[发明专利]一种加热非燃烧型烟草制品用炭供热体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种加热非燃烧型烟草制品用炭供热体的制备方法。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、材料生产技术领域。

背景技术

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、植物甾醇类、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 ^oC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 ^oC。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^oC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CO、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。

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一种加热非燃烧型烟草制品用炭供热体的制备方法。

本发明的发明机理在于：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。本发明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。

本发明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℃-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；