一种加热非燃烧型烟草制品用炭供热体的制备方法技术

一种加热非燃烧型烟草制品用炭供热体的制备方法，特征是：将生物质或生物质/金属离子经水热炭化，获得水热炭或均匀分散金属离子的水热炭；经低温炭化获得发达孔道结构，其比表面积达400-800m2/g，炭材料的引燃温度低（300-450oC）。本发明专利技术的优点如下：1)、生物质水热炭化后含有大量的含氧官能团，经低温炭化后，仍存在20％的氧含量，使得其引燃温度低；2)、金属离子在水热炭化时起到催化剂的作用，促进生物质在较低的温度快速转化为水热炭，同时在制备得到的炭供热体材料燃烧时催化CO、小分子烃类和大分子芳香烃类的氧化，降低了这些物质对人体的危害；3)、低温炭化形成了大量的微孔，使得制备得到的炭供热体材料燃烧时，气体的扩散性能得到改善。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，特征是：将生物质或生物质/金属离子经水热炭化，获得水热炭或均匀分散金属离子的水热炭；经低温炭化获得发达孔道结构，其比表面积达400-800m2/g，炭材料的引燃温度低（300-450oC）。本专利技术的优点如下：1)、生物质水热炭化后含有大量的含氧官能团，经低温炭化后，仍存在20％的氧含量，使得其引燃温度低；2)、金属离子在水热炭化时起到催化剂的作用，促进生物质在较低的温度快速转化为水热炭，同时在制备得到的炭供热体材料燃烧时催化CO、小分子烃类和大分子芳香烃类的氧化，降低了这些物质对人体的危害；3)、低温炭化形成了大量的微孔，使得制备得到的炭供热体材料燃烧时，气体的扩散性能得到改善。【专利说明】
本专利技术涉及。具体是以生物质 为原料，利用水热炭化方法，获得一种加热非燃烧型烟草制品中使用的炭热源材料，属于化 工、材料生产
。
技术介绍
燃烧型烟草制品（即传统卷烟烟支)燃烧时烟气成分中已发现6000余种化学成分， 并且随烟草制品和燃吸条件的不同，其化学组成会有所变化。高温燃烧区生成的产物主要 是气相物质，如二氧化碳、一氧化碳、水、氢、甲烷等低级烃类化合物和一些自由基；烟草中 的萜烯类、植物留醇类、石蜡类、糖类、氨基酸类、纤维素类和许多其他成分通过热分解、热 合成、干馏、聚合、缩合、自由基等反应形成了挥发性、半挥发性气体，以及液体和固体物质 等。 近年来，随着传统烟草制品的销量在一些发达国家市场出现停滞甚至下降，以及 许多国家公共场所禁烟力度的不断加大，低温卷烟、无烟气烟草制品、电子烟等新型烟草制 品正在快速兴起。作为新型烟草制品，加热非燃烧型烟草制品的研究开发是当前国际烟草 领域的热点。加热非燃烧型烟草制品具有"加热烟丝或烟草提取物而非燃烧烟丝"的特点， 它减少了烟草高温燃烧裂解产生的有害成分，使主流烟气化学组分的释放量大大降低。同 时，与常规卷烟引燃方式不同，它在抽吸间歇时烟丝处于非燃烧/非加热状态，因此侧流烟 气和环境烟气也大幅度降低。 加热非燃烧烟草制品是国外烟草公司研发的重点，加热方式有电加热、有机物燃 烧加热、以及炭材料燃烧加热等。有机物和炭材料燃烧加热时，由于燃烧过程会产生一氧化 碳，为减少其产生，可以通过添加碳酸钙、多元醇以及金属氧化物来吸收、抑制或催化转化 一氧化碳。 炭材料作为加热非燃烧型烟草制品炭供热体时，既要引燃温度合适，又要燃烧速 率和热量可控，更要降低燃烧产物中有害物质的含量，因此，炭材料的结构和组成直接决定 着其应用性能。 作为可再生资源，生物质的热解、气化和水热炭化工业化规模发展迅速。生物质的 水热炭化是生物质高效利用的途径之一，具有环境优化和能耗低的特点，其原料可以是半 纤维素、纤维素、木质素，也可以是低分子量的葡萄糖、果糖等。水热炭化时，生物质在水中 同时发生水解、脱氢、脱烃、芳构化、聚合缩合等反应；在低于260 °C下，水热炭化所得炭材 料表现出较高的炭化程度，若添加酸、金属离子等，水热炭化的温度会降到120 °C。水热炭 化温度对炭材料的孔道结构有决定作用，生物质经水热炭化和活化可以获得高比表面积和 高含氧官能团的多孔炭。生物质水热炭化与低温热解所得炭材料相比，具有较高的热效率 和低的污染物排放，在150 - 300°C范围内表现出较低的燃烧活化能。 烟气中有害物质的消除是烟草制品亟待解决的难点，非燃烧型烟草制品用的炭供 热体燃烧产生的C0、芳烃类等有害物质的高效脱除，也是新型烟草制品面临的问题。关于 烟气中CO等物质的脱除，国外专利有报道，以二氧化钛为载体，氧化钙、氧化铁涂覆于其表 面，可将烟气中的有害物质催化氧化。 纳米晶体结构的铬、锰、铁、钴、镍、铜、锆、锡、锌等催化剂，可用于烟气、煤、生物 质、燃料油等的燃烧过程中有害物质的脱除，催化剂良好的分散和稳定性使得即使较低的 催化剂含量也能达到较好的脱除效率，可以将燃烧过程中生成的一氧化碳催化氧化，对烟 气中的自由基、酚类、二噁英、有毒烃类等多种组分也具有较高的催化氧化活性。
技术实现思路
本专利技术的目的正是基于上述现有技术状况而提供一种加热非燃烧型烟草制品用 炭供热体的制备方法。 本专利技术的专利技术机理在于：利用水热合成的方法制备水热炭和金属氧化物复合材 料，作为非燃烧烟草制品用炭供热体，通过改变水合炭的比表面积、孔结构与金属氧化物的 粒径来调节炭材料的燃烧速率和降低烟气中一氧化碳的含量。本专利技术是从炭供热体的前驱 体入手，通过其成炭过程的控制，进行炭材料的结构调节，以及成炭过程中引入具有催化氧 化性能的催化剂，实现炭供热体燃烧过程中燃烧速率、热量、温度梯度的控制，消除芳烃类 物质的生成和一氧化碳的完全转化。 本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种加热非燃烧型烟草制品用炭供 热体的制备方法，是以生物质为原料，利用水热炭化方法，获得一种加热非燃烧型烟草制品 中使用的炭热源材料，具体步骤如下： 1) 将生物质原料加入到一定量的水中，或溶有金属离子的溶液中，将此混和物加入水 热反应釜中，水热温度为80°C _220°C，反应时间3小时-24小时；过滤、干燥，得到水热炭材 料或含有金属粒子的水热炭材料； 2) 将水热炭材料或含有金属粒子的水热炭材料在氮气气氛保护下，经炭化，炭化温度 为400°C _700°C，炭化时间为30分钟-120分钟；获得孔道发达的炭供热体材料； 在本专利技术中，所述金属粒子的尺寸由溶液中金属离子的浓度来调节，浓度为 0. 01-5wt%。 所述生物质为纤维素、半纤维素、木质素、淀粉或低分子量的葡萄糖、果糖。 所制得的炭供热体材料孔道发达，比表面积达400-800m2/g，引燃温度低： 300°C _450°C。成炭后的所含金属氧化物可将炭燃烧产生的C0、小分子烃类和大分子芳烃 类物质氧化转化为CO2，作为供热材料使用在加热非燃烧烟草制品时降低了自身产生的有 害成分生成，减少对人体的危害。 本专利技术具有以下优点：1)、生物质水热炭化后含有大量的含氧官能团，经低温炭化 后，仍存在20%的氧含量，使得其引燃温度低；2)、利用生物质水热炭化制备包含金属粒子 的水热炭，可将金属粒子均匀分散于水热炭中；3)、金属离子在水热炭化时起到催化剂的 作用，促进生物质在较低的温度快速转化为水热炭，同时在制备得到的炭供热体材料燃烧 时催化C0、小分子烃类和大分子芳香烃类的氧化，降低了这些物质对人体的危害；4)、低温 炭化形成了大量的微孔，使得制备得到的炭供热体材料燃烧时，气体的扩散性能得到改善。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术的工艺流程。 【具体实施方式】 实施例1 将纤维素、淀粉或葡萄糖分别加入至水中，在一定温度下水热反应一段时间，过滤得到 水热炭，在500°C下炭化2小时，炭供热体，试验条件及检测结果见表1 : 表1水热炭的试验条件对孔结构和引燃温度的影响 【权利要求】1. ，其特征在于：将生物质或生物 质/金属离子经水热炭化，获得水热炭或均匀分散金属离子的水热炭，经低温炭化获得加 热非燃烧型烟草制品中使用的炭供热体材料，具体步骤如下： 1) 将生物质原料加入到一定量的水中，或溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加热非燃烧型烟草制品用炭供热体的制备方法，其特征在于：将生物质或生物质/金属离子经水热炭化，获得水热炭或均匀分散金属离子的水热炭，经低温炭化获得加热非燃烧型烟草制品中使用的炭供热体材料，具体步骤如下：1）将生物质原料加入到一定量的水中，或溶有金属离子的溶液中，将此混和物加入水热反应釜中，水热温度为80℃‑220℃，反应时间3小时‑24小时；过滤、干燥，得到水热炭材料或含有金属粒子的水热炭材料；2）将水热炭材料或含有金属粒子的水热炭材料在氮气气氛保护下，经炭化，炭化温度为400℃‑700oC, 炭化时间为30分钟‑120分钟；获得孔道发达的炭供热体材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：申文忠，李斌，宋红艳，张珂，赵敏，王兵，
申请(专利权)人：中国烟草总公司郑州烟草研究院，中国科学院山西煤炭化学研究所，
类型：发明
国别省市：河南;41