專利名稱：一種碳空心球材料及含該種材料的香煙的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳空心球材料，特別涉及可用于煙嘴過濾的碳空心球材料。
背景技術(shù)：
吸煙與健康是人們普遍關(guān)心的問題，卷煙主流煙氣中一氧化碳、HCN、氨、苯酚、亞 硝胺、苯并芘等有害成分對人體健康的影響備受關(guān)注。因此降低煙氣中的有害成分，減輕吸 煙的危害，提高卷煙產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性，是煙草行業(yè)必須解決的問題，優(yōu)質(zhì)安全的低危害 卷煙已成為國際卷煙的發(fā)展趨勢。碳空心球材料作為一種新興發(fā)展的材料，由于具有特殊 的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其具有許多與傳統(tǒng)材料不同的物理和化學(xué)性能及其廣泛的應(yīng)用前景。該材料 具有如下特點(diǎn)低密度，高孔隙率，大的比表面及可以允許液體或氣體有選擇的通過，同時 具有優(yōu)異的吸附和催化性能，因此碳空心球材料被廣泛用于各種功能和結(jié)構(gòu)材料。目前，碳 空心材料的制備過程往往需要較高的溫度，多步操作或惰性氣體的保護(hù)，這些因素都不利 于碳空心材料的大量生產(chǎn)，并且造成成本上升而無法在工業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。因此，設(shè)計簡單 的合成路線來制備高產(chǎn)率的碳空心材料，是促進(jìn)其廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。此外，目前對碳空心材 料的應(yīng)用研究，主要集中在以其作為催化劑載體對催化性能的影響方面，而利用碳空心材 料的高比表面積和優(yōu)良的吸附性能來吸附煙草中的有害氣體的研究尚屬少數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為解決上述問題，提供一種碳空心球材料，它可以有效地降低 煙氣中有害成分氨，以減少吸煙對健康的危害。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種碳空心球材料，它通過以下方法制得利用多羥基有機(jī)化合物作為碳源，NaN3作為催化劑，按一定比例加入到高壓釜中， 密封后將高壓釜放入高溫爐中，在40分鐘內(nèi)將溫度從室溫上升到400 420°C，并在該溫度 條件下保持350 450分鐘，然后高壓釜自然冷卻至室溫，收集產(chǎn)物，所收集的產(chǎn)物依次經(jīng) 過乙醇、稀鹽酸和水洗滌之后，過濾、干燥得到碳空心球材料。上述碳源，所用液態(tài)碳源的用量一般在每克催化劑用2 8毫升，所用固態(tài)碳源的 用量一般在每克催化劑用0. 5 4克。所述的多羥基有機(jī)化合物為丙三醇、葡萄糖或聚乙二醇。所得到的碳空心球材料的主要組成為碳空心球，碳空心球的直徑主要分布在 100 300nm，碳空心球球殼的厚度大約為20nm，該碳空心球材料石墨化程度低，熱重分析 表明，產(chǎn)物熱穩(wěn)定性良好，在空氣中500°C以前可以穩(wěn)定存在。一種在過濾嘴棒內(nèi)含有上述碳空心球材料作為過濾層的香煙。該香煙將嘴棒分為 兩段，在兩段嘴棒間設(shè)有碳空心球材料作為一個過濾層。每支卷煙用0. 005克碳空心球材料。本發(fā)明的有益效果是制備的空心球穩(wěn)定性好，粒徑小，比表面積大，工藝簡單，可大量生產(chǎn)。采用碳空心球材料作為卷煙嘴棒的添加劑，降低了煙氣中有害成分氨，提供了一 種降低卷煙煙氣中有害成分的新途徑，以減少吸煙對健康的危害。


圖1為本發(fā)明碳空心球材料的電子顯微圖；圖2為本發(fā)明碳空心球材料的X射線粉末衍射圖；圖3為本發(fā)明碳空心球在空氣中的熱重4為帶有碳空心球材料的嘴棒結(jié)構(gòu)圖。其中，1嘴棒，2碳空心球材料層。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1利用丙三醇作為碳源，NaN3作為催化劑，將10 15ml丙三醇和2 5克NaN3,加 入到20ml不銹鋼高壓釜中，密封后將高壓釜放入高溫爐中，在40分鐘內(nèi)將溫度從室溫上升 到400°C，并在該溫度條件下保持380分鐘。然后高壓釜自然冷卻至室溫，收集產(chǎn)物，所收集 的產(chǎn)物依次經(jīng)過乙醇、稀鹽酸和水洗滌之后，常規(guī)抽濾、干燥，得到碳空心球材料。實(shí)施例2利用葡萄糖作為碳源，NaN3作為催化劑，將3 8克葡萄糖和2 5克NaN3,加入 到20ml不銹鋼高壓釜中，密封后將高壓釜放入高溫爐中，在40分鐘內(nèi)將溫度從室溫上升到 4200C，并在該溫度條件下保持400分鐘。然后高壓釜自然冷卻至室溫，收集產(chǎn)物，所收集的 產(chǎn)物依次經(jīng)過乙醇、稀鹽酸和水洗滌之后，常規(guī)抽濾、干燥，得到碳空心球材料。實(shí)施例3利用聚乙二醇(分子量200-2萬)作為碳源，NaN3作為催化劑，將10 15ml克聚 乙二醇(分子量200-2萬)和2 5克NaN3,加入到20ml不銹鋼高壓釜中，密封后將高壓 釜放入高溫爐中，在40分鐘內(nèi)將溫度從室溫上升到420°C，并在該溫度條件下保持430分 鐘。然后高壓釜自然冷卻至室溫，收集產(chǎn)物，所收集的產(chǎn)物依次經(jīng)過乙醇、稀鹽酸和水洗滌 之后，常規(guī)抽濾、干燥，得到碳空心球材料。實(shí)施例4上述制備的碳空心球材料的性能測試碳空心球材料的熱重分析在空氣中，產(chǎn)物的失重范圍為500-760°C，這說明產(chǎn)物有良好的熱穩(wěn)定性，在空氣 中500°C以前可以穩(wěn)定存在。碳空心球材料的應(yīng)用將嘴棒分為兩段，在兩段嘴棒間設(shè)有碳空心球材料作為一 個過濾層。碳空心球材料符合嘴棒制備分別準(zhǔn)確稱取0. 002克、0. 005克和0. 010克碳空心球材料，復(fù)合到成品卷煙的濾 嘴中，制成“夾心型”狀復(fù)合濾嘴的樣品卷煙。卷煙煙氣中焦油和氨的分析檢測
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卷煙煙氣焦油含量測定根據(jù)IS0-4387標(biāo)準(zhǔn)方法。煙氣中氨的測定44mm劍橋?yàn)V 片和盛有20ml的0. OlMHCl的氣體吸收瓶(連接在在捕集器和抽吸注射器之間)收集直 線型吸煙機(jī)抽吸的4支卷煙煙氣，將捕集煙氣候的濾片置于IOOml錐形瓶中，加入20ml的 0. OlMHCl震蕩萃取30min，然后各取5ml萃取液和5ml吸收液于25ml容量瓶中，定容。樣 品經(jīng)45um微膜過濾后，進(jìn)樣，采用離子色譜定量分析煙氣中的氨。添加不同量的碳空心球材料對煙氣中氨降低的影響分別準(zhǔn)確稱取0. 002克、0. 005克、0. 010克和0. 015克碳空心球材料，制作成“夾
心型”狀復(fù)合濾嘴的樣品卷煙，測得其焦油和氨的含量見表1，該表可以得出隨著碳空心球 材料的添加量增加，煙氣中焦油和氨的含量依次減少，碳空心球材料對煙氣中氨降低的效 果十分明顯，但是在碳空心球材料添加量超過0. 005克后，煙氣中焦油和氨含量的降低趨 勢變緩。添加更多量的碳空心球材料，將會導(dǎo)致卷煙的吸阻變大和卷煙的吸味受到明顯影 響，影響卷煙的抽吸，綜合考慮得出每支卷煙0. 005克碳空心球材料的添加量對于降低煙 氣氨和焦油的含量最佳。表1 添加不同量的碳空心球材料每支卷煙煙氣中焦油和氨含量
權(quán)利要求
一種碳空心球材料，其特征是，它通過以下方法制得利用多羥基有機(jī)化合物作為碳源，NaN3作為催化劑，按一定比例加入到高壓釜中，密封后將高壓釜放入高溫爐中，在40分鐘內(nèi)將溫度從室溫上升到400～420℃，并在該溫度條件下保持350～450分鐘，然后高壓釜自然冷卻至室溫，收集產(chǎn)物，所收集的產(chǎn)物依次經(jīng)過乙醇、稀鹽酸和水洗滌之后，過濾、干燥得到碳空心球材料。
2.按照權(quán)利要求1所述的碳空心球材料，其特征是，所用液態(tài)碳源的用量在每克催化 劑用2 8毫升，所用固態(tài)碳源的用量在每克催化劑用0. 5 4克。
3.按照權(quán)利要求1所述的碳空心球材料，其特征是，所述的多羥基有機(jī)化合物為丙三 醇、葡萄糖或聚乙二醇。
4.一種在過濾嘴棒內(nèi)含有權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的碳空心球材料的香煙。
5.按照權(quán)利要求4所述的香煙，其特征是，將嘴棒分為兩段，在兩段嘴棒間設(shè)有碳空心 球材料作為一個過濾層。
6.按照權(quán)利要求4所述的香煙，其特征是，每支卷煙用0.005克碳空心球材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳空心球材料及含該種材料的香煙，碳空心球材料通過以下方法制得利用多羥基有機(jī)化合物作為碳源，NaN3作為催化劑，按一定比例加入到高壓釜中，密封后將高壓釜放入高溫爐中，在40分鐘內(nèi)將溫度從室溫上升到400～420℃，并在該溫度條件下保持350～450分鐘，然后冷卻、收集、洗滌、過濾、干燥得到碳空心球材料。得到的碳空心球的直徑主要分布在100～300nm，碳空心球球殼的厚度大約為20nm，該碳空心球材料石墨化程度低，熱重分析表明，產(chǎn)物熱穩(wěn)定性良好，在空氣中500℃以前可以穩(wěn)定存在。本發(fā)明碳空心球材料在香煙過濾嘴棒內(nèi)作為過濾層的應(yīng)用，能有效降低煙氣中的焦油和氨含量。
文檔編號C01B31/00GK101982406SQ201010282609
公開日2011年3月2日 申請日期2010年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月16日
發(fā)明者于宏曉, 劉麗麗, 徐海濤, 徐立強(qiáng), 馬強(qiáng) 申請人:山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司