尼古丁吸附剂、喹啉吸附剂、苯并芘吸附剂、甲苯胺吸附剂和致癌物吸附剂的制作方法

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专利名称：尼古丁吸附剂、喹啉吸附剂、苯并芘吸附剂、甲苯胺吸附剂和致癌物吸附剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及由多孔碳材料(porous carbon material)制成的尼古丁吸附剂 (烟碱吸附剂，nicotine adsorbent)、喹啉吸附剂(quinoline adsorbent)、苯并芘吸附齐[J (benzopyrene adsorbent)、甲苯胺吸附齐[J (toluidine adsorbent)禾口致癌物吸附齐[J (carcinogen adsorbent)。
背景技术：
由诸如坚果壳和石油浙青等材料制成的活性炭已广泛用作烟草中所含的焦油成分的吸附剂(例如，参见JP-A-61-054236)。植物如蔬菜和谷类的未利用部分大多数被处理掉，为了保护和改善全球环境，强烈要求有效地利用这些材料的这样的未利用部分。未利用材料的有效利用的一个实例是碳化处理。

发明内容
一般地，活性炭仅具有2nm以下的微孔，并且很难利用这样的材料来有效地吸附 (吸着或吸收，absorb)烟草中所含的焦油成分。而且，还没有可用来充分碳化植物类材料的技术，并且期望进一步改善制造的碳材料的功能性。因此，期望提供一种由多孔碳材料制成的吸附剂，其有效地吸附烟草中所含的焦油成分和致癌物质。本发明一个实施方式涉及一种尼古丁吸附剂，其包括根据氮BET法(nitrogen BET method)的比表面积为10m2/g以上且根据BJH法的细孔容积(小孔体积，pore volume)为 0. 2cm3/g以上的多孔碳材料。本发明另一个实施方式涉及一种喹啉吸附剂，其包括根据氮BET法的比表面积为 10m2/g以上且根据BJH法的细孔容积为0. 2cm3/g以上的多孔碳材料。本发明又一个实施方式涉及一种苯并芘吸附剂，其包括根据氮BET法的比表面积为10m2/g以上且根据BJH法的细孔容积为0. 2cm3/g以上的多孔碳材料。本发明又一个实施方式涉及一种甲苯胺吸附剂，其包括根据氮BET法的比表面积为10m2/g以上且根据BJH法的细孔容积为0. 2cm3/g以上的多孔碳材料。本发明又一个实施方式涉及致癌物吸附剂，其包括根据氮BET法的比表面积为 10m2/g以上且根据BJH法的细孔容积为0. 2cm3/g以上的多孔碳材料。根据本发明实施方式的尼古丁吸附剂、喹啉吸附剂、苯并芘吸附剂、甲苯胺吸附剂和致癌物吸附剂包括利用氮BET法测得的比表面积为10m2/g以上且根据BJH法测得的细孔容积为0. 2cm3/g以上的多孔碳材料。这些细孔的尺寸在适中范围(mezzo domain) (2 50nm)内，这是相关技术的活性炭很难达到的尺寸范围。根据本发明的实施方式，这样的细孔尺寸使得可以实现优异的吸附特性，包括选择性地和有效地吸附烟草中所含的焦油成分和致癌物(如尼古丁、喹啉、苯并芘和甲苯胺)的能力，以及抑制烟草中的芳香成分的吸附。

图1是示出了在本发明实施例和对比例中根据非定域密度泛函理论 (non-localized density functional theory)获得的细孔直径分布的测量结果的曲线图。图2是示出了通过实施例和对比例中的吸附剂吸附的尼古丁、喹啉、苯并芘和甲苯胺的量的曲线图；和图3是示出了实施例和对比例中的吸附剂对尼古丁和苯并芘的作用的GC-MS测量结果的曲线图。
具体实施例方式现在将参考附图描述本发明的实施方式。本发明不局限于这些实施方式，并且在描述这些实施方式中提到的各种数值和材料仅为实例。将按以下列出的顺序进行描述。1、根据本发明实施方式的尼古丁吸附剂、喹啉吸附剂、苯并芘吸附剂、甲苯胺吸附剂和致癌物吸附剂的一般描述。2、根据本发明实施方式的尼古丁吸附剂、喹啉吸附剂、苯并芘吸附剂、甲苯胺吸附剂和致癌物吸附剂的实施例1。[根据本发明实施方式的尼古丁吸附剂、喹啉吸附剂、苯并芘吸附剂、甲苯胺吸附剂和致癌物吸附剂的一般描述]例如，根据本发明实施方式的尼古丁吸附剂、喹啉吸附剂、苯并芘吸附剂、甲苯胺吸附剂和致癌物吸附剂(这些材料在下文可以称为“根据本发明的吸附剂(或这些吸附剂)”)可以用于过滤嘴(filter)。具体地，根据本发明的吸附剂可以沉积在形成卷烟过滤嘴的一部分的纤维材料上。可替换地，根据本发明的吸附剂可以混合在这样的纤维材料中。这样的吸附剂可以各种示例性形式使用，即，以薄片(sheet)形式、以利用粘结剂等形成的期望形状、或者以粉末形式使用。当构成根据本发明实施方式的吸附剂的多孔碳材料(在下文，这样的多孔碳材料可以称为“根据本发明的多孔碳材料”)是包含硅(Si)的植物类材料(基于植物的材料， plant-based material)时，该植物类材料具体地包括5wt%以上的硅，但本发明不局限于这样的硅含量。该(多孔)材料中的硅含量期望地为5wt%以下。该硅含量优选为3wt% 以下，更优选Iwt %以下。例如，根据本发明的多孔碳材料可以通过在400°C 1400°C范围内的温度下碳化植物类材料，之后利用酸或碱处理该材料而获得。根据制造根据本发明的多孔碳材料的方法(在下文，该方法简称为“多孔碳材料制造方法”)，通过在400°C 1400°C范围内的温度下碳化植物类材料获得的材料在该材料利用酸或碱处理之前称为“多孔碳材料前体”或“碳质物质(含碳物质，carbonic substance)”。多孔碳材料制造方法可以包括在利用酸或碱处理后进行的活化步骤(activation step) 0利用酸或碱的处理也可以在活化处理(工艺或过程，process)之后进行。当多孔碳材料制造方法包括这样的优选步骤时，可以在植物类材料碳化之前，在低于碳化温度的温度(例如，400°C 700°C的温度)下在除去气氛中的氧的情况下，对该植物类材料实施加热处理(heating process)(初步碳化处理)。由于加热处理从该材料中提取了焦油成分，所以可以降低在碳化步骤产生的焦油成分的量或防止在碳化处理产生焦油成分。例如，可以通过在惰性气氛如氮气或氩气气氛或在真空气氛下实施该处理而除去氧。氧的除去也可以通过使植物类材料处于烘焙状态(baked state)而实现。根据该多孔碳材料制造方法，可以将植物类材料浸没在醇(例如，甲醇、乙醇或异丙醇)中从而减少该植物类材料中所含的矿物质和湿气，或防止在碳化处理期间产生令人厌恶的小分子(offensive small)，但该处理取决于植物类材料的类型。根据该多孔碳材料制造方法，初步碳化处理可以在之后实施。例如，优选在惰性气体中进行加热处理的材料包括产生大量焦木酸(木醋酸，pyroligneous acid)(焦油或轻油成分)的植物。优选利用醇进行该预先处理的材料包括例如富含各类矿物质(如碘)的海藻。根据该多孔碳材料制造方法，植物类材料在400°C 1400°C范围内的温度下进行碳化。一般而言，术语“碳化”是指通过热处理将有机物质(当该物质需要加工成根据本发明的多孔碳材料时为植物类物质)转化成碳质物质的行为(例如，参考Jis M0104-1984)。碳化可以在除去氧的气氛下进行。具体地，该处理可以在真空气氛、惰性气体气氛如氮气或氩气气氛、或其中可以使植物类材料处于烘焙状态的气氛下进行。以1°C /min以上的速率将这样的气氛的温度升高到碳化温度。该速率优选为3°C /min以上，更优选为5°C /min以上，但实施方式不局限于这样的速率。碳化时间的上限可以为10小时。优选上限为7小时，更优选上限为5小时，但实施方式不局限于这样的值。碳化时间的下限可以是期间植物类材料可以可靠地被碳化的时间期。如果需要，可以将植物类材料粉碎到期望的颗粒尺寸或进行分类。可以预先清洗植物类材料。如果需要，可以将按所述获得的多孔碳材料前体或多孔碳材料粉碎到期望的颗粒尺寸或进行分类。可替换地，如果需要，可以将已接受活化处理的多孔碳材料粉碎到期望的颗粒尺寸或进行分类。而且，最后可以使通过如所述的处理获得的多孔碳材料经过灭菌处理。对用于碳化的炉子的类型、构造和结构没有限制，该炉子可以是连续式炉或间歇式炉。根据该多孔碳材料制造方法，如上所述，直径小于2nm的微孔的数目可以通过对感兴趣的材料实施活化处理而增加。该活化处理可以是诸如气体活化或化学活化的处理。气体活化是这样的处理，该处理在用作活化剂的气体气氛如氧气、蒸汽、碳酸气体或空气中，在700°C 1400°C范围内的温度下，优选在700°C 1000°C范围内的温度下，更优选在 800°C 1000 °C范围内的温度下，加热多孔碳材料数十分钟或数小时，从而利用多孔碳材料中所含的挥发组分和碳分子而在该材料中形成精细结构。更具体地，可以基于所处理的植物类材料的类型以及气体的类型和浓度来选择恰当的加热温度。化学活化是这样的处理，该处理利用氯化锌、氯化铁、磷酸钙、氢氧化钙、碳酸镁、碳酸钾或硫酸来活化多孔碳材料，利用盐酸洗涤该材料，利用碱溶液调节该材料的PH，并干燥该材料。根据本发明的多孔碳材料的表面可以经过化学处理或分子改性。例如，化学处理可以是利用硝酸从而在表面产生羧基的处理。可以实施类似于利用蒸汽(steam)、氧气或碱活化的处理，从而在多孔碳材料的表面上产生各种官能团如羟基、羧基、酮基和酯基。而且，分子改性可以通过使多孔碳材料与包含羟基、羧基或氨基的化学物质之间或者该材料与蛋白质之间发生化学反应进行。根据该多孔碳材料制造方法，碳化的植物类材料中的硅组分通过利用酸或碱处理该材料而除去。硅组分可以是硅氧化物如二氧化硅、氧化硅或氧化硅的盐。可以通过从碳化的植物类材料中除去硅组分而获得具有大比表面积的多孔碳材料。可替换地，如果需要，可以利用干蚀刻工艺除去碳化的植物类材料中的硅组分。在本发明的实施方式中，多孔碳材料优选由包含硅(Si)的植物类材料制成。当该植物类材料转化成多孔碳材料前体或碳质物质时，该材料在高温(例如，400°C 1400°C范围内的温度)下被碳化。作为结果，该植物类材料中所含的硅变成硅组分(硅氧化物)如二氧化硅(SiO2)、氧化硅或氧化硅的盐，而不是变成碳化硅(SiC)。当在高温(例如，400°C 1400°C范围内的温度)下碳化该植物类材料时，该材料中所含的硅组分(硅氧化物)没有发生实质性变化。因此，通过在随后的步骤中利用酸或碱实施处理，而除去该硅组分(硅氧化物)如二氧化硅、氧化硅或氧化硅的盐。作为结果，利用氮BET法，能够获得具有大比表面积的材料。另外，根据本发明实施方式优选的多孔碳材料是环境相容性材料，并且该材料的微观结构通过利用酸或碱处理和除去制成多孔材料的植物类材料中所含的硅组分(硅氧化物)而获得。因此，该植物的生物规则性保持在由此获得的材料的细孔排布(布置，arrangement)中。如上所述，多孔碳材料可以由植物类材料制成。该植物类材料可以是谷类如水稻、大麦、小麦、黑麦、稗小米(barnyard millet)，以及谷子(foxtail millet)、秸秆(straws)、咖啡豆、茶叶(例如，绿茶和红茶叶)、甘蔗(更具体地，压榨后的甘蔗)、玉米(更具体地，玉米芯)、果皮(例如，橙子皮、香蕉皮等)、芦苇、或海芥菜茎杆(stems of Wakame seaweed) 0 实施方式不局限于这样的材料，可以使用的其它材料，包括陆生维管植物(terrestrial vascular plant)、蕨类植物(pteridophyte)、苔藓植物(bryophyte)、藻类和海藻类植物。这些材料可以单独使用，并且可替换地，这样的材料的多种可以组合使用。对于其中使用植物类材料的形状或形式没有特别限制。例如，谷壳或秸秆可以以它们本身使用，并且这样的材料可替换地可以在干燥后使用。而且，食品和饮料如啤酒和烈酒(liquors)的材料可以在对该材料实施各种处理如发酵、烘烤和提取之后使用。特别地，从利用工业废物作为资源的角度，期望使用已接受诸如脱粒等处理的秸秆和谷壳。这样处理的秸秆和谷壳容易从例如农业合作社、食品公司和食品加工公司大量获得。根据本发明的多孔碳材料可以包括非金属元素如镁(Mg)、钾⑷、钙(Ca)、磷⑵ 和硫(S)以及金属元素如过渡元素。例如，该材料可以具有含量在0.01wt%以上3wt%以下范围内的镁(Mg)、含量在0. Olwt %以上3wt %以下范围内的钾(K)、含量在0. 05wt %以上3wt%以下范围内的钙(Ca)、含量在0. Olwt %以上3wt%以下范围内的磷(P)、以及含量在0.01wt%以上3wt%以下范围内的硫(S)。虽然这些元素的含量取决于感兴趣的本发明吸附剂的应用，但是优选使这些含量保持较小以提供具有较大比表面积的材料。多孔碳材料可以包含不同于以上所列元素的元素，并且以上所列元素的含量范围明显地可以变化，取决于感兴趣的本发明吸附剂的应用。例如，本发明中提及的各种元素可以根据能量色散光谱法(EDS)，利用能量色散X 射线分析仪(例如，JEOL有限公司制造的JED-2200F)进行分析。对于测量条件，可以例如在15kV的扫描电压和10 μ A的辐射电流下进行分析。根据本发明的多孔碳材料具有许多细孔(小孔，pore)。这些细孔包括直径在 2nm 50nm范围内的“中孔(mesopore) ”和直径小于2nm的“微孔(micro pore) ”。具体地，该材料中的大多数细孔是直径为20nm以下的细孔。特别地，主要是直径为IOnm以下的细孔。大多数微孔是直径为约1. 9nm的细孔、直径为约1. 5nm的细孔和直径在约0. Snm 约Inm范围内的细孔。根据本发明的多孔碳材料的细孔具有根据BJH法为0. 2cm3/g以上的容积(体积，volume)。该容积优选为0. 4cm3/g以上，更优选为0. 6cm3/g以上。根据本发明的多孔碳材料优选具有50m2/g以上的氮BET比表面积(在下文，这样的值可以简称为“比表面积”)。该比表面积更具体地为100m2/g，还更优选为400m2/g。氮BET法是包括以下步骤的方法通过使吸附剂(在这种情况下为多孔碳材料) 吸附和解吸作为吸附分子(admolecule)的氮气来测量吸附等温线，以及基于以下表达式 (1)表示的BET等式分析通过该测量获得的数据。多孔碳材料的比表面积和细孔容积可以利用该方法计算。具体地，当根据氮BET法计算多孔碳材料的比表面积时，首先使该材料吸附和解吸作为吸附分子的氮气，由此获得吸附等温线。基于表达式(1)或通过改变表达式⑴得到的表达式(1’ )由按所述获得的吸附等温线计算出[Ρ/ΙΛ(Ρ(ΓΡ)}]，并将[p/ {Va(P0-P)}]相对于处于平衡的相对压力(p/pQ)作图。将该图视为直线，并基于最小二乘法计算出斜率s(= [(C-I)/(C-Vffl)])和截距i(= [l/(OVm)])。根据表达式(2-1)和 0-2)，由斜率s和截距i计算出值Vn^P C。而且，根据表达式(3)由值Vm计算出比表面积&3·(参见，由BEL JAPAN制造的BELSORP-mini and BELS0RP分析程序操作指南的第 62 66 页)。氮BET法是按照 JIS R 1626-1996〃 Measuring Methods for the Specific Surface Area of Fine Ceramic Powders by Gas Absorption Using the BET Method(利用BET法通过气体吸附用于精细陶瓷粉末的比表面积的测量方法)“的测量方法。Va = (Vm · C · p) / [ (P0-P) {1+ (C-I) (p/p0)} ](1)[p/{Va(p0-p}] = {(C-I)/(C · Vffl)](p/p0) + [l/(C -Vffl)] (l')Vm = l/(s+i)(2-1)C = (s/i)+l(2-2)asBET = (Vm · L · σ )/22414(3)在这些表达式中，Va表示所吸附的氮气的体积；Vm表示所吸附的单分子层的体积；P表示处于平衡的氮气压力；Ptl表示饱和的氮蒸汽压；L表示阿伏伽德罗数(avogadro number)；而σ表示氮气的吸附截面。为了利用氮BET法计算细孔容积Vp，例如，对按所述获得的吸附等温线的吸附数据进行线性插值(interpolate)，并获得在设置用于计算细孔容积的相对压力下的吸附容积V。可以根据表达式由吸附的容积V计算出细孔容积Vp (参见，由BEL JAPAN制造的 BELSORP-mini和BELS0RP分析程序操作指南的第62 65页)。基于氮BET法获得的细孔容积可以简称为“细孔容积”。Vp = (V/22414) X (Mg/ P g)(4)在该表达式中，V表示在相对压力下吸附的氮气的体积；Mg表示氮气的分子量；而 Pg表示氮气的密度。例如，根据BJH法，可由细孔容积相对于细孔直径的变化率将中孔的直径计算作为细孔分布。BJH法广泛地用作细孔分布分析方法。当利用BJH法进行细孔分布分析时，首先使多孔碳材料吸附和解吸作为吸附分子的氮气从而获得解吸等温线。当填充细孔的吸附分子(例如，氮气)逐渐从该细孔解吸时，基于该解吸等温线计算吸附层的厚度和由解吸形成的孔洞(hole)的内径(该内径是细孔中心半径(核半径，core radius)的两倍)。细孔半径(rp)根据表达式( 计算，而细孔容积根据表达式(6)计算。细孔容积相对于细孔直径Orp)的变化率(dVp/drp)由细孔半径和细孔容积计算并进行作图，由此获得细孔分布曲线(参见由BEL JAPAN公司制造的BELSORP-mini和BELS0RP分析程序的操作指南的第 85 88页)。rp = t+rk(5)Vpn = Rn · dVn-Rn · dtn · c · Σ Apj(6)Rn = rpn2/(rkn-l+dtn)2(7)在这些表达式中，rp表示细孔半径；表示在那种压力下在细孔半径为rp的细孔内壁上吸附的厚度为t的吸附层中心半径(内径/2) ；Vpn表示在氮气的第η次解吸时的细孔容积；dVn表示在第η次解吸时的容积变化量；dtn表示在氮气的第η次解吸时吸附层厚度tn的变化量；表示在氮气的第η次解吸时的中心半径；c表示一个定值；而rpn表示在氮气的第η次解吸后的细孔半径。Σ Apj表示其中j = 1，. . . η-1的细孔壁的表面积的积分值(累力口值，integrated value)。例如，根据MP法，可由细孔容积相对于细孔直径的变化率将微孔的直径计算为细孔分布。当利用MP法进行细孔分布分析时，首先使多孔碳材料吸附作为吸附分子的氮气从而获得吸附等温线。然后，将该吸附等温线转化成细孔容积相对于吸附层厚度t的图(t-作图)。细孔分布曲线可以基于该图的曲率(相对于吸附层厚度t变化量的细孔容积变化量) 获得。参见由BEL JAPAN公司制造的BELSORP-mini和BELS0RP分析程序的操作指南的第 72,73 和 82 页。^fc JIS Z8831-2 :2010 "Pore Size Distribution and Porosity of Powders (Solid Materials)-Part 2 -Method of Measuring Mesopores and Macropores using Gas Absorption，，禾口 JIS Z8831—3 :2010 "Pore Size Distribution and Porosity of Powders(Solid Materials)-Part 3 :Method of Measuring Micropores using Gas Absorption”中公开的非定域密度泛函理论(NLDFT)采用了由BELL JAPAN公司制造的自动化比表面积/细孔分布测量仪器"BELS0RP-MAX”附带的程序作为分析程序。利用圆柱形的模型和碳黑(CB)作为分析的先决条件进行分析。对细孔分布参数的分布函数未作假定，并且对由此获得的分布数据平滑处理了十次。现在基于非定域密度泛函理论，定义由根据本发明的多孔碳材料构建的灭菌器。该灭菌器具有根据氮BET法为10m2/g以上的比表面积和根据非定域密度泛函理论获得的直径范围在1 X 10_9 5 X l(Tm范围内的细孔，该细孔的细孔容积总共为0. IcmVg以上。可替换地，该灭菌器具有根据氮BET法为10m2/g以上的比表面积，和根据非定域密度泛函理论获得的包括在3nm 20nm范围内的至少一个峰的细孔直径分布。细孔直径范围为3nm 20nm的细孔的容积与所有细孔的总细孔容积的比值为0. 2以上。多孔碳材料的前体用酸或碱处理。用于该处理的具体方法包括，例如，将该多孔碳材料前体浸泡在酸或碱的水溶液中，并使该多孔碳材料前体与酸或碱在蒸汽相中发生反应。更具体地，用酸进行的处理可以利用酸性氟化合物如氟化氢、氢氟酸、氟化铵、氟化钙或氟化钠进行。当使用氟化合物时，氟的量优选为多孔碳材料前体中所含的硅组分中的硅量的四倍，并且该氟化合物的水溶液优选具有10wt%以上的浓度。当利用氢氟酸除去多孔碳材料前体中所含的硅组分(例如，二氧化硅)时，二氧化硅与氟化氢按式A或B所示发生反应，并且硅可以作为六氟硅酸(H2SiF6)或四氟化硅(SiF4)除去，从而获得多孔碳材料。该材料之后可以进行洗涤和干燥。Si02+6HF — H2SiF6+2H20(A)Si02+4HF ^ SiF4+2H20(B)当用碱处理该前体时，碱可以是氢氧化钠。当使用碱的水溶液时，该水溶液的PH 可以为11以上。当利用氢氧化钠水溶液除去多孔碳材料前体中所含的硅组分(例如，二氧化硅)时，通过加热氢氧化钠水溶液而使二氧化硅按式C所示发生反应。除去该反应生成的硅酸钠(Na2SiO3)从而获得多孔碳材料。当通过使氢氧化钠处于蒸汽相来处理该前体时，加热固态的氢氧化钠从而使它按式C所示发生反应。除去该反应生成的硅酸钠(Na2SiO3) 从而获得多孔碳材料。该材料然后进行洗涤和干燥。Si02+2Na0H — Na2Si03+H20(C)根据本发明的多孔碳材料可以是包括具有三维规则性的孔洞的多孔碳材料，例如，如在JP-A-2010-106007披露的(具有所谓反蛋白石结构(inverse opal structure) 的多孔碳材料)。具体地，该多孔碳材料球形孔洞在三维排布中具有在1 X io-9m 1 X io-5m 范围内的平均直径，并具有3X 102m2/g以上的表面积。优选地，中心孔洞以类似于其宏观视图中的晶体结构的配置排布。可替换地，多孔碳材料的孔洞具有以类似于宏观视图中的面心立方结构的面(111)对齐的配置排布在其表面上的孔洞。[实施例1]本发明的实施例1涉及尼古丁吸附剂、喹啉吸附剂、苯并芘吸附剂、甲苯胺吸附剂或致癌物吸附剂。具体地，实施例1的吸附剂包括由含硅的植物类材料制成的多孔碳材料。更具体地，所述吸附剂包括由硅含量为5wt%以上的植物类材料制成的硅含量为以下的多孔碳材料。所述吸附剂具有根据氮BET法为10m2/g以上的比表面积，和根据BJH法为0. 2cm7g以上的细孔容积。所述吸附剂可以可替换地具有根据氮BET法为10m2/g以上的比表面积，和根据非定域密度泛函理论由直径范围为IX 10_9 5X10、的细孔计算的为0. Icm7g以上的总细孔容积。所述吸附剂可以可替换地具有根据氮BET法为10m2/g以上的比表面积，和根据非定域密度泛函理论获得的在3nm 20nm范围内包括至少一个峰的细孔直径分布。细孔直径范围为3nm 20nm的细孔的容积与所有细孔的总细孔容积的比值为0. 2以上。制成实施例1中的多孔碳材料的植物类材料是稻谷壳。实施例1的多孔碳材料是通过碳化该谷壳从而将它转化成碳质物质(多孔碳材料前体)，之后用酸处理该物质而获得的。下面将描述制造实施例1的吸附剂的方法。在制造实施例1的吸附剂的工艺中，在400°C 1400°C范围内的温度下碳化植物类材料，之后用酸或碱处理该材料从而获得多孔碳材料。首先，在惰性气体中，对粉碎的谷壳(在鹿儿岛府(Kagoshima Prefecture)制造的水稻“ Isehikari ”的谷壳，其硅(Si)含量为10wt%)实施加热处理(初步碳化处理)。具体地，通过在氮气流中在500°C下加热该谷壳5小时而使其碳化，从而获得碳化物。这样的处理使得可以降低或消除否则将会在随后的碳化步骤产生的焦油成分。之后，将IOg该碳化物放入由氧化铝制成的坩埚中，并在氮气流(10升/分钟)下以5°C /min的速率将该氮化物的温度升高到800°C。在800°C下碳化该碳化物1小时从而将其转化成碳质物质(多孔碳材料前体)，并将该物质冷却到室温。在碳化和冷却期间保持氮气的流动。接着，通过将该多孔碳材料前体在46vol %的氢氟酸水溶液中浸泡一夜而对其进行酸处理，并利用水和乙醇洗涤该前体直至它的PH为7。接着，在 120°C下干燥该前体，并通过在水蒸汽流中将其在900°C加热3小时进行活化。本实施例1 中的多孔碳材料按所述的方法获得。市场上可购得的使用坚果壳活性炭的烟草过滤嘴用作对比例1。测量了实施例1和对比例1中的多孔碳材料的比表面积和细孔容积，并获得表1 所示的结果。在表1中，术语“比表面积”是指根据氮BET法获得的单位为m2/g的比表面积。根据BJH法和MP法获得的细孔容积的单位是Cm3/g。图1示出了根据非定域密度泛函理论获得的细孔直径分布的测量结果。直径在3nm 20nm范围内的细孔的总容积与所有细孔的总容积的比值如下所示。实施例1 :0· 407 (所有细孔的总容积2. 16cm3/g)对比例1 :0· 134 (所有细孔的总容积0. 756cm3/g)表 权利要求
1.一种尼古丁吸附剂，包括根据氮BET法的比表面积为10m2/g以上且根据BJH法的细孔容积为0. 2cm3/g以上的多孔碳材料。
2.一种喹啉吸附剂，包括根据氮BET法的比表面积为10m2/g以上且根据BJH法的细孔容积为0. 2cm3/g以上的多孔碳材料。
3.一种苯并芘吸附剂，包括根据氮BET法的比表面积为10m2/g以上且根据BJH法的细孔容积为0. 2cm3/g以上的多孔碳材料。
4.一种甲苯胺吸附剂，包括根据氮BET法的比表面积为10m2/g以上且根据BJH法的细孔容积为0. 2cm3/g以上的多孔碳材料。
5.一种致癌物吸附剂，包括根据氮BET法的比表面积为10m2/g以上且根据BJH法的细孔容积为0. 2cm3/g以上的多孔碳材料。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的吸附剂，其中，所述多孔碳材料由含硅的植物类材料制成。
全文摘要
本发明涉及尼古丁吸附剂、喹啉吸附剂、苯并芘吸附剂、甲苯胺吸附剂和致癌物吸附剂。更具体地，本发明涉及一种尼古丁吸附剂，其包括根据氮BET法的比表面积为10m2/g以上且根据BJH法的细孔容积为0.2cm3/g以上的多孔碳材料。本发明提供了一种由多孔碳材料构成的有效吸附例如烟草中所含的焦油成分和致癌物的吸附剂。
文档编号A24D3/16GK102343255SQ20111018002
公开日2012年2月8日申请日期2011年6月29日优先权日2010年7月29日
发明者凑屋街子, 山之井俊, 山田心一郎, 田畑诚一郎, 饭田广范申请人:索尼公司

文档序号 : 【 626610 】

技术研发人员：田畑诚一郎,饭田广范,凑屋街子,山田心一郎,山之井俊
技术所有人：索尼公司

备注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
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田畑诚一郎丨饭田广范丨凑屋街子丨山田心一郎丨山之井俊丨索尼公司