一種煙用活性炭的製備方法及煙用活性炭和應用與流程

2023-11-07 07:37:07

本發明涉及捲菸濾棒使用的功能材料領域，更具體地，涉及一種煙用活性炭的製備方法及煙用活性炭和應用。
背景技術：
：在捲菸濾嘴中添加活性炭能夠吸附不凝性氣相有害組份，如乙醛、苯、甲苯、異戊間二烯等，減少煙氣中的有害成分對人體健康的危害，且能改善捲菸的抽吸品質。我國是捲菸生產和消費大國，活性炭濾嘴煙因能大大改善對煙氣的過濾效果，減少煙氣中的有害成分，作為低害捲菸的一個品種，今後在我國必將得到應有的重視和發展，也易於為消費者所接受，捲菸行業將逐漸成為活性炭潛在的巨大市場。煙用活性炭是指在捲菸濾嘴棒加工過程中添加的物理法活性炭，它對捲菸煙氣中的部分成分有選擇吸附作用，當前煙用活性炭原材料的範圍很窄，主要是椰殼活性炭、杏殼活性炭、竹炭等。因此，隨著人們對低害捲菸的需求進一步加大，探尋製備煙用活性炭的新材料將成為當務之急。煙用活性炭相比於工業用活性炭或者日常生活中使用的活性炭而言，具有更高的要求。首先必須採用物理法活化，即以炭為原料，用水蒸氣、二氧化碳、空氣（主要是氧）或它們的混合物（煙道氣）為活化介質，在高溫下（600℃-1000℃）進行活化製取活性炭的方法。此外煙用活性炭不能有明顯的雜物或異味。吸附煙氣中有害氣體的同時，不能明顯影響煙氣本身的香味。因此，要求煙用活性炭具有一定針對性的吸附能力。在活性炭製備的過程中，由於製備條件的變量較多，可能稍微改變某個條件就會使得活性炭的物理性質發生明顯的變化。因此，基於煙用活性炭的嚴格標準，結合對實際生產成本的考量，需要開發出確切的穩定的經濟製備條件和方法。黃麻，椴樹科黃麻屬，韌皮纖維作物，一年生草本。又名絡麻、綠麻。黃麻屬約有40個種，具有培栽價值的兩個種是圓果黃麻和長果黃麻。黃麻去掉皮之後的黃麻杆，目前都被焚燒，造成環境汙染，也有安全隱患。我國是世界上第三大黃麻生產國，資源豐富，然而，利用黃麻杆製備煙用活性炭的技術鮮見報導。黃麻杆質地較堅硬，含炭高，纖維豐富且具有中空結構，是作為活性炭很好的原料。但以木質原料製備的活性炭一般都具有灰度高、粉塵較多的缺點，用作煙用活性炭，會導致吸菸者額外吸入活性炭的粉塵，不利於呼吸道健康。因此，急需有針對性地開發出符合標準的煙用活性炭顆粒的製備方法。總結，用黃麻杆廢料作為原料，通過物理法活化，有針對性地研究符合標準、灰度低、硬度高、且在吸菸過程中，在不影響捲菸的香氣的前提下，能有效吸附捲菸中有害氣體的煙用活性炭的製備方法及產品，既滿足了吸菸者的愛好，又減少了對吸菸者的危害，具有重大的經濟效益、社會效益、環保效益以及廣闊的應用前景。技術實現要素：本發明要解決的技術問題是填補現有現有煙用活性炭的技術不足並同時解決黃麻杆的再利用技術，提供一種以黃麻杆為原料針對性的煙用活性炭的製備方法。本發明要解決的另一技術問題是提供採用所述方法製備得到的煙用活性炭。本發明要解決的再一技術問題是提供所述煙用活性炭在捲菸濾嘴製造方面的應用。本發明的目的通過以下技術方案予以實現：提供一種煙用活性炭的製備方法，以黃麻杆為原料，所述方法包括以下步驟：S1.洗淨黃麻杆，曬乾；S2.將黃麻杆進行乾餾炭化；S3.將炭化後的黃麻杆粉碎成顆粒；S4.將S3所述顆粒進行水蒸氣活化；S5.將活化後的活性炭顆粒密封冷卻，步驟S4所述水蒸氣活化的條件為，800～900℃活化1～3小時。進一步地，步驟S3所述顆粒的粒徑為0.126～0.55mm。進一步地，步驟S4所述水蒸氣活化中，水蒸氣用量為450～480g.h-1。優選地，步驟S4所述水蒸氣活化的條件為，850℃活化2小時。優選地，步驟S4所述水蒸氣活化的條件為，850℃活化2小時，水蒸氣用量為450～480g.h-1。優選地，步驟S4所述水蒸氣活化的條件為，850℃活化2小時，水蒸氣用量為450g.h-1。本發明提供採用所述方法製備的煙用活性炭。本發明同時提供所述煙用活性炭在捲菸濾嘴製造方面的應用。進一步地，所述應用的方法為：在捲菸濾嘴中添加所述煙用活性炭；進一步地，所述煙用活性炭在捲菸濾嘴醋酸纖維段中的添加量為：1.1～1.6mg.mm-1。進一步地，步驟S4所述水蒸氣活化的操作方法為：將120g所述顆粒置於1000ml陶瓷蒸發皿中；將所述陶瓷蒸發皿置於馬弗爐NaberthermL9/11/SKM的中間位置，用智能溫控儀ControllerB180控制活化溫度，打開蒸汽發生裝置，控制產生的蒸汽以特定流量送入馬弗爐內。進一步地，所述方法使用的設備包括：馬弗爐NaberthermL9/11/SKM、智能溫控儀ControllerB180、蒸汽發生裝置、控制設備。本發明同時提供採用所述方法製備得到的煙用黃麻杆活性炭。本發明的有益效果：本發明提供了一種成本低、環境友好且高效優質的煙用活性炭的製備方法，並針對性解決了黃麻杆的再利用問題。採用本發明方法製備得煙用活性炭均達到或超過了煙用活性炭國家菸草行業標準，並且具有顯著的有害物質的吸附能力，在降低煙氣中有害成分的同時可能還可以避免香味成分損失，保持捲菸的內在品質。本發明為黃麻杆活性炭在捲菸濾嘴中的應用提供可行性依據，為煙用活性炭提供新的材料和途徑。具體實施方式下面結合具體實施例進一步說明本發明方法。以下實施例僅為示意性實施例，並不構成對本發明的不當限定，本
發明內容限定和覆蓋的多種不同方式實施。除非特別說明，下述實施例中使用的試劑原料為常規市購或商業途徑獲得的生試劑原料，除非特別說明，下述實施例中使用的方法和設備為本領域常規使用的方法和設備。主要測試方式：按照國家標準按國家標準-木質活性炭試驗方法（GB/T12496.1-12496.22-1999）進行活性炭的灰分含量、碘吸附值、亞甲蘭吸附值、苯酚吸附值、強度（10～100目）等性能分析。採用麥克ASAP2020比表面積及孔徑分析儀測定黃麻杆活性炭比表面積、中微孔容積、孔徑分布等孔結構性能。實施例1黃麻杆洗乾淨，曬乾後進行乾餾炭化，粉碎得黃麻杆顆粒，0.126mm≦顆粒粒徑≦0.55mm。將120g的黃麻杆炭化顆粒置於1000ml陶瓷蒸發皿中，並將盛黃麻杆炭顆粒的陶瓷蒸發皿置於馬弗爐的中間位置，用智能溫控儀ControllerB180控制活化溫度在800℃，蒸汽發生器產生的蒸汽以200g.h-1流量送入馬弗爐內，活化2小時後，出料密封冷卻。製備得到的活性炭的碘吸附值為：1054mg.g-1；亞甲蘭吸附值為：161.7mg.g-1；苯酚吸附值：180.73mg.g-1；比表面積：958.51m2.g-1；活化率：40.6％；強度：91.88％；表觀密度為：0.30g.Ml-1；灰分含量為：4.57；水分為：5.00%；PH值為：7.69。實施例2黃麻杆洗乾淨，曬乾後進行乾餾炭化，粉碎得黃麻杆顆粒，0.126mm≦顆粒粒徑≦0.55mm。將120g的黃麻杆炭化顆粒置於1000ml陶瓷蒸發皿中，並將盛黃麻杆炭顆粒的陶瓷蒸發皿置於馬弗爐的中間位置，用智能溫控儀ControllerB180控制活化溫度在850℃，蒸汽發生器產生的蒸汽以200g.h-1流量送入馬弗爐內，活化2小時後，出料密封冷卻。製備得到的活性炭的碘吸附值為：1062mg.g-1；亞甲蘭吸附值為：165.41mg.g-1；苯酚吸附值：189.03mg.g-1；比表面積：966.43m2.g-1；活化率：41.2％；強度：92.38％；表觀密度為：0.30g.Ml-1；灰分含量為：4.58；水分為：5.01%；PH值為：7.69。實施例3黃麻杆洗乾淨，曬乾後進行乾餾炭化，粉碎得黃麻杆顆粒，0.126mm≦顆粒粒徑≦0.55mm。將120g的黃麻杆炭化顆粒置於1000ml陶瓷蒸發皿中，並將盛黃麻杆炭顆粒的陶瓷蒸發皿置於馬弗爐的中間位置，用智能溫控儀ControllerB180控制活化溫度在900℃，蒸汽發生器產生的蒸汽以200g.h-1流量送入馬弗爐內，活化2小時後，出料密封冷卻。製備得到的活性炭的碘吸附值為：1060mg.g-1；亞甲蘭吸附值為：164.36mg.g-1；苯酚吸附值：188.62mg.g-1；比表面積：964.9m2.g-1；活化率：41.0％；強度：92.42％；表觀密度為：0.30g.Ml-1；灰分含量為：4.61；水分為：4.99%；PH值為：7.70。實施例4黃麻杆洗乾淨，曬乾後進行乾餾炭化，粉碎得黃麻杆顆粒，0.126mm≦顆粒粒徑≦0.55mm。將120g的黃麻杆炭化顆粒置於1000ml陶瓷蒸發皿中，並將盛黃麻杆炭顆粒的陶瓷蒸發皿置於馬弗爐的中間位置，用智能溫控儀ControllerB180控制活化溫度在600℃，蒸汽發生器產生的蒸汽以450g.h-1流量送入馬弗爐內，活化2小時後，出料密封冷卻。製備得到的活性炭的碘吸附值為：1037mg.g-1；亞甲蘭吸附值為：158.77mg.g-1；苯酚吸附值：155.09mg.g-1；比表面積：954.68m2.g-1；活化率：35.5％；強度：91.1％；表觀密度為：0.29g.Ml-1；灰分含量為：4.43；水分為：5.06%；PH值為：7.67。實施例5黃麻杆洗乾淨，曬乾後進行乾餾炭化，粉碎得黃麻杆顆粒，0.126mm≦顆粒粒徑≦0.55mm。將120g的黃麻杆炭化顆粒置於1000ml陶瓷蒸發皿中，並將盛黃麻杆炭顆粒的陶瓷蒸發皿置於馬弗爐的中間位置，用智能溫控儀ControllerB180控制活化溫度在1000℃，蒸汽發生器產生的蒸汽以450g.h-1流量送入馬弗爐內，活化2小時後，出料密封冷卻。製備得到的活性炭的碘吸附值為：1095mg.g-1；亞甲蘭吸附值為：189.25mg.g-1；苯酚吸附值：187.29mg.g-1；比表面積：984.21m2.g-1；活化率：41.9％；強度：92.27％；表觀密度為：0.30g.Ml-1；灰分含量為：4.36；水分為：4.93%；PH值為：7.70。實施例6黃麻杆洗乾淨，曬乾後進行乾餾炭化，粉碎得黃麻杆顆粒，0.126mm≦顆粒粒徑≦0.55mm。將120g的黃麻杆炭化顆粒置於1000ml陶瓷蒸發皿中，並將盛黃麻杆炭顆粒的陶瓷蒸發皿置於馬弗爐的中間位置，用智能溫控儀ControllerB180控制活化溫度在850℃，蒸汽發生器產生的蒸汽以450g.h-1流量送入馬弗爐內，活化2小時後，出料密封冷卻。製備得到的活性炭的碘吸附值為：1184mg.g-1；亞甲蘭吸附值為：195.88mg.g-1；苯酚吸附值：209.17mg.g-1；比表面積：996.38m2.g-1；活化率：45.2％；強度：92.63％；表觀密度為：0.31g.Ml-1；灰分含量為：4.29；水分為：5.13%；PH值為：7.67。以上各項指標均達到或超過了煙用活性炭國家菸草行業標準。對黃麻杆性炭的孔結構分析表明，黃麻杆活性炭能夠在較低的相對壓力下吸附達到飽和，有利於小分子有害氣體的去除。實施例7黃麻杆洗乾淨，曬乾後進行乾餾炭化，粉碎得黃麻杆顆粒，0.126mm≦顆粒粒徑≦0.55mm。將120g的黃麻杆炭化顆粒置於1000ml陶瓷蒸發皿中，並將盛黃麻杆炭顆粒的陶瓷蒸發皿置於馬弗爐的中間位置，用智能溫控儀ControllerB180控制活化溫度在850℃，蒸汽發生器產生的蒸汽以450g.h-1流量送入馬弗爐內，活化2小時後，出料密封冷卻。製備得到的活性炭的碘吸附值為：1276mg.g-1；亞甲蘭吸附值為：201.36mg.g-1；苯酚吸附值：212.31mg.g-1；比表面積：1006.34m2.g-1，說明孔結構優秀；活化率：47.0％；強度：92.98％；表觀密度為：0.31g.Ml-1；灰分含量為：4.29；水分為：5.13%；PH值為：7.67。以上各項指標均達到或超過了煙用活性炭國家菸草行業標準。對黃麻杆性炭的孔結構分析表明，黃麻杆活性炭能夠在較低的相對壓力下吸附達到飽和，有利於小分子有害氣體的去除，屬於典型的微孔結構活性炭的吸附曲線。實施例8黃麻杆洗乾淨，曬乾後進行乾餾炭化，粉碎得黃麻杆顆粒，0.126mm≦顆粒粒徑≦0.55mm。將120g的黃麻杆炭化顆粒置於1000ml陶瓷蒸發皿中，並將盛黃麻杆炭顆粒的陶瓷蒸發皿置於馬弗爐的中間位置，用智能溫控儀ControllerB180控制活化溫度在850℃，蒸汽發生器產生的蒸汽以450g.h-1流量送入馬弗爐內，活化3小時後，出料密封冷卻。製備得到的活性炭的碘吸附值為：1198.45mg.g-1；亞甲蘭吸附值為：198.64mg.g-1；苯酚吸附值：202.04mg.g-1；比表面積：998.80m2.g-1，說明孔結構優秀；活化率：46.8％；強度：93.07％；表觀密度為：0.32g.Ml-1；灰分含量為：4.32；水分為：5.12%；PH值為：7.67。以上各項指標均達到或超過了煙用活性炭國家菸草行業標準。對黃麻杆性炭的孔結構分析表明，黃麻杆活性炭能夠在較低的相對壓力下吸附達到飽和，有利於小分子有害氣體的去除，屬於典型的微孔結構活性炭的吸附曲線。實施例9黃麻杆洗乾淨，曬乾後進行乾餾炭化，粉碎得黃麻杆顆粒，0.126mm≦顆粒粒徑≦0.55mm。將120g的黃麻杆炭化顆粒置於1000ml陶瓷蒸發皿中，並將盛黃麻杆炭顆粒的陶瓷蒸發皿置於馬弗爐的中間位置，用智能溫控儀ControllerB180控制活化溫度在850℃，蒸汽發生器產生的蒸汽以460g.h-1流量送入馬弗爐內，活化2小時後，出料密封冷卻。製備得到的活性炭的碘吸附值為：1268mg.g-1；亞甲蘭吸附值為：199.96mg.g-1；苯酚吸附值：207.86mg.g-1；比表面積：1004.55m2.g-1，說明孔結構優秀；活化率：46.5％；強度：92.97％；表觀密度為：0.32g.Ml-1；灰分含量為：4.30；水分為：5.13%；PH值為：7.66。以上各項指標均達到或超過了煙用活性炭國家菸草行業標準。對黃麻杆性炭的孔結構分析表明，黃麻杆活性炭能夠在較低的相對壓力下吸附達到飽和，有利於小分子有害氣體的去除，屬於典型的微孔結構活性炭的吸附曲線。實施例10黃麻杆洗乾淨，曬乾後進行乾餾炭化，粉碎得黃麻杆顆粒，0.126mm≦顆粒粒徑≦0.55mm。將120g的黃麻杆炭化顆粒置於1000ml陶瓷蒸發皿中，並將盛黃麻杆炭顆粒的陶瓷蒸發皿置於馬弗爐的中間位置，用智能溫控儀ControllerB180控制活化溫度在850℃，蒸汽發生器產生的蒸汽以480g.h-1流量送入馬弗爐內，活化2小時後，出料密封冷卻。製備得到的活性炭的碘吸附值為：1270mg.g-1；亞甲蘭吸附值為：199.73mg.g-1；苯酚吸附值：208.44mg.g-1；比表面積：1005.41m2.g-1，說明孔結構優秀；活化率：46.7％；強度：93.01％；表觀密度為：0.32g.Ml-1；灰分含量為：4.30；水分為：5.14%；PH值為：7.67。以上各項指標均達到或超過了煙用活性炭國家菸草行業標準。對黃麻杆性炭的孔結構分析表明，黃麻杆活性炭能夠在較低的相對壓力下吸附達到飽和，有利於小分子有害氣體的去除，屬於典型的微孔結構活性炭的吸附曲線。實施例11黃麻杆洗乾淨，曬乾後進行乾餾炭化，粉碎得黃麻杆顆粒，0.126mm≦顆粒粒徑≦0.55mm。將120g的黃麻杆炭化顆粒置於1000ml陶瓷蒸發皿中，並將盛黃麻杆炭顆粒的陶瓷蒸發皿置於馬弗爐的中間位置，用智能溫控儀ControllerB180控制活化溫度在850℃，蒸汽發生器產生的蒸汽以600g.h-1流量送入馬弗爐內，活化2小時後，出料密封冷卻。製備得到的活性炭的碘吸附值為：1121mg.g-1；亞甲蘭吸附值為：185.37mg.g-1；苯酚吸附值：197.49mg.g-1；比表面積：989.62m2.g-1，說明孔結構優秀；活化率：45.0％；強度：91.7％；表觀密度為：0.31g.Ml-1；灰分含量為：4.29；水分為：5.20%；PH值為：7.66。實施例12隨機取上述實施例6～實施例10製備的煙用活性炭，並按照所述煙用活性炭在捲菸濾嘴醋酸纖維段中的添加量1.6mgmg.mm-1的比例分別加入到捲菸濾嘴中，並分別接裝於相同的捲菸煙支。評吸結果如表1所示：表1.不同條件製備得到的煙用活性炭對捲菸感官質量的影響製備條件香氣協調雜氣刺激性餘味合計無添加271015172291實施例627.67101517.3321.7591.75實施例728.1101517.521.7592.35實施例828101517.3321.591.83實施例928.25101517.521.592.25實施例1028.25101517.3321.592.08當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp