[发明专利]制备多孔碳

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备多孔碳的方法，具体的，涉及一种制备具有孔结构的碳的方法，该孔结构包括微孔和大孔二者。

背景技术

活性炭材料被用作通用的吸附剂，这归因于它们大的表面积、微多孔结构和高度的表面反应性。具体的，这些材料在吸附有机和无机污染物方面是有效的，这归因于这样的分子高的结合碳的能力。

活性炭通常是由有机材料来生产的，包括椰子壳，木粉，泥煤，骨头，煤焦油，树脂和相关的聚合物。椰子壳作为生产活性炭的原料来说是特别吸引人的，因为它是廉价和易于获得的，以及还是环境能接受的。此外，它可以由椰子壳活性炭材料材料来生产，该材料是高纯度的，并且具有高表面积。

微多孔碳的一种可选择的来源是合成碳，例如通过聚合反应所形成的那些，例如树脂基合成碳。这样的碳可以例如通过醛和酚的缩聚来制备。这些合成碳是吸引人的，因为它们的一些物理性能能够在制造过程中控制，这使得它们能够调节来提供期望的过滤特性。但是，这些材料比活性椰子碳等要昂贵得多。

多孔碳材料作为吸附剂在不同环境中的性能和适应性取决于该材料的不同物理性能，包括粒子的形状和尺寸，孔径，孔径分布，材料表面积等等。

通常，多孔材料的表面积越大，它的吸附能力越大。但是，随着该材料表面积的增加，该材料的密度和结构整体性降低。此外，虽然材料的表面积可以通过提高孔数和制造更小的孔而提高。但是，当孔径接近于目标分子的尺寸时，该目标分子进入该孔和吸附到该材料上是不太可能的。在待过滤的材料具有比活性炭材料更高的流量时更是如此。

根据本领域技术人员所用的命名，吸附剂材料中直径小于2nm的孔称作“微孔”，直径2nm-50nm的孔称作“介孔”。如果它们的直径超过50nm，则该孔称作“大孔”。直径大于500nm的孔通常对多孔材料的吸附性没有显著贡献。

用于制造多孔碳材料的精确方法对于它的物理性能具有强影响。实际上，不同的参数(包括粒子的形状和尺寸、孔径和材料的表面积)可以通过操控生产该多孔碳的方法和条件来控制。所以可以制造这样的碳粒子，其具有宽范围的形状，尺寸，尺寸分布，孔径，孔体积，孔尺寸分布和表面积，其中每个都影响粒子作为吸附剂的效用。磨损率也是一种重要的变量；低的磨损率是理想的，来避免在高速过滤嘴制造过程中产生灰尘。

例如，如同Adsorption (2008)14：335-341中所解释的那样，常规椰子碳是主要微多孔的，并且提高碳活化时间导致了该材料微孔数和表面积的增加(但在孔径或者分布方面没有产生实质性变化)。

已知的是将多孔碳材料混入烟制品和烟制品过滤嘴中，来降低在吸烟过程中吸入的烟草烟雾的某些微粒和/或气相成分的水平，典型的通过物理吸着来进行。重要的是能够实现这样的目标，而不除去其他成分例如影响感官的成分的显著含量，因为这将降低所述产品的品质或者味道。

传统用于烟制品和烟制品过滤嘴中的多孔碳材料包括由碳化形式的有机材料(通常大部分是植物基材料例如椰子壳)制造的那些。可选择的，使用合成碳，例如通过缩聚反应所制备的树脂。

据信富含微孔和大孔二者的碳材料将表现出从烟草烟雾的气相中过滤所选择的物质的优异性能，并且因此将优于常规的活性炭(其基本上仅仅包括微孔)。

但是，以前将大孔混入到常规的活性炭中的努力已经遇到了困难。还已经证明了难以可靠的和可再现的制备这样的多孔碳，其孔径分布包含微孔和大孔。以前难以或者甚至不可能调节多孔碳的微孔和大孔体积，来优化该碳的吸附特性。

至少一些实施方案促进了提供简单的和高再现性方法来生产具有微孔和大孔二者的碳。

具体的，至少一些实施方案促进了提供一种方法，用于生产对于烟雾气相毒物具有提高的吸附性的多孔碳，其用于烟雾过滤中，例如用于烟制品例如香烟的过滤嘴中。

发明内容

在第一方面，本发明的至少一些实施方案提供了一种使用类脂(lipid)来制备具有微孔和大孔的多孔碳的方法，该方法包括相分离步骤。

在一种实施方案中，该类脂是脂肪酸，优选亚油酸或者油酸。优选该脂肪酸不是作为金属盐提供的。该脂肪酸可以作为铵盐提供。在这些实施方案中，该方法可以进一步包括使用胺。

在一种实施方案中，该多孔碳是树脂基合成碳，优选是通过醛和酚化合物的缩聚来制备的。该醛优选是甲醛，该酚化合物优选是苯酚或者间苯二酚。该类脂优选在缩聚之前加入到该醛和酚化合物中。所用的酚化合物的量与类脂的量的摩尔比是30：1到3：1。该类脂、醛和酚化合物优选以水溶液提供。