專利名稱：一種多孔碳片、其制備方法及在卷煙濾嘴中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多孔碳片材料及其制備方法和應(yīng)用，特別是在香煙中的應(yīng)用，屬于煙氣處理和吸附材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
酚類化合物是自然界中常見的一類化合物，在水、燃料、汽車尾氣、空氣、酒和卷煙煙氣中都有酚類化合物的存在。已報道的卷煙煙氣中酚類物質(zhì)有50多種，其中鄰苯二酚、間苯二酚、對苯二酚、苯酚、鄰甲酚、間甲酚和對甲酚是卷煙主流煙氣中主要酚類物質(zhì)，其對皮膚及呼吸道粘膜有強烈的刺激作用和促癌作用。專利CN 101277912A公開了一種多孔碳片是將分散的碳短纖維用樹脂碳化物粘 接而成，上述片所具有的微孔的微孔模徑為45 90MM、上述碳短纖維的平均纖維直徑為5 20MM。該多孔碳片是將含有單位面積重量為15 30G/M2的碳短纖維和單位面積重量為30 80G/M2的熱固性樹脂的前體纖維片用設(shè)置一定間隔的熱板進行加熱成型處理，并將進行了加熱成型處理的該前體纖維片中所含的熱固性樹脂進行碳化制造的。該方法制備的多空碳片孔徑大，比表面積小，同時制備該多空碳片原料和步驟復(fù)雜，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述不足，而提供一種多孔碳片、其制備方法及在卷煙濾嘴中的應(yīng)用，該種多孔碳片具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和吸附性，可用于煙氣有害物質(zhì)吸附。本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種多孔碳片的制備方法，包括步驟如下將二茂鐵和氯代甲烷置入不銹鋼高壓釜里，將銅片置于高壓釜內(nèi)側(cè)(銅片起模板作用)，旋緊高壓釜后放在高溫電阻爐內(nèi)直接加熱以10°C /min的速率升至300-600°C，并在此溫度保持30-90min，冷卻至室溫后，將收集到的產(chǎn)物依次用蒸餾水和無水乙醇洗滌，并于50°C真空干燥3-4h，即得多孔碳片。所述的二茂鐵和氯代甲烷的質(zhì)量比例范圍I :12 16。所述的氯代甲烷可選用一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷或四氯甲烷。上述方法制備的多孔碳片，呈樹葉狀，邊緣呈鋸齒狀；尺寸2±0.2i!m，厚度150-180nm，孔徑 2_5nm，比表面積 350_450m2/g。所述的多孔碳片在吸附含酚類有害煙氣中的應(yīng)用。所述的多孔碳片在卷煙濾嘴中的應(yīng)用。一種濾嘴中含上述多孔碳片的卷煙。本發(fā)明制備方法簡單，不需要苛刻的反應(yīng)條件，易于控制和工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)率較高；制得的多孔碳片熱穩(wěn)定性好、比表面積大，材料吸附性能好；能有效降低主流煙氣中的鄰苯二酚、間苯二酚、對苯二酚、苯酚、鄰甲酚、間甲酚和對甲酚主要酚類有害成分，降低率達到50%以上，在卷煙煙氣減害方面具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖I實施例I多孔碳片的典型XRD衍射花樣；圖2實施例I多孔碳片Raman光譜；圖3實施例I多孔碳片的掃描電鏡照片；圖4實施例I多孔碳片的熱重曲線；圖5實施例I多孔碳片的氮氣吸脫附等溫線；圖6為含多孔碳片的卷煙濾嘴的結(jié)構(gòu)圖；
其中，I.多孔碳片過濾層，2.卷煙濾嘴。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例進一步說明。實施例I一種多孔碳片，制備方法包括步驟如下將IOg 二茂鐵和200ml氯代甲烷置入不銹鋼高壓釜里，將銅片彎曲并貼于高壓釜內(nèi)側(cè)，旋緊高壓釜后放在高溫電阻爐內(nèi)直接加熱以IO0C /min的速率升至500°C，并在此溫度保持50min，冷卻至室溫后，將收集到的產(chǎn)物依次用蒸餾水和無水乙醇洗滌，并于5(rC真空干燥3h，即得多孔碳片。所制備多孔碳片的形貌典型掃描電鏡照片如圖3所示。從圖中可以清晰地看到有大量樹葉狀二維多孔碳片出現(xiàn)。從中可以看出二維碳片呈樹葉狀，其尺寸約2 ym，厚度150-180nm，多孔碳片的邊緣呈現(xiàn)為鋸齒狀。多孔碳片的典型XRD衍射花樣如圖I所示，從該衍射花樣中可以看出在26°左右有一寬化衍射峰，可以被指標為碳的(002)衍射面；在43-45°之間也存在一寬化低強度衍射峰，這歸因于碳的(10 )衍射面。衍射花樣中衍射峰的寬化現(xiàn)象說明樣品中存在著高度無序結(jié)構(gòu)。對多孔碳片進行了相應(yīng)地Raman光譜表征。如圖2所示,位于135001^1和159001^1的兩個強衍射峰是碳材料的兩個特征吸收峰，其中位于1350cm—1的吸收峰對應(yīng)于無序石墨層面內(nèi)C-C懸蕩鍵的Alg振動吸收，俗稱D-帶；而位于1590CHT1的吸收峰對應(yīng)于石墨的E2g振動模式，俗稱G-帶，它與二維石墨層內(nèi)SP2雜化碳原子的振動吸收相關(guān)。對所制備的多孔碳片材料進行了 100-1000°C溫度范圍內(nèi)空氣環(huán)境下，相應(yīng)熱穩(wěn)定性的研究，其熱重曲線如圖4所示。從該熱重曲線圖上可以發(fā)現(xiàn)，多孔碳片材料在100-300°C溫度范圍內(nèi)沒有明顯的增重或失重現(xiàn)象,然而在400-500°C溫度范圍內(nèi)快速失重。由此表明多孔碳片材料在400°C溫度以下的空氣環(huán)境中有著良好的熱穩(wěn)定性。對制得的多孔碳片進行氮氣吸-脫附測試，如圖5所示，多孔碳片在液氮溫度下(77K)的氮氣吸脫附等溫線，該曲線為典型的第IV類型等溫線，而且在相對壓力P/P/1時，吸脫附等溫線為明顯的不閉合狀態(tài)，可能是由于碳片本身的大片狀結(jié)構(gòu)引起。由BET計算得知多孔碳片的比表面積為398m2/g,根據(jù)BJH (Barrett-Joyner-Halenda)方法計算可知其孔容積為0. 36cm3/g,孔徑主要分布在2-5nm范圍內(nèi)。由此表明多孔碳片材料具有優(yōu)異的吸附性能。
實施例2一種多孔碳片，制備方法包括步驟如下將15g 二茂鐵和200ml氯代甲烷置入不銹鋼高壓釜里，將銅片彎曲并貼于高壓釜內(nèi)側(cè)，旋緊高壓釜后放在高溫電阻爐內(nèi)直接加熱以IO0C /min的速率升至600°C，并在此溫度保持30min，冷卻至室溫后，將收集到的產(chǎn)物依次用蒸餾水和無水乙醇洗滌，并于5(rC真空干燥處，即得多孔碳片。實施例3一種多孔碳片，制備方法包括步驟如下將12g 二茂鐵和200ml氯代甲烷置入不銹鋼高壓釜里，將銅片彎曲并貼于高壓釜內(nèi)側(cè)，旋緊高壓釜后放在高溫電阻爐內(nèi)直接加熱以IO0C /min的速率升至300°C，并在此溫度保持80min，冷卻至室溫后，將收集到的產(chǎn)物依次用蒸餾水和無水乙醇洗滌，并于5(rC真空干燥處，即得多孔碳片。多孔碳片在卷煙濾嘴中的應(yīng)用 將多孔碳片材料添加到濾嘴中(5mg-20mg)，制成新型新型復(fù)合濾嘴，如圖6所示，采用IOmg實施例I多孔碳片制成如圖6所示的新型復(fù)合卷煙濾嘴，發(fā)現(xiàn)能夠明顯降低主流煙氣中鄰苯二酚、間苯二酚、對苯二酚、苯酚、鄰甲酚、間甲酚和對甲酚主要酚類有害成分的釋放量，如表I所示，由此得出添加多孔碳片的復(fù)合濾嘴卷煙比普通濾嘴卷煙，能有效降低主流煙氣中的鄰苯二酚、間苯二酚、對苯二酚、苯酚、鄰甲酚、間甲酚和對甲酚主要酚類有害成分，降低率達到50%以上。表I :復(fù)合濾嘴卷煙與普通濾嘴卷煙主流煙氣中酚類有害成分釋放量
對苯二間苯二鄰苯二丨苯Pt丨問、對甲鄰甲Pt
樣品酸晴 R) (ug/cig) ■ (ug/cig), , 、
(ug/ag) (ug/cig) (ug/cigj(ug/cig)
普通濾嘴卷煙 44.34 2.73 61.88 17.88 16.28 8.16 IOmg活性炭制
成勒 K Ufr迪 30I 78 38.62 9.29 3 IS6 78
嘴的蒼煙IOmg多孔碳片
制成新哨 12介 11 32 I 16 19.27 8.48 3.13 4 04 濾嘴的卷煙
權(quán)利要求
1.一種多孔碳片的制備方法，其特征是，包括步驟如下 將二茂鐵和氯代甲烷置入不銹鋼高壓釜里，將銅片置于高壓釜內(nèi)，旋緊高壓釜后放在高溫電阻爐內(nèi)直接加熱以10°c /min的速率升至300-600°C，并在此溫度保持30_90min，冷卻至室溫后，將收集到的產(chǎn)物依次用蒸餾水和無水乙醇洗滌，并于50°C真空干燥3-4h，即得多孔碳片。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多孔碳片的制備方法，其特征是，所述的二茂鐵和氯代甲烷的質(zhì)量比例范圍I :12 16。
3.權(quán)利要求I所述的方法制備的多孔碳片，其特征是，它呈樹葉狀，邊緣呈鋸齒狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多孔碳片，其特征是，尺寸2±0.2 iim，厚度150_180nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多孔碳片，其特征是，孔徑2-5nm，比表面積為350_450m2/g。
6.權(quán)利要求3所述的多孔碳片在吸附含酚類有害煙氣中的應(yīng)用。
7.權(quán)利要求3所述的多孔碳片在卷煙濾嘴中的應(yīng)用。
8.一種濾嘴中含權(quán)利要求3所述的多孔碳片的卷煙。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多孔碳片、其制備方法及在卷煙濾嘴中的應(yīng)用，將二茂鐵和氯代甲烷置入不銹鋼高壓釜里300-600℃溫度下反應(yīng)時間為30-90min，冷卻洗滌制得；制備的多孔碳片，呈樹葉狀，邊緣呈鋸齒狀，能在在卷煙濾嘴中的應(yīng)用。本發(fā)明制備方法簡單，不需要苛刻的反應(yīng)條件，易于控制和工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)率較高；制得的多孔碳片熱穩(wěn)定性好、比表面積大，材料吸附性能好；能有效降低主流煙氣中的酚類有害成分，降低率達到50%以上。
文檔編號B01J20/30GK102698713SQ201210164828
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者于宏曉, 姜福東, 朱戰(zhàn)營, 趙曰利, 趙硯棠 申請人:山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司