МАТЕРИАЛЫ АДСОРБЕНТОВ
MATERIALS OF ADSORBENTS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к материалам адсорбентов, а в частности, к материалу адсорбента, который содержит пористый носитель и материал добавки. В частности, но не исключительно, материал адсорбента обладает адсорбционными свойствами, делающими его подходящим для использования при фильтровании дыма.
Уровень техники
Фильтрование используют для уменьшения содержания определенных дисперсных частиц и/или компонентов паровой фазы в газах, в том числе, например, табачном дыме, втягиваемом через курительное изделие и вдыхаемом во время курения. Фильтры могут содержать материалы адсорбентов для адсорбции определенных компонентов газов, обычно в результате физической сорбции.
Раскрытие изобретения
В соответствии с первым аспектом изобретения предлагается материал адсорбента, содержащий материал пористого носителя, имеющий поры с диаметром, меньшим чем 20 нм, и несущий частицы добавки на своей внешней поверхности, при этом частицы добавки содержат добавку и имеют диаметр, больший чем 20 нм.
В некоторых вариантах осуществления частицы добавки покрывают по меньшей мере приблизительно 10% внешней поверхности материала пористого носителя.
В некоторых вариантах осуществления материал пористого носителя содержит активированный уголь, диоксид кремния, цеолит, сепиолит и/или глинистый материал.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере приблизительно 10% пор материала пористого носителя доступны для адсорбции соединений из паровой фазы.
В некоторых вариантах осуществления добавка представляет собой летучий материал.
В некоторых вариантах осуществления добавка представляет собой вкусовое и/или ароматическое вещество. В некоторых вариантах осуществления вкусовое и/или ароматическое вещество представляет собой соединение растительного происхождения или его производное, такие как сандаловое дерево, эвкалипт, анис или кедр.
В некоторых вариантах осуществления частицы добавки содержат материал для стабилизации и/или сохранения добавки до высвобождения добавки в виде пара.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается фильтрующий элемент курительного изделия, содержащий материал адсорбента, соответствующий первому аспекту изобретения.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предлагается курительное изделие, содержащее материал адсорбента, соответствующий первому аспекту, или фильтрующий элемент курительного изделия, соответствующий второму аспекту изобретения.
В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения предлагается способ получения материала адсорбента, соответствующего первому аспекту изобретения, который включает обеспечение материала пористого носителя, имеющего поры с диаметром, меньшим чем 20 нм, и осаждение частиц добавки, имеющих диаметр, больший чем 20 нм, на внешнюю поверхность материала пористого носителя.
В некоторых вариантах осуществления частицы добавки осаждают на внешнюю поверхность материала пористого носителя из твердой и/или жидкой фазы аэрозоля.
В некоторых вариантах осуществления частицы добавки осаждают на внешнюю поверхность материала пористого носителя внутри закрытой камеры.
Краткое описание чертежей
Теперь только в порядке примера будут описываться варианты осуществления изобретения при обращении к прилагаемым чертежам, в числе которых:
фиг. 1 представляет собой схематическую иллюстрацию материала адсорбента, соответствующего одному варианту осуществления изобретения (при вычерчивании не в масштабе);
фиг. 2 представляет собой схематический вид сбоку для курительного изделия, содержащего фильтр, соответствующий некоторым вариантам осуществления изобретения;
фиг. 3 представляет собой схематическое поперечное сечение курительного изделия, содержащего материал адсорбента изобретения, соответствующий некоторым вариантам осуществления изобретения;
фиг. 4 представляет собой график, демонстрирующий то, как степень, в которой определенные соединения адсорбируются активированным углем, зависит от степени, в которой активированный уголь был подвергнут воздействию аэрозоля табачного дыма;
фиг. 5 представляет собой график, демонстрирующий то, как степень, в которой определенные соединения адсорбируются активированным углем, зависит от степени, в которой активированный уголь был подвергнут воздействию аэрозоля табачного дыма;
фиг. 6 представляет собой график, демонстрирующий то, как степень, в которой определенные соединения адсорбируются активированным углем, зависит от степени, в которой активированный уголь был подвергнут воздействию аэрозоля табачного дыма;
фиг. 7 представляет собой график, демонстрирующий то, как степень, в которой определенные соединения адсорбируются активированным углем, зависит от степени, в которой активированный уголь был подвергнут воздействию аэрозоля табачного дыма.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение относится к материалу адсорбента. В частности, настоящее изобретение относится к материалу адсорбента, который является подходящим для включения в курительное изделие.
В некоторых вариантах осуществления материал адсорбента способен удалять по меньшей мере некоторые компоненты из пара, такого как табачный дым, который проходит через материал адсорбента. В дополнение к этому, материал адсорбента выполняет функцию носителя для добавки, которая может быть высвобождена.
Таким образом, в некоторых вариантах осуществления материал адсорбента изобретения одновременно может выполнять функцию эффективного источника одной или нескольких добавок благодаря осажденным частицам, которые он несет, и эффективного адсорбента для одного или нескольких других соединений из паровой фазы благодаря своим порам с диаметром, меньшим" чем 20 нм.
Материал пористого носителя выбирают для обеспечения адсорбционных свойств. В дополнение к этому, материал пористого носителя имеет внешнюю поверхность, к которой присоединены частицы добавки. В настоящем описании изобретения «внешней поверхностью» материала пористого носителя называется поверхность пористого материала, которая не располагается внутри поры.
Материал пористого носителя может адсорбировать соединения в результате физической сорбции и/или хемосорбции. Материал пористого носителя, который адсорбирует соединения в результате хемосорбции, вероятно, является более селективным по отношению к соединениям, которые он адсорбирует, в сопоставлении с материалом пористого носителя, который адсорбирует соединения в результате физической сорбции. В некоторых вариантах осуществления материал адсорбента изобретения может содержать материал пористого носителя, который адсорбирует соединения в результате физической сорбции, так что он является неселективным по отношению к соединениям, которые он адсорбирует. В некоторых вариантах осуществления материал адсорбента изобретения может содержать материал пористого носителя, который адсорбирует соединения в результате хемосорбции, так что он является селективным по отношению к соединениям, которые он адсорбирует.
Адсорбционные свойства материала пористого носителя не зависят от добавки, сначала высвобождаемой с его поверхности. Вместо этого, как только материал адсорбента будет включен в курительное изделие, он будет иметь открытые поры, которые придают ему адсорбционную активность. Поскольку в некоторых вариантах осуществления, поскольку добавка высвобождается с течением времени, данная адсорбционная активность может увеличиваться, поскольку большее число пор становится доступным. Однако материал пористого носителя обладает адсорбционными свойствами до высвобождения какой-либо добавки.
Если обратиться к фиг. 1, то на ней для целей иллюстрирования, но не ограничения материал 1 адсорбента, соответствующий одному примеру варианта осуществления настоящего изобретения, содержит материал 2 пористого носителя, имеющий множество пор 3. Данные поры 3 являются чрезмерно маленькими для занятия их частицами 4 добавки, и, таким образом, частицы 4 добавки присоединяются только к внешней поверхности 5 материала пористого носителя, поскольку они не могут иметь доступ к его структуре внутренних пор. Поэтому поры 3 могут оставаться свободными для адсорбции соединений из паровой фазы. В некоторых вариантах осуществления данные соединения могут представлять собой компоненты табачного дыма.
В некоторых вариантах осуществления частицы добавки не насыщают поры с диаметром, меньшим чем 20 нм, так что пористый носитель имеет доступные или открытые поры, которые способны осуществлять адсорбцию. В некоторых вариантах осуществления поры материала пористого носителя включают микропоры и/или мезопоры. Это может оказаться выгодным, поскольку мезопоры, а, в частности, микропоры имеют размер, который является в особенности эффективным для адсорбции соединений из паровой фазы табачного дыма. В некоторых вариантах осуществления материал пористого носителя может иметь поры с диаметром, меньшим или равным 2 нм, поскольку такие поры могут быть в особенности эффективными для адсорбции определенных соединений из паровой фазы табачного дыма.
Материал пористого носителя изобретения имеет поры с диаметром, меньшим чем 20 нм, поскольку частицы из источника аэрозоля (при этом примером является табачный дым, вдыхаемый курильщиком) очень редко имеют диаметр, меньший чем 20 нм, что, тем самым, сводит к минимуму степень, в которой данные частицы могут входить в поры материала пористого носителя, а, возможно, их блокировать или насыщать. В результате поры материала пористого носителя сохраняют более значительную площадь поверхности для адсорбции соединений из паровой фазы табачного дыма, и материал пористого носителя может выполнять функцию более эффективного материала адсорбента, характеризующегося большей адсорбционной емкостью.
В целях содействия осаждению частиц добавки на местах материала пористого носителя, отличных от мест, находящихся в порах с диаметром, меньшим чем 20 нм, частицы добавки имеют диаметр, больший чем 20 нм, в том смысле, что они являются чрезмерно крупными для занятия данных пор материала пористого носителя. В дополнение к этому, в некоторых вариантах осуществления степень, в которой осажденные частицы добавки понижают свойства адсорбента материала носителя, регулируют в результате наложения ограничения на число осажденных частиц добавки.
В некоторых вариантах осуществления частицы добавки могут быть осаждены на материал пористого носителя без оказания на материал пористого носителя воздействия какими-либо агентами, модифицирующими поры. В данном контексте «агентом, модифицирующим поры» является агент, который добавляют к порам материала пористого носителя в целях модифицирования адсорбционных свойств пор. В некоторых случаях агент, модифицирующий поры, может быть добавлен для ингибирования способности пор адсорбировать одно или несколько соединений. В некоторых случаях агент, модифицирующий поры, может быть добавлен для ингибирования способности адсорбировать одно или несколько соединений у сильнее адсорбирующих пор.
Частицы добавки на внешней поверхности материала пористого носителя выполняют функцию источника одной или нескольких добавок, и в вариантах осуществления, в которых частицы выполняют функцию источника более чем одной добавки, отдельные частицы могут выполнять функцию источника более чем одной добавки, и/или различные частицы могут выполнять функцию источника различных добавок. Одна или несколько добавок, обеспечиваемых частицами, могут быть обеспечены частицами для любой подходящей цели или целей. В некоторых вариантах осуществления одна или несколько добавок могут быть добавлены к табачному дыму во время курения.
В некоторых вариантах осуществления частицы добавки на внешней поверхности материала пористого носителя могут иметь любой подходящий состав, и состав частиц добавки может быть по существу идентичным для различных частиц и/или может различаться между частицами. В некоторых вариантах осуществления на внешнюю поверхность материала адсорбента могут быть нанесены два и более различных типа частиц с различными составами, и в данных вариантах осуществления каждый тип частиц может выполнять функцию, отличную от других, такую как придание аромата и/или вкуса, отличных от других.
В некоторых вариантах осуществления частицы добавки могут содержать одну или несколько добавок совместно с одним или несколькими другими соединениями. В некоторых из данных вариантов осуществления одна или несколько добавок могут быть высвобождены из частиц в виде газа или пара. Таким образом, например, добавка может представлять собой летучее соединение. В альтернативном варианте, добавка может представлять собой соединение, которое легко переходит в летучее состояние, например, в условиях, создаваемых при использовании материала адсорбента. В некоторых вариантах осуществления одно или несколько других соединений могут стабилизировать и/или сохранять одну или несколько добавок до их высвобождения. В некоторых вариантах осуществления частицы добавки могут содержать одну добавку для высвобождения в виде пара и одно соединение для стабилизации и/или сохранения добавки до ее высвобождения в виде пара. В некоторых вариантах осуществления временное распределение и/или степень высвобождения добавки можно регулировать при использовании одного или нескольких других соединений. В некоторых вариантах осуществления добавка будет постепенно высвобождаться из частиц добавки с течением времени, и это может происходить неконтролируемым образом.
В некоторых вариантах осуществления частицы добавки остаются присоединенными к внешней поверхности материала пористого носителя при одновременном высвобождении одной или нескольких добавок, удерживаемых частицами. В данных вариантах осуществления одна или несколько добавок могут испаряться и/или сублимироваться из частиц добавки при одновременном сохранении присоединения одного или нескольких других соединений к внешней поверхности материала пористого носителя.
В некоторых из данных вариантов осуществления одна или несколько добавок, высвобождаемых из частиц добавки, могут представлять собой летучие и/или полулетучие соединения, что, тем самым, промотирует их высвобождение и последующее диспергирование. Кроме того, одно или несколько соединений, не являющихся добавками, которые остаются присоединенными к внешней поверхности материала пористого носителя, могут быть нелетучими и/или менее летучими соединениями в сопоставлении с одной или несколькими высвобождаемыми добавками, что, тем самым, промотирует их присоединение к внешней поверхности при одновременном высвобождении одной или нескольких добавок.
Способность материала адсорбента изобретения выполнять функцию как источника добавки, так и адсорбента может быть количественно охарактеризована в результате сопоставления адсорбционной емкости материала пористого носителя в отсутствие частиц добавки на его внешней поверхности с адсорбционной емкостью материала пористого носителя с частицами добавки на его внешней поверхности, то есть материала адсорбента, соответствующего изобретению. В некоторых вариантах осуществления выгодной может оказаться малая разница адсорбционной емкости. В некоторых вариантах осуществления разница может быть меньшей чем приблизительно 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, 10, 5, 1% или 0,1%. В некоторых вариантах осуществления разница может быть меньшей чем приблизительно 50%.
Поскольку перенос частиц добавки на внешней поверхности материала пористого носителя может уменьшить адсорбционную емкость материала пористого носителя и поэтому материала адсорбента, желательной может оказаться компенсация этого, например, при использовании большего количества материала пористого носителя и/или материала адсорбента или в результате увеличения или подстраивания порозности и/или площади удельной поверхности материала пористого носителя в целях улучшения адсорбции.
В некоторых из данных вариантов осуществления адсорбционная емкость материала адсорбента может быть увеличена на ту же самую или подобную процентную величину, что и процентная разница между адсорбционными емкостями материала адсорбента с частицами добавки и его материалом пористого носителя в отсутствие частиц добавки. Например, в вариантах осуществления, в которых материал адсорбента изобретения характеризуется на 50% меньшей адсорбционной емкостью в сопоставлении с его материалом пористого носителя, масса материала адсорбента, использующегося в качестве адсорбента, может быть на 50% большей чем масса его материала пористого носителя, который бы использовали в той же самой области применения.
В некоторых вариантах осуществления материалы адсорбента предназначены для включения в курительные изделия в целях селективной адсорбции определенных компонентов табачного дыма и/или добавления одной или нескольких добавок в ток газа, втягиваемый через курительное изделие.
Курительные изделия, а, в частности, фильтры курительных изделий могут содержать материалы пористых адсорбентов для адсорбции определенных компонентов дыма, а именно, определенных дисперсных частиц и/или компонентов паровой фазы табачного дыма, обычно в результате физической сорбции.
В соответствии с использованием в настоящем документе термин «курительное изделие» включает пригодную для курения продукцию, такую как сигареты, сигары и сигариллы, имеющие или не имеющие в своей основе табак, производные табака, взорванный табак, восстановленный табак или заменители табака, а также продукцию технологии «нагревание без горения». Курительное изделие может быть снабжено фильтром для тока газа, втягиваемого курильщиком.
Одним примером типа материала пористого носителя, который может быть использован в материале адсорбента, является активированный уголь. Материалы активированных углей стали широко использоваться в качестве универсальных адсорбентов благодаря своей большой площади удельной поверхности и микропористой структуре. В частности, данные материалы являются в особенности эффективными для адсорбции органических и неорганических загрязнителей вследствие высокой способности органических молекул связываться с углеродом. Активированный уголь, как это известно, является эффективным для фильтрования дыма, и он может быть включен в фильтры курительных изделий.
Материал активированного угля может иметь любую подходящую структуру пор при том условии, что он содержит поры с диаметром, меньшим чем 20 нм, такие как микропоры и/или мезопоры. В некоторых вариантах осуществления активированный уголь может иметь структуру пор, которая является наиболее эффективной структурой пор для выполнения функции фильтра в его выбранной области применения. Например, в некоторых вариантах осуществления активированный уголь может иметь структуру пор, которая является наиболее эффективной для фильтрования табачного дыма, где материал адсорбента предназначен для включения в курительное изделие.
Кроме того, активированный уголь может демонстрировать и/или быть модифицированным для того, чтобы демонстрировать любые подходящие относительное число и относительное распределение макропор и/или мезопор и/или микропор.
Активированные угли обычно получают из органических углеродистых исходных материалов, включающих ореховую скорлупу, в том числе скорлупу кокосового ореха, лузгу, древесную муку, торф, кость, каменноугольную смолу, смолы и родственные полимеры. Скорлупа кокосового ореха является в особенности привлекательной в качестве материала исходного сырья при получении активированного угля, поскольку она является дешевой и легко доступной, а также экологически сбалансированной. Кроме того, из скорлупы кокосового ореха можно получать материал активированного угля, который является высокочистым и характеризуется большой площадью удельной поверхности.
В вариантах осуществления, в которых материал активированного угля получают из материала на синтетической углеродной основе, материал на синтетической углеродной основе может представлять собой полимер. В некоторых вариантах осуществления выгодным может оказаться наличие у материала на углеродной основе полимерной основы, поскольку будет легче регулировать размер и распределение пор и, таким образом, характеристики фильтрования, у получающегося в результате активированного угля.
В некоторых вариантах осуществления материал активированного угля может представлять собой материал на синтетической углеродной основе, полученный в результате поликонденсации альдегида и фенола. В данных вариантах осуществления подходящие альдегиды включают нижеследующее, но не ограничиваются только этим: формальдегид, глиоксаль, глутаральдегид и фурфураль; а подходящие фенолы включают нижеследующее, но не ограничиваются только этим: фенол, резорцин, катехин, гидрохинон и флороглюцин. В некоторых вариантах осуществления материал активированного угля может представлять собой материал на синтетической углеродной основе, полученный в результате поликонденсации резорцина и формальдегида в щелочных условиях.
Эксплуатационные характеристики и пригодность для использования материала пористого активированного угля в качестве адсорбента в различных окружающих средах определяются различными физическими свойствами материала, в том числе формой и размером частиц, размером пор, площадью удельной поверхности материала и тому подобным. Данные различные параметры можно регулировать в результате манипулирования технологическим процессом и условиями, при использовании которых получают пористый углерод.
Активированный уголь адсорбирует соединения на поверхность своих пор в результате физической сорбции. Физическая сорбция представляет собой менее селективную форму адсорбции в сопоставлении с хемосорбцией. Поэтому активированный уголь может быть использован для абсорбции широкого спектра соединений. В некоторых вариантах осуществления по данной причине для материала пористого носителя изобретения выгодным может оказаться содержание активированного угля. Например, в вариантах осуществления, в которых материал адсорбента изобретения используют для фильтрования табачного дыма, для материала пористого носителя выгодным может оказаться содержание активированного угля, для того чтобы он был бы способным адсорбировать широкий спектр соединений из табачного дыма.
Другие материалы пористых носителей, которые могут быть использованы в материале адсорбента, включают диоксид кремния, цеолит, сепиолит и другие пористые глины.
В общем случае чем большей будет площадь удельной поверхности пористого материала, тем большей будет адсорбционная емкость материала. Однако по мере увеличения площади удельной поверхности материала плотность и структурная целостность уменьшаются. Кроме того, в то время, как площадь удельной поверхности материала может быть увеличена в результате увеличения числа пор и уменьшения пор, по мере приближения размера пор к размеру целевой молекулы все менее вероятными становятся вхождение целевых молекул в поры и адсорбция их на материале. Это будет в особенности верно в случае демонстрации фильтруемым материалом высокой скорости тока по отношению к материалу активированного угля, что и имеет место в случае курительного изделия.
Точный способ, использующийся для изготовления материала пористого углерода, оказывает сильное воздействие на его свойства. Поэтому возможным является получение углеродов, демонстрирующих широкий спектр форм, размеров, распределений по размерам, размеров пор, объемов пор, распределений пор по размерам и площадей удельной поверхности, где каждый из данных параметров оказывает воздействие на их эффективность в качестве адсорбентов. Важную переменную также представляет собой и степень истирания; желательными являются низкие степени истирания во избежание образования пыли во время высокоскоростного изготовления фильтра.
Как это разъясняется в публикации Adsorption (2008) 14:335-341, обычный кокосовый уголь является по существу микропористым, и увеличение времени активирования углерода в результате приводит к увеличению числа микропор и площади удельной поверхности, но не вызывает какого-либо реального изменения размера или распределения пор.
В соответствии с номенклатурой, использующейся специалистами соответствующей области техники, поры в материале адсорбента, которые являются меньшими чем 2 нм в диаметре, называются «микропорами», а поры, имеющие диаметры в диапазоне от 2 нм до 50 нм, называются «мезопорами». Поры будут называться «макропорами» в случае превышения их диаметром 50 нм. Поры, имеющие диаметры, большие чем 50 нм, обычно не вносят значительного вклада в совокупную адсорбцию.
В некоторых вариантах осуществления предлагаемый материал адсорбента является подходящим для включения в курительное изделие. В некоторых вариантах осуществления материал адсорбента включают в целях селективной адсорбции определенных дисперсных частиц и/или компонентов паровой фазы табачного дыма, втягиваемого через курительное изделие во время курения. С данной целью материал пористого адсорбента может быть снабжен микропорами и/или мезопорами.
Площадь удельной поверхности пористого материала оценивают в результате измерения изменения объема азота, адсорбированного материалом, по отношению к парциальному давлению азота при постоянной температуре. Анализ результатов при использовании математических моделей, впервые разработанных Брунауэром, Эмметом и Теллером, в результате приводит к получению величины, известной под наименованием площади удельной поверхности, полученной по методу БЭТ.
В некоторых вариантах осуществления предпочтительными в материалах адсорбентов изобретения могут оказаться материалы пористых носителей, характеризующиеся большими площадями удельной поверхности, полученными по методу БЭТ, в сопоставлении с материалами пористых носителей, характеризующимися малыми площадями удельной поверхности, полученными при использовании метода БЭТ. Это обуславливается тем, что материалы пористых носителей, характеризующиеся большими площадями удельной поверхности, полученными при использовании метода БЭТ, вероятно, демонстрируют более значительные адсорбционные емкости в сопоставлении с материалами пористых носителей, характеризующимися малыми площадями удельной поверхности, полученными при использовании метода БЭТ. В вариантах осуществления, в которых материал пористого носителя представляет собой активированный уголь и предназначен для использования в курительных изделиях, чем большей будет полученная при использовании метода БЭТ площадь удельной поверхности активированного угля, тем большей будет его емкость в отношении адсорбции и поэтому фильтрования соединений из табачного дыма.
В некоторых вариантах осуществления материалы адсорбента настоящего изобретения, характеризующиеся большими площадями удельной поверхности, полученными при использовании метода БЭТ, могут оказаться предпочтительными в сопоставлении с материалами адсорбентов настоящего изобретения, характеризующимися малыми площадями удельной поверхности, полученными при использовании метода БЭТ. Это обуславливается тем, что материалы адсорбентов, характеризующиеся большими площадями удельной поверхности, полученными при использовании метода БЭТ, вероятно, демонстрируют более значительные адсорбционные емкости в сопоставлении с материалами адсорбентов, характеризующимися малыми площадями удельной поверхности, полученными при использовании метода БЭТ.
В некоторых вариантах осуществления выгодной может оказаться предпочтительной малая разница площадей удельной поверхности, полученных при использовании метода БЭТ, между материалом адсорбента изобретения и составляющим его материалом пористого носителя. В некоторых вариантах осуществления полученная при использовании метода БЭТ площадь удельной поверхности материала адсорбента изобретения является приблизительно той же самой, что и полученная при использовании метода БЭТ площадь удельной поверхности составляющего его материала пористого носителя.
2
2
В некоторых вариантах осуществления материалы пористых носителей, использующиеся в настоящем изобретении, характеризуются полученной при использовании метода БЭТ площадью удельной поверхности, в отсутствие частиц добавки на своих поверхностях составляющей по меньшей мере 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800 или по меньшей мере 1900 м/г. В случае активированного угля для материалов выгодной может оказаться демонстрация полученной при использовании метода БЭТ площади удельной поверхности, составляющей по меньшей мере 800 м/г, поскольку активированный уголь, характеризующийся данной площадью удельной поверхности, полученной при использовании метода БЭТ, как это известно, является в особенности эффективным для фильтрования табачного дыма.
2
2
В некоторых вариантах осуществления материалы адсорбентов, использующиеся в настоящем изобретении и содержащие материал пористого носителя, несущий частицы добавки на своих внешних поверхностях, могут характеризоваться полученной при использовании метода БЭТ площадью удельной поверхности, составляющей по меньшей мере 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600 или по меньшей мере 1800 м/г. В случае активированного угля для материалов адсорбентов выгодной может оказаться демонстрация полученной при использовании метода БЭТ площади удельной поверхности, составляющей по меньшей мере 800 м/г, поскольку активированный уголь, характеризующийся данной площадью удельной поверхности, полученной при использовании метода БЭТ, как это известно, является в особенности эффективным для фильтрования табачного дыма.
3
3
3
3
3
3
В некоторых вариантах осуществления материалы пористых носителей изобретения, такие как активированный уголь, могут характеризоваться объемом пор (согласно оценке при использовании адсорбции азота), составляющим по меньшей мере 0,3 см/г или по меньшей мере 0,5 см/г в отсутствие частиц добавки на своих поверхностях. В некоторых вариантах осуществления материалы адсорбентов изобретения, содержащие материал пористого носителя, такой как активированный уголь, несущий частицы добавки на своих внешних поверхностях, могут характеризоваться объемом пор (согласно оценке при использовании адсорбции азота), составляющим по меньшей мере 0,3 см/г или по меньшей мере 0,5 см/г. Материалы пористых носителей, такие как активированный уголь, характеризующиеся объемами пор, составляющими по меньшей мере 0,5 см/г, могут оказаться в особенности подходящими для использования в качестве адсорбента для табачного дыма. Материалы пористых носителей, характеризующиеся объемами пор, значительно большими чем 1 см/г, имеют низкую плотность и поэтому являются менее простыми в обращении в оборудовании для производства сигарет. По данной причине такие углеродные материалы могут оказаться менее благоприятными для использования в сигаретах или противодымных фильтрах.
Материал пористого адсорбента может быть предложен в монолитной или дисперсной форме. В некоторых вариантах осуществления материал адсорбента имеет форму частиц. В некоторых вариантах осуществления частицы адсорбента могут характеризоваться размером частиц в диапазоне от 10 мкм до 1500 мкм. В некоторых вариантах осуществления частицы адсорбента могут характеризоваться средним размером частиц в диапазоне от приблизительно 100 мкм до приблизительно 1000 мкм, от приблизительно 150 мкм до приблизительно 800 мкм или от приблизительно 250 мкм до приблизительно 750 мкм.
Материал пористого носителя может характеризоваться любыми подходящими размером и формой. В некоторых вариантах осуществления пористый носитель может представлять собой монолит. В некоторых вариантах осуществления пористый носитель может быть дисперсным, например, в форме комков и/или гранул и/или порошка. В некоторых вариантах осуществления частицы пористого материала могут быть связаны одна с другой, например, при использовании связующего, для получения более крупных форм, характеризующихся желаемыми размером, формой или другими свойствами.
Материалы пористых носителей зависят от своих пор в том, что касается их характеристик адсорбции, и их адсорбционная емкость уменьшается по мере того, как их поры становятся занятыми. Следовательно, трудно добавлять материалы или соединения к материалам пористых адсорбентов при отсутствии негативного воздействия на их адсорбционную емкость.
Тем не менее, в дополнение к выполнению функции адсорбента материал пористого носителя, кроме того, выполняет и функцию носителя для добавки. В целях сведения к минимуму блокирования пор и сопутствующего уменьшения адсорбционной способности пористого материала добавка переносится на внешней поверхности материала пористого адсорбента, а не располагается во внутренней структуре.
Частицы добавки выбирают большими, чем поры материала адсорбента таким образом, чтобы частицы не адсорбировались бы на порах и не занимали бы их, поскольку это предотвратило бы адсорбцию такими занятыми порами компонентов дыма. В частности, частицы добавки, переносимые на внешней поверхности материала адсорбента, имеют диаметр, больший чем 20 нм.
Частицы добавки выполняют функцию источника добавки. В некоторых вариантах осуществления добавка представляет собой летучее или полулетучее соединение при комнатной температуре.
В некоторых вариантах осуществления добавка представляет собой химическое вещество, которое придает желаемые свойства. В одном конкретном варианте осуществления добавка придает желаемые привкус и/или аромат. Таким образом, присутствие частиц добавки на поверхности материала пористого носителя может придавать материалу адсорбента одно или несколько желаемых свойств.
В альтернативном или дополнительном вариантах, в которых материал адсорбента включают в фильтрующий материал, частицы добавки на поверхности материала пористого носителя могут придавать фильтрующему материалу одно или несколько желаемых свойств. По мере высвобождения добавки из частиц добавка может высвобождаться в фильтрующий материал.
В альтернативном или дополнительном вариантах, в которых материал адсорбента включают в фильтрующий элемент, частицы добавки на поверхности материала пористого носителя могут придавать фильтрующему элементу одно или несколько желаемых свойств. По мере высвобождения добавки из частиц добавка может высвобождаться в фильтрующий элемент.
В альтернативном или дополнительном вариантах, в которых материал адсорбента включают в курительное изделие, частицы добавки на поверхности материала пористого носителя могут придавать курительному изделию одно или несколько желаемых свойств. По мере высвобождения добавки из частиц добавка может высвобождаться в курительное изделие.
В вариантах осуществления, в которых одна или несколько добавок превращаются в газ или пар в целях осуществления своего назначения, которое может представлять собой, например, придание вкуса табачному дыму в сигарете, добавка или добавки могут претерпевать превращение со стационарной скоростью и/или могут претерпевать превращение быстрее в порядке отклика на воздействие активатора, который может представлять собой, например, увеличение температуры.
В вариантах осуществления, в которых одна или несколько добавок претерпевают превращение со стационарной скоростью, материал адсорбента, такой как активированный уголь, может быть включен в курительное изделие, что в результате приводит к получению курительного изделия, обладающего равномерным ароматом и/или вкусом. В вариантах осуществления, в которых одна или несколько добавок претерпевают превращение быстрее в порядке отклика на увеличение температуры, материал адсорбента, такой как активированный уголь, может быть включен в курительное изделие, температура которого увеличивается во время курения, что в результате приводит к получению курительного изделия, обладающего более сильными ароматом и/или вкусом сразу после начала курения пользователем.
В вариантах осуществления, в которых частицы содержат одну или несколько добавок для высвобождения в паровую фазу, одна или несколько данных добавок могут выполнять функцию вкусовых и/или ароматических добавок. В соответствии с использованием в настоящем документе термины «вкусовое вещество» и «вкусовая добавка» относятся к материалам, которые там, где это допускают местные нормативные постановления, могут быть использованы для создания желаемых привкуса или аромата у продукции для взрослых потребителей. Они могут включать экстракты (например, в случае солодки, гортензии, листа японской белокорой магнолии, ромашки, пажитника, гвоздики, ментола, японской мяты, анисового семени, корицы, кухонных трав, грушанки, вишни, ягоды, персика, яблока, Драмбуи, бурбона, шотландского виски, американского виски, курчавой мяты, перечной мяты, лаванды, кардамона, сельдерея, кротонового дерева, мускатного ореха, сандалового дерева, кокосового масла, бергамота, герани, эссенции меда, розового масла, ванили, лимонного масла, апельсинового масла, кассии, тмина, коньяка, жасмина, иланг-иланга, шалфея, фенхеля, пимента, имбиря, аниса, кориандра, кофе или мятного масла от любого вида из рода Mentha), усилители вкуса, блокаторы активных центров рецепторов горечи, активаторы или симуляторы активных центров сенсорных рецепторов, сахара и/или заменители Сахаров (например, сукралозу, ацесульфам калия, аспартам, сахарин, цикламаты, лактозу, сахарозу, глюкозу, фруктозу, сорбит или маннит) и другие добавки, такие как древесный уголь, хлорофилл, минералы, растительное сырье или освежители дыхания. Они могут представлять собой суррогатные, синтетические или природные ингредиенты или их смеси. Они могут иметь любую подходящую форму, например, форму масла, жидкости или порошка.
В вариантах осуществления, в которых одна или несколько добавок частиц выполняют функцию вкусовых и/или ароматических добавок, для данных добавок выгодным может оказаться наличие некоторой летучести, поскольку это будет промотировать их превращение в паровую фазу во время курения, и для них может оказаться выгодным наличие сильных органолептических свойств при малых количествах, поскольку это может позволить им придавать обнаружимый органолептический эффект, такой как аромат или запах, на протяжении продолжительного периода времени.
В некоторых вариантах осуществления частицы на внешней поверхности материала адсорбента содержат одну или несколько добавок, где одна или несколько из них представляют собой любое подходящее соединение растительного происхождения или его производное. Подходящие соединения растительного происхождения и их производные включают нижеследующее, но не ограничиваются только этим: сандаловое дерево, эвкалипт, анис, кедр и любые подходящие их производные. В выгодном случае все из данных примеров являются летучими и придают сильные ароматы при малых количествах.
В некоторых вариантах осуществления частицы на внешней поверхности материала адсорбента содержат эвкалипт или его производные. В некоторых вариантах осуществления частицы на внешней поверхности материала адсорбента содержат эвкалипт, при этом материал пористого носителя представляет собой активированный уголь. В некоторых вариантах осуществления частицы на внешней поверхности материала адсорбента содержат эвкалипт, при этом материал пористого носителя представляет собой активированный уголь, и материал адсорбента включают в курительное изделие, такое как сигарета. Включение эвкалипта на поверхность активированного угля внутри курительного изделия может оказаться выгодным, поскольку эвкалипт характеризуется очень сильным запахом и высокой летучестью. Это дает возможность эвкалипту демонстрировать значительный эффект в отношении органолептических свойств дыма, вырабатываемого во время курения, даже при включении в небольших количествах.
В некоторых вариантах осуществления добавка представляет собой разбавитель. Разбавители могут, например, представлять собой добавки, использующиеся в курительных изделиях, и они представляют собой соединения, которые переходят в летучее состояние и переносятся в дым, вдыхаемый курильщиком, в аэрозольной форме. В общем случае их выбирают таким образом, чтобы они переносились бы в дым по существу неповрежденными. Таким образом, поэтому другие компоненты дыма (компоненты, произведенные из табака, в случае курительных изделий, содержащих табак, или никотин и/или вкусовые компоненты в случае курительных изделий, не содержащих табак) являются «разбавленными». В некоторых вариантах осуществления разбавитель представляет собой по меньшей мере один агент, формирующий аэрозоль, который может представлять собой, например, полиольный аэрозольный генератор или неполиольный аэрозольный генератор, предпочтительно неполиольный аэрозольный генератор. Он может быть твердым или жидким при комнатной температуре. Подходящие полиолы включают сорбит, глицерин и гликоли, такие как пропиленгликоль или триэтиленгликоль. Подходящие неполиолы включают одноатомные спирты, высококипящие углеводороды, кислоты, такие как молочная кислота, и сложные эфиры, такие как диацетин, триацетин, триэтилцитрат или изопропилмиристат. Может быть использована комбинация из разбавителей в равных или различающихся соотношениях. В некоторых вариантах осуществления предпочтительными могут оказаться триацетин, триэтилцитрат и изопропилмиристат.
В некоторых вариантах осуществления в дополнение к материалу адсорбента, содержащему частицы добавки, имеющие диаметр, больший чем 20 нм и переносимые на внешних поверхностях материала пористого носителя, могут быть включены и меньшие частицы, которые также могут содержать материал добавки, и некоторые из данных меньших частиц могут быть расположены в порах пористого носителя. В некоторых вариантах осуществления это обуславливается тем, что источник частиц, наносимых на внешнюю поверхность, может содержать материал того же самого состава, что и частицы, с размером, достаточно малым для занятия пор материала адсорбента с диаметром, меньшим чем 20 нм.
В некоторых вариантах осуществления добавка, присутствующая в порах материала пористого носителя, является той же самой, что и добавка в частицах добавок, которые имеют диаметр, больший чем 20 нм, и располагаются на внешней поверхности материала пористого носителя. В альтернативном или дополнительном вариантах, добавка в порах может быть отличной.
В некоторых вариантах осуществления доля пор, занятых более мелкими частицами, такими как частицы, содержащие добавку, может быть меньшей или равной приблизительно 90, 80, 70, 60, 50,40, 30, 20, 10, 5, 1% или 0,1%.
Поскольку перенос частиц добавки на внешней поверхности материала пористого носителя будет уменьшать емкость адсорбента у пористого носителя и поэтому материала адсорбента, в целях улучшения адсорбции желательной может оказаться компенсация этого, например, при использовании большего количества материала пористого носителя и/или материала адсорбента или в результате увеличения или подстраивания порозности и/или площади удельной поверхности материала пористого носителя.
Частицы добавки на внешней поверхности материала пористого носителя могут иметь любую подходящую форму при том условии, что их размер и форма обозначают то, что они не вмещаются в пору, имеющую диаметр, не больший чем 20 нм. В некоторых вариантах осуществления диаметр частиц добавки может находиться в диапазоне приблизительно 20-2000, 20-1500, 20-1000, 20-500, 20-100 или 20-50 нм.
Частицы на внешней поверхности материала пористого носителя могут покрывать любую подходящую долю внешней поверхности. В некоторых вариантах осуществления выгодным может оказаться выбор степени покрытия для получения желаемого уровня как доставки добавки, так и адсорбции. Более значительная степень покрытия, вероятно, в результате приводит к доставке большего количества добавки. Однако меньшая степень покрытия в некоторых случаях может улучшить адсорбцию в результате сведения к минимуму закупоривания пор частицами на внешней поверхности. В некоторых вариантах осуществления частицы добавки могут покрывать по меньшей мере приблизительно 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 99% или 99,9% внешней поверхности материала пористого носителя.
Материал адсорбента изобретения при наличии у него способности выполнять функцию источника добавки и адсорбента может оказаться подходящим для использования в определенном диапазоне различных областей применения. В некоторых вариантах осуществления, например, материал адсорбента может быть включен в курительное изделие или фильтрующий элемент курительного изделия как для эффективной адсорбции молекул из табачного дыма, так и для эффективной доставки вкусового и/или ароматического вещества.
В вариантах осуществления, в которых материал адсорбента предназначен для использования в курительном изделии, пористый носитель и частицы добавки могут быть выбраны в целях придания материалу адсорбента конкретных свойств модифицирования дыма. Например, в некоторых вариантах осуществления добавка в частицах добавки может быть произведена из сандалового дерева, аниса, кедра и/или эвкалипта, так что материал адсорбента может доставлять данные вкусовые вещества в табачный дым. В дополнение к этому, в некоторых вариантах осуществления материал пористого носителя выбирают для эффективной и/или селективной адсорбции определенных компонентов из табачного дыма.
Фильтрующие элементы и/или фильтры, соответствующие второму аспекту настоящего изобретения, содержат фильтрующий материал и материал адсорбента, соответствующий первому аспекту изобретения. Данные фильтрующие элементы и фильтры могут быть включены в курительные изделия.
Таким образом, фильтрующие элементы и фильтры, соответствующие изобретению, могут содержать фильтрующий материал, такой как жгут ацетата целлюлозы, и материал адсорбента, соответствующий настоящему изобретению. В некоторых вариантах осуществления материал адсорбента может быть получен в камере, или он может быть диспергирован в фильтрующем материале. В других вариантах осуществления материал адсорбента может быть получен в виде участка или слоя, наносимых на внутреннюю поверхность обертки, окружающей фильтрующий материал, для получения фильтрующего элемента.
Фильтры и фильтрующие элементы можно получать из фильтрующего материала совместно с материалом адсорбента, описанным в настоящем документе, при использовании обычных способов, методик и аппаратуры.
Курительные изделия, соответствующие третьему аспекту настоящего изобретения, содержат материал адсорбента, соответствующий первому варианту осуществления.
Если обратиться к фиг. 2, то на ней для целей иллюстрирования, но не ограничения курительное изделие 6, соответствующее одному примеру варианта осуществления изобретения, содержит фильтр 7 и цилиндрический штранг материала 8, пригодного для курения, такого как табак, выровненный с фильтром 7 таким образом, что один конец штранга материала 8, пригодного для курения, упирается в конец фильтра 7. Фильтр 7 обернут в фицеллу (не показано), а штранг материала 8, пригодного для курения, присоединен к фильтру 7 обычным образом при использовании ободковой бумаги (не показано). Фильтр 7 является по существу цилиндрическим и имеет конец 9 для размещения во рту и конец 10 для соединения с материалом, пригодным для курения. Фильтр 7 содержит пробку фильтрующего материала 11. В фильтрующем материале диспергированы частицы материала адсорбента (не показано), соответствующего настоящему изобретению.
Пробка фильтрующего материала предпочтительно имеет размер и форму, подходящие для согласования с размером и формой штранга материала, пригодного для курения, к которому она может быть присоединена в готовом курительном изделии.
Несмотря на включение в проиллюстрированное курительное изделие 6 фильтра 7, имеющего один фильтрующий элемент или сегмент, содержащий материал адсорбента, описанный в настоящем документе, возможными являются и другие компоновки. Например, фильтр 7 может содержать несколько сегментов, например, 2, 3 и более сегментов, при этом некоторые или все сегменты содержат материал адсорбента, соответствующий изобретению. В некоторых вариантах осуществления материал адсорбента, соответствующий изобретению, может быть включен в курительное изделие в секции, отдельной от фильтра курительного изделия.
Если обратиться к фиг. 3, то на ней для целей иллюстрирования, но не ограничения курительное изделие 12, соответствующее одному примеру варианта осуществления изобретения, содержит фильтр 13, выровненный и упирающийся в секцию 18, выровненную и упирающуюся в цилиндрический штранг материала 14, пригодного для курения, такого как табак. Фильтр 13 обернут в фицеллу (не показано), а штранг материала 14, пригодного для курения, 14 присоединен к секции 18 и фильтру 13 обычным образом при использовании ободковой бумаги (не показано). Фильтр 13 является по существу цилиндрическим и имеет конец 15 для размещения во рту и конец 16 для соединения с материалом, пригодным для курения. Фильтр 13 содержит пробку фильтрующего материала 17. Секция 18 содержит частицы материала адсорбента (не показано), соответствующего настоящему изобретению.
Предусматривается множество различных компоновок фильтров для курительных изделий, в том числе композитные фильтры, где фильтр содержит множество отдельных фильтрующих элементов или секций, характеризующихся различными фильтрующими способностями и/или содержащих различные материалы, такие как различные фильтрующие материалы и добавки, такие как адсорбенты и вкусовые добавки. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «вкусовая добавка» относится к материалам, которые там, где это допускают местные нормативные постановления, могут быть использованы для создания желаемых привкуса или аромата у продукции.
В соответствии с четвертым аспектом настоящее изобретение относится к способу получения материала адсорбента изобретения.
В частности, настоящее изобретение относится к способу получения материала адсорбента, в которых обеспечивают материал пористого носителя, содержащий поры с диаметром, меньшим чем 20 нм, и на внешней поверхности материала пористого носителя осаждают частицы добавки, которые имеют диаметр, больший чем 20 нм, и содержат добавку.
В способе изобретения частицы добавки могут быть осаждены на внешней поверхности материала пористого носителя любым подходящим образом и из любой подходящей фазы. Кроме того, частицы могут быть осаждены в одну или несколько стадий, а в некоторых вариантах осуществления выгодным может оказаться осаждение частиц в несколько стадий, поскольку это, вероятно, увеличивает долю внешней поверхности материала пористого носителя, покрытой частицами добавки.
В некоторых вариантах осуществления частицы добавки могут быть осаждены из твердой фазы и/или жидкой фазы аэрозоля.
В некоторых вариантах осуществления на внешнюю поверхность материала адсорбента осаждают два и более различных типа частиц. Различные типы частиц могут быть осаждены одновременно и/или последовательно.
В некоторых вариантах осуществления частицы осаждают на внешнюю поверхность материала пористого адсорбента из твердой и/или жидкой фазы аэрозоля, и осаждение может иметь место внутри камеры. Контейнер может быть закрытым или открытым в окружающую среду и может быть закрытым или открытым на протяжении всего процесса осаждения или всего лишь его части. Термин «закрытый» в данном контексте обозначает то, что камера производит обмен аэрозоля с окружающей средой с достаточно низкой скоростью для того, чтобы рассматривать ее как пренебрежимо малую; термин «открытый» в данном контексте обозначает то, что камера производит обмен аэрозоля с окружающей средой с достаточно высокой скоростью для того, чтобы рассматривать ее как значительную.
В некоторых вариантах осуществления камера может быть закрытой при осаждении на материал пористого носителя частиц добавки в жидкой и/или твердой фазе аэрозоля. Это может промотировать осаждение частиц на внешнюю поверхность материала адсорбента.
В вариантах осуществления, в которых осаждение протекает внутри камеры, может быть использована любая подходящая камера. В некоторых вариантах осуществления подходящая камера содержит стенки, которые являются по существу непроницаемыми для аэрозоля, содержащего частицы добавки.
В некоторых вариантах осуществления способ изобретения может включать подстраивание или регулирование любых подходящих физических условий, таких как температура и давление. В некоторых вариантах осуществления физические условия могут выдерживаться постоянными или могут варьироваться на протяжении процесса. Оптимальный набор физических условий будет зависеть от пористого носителя, на который наносят частицы добавки, частиц добавки и свойств, желаемых для материала адсорбента, который получается в результате после нанесения частиц добавки.
Использование различных физических условий, вероятно, приводит в результате к получению материала адсорбента с различными количествами частиц добавки на внешней поверхности материала пористого носителя и различными характеристиками фильтрования. Поэтому в некоторых вариантах осуществления определенные физические условия можно регулировать в целях получения материала адсорбента с предварительно определенными количествами частиц добавки на внешней поверхности материала пористого носителя и определенными характеристиками фильтрования.
В способе изобретения может быть использована любая подходящая температура, и температура может выдерживаться постоянной или может варьироваться. В некоторых вариантах осуществления температура представляет собой температуру окружающей среды на протяжении всего процесса. В других вариантах осуществления температура может быть большей или меньшей в сопоставлении с температурой окружающей среды на протяжении всего или части процесса.
В некоторых вариантах осуществления в целях промотирования осаждения частиц на внешнюю поверхность материала пористого носителя может быть выбрана подстраиваемая или регулируемая температура.
В способе изобретения может быть использовано любое подходящее давление, и давление может выдерживаться постоянным или может варьироваться. В некоторых вариантах осуществления давление является равным атмосферному давлению на протяжении всего процесса. В других вариантах осуществления давление может быть большим или меньшим в сопоставлении с атмосферным давлением на протяжении всего или части процесса.
Материал пористого носителя может быть подвергнут воздействию аэрозоля, содержащего частицы добавки, для осаждения на протяжении любой подходящей продолжительности времени в процессе. Наиболее подходящая продолжительность времени, вероятно, зависит от природы материала пористого носителя, желаемых свойств получающегося в результате материала адсорбента и природы других условий, использующихся в способе.
В некоторых вариантах осуществления выгодным может оказаться осаждение частиц добавки на протяжении более продолжительного периода времени для доведения до максимума доли внешней поверхности материала пористого носителя, которую они покрывают. В некоторых вариантах осуществления это будет в результате приводить к получению материала адсорбента, который содержит большее количество вкусовых добавок на своей внешней поверхности и способен создавать более сильные вкус и/или аромат. В некоторых вариантах осуществления выгодным может оказаться осаждение частиц на протяжении более короткого периода времени для сокращения потребления энергии и стоимости в денежном выражении в процессе.
В некоторых вариантах осуществления материал пористого носителя может быть подвергнут воздействию аэрозоля на протяжении периода времени, достаточного для достижения системой термодинамического равновесия, такого что степень осаждения не будет изменяться в случае оставления системы в данных условиях на более продолжительный период времени. Это может выгодным образом довести до максимума ту степень, в которой частицы добавки подвергаются осаждению на внешнюю поверхность материала пористого носителя.
В некоторых вариантах осуществления материал пористого носителя может быть подвергнут воздействию аэрозоля на протяжении периода времени, недостаточного для достижения системой термодинамического равновесия, такого что степень осаждения не будет изменяться в случае оставления системы в данных условиях на более продолжительный период. Это может выгодным образом позволить регулировать ту степень, в которой частицы добавки подвергаются осаждению, в результате изменения продолжительности воздействия, а не изменения физических условий.
В некоторых вариантах осуществления способ получения материала адсорбента изобретения может включать осаждение частиц, содержащих эвкалипт, на поверхность микропористого активированного угля.
Экспериментальная работа
Были проведены эксперименты по исследованию той степени, в которой пористые материалы могут сохранять свою способность адсорбировать соединения, будучи подверженными воздействию аэрозоля при использовании в качестве примера табачного дыма. Как это продемонстрировали эксперименты, пористые материалы могут быть подвергнуты воздействию табачного дыма несколько раз и все еще сохраняют способность эффективно адсорбировать соединения.
Пористый материал, подвергнутый испытаниям в экспериментах, представлял собой дисперсный микро-/мезо-/макропористый активированный уголь. Активированный уголь поставляла компания Blticher GmbH.
Некоторые свойства активированного угля продемонстрированы в таблице 1.
Подвергали испытаниям две навески активированного угля: 60 мг и 150 мг.
Все сигареты, использующиеся в способе, являлись невентилируемыми сигаретами Virginia KS, которые до курения хранили на протяжении, как минимум, 48 часов при 22°С и 60%-ной относительной влажности. Всех их выкуривали в режиме курения ISO (то есть один клуб дыма в 35 мл, отбираемый при длительности в 2 сек каждую минуту).
Предварительно определенную массу активированного угля помещали в фильтр-мундштук сигареты. Сигарету выкуривали. Весь тот же самый углерод немедленно переносили в другую неиспользованную сигарету. Данную сигарету немедленно выкуривали. Это повторялось несколько раз. Поэтому одну и ту же партию материала использовали для фильтрования табачного дыма подряд в нескольких сигаретах.
Данные собирали в режиме реального времени во время курения каждой сигареты и после выкуривания каждой сигареты. Собранные данные использовали для исследования той степени, в которой конкретные соединения адсорбируются активированным углем.
Химический состав отфильтрованного дыма анализировали в результате получения среднего значения для двух параллельных анализов при использовании времяпролетной масс-спектрометрии (ВПМС) и среднего значения для трех параллельных анализов при использовании высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Метод ВПМС использовали для измерения концентрации ацетальдегида, 1,3-бутадиена, ацетона, изопрена, метилэтилкетона (МЭК), бензола и толуола в режиме реального времени. Метод ВЭЖХ использовали для измерения концентрации ацетальдегида, ацетона, акролеина, масляного альдегида, кротонового альдегида, формальдегида, МЭК и пропионового альдегида.
После этого рассчитывали уменьшение процентного уровня содержания каждого отдельного компонента дыма в зависимости от использования сигареты.
Фиг. 4 демонстрирует график, полученный из данных, собранных при использовании метода ВЭЖХ и 60 мг образца активированного угля.
Фиг. 5 демонстрирует график, полученный из данных, собранных при использовании метода ВПМС и 60 мг образца активированного угля.
Фиг. 6 демонстрирует график, полученный из данных, собранных при использовании метода ВЭЖХ и 150 мг образца активированного угля.
Фиг. 7 демонстрирует график, полученный из данных, собранных при использовании метода ВПМС и 150 мг образца активированного угля.
Как это демонстрируют все графики, по мере увеличения количества выкуренных сигарет та степень, в которой активированный уголь удаляет соединения, уменьшается. Таким образом, та степень, в которой активированный уголь удаляет соединения, зависит от массы активированного угля, адсорбируемого соединения и количества раз, которое сигарета уже была использована.
Как это также демонстрируют графики, активированный уголь сохраняет свою способность эффективно адсорбировать соединения после использования в 9 сигаретах. Это указывает на возможность воздействия на активированный уголь аэрозоля несколько раз без блокирования его пор вследствие осаждения дисперсного материала.
Как это также было установлено, запах от соединений, осажденных на активированный уголь, усиливался при увеличении количества выкуренных сигарет.
Детектирование запаха указывает на то, что органолептические свойства активированного угля могут быть модифицированы в результате осаждения частиц из аэрозоля.
Заключения
Исходя из экспериментальной работы, могли бы быть сделаны следующие далее заключения.
1) Активированный уголь может быть подвергнут воздействию табачного дыма (то есть твердофазного аэрозоля) несколько раз и все еще может сохранять свою способность эффективно адсорбировать множество различных соединений.
2) Та степень, в которой материал адсорбента сохраняет свою способность адсорбировать соединение, зависит от адсорбируемого соединения. Имеет место тенденция: чем более летучим будет соединение, тем большей будет та степень, в которой материал адсорбента утрачивает свою способность адсорбировать соединение.
3) Активированный уголь имеет сильный запах после воздействия табачного дыма (то есть твердофазного аэрозоля). Сила запаха увеличивается при увеличении количества использованных сигарет.
В целях обращения к различным вопросам и демонстрации нового технического эффекта данное описание изобретения во всей своей полноте в порядке иллюстрирования демонстрирует различные варианты осуществления, в которых заявленное изобретение может быть осуществлено на практике и может предложить превосходные фильтрующие среды. Преимущества и признаки из описания изобретения являются всего лишь одним представительным образцом вариантов осуществления и не являются исчерпывающими и/или эксклюзивными. Они представлены только для содействия пониманию и изложению заявленных признаков. Необходимо понимать то, что преимущества, варианты осуществления, примеры, функции, признаки, структуры и/или другие аспекты изобретения не должны рассматриваться в качестве ограничений в отношении изобретения, определенного формулой изобретения, или ограничений в отношении эквивалентов формулы изобретения, и что могут быть использованы и другие варианты осуществления, и могут быть сделаны модификации без отклонения от объема и/или сущности изобретения. Различные варианты осуществления в подходящем случае могут включать нижеследующее, состоять из него или по существу состоять из него: различные комбинации из раскрытых элементов, компонентов, признаков, частей, стадий, средств и тому подобного. В дополнение к этому, описание изобретения включает и другие изобретения, не заявленные в настоящее время, но которые могут быть заявлены в будущем.