烟雾过滤

申请号 CN201080040278.1 申请日 2010-09-09 公开(公告)号 CN102883630A 公开(公告)日 2013-01-16
申请人 英美烟草(投资)有限公司; 发明人 P.布兰顿; F.舒特; M.施威卡迪;
摘要 本 发明 涉及一种烟制品,其包含 碳 质干燥凝胶(3)(例如 干凝胶 ,气凝胶或者冻凝胶);用于该包含碳质干燥凝胶的烟制品的 过滤器 (2);和碳质干燥凝胶的用途,其用于过滤烟雾。
权利要求

1.一种烟制品,其包含质干燥凝胶。
2.权利要求1所要求的烟制品,其中该碳质干燥凝胶是干凝胶、气凝胶和/或者冻凝
胶。
3.权利要求2所要求的烟制品,其中该碳质干燥凝胶是干凝胶。
4.前述任一权利要求所要求的烟制品,其中该碳质干燥凝胶的总孔体积(通过氮吸附
3 3
测量)是至少0.5 cm/g,其中的至少0.1 cm/g是中孔。
5.权利要求4所要求的烟制品,其中该碳质干燥凝胶的总孔体积(通过氮吸附测量)
是至少0.6,0.7,0.80,0.85,0.87,0.89,0.95,0.98,1.00,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,
3
1.8,1.9,2.0,2.1,2.2,2.3,2.4,2.5,2.6,2.7,2.8,2.9,3.0或者3.1 cm/g。
6.权利要求4或者5所要求的烟制品,其中该碳质干燥凝胶总孔体积的至少0.2,0.3,
0.4,0.5,0.55,0.60,0.65,0.70,0.75,0.80,0.85,0.9,1.0,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,
3
1.7,1.8,1.9,2.0,2.1,2.2,2.3或者2.4 cm/g是中孔(在氮等温线的解吸附支线上,使用BJH分析,通过氮吸附来测量)。
7.权利要求4-6任一所要求的烟制品,其中该碳质干燥凝胶总孔体积的至少0.05,
0.10,0.15,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6或者0.7是微孔(通过氮吸附等温线测量)。
8.权利要求4-7任一所要求的烟制品,其中该碳质干燥凝胶中的中孔的总体积大于其中的微孔的总体积。
9.权利要求4-8任一所要求的烟制品,其中该碳质干燥凝胶的孔尺寸分布包括
15-45nm范围,或者20-40nm范围的模式。
10.权利要求4-9任一所要求的烟制品,其中该碳质干燥凝胶的BET表面积是至少
500,550,600,650,700,750,800,900,1000,1100,1200,1300,1400,1500,1600,1700,1800
2
或者1900m/g。
11.前述任一权利要求所要求的烟制品,其中该碳质干燥凝胶可如下来获得:将芳族醇与甲进行含缩聚,随后干燥和碳化。
12.前述任一权利要求所要求的烟制品,其中将该碳质干燥凝胶活化,任选地通过蒸汽和/或者二化碳来进行所述活化。
13.前述任一权利要求所要求的烟制品,该烟制品进一步包含过滤器,该过滤器包含该碳质干燥凝胶。
14.一种用于烟制品的过滤器,该过滤器包含权利要求1-13中任一所述的碳质干燥凝胶。
15.一种烟制品或者用于烟制品的过滤器,其如实施例中所述。
16.权利要求1-13任一所述的碳质干燥凝胶的用途,其用于过滤烟雾。

说明书全文

烟雾过滤

发明领域

[0001] 本发明涉及一种具体类型的多孔材料的新用途,其用于烟制品中的烟雾过滤。
[0002] 发明背景过滤被用于降低吸烟过程中所吸入的烟草烟雾的某些微粒和/或气相成分。重要的是实现此目的,而不除去很大程度的其他成分例如影响感官的成分,由此降低产品的品质或者口味。
[0003] 烟制品过滤器通常包含醋酸纤维素纤维,其机械过滤气雾剂粒子。还已知的是将多孔碳材料混入到该过滤器中(分散在醋酸纤维素纤维中,或者处于过滤器腔室中),来吸收某些烟雾成分,典型的通过物理吸附来吸收。这样的多孔碳材料可以由碳化形式的许多不同的有机材料制成,最普通的是植物基材料例如椰子壳。但是,合成聚合物也被碳化来产生多孔碳。另外,细碳粒子已经用粘合剂聚集,以US3351071中所述的方式来产生多孔碳。
[0004] 用于制造多孔碳材料的精确方法对于它的性能具有明显的影响。所以可以生产这样的碳粒子,它们具有宽范围的形状,尺寸,尺寸分布,孔尺寸,孔体积,孔尺寸分布和表面积,其每个影响它们作为吸附剂的效率。磨损率也是一种重要变量;期望的是低磨损率来避免在高速过滤器制造过程中产生灰尘。
[0005] 通常,期望的是具有高表面积和大的总孔体积的多孔碳来使得吸附最大化。但是,这必须用低磨损率来平衡。常规材料例如椰子碳的表面积和总孔体积受限于它们的相对脆度。另外,引入大比例的中孔和大孔的能也受阻于材料强度。如Adsorption(2008)14:335-341中所解释的那样,常规的椰子碳基本是微多孔的,并且提高碳活化时间导致了微孔数目和表面积的提高,但是不产生孔尺寸或者分布中实际的变化。因此,通常不可以生产含有大量的中孔或者大孔的椰子碳。
[0006] 另外一种考虑因素是这样的事实,即,在焦油含量的标准测量中,烟雾在典型的27mm长的香烟过滤器中的驻留时间是毫秒量级的。因此,在这样短的时间内,用于烟雾过滤的多孔碳材料必须优化成非常有效的吸附剂。
[0007] 考虑前述内容,在将多孔碳材料用于烟雾过滤方面,本领域仍然存在着改进的空间。

发明内容

[0008] 因此,在本发明的第一方面,这里提供一种烟制品,其包含碳质干燥凝胶。
[0009] 在本发明第二方面,这里提供用于烟制品中的过滤器,其包含碳质干燥凝胶。
[0010] 在本发明第三方面,这里提供碳质干燥凝胶的用途,其用于过滤烟雾。附图说明
[0011] 为了更全面的理解本发明,将通过示例性实施例,并且参考附图来描述本发明的实施方案,在其中:图1表示了碳质干燥凝胶粒子,其分布于整个香烟过滤器中。
[0012] 图2表示了碳质干燥凝胶粒子,其位于香烟过滤器腔室内。
[0013] 图3表示了一种香烟,其在含有碳质干燥凝胶粒子的过滤器中具有补片
[0014] 图4表示了本发明的碳质干燥凝胶的氮吸附等温线。

具体实施方式

[0015] 本发明利用碳质干燥凝胶。这样的干燥凝胶是多孔的固态材料,获自凝胶或者溶胶-凝胶,它的液体成分已经除去,并且用气体代替,其然后热解/碳化。它们可以根据干燥方式分类,并且包括碳干凝胶,气凝胶和冻凝胶 (cryogel)。这样类型的材料本身是已知的。
[0016] 干凝胶典型的是使用蒸发性干燥阶段,在环境压力条件下形成的。它们通常具有整内部结构,类似于具有例如60-90体积%空气的硬的低密度泡沫。另一方面,气凝胶可以使用其他方法例如超临界干燥来生产。它们在干燥阶段过程中的缩小率小于干凝胶,并因此倾向于具有甚至更低的密度 (例如90-99体积%的空气)。冻凝胶是使用冻干法来生产的。
[0017] 优选本发明的干燥凝胶是碳干凝胶或者碳气凝胶,优选碳干凝胶。
[0018] 本发明所用的干燥凝胶可以获自任何来源。可以使用几种不同的方法来制造待干燥的凝胶。在一种实施方案中,该凝胶是通过芳族醇(优选间苯二酚)与(优选甲醛)含缩聚来获得的。在一种实施方案中,催化剂是碳酸钠。一种示例性的方法描述在Chem.Mater.(2004)16,5676-5681中。
[0019] 本发明所用的干燥碳质凝胶可以如下来获得:第一步骤,通过缩聚醛和芳族醇来生产缩聚物。如果可以利用,则可以使用市售的缩聚物。
[0020] 为了生产该缩聚物,起始材料可以是芳族醇例如酚,间苯二酚,儿茶酚,对苯二酚和间苯三酚,和醛例如甲醛,乙二醛,戊二醛或者糠醛。通常使用的和优选的反应混合物包含间苯二酚 (1,3-二羟基苯)和甲醛,其在性条件下彼此反应来形成凝胶状缩聚物。该缩聚方法通常将在含水条件下进行。合适的催化剂是(水溶性)碱性盐例如碳酸钠,以及无机酸例如三氟乙酸。为了生产该缩聚物,可以将反应混合物升温。通常,该缩聚反应将在高于室温的温度进行,优选的温度是40-90℃。
[0021] 缩聚反应速率以及所形成的凝胶的交联度会例如受到醇和催化剂相对量的影响。本领域技术人员将知道如何调整这些成分的用量,来实现期望的结果。
[0022] 所形成的缩聚物可以进一步加工,而无需首先干燥。在一种可能的可选择的实施方案中,它可以干燥来除去全部的或者部分的水。但是,已经显示出不完全除去水是有利的。
[0023] 为了生产期望尺寸的粒子,已经显示出在进一步加工之前降低缩聚物的尺寸将是有利的。缩聚物尺寸的降低可以使用常规的机械降尺寸技术或者研磨来进行。优选的是该尺寸降低步骤导致形成了具有期望的尺寸分布的粒,由此基本上避免了形成粉末部分。
[0024] 该缩聚物(其已经任选地降低了粒度)然后进行热解。该热解也可以称作碳化。在热解过程中,将该缩聚物加热到300-1500℃,优选700-1000℃的温度。该热解形成了多孔的低密度碳干凝胶。
[0025] 一种影响碳干凝胶性能例如孔体积,表面积和/或者孔尺寸分布的方式是在用蒸汽,空气,CO2,气或者气体混合物(其可以用氮气或者另外的惰性气体稀释)热解之前、之中或者之后,处理该缩聚物。特别优选的是使用氮气和蒸汽的混合物。
[0026] 有利的,本发明的干燥凝胶是非常硬的和大强度的;因此,它们的磨损速率是低的,并且它们的孔结构可以更容易控制,而不会涉及到材料的降解。另外,而常规的碳是黑色的,本发明的干燥凝胶可以具有玻璃状的和光泽外观,例如玻璃状黑色外观。
[0027] 本发明的干燥凝胶可以具有任何形式,例如微粒,纤维或者单个整块体。但是,优选它们是微粒。合适的粒度是100-1500μm,或者150-1400μm。
[0028] 碳化阶段优选在包含氮气,水和/或者二氧化碳的气态气氛下进行。换句话说,本发明所用的干燥凝胶可以是非活化的,或者一些实施方案中,是活化的,例如蒸汽活化的或者用二氧化碳活化的。活化优选的是用于提供改进的孔结构。
[0029] 干燥凝胶可以通过常规手段来混入到烟雾过滤器或者烟制品中。作为此处使用的,术语“烟制品”包括可点燃抽吸的产品例如香烟、茄和小雪茄,无论基于烟草、烟草衍生物、膨胀烟草、再造烟草或者烟草替代品,以及热不燃性产品。本发明优选的烟制品是香烟。烟制品优选具有过滤器,用于吸烟者抽出的气态流,并且干燥凝胶优选混入到该过滤器中,但是可以替代性的或者另外的包括在烟制品的另外一部分中,例如在香烟纸之中或者之上,或者在可点燃抽吸的填充材料中。
[0030] 本发明的烟雾过滤器可以作为过滤嘴来生产,用于合并到烟制品中,并且可以是任何合适的构造。例如,参考图1,用于香烟(1)的过滤器(2)可以包含碳质干燥凝胶(3),其均匀分布在纤维性过滤材料例如醋酸纤维素中。该过滤器可以可选择的是“dalmatian”过滤器形式的,并且干燥凝胶粒子分布在过滤器一端的整个丝束段中,其在并入到香烟中时将是烟草棒端。
[0031] 参考图2,另外一种选项是将该过滤器制成含有多个段的“腔室”过滤器的形式,该干燥凝胶(3)被局限到一个腔室(4)中。例如,含有干燥凝胶的腔室可以位于纤维性过滤器材料的两段之间。
[0032] 可选择的,参考图3,该干燥凝胶(3)可以位于过滤器的滤棒盘纸(5)上,优选位于其径向内表面上。这可以通过常规方式来实现(参考GB2260477,GB2261152和WO2007/104908),例如通过将粘接剂补片施用到滤棒盘纸上,并且将干燥凝胶材料撒于这种粘接剂上。
[0033] 另一选项是提供附着到线(例如线)上的形式的干燥凝胶,其以已知的方式纵向穿过该过滤器。
[0034] 其他可能性将是本领域技术人员公知的。
[0035] 可以使用任何适量的干燥凝胶。但是,优选将至少10mg,至少15mg,至少25mg或者至少30mg的干燥凝胶混入到该过滤器或者烟制品中。
[0036] 当过滤烟草烟雾时,有利的是使用具有一系列不同孔尺寸的多孔碳材料,来吸附烟雾中多种不同化合物。将碳材料中存在的不同尺寸的孔根据IUPAC定义分类如下:微孔是小于2nm的直径,中孔是2-50nm直径,和大孔是大于50nm直径。微孔,中孔和大孔的相对体积可以使用公知的氮吸附和汞孔隙测量技术来评估;前者主要用于微孔和中孔,后者主要用于中孔和大孔。但是,因为评估的理论基础是不同的,因此通过这两种方法所获得的值不能彼此直接比较。
[0037] 本发明人已经发现特定组的碳质干燥凝胶表现出优于椰子碳的另外的优点,其表现在气相烟雾分析物的减少上面。明确的,碳干燥凝胶(总孔体积(通过氮吸附测量)是3 3
至少0.5 cm/g,其中的至少0.1 cm/g是中孔)表现出比椰子碳更好的性能。就此而言,高BET表面积并非基本的。
[0038] 优选该总孔体积(通过氮吸附测量)是至少0.5,0.6,0.7,0.80,0.85,0.87,0.89,0.95,0.98,1.00,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,2.0,2.1,2.2,2.3,2.4,2.5,
3
2.6,2.7,2.8,2.9,3.0或者3.1 cm/g。
[0039] 优选该总孔体积的至少0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.55,0.60,0.65,0.70,0.75,0.80,0.85,0.9,1.0,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,2.0,2.1,2.2,2.3或者2.4
3
cm/g是中孔(通过氮吸附,使用BJH分析在氮等温线的解吸附支线上测量)。
[0040] 优选该总孔体积的至少0.05,0.10,0.15,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6或者0.7 cm3/g是3
微孔(通过氮吸附等温线测量)。在一种实施方案中,至少0.4 cm/g的总孔体积是微孔。
[0041] 优选中孔的总体积大于微孔的总体积。
[0042] 在一种实施方案中,该干燥凝胶的孔尺寸分布(通过氮吸附测量)包括15-45nm范围的模式,优选20-40nm范围。
[0043] 在本发明的一种实施方案中,本发明的干燥碳质凝胶具有微孔,和相对大的中孔,即,该中孔的孔尺寸(直径)是至少10nm和优选至少20nm(例如,该中孔的孔尺寸是20-50nm)。
[0044] 令人期望的微孔:中孔的比率是至少1:2,优选的比率是至少1:3。
[0045] 在一种实施方案中,BET表面积是至少500,550,600,650,700,750,800,900,2
1000,1100,1200,1300,1400,1500,1600,1700,1800或者1900m/g。
[0046] 本发明现在将通过下面的实施例来说明。
[0047] 实施例1-干凝胶合成碳干凝胶样品是在环境压力条件下,根据Chem.Mater.(2004)16,5676-5681(其将所形成的材料错误的称作气凝胶)中所提出的通用方法,通过干燥间苯二酚/甲醛聚合物来制备的。
[0048] 将间苯二酚(Fluka®,puriss.(98.5%纯度)),甲醛(Fluka®,37%水溶液,用甲醇稳定)和作为催化剂的碳酸钠(Fluka®,无水,99.5%)在磁搅拌棒搅拌下溶解到去离子水中,来获得均匀溶液。在室温热固化1天,50℃热固化1天和90℃热固化3天之后,将该湿凝胶引入到丙中,室温放置3天(每日更新丙酮)来交换孔中的水。然后将该样品在室温和环境压力下干燥,和在升高到800℃的温度(4°/min,在800℃保持10min)和氩气氛下热解,由此转化成碳干凝胶。
[0049] 下表中表示了通过改变催化剂浓度和反应物含量而获得的不同的样品。所用的间苯二酚和甲醛的摩尔比是1:2(其对应于该反应的化学计量比)。样品 所用的间苯二酚和甲醛的百分比 间苯二酚:碳酸钠的摩尔比
干凝胶120 200:1
干凝胶450 1000:1
干凝胶640 500:1
干凝胶530 500:1
干凝胶250 500:1
全部这些干凝胶采用了玻璃状黑色颗粒的形式。
[0050] 实施例2—干凝胶性能获得了实施例1的碳在77K的氮吸附等温线,并且进行解吸附支线的BJH分析,来计算孔尺寸和尺寸分布。还测量了样品的表面积。将微多孔的蒸汽活化的椰子碳(Ecosorb®CX,来自Jacobi Carbons)作为对照物进行了测试。结果表示在下表中。
样品 表 面 积总 孔 体 积微孔孔体积中孔孔体积中孔的孔尺寸中孔尺寸范围内最大(m2/g)* (cm3/g)** (cm3/g) (cm3/g) 范围(nm) 孔尺寸(nm)
Ecosorb®CX 1000 0.50 0.50 0 - -
干凝胶1 650 0.38 0.17 0.21 3-5 4
干凝胶4 690 1.04 0.19 0.85 5-25 11
干凝胶6 680 0.89 0.19 0.70 4-22 10
干凝胶5 680 0.88 0.19 0.69 4-17 11
干凝胶2 710 0.84 0.16 0.68 5-14 10
*表面积是使用在0.2的相对压力P/P0的吸取测得的
**由在0.98的相对压力P/P0时吸附的N2量来估计
实施例3-过滤器性能
提供了一种标准结构的香烟(56mm烟草棒,24.6mm圆周,改进的Virginia混合物,27mm过滤器),该过滤器具有通过醋酸纤维素段结合到两侧的腔室。将实施例1所获得的60mg干凝胶1称重到该过滤器腔室中。以同样的方式制备另外的香烟,每个含有其他干凝胶样品之一或者椰子碳。将具有相似尺寸的空腔室的香烟用作对照物。一旦制备后,在抽吸之前将香烟在22℃和60%相对湿度老化大约3周。
[0051] 所述香烟是在ISO条件下抽吸的,即,每分钟采用2秒持续时间的35ml喷烟(puff),并且确定了焦油,烟碱,水和一氧化碳烟雾产物。结果表示在下表中。
这些结果表明所述干凝胶没有对基本的烟雾产物产生不利影响;任何的差异都是小
的,并且归因于香烟和分析变化。
[0052] 下面表示了相对于过滤器中无碳的香烟,气相烟雾分析物中降低的百分率。
[0053] 该结果表明所测试的全部的干凝胶在过滤烟雾方面都是有效的。
[0054] 干凝胶2,4,5和6全部表现出优于椰子碳。
[0055] 但是,干凝胶1没有椰子碳对照物那样有效,推测这归因于它较低的中孔体积和/或者较小的中孔尺寸。
[0056] 实施例4—另外的干凝胶的合成如下来制备五个具有微孔和中孔(并且在一个样品的情况中,具有尺寸小的大孔)的
更多的碳干凝胶样品。
[0057] 将300.0g间苯二酚(Riedel-de Haen®,puriss.(98.5-100.5%纯度))与1375g去离子水,442.25g甲醛(Fluka®,37%水溶液)和0.415g碳酸钠(Fluka®,无水)相混合,形成了透明溶液。将该溶液在室温老化20小时,然后在50℃老化24小时,随后在90℃老化72小时。将该缩聚物压碎,并且引入到1500ml丙酮中,并且室温放置3天,每天更换溶剂。然后将产物在50℃干燥3天,来生产棕红色的脆的固体,将其在磨碎器中研磨,来形成粒度1-2mm的颗粒X。
[0058] 将30.4g的颗粒X填充到石英管中,并且插入到旋转窑中。将该固体以4 K/min的加热速率在氮气流下加热到250℃,并且在250℃保持1小时。然后将该固体以4 K/min的速率加热到800℃。所述的管在加热过程中不移动,但是在固体达到800℃后打开转子,并且将该固体在这个温度和氮气下保持30分钟。然后将它在保护性气体下冷却到室温。所形成的非活化的碳干凝胶(186-02)是在空气下包装的。
[0059] 将38.74g的颗粒X填充到石英管中,并且插入到旋转窑中。将该固体以4 K/min的加热速率在氮气流下加热到250℃,并且在250℃保持1小时。然后将该固体以4 K/min的速率加热到800℃,并且在该温度保持30min,然后以4 K/min的速率加热到880℃。所述的管在加热过程中不移动,但是在固体达到880℃后打开转子。将该氮气流通过鼓泡穿过沸水来用蒸汽饱和,将所述管的前端加热来防止蒸汽冷凝,并且将该固体在880℃和1.5L/min的饱和氮气流下保持60min。然后将它在纯氮气下冷却到室温。所形成的蒸汽活化的碳干凝胶(186-04)是在空气下包装的。
[0060] 将干凝胶186-08和186-09以类似于干凝胶186-04的方式来生产,但是分别用48.35g和62.87g的颗粒X来开始,并且将蒸汽活化时间分别提高到150分钟和180分钟。
[0061] 干凝胶008-10是使用下面的简化条件来生产的。将120.75g的间苯二酚(Riedel-de Haen®,puriss. (98.5-100.5%纯度))与553g去离子水,178.0g甲醛(Fluka®,
37%水溶液)和0.167g碳酸钠(Fluka®,无水)混合,形成透明溶液。将该溶液置于封闭PE瓶中,插入到炉子中,并且在此在50℃保持2小时,随后在90℃保持14小时。在冷却到室温后,将该产物研磨,并且在50℃干燥4小时。该红棕色固体在磨碎器中进一步的研磨产生了最大粒度3mm的颗粒Y。
[0062] 将300g的颗粒Y置于大的石英管中,并且插入到旋转窑中。将该固体以4 K/min的加热速率在氮气流下加热到880℃,然后打开转子。将该氮气流通过鼓泡穿过沸水来用蒸汽饱和,将所述管的前端加热来防止蒸汽冷凝,并且将该固体在880℃和饱和氮气流下保持80分钟。然后将它在纯氮气下冷却到室温。所形成的蒸汽活化的碳干凝胶(干凝胶008-10)是在空气下包装的。
[0063] 干凝胶186-02,-04,-08,-09和008-10全部采用玻璃状黑色颗粒形式。
[0064] 实施例5—干凝胶性能获得了在77K的氮吸附等温线,并且进行解吸附支线的BJH分析。该碳的性能如下。 样品 表面积总孔体积微孔孔体中孔和任何大孔的中孔和任何大中孔大孔尺寸范围内最(m2/g)* (cm3/g)** 积(cm3/g) 孔体积(cm3/g) 孔的孔尺寸大孔尺寸(nm)
(nm)
Ecosorb®CX 1000 0.50 0.50 0 - -
干 凝 胶670 1.6 0.2 1.4 8-40 34
186-02
干 凝 胶1100 2.1 0.4 1.7 6-50 34
186-04
干 凝 胶1690 2.8 0.6 2.2 6-60 25
008-10
干 凝 胶1830 3.0 0.7 2.3 8-45 25
186-08
干 凝 胶1990 3.1 0.7 2.4 8-45 25
186-09
*表面积是使用在0.2的相对压力P/P0的吸取测得的
**由在0.98的相对压力P/P0时吸附的N2量来估计
还通过汞孔隙率法测量了干凝胶008-10的中孔和大孔结构。6-100nm孔的体积是2.2 cm3/g,与氮吸附的结果非常好的保持一致。换句话说,不存在大的大孔(其将不通过氮吸附测定)。
[0065] 作为例子,图4中表示了干凝胶008-10的等温线图。
[0066] 实施例6—过滤器性能香烟是根据实施例3的方法来制备和抽吸的,但是代替使用了实施例4的干凝胶
186-02,-04,-08和-09和实施例2的椰子碳对照物。结果表示在下表中。
* =量化值的限度
从这个数据显而易见的,与椰子碳和实施例1的干凝胶相比,这些干凝胶表现出卓越的烟雾过滤性能。在这个系列中,提高总孔体积,微孔体积,中孔体积和表面积与改进烟雾过滤性能有关。
[0067] 实施例7—不同抽烟方式下的过滤器性能香烟是以与实施例3相同的方式来制备的,含有60mg干凝胶008-10或者60mg的
Ecosorb® CX。该香烟然后在两种不同的抽吸方式下进行抽吸。第一种方式是标准抽吸方式,包括每60s采集2s持续时间的35ml喷烟(35/2/60)。第二种方式是强抽吸方式,即,每
30s采集2s持续时间的55ml喷烟(55/2/30)。由下表可见,本发明的干凝胶表现出比椰子碳更好的性能。
#
=量化值的限度。
[0068] 实施例8—改变干凝胶性能将60.0g间苯二酚(puriss.(98.5-100.5%纯度(Riedel-de Haen®,产品目录编号RdH
16101-1KG))=545mmol,与275g去离子水,88.45g甲醛溶液(Fluka®,37%)=1090mmol和
83mg无水碳酸钠(Fluka®)=0.78mmol在聚乙烯瓶(500ml)中混合,来获得透明溶液。
[0069] 将该瓶子密封,并且置于600ml烧杯中,然后在90℃的对流炉中放置16小时。随后,将该瓶子从炉子中移出。一旦它冷却到室温,则从瓶子中移出该红棕色缩聚物。使用抹刀将该软产物碎成粗块,并且置于平坦的盘(16 cm直径)上,然后在50℃的对流炉中以高的空气流速干燥4小时。
[0070] 结果是267.9g的湿的,并且仍然脆的材料。将该冷却的材料在转鼓研磨机中研磨成红棕色颗粒(最大粒度3mm),来形成颗粒Z。
[0071] 实施例8a –将12.4g的颗粒Z填充到石英管中,并且插入到旋转窑中。该管在加热过程中不移动。
[0072] 将该管用氮气吹扫,并且在恒定的氮气流下以4 K/min的速率从室温加热到250℃,并且在该温度保持1小时。然后将以4 K/min的速率加热到800℃,并且在达到这个温度时,打开所述旋转窑的转子。将该石英管在800℃和氮气流下旋转30分钟。然后,将它在保护性气体下冷却到室温。所形成的碳干凝胶是在空气下包装的。产物:1.88g (1 kg间苯二酚生产677g碳干凝胶)。
[0073] N2物理吸附分析:2
BET表面积:659m/g
3
单点总孔体积:1.19 cm/g
微孔体积:中孔体积比(通过氮物理吸附测量):1:4.89
中孔直径(通过BJH解吸附测量):在32nm最大
实施例8b-将47.24g的颗粒Z填充到石英管中,并且插入到旋转窑中。该管在加热过
程中不移动。
[0074] 将该管用氮气吹扫,并且在恒定的氮气流下以4 K/min的速率从室温加热到880℃,在达到这个温度时,打开所述旋转窑的转子。然后使保护性氮气在到达旋转窑之前鼓泡通过沸腾的水。将进入石英管的气体入口区域加热来防止水在此冷凝。该石英管在
880℃和饱和氮气流(1.5L/min)下旋转15分钟。然后,将该材料在干燥氮气下冷却到室温。
所形成的碳干凝胶在空气下包装。该方法采用1.5天从混合聚合物溶液来获得碳干凝胶。
产物:5.73g (1 kg间苯二酚生产542g碳干凝胶)。
[0075] N2物理吸附分析:2
BET表面积:992m/g
3
单点总孔体积:1.65 cm/g
微孔体积:中孔体积比(通过氮物理吸附测量):1:3.80
中孔直径(通过BJH解吸附测量):在33nm最大
实施例8c—将51.1g的颗粒Z如实施例1b那样加工,除了将该材料在880℃和饱和氮
气下活化30分钟(而非15分钟)。产物:5.38g(1 kg间苯二酚生产470g碳干凝胶)。
[0076] N2物理吸附分析:2
BET表面积:1254m/g
3
单点总孔体积:1.93 cm/g
微孔体积:中孔体积比(通过氮物理吸附测量):1:3.55
中孔直径(通过BJH解吸附测量):在33nm最大
实施例8d-将51.04g的颗粒Z如实施例8b那样加工,除了将该材料在880℃和饱和氮
气下活化60分钟(而非15分钟)。产物:3.62g(1 kg间苯二酚生产317g碳干凝胶)。
[0077] N2物理吸附分析:2
BET表面积:1720m/g
3
单点总孔体积:2.53cm/g
微孔体积:中孔体积比(通过氮物理吸附测量):1:3.49
中孔直径(通过BJH解吸附测量):在24nm最大
实施例8e-将颗粒Z如实施例8b那样加工,除了将该材料在880℃和饱和氮气下活化
105分钟(而非15分钟)。产物:2.11g(1 kg间苯二酚生产180g碳干凝胶)。
[0078] N2物理吸附分析:2
BET表面积:2254m/g
3
单点总孔体积:3.23cm/g
微孔体积:中孔体积比(通过氮物理吸附测量):1:4.19
中孔直径(通过BJH解吸附测量):在25nm最大
实施例9—改变干凝胶性能
将25.85g间苯二酚(98%纯度)=230mmol与118.5g去离子水,37.40g甲醛溶液
(Fluka®,37%)=461mmol和36mg无水碳酸钠(Fluka®)=0.34mmol在聚乙烯瓶(250ml)中混合,来获得透明溶液。
[0079] 将该瓶子密封,并且置于烧杯中,然后在90℃的对流炉中放置16小时。随后,将该瓶子从炉子中移出。一旦它冷却到室温,则从瓶子中移出该红棕色缩聚物。使用抹刀将该软产物碎成粗块,并且置于平坦的铝盘(16 cm直径)上,然后在50℃的对流炉中以高的空气流速干燥4小时。
[0080] 所形成的材料称重为99.4g。将该冷却的材料在转鼓研磨机中研磨成红棕色颗粒(最大粒度3mm)。
[0081] 将39.05g的颗粒填充到石英管中,并且插入到旋转窑中。该管在加热过程中不移动。
[0082] 将该管用氮气吹扫,并且在恒定的氮气流下以4 K/min的速率从室温加热到880℃,在达到这个温度时,打开所述旋转窑的转子。然后使保护性氮气在到达旋转窑之前鼓泡通过沸腾的水。将进入石英管的气体入口区域加热来防止水在此冷凝。该石英管在
880℃和饱和氮气流(1.5L/min)下旋转60分钟。然后,将该材料在干燥氮气下冷却到室温。
所形成的碳干凝胶在空气下包装。所形成的产物是3.12g的黑色颗粒。
[0083] N2物理吸附分析:2
BET表面积:1843m/g
3
单点总孔体积:2.72cm/g
微孔体积:中孔体积比(通过氮物理吸附测量):1:3.64
中孔直径(通过BJH解吸附测量):在24nm最大
实施例10—改变干凝胶性能
将35.0g间苯二酚(puriss.(Riedel-de Haen®,产品目录编号RdH 16101))=318mmol
与24.5g去离子水,51.65g甲醛溶液(Fluka®,37%)=636mmol和66.5mg无水碳酸钠
(Fluka®)=0.63mmol在聚乙烯瓶(250ml)中混合,来获得透明溶液。
[0084] 将该瓶子密封,并且置于烧杯中,然后在90℃的对流炉中放置16小时。随后,将该瓶子从炉子中移出。一旦它冷却到室温,则从瓶子中移出该红棕色缩聚物。使用锤子将该硬的玻璃状块碎成粗块,并且置于平坦的铝盘(16 cm直径)上,然后在50℃的对流炉中以高的空气流速干燥4小时。
[0085] 结果是59.23g产物。将该冷却的材料在转鼓研磨机中研磨成红棕色颗粒(最大粒度3mm)。
[0086] 将18.54g的颗粒填充到石英管中,并且插入到旋转窑中。该管在加热过程中不移动。
[0087] 将该管用氮气吹扫,并且在恒定的氮气流下以4 K/min的速率从室温加热到880℃,在达到这个温度时,打开所述旋转窑的转子。然后使保护性氮气在到达旋转窑之前鼓泡通过沸腾的水。将进入石英管的气体入口区域加热来防止水在此冷凝。该石英管在
880℃和饱和氮气流(1.5L/min)下旋转60分钟。然后,将该材料在干燥氮气下冷却到室温。
所形成的碳干凝胶在空气下包装。所形成的产物是3.62g的黑色颗粒(1 kg间苯二酚生产
330g碳干凝胶)。
[0088] N2物理吸附分析:2
BET表面积:1628m/g
3
单点总孔体积:1.56cm/g
微孔体积:中孔体积比(通过氮物理吸附测量):1:1.83
中孔直径(通过BJH解吸附测量):在8nm最大。
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