個實施方式涉及一種尼古丁吸附劑，其包括根據氮BET法(nitrogen BET method)的比表面積為10m2/g以上且根據BJH法的細孔容積(小孔體積，pore volume)為 0. 2cm3/g以上的多孔碳材料。本發明另一個實施方式涉及一種喹啉吸附劑，其包括根據氮BET法的比表面積為 10m2/g以上且根據BJH法的細孔容積為0. 2cm3/g以上的多孔碳材料。本發明又一個實施方式涉及一種苯并芘吸附劑，其包括根據氮BET法的比表面積為10m2/g以上且根據BJH法的細孔容積為0. 2cm3/g以上的多孔碳材料。本發明又一個實施方式涉及一種甲苯胺吸附劑，其包括根據氮BET法的比表面積為10m2/g以上且根據BJH法的細孔容積為0. 2cm3/g以上的多孔碳材料。本發明又一個實施方式涉及致癌物吸附劑，其包括根據氮BET法的比表面積為 10m2/g以上且根據BJH法的細孔容積為0. 2cm3/g以上的多孔碳材料。根據本發明實施方式的尼古丁吸附劑、喹啉吸附劑、苯并芘吸附劑、甲苯胺吸附劑和致癌物吸附劑包括利用氮BET法測得的比表面積為10m2/g以上且根據BJH法測得的細孔容積為0. 2cm3/g以上的多孔碳材料。這些細孔的尺寸在適中范圍(mezzo domain) (2 50nm)內，這是相關技術的活性炭很難達到的尺寸范圍。根據本發明的實施方式，這樣的細孔尺寸使得可以實現優異的吸附特性，包括選擇性地和有效地吸附煙草中所含的焦油成分和致癌物(如尼古丁、喹啉、苯并芘和甲苯胺)的能力，以及抑制煙草中的芳香成分的吸附。
圖1是示出了在本發明實施例和對比例中根據非定域密度泛函理論 (non-localized density functional theory)獲得的細孔直徑分布的測量結果的曲線圖。圖2是示出了通過實施例和對比例中的吸附劑吸附的尼古丁、喹啉、苯并芘和甲苯胺的量的曲線圖；和圖3是示出了實施例和對比例中的吸附劑對尼古丁和苯并芘的作用的GC-MS測量結果的曲線圖。
具體實施例方式現在將參考附圖描述本發明的實施方式。本發明不局限于這些實施方式，并且在描述這些實施方式中提到的各種數值和材料僅為實例。將按以下列出的順序進行描述。1、根據本發明實施方式的尼古丁吸附劑、喹啉吸附劑、苯并芘吸附劑、甲苯胺吸附劑和致癌物吸附劑的一般描述。2、根據本發明實施方式的尼古丁吸附劑、喹啉吸附劑、苯并芘吸附劑、甲苯胺吸附劑和致癌物吸附劑的實施例1。[根據本發明實施方式的尼古丁吸附劑、喹啉吸附劑、苯并芘吸附劑、甲苯胺吸附劑和致癌物吸附劑的一般描述]例如，根據本發明實施方式的尼古丁吸附劑、喹啉吸附劑、苯并芘吸附劑、甲苯胺吸附劑和致癌物吸附劑(這些材料在下文可以稱為“根據本發明的吸附劑(或這些吸附劑)”)可以用于過濾嘴(filter)。具體地，根據本發明的吸附劑可以沉積在形成卷煙過濾嘴的一部分的纖維材料上。可替換地，根據本發明的吸附劑可以混合在這樣的纖維材料中。這樣的吸附劑可以各種示例性形式使用，即，以薄片(sheet)形式、以利用粘結劑等形成的期望形狀、或者以粉末形式使用。當構成根據本發明實施方式的吸附劑的多孔碳材料(在下文，這樣的多孔碳材料可以稱為“根據本發明的多孔碳材料”)是包含硅(Si)的植物類材料(基于植物的材料， plant-based material)時，該植物類材料具體地包括5wt%以上的硅，但本發明不局限于這樣的硅含量。該(多孔)材料中的硅含量期望地為5wt%以下。該硅含量優選為3wt% 以下，更優選Iwt %以下。例如，根據本發明的多孔碳材料可以通過在400°C 1400°C范圍內的溫度下碳化植物類材料，之后利用酸或堿處理該材料而獲得。根據制造根據本發明的多孔碳材料的方法(在下文，該方法簡稱為“多孔碳材料制造方法”)，通過在400°C 1400°C范圍內的溫度下碳化植物類材料獲得的材料在該材料利用酸或堿處理之前稱為“多孔碳材料前體”或“碳質物質(含碳物質，carbonic substance)”。多孔碳材料制造方法可以包括在利用酸或堿處理后進行的活化步驟(activation step) 0利用酸或堿的處理也可以在活化處理(工藝或過程，process)之后進行。當多孔碳材料制造方法包括這樣的優選步驟時，可以在植物類材料碳化之前，在低于碳化溫度的溫度(例如，400°C 700°C的溫度)下在除去氣氛中的氧的情況下，對該植物類材料實施加熱處理(heating process)(初步碳化處理)。由于加熱處理從該材料中提取了焦油成分，所以可以降低在碳化步驟產生的焦油成分的量或防止在碳化處理產生焦油成分。例如，可以通過在惰性氣氛如氮氣或氬氣氣氛或在真空氣氛下實施該處理而除去氧。氧的除去也可以通過使植物類材料處于烘焙狀態(baked state)而實現。根據該多孔碳材料制造方法，可以將植物類材料浸沒在醇(例如，甲醇、乙醇或異丙醇)中從而減少該植物類材料中所含的礦物質和濕氣，或防止在碳化處理期間產生令人厭惡的小分子(offensive small)，但該處理取決于植物類材料的類型。根據該多孔碳材料制造方法，初步碳化處理可以在之后實施。 例如，優選在惰性氣體中進行加熱處理的材料包括產生大量焦木酸(木醋酸，pyroligneous acid)(焦油或輕油成分)的植物。優選利用醇進行該預先處理的材料包括例如富含各類礦物質(如碘)的海藻。根據該多孔碳材料制造方法，植物類材料在400°C 1400°C范圍內的溫度下進行碳化。一般而言，術語“碳化”是指通過熱處理將有機物質(當該物質需要加工成根據本發明的多孔碳材料時為植物類物質)轉化成碳質物質的行為(例如，參考Jis M0104-1984)。 碳化可以在除去氧的氣氛下進行。具體地，該處理可以在真空氣氛、惰性氣體氣氛如氮氣或氬氣氣氛、或其中可以使植物類材料處于烘焙狀態的氣氛下進行。以1°C /min以上的速率將這樣的氣氛的溫度升高到碳化溫度。該速率優選為3°C /min以上，更優選為5°C /min以上，但實施方式不局限于這樣的速率。碳化時間的上限可以為10小時。優選上限為7小時， 更優選上限為5小時，但實施方式不局限于這樣的值。碳化時間的下限可以是期間植物類材料可以可靠地被碳化的時間期。如果需要，可以將植物類材料粉碎到期望的顆粒尺寸或進行分類。可以預先清洗植物類材料。如果需要，可以將按所述獲得的多孔碳材料前體或多孔碳材料粉碎到期望的顆粒尺寸或進行分類。可替換地，如果需要，可以將已接受活化處理的多孔碳材料粉碎到期望的顆粒尺寸或進行分類。而且，最后可以使通過如所述的處理獲得的多孔碳材料經過滅菌處理。對用于碳化的爐子的類型、構造和結構沒有限制，該爐子可以是連續式爐或間歇式爐。根據該多孔碳材料制造方法，如上所述，直徑小于2nm的微孔的數目可以通過對感興趣的材料實施活化處理而增加。該活化處理可以是諸如氣體活化或化學活化的處理。 氣體活化是這樣的處理，該處理在用作活化劑的氣體氣氛如氧氣、蒸汽、碳酸氣體或空氣中，在700°C 1400°C范圍內的溫度下，優選在700°C 1000°C范圍內的溫度下，更優選在 800°C 1000 °C范圍內的溫度下，加熱多孔碳材料數十分鐘或數小時，從而利用多孔碳材料中所含的揮發組分和碳分子而在該材料中形成精細結構。更具體地，可以基于所處理的植物類材料的類型以及氣體的類型和濃度來選擇恰當的加熱溫度。化學活化是這樣的處理，該處理利用氯化鋅、氯化鐵、磷酸鈣、氫氧化鈣、碳酸鎂、碳酸鉀或硫酸來活化多孔碳材料，利用鹽酸洗滌該材料，利用堿溶液調節該材料的PH，并干燥該材料。根據本發明的多孔碳材料的表面可以經過化學處理或分子改性。例如，化學處理可以是利用硝酸從而在表面產生羧基的處理。可以實施類似于利用蒸汽(steam)、氧氣或堿活化的處理，從而在多孔碳材料的表面上產生各種官能團如羥基、羧基、酮基和酯基。而且， 分子改性可以通過使多孔碳材料與包含羥基、羧基或氨基的化學物質之間或者該材料與蛋白質之間發生化學反應進行。根據該多孔碳材料制造方法，碳化的植物類材料中的硅組分通過利用酸或堿處理該材料而除去。硅組分可以是硅氧化物如二氧化硅、氧化硅或氧化硅的鹽。可以通過從碳化的植物類材料中除去硅組分而獲得具有大比表面積的多孔碳材料。可替換地，如果需要， 可以利用干蝕刻工藝除去碳化的植物類材料中的硅組分。在本發明的實施方式中，多孔碳材料優選由包含硅(Si)的植物類材料制成。當該植物類材料轉化成多孔碳材料前體或碳質物質時，該材料在高溫(例如，400°C 1400°C范圍內的溫度)下被碳化。作為結果，該植物類材料中所含的硅變成硅組分(硅氧化物)如二氧化硅(SiO2)、氧化硅或氧化硅的鹽， 而不是變成碳化硅(SiC)。當在高溫(例如，400°C 1400°C范圍內的溫度)下碳化該植物類材料時，該材料中所含的硅組分(硅氧化物)沒有發生實質性變化。因此，通過在隨后的步驟中利用酸或堿實施處理，而除去該硅組分(硅氧化物)如二氧化硅、氧化硅或氧化硅的鹽。作為結果，利用氮BET法，能夠獲得具有大比表面積的材料。另外，根據本發明實施方式優選的多孔碳材料是環境相容性材料，并且該材料的微觀結構通過利用酸或堿處理和除去制成多孔材料的植物類材料中所含的硅組分(硅氧化物)而獲得。因此，該植物的生物規則性保持在由此獲得的材料的細孔排布(布置，arrangement)中。如上所述，多孔碳材料可以由植物類材料制成。該植物類材料可以是谷類如水稻、 大麥、小麥、黑麥、稗小米(barnyard millet)，以及谷子(foxtail millet)、秸稈(straws)、 咖啡豆、茶葉(例如，綠茶和紅茶葉)、甘蔗(更具體地，壓榨后的甘蔗)、玉米(更具體地，玉米芯)、果皮(例如，橙子皮、香蕉皮等)、蘆葦、或海芥菜莖桿(stems of Wakame seaweed) 0 實施方式不局限于這樣的材料，可以使用的其它材料，包括陸生維管植物(terrestrial vascular plant)、蕨類植物(pteridophyte)、苔蘚植物(bryophyte)、藻類和海藻類植物。 這些材料可以單獨使用，并且可替換地，這樣的材料的多種可以組合使用。對于其中使用植物類材料的形狀或形式沒有特別限制。例如，谷殼或秸稈可以以它們本身使用，并且這樣的材料可替換地可以在干燥后使用。而且，食品和飲料如啤酒和烈酒(liquors)的材料可以在對該材料實施各種處理如發酵、烘烤和提取之后使用。特別地，從利用工業廢物作為資源的角度，期望使用已接受諸如脫粒等處理的秸稈和谷殼。這樣處理的秸稈和谷殼容易從例如農業合作社、食品公司和食品加工公司大量獲得。根據本發明的多孔碳材料可以包括非金屬元素如鎂(Mg)、鉀⑷、鈣(Ca)、磷⑵ 和硫(S)以及金屬元素如過渡元素。例如，該材料可以具有含量在0.01wt%以上3wt%以下范圍內的鎂(Mg)、含量在0. Olwt %以上3wt %以下范圍內的鉀(K)、含量在0. 05wt %以上3wt%以下范圍內的鈣(Ca)、含量在0. Olwt %以上3wt%以下范圍內的磷(P)、以及含量在0.01wt%以上3wt%以下范圍內的硫(S)。雖然這些元素的含量取決于感興趣的本發明吸附劑的應用，但是優選使這些含量保持較小以提供具有較大比表面積的材料。多孔碳材料可以包含不同于以上所列元素的元素，并且以上所列元素的含量范圍明顯地可以變化， 取決于感興趣的本發明吸附劑的應用。例如，本發明中提及的各種元素可以根據能量色散光譜法(EDS)，利用能量色散X 射線分析儀(例如，JEOL有限公司制造的JED-2200F)進行分析。對于測量條件，可以例如在15kV的掃描電壓和10 μ A的輻射電流下進行分析。根據本發明的多孔碳材料具有許多細孔(小孔，pore)。這些細孔包括直徑在 2nm 50nm范圍內的“中孔(mesopore) ”和直徑小于2nm的“微孔(micro pore) ”。具體地，該材料中的大多數細孔是直徑為20nm以下的細孔。特別地，主要是直徑為IOnm以下的細孔。大多數微孔是直徑為約1. 9nm的細孔、直徑為約1. 5nm的細孔和直徑在約0. Snm 約Inm范圍內的細孔。根據本發明的多孔碳材料的細孔具有根據BJH法為0. 2cm3/g以上的容積(體積，volume)。該容積優選為0. 4cm3/g以上，更優選為0. 6cm3/g以上。根據本發明的多孔碳材料優選具有50m2/g以上的氮BET比表面積(在下文，這樣的值可以簡稱為“比表面積”)。該比表面積更具體地為100m2/g，還更優選為400m2/g。氮BET法是包括以下步驟的方法通過使吸附劑(在這種情況下為多孔碳材料) 吸附和解吸作為吸附分子(admolecule)的氮氣來測量吸附等溫線，以及基于以下表達式 (1)表示的BET等式分析通過該測量獲得的數據。多孔碳材料的比表面積和細孔容積可以利用該方法計算。具體地，當根據氮BET法計算多孔碳材料的比表面積時，首先使該材料吸附和解吸作為吸附分子的氮氣，由此獲得吸附等溫線。基于表達式(1)或通過改變表達式⑴得到的表達式(1’ )由按所述獲得的吸附等溫線計算出[Ρ/ΙΛ(Ρ(ΓΡ)}]，并將[p/ {Va(P0-P)}]相對于處于平衡的相對壓力(p/pQ)作圖。將該圖視為直線，并基于最小二乘法計算出斜率s(= [(C-I)/(C-Vffl)])和截距i(= [l/(OVm)])。根據表達式(2-1)和 0-2)，由斜率s和截距i計算出值Vn^P C。而且，根據表達式(3)由值Vm計算出比表面積&3·(參見，由BEL JAPAN制造的BELSORP-mini and BELS0RP分析程序操作指南的第 62 66 頁)。氮BET法是按照 JIS R 1626-1996〃 Measuring Methods for the Specific Surface Area of Fine Ceramic Powders by Gas Absorption Using the BET Method(利用BET法通過氣體吸附用于精細陶瓷粉末的比表面積的測量方法)“的測量方法。Va = (Vm · C · p) / [ (P0-P) {1+ (C-I) (p/p0)} ](1)[p/{Va(p0-p}] = {(C-I)/(C · Vffl)](p/p0) + [l/(C -Vffl)] (l')Vm = l/(s+i)(2-1)C = (s/i)+l(2-2)asBET = (Vm · L · σ )/22414(3)在這些表達式中，Va表示所吸附的氮氣的體積；Vm表示所吸附的單分子層的體積；P表示處于平衡的氮氣壓力；Ptl表示飽和的氮蒸汽壓；L表示阿伏伽德羅數(avogadro number)；而σ表示氮氣的吸附截面。為了利用氮BET法計算細孔容積Vp，例如，對按所述獲得的吸附等溫線的吸附數據進行線性插值(interpolate)，并獲得在設置用于計算細孔容積的相對壓力下的吸附容積V。可以根據表達式由吸附的容積V計算出細孔容積Vp (參見，由BEL JAPAN制造的 BELSORP-mini和BELS0RP分析程序操作指南的第62 65頁)。基于氮BET法獲得的細孔容積可以簡稱為“細孔容積”。Vp = (V/22414) X (Mg/ P g)(4)在該表達式中，V表示在相對壓力下吸附的氮氣的體積；Mg表示氮氣的分子量；而 Pg表示氮氣的密度。例如，根據BJH法，可由細孔容積相對于細孔直徑的變化率將中孔的直徑計算作為細孔分布。BJH法廣泛地用作細孔分布分析方法。當利用BJH法進行細孔分布分析時， 首先使多孔碳材料吸附和解吸作為吸附分子的氮氣從而獲得解吸等溫線。當填充細孔的吸附分子(例如，氮氣)逐漸從該細孔解吸時，基于該解吸等溫線計算吸附層的厚度和由解吸形成的孔洞(hole)的內徑(該內徑是細孔中心半徑(核半徑，core radius)的兩倍)。細孔半徑(rp)根據表達式( 計算，而細孔容積根據表達式(6)計算。細孔容積相對于細孔直徑Orp)的變化率(dVp/drp)由細孔半徑和細孔容積計算并進行作圖，由此獲得細孔分布曲線(參見由BEL JAPAN公司制造的BELSORP-mini和BELS0RP分析程序的操作指南的第 85 88頁)。rp = t+rk(5)Vpn = Rn · dVn-Rn · dtn · c · Σ Apj(6)Rn = rpn2/(rkn-l+dtn)2(7)在這些表達式中，rp表示細孔半徑；表示在那種壓力下在細孔半徑為rp的細孔內壁上吸附的厚度為t的吸附層中心半徑(內徑/2) ；Vpn表示在氮氣的第η次解吸時的細孔容積；dVn表示在第η次解吸時的容積變化量；dtn表示在氮氣的第η次解吸時吸附層厚度tn的變化量；表示在氮氣的第η次解吸時的中心半徑；c表示一個定值；而rpn表示在氮氣的第η次解吸后的細孔半徑。Σ Apj表示其中j = 1，. . . η-1的細孔壁的表面積的積分值(累力口值，integrated value)。例如，根據MP法，可由細孔容積相對于細孔直徑的變化率將微孔的直徑計算為細孔分布。當利用MP法進行細孔分布分析時，首先使多孔碳材料吸附作為吸附分子的氮氣從而獲得吸附等溫線。然后，將該吸附等溫線轉化成細孔容積相對于吸附層厚度t的圖(t-作圖)。細孔分布曲線可以基于該圖的曲率(相對于吸附層厚度t變化量的細孔容積變化量) 獲得。參見由BEL JAPAN公司制造的BELSORP-mini和BELS0RP分析程序的操作指南的第 72,73 和 82 頁。^fc JIS Z8831-2 :2010 "Pore Size Distribution and Porosity of Powders (Solid Materials)-Part 2 -Method of Measuring Mesopores and Macropores using Gas Absorption，，禾口 JIS Z8831—3 :2010 "Pore Size Distribution and Porosity of Powders(Solid Materials)-Part 3 :Method of Measuring Micropores using Gas Absorption”中公開的非定域密度泛函理論(NLDFT)采用了由BELL JAPAN公司制造的自動化比表面積/細孔分布測量儀器"BELS0RP-MAX”附帶的程序作為分析程序。利用圓柱形的模型和碳黑(CB)作為分析的先決條件進行分析。對細孔分布參數的分布函數未作假定，并且對由此獲得的分布數據平滑處理了十次。現在基于非定域密度泛函理論，定義由根據本發明的多孔碳材料構建的滅菌器。 該滅菌器具有根據氮BET法為10m2/g以上的比表面積和根據非定域密度泛函理論獲得的直徑范圍在1 X 10_9 5 X l(Tm范圍內的細孔，該細孔的細孔容積總共為0. IcmVg以上。可替換地，該滅菌器具有根據氮BET法為10m2/g以上的比表面積，和根據非定域密度泛函理論獲得的包括在3nm 20nm范圍內的至少一個峰的細孔直徑分布。細孔直徑范圍為3nm 20nm的細孔的容積與所有細孔的總細孔容積的比值為0. 2以上。多孔碳材料的前體用酸或堿處理。用于該處理的具體方法包括，例如，將該多孔碳材料前體浸泡在酸或堿的水溶液中，并使該多孔碳材料前體與酸或堿在蒸汽相中發生反應。更具體地，用酸進行的處理可以利用酸性氟化合物如氟化氫、氫氟酸、氟化銨、氟化鈣或氟化鈉進行。當使用氟化合物時，氟的量優選為多孔碳材料前體中所含的硅組分中的硅量的四倍，并且該氟化合物的水溶液優選具有10wt%以上的濃度。當利用氫氟酸除去多孔碳材料前體中所含的硅組分(例如，二氧化硅)時，二氧化硅與氟化氫按式A或B所示發生反應，并且硅可以作為六氟硅酸(H2SiF6)或四氟化硅(SiF4)除去，從而獲得多孔碳材料。該材料之后可以進行洗滌和干燥。Si02+6HF — H2SiF6+2H20(A)Si02+4HF ^ SiF4+2H20(B)當用堿處理該前體時，堿可以是氫氧化鈉。當使用堿的水溶液時，該水溶液的PH 可以為11以上。當利用氫氧化鈉水溶液除去多孔碳材料前體中所含的硅組分(例如，二氧化硅)時，通過加熱氫氧化鈉水溶液而使二氧化硅按式C所示發生反應。除去該反應生成的硅酸鈉(Na2SiO3)從而獲得多孔碳材料。當通過使氫氧化鈉處于蒸汽相來處理該前體時， 加熱固態的氫氧化鈉從而使它按式C所示發生反應。除去該反應生成的硅酸鈉(Na2SiO3) 從而獲得多孔碳材料。該材料然后進行洗滌和干燥。Si02+2Na0H — Na2Si03+H20(C)根據本發明的多孔碳材料可以是包括具有三維規則性的孔洞的多孔碳材料，例如，如在JP-A-2010-106007披露的(具有所謂反蛋白石結構(inverse opal structure) 的多孔碳材料)。具體地，該多孔碳材料球形孔洞在三維排布中具有在1 X io-9m 1 X io-5m 范圍內的平均直徑，并具有3X 102m2/g以上的表面積。優選地，中心孔洞以類似于其宏觀視圖中的晶體結構的配置排布。可替換地，多孔碳材料的孔洞具有以類似于宏觀視圖中的面心立方結構的面(111)對齊的配置排布在其表面上的孔洞。[實施例1]本發明的實施例1涉及尼古丁吸附劑、喹啉吸附劑、苯并芘吸附劑、甲苯胺吸附劑或致癌物吸附劑。具體地，實施例1的吸附劑包括由含硅的植物類材料制成的多孔碳材料。 更具體地，所述吸附劑包括由硅含量為5wt%以上的植物類材料制成的硅含量為以下的多孔碳材料。所述吸附劑具有根據氮BET法為10m2/g以上的比表面積，和根據BJH法為0. 2cm7g以上的細孔容積。所述吸附劑可以可替換地具有根據氮BET法為10m2/g以上的比表面積，和根據非定域密度泛函理論由直徑范圍為IX 10_9 5X10、的細孔計算的為0. Icm7g以上的總細孔容積。所述吸附劑可以可替換地具有根據氮BET法為10m2/g以上的比表面積，和根據非定域密度泛函理論獲得的在3nm 20nm范圍內包括至少一個峰的細孔直徑分布。細孔直徑范圍為3nm 20nm的細孔的容積與所有細孔的總細孔容積的比值為0. 2以上。制成實施例1中的多孔碳材料的植物類材料是稻谷殼。實施例1的多孔碳材料是通過碳化該谷殼從而將它轉化成碳質物質(多孔碳材料前體)，之后用酸處理該物質而獲得的。下面將描述制造實施例1的吸附劑的方法。在制造實施例1的吸附劑的工藝中，在400°C 1400°C范圍內的溫度下碳化植物類材料，之后用酸或堿處理該材料從而獲得多孔碳材料。首先，在惰性氣體中，對粉碎的谷殼(在鹿兒島府(Kagoshima Prefecture)制造的水稻“ Isehikari ”的谷殼，其硅(Si)含量為10wt%)實施加熱處理(初步碳化處理)。具體地，通過在氮氣流中在500°C下加熱該谷殼5小時而使其碳化，從而獲得碳化物。這樣的處理使得可以降低或消除否則將會在隨后的碳化步驟產生的焦油成分。之后，將IOg該碳化物放入由氧化鋁制成的坩堝中，并在氮氣流(10升/分鐘)下以5°C /min的速率將該氮化物的溫度升高到800°C。在800°C下碳化該碳化物1小時從而將其轉化成碳質物質(多孔碳材料前體)，并將該物質冷卻到室溫。在碳化和冷卻期間保持氮氣的流動。接著，通過將該多孔碳材料前體在46vol %的氫氟酸水溶液中浸泡一夜而對其進行酸處理，并利用水和乙醇洗滌該前體直至它的PH為7。接著，在 120°C下干燥該前體，并通過在水蒸汽流中將其在900°C加熱3小時進行活化。本實施例1 中的多孔碳材料按所述的方法獲得。市場上可購得的使用堅果殼活性炭的煙草過濾嘴用作對比例1。測量了實施例1和對比例1中的多孔碳材料的比表面積和細孔容積，并獲得表1 所示的結果。在表1中，術語“比表面積”是指根據氮BET法獲得的單位為m2/g的比表面積。根據BJH法和MP法獲得的細孔容積的單位是Cm3/g。圖1示出了根據非定域密度泛函理論獲得的細孔直徑分布的測量結果。直徑在3nm 20nm范圍內的細孔的總容積與所有細孔的總容積的比值如下所示。實施例1 :0· 407 (所有細孔的總容積2. 16cm3/g)對比例1 :0· 134 (所有細孔的總容積0. 756cm3/g)表 權利要求
1.一種尼古丁吸附劑，包括根據氮BET法的比表面積為10m2/g以上且根據BJH法的細孔容積為0. 2cm3/g以上的多孔碳材料。
2.一種喹啉吸附劑，包括根據氮BET法的比表面積為10m2/g以上且根據BJH法的細孔容積為0. 2cm3/g以上的多孔碳材料。
3.一種苯并芘吸附劑，包括根據氮BET法的比表面積為10m2/g以上且根據BJH法的細孔容積為0. 2cm3/g以上的多孔碳材料。
4.一種甲苯胺吸附劑，包括根據氮BET法的比表面積為10m2/g以上且根據BJH法的細孔容積為0. 2cm3/g以上的多孔碳材料。
5.一種致癌物吸附劑，包括根據氮BET法的比表面積為10m2/g以上且根據BJH法的細孔容積為0. 2cm3/g以上的多孔碳材料。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的吸附劑，其中，所述多孔碳材料由含硅的植物類材料制成。
全文摘要
本發明涉及尼古丁吸附劑、喹啉吸附劑、苯并芘吸附劑、甲苯胺吸附劑和致癌物吸附劑。更具體地，本發明涉及一種尼古丁吸附劑，其包括根據氮BET法的比表面積為10m2/g以上且根據BJH法的細孔容積為0.2cm3/g以上的多孔碳材料。本發明提供了一種由多孔碳材料構成的有效吸附例如煙草中所含的焦油成分和致癌物的吸附劑。
文檔編號A24D3/16GK102343255SQ20111018002
公開日2012年2月8日 申請日期2011年6月29日 優先權日2010年7月29日
發明者湊屋街子, 山之井俊, 山田心一郎, 田畑誠一郎, 飯田廣范 申請人:索尼公司