[发明专利]一种滤嘴添加剂的制备方法及应用

说明书

一种滤嘴添加剂的制备方法，其特征在于：是以烟杆为原料制备梯级孔碳材料的方法，具体是以烟杆为原料在固体酸的作用下于醇水溶液环境中进行部分水解，随后升温碳化，经碱洗、水洗后即可得到梯级孔碳材料。本发明所制备的梯级孔碳材料，在微孔（<2 nm）、介孔（2~50 nm）、大孔（>50 nm）范围内均有一定的分布，更适合于粒径分布较宽的卷烟焦油的吸附，将所制备的梯级孔碳材料添加于卷烟滤嘴，对主流烟气焦油的降低效果显著，降低率在20%以上。本发明的优点是：固体酸催化纤维素水解过程中所产生的有机酸与醇反应生成了酯，可避免有机酸对反应器的腐蚀问题。

技术领域

本发明涉及一种滤嘴添加剂的制备方法及应用，具体是由烟杆粉碎后经催化水解后进行碳化制备高孔隙度梯级孔活性炭材料的方法。该材料可添加于卷烟滤嘴，对烟气焦油的降低效果显著。

背景技术

我国是世界烟草大国，其种植面积、总产量、卷烟产量及销售量均居世界首位。在烟叶及加工过程中不可避免会产生大量的废弃物，据统计，仅2015年产生的烟秆就达1.163×10⁶吨。由于烟秆可用性相对较差，绝大部分以掩埋丢弃或焚烧的方式处理，综合利用率极低，不仅造成了环境污染，而且浪费了大量的现有资源。

活性炭是一类多孔固体碳材料，因其具有发达的空隙结构和巨大的比表面积，因而赋予其独特的强吸附性能，加上其化学性质稳定，不溶于水和其他大部分溶剂，使其在吸附、分离、催化等领域得到广泛应用。活性炭按照原料来源的不同可以分为煤基活性炭、木质活性炭、果壳活性炭以及合成活性炭等，其中煤基活性炭因其原料来源稳定是国内外产量最大的活性炭产品。但由于煤炭具有不可再生性，且主要作为能源使用，因此，煤基活性炭的发展和应用受到一定程度的限制。近年来，采用烟杆等农林废物的可再生原料制备活性炭受到业内越来越多的关注。

由烟杆制备活性炭一般均包括干燥、碳化、活化等过程，其中活化是造孔的关键，常用的方法可分为物理过程和化学过程两种。

物理活化法涉及水蒸气、二氧化碳、空气等氧化性气体。在烟杆的综合利用中，夏洪应等人分别采用二氧化碳和水蒸气活化法制备了微孔型烟秆基颗粒活性炭（夏洪应，彭金辉，张利波等．二氧化碳活化制备烟杆基颗粒活性炭的研究[J]．黄金．2006(07):38-41.夏洪应，彭金辉，张利波等．水蒸气活化制备烟杆基颗粒活性炭的研究[J]．离子交换与吸附．2007(02):112-118.夏洪应，彭金辉，张利波等．微波辐射-水蒸气法制备烟杆基颗粒活性炭[J]．化学工程．2007(01):48-51.）。该方法所制备的碳材料BET比表面积相对较低，且孔隙绝大部分属于微孔，介孔孔及大孔含量很低。

化学活化法是在活化阶段向原料中添加强碱、强酸或强氧化剂化学试剂，如HNO₃、KOH、MnO₂、ZnCl₂等的一种方法。2004年3月3日“微波辐射烟杆固体废弃物制造活性炭的方法”（申请号CN02113270.4，公开号CN1140449C）公开了一种将烟杆与氯化锌溶液浸渍后经加热得到活性炭产品的方法。该方法在实际生产过程中存在氯化锌的挥发污染问题。2005年9月21日“一种生产高比表面活性炭的方法”（申请号CN200510010670.2，公开号CN1669918A）公开了一种将烟杆与氢氧化钾溶液浸渍再经加热生产高比表面积活性炭的方法。2010年2月17日“一种高孔容活性炭的制备方法”（申请号CN200910184645.4，公开号CN101648707A），公开了一种将生物质原料、磷酸和活化助剂（过氧或过硫化合物）混合浸渍、升温活化制备活性炭产品的方法。CN1669918A和公开号CN101648707A由于碱或酸的使用均是在高温条件下，故对设备的腐蚀问题严重。

发明内容

本发明的目的正是基于上述现有技术状况而提供的一种滤嘴添加剂的制备方法，是以烟杆为原料在固体酸的作用下于醇水溶液环境中进行部分水解，随后升温碳化，经碱洗、水洗后即可得到梯级孔碳材料，将该梯级孔碳材料添加于卷烟滤嘴，可明显降低主流烟气中的焦油量。