微-介孔碳碳復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種微-介孔碳碳復合材料及其制備方法，所述的方法包括以下步驟：將煙梗粉碎后與活化劑混合炭化1-2h得到微孔活性碳材料；將苯酚溶解后加入NaOH，攪拌均勻，滴加甲醛的水溶液，繼續升溫，當溫度達到70-75℃后，繼續反應0.5-2h，反應結束后用HCl將pH值調到7.0，在50℃下真空脫水，產物溶解在乙醇中，得到甲階酚醛樹脂前驅體的乙醇溶液；將模板劑充分溶解在乙醇溶液中，加入甲階酚醛樹脂前軀體的乙醇溶液，加入微孔活性炭材料繼續攪拌直至乙醇揮發，在氮氣保護下進行煅燒，得到微-介孔碳碳復合材料。該復合材料可有效降低卷煙煙氣中有害成分的釋放量，降低巴豆醛及NNK效果明顯。
【專利說明】微-介孔碳碳復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種微-介孔碳碳復合材料及其制備方法，以及應用到卷煙中有效地降低煙氣中有害成分含量。
【背景技術】[0002]隨著社會的進步，吸煙及環境問題已經為全世界所關注。《煙草控制框架公約》要求各國政府制訂出更為嚴厲的“控煙”法律法規，促使卷煙生產企業在降低卷煙焦油釋放量的同時，更要嚴格控制卷煙煙氣中主要有害成分的釋放量。2009年，由鄭州煙草研究院牽頭進行了中式卷煙的卷煙煙氣危害性指數研究，篩選出了具有代表性的7種成分作為卷煙危害性評價指標，如CO、HCN、NNK、B[a]P、苯酚等。在上世紀末，活性碳由于成本低、來源豐富，國外煙草工業已廣泛將其用作濾嘴添加劑。但是上述七種有害成分分子大小各異以及焦油等粘稠的大分子容易堵塞微孔孔道，導致活性碳的較為單一孔徑難以實現有害成分的綜合降低，而多孔材料，如微孔-介孔復合材料，能同時發揮幾種孔道的結構優勢，從而有效地降低卷煙的危害性。
[0003]此外，煙草中的煙梗是煙草工業的副產物，每年有大量煙梗被廢棄，不僅污染環境，也是生物質資源的浪費，所以如何利用好廢棄煙梗是煙草工業需要解決的難題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是充分利用煙草中的副產物煙梗作為原料，制備出可有效降低卷煙煙氣中有害成分的微-介孔碳碳復合材料。
[0005]為了達到上述的技術效果，本發明采取以下技術方案:
[0006]一種微-介孔碳碳復合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0007]步驟一:煙梗制備活性碳
[0008]將煙梗粉碎后取40-100目的顆粒，將其與活化劑混合加去離子水充分浸潰12-18h，在95-110°C下真空干燥，然后在氮氣氣氛中于750-900°C炭化l_2h得到微孔活性碳材料；
[0009]步驟二:甲階酚醛樹脂前驅體的制備
[0010]將苯酚在35_50°C溶解后加入NaOH，攪拌均勻，滴加甲醛的水溶液，繼續升溫，當溫度達到70-75°C后，繼續反應0.5-2h，反應結束后用HCl將PH值調到7.0，在50°C下真空脫水，產物溶解在乙醇中，得到甲階酚醛樹脂前驅體的乙醇溶液；
[0011]步驟三，微-介孔碳碳復合材料的制備
[0012]在30~50°C下，將模板劑充分溶解在乙醇和0.2M的HCl溶液中，再加入甲階酚醛樹脂前軀體的乙醇溶液，繼續攪拌2-4h，加入微孔活性炭材料繼續攪拌直至乙醇揮發，然后100-120°C烘箱里進一步讓酚醛樹脂熱團聚20-30h，最后在氮氣保護下進行煅燒，得到微-介孔碳碳復合材料。
[0013]在上述的方法中，所述的活性劑為KOH，K2CO3,ZnCl2的一種或多種。在上述的方法中，所述的模板劑為P123，F127，F108中的一種或幾種。在上述的方法中，所述的煙梗與活性劑的質量之比為(1:1) - (1:4)。
[0014]在上述的方法中，所述的甲階酚醛樹脂前驅體的乙醇溶液的質量分數為10-30%。
[0015]在上述的方法中，步驟三中所述的煅燒包括在300-400 V下煅燒2_3h和在800-900 °C 煅燒 10-15h。
[0016]一種微-介孔碳碳復合材料，采用所述的方法制備而得。
[0017]一種二元復合濾嘴，由加添加劑的醋酸纖維段和醋酸纖維段復合而成，所述的加添加劑的醋酸纖維段為微-介孔碳碳復合材料均勻分散于松散的醋酸纖維絲中，加添加劑的醋酸纖維段和醋酸纖維段交替排列，濾嘴的前端連接加添加劑的醋酸纖維段，濾嘴的末端連接醋酸纖維段。
[0018]所述的微-介孔碳碳復合材料的添加量為2_30mg。
[0019]本發明與現有技術相比，具有以下的有益效果:
[0020](I)本方法工藝簡單、成本低廉、可工業化應用，反應條件溫和，反應條件易于控制。
[0021](2)制備的復合材料結合了微孔碳和介孔碳材料的性能，該復合材料添加到濾嘴用于卷煙中，可有效降低卷煙煙氣中有害成分的釋放量，降低巴豆醛及NNK效果明顯。
[0022]( 3 )本發明復合材料對卷煙感官品質基本無影響，無毒無害，能滿足二元復合棒的加工工藝，在低害卷煙加工方面有應用前景。
【具體實施方式】
[0023]下面結合本發明的實施例對本發明作進一步的闡述和說明。
[0024]實施例1:
[0025]稱取61.1g苯酚放入四口燒瓶中，在43°C溶解后加入13.0g的NaOH，攪拌IOmin后，用恒壓漏斗滴加105.4g的甲醛的水溶液(質量分數37%)，繼續升溫，當溫度達到70-75°C后，反應Ih，反應結束后用HCl將PH值調到7.0，在50°C下真空脫水，最后產物溶解在乙醇中(20wt%乙醇溶液)，制備得到甲基酚醛樹脂前驅體。
[0026]將煙梗粉碎后取40-100目的顆粒，將其與KOH按1:1的重量比混合加去離子水充分浸潰16h，然后在100°C下真空干燥2h，然后在氮氣氣氛中800°C煅燒，得到活性碳。
[0027]稱取IOg的F127溶解在100g乙醇中在40°C下形成清澈的溶液后，加入50g甲階酚醛樹脂前驅體(20wt%乙醇溶液)，繼續攪拌2h。加入經過63g活性碳繼續攪拌直至乙醇揮發，然后100度烘箱里進一步熱團聚24h。然后再在氮氣保護下350°C煅燒3h，90(TC煅燒2h，得到比表面積為1348m2/g的微-介復合碳材料I，其中介孔碳含量為10wt%。
[0028]將微-介復合碳材料I加入到煙嘴棒中，具體為二元復合濾棒由醋酸纖維段和添加微-介復合碳材料I的醋酸纖維段交替排列組成，所述的添加微-介復合碳材料I的醋酸纖維段為將微-介復合碳材料I均勻的分散于松散的醋酸纖維絲束中，微-介復合碳材料I的添加量為IOmg/支，添加微-介復合碳材料I的醋酸纖維段在濾棒的前端與煙絲端接觸，醋酸纖維段在濾棒的末端。將二元復合濾棒對卷煙煙氣中的苯酚釋放量進行檢測，檢測結果見表1。
[0029]表1:實施例1中微-介復合碳材料I加入到煙嘴棒中對苯酚釋放量的檢測數據
【權利要求】
1.一種微-介孔碳碳復合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一:煙梗制備活性碳 將煙梗粉碎后取40-100目的顆粒，將其與活化劑混合加去離子水充分浸潰12-18h，在95-110°C下真空干燥，然后在氮氣氣氛中于750-900°C炭化l_2h得到微孔活性碳材料； 步驟二:甲階酚醛樹脂前驅體的制備 將苯酚在35-50°C溶解后加入NaOH，攪拌均勻，滴加甲醛的水溶液，繼續升溫，當溫度達到70-75°C后，繼續反應0.5-2h，反應結束后用HCl將PH值調到7.0，在50°C下真空脫水，產物溶解在乙醇中，得到甲階酚醛樹脂前驅體的乙醇溶液； 步驟三，微-介孔碳碳復合材料的制備 在30~50°C下，將模板劑充分溶解在乙醇溶液中，再加入甲階酚醛樹脂前軀體的乙醇溶液，繼續攪拌2-4h，加入微孔活性炭材料繼續攪拌直至乙醇揮發，然后100-12(TC烘箱里進一步讓酚醛樹脂熱團聚20-30h，最后在氮氣保護下進行煅燒，得到微-介孔碳碳復合材料。
2.根據權利要求1所述的微-介孔碳碳復合材料的制備方法，其特征在于所述的活性劑為KOH，K2CO3, ZnCl2的一種或多種。
3.根據權利要求1所述的微-介孔碳碳復合材料的制備方法，其特征在于所述的模板劑為P123，F127，F108中的一種或幾種。
4.根據權利要求1所述的微-介孔碳碳復合材料的制備方法，其特征在于所述的煙梗與活性劑的質量之比為(1:1)- (1:4)。
5.根據權利要求1所述的微-介孔碳碳復合材料的制備方法，其特征在于所述的甲階酚醛樹脂前驅體的乙醇溶液的質量分數為10-30%。
6.根據權利要求1所述的微-介孔碳碳復合材料的制備方法，其特征在于步驟三中所述的煅燒包括在300-400°C下煅燒2-3h和在800-900°C煅燒10_15h。
7.一種微-介孔碳碳復合材料，其特征在于采用權利要求1-6任一項所述的方法制備而得。
8.—種二元復合濾嘴，由加添加劑的醋酸纖維段和醋酸纖維段復合而成，其特征在于:所述的加添加劑的醋酸纖維段為微-介孔碳碳復合材料均勻分散于松散的醋酸纖維絲中，加添加劑的醋酸纖維段和醋酸纖維段交替排列，濾嘴的前端連接加添加劑的醋酸纖維段，濾嘴的末端連接醋酸纖維段。
9.根據權利要求8所述的二元復合濾嘴，其特征在于所述的微-介孔碳碳復合材料的添加量為2-30mg。
【文檔編號】A24D3/10GK103833005SQ201410076662
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月4日 優先權日:2014年3月4日
【發明者】戴亞, 俞海軍, 馬擴彥, 汪長國, 孫玉峰 申請人:川渝中煙工業有限責任公司