一種加熱非燃燒型煙草制品用炭供熱體的制備方法
【專利摘要】一種加熱非燃燒型煙草制品用炭供熱體的制備方法，特征是：將生物質(zhì)或生物質(zhì)/金屬離子經(jīng)水熱炭化，獲得水熱炭或均勻分散金屬離子的水熱炭；經(jīng)低溫炭化獲得發(fā)達(dá)孔道結(jié)構(gòu)，其比表面積達(dá)400-800m2/g，炭材料的引燃溫度低（300-450oC）。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：1)、生物質(zhì)水熱炭化后含有大量的含氧官能團(tuán)，經(jīng)低溫炭化后，仍存在20％的氧含量，使得其引燃溫度低；2)、金屬離子在水熱炭化時(shí)起到催化劑的作用，促進(jìn)生物質(zhì)在較低的溫度快速轉(zhuǎn)化為水熱炭，同時(shí)在制備得到的炭供熱體材料燃燒時(shí)催化CO、小分子烴類和大分子芳香烴類的氧化，降低了這些物質(zhì)對(duì)人體的危害；3)、低溫炭化形成了大量的微孔，使得制備得到的炭供熱體材料燃燒時(shí)，氣體的擴(kuò)散性能得到改善。
【專利說(shuō)明】一種加熱非燃燒型煙草制品用炭供熱體的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種加熱非燃燒型煙草制品用炭供熱體的制備方法。具體是以生物質(zhì) 為原料，利用水熱炭化方法，獲得一種加熱非燃燒型煙草制品中使用的炭熱源材料，屬于化 工、材料生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 燃燒型煙草制品（即傳統(tǒng)卷煙煙支)燃燒時(shí)煙氣成分中已發(fā)現(xiàn)6000余種化學(xué)成分， 并且隨煙草制品和燃吸條件的不同，其化學(xué)組成會(huì)有所變化。高溫燃燒區(qū)生成的產(chǎn)物主要 是氣相物質(zhì)，如二氧化碳、一氧化碳、水、氫、甲烷等低級(jí)烴類化合物和一些自由基；煙草中 的萜烯類、植物留醇類、石蠟類、糖類、氨基酸類、纖維素類和許多其他成分通過熱分解、熱 合成、干餾、聚合、縮合、自由基等反應(yīng)形成了揮發(fā)性、半揮發(fā)性氣體，以及液體和固體物質(zhì) 等。
[0003] 近年來(lái)，隨著傳統(tǒng)煙草制品的銷量在一些發(fā)達(dá)國(guó)家市場(chǎng)出現(xiàn)停滯甚至下降，以及 許多國(guó)家公共場(chǎng)所禁煙力度的不斷加大，低溫卷煙、無(wú)煙氣煙草制品、電子煙等新型煙草制 品正在快速興起。作為新型煙草制品，加熱非燃燒型煙草制品的研究開發(fā)是當(dāng)前國(guó)際煙草 領(lǐng)域的熱點(diǎn)。加熱非燃燒型煙草制品具有"加熱煙絲或煙草提取物而非燃燒煙絲"的特點(diǎn)， 它減少了煙草高溫燃燒裂解產(chǎn)生的有害成分，使主流煙氣化學(xué)組分的釋放量大大降低。同 時(shí)，與常規(guī)卷煙引燃方式不同，它在抽吸間歇時(shí)煙絲處于非燃燒/非加熱狀態(tài)，因此側(cè)流煙 氣和環(huán)境煙氣也大幅度降低。
[0004] 加熱非燃燒煙草制品是國(guó)外煙草公司研發(fā)的重點(diǎn)，加熱方式有電加熱、有機(jī)物燃 燒加熱、以及炭材料燃燒加熱等。有機(jī)物和炭材料燃燒加熱時(shí)，由于燃燒過程會(huì)產(chǎn)生一氧化 碳，為減少其產(chǎn)生，可以通過添加碳酸鈣、多元醇以及金屬氧化物來(lái)吸收、抑制或催化轉(zhuǎn)化 一氧化碳。
[0005] 炭材料作為加熱非燃燒型煙草制品炭供熱體時(shí)，既要引燃溫度合適，又要燃燒速 率和熱量可控，更要降低燃燒產(chǎn)物中有害物質(zhì)的含量，因此，炭材料的結(jié)構(gòu)和組成直接決定 著其應(yīng)用性能。
[0006] 作為可再生資源，生物質(zhì)的熱解、氣化和水熱炭化工業(yè)化規(guī)模發(fā)展迅速。生物質(zhì)的 水熱炭化是生物質(zhì)高效利用的途徑之一，具有環(huán)境優(yōu)化和能耗低的特點(diǎn)，其原料可以是半 纖維素、纖維素、木質(zhì)素，也可以是低分子量的葡萄糖、果糖等。水熱炭化時(shí)，生物質(zhì)在水中 同時(shí)發(fā)生水解、脫氫、脫烴、芳構(gòu)化、聚合縮合等反應(yīng)；在低于260 °C下，水熱炭化所得炭材 料表現(xiàn)出較高的炭化程度，若添加酸、金屬離子等，水熱炭化的溫度會(huì)降到120 °C。水熱炭 化溫度對(duì)炭材料的孔道結(jié)構(gòu)有決定作用，生物質(zhì)經(jīng)水熱炭化和活化可以獲得高比表面積和 高含氧官能團(tuán)的多孔炭。生物質(zhì)水熱炭化與低溫?zé)峤馑锰坎牧舷啾?，具有較高的熱效率 和低的污染物排放，在150 - 300°C范圍內(nèi)表現(xiàn)出較低的燃燒活化能。
[0007] 煙氣中有害物質(zhì)的消除是煙草制品亟待解決的難點(diǎn)，非燃燒型煙草制品用的炭供 熱體燃燒產(chǎn)生的C0、芳烴類等有害物質(zhì)的高效脫除，也是新型煙草制品面臨的問題。關(guān)于 煙氣中CO等物質(zhì)的脫除，國(guó)外專利有報(bào)道，以二氧化鈦為載體，氧化鈣、氧化鐵涂覆于其表 面，可將煙氣中的有害物質(zhì)催化氧化。
[0008] 納米晶體結(jié)構(gòu)的鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋯、錫、鋅等催化劑，可用于煙氣、煤、生物 質(zhì)、燃料油等的燃燒過程中有害物質(zhì)的脫除，催化劑良好的分散和穩(wěn)定性使得即使較低的 催化劑含量也能達(dá)到較好的脫除效率，可以將燃燒過程中生成的一氧化碳催化氧化，對(duì)煙 氣中的自由基、酚類、二噁英、有毒烴類等多種組分也具有較高的催化氧化活性。
[0009]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的正是基于上述現(xiàn)有技術(shù)狀況而提供一種加熱非燃燒型煙草制品用 炭供熱體的制備方法。
[0011] 本發(fā)明的發(fā)明機(jī)理在于：利用水熱合成的方法制備水熱炭和金屬氧化物復(fù)合材 料，作為非燃燒煙草制品用炭供熱體，通過改變水合炭的比表面積、孔結(jié)構(gòu)與金屬氧化物的 粒徑來(lái)調(diào)節(jié)炭材料的燃燒速率和降低煙氣中一氧化碳的含量。本發(fā)明是從炭供熱體的前驅(qū) 體入手，通過其成炭過程的控制，進(jìn)行炭材料的結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)，以及成炭過程中引入具有催化氧 化性能的催化劑，實(shí)現(xiàn)炭供熱體燃燒過程中燃燒速率、熱量、溫度梯度的控制，消除芳烴類 物質(zhì)的生成和一氧化碳的完全轉(zhuǎn)化。
[0012] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種加熱非燃燒型煙草制品用炭供 熱體的制備方法，是以生物質(zhì)為原料，利用水熱炭化方法，獲得一種加熱非燃燒型煙草制品 中使用的炭熱源材料，具體步驟如下： 1) 將生物質(zhì)原料加入到一定量的水中，或溶有金屬離子的溶液中，將此混和物加入水 熱反應(yīng)釜中，水熱溫度為80°C _220°C，反應(yīng)時(shí)間3小時(shí)-24小時(shí)；過濾、干燥，得到水熱炭材 料或含有金屬粒子的水熱炭材料； 2) 將水熱炭材料或含有金屬粒子的水熱炭材料在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下，經(jīng)炭化，炭化溫度 為400°C _700°C，炭化時(shí)間為30分鐘-120分鐘；獲得孔道發(fā)達(dá)的炭供熱體材料； 在本發(fā)明中，所述金屬粒子的尺寸由溶液中金屬離子的濃度來(lái)調(diào)節(jié)，濃度為 0. 01-5wt%。
[0013] 所述生物質(zhì)為纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、淀粉或低分子量的葡萄糖、果糖。
[0014] 所制得的炭供熱體材料孔道發(fā)達(dá)，比表面積達(dá)400-800m2/g，引燃溫度低： 300°C _450°C。成炭后的所含金屬氧化物可將炭燃燒產(chǎn)生的C0、小分子烴類和大分子芳烴 類物質(zhì)氧化轉(zhuǎn)化為CO2，作為供熱材料使用在加熱非燃燒煙草制品時(shí)降低了自身產(chǎn)生的有 害成分生成，減少對(duì)人體的危害。
[0015] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)、生物質(zhì)水熱炭化后含有大量的含氧官能團(tuán)，經(jīng)低溫炭化 后，仍存在20%的氧含量，使得其引燃溫度低；2)、利用生物質(zhì)水熱炭化制備包含金屬粒子 的水熱炭，可將金屬粒子均勻分散于水熱炭中；3)、金屬離子在水熱炭化時(shí)起到催化劑的 作用，促進(jìn)生物質(zhì)在較低的溫度快速轉(zhuǎn)化為水熱炭，同時(shí)在制備得到的炭供熱體材料燃燒 時(shí)催化C0、小分子烴類和大分子芳香烴類的氧化，降低了這些物質(zhì)對(duì)人體的危害；4)、低溫 炭化形成了大量的微孔，使得制備得到的炭供熱體材料燃燒時(shí)，氣體的擴(kuò)散性能得到改善。
[0016]

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是本發(fā)明的工藝流程。
[0018]

【具體實(shí)施方式】
[0019] 實(shí)施例1 將纖維素、淀粉或葡萄糖分別加入至水中，在一定溫度下水熱反應(yīng)一段時(shí)間，過濾得到 水熱炭，在500°C下炭化2小時(shí)，炭供熱體，試驗(yàn)條件及檢測(cè)結(jié)果見表1 : 表1水熱炭的試驗(yàn)條件對(duì)孔結(jié)構(gòu)和引燃溫度的影響

【權(quán)利要求】
1. 一種加熱非燃燒型煙草制品用炭供熱體的制備方法，其特征在于：將生物質(zhì)或生物 質(zhì)/金屬離子經(jīng)水熱炭化，獲得水熱炭或均勻分散金屬離子的水熱炭，經(jīng)低溫炭化獲得加 熱非燃燒型煙草制品中使用的炭供熱體材料，具體步驟如下： 1) 將生物質(zhì)原料加入到一定量的水中，或溶有金屬離子的溶液中，將此混和物加入水 熱反應(yīng)釜中，水熱溫度為80°C -220°C，反應(yīng)時(shí)間3小時(shí)-24小時(shí)；過濾、干燥，得到水熱炭材 料或含有金屬粒子的水熱炭材料； 2) 將水熱炭材料或含有金屬粒子的水熱炭材料在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下，經(jīng)炭化，炭化溫度 為400°C _700°C，炭化時(shí)間為30分鐘-120分鐘；獲得孔道發(fā)達(dá)的炭供熱體材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱非燃燒型煙草制品用炭供熱體的制備方法，其特征在 于：所述金屬粒子的尺寸由溶液中金屬離子的濃度來(lái)調(diào)節(jié)，濃度為〇. 〇l-5wt%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱非燃燒型煙草制品用炭供熱體的制備方法，其特征在 于：所述生物質(zhì)為纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、淀粉或低分子量的葡萄糖、果糖。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱非燃燒型煙草制品用炭供熱體的制備方法，其特征在 于：所制得的炭供熱體材料孔道發(fā)達(dá)，比表面積達(dá)400_800m2/g，引燃溫度低：300°C _450°C。
【文檔編號(hào)】A24F47/00GK104432538SQ201410620509
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】申文忠, 李斌, 宋紅艷, 張珂, 趙敏, 王兵 申請(qǐng)人:中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院, 中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所