活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　香烟嘴用活性炭的吸附测试

　　香烟烟雾是在空气中的一种复杂的非平衡化学物质混合物，烟草的不完全燃烧会产生数千种化合物。它们分布在气相和构成烟雾气溶胶的那些颗粒之间(颗粒相)。颗粒相是残留在滤垫上的相，气相中的物质比例随着纯化合物的蒸气压的增加而增加。这种分布还取决于物质的极性。例如，41%的间二甲苯(分子量106)处于气相，而100%的极性更强的甲酚(分子量108)处于颗粒相。本次我们研究了使用活性炭吸附香烟烟雾的效果和在烟嘴上的适用性。重点放在烟雾的总量，烟雾中的化合物以及发生吸附的环境上，来进行研发适合香烟过滤嘴应用的活性炭类型。

　　香烟嘴用活性炭

　　活性炭是一种普遍存在的通用吸附剂，例如，用于金的回收，水处理以及有害气体和蒸气的去除。活性炭也有人用在香烟滤嘴上。它可以通过多种方式掺入卷烟过滤嘴中，两种最常用的形式在醋酸纤维素的两个部分之间的空腔填充活性炭。活性炭减少香烟烟​​雾的主要机制是物理吸附，活性炭的微孔对于吸附烟雾中的有机小分子非常有效。这些，加上较宽的介孔(传输)，可以提供良好的吸附动力学性能。

　　香烟滤嘴中活性炭的过滤能力

　　测试过程中我们在无炭和以20毫克至120毫克的六种重量增量添加活性炭来测试香烟。杆端和嘴端的醋酸纤维素长度段始终保持恒定。最大的空腔填充值用于所有负载，因此，总的过滤器长度增加了约50%。每使用15毫克活性炭增加1毫米。如前所述，所有香烟都在35/2/60的条件下进行调理和抽烟。每个滤嘴负载量高为120mg时添加活性炭对焦油和尼古丁的收率(即颗粒相)的影响很小，这可能是由于较长的滤嘴导致了额外的机械过滤。对于所有测得的蒸气，随着活性炭载量的增加，产率都有所下降。这在图1中以图形方式显示(仅出于清晰目的使用一定范围的蒸气)，其中乙醛/丙酮值乘以0.1以进行缩放。

　　图1：活性炭的加入对烟气产量的影响。

　　过滤效率定义为过滤器保留的烟雾成分的重量除以烟丝的成分产量×100%。图2显示了过滤效率与活性炭重量的关系图(为清楚起见，仅显示了四种烟气)。从图中可以看出，这种曲线是线性的，因此，对于恒定的香烟设计，可以估算给定重量的活性炭时的去除效率，从而估算出产量。梯度越大，炭重量对烟气成分吸附的影响越大。可以预料，由于过滤效率随流量的增加而降低，在更强烈的烟雾下，坡度更低。斜率与分析物蒸气压之间没有明显的趋势，尽管对于1,3-丁二烯和乙醛而言，斜率是最低的，这两种烟雾分析物以最高的蒸气压测量。同样，在斜率和分析物扩散率之间也没有明显的趋势。

　　图2：过滤效率与活性炭载量的关系。

　　活性炭的孔隙率对吸附的影响

　　我们测试了增加活性炭微孔体积的效果，以及中孔和大孔的添加。对烟气量的影响，在图3中进行了描述。从图可看出，增加微孔的数量会导致更大的吸附并因此降低烟气的产生。中孔/小大孔的加入通过改善向微孔的运输而导致吸附增强。很明显，使用微孔/中孔活性炭会导致速率常数的增加，通常增加了约20倍。

　　图3：活性炭孔径和分布对烟气产量的影响。

　　储存环境对活性炭表面化学对吸附的影响

　　制造后短期储存对香烟过滤嘴中活性炭性能的影响研究表明，在制造后的前三周内，活性炭钝化最初很快，随后性能逐渐趋于平稳。老化是由与烟草挥发物，即水蒸气和增塑剂的相互作用引起的。在评估新材料时，在吸烟之前，将香烟在22ºC和60%相对湿度的条件下存放三周。如果抽烟较早，则香烟制造后抽烟的确切时间至关重要，并且所有采样香烟的抽烟时间必须相同。如果没有，结果可能难以解释。超过三周的老化时间无济于事，因为随时间变化的性能随时间变化很小。

　　吸附水引起的老化效应

　　香烟烟雾中发现的极性分子(例如水，醛和酮)在活性炭表面的吸附在很大程度上取决于与极性位点发生的特定的氢键相互作用。这些通常是氧官能团，它们共价键合在碳层平面的边缘上。这些部位的浓度可能会发生变化，例如，由于储存或长时间暴露在湿气中，它们的浓度会增加。这增加了活性炭结构的亲水性，导致使用中水蒸气的吸附增加。该过程降低了可用的开孔孔隙率，通常不利于目标物质的吸附。相反，原则上，可以使用表面改性来最大程度地减少老化并优化毒物的选择性吸附。

　　经过研究和实际测试活性炭在香烟滤嘴上的使用情况，发现活性炭可以吸附烟气相中存在的多种有机有毒物质，在大多数情况下使用吸附效果影响不大。为了能更好的吸附有害物质和长期储存，需要避免放置在潮湿环境中。如果您想了解详情况和活性炭的参数请咨询我们，我们活性炭厂有自己的研发实验室和研发人员可以给您提供技术支持。

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