RU2480407C2 - Активированный уголь из микрокристаллической целлюлозы - Google Patents

Активированный уголь из микрокристаллической целлюлозы Download PDF

Info

Publication number
RU2480407C2
RU2480407C2 RU2010129935/05A RU2010129935A RU2480407C2 RU 2480407 C2 RU2480407 C2 RU 2480407C2 RU 2010129935/05 A RU2010129935/05 A RU 2010129935/05A RU 2010129935 A RU2010129935 A RU 2010129935A RU 2480407 C2 RU2480407 C2 RU 2480407C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
activated carbon
microcrystalline cellulose
granules
smoking article
powder
Prior art date
Application number
RU2010129935/05A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2010129935A (ru
Inventor
Георгиос Д. Карлес
Шучжун Чжуан
Original Assignee
Филип Моррис Продактс С.А.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Филип Моррис Продактс С.А. filed Critical Филип Моррис Продактс С.А.
Publication of RU2010129935A publication Critical patent/RU2010129935A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2480407C2 publication Critical patent/RU2480407C2/ru

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
    • A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter-tips, filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces for cigars or cigarettes
    • A24D3/06—Use of materials for tobacco smoke filters
    • A24D3/16—Use of materials for tobacco smoke filters of inorganic materials
    • A24D3/163—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/312—Preparation
    • C01B32/318—Preparation characterised by the starting materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/312—Preparation
    • C01B32/336—Preparation characterised by gaseous activating agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/312—Preparation
    • C01B32/342—Preparation characterised by non-gaseous activating agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/354—After-treatment
    • C01B32/372—Coating; Grafting; Microencapsulation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/354—After-treatment
    • C01B32/384—Granulation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Cigarettes, Filters, And Manufacturing Of Filters (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

Изобретение относится к получению активированных углей. Предложен способ формирования активированного угля из микрокристаллической целлюлозы, включающий: преобразование порошка микрокристаллической целлюлозы в гранулы смешиванием порошка микрокристаллической целлюлозы с водой, экструзии с получением сферических гранул. Способ включает карбонизацию микрокристаллической целлюлозы для получения карбонизированной микрокристаллической целлюлозы и активирование карбонизированной микрокристаллической целлюлозы для получения активированного угля. Предложен также способ изготовления фильтра курительного изделия, содержащего полученные гранулы активированного угля, и способ изготовления курительного изделия, содержащего такой фильтр. Изобретение обеспечивает оптимальную пористую структуру активированного угля, используемого в фильтрах курительных изделий. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Description

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ получения активированного угля из микрокристаллической целлюлозы, включающий карбонизацию микрокристаллической целлюлозы для получения карбонизированной микрокристаллической целлюлозы и активирование карбонизированной микрокристаллической целлюлозы для получения активированного угля.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 изображен вид сбоку, с местным разрезом, варианта сигареты, содержащей табачную палочку и фильтр, включающий гранулы активированного угля;
на фиг.2 - вид сбоку, с местным разрезом, другого варианта сигареты, включающей табачную палочку и фильтр, содержащий гранулы активированного угля.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ получения активированного угля из микрокристаллической целлюлозы (МКЦ), включающий карбонизацию микрокристаллической целлюлозы для получения карбонизированной микрокристаллической целлюлозы и активирования карбонизированной микрокристаллической целлюлозы для получения активированного угля. Предпочтительно карбонизацию проводят при температуре в диапазоне от около 400°C до около 950°C. Также предпочтительно карбонизированные гранулы активируют при температуре в диапазоне от около 800°C до около 950°C. Предпочтительно способ включает нанесение покрытия на микрокристаллическую целлюлозу до карбонизации с использованием растворов или дисперсий синтетических или натуральных полимеров. Другие предпочтительные способы включают нанесение покрытия на микрокристаллическую целлюлозу после карбонизации, но до активирования, с использованием растворов или дисперсий синтетических или натуральных полимеров. Еще одни предпочтительные способы включают нанесение покрытия на микрокристаллическую целлюлозу после активирования с использованием растворов или дисперсий синтетических или натуральных полимеров.
Активированный уголь можно изготавливать, исходя из порошка МКЦ, который сначала смешивают с водой или другим соответствующим водным растворителем для приготовления сырой массы. В частности, можно смешивать от около 30 масс.% до около 70 масс.%, например от около 40 масс. до около 60 масс.%, сухого вещества или смеси сухого вещества (т.е. порошка МКЦ) и от около 30% до около 70%, например от около 40 масс.% до около 60 масс.%, воды. Из мокрой массы формуют цилиндрический экструдат, используя экструдер. Мокрый цилиндрический экструдат затем измельчают, уплотняют и формируют из него сферические гранулы, используя сферообразователь. Гранулы сушат, например, используя сушилку с псевдоожиженным слоем или вакуумную сушилку. Высушенные гранулы карбонизируют при температуре в диапазоне от около 400°C до около 950°C, например при температуре около 900°C, предпочтительно в потоке азота. Выход в результате карбонизации составляет, при измерении с использованием термогравиметрического анализа (ТГА), предпочтительно порядка 25%, что больше, чем выход при использовании других целлюлозных предшественников, потенциально благодаря высокой кристалличности МКЦ. Наконец, карбонизированные гранулы активируют при температуре в диапазоне от около 800°C до около 950°C, например при температуре около 850°C.
На стадии карбонизации предшественник нагревают в среде инертного газа для удаления неуглеродных элементов. Карбонизация начинает происходить при температуре около 300°C, а окончательная температура составляет от около 800°C до около 1000°C. На этапе активирования обеспечивают взаимодействие пара или CO2 с углеродом для образования пор, размер которых составляет некоторое количество ангстрем. Эти взаимодействия являются эндотермическими и не происходят при температуре ниже приблизительно 800°C. Таким образом, этапы карбонизации и активирования могут быть выполнены в ходе одного этапа. Однако со временем температура повышается до 800°C, большая часть предшественника карбонизируется. В варианте осуществления, рассмотренном дополнительно ниже, процесс активирования с использованием химических веществ (например, H3PO4 и/или ZnCl2) является одноэтапным процессом.
Альтернативно гранулы активированного угля можно изготавливать, начиная с доступных для приобретения гранул МКЦ, например гранул марки Ethispheres® компании NP Pharm (г. Базенвиль, Франция). Конкретно, гранулы марки Ethispheres® 600 имеют размеры в диапазоне от 500 мкм (микрон) до 710 мкм, а гранулы марки Ethispheres® 850 имеют размеры в диапазоне от 710 мкм до 1000 мкм. Гранулы марки Ethispheres® 250 имеют размеры в диапазоне от 200 мкм до 355 мкм, а гранулы марки Ethispheres® 450 имеют размеры в диапазоне от 355 мкм до 500 мкм. Конкретно, приведенные в качестве примера условия активирования (т.е. температура, атмосфера и время), осуществленные на двух (2) образцах каждого вида гранул марки Ethispheres® 600 и гранул марки Ethispheres® 850, представлены в Таблице I.
Таблица I
Образец Гранулы МКЦ Температура (°C) H2O (моль/мин) N2 (моль/мин) Время (мин) Доля выгорания (%)
А Ethispheres® 600 850 0,042 0,044 90 29,4
В Ethispheres® 600 850 0,042 0,044 180 57,5
С Ethispheres® 850 850 0,042 0,044 90 28,0
D Ethispheres® 850 850 0,042 0,044 180 52,0
Плотность и пористость образцов A-D из Таблицы I после активирования гранул марки Ethispheres® представлены в Таблице II.
Таблица II
    Образец A Образец B Образец C Образец D
Адсорбция аргона Площадь поверхности гранул (ППГ) активированного угля (по теории адсорбции Брунауэра-Эммета-Теллера) (м2/г) 1164 1885 1132 1711
Объем микропор (мл/г) 0,394 0,639 0,384 0,586
Общий объем (мл/г) 0,396 0,674 0,389 0,604
Проникновение ртути Объем проникновения (мл/г) 1,09 1,65 0,94 1,23
Площадь пор (м2/г) 76 190 77 150
Объемная плотность (г/мл) 0,49 0,36 0,53 0,43
Пористость (%) 52,9 58,8 49,8 53,2
До карбонизации и активирования гранулы марки Ethispheres® представляют собой агломерации волокнистых частиц, в которых волокнистые частицы являются комплексами отдельных волокон, имеющих диаметры в диапазоне от около 100 нм до около 200 нм. В результате карбонизации и активирования гранул марки Ethispheres® образуются гранулы, обладающие твердой, хрупкой оболочкой, содержащей поверхность и внутренние поры, имеющие размеры в диапазоне от около 0,5 мкм до около 5,0 мкм. В результате карбонизации и активирования также изменяется внутренняя морфология гранул, получается более гладкая текстура поверхности, содержащая хаотическую сетку пор, подобных порам в оболочке.
Пористость гранул активированного угля можно регулировать посредством регулирования пористости исходных гранул или посредством использования выделяющих газ предшественников или вспенивающихся предшественников, смешанных с МКЦ до карбонизации. Например, можно использовать бикарбонат натрия или бикарбонат аммония для генерирования макропористости в гранулах МКЦ при их нагреве во время карбонизации. Массовое отношение бикарбоната натрия или бикарбоната аммония и МКЦ может быть в диапазоне от около 0:1 до около 1:1, например от около 0:1 до около 1:2. Кроме того, может быть обеспечена высокая степень свободны гранул МКЦ от неорганических загрязнителей, например железа, серы, азота и т.п. Таким образом можно контролировать содержание загрязнителей в гранулах активированного угля.
В варианте осуществления МКЦ можно смешивать с порошком активированного угля, например порошком сильно активированного угля, до переработки в гранулы. Массовое отношение порошка активированного угля и МКЦ может быть в диапазоне от около 0:1 до около 1:1, например от около 0:1 до около 1:2.
После активирования такие гранулы могут обладать значительной абсорбционной способностью благодаря наличию порошка предварительно активированного угля.
В другом варианте осуществления МКЦ можно смешивать с пригодными к карбонизации предшественниками до переработки в гранулы. Массовое отношение пригодных к карбонизации предшественников и МКЦ может быть в диапазоне от около 0:1 до около 2:1, например от около 0:1 до около 1:2. Пригодный к карбонизации предшественник может быть выбран из материалов с высоким выходом после карбонизации, например из фенольных порошков. МКЦ может способствовать обездвиживанию фенольных смол в гранулах во время этапа карбонизации, при котором предпочтительно обеспечивают температуры отверждения, которые выше температуры плавления фенольного материала. Смешанный фенольный материал может содержать раствор высокой концентрации фенольных смол с низкой молекулярной массой (т.е. могут быть также использованы смолы), соединенный с МКЦ до экструзии и сферообразования. В зависимости от используемого фенольного предшественника можно получать угли с различными структурами, как результат присутствия фенольного предшественника в доменах различных размеров в матрице МКЦ. Ожидается, что при использовании фенольного порошка могут образовываться домены больших размеров в противоположность использованию фенольных растворов. При использовании фенольных предшественников обеспечивается значительно больший выход в результате карбонизации (приблизительно 50%) в противоположность МКЦ, и в результате можно получать прочные гранулы с регулируемой микропористостью после последующего активирования карбонизированных гранул.
Кроме того, выход после карбонизации может быть увеличен посредством смешивания H2SO4, H3PO4 или солей, подобных ZnCl2, с пригодным к карбонизации материалом. В частности, H2SO4 может быть использована для регулирования pH, в то время как массовое отношение ZnCl2 и МКЦ может быть в диапазоне от около 0:1 до около 2:1, например от около 0:1 до около 1:2. Водный раствор H3PO4 с концентрацией в диапазоне, например, от около 10% до около 40% можно использовать в сочетании с сухим веществом или смесью сухого вещества (т.е. порошка МКЦ) в количестве от около 30 масс.% до около 70 масс.%, например от около 40 масс.% до около 60 масс.%, и водным раствором H3PO4 в количестве от около 30% до около 70%, например от около 40 масс.% до около 60 масс.%.
Гранулы, изготовленные путем смешивания МКЦ с угольным порошком, предпочтительно получают для обеспечения требуемых фильтрующих свойств. Это можно осуществлять посредством добавления в смесь специально выбранных фильтрующих добавок. Например, может быть добавлен полиэтиленимин (ПЭИ) для обеспечения выборочного взаимодействия с альдегидными соединениями, и/или можно использовать другие органосилановые предшественники со специальными концевыми группами для прикрепления к гидроксильным группам МКЦ. Альтернативно могут быть обеспечены выбранные фильтрующие свойства посредством импрегнирования гранул.
Гранулы МКЦ могут быть снабжены покрытием до или после карбонизации и/или активирования для регулирования пористости и избирательности и/или для создания мембраны на гранулах. Таким образом, гранулы могут быть обеспечены регулируемыми абсорбционными свойствами, так как карбонизированное или некарбонизированное покрытие может обладать особой пористостью или специальными избирательными свойствами по отношению к определенным целевым соединениям или составляющим компонентам текучих сред, например газам или жидкостям. Например, гранулы могут быть покрыты путем напыления растворов или дисперсий синтетических или натуральных полимеров, предпочтительно в псевдоожиженном слое, для создания покрытий, образующих мембрану поверх центрального адсорбирующего ядра. Такие гранулы с покрытием можно использовать для фильтрации или очищения, включая жидкости или газы, и мембрану можно выбрать таким образом, чтобы она обладала избираемыми свойствами, основанными на ее полярности или пористости, и чтобы она набухала в среде для осуществления процесса во время фильтрации или очищения. Свойства мембраны можно также регулировать путем изменения условий фильтрации или очищения (например, температуры, pH и т.п.). Аналогичным образом можно выбрать мембраны с заданной пористостью, созданной после карбонизации и/или активирования мембраны, таким образом, чтобы они обладали выбранными свойствами, основанными на ее полярности, пористости и/или набухании в среде для осуществления процесса во время фильтрации или очищения, и свойства мембраны можно также регулировать путем изменения условий фильтрации и/или очищения.
Гранулы сохраняют их форму во время карбонизации и активирования, но могут усаживаться. Таким образом, карбонизация и активация гранул марки Ethispheres® приводит в результате к получению гранул активированного угля практически сферической формы. Кроме того, конечный размер гранул активированного угля, предпочтительно являющихся сферическими, можно регулировать посредством выбора размера исходных гранул марки Ethispheres® или гранул, сформированных с использованием, например, сферообразователя. Благодаря сопротивлению истиранию гранул активированного угля обеспечивается возможность предотвращения размазывания или разламывания активированного угля под воздействием прикладываемого давления.
Измеренные средние диаметры необработанных гранул марки Ethispheres® 850, карбонизированных гранул марки Ethispheres® 850, гранул активированного угля, сформированных из гранул марки Ethispheres® 850, и гранул сильно активированного угля, сформированных из гранул марки Ethispheres® 850, составляли 885 мкм ± 65 мкм (n=15), 645 мкм ± 50 мкм (n=15), 590 мкм ± 70 мкм (n=15) и 530 мкм ± 65 мкм (n=15) соответственно. Измеренные средние диаметры необработанных гранул марки Ethispheres® 600, карбонизированных гранул марки Ethispheres® 600, гранул активированного угля, сформированных из гранул марки Ethispheres® 600, и гранул сильно активированного угля, сформированных из гранул марки Ethispheres® 600, составляли 617 мкм ± 40 мкм (n=15), 425 мкм ± 40 мкм (n=15), 385 мкм ± 35 мкм (n=15) и 360 мкм ± 45 мкм (n=15) соответственно.
Таким образом, карбонизация может приводить в результате к уменьшению диаметров гранул приблизительно на 30% (при сравнении среднего диаметра необработанных гранул марки Ethispheres® 850, составляющего 885 мкм ± 65 мкм, и среднего диаметра карбонизированных гранул марки Ethispheres® 850, составляющего 645 мкм ± 50 мкм); активация может приводить в результате к уменьшению диаметров гранул приблизительно на 40% (при сравнении среднего диаметра гранул марки Ethispheres® 850, составляющего 885 мкм ± 65 мкм и среднего диаметра гранул активированного угля, сформированных из гранул марки Ethispheres® 850, составляющего 590 мкм ± 70 мкм); а сильная активация может приводить в результате к уменьшению диаметров гранул приблизительно на 45-50% (при сравнении среднего диаметра гранул марки Ethispheres® 850, составляющего 885 мкм ± 65 мкм, и среднего диаметра гранул сильно активированного угля, сформированных из гранул марки Ethispheres® 850, составляющего 530 мкм ± 65 мкм). Таким образом, использование МКЦ в качестве предшественника обеспечивает возможность регулирования конечного размера и формы активированного угля.
Необработанные гранулы марки Ethispheres® 600 и гранулы марки Ethispheres® 850, карбонизированные гранулы марки Ethispheres® 600 и гранулы марки Ethispheres® 850, гранулы активированного угля, сформированные из гранул марки Ethispheres® 600, и гранулы марки Ethispheres® 850, и гранулы сильно активированного угля, сформированные из гранул марки Ethispheres® 600, и гранулы марки Ethispheres® 850, помещали (каждый вид) в отдельные керамические ступки, погруженные в жидкий азот. Гранулы размалывали в ступках, используя пестики, при температуре около -196°C. Использовали кисточку для перемещения частиц на бумагу для взвешивания и отделяли неразмолотые гранулы. Размолотые частицы помещали на диски диаметром 12 мм для приклеивания угля, которые были прикреплены к коротким алюминиевым стойкам. Каждый образец размолотых частиц помещали в камеру Hummer 6.6 Turbo Sputter Coater™ для нанесения покрытия, действующую в атмосфере аргона, и наносили покрытие напылением толщиной 2 нм из Au-Pd (золото-палладий). Получали изображения внутренних и наружных поверхностей размолотых частиц, используя электронный сканирующий микроскоп для исследования окружающей среды марки XL30 компании FEI Co.™, действовавший при напряжении 15 кВ в высоковакуумном режиме.
Необработанные гранулы марки Ethispheres® представляли собой агломерации волокнистых частиц. Волокна, составлявшие эти частицы, некоторые из которых были продолговатыми, имели диаметр от около 100 нм до около 200 нм. Поверхности гранул были текстурированными, но не чрезмерно шероховатыми, и агломерированные частицы были четко различимы.
Карбонизация и активирование гранул марки Ethispheres® приводили в результате к изменению внутренней морфологии агломерированных частиц и к более гладкой текстуре поверхности, содержавшей хаотическую сетку пор, а также к образованию пористой оболочки. Внутренние поры обычно имели размер, меньший 5 мкм. Поверхности оболочек также содержали поры, и некоторые из этих пор могли быть сформированы благодаря присутствию полых каналов, проходящих через все поперечное сечение оболочки. На поверхности оболочки иногда наблюдали трещины, распространявшиеся в резко определенных плоскостях, которые часто проходят от поры к поре. Поверхности разломов прорезали оболочки почти по всем поперечным сечениям, указывая на то, что материал оболочки, с наибольшей вероятностью, является твердым и хрупким.
В результате активирования получают гранулы активированного угля, обладающие желаемой структурой пор, т.е. большая часть пор имеет размер, составляющий меньше приблизительно 30 Å (ангстрем), более предпочтительно меньше приблизительно 20 Å, и даже более предпочтительно меньше приблизительно 10 Å; а объем микропор (объем пор/г), вычисленный с использованием теории функционала плотности (ТФП), имеющих размер пор в диапазоне от около 5 Å до около 10 Å, составляет предпочтительно в диапазоне от около 0,2 см3/г до около 1,0 см3/г, более предпочтительно от около 0,3 см3/г до около 1,0 см3/г. Для активирования используют любую пригодную кислородосодержащую среду, включающую пар, диоксид углерода, кислород или раствор гидроокиси калия. Окружающая среда может также содержать другие газы, например азот. Эти газы взаимодействуют с углеродом, приводя в результате к образованию пористой структуры углерода. Кислород и азот могут также быть химически прикреплены к поверхности углерода для улучшения способности фильтрации газа, выборочно основанной на хемосорбции, т.е. на образовании ковалентной связи.
В предпочтительном варианте осуществления карбонизированные гранулы активируют до желаемого уровня выгорания. Под «выгоранием» понимают потерю массы (т.е. потеря массы = исходная масса - конечная масса) углерода, происходящую во время активирования. При повышении уровня выгорания площадь поверхности угля увеличивается. Площадь поверхности гранул (ППГ) активированного угля (по теории адсорбции Брунауэра-Эммета-Теллера) предпочтительно составляет в диапазоне от около 1000 м2/г до около 3000 м2/г, более предпочтительно от около 1000 м2/г до около 2000 м2/г.
Во время активирования выгорание предпочтительно регулируют для регулирования размера пор, площади поверхности пор и/или объема пор в гранулах активированного угля. При заданной температуре активирования увеличение времени активирования ведет к увеличению ППГ активированного угля (по теории адсорбции Брунауэра-Эммета-Теллера) и объема пор/г активированного материала. Кроме того, увеличение времени активирования может вызывать увеличение маленьких пор (например, пор, имеющих размер в диапазоне от около 5 Å до около 10 Å) до пор большего размера (например, пор, имеющих размер в диапазоне от около 10 Å до около 20 Å). Соответственно время активирования предпочтительно регулируют для регулирования увеличения размеров пор и обеспечения желаемого распределения размеров пор. В предпочтительном варианте осуществления большинство пор гранул активированного угля имеет размер, меньший приблизительно 30 Å, более предпочтительно меньший приблизительно 20 Å и даже более предпочтительно меньший приблизительно 10 Å.
Адсорбирующие и/или абсорбирующие материалы (т.е. сорбенты), например активированный уголь, могут быть включены в курительные изделия, например сигареты, с целью удаления компонентов, например бензола, из дыма, вдыхаемого курильщиком. Соответственно также созданы способы изготовления сигаретных фильтров и сигарет, включающих активированный уголь.
Под термином «сорбция», при использовании его в данном описании, понимают фильтрацию посредством адсорбции и/или абсорбции. Сорбция охватывает взаимодействия на наружной поверхности сорбента, а также взаимодействия в порах и каналах сорбента. Другими словами, «сорбент» - это вещество, которое может конденсировать или удерживать молекулы других веществ на его поверхности и/или может вбирать другие вещества, т.е. принимать благодаря проникновению других веществ в его внутреннюю структуру или в его поры. Соответственно под термином «сорбент», при использовании его в данном описании, понимают адсорбент, абсорбент или вещество, которое может функционировать и как адсорбент, и как абсорбент.
Под термином «удаление», при использовании его в данном описании, понимают адсорбцию и/или абсорбцию, по меньшей мере, некоторой части, по меньшей мере, одного компонента из потока газа, например табачного дыма, вдыхаемого курильщиком. По меньшей мере, один компонент потока газа может быть преобразован в другой компонент посредством каталитического взаимодействия, с помощью которого эффективно также удаляют компонент из потока газа.
Под термином «поток дыма, вдыхаемый курильщиком», понимают смесь газов, проходящих через табачную палочку и выходящих через конец фильтра, т.е. дым, который выходит или который отсасывают из мундштука курительного изделия во время курения курительного изделия. Поток дыма, вдыхаемый курильщиком, содержит воздух, который всасывают как через горящий участок курительного изделия, так и через бумажную обертку.
Под «курением» сигареты понимают нагрев или горение сигареты с образованием табачного дыма. Обычно курение традиционной сигареты включает зажигание одного конца сигареты и просасывание сигаретного дыма через мундштук сигареты, в то время как табак, содержащийся в табачной палочке, подвергается реакции горения. Однако нетрадиционную сигарету можно курить путем нагрева сигареты с использованием электрического нагревателя, как это описано, например, в любом одном из принадлежащих одному и тому же правообладателю патентов США № 6053176; № 5934289; № 5591368 и № 5322075, каждый из которых включен в данное описание в его полном объеме путем ссылки.
Активированный уголь предпочтительно находится в форме гранул, более предпочтительно в форме сферических гранул, которые предпочтительно содержат структуру пор, образованную по существу из микропор или мезопор. Под термином «микропора», при использовании в данном описании, понимают пору, имеющую размер около 2 нм (20 Å) или меньше, а под термином «мезопора» понимают пору, имеющую размер в диапазоне от около 2 нм до около 50 нм (от 20 Å до 500 Å). Размер пор гранул активированного угля может быть выбран на основании выбора компонента (компонентов), который (которые) желательно удалить из потока газа, например из табачного дыма, вдыхаемого курильщиком.
Если желательно, то активированный уголь можно использовать в сочетании с одним или большим числом каталитических материалов в канале, через который проходит газ, например, в сигаретном фильтре и/или сигарете, для улучшения преобразования одного или большего числа выбранных компонентов в потоке газа в другой газообразный компонент. Например, катализатором может быть любой пригодный катализатор из переходного металла, например Fe2O3 и/или Fe3O4. Катализатор может иметь наноразмеры и/или микроразмеры. Катализатор может быть введен в различные компоненты сигаретного фильтра, например, он может быть нанесен на активированный уголь в качестве покрытия. Альтернативно активированный уголь и катализатор могут быть в виде физической смеси в канале, через который проходит газ.
Активированный уголь предпочтительно вводят в традиционную сигарету или в нетрадиционную сигарету. Например, активированный уголь может быть введен в традиционные сигареты или в нетрадиционные сигареты, например сигареты для электрических курительных систем, описанные в принадлежащих одному и тому же правообладателю патентах США № 6026820; № 5988176; № 5915387; № 5692526; № 5692525; № 5666976 и № 5499636, каждый из которых включен в данное описание в его полном объеме путем ссылки.
Гранулы активированного угля, вводимые в полость сигаретного фильтра, предпочтительно имеют сферическую форму для достижения желаемого сопротивления просасыванию (СП). Гранулы активированного угля предпочтительно имеют по существу одинаковый диаметр, составляющий около 1000 мкм. Гранулы активированного угля могут обычно иметь средний диаметр в диапазоне от около 200 мкм до около 1000 мкм, где средний диаметр гранул активированного угля в диапазоне от около 300 мкм до около 500 мкм является предпочтительным для достижения желаемого СП. Гранулы активированного угля предпочтительно являются устойчивыми к агломерации и остаются отдельными и свободно перемещающимися частицами, благодаря чему возможно обеспечение удельной упаковочной плотности гранул активированного угля.
В предпочтительном варианте осуществления активированный уголь включен в фильтр сигареты. В фильтре активированный уголь предпочтительно включен, по меньшей мере, в одно пространство и/или полость. Активированный уголь также может быть включен в табачный слой сигареты, например в табачную палочку. Варианты осуществления способов изготовления сигарет включают размещение бумажной обертки вокруг табачного стержня для формирования табачной палочки и прикрепление сигаретного фильтра к табачной палочке для формирования сигареты, в которой фильтр и/или табачная палочка содержат активированный уголь.
Количество активированного угля, введенного в сигарету, можно варьировать. Например, в сигарете можно обычно использовать от около 10 мг до около 200 мг активированного угля. Например, можно использовать от 10 мг до 20 мг, от 20 мг до 100 мг или от 100 мг до 200 мг, в зависимости от желаемого эффекта, от типа сигарет и т.п. Можно также использовать больше 200 мг активированного угля, если это желательно. Однако в таких вариантах осуществления табачная палочка может быть более короткой, чтобы была сохранена определенная длина сигареты.
На фиг.1 показан вариант осуществления сигареты 10, содержащей табачную палочку 12 и фильтр 14, прикрепленный к табачной палочке с помощью бумаги 16 для приклеивания фильтра. Фильтр 14 имеет конструкцию тампон-пространство-тампон с отстоящими друг от друга тампонами 18, 20, которые могут быть тампонами из ацетата целлюлозы, и полостью 22 между тампонами 18, 20, которая может содержать гранулы 24 активированного угля.
В одном варианте осуществления гранулы 24 активированного угля имеют по существу одинаковый диаметр. Такие гранулы активированного угля могут образовывать слой, посредством которого можно обеспечивать минимальный пропуск табачного дыма, просасываемого через полость 22. Соответственно может быть достигнут максимальный контакт между сигаретным дымом, вдыхаемым курильщиком, и поверхностями гранул активированного угля.
В другом варианте осуществления полость 22 фильтра может быть заполнена гранулами активированного угля, по меньшей мере, двух фракций различных размеров. Гранулы активированного угля меньшего размера могут быть равномерно распределены между гранулами активированного угля большего размера. Например, на фиг.2 показана полость 22 фильтра, содержащая сочетание гранул 26 активированного угля большего размера и гранул 28 активированного угля меньшего размера, равномерно распределенных между гранулами 26 активированного угля большего размера.
Хотя описаны различные варианты осуществления, следует понимать, что могут быть предложены и другие варианты осуществления и модификации, что должно быть очевидно для специалистов в данной области. Такие варианты осуществления и модификации должны быть в сфере действия и в пределах объема, определенных прилагаемой формулой изобретения.

Claims (9)

1. Способ получения активированного угля из микрокристаллической целлюлозы, включающий:
- карбонизацию микрокристаллической целлюлозы для формирования карбонизированной микрокристаллической целлюлозы; и
- активирование карбонизированной микрокристаллической целлюлозы для формирования активированного угля,
где способ дополнительно содержит получение гранул микрокристаллической целлюлозы посредством выполнения процесса, включающего:
- смешивание около 30-70 мас.% порошка микрокристаллической целлюлозы и около 30-70 мас.% воды;
- формирование цилиндрического экструдата из порошка микрокристаллической целлюлозы и воды с использованием экструдера;
- образование сферических гранул из цилиндрического экструдата с использованием сферообразователя; и
- сушку гранул.
2. Способ по п.1, дополнительно включающий смешивание бикарбоната натрия или бикарбоната аммония с порошком микрокристаллической целлюлозы и водой, в котором массовое отношение бикарбоната натрия или бикарбоната аммония и порошка микрокристаллической целлюлозы находится в диапазоне от около 0:1 до около 1:1.
3. Способ по п.1, дополнительно включающий смешивание порошка активированного угля с порошком микрокристаллической целлюлозы и водой, в котором массовое отношение порошка активированного угля и порошка микрокристаллической целлюлозы находится в диапазоне от около 0:1 до около 1:1.
4. Способ по п.1, дополнительно включающий смешивание пригодного к карбонизации предшественника с порошком микрокристаллической целлюлозы и водой, в котором массовое отношение пригодного к карбонизации предшественника и порошка микрокристаллической целлюлозы находится в диапазоне от около 0:1 до около 2:1.
5. Способ по п.4, в котором пригодный к карбонизации предшественник содержит предшественник, выбранный из группы, состоящей из фенола, смолы и их смесей.
6. Способ по п.1, включающий активирование карбонизированной микрокристаллической целлюлозы для формирования гранул активированного угля.
7. Способ получения фильтра курительного изделия, включающий:
- получение активированного угля способом по п.1; и
- получение фильтра курительного изделия, содержащего активированный уголь.
8. Способ изготовления курительного изделия, включающий:
- получение фильтра курительного изделия способом по п.7;
- размещение бумажной обертки вокруг табачного стержня для получения табачной палочки; и
- прикрепление фильтра курительного изделия, содержащего активированный уголь, к табачной палочке для получения курительного изделия.
9. Способ по п.8, в котором активированный уголь содержит гранулы активированного угля, включающие гранулы, по меньшей мере, двух фракций различных размеров.
RU2010129935/05A 2007-12-19 2008-12-18 Активированный уголь из микрокристаллической целлюлозы RU2480407C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/002,774 US8555896B2 (en) 2007-12-19 2007-12-19 Activated carbon from microcrystalline cellulose
US12/002,774 2007-12-19
PCT/EP2008/010794 WO2009077179A2 (en) 2007-12-19 2008-12-18 Activated carbon from microcrystalline cellulose

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010129935A RU2010129935A (ru) 2012-01-27
RU2480407C2 true RU2480407C2 (ru) 2013-04-27

Family

ID=40535630

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010129935/05A RU2480407C2 (ru) 2007-12-19 2008-12-18 Активированный уголь из микрокристаллической целлюлозы

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8555896B2 (ru)
EP (1) EP2231517B1 (ru)
KR (1) KR101564794B1 (ru)
BR (1) BRPI0822089B1 (ru)
RU (1) RU2480407C2 (ru)
WO (1) WO2009077179A2 (ru)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5765649B2 (ja) * 2010-03-10 2015-08-19 株式会社ダステック 吸着炭及び吸着剤
GB201112539D0 (en) 2011-07-21 2011-08-31 British American Tobacco Co Porous carbon and methods of production thereof
CN102266122A (zh) * 2011-08-01 2011-12-07 云南聚恒科技有限公司 采用大麻杆活性炭的吸烟过滤材料
KR20180032664A (ko) * 2015-08-22 2018-03-30 엔테그리스, 아이엔씨. 미세결정질 셀룰로스 열분해물 흡착제 및 그를 제조하고 사용하는 방법
CN109422263B (zh) * 2017-08-21 2021-10-26 中国科学院理化技术研究所 一种纤维素多孔活性炭及其制备方法与应用
CN108077992B (zh) * 2017-12-18 2019-01-18 山东精彩香料科技开发有限公司 一种加热不燃烧卷烟用抽吸颗粒及制造方法
US11856978B2 (en) * 2018-01-03 2024-01-02 Kt&G Corporation Aerosol-generating article including agar, glycern, and water
CN110127695A (zh) * 2018-11-22 2019-08-16 南京林业大学 一种超级电容器用锯木屑基多孔炭的制备方法
CN111115631B (zh) * 2020-01-13 2022-02-25 大连理工大学 一种高机械强度的咖啡渣基成型多孔炭材料及其制备方法
CN112656024B (zh) * 2020-12-02 2023-03-14 云南养瑞科技集团有限公司 Hnb卷烟用降温增香颗粒制备方法、hnb卷烟用降温增香颗粒
CN115216998A (zh) * 2022-06-28 2022-10-21 浙江工业大学 一种基于多孔纤维素活性炭吸附精油微乳的抗菌纸的制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3400181A (en) * 1965-02-26 1968-09-03 Fmc Corp Method of preparing carbonized shaped cellulose crystallite aggregates
US3639266A (en) * 1968-04-08 1972-02-01 Fmc Corp Carbonization of compressed cellulose crystallite aggregates
US4012476A (en) * 1972-07-03 1977-03-15 Fmc Corporation Molding process for the manufacture of shaped carbon articles
SU615089A1 (ru) * 1975-10-30 1978-07-15 Украинский научно-исследовательский институт целлюлозно-бумажной промышленности Способ получени сорбента
US5521008A (en) * 1993-11-25 1996-05-28 Electrophor, Inc. Manufacture of activated carbon fiber

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB247241A (en) 1924-08-13 1926-02-15 Johan Nicolaas Adolf Sauer Improvements in the manufacture and use of active carbons
BE584830A (ru) 1958-11-21
US3351071A (en) 1964-12-23 1967-11-07 Fmc Corp Carbon filter material and process for preparing it
JPS4983690A (ru) 1972-12-20 1974-08-12
JP2989201B2 (ja) 1989-09-19 1999-12-13 忠一 平山 球状多孔性炭素粒子及びその製造方法
JP2902032B2 (ja) 1990-02-16 1999-06-07 忠一 平山 球状多孔性炭素粒子及びその製造方法
US5204310A (en) 1992-02-21 1993-04-20 Westvaco Corporation High activity, high density activated carbon
JPH111311A (ja) 1997-06-10 1999-01-06 Dainippon Ink & Chem Inc 球状炭素材及びその製造方法
DE19912154C5 (de) 1999-03-17 2007-02-01 Carbotex Produktions-Und Veredelungsbetriebe Gmbh Verfahren zur Herstellung von geformter Aktivkohle
EP1164872A1 (en) 1999-03-26 2002-01-02 The NutraSweet Company PARTICLES OF N- N-(3,3-DIMETHYLBUTYL)-L-$g(a)-ASPARTYL]-L-PHENYLALANINE 1-METHYL ESTER
DE10011223B4 (de) 2000-03-08 2005-02-10 Carbotex Produktions-Und Veredelungsbetriebe Gmbh Sphärische Hochleistungsadsorbenzien mit Mikrostruktur und ihre Verwendung
JP2003535803A (ja) 2000-04-27 2003-12-02 中国科学院物理研究所 熱分解硬質炭素材料及びその製造方法と用途
US20050155615A1 (en) 2000-10-16 2005-07-21 Peter Rohdewald Air filter with scavenging effect on free radicals in gaseous phase and its method of preparation
EP1296892A4 (en) 2001-04-17 2006-08-09 Lg Chemical Ltd SPHERICAL CARBONES AND METHOD OF PREPARATION
US7296691B2 (en) * 2003-07-18 2007-11-20 Kx Technologies Llc Carbon or activated carbon nanofibers
KR20040091072A (ko) 2002-02-25 2004-10-27 젠텍스 코오포레이숀 다기능 보호 직물 및 오염 제거 방법
DE10318053B4 (de) 2003-04-17 2008-08-14 BLüCHER GMBH Adsorptionsfiltermaterial mit hoher Adsorptionskapazität und geringem Durchbruchverhalten und dessen Verwendung
DE10318054B3 (de) 2003-04-17 2004-12-23 BLüCHER GMBH Luftfiltereinheit mit mehreren Filterelementen und deren Verwendung
US20040231684A1 (en) 2003-05-20 2004-11-25 Zawadzki Michael A. Smoking article and smoking article filter
US20070258879A1 (en) 2005-12-13 2007-11-08 Philip Morris Usa Inc. Carbon beads with multimodal pore size distribution
US20070265161A1 (en) * 2006-05-11 2007-11-15 Gadkaree Kishor P Activated carbon honeycomb catalyst beds and methods for the manufacture of same
DE102006022866A1 (de) 2006-05-16 2007-11-22 Glatt Systemtechnik Gmbh Kohlenstoff-Granulat, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3400181A (en) * 1965-02-26 1968-09-03 Fmc Corp Method of preparing carbonized shaped cellulose crystallite aggregates
US3639266A (en) * 1968-04-08 1972-02-01 Fmc Corp Carbonization of compressed cellulose crystallite aggregates
US4012476A (en) * 1972-07-03 1977-03-15 Fmc Corporation Molding process for the manufacture of shaped carbon articles
SU615089A1 (ru) * 1975-10-30 1978-07-15 Украинский научно-исследовательский институт целлюлозно-бумажной промышленности Способ получени сорбента
US5521008A (en) * 1993-11-25 1996-05-28 Electrophor, Inc. Manufacture of activated carbon fiber

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЧЕСНОКОВ Н.В. и др. Приготовление металлсодержащих материалов из расширенных графитов и растворов целлюлозы. - Органическая химия, 2006, с.64-68. *

Also Published As

Publication number Publication date
BRPI0822089B1 (pt) 2019-05-07
KR20100103526A (ko) 2010-09-27
KR101564794B1 (ko) 2015-10-30
WO2009077179A2 (en) 2009-06-25
WO2009077179A8 (en) 2009-12-17
RU2010129935A (ru) 2012-01-27
EP2231517A2 (en) 2010-09-29
WO2009077179A3 (en) 2010-03-25
US8555896B2 (en) 2013-10-15
US20090159091A1 (en) 2009-06-25
BRPI0822089A2 (pt) 2015-06-23
EP2231517B1 (en) 2020-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2480407C2 (ru) Активированный уголь из микрокристаллической целлюлозы
KR101336486B1 (ko) 다공성 탄소재 및 이 탄소재를 함유하는 흡연 물품 및 이의연기 필터
US8227376B2 (en) Carbon beads with multimodal pore size distribution
Gergova et al. A comparison of adsorption characteristics of various activated carbons
US7370657B2 (en) Activated carbon-containing sorbent
RU2602116C2 (ru) Пористый уголь и способы его получения
US6814786B1 (en) Filters including segmented monolithic sorbent for gas-phase filtration
MX2007008005A (es) Carbono activado de superficie modificada en articulos para fumar.
KR20140005245A (ko) 다공성 카본을 제조하는 방법
WO2006097852A1 (en) Smoking articles and filters with carbon fiber composite molecular sieve sorbent
JP2013240345A (ja) 煙のろ過
JP2013531596A (ja) 多孔性カーボンの製造方法
RU2678898C2 (ru) Активированный уголь для курительных изделий
TW201311558A (zh) 製備增強的多孔性碳之方法
Harila Biobased carbon aerogels incorporated with zeolite nanoplates for carbon dioxide adsorption