CN108451027A - 一种复合炭质热源及其制备方法 - Google Patents

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向能军
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Abstract

本发明公开了一种复合炭质热源，其包括支撑成份和燃烧成份，所述支撑成份和燃烧成份混合均匀构成圆柱状；所述圆柱状复合炭质热源的轴向方向的中心有中心孔(1)，所述中心孔(1)外侧有若干轴向方向的孔道(2)，所述中心孔(1)和所述孔道(2)贯穿整个圆柱状复合炭质热源的轴向方向。本发明还公开了所述复合炭质热源的制备方法。本发明的复合炭质热源首次使用碳纳米管、石墨、石墨烯或氧化石墨烯等材料，其具有良好导热性能，能保证复合炭质热源的燃烧、热量及时传导、降低燃烧温度、减少CO产生等作用。

Description

一种复合炭质热源及其制备方法
技术领域
本发明属于烟草制品技术领域，具体涉及一种复合炭质热源及其制备方法。
背景技术
近年来，随着人们对健康的要求不断提高。对于烟草行业，新型烟草制品的出现这是适应这一需求的变革。新型烟草制品大概可以分四个大类：第一类是电子烟、第二类是加热不燃烧烟草制品、第三类是口含烟、第四类是其他一些种类的烟草制品。其中以加热不燃烧烟草制品由于其充分保留了传统烟草的质感而获得市场青睐。加热不燃烧烟草制品的主要特点是利用外部热源加热烟草而不是点燃烟草，这是与传统烟草最本质的区别。炭质热源是其的一种主要热源，其性能好坏直接关系烟草的品质。低的CO释放和保证平稳适宜的热量释放是炭质热源非常重要的指标。为了实现这个目的，许多相应的技术资料被公开。专利CN1087497A公开在燃料元件中添加贯穿的不可燃的石墨作为导热材料，从而降低燃烧温度，减少CO的释放。专利CN101098635A公开了炭质热源组合物中含有30-55％比例的碳酸钙，从而降低燃烧温度减少CO释放。专利CN1046665A公开含有催化剂的组分，催化组分用于催化降解CO。然而现有技术对于减少CO释放并不是十分有效，同时，对于燃烧温度和燃烧速率的控制并不是十分有效。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种复合炭质热源，使用该复合炭质热源可以减少炭加热不燃烧卷烟的CO释放，且对于燃烧温度和速率的控制十分有效。并且本发明的复合炭质热源的制备方法新颖，工艺简单。
本发明第一方面公开了一种复合炭质热源，其包括支撑成份和燃烧成份，所述支撑成份和燃烧成份相互复合均匀构成圆柱状；所述圆柱状复合炭质热源的轴向方向的中心有中心孔1，所述中心孔1外侧有若干轴向方向的孔道2，所述中心孔1和所述孔道2贯穿整个圆柱状复合炭质热源的轴向方向。
优选地，所述支撑成份的导热性能优于所述燃烧成份；所述支撑成份为碳纳米管、石墨、石墨烯或氧化石墨烯中的一种或几种。
本发明第二方面公开了所述复合炭质热源的制备方法，包括如下步骤：
(1)制将纸浆纤维、支撑材料及分散剂分散于水中，制成浆料；
(2)将步骤(1)得到的浆料注入圆柱形状的模具中，所述模具设有排液机构，经过压制排液和干燥得到圆柱状的预制棒；所述模具的轴向的中心及中心外侧有若干轴向柱，使得到的所述预制棒的中心有中心孔，中心孔外侧有若干孔道；
(3)将步骤(2)得到的预制棒进行高温炭化，即得到所述的复合炭质热源。
优选地，步骤(1)所述的纸浆纤维为木浆纤维，所述支撑材料为碳纳米管、石墨、石墨烯或氧化石墨烯中的一种或几种。
优选地，步骤(1)所述的分散剂为烷基糖苷、羧甲基纤维素中的一种。
优选地，步骤(3)所述的高温炭化的温度为600℃～800℃。
本发明的有益效果：
(1)本发明的复合炭质热源的支撑成份首次使用碳纳米管、石墨、石墨烯或氧化石墨烯等材料，其具有良好导热性能，能保证复合炭质热源的燃烧、热量及时传导、降低燃烧温度、减少CO产生等作用。由于支撑成份为不燃或者难燃的碳纳米管、石墨、石墨烯或氧化石墨烯等材料，构成了复合炭质热源的骨架，避免燃烧过程中产生的灰分坍缩，影响气体的扩散，保持整个燃烧过程的速率稳定，释热均匀。中心孔和外侧有若干孔道能够调节复合炭质热源的燃烧速度，控制燃烧温度，且有利于气体的扩散。
(2)本发明首次使用碳纳米管、石墨、石墨烯或氧化石墨烯作为复合炭质热源的支撑成份制备复合炭质热源，制备方法简单。
附图说明
图1为本发明的复合炭质热源的立体示意图；
图2为本发明的复合炭质热源的主视图；
附图标记：1-中心孔，2-孔道。
具体实施方式
实施例1
(1)将碳纳米管、硬木纤维和烷基糖苷和羧甲基纤维素分散剂按照0.3:1:0.3:0.1的比例加入水中，经过打浆处理后再进行超声处理制成浓度为1wt％的混合浆料。
(2)将步骤(1)得到的混合浆料注入圆柱形状的模具中，所述模具设有排液机构，经过压制排液和干燥，得到圆柱状的预制棒；所述模具的直径为10mm，高度为15mm；模具的轴向的中心及中心外侧有若干轴向柱，轴向柱的直径为0.10mm，高度也为15mm，使得到的所述预制棒的中心有中心孔，中心孔外侧有若干孔道。
(3)将步骤(2)得到的预制棒进行在700℃下炭化，即得到所述的复合炭质热源。
实施例2
步骤同实施例2，支撑材料为石墨。
实施例3
步骤同实施例2，支撑材料为氧化石墨烯。
实施例4
分别测试实施例1-3的复合炭质热源的燃烧性能，并与普通的炭质热源(对照样)进行比较如下表：
对照样 实施例1 实施例2 实施例3
CO释放量(mg) 12 5 6 8
峰值燃烧温度℃ 980 850 760 900
燃烧时长(s) 2600 350 400 310
阴燃时间(s) 35 60 50 80
由上表可知，本发明的复合炭质热源与普通的炭质热源相比，燃烧温度较低，减少了CO的产生，燃烧时间延长，燃烧温度也低于普通的炭质热源的燃烧温度。

Claims (6)

1.一种复合炭质热源，其特征在于，其包括支撑成份和燃烧成份，所述支撑成份和燃烧成份混合均匀构成圆柱状；所述圆柱状复合炭质热源的轴向方向的中心有中心孔(1)，所述中心孔(1)外侧有若干轴向方向的孔道(2)，所述中心孔(1)和所述孔道(2)贯穿整个圆柱状复合炭质热源的轴向方向。
2.根据权利要求1所述的复合炭质热源，其特征在于，所述支撑成份的导热性能优于所述燃烧成份；所述支撑成份为碳纳米管、石墨、石墨烯或氧化石墨烯中的一种或几种。
3.一种复合炭质热源的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将纸浆纤维、支撑材料及分散剂分散于水中，制成浆料；
(2)将步骤(1)得到的的悬浊液倒入圆柱形状的模具中，除去液体成份，得到圆柱状的预制棒；所述模具的轴向的中心及中心外侧有若干轴向柱，使得到的所述预制棒的中心有中心孔，中心孔外侧有若干孔道；
(3)将步骤(2)得到的预制棒进行高温炭化，即得到所述的复合炭质热源。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的纸浆纤维为木浆纤维，所述支撑材料为碳纳米管、石墨、石墨烯或氧化石墨烯中的一种或几种。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的分散剂为烷基糖苷、羧甲基纤维素中的一种。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的高温炭化的温度为600℃～800℃。
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