Пористый уголь и способы его получения
Изобретение относится к углеродным сорбентам. Предложено применение активированного угля, пропитанного оксидом цинка, для повышения селективности по отношению к цианиду водорода (HCN). Применяемый активированный уголь пропитывают оксидом цинка путем пропитки погружением в водный раствор соли металла, опрыскиванием с его помощью или замачиванием в нем. Пропитанный уголь термически обрабатывают с целью разложения соли металла до оксида цинка. Изобретение позволяет повысить селективность поглощения цианида водорода. 8 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл
Область техники, к которой относится изобретение
Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к пористому углю и к способам получения пористого угля. В некоторых вариантах осуществления пористый уголь пропитан оксидом металла и/или обладает повышенной селективностью по отношению к цианиду водорода (HCN). Пористый уголь, предлагаемый в настоящем изобретении, может быть особенно подходящим для фильтрования дыма в курительных изделиях, поскольку он обеспечивает улучшенную адсорбцию указанного компонента из паровой фазы дыма.
Уровень техники
Фильтрование используют для уменьшения содержания некоторых измельченных и/или находящихся в паровой фазе компонентов табачного дыма, вдыхаемых во время курения.
Фильтры для курительных изделий могут включать пористые углеродные материалы, предназначенные для адсорбции некоторых компонентов дыма, обычно путем физической адсорбции. Такие пористые углеродные материалы можно изготовить из карбонизированных форм множества различных органических материалов. Альтернативно, можно использовать синтетические угли, такие как смолы, полученные с помощью реакций поликонденсации.
Может быть важно, чтобы отфильтровывание измельченных и/или находящихся в паровой фазе компонентов табачного дыма происходило селективно, например без удаления значительных количество других компонентов.
Краткое изложение сущности изобретения
Вариантами осуществления первого объекта настоящего изобретения является способ получения пористого угля, способ включает пропитку активированного угля оксидом металла.
Вторым объектом настоящего изобретения является пористый уголь, который получен или может быть получен способом, соответствующим первому объекту настоящего изобретения.
Третьим объектом является пористый уголь, представляющий собой активированный уголь, пропитанный оксидом металла.
Четвертым объектом является фильтрующий элемент для курительного изделия, содержащий пористый уголь, соответствующий второму или третьему объекту настоящего изобретения.
Пятым объектом является курительное изделие, содержащее пористый уголь, соответствующий второму или третьему объекту настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже только в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых представлено следующее:
На фиг.1 приведена изотерма адсорбции азота пористым углем 100797, содержащим 1 мас. % ZnO;
На фиг.2 в графическом виде представлено уменьшение содержания цианида водорода в дыме, обеспечиваемое активированным углем, пропитанным оксидом цинка (1%, 3%, 5% и 10% оксида цинка), по сравнению с активированным углем без оксида цинка;
На фиг.3 показано расположение в курительном изделии гранул пористого угля, соответствующих вариантам осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение относится к способу, включающему нанесение соли металла на активированный уголь, так что уголь пропитывается оксидом металла и в результате получают пористый уголь, обладающий улучшенными адсорбционными характеристиками.
Пористые угли можно получить из материалов, включая скорлупу кокосовых орехов, материалы растительного происхождения, древесную муку, торф, кость, каменноугольную смолу, смолы и родственные полимеры. Альтернативными источниками микропористого угля являются синтетические угли, такие как полученные по реакции полимеризации, такие как синтетические угли на основе смол. Такие угли, например, можно получить поликонденсацией альдегида и фенола. Физические характеристики синтетических углей можно регулировать во время изготовления, что позволяет изменить их для обеспечения необходимых характеристик фильтрования.
Рабочие характеристики и применимость пористого углеродного материала в качестве адсорбента в различных средах зависят от различных физических характеристик материала, включая форму и размер частиц, размер пор, площадь поверхности материала и т.п. Эти различные параметры можно регулировать путем подбора условий технологии, при которых получают пористый уголь.
В некоторых вариантах осуществления чем больше площадь поверхности пористого материала, тем больше адсорбционная емкость материала. Однако при увеличении площади поверхности материала уменьшается плотность и ухудшается структурная целостность. Кроме того, хотя площадь поверхности материала можно увеличить путем увеличения количества пор и уменьшения размера пор, при приближении размера пор к размеру целевой молекулы становится менее вероятным, что целевые молекулы попадут в поры и адсорбируются в материале. Это в особенности проявляется, когда фильтруемый материал обладает высокой скоростью потока относительно активированного углеродного материала, как это происходит в случае курительного изделия.
То, какая именно методика используется для получения пористого углеродного материала, оказывает значительное влияние на его свойства. Более подробное описание приведено в публикации международной заявки WO 2008/110233 и в Adsorption (2008) 14: 335-341.
Как отмечено в настоящем изобретении, поры в адсорбирующем материале, диаметр которых меньше 2 нм, называют "микропорами", поры, обладающие диаметрами, равными от 2 до 50 нм, называют "мезопорами" и поры, обладающие диаметрами, превышающими 50 нм, можно назвать "мезопорами". Поры, обладающие диаметрами, превышающими 500 нм, обычно не вносят значительный вклад в адсорбирующую способность пористых материалов.
Обычно в паре дыма имеются некоторые компоненты, которые относительно плохо адсорбируются, и они включают цианид водорода (HCN). Наличие различных соединений на поверхности пористого углеродного материала также может влиять на характеристики адсорбции угля.
В одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу получения пористого угля, характеризующегося увеличенной селективностью адсорбции HCN.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения пористый уголь представляет собой карбонизированную форму органического материала, такого как скорлупа кокосовых орехов.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения пористый уголь представляет собой синтетический уголь на основе смолы, такой как уголь, полученный поликонденсацией альдегида и фенола с образованием смолы, которую после этого карбонизируют. Можно использовать имеющиеся в продаже поликонденсаты.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения пористый уголь получают с использованием сульфированных сополимеров стирол-дивинилбензол, предпочтительно сшитых сульфированных сополимеров дивинилбензол-стирол, предпочтительно в зернистой форме, более предпочтительно в сферической форме. Содержание дивинилбензола в сульфированных сополимерах стирол-дивинилбензол, использующихся в качестве исходных веществ, предпочтительно должно находиться в диапазоне от 1 до 20 мас. %, более предпочтительно от 1 до 15 мас .%, еще более предпочтительно от 2 до 10 мас. % в пересчете на сополимеры стирол-дивинилбензол. Исходные сополимеры, в принципе, можно выбрать из числа гелевых или макропористых. Если используют несульфированные исходные вещества, то сульфирование можно провести in situ (предпочтительно до и/или во время карбонизации), предпочтительно по методикам, известным специалисту в данной области техники, предпочтительно с помощью серной кислоты и/или олеума, и/или SO3; это известно специалисту в данной области техники. Исходными веществами, для которых показано, что они являются особенно подходящими, являются гелевая форма или макропористые типы соответствующих ионообменных смол, которые все же должны быть сульфированными.
Карбонизация указанных выше органических полимерных зерен, предпочтительно полимерных сферул, основанных на стироле и дивинилбензоле, которые содержат сульфогруппы, приводит к отщеплению сульфогрупп во время карбонизации с образованием свободных радикалов и тем самым к сшивке, без которой не образовался бы пиролитический остаток (=уголь). Обычно карбонизацию проводят в инертной атмосфере (например, в азоте) или, в крайнем случае, в слабоокислительной атмосфере. При проведении карбонизации в инертной атмосфере, в особенности если ее проводят при сравнительно высоких температурах (например, в диапазоне от примерно 500 до 650°С), чтобы было возможно окисление карбонизированного полимерного каркаса и легче протекала последующая активация, также может быть полезно добавление небольшого количества кислорода, в частности, в виде воздуха (например, от 1 до 5%). Обычно карбонизацию проводят при температурах от 100 до 950°С, предпочтительно от 150 до 900°С, более предпочтительно от 300 до 850°С. Полная продолжительность карбонизации составляет от примерно 30 мин до примерно 10 ч, предпочтительно от примерно 1 ч до примерно 6 ч.
После карбонизации карбонизированный промежуточный продукт подвергают активации. Для получения микропористого материала можно использовать активацию в атмосфере, содержащей пары воды. Можно использовать вторую стадию активации в атмосфере, содержащей СО2, и получить материал, в дополнение к микропорам содержащий мезопоры и макропоры.
Общей методикой для первой стадии активации является ее проведение при температурах, равных от 700 до 1300°С, предпочтительно от 800 до 1200°С, более предпочтительно от 850 до 950°С и/или в течение от 5 до 24 ч, предпочтительно от 5 до 15 ч, более предпочтительно от 6 до 12 ч. Обычно длительность первой стадии активации можно регулировать в зависимости от установления заранее заданного йодного числа; например, первую стадию активации можно проводить, пока не установится значение йодного числа, равное не менее 1000 мг/г, предпочтительно не менее 1250 мг/г. Атмосфера, в которой проводят первую стадию активации, содержит пары воды, предпочтительно смесь пары воды/инертный газ, более предпочтительно смесь пары воды/азот, или состоит из них. По указанным выше причинам для первой стадии активации можно исключить наличие активирующих газов, не являющихся парами воды, в особенности наличие оксидов углерода (например, СО2), кислорода и/или аммиака. Хорошие результаты получают, когда производительность или, точнее, количество использующихся паров воды равно от 25 до 350 л/ч, предпочтительно от 50 до 300 л/ч в пересчете на воду (т.е. жидкую воду при 25°С и при атмосферном давлении). В зависимости от количества активируемого исходного вещества использующееся количество или масса паров воды, проходящих через систему, предпочтительно должна составлять от 0,01 до 50 л/(ч·кг), более предпочтительно от 0,02 до 25 л/(ч·кг), еще более предпочтительно от 0,02 до 5 л/(ч·кг) в пересчете на воду (т.е. жидкую воду при 25°С и при атмосферном давлении) и в пересчете на исходное вещество, активируемое парами воды.
Общей методикой для второй стадии активации является ее проведение при температурах, равных от 700 до 1300°С, предпочтительно от 800 до 1200°С, более предпочтительно от 850 до 950°С и/или в течение от 1 до 10 ч, предпочтительно от 3 до 8 ч. Атмосфера, в которой проводят вторую стадию активации, содержит СО2, предпочтительно чистый СО2 или смесь СО2/инертный газ, предпочтительно смесь СО2/азот, или состоит из них, и чистый диоксид углерода является особенно предпочтительным. По указанным выше причинам для второй стадии активации можно исключить наличие активирующих газов, кроме СО2, в особенности наличие паров воды. Хорошие результаты получают, когда производительность или, точнее, количество использующегося СО2 равно от 10 до 250 м3/ч, предпочтительно от 20 до 200 м3/ч (в пересчете на чистый СО2). В зависимости от количества активируемого исходного вещества использующееся количество или масса СО2, проходящего через систему, предпочтительно должна составлять от 0,001 до 100 м3/(ч·кг), более предпочтительно от 0,01 до 50 м3/(ч·кг), еще более предпочтительно от 0,05 до 10 м3/(ч·кг) в пересчете на чистый газообразный СО2 при условиях активации, предпочтительно при соответствующем давлении и соответствующей температуре, которые выбраны для активации, и в пересчете на исходное вещество, активируемое с помощью СО2. Способ можно осуществлять так, чтобы первая и вторая стадии активации переходили одна в другую (например, путем замены активирующей атмосферы в одном и том же аппарате).
Материал, полученный способом, соответствующим некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, содержит частицы, которые достаточно малы, чтобы обеспечить большую площадь поверхности для фильтрования дыма. В некоторых вариантах осуществления частицы активированного углеродного материала являются достаточно крупными, так что проходящий через фильтр дым не задерживается. В некоторых вариантах осуществления частицы являются достаточно крупными, так что они не уносятся дымом и не проходят через фильтр и не вдыхаются курильщиком.
В некоторых вариантах осуществления размер фрагмента можно сделать таким, чтобы для фрагментов отношение площади поверхности к объему было таким, чтобы фрагменты не уменьшали эффективность фильтрования.
С учетом этих факторов сферический активированный уголь, использующийся в некоторых вариантах осуществления, может содержать частицы, размер которых находится в диапазоне от 100 до 1500 мкм. Активированный уголь, использующийся в вариантах осуществления настоящего изобретения, может, например, содержать частицы, размер которых находится в диапазоне, верхнее и нижнее предельные значения которого задаются любыми двумя из следующих значений, которые неодинаковы, а именно, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500 мкм. Предпочтительно, если средний размер частиц равен от 200 до 800 мкм и более предпочтительно от 250 до 600 мкм.
Площади поверхности активированных углеродных материалов определяют путем измерения изменения объема азота, адсорбированного материалом, в зависимости от парциального давления азота при постоянной температуре. Анализ результатов с помощью математической модели, предложенной Брунауэром, Эметтом и Теллером (БЭТ), дает значение, называющееся площадью поверхности БЭТ.
Площадь поверхности БЭТ активированных углеродных материалов, использующихся в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, в идеальном случае равна не менее 800 м2/г, предпочтительно не менее 900 м2/г и желательно не менее 1000, 1100, 1150, 1200, 1250, 1300 или 1350 м2/г. Типичные значения площадей поверхности БЭТ углеродных материалов, полученных способом, предлагаемым в настоящем изобретении, составляют примерно до 1000, 1050, 1100, 1150, 1200, 1250, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800 или 1900 м2/г. Пористые углеродные материалы, обладающие площадями поверхности БЭТ, равными от 1000 до 1800 м2/г, являются предпочтительными, и материалы, обладающие площадями поверхности, равными от 1200 до 1600 м2/г, являются наиболее предпочтительными. Однако пропитка, предлагаемая в настоящем изобретении, может действовать даже в случае активированного угля, обладающего низкой площадью поверхности, например, равной лишь 450 м2/г. г/см3
Относительные объемы микропор, мезопор и макропор в активированном углеродном материале можно определить по хорошо известным методикам адсорбции азота и ртутной порометрии. Ртутную порометрию можно использовать для определения объема мезопор и макропор. Адсорбцию азота можно использовать для определения объема микропор и мезопор, с применением так называемой математической модели BJH (Barrett-Joyner-Halenda). Однако, поскольку теоретические основы определений являются разными, значения, полученные по этим двум методикам, нельзя непосредственно сопоставлять друг с другом.
В способе, предлагаемом в настоящем изобретении, можно использовать активированный углеродный материал, обладающий любой структурой пор, которая обычно пригодна для фильтрования дыма, т.е. он может включать микропоры, мезопоры или макропоры, или любую их комбинацию.
В некоторых подходящих углеродных материалах, соответствующих вариантам осуществления настоящего изобретения, не менее 20%, но желательно не более 65% объема пор (определенного по адсорбции азота) занимают мезопоры. Типичные минимальные значения объема мезопор, выраженные в процентах от суммы объемов микропор и мезопор в углеродных материалах, предлагаемых в настоящем изобретении, составляют 25%, 35% или 45%. Типичные максимальные значения таких объемов составляют 55%, 60% или 65%. Предпочтительно, если объем мезопор в углеродных материалах, предлагаемых в настоящем изобретении, находится в диапазоне от 25% до 55% от суммарного объема мезопор и микропор. В активированном угле, использующемся в некоторых вариантах осуществления, объем мезопор обычно составляет не менее 35% от полного объема пор.
Отношение (объем микропор): [объем (мезопор + макропор)] для активированного угля, содержащего микропоры, мезопоры и макропоры, может быть таким, что не менее 30% от объема пор угля составляют микропоры, например, от 30% до 90% или, более предпочтительно, от 50% до 90%, от 70% до 90% или примерно 80%.
Пористые углеродные материалы, применяющиеся в некоторых вариантах осуществления, могут обладать объемом пор (определенным по адсорбции азота), например объемом микропор, равным не менее 0,4 см3/г, и желательно не менее 0,5, 0,6, 0,7, 0,8 или 0,9 см3/г. Углеродные материалы, обладающие объемами пор, равными не менее 0,5 см3/г, являются особенно подходящими для использования в качестве адсорбентов табачного дыма. Углеродные материалы, обладающие объемами пор, значительно превышающими предпочтительные значения, могут обладать низкой плотностью и поэтому их труднее использовать в оборудовании для изготовления сигарет. По этим причинам такие углеродные материалы являются менее подходящими для использования в сигаретах или фильтрах для дыма.
Структура пор и плотность активированного углеродного материала тесно связаны друг с другом. Обычно чем больше объем пор материала, тем меньше плотность.
Активированные углеродные материалы, применяющиеся в настоящем изобретении, предпочтительно обладают объемными плотностями, превышающими 0,25 г/см3, и предпочтительно превышающими 0,3 г/см3. Активированный углеродный материал может обладать объемной плотностью, равной до 0,7 г/см3, 0,6 г/см3 или 0,5 г/см3.
В настоящем изобретении можно использовать водный раствор соли металла. Этот раствор можно наносить на уголь путем пропитки погружением, опрыскиванием или замачиванием (пропитка по влагоемкости). После нанесения образец сушат, например, при температуре от 70 до 90°С в течение от 2 до 24 ч. Затем образец подвергают термической обработке в печи в атмосфере азота с целью термического разложения соли металла. Объемная скорость потока азота может составлять от 250 до 750 л/ч, предпочтительно от 400 до 600 л/ч, наиболее предпочтительно примерно 500 л/ч. Программа изменения температуры может начинаться со значения, равного 5, 10, 15, 20 25, 30, 35, 40, 45, 50°С, и с шагом 1, 2, 3, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16 К/мин температуру повышают до 550°С, предпочтительно до 450°С и более предпочтительно до 350°С. Указанное выше значение температуры поддерживают в течение от 1 до 6, предпочтительно от 2 до 4 или еще более предпочтительно в течение 3 ч и затем материал можно охладить и он готов для использования.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения после нанесения соли металла пористый уголь не промывают для удаления избытка соли.
Полученный уголь пропитывают с помощью не менее 0,25%, но желательно не более 20% оксида металла в пересчете на массу угля. Активированный уголь, использующийся в вариантах осуществления настоящего изобретения, можно, например, пропитать количествами оксида металла, соответствующими верхним и нижним предельным значениям, определенным любыми двумя из следующих значений, которые не равны друг другу, а именно, 0,25, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20%. Обычно пропитывают с помощью примерно 1%, 3%, 5% или 10% оксида металла в пересчете на массу угля. Типичные значения при пропитке составляют от 0,25% до 5%, предпочтительно от 0,5% до 5% оксида металла в пересчете на массу угля.
Пропитка более значительным количеством оксида металла может привести к уменьшению площади поверхности. Поры могут, например, переполниться оксидом, в результате чего остается меньше пространства для дыма, что может привести к уменьшению адсорбции других компонентов паровой фазы.
Если не ограничиваться теоретическими соображениями, то можно полагать, что оксид металла способен связываться с HCN(ZnO+2HCN→Zn(CN)2+Н2О) и тем самым отфильтровывать его из дыма, в особенности из основного потока дыма, который вдыхается при курении. Это не приводит к образованию дициана (CN)2 или не приводит к образованию значительного количества дициана (CN)2. Например, количество образовавшегося дициана может быть меньше обнаруживаемого по известным методикам.
Выше описано то, что считается предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения. Однако специалисты в данной области техники должны понимать, что без отклонения от сущности настоящего изобретения в него могут быть внесены изменения и модификации.
Примеры
Активированный уголь
В одном примере использующийся активированный уголь с высокой мезо- и макропористостью характеризуется сферической формой и размером, равным от 0,25 до 0,6 мм; причем не менее 35% от полного объема пор образуют поры, обладающие диаметром, равным более 20Å; и площадью поверхности БЭТ, равной не менее 1250 м2/г.
В одном примере активированный уголь получают способом, включающим двустадийную активацию с использованием пара и последующую активацию диоксидом углерода, и его называют продуктом №100797, выпускающимся фирмой Blucher GmbH. См. публикацию международного патента № WO 2008/110233, в которой подробно описан этот способ.
В дополнение к указанным выше характеристикам, активированный уголь, использующийся в вариантах осуществления настоящего изобретения, обладает превосходной стойкостью к истиранию и прочностью на разрыв, так что он применим в самых различных случаях.
Пропитка оксида цинка по методике пропитки по влагоемкости
75 г Активированного угля на основе полимера (продукт №100797, выпускающийся фирмой Blucher GmbH) пропитывают погружением на 2 ч в водный раствор нитрата цинка (Zn(NO3)2·6Н2О). 2,75 г нитрата цинка растворяют в 220 мл дистиллированной воды. После пропитки погружением образец сушат при 80°С в течение >12 ч. Затем образец подвергают термической обработке в печи в атмосфере азота для термического разложения нитрата цинка. Поток азота составляет примерно 500 л/ч. Температурная программа начинается с 25°С и со скоростью 6 К/мин температуру за 1 ч повышают до 350°С. Температуру поддерживают равной 350°С в течение 3 ч и затем материал охлаждают. Пропитанный активированный уголь на основе полимера извлекают из печи и без обработки используют во всех последующих экспериментах. Содержание оксида цинка составляет 1% в пересчете на массу угля. Характеристики адсорбции для этого продукта приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | |
| Содержание ZnO (%) | 1 |
| Объемная плотность (ASTM B527-93/00) [г/л] | 370 |
| Площадь поверхности БЭТ (Р/Ро=0,1) [м2/г] | 1520 |
| Полный объем пор (Gurvich при 0,995) [см3/г] | 1,07 |
| Объем микропор (сажа) [см3/г] | 0,58 |
На фиг.1 приведена изотерма адсорбции азота для угля 100797, пропитанного с помощью 1% ZnO.
60 мг Угля помещали в полость фильтра эталонной сигареты. В качестве контрольной и для установления выраженного в процентах уменьшения содержания компонентов дыма использовали сигарету с пустой полостью фильтра такого же размера.
Сигареты кондиционировали при 22°С и относительной влажности 60% в течение 3 недель до курения, курение проводили при условиях, указанных в стандарте ISO (один раз в минуту проводили выдох объемом 35 мл в течение 2 с). Определяли содержания компонентов дыма, включая HCN, и результаты приведены в таблице 2, они получены с использованием обычного угля и угля, пропитанного с помощью 1, 3, 5 и 10% ZnO. В дыме не обнаружен дициан.
| Таблица 2 | ||||||
| Содержание угля | Нет | 60 мг | 60 мг | 60 мг | 60 мг | 60 мг |
| Описание угля | - | 0% ZnO | 1% ZnO | 3% ZnO | 5% ZnO | 10% ZnO |
| Содержания в дыме | ||||||
| Количество выдохов | 7,0 | 6,9 | 7,1 | 7 | 7,1 | 7 |
| NFDPM* (мг/сигарета) | 11,1 | 9,6 | 9,7 | 9,9 | 9,5 | 9,7 |
| Никотин | 0,93 | 0,86 | 0,89 | 0,89 | 0,85 | 0,87 |
| Вода | 2,3 | 1,5 | 1,6 | 1,5 | 1,5 | 1,6 |
| СО | 11,5 | 11,4 | 11,4 | 10,9 | 10,9 | 11,4 |
| Ацетальдегид (мкг/сигарета) | 525,7 | 229,4 | 231,8 | 259,1 | 309,6 | 353,1 |
| Ацетон | 266,5 | 29,2 | 32,7 | 39,1 | 53 | 71,9 |
| Акролеин | 62,2 | 6,5 | 8 | 9 | 12,3 | 16,9 |
| Масляный альдегид | 33,8 | 2,7 | 2,8 | 2.5 | 5,9 | 8,15 |
| Кротоновый альдегид | 19,4 | 1,2 | 1,1 | 1,1 | 1,7 | 2,2 |
| Формальдегид | 36,7 | 18,9 | 19 | 18,9 | 17,7 | 20,3 |
| Метилэтилкетон | 64,6 | 4,0 | 4,1 | 5 | 7,8 | 10,8 |
| Пропионовый альдегид | 47,7 | 7,3 | 8,1 | 9,5 | 12,6 | 16,9 |
| HCN | 137,7 | 73,3 | 39,3 | 33 | 33,2 | 30,7 |
| 1,3-бутадиен | 53,8 | 8,8 | 20,8 | 26,6 | 7,7 | 10,6 |
| Акрилонитрил | 13,7 | 1,9 | 2,7 | 2.7 | 1,5 | 1,6 |
| Бензол | 47,6 | 4,3 | 5,8 | 5,8 | 4,3 | 4,3 |
| Изопрен | 531,9 | 43,0 | 103,4 | 124,1 | 22,3 | 22,4 |
| *Не содержащий никотина сухой измельченный материал |
| Уменьшение содержания, % | ||||||
| Ацетальдегид (мкг/сигарета) | 56 | 56 | 51 | 41 | 33 | |
| Ацетон | 89 | 88 | 85 | 80 | 73 | |
| Акролеин | 90 | 87 | 86 | 80 | 73 | |
| Масляный альдегид | 92 | 92 | 93 | 83 | 76 | |
| Кротоновый альдегид | 94 | 94 | 94 | 91 | 89 | |
| Формальдегид | 49 | 48 | 49 | 52 | 45 | |
| Метилэтилкетон | 94 | 94 | 92 | 88 | 83 | |
| Пропионовый альдегид | 85 | 83 | 80 | 74 | 65 | |
| HCN | 47 | 71 | 76 | 76 | 78 | |
| 1,3-бутадиен | 84 | 61 | 51 | 86 | 80 | |
| Акрилонитрил | 86 | 80 | 80 | 89 | 88 | |
| Бензол | 91 | 88 | 88 | 91 | 91 | |
| Изопрен | 92 | 81 | 77 | 96 | 96 | |
| <LOQ (предел количественного определения) |
В частности, необработанные данные, приведенные в таблице 2, при пересчете в проценты показывают, что пропитанный оксидом цинка активированный уголь, полученный выше путем пропитки с помощью 1% оксида цинка, уменьшает содержание HCN в дыме на 71%, тогда как угли, не пропитанные оксидом цинка, уменьшают содержание HCN лишь на 47%. Кроме того, угли пропитанные с помощью 3%, 5% и 10% оксида цинка, приводят к уменьшению содержания HCN на 76, 76 и 78% соответственно.
Приведенные на фиг.2 данные коррелируют с данными, приведенными в таблице 2, и показывают, что активированный уголь, пропитанный с помощью 1%, 3%, 5% и 10% оксида цинка в пересчете на массу угля, уменьшает содержание HCN на 71, 76, 76 и 78%, соответственно.
На фиг.3 приведено схематическое изображение курительного изделия 1, содержащего фильтрующую секцию 2, включающую цилиндрический стержень из материала 3, завернутый оберткой стержня 4 вокруг его наружной поверхности. Торцевая грань стержня фильтрующего материала 3 слева не обернута. Фильтрующий материал 3 может содержать ацетат целлюлозы, например, в виде волокон. Гранулы пористого угля 5, описанные в настоящем изобретении, например, пропитанные оксидом металла в соответствии с вариантам осуществления настоящего изобретения, могут быть диспергированы в фильтрующем материале 3, так что образуется фильтр, обычно называющийся "далматинским" фильтром.
Фильтрующая секция 2 может представлять собой множество расположенных в осевом направлении секций и каждая секция содержит один или большее количество из следующих материалов: ацетат целлюлозы, активированный уголь, например гранулы 5, описанные в настоящем изобретении, и/или другие добавки, такие как ароматизатор. Альтернативно, фильтрующая секция 2 может содержать гранулы пористого угля, описанные в настоящем изобретении, соответствующие вариантам осуществления настоящего изобретения, расположенные в полости фильтра, например, образованные между двумя фильтрующими элементами, состоящими из ацетата целлюлозы.
Настоящее изобретение также относится к стержню курительного материала 6, вокруг его наружной поверхности, обернутой сигаретной бумагой 7. Фильтрующая секция 2 прикреплена к курительному материалу 6 с помощью накладной бумаги 8 с образованием курительного изделия 1.
Фильтрующий материал 3 и/или стержень курительного материала 6 может вентилироваться, например, с помощью вентиляционных отверстий (не показаны), образованных в накладной бумаге 8, обертке стержня 4 и/или сигаретной бумаге 7.
В итоге, можно заключить, что этот пример показывает, что нанесение оксида цинка на активированный уголь способом, предложенным в настоящем изобретении, дает пористый уголь, характеризующийся улучшенной адсорбцией компонентов паровой фазы дыма, таких как HCN, например, по сравнению с пористым углем, который не пропитан оксидом цинка.
1. Применение активированного угля, пропитанного оксидом цинка, для повышения селективности по отношению к цианиду водорода (HCN), причем указанный активированный уголь пропитывают оксидом цинка путем пропитки погружением в водный раствор соли металла, опрыскиванием с его помощью или замачиванием в нем, где водный раствор соли металла состоит из соли металла, растворенной в воде, и термически обрабатывают с целью разложения соли металла до оксида цинка.
2. Применение по п. 1, где при воздействии HCN на пористый уголь в качестве побочного продукта не образуется дициан.
3. Применение по п. 1 или 2, где активированный уголь представляет собой карбонизированную форму органического материала.
4. Применение по п. 1 или 2, где активированный уголь представляет собой синтетический уголь на основе смолы.
5. Применение по любому из пп. 1-4, где активированный уголь характеризуется объемом пор, равным не менее 0,4 см3/г, и/или представляет собой по меньшей мере один, выбранный из группы, включающей:
активированный уголь, полученный с частицами размером от 0,1 до 1,5 мм; по меньшей мере от 20% до 65% объема пор составляет объем мезопор; и/или по меньшей мере 30% объема пор составляет объем микропор.
6. Применение по п. 5, где активированный уголь получен из сульфированного сополимера, предпочтительно сульфированного сополимера стирол-дивинилбензола.
7. Применение по п. 1, где солью металла является нитрат.
8. Применение по п. 7, где нитратом металла является нитрат цинка.
9. Применение по любому из пп. 1, 2, 6, 7 и 8, где количество впитавшегося оксида металла составляет от 0,25 до 20%, предпочтительно от 0,5 до 10%, еще более предпочтительно от 0,5 до 5% в пересчете на массу активированного угля.
