BRPI0822089B1

BRPI0822089B1 - Método para a formação de carvão ativado a partir de celulose microcristalina e métodos para a formação de um artigo de fumo e seu filtro

Info

Publication number: BRPI0822089B1
Application number: BRPI0822089-1A
Authority: BR
Inventors: Georgios D. Karles; Shuzhong Zhuang
Original assignee: Philip Morris Products S.A.
Priority date: 2007-12-19
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2019-05-07
Also published as: WO2009077179A2; KR20100103526A; RU2010129935A; BRPI0822089A2; EP2231517A2; WO2009077179A8; KR101564794B1; RU2480407C2; US8555896B2; US20090159091A1; WO2009077179A3; EP2231517B1

Abstract

carvão ativado a partir de celulose microcristalina a presente invenção refere-se a um método para a formação de carvão ativado a partir de celulose microcristalina que compreende converter a pó de celulose microcristalina em grânulos de celulose microcristalina com a utilização de extrusão e formação de esferas, carbonizando a celulose microcristalina e ativando a celulose microcristalina para a formação de carvão ativado. o tamanho final dos grânulos de carvão ativado, que são de preferência de formato praticamente esférico, pode ser controlado através do processo para a fabricação dos grânulos de celulose microcristalina. a invenção também engloba grânulos de carbono que tenham poros nos mesmos compreendendo uma maioria de poros com menos do que cerca de 30â e um volume de microporos calculado com a utilização da teoria da densidade funcional (dtf) na faixa de cerca de 0,2 cm3/g até 1 ,o cm3/g para poros na faixa de cerca de 5 á até 1 o a. a invenção também engloba um filtro para artigo de fumante que compreende os ditos grânulos de carvão ativado, um método para a fabricação do dito filtro e um método para a fabricação de um artigo para fumante incluindo o dito filtro.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO PARA A FORMAÇÃO DE CARVÃO ATIVADO A PARTIR DE CELULOSE MICROCRISTALINA E MÉTODOS PARA A FORMAÇÃO DE UM ARTIGO DE FUMO E SEU FILTRO.

Sumário [001] A presente invenção refere-se a método para a formação de carvão ativado a partir da celulose microcristalina, que compreende carbonizar a celulose microcristalina para a formação de celulose microcristalina carbonizada e ativando a celulose microcristalina carbonizada para a formação de carvão ativado.

Descrição dos desenhos [002] A Figura 1 é uma vista lateral parcialmente rompida de uma modalidade de um cigarro que compreende uma haste de tabaco e um filtro que compreende os grânulos de carvão ativado.

[003] A Figura 2 é uma vista lateral parcialmente rompida de outra modalidade de um cigarro que compreende uma haste de tabaco e um filtro que compreende os grânulos de carvão ativado.

Descrição detalhada das modalidades de preferência [004] A presente invenção refere-se a método para a formação de carvão ativado a partir de celulose microcristalina (MCC que compreende a carbonização da celulose microcristalina para a formação de celulose microcristalina carbonizada e ativando a celulose microcristalina carbonizada para a formação de carvão ativado. De preferência, a carbonização é executada em uma temperatura na faixa de cerca de 400°C até cerca de 950°C. Também de prefer ência, os grânulos carbonizados são ativados em uma temperatura na faixa de cerca de 800°C até cerca de 950°C. De preferência, o m étodo compreende o revestimento da celulose microcristalina antes de carbonizar com soluções ou dispersões de polímeros sintéticos ou naturais. Outros métodos de preferência compreendem o revestimento da celulose mi

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2/15 crocristalina depois da carbonização, porém antes da ativação com as soluções ou dispersões de polímeros naturais ou sintéticos. Ainda outros métodos de preferência compreendem o revestimento da celulose microcristalina depois da ativação com as soluções ou dispersões de polímeros naturais ou sintéticos.

[005] O carvão ativado pode ser produzido a partir de MCC em forma de pó, que é primeiro misturado com água ou outro solvente aquoso adequado para produzir uma massa úmida. Especificamente, cerca de 30% em peso a 70% em peso, por exemplo, cerca de 40% em peso a 60% em peso, de sólidos ou mistura de sólidos (isto é, MCC em pó) e, por exemplo, cerca de 30% - 70%, em peso cerca de 40% em peso a 60% em peso, de água podem ser misturados. A massa úmida é formada em extrudados cilíndricos com a utilização de uma extrusora. Os extrudados cilíndricos úmidos são, em seguida, quebrados, densificados, e formados em grânulos esféricos com a utilização de um dispositivo de formação de esferas. Os grânulos são secos, por exemplo, com a utilização de um secador de leito fluidificado ou um secador à vacuo. Os grânulos secos são carbonizados em uma temperatura na faixa de cerca de 400 a 950°C, por exempl o, em aproximadamente 900°C, de preferência sob um fluxo de nitrogênio. Os rendimentos da carbonização como medidos através de Análise Termo Gravimétrica (TGA) são de preferência da ordem de 25%, que é mais alta do que aquela de outros precursores de celulose, potencialmente devido à alta cristalinidade da MCC. Finalmente, os grânulos carbonizados são ativados em uma temperatura na faixa de 800°C a 950°C, por exemplo, a aproximadamente 850°C.

[006] Na etapa de carbonização, os precursores são aquecidos sob um ambiente inerte para a remoção dos elementos não-carvão. Carbonização começa a ocorrer a cerca de 300°C e a temperatura final está entre 800°C e 1000°C. Na etapa de ativação , vapor de água

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3/15 ou o CO2 reagem com o carvão para a criação de poros do tamanho de angstrom. Essas reações são endotérmicas e não irão ocorrer abaixo de cerca de 800⁰C. Desse modo, as etapas de carbonização e ativação podem ser executadas em uma única etapa. No entanto, até o momento e que a temperatura é elevada para 800°C, a maioria dos precursores foi carbonizada. Em uma modalidade discutida mais abaixo, a ativação com a utilização de produtos químicos (por exemplo, H3PO4 e/ou ZnCI2) é um processo de uma etapa.

[007] De modo alternativo, os grânulos de carvão ativado podem ser produzidos a partir de grânulos MCC disponíveis comercialmente, como Ethispheres® da NP Pharm, Bazainville, França. Especificamente, Ethispheres® 600 tem tamanhos que variam de 500pm (mícrons) de

710pm e Ethispheres® 850 tem tamanhos que variam de 710pma

1000pm. Ethispheres® 250 tem tamanhos que variam de 200pma

355pm e 450 ® Ethispheres têm tamanhos que variam de 355pma

500pm. Específicas e exemplares condições de ativação (isto é, temperatura, atmosfera e tempo), realizadas em 2 (duas) amostras de cada um das Ethispheres^® 600 e Ethispheres 850^® são apresentadas na Tabela I.

Tabela I

Amostras	Grânulos MCC	Temperatura (°C)	H2O (mol/min)	N2 (mol/min)	Tempo (min)	Porcentagem de queima
A	Ethispheres® 600	850	0,042	0,044	90	29,4
B	Ethispheres® 600	850	0,042	0,044	180	57,5
C	Ethispheres® 850	850	0,042	0,044	90	28,0
D	Ethispheres® 850	850	0,042	0,044	180	52,0

[008] Os dados com relação à porosidade e a densidade das

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Amostras de A D da Tabela 1, depois da ativação das Ethispheres®, são apresentados na Tabela II.

Tabela II

		Amostra A	Amostra B	Amostra C	Amostra D
Adsorção de argônio	Área BET (m²/g)	1164	1885	1132	1711
Volume de microporo (mL/g)	0,394	0,639	0,384	0,586
Volume total (mL/g)	0,396	0,674	0,389	0,604
Intrusão de mercúrio	Volume da intrusão (mL/g)	1,09	1,65	0,94	1,23
Área do poro (m²/g)	76	190	77	150
Densidade em volume (g/mL)	0,49	0,36	0,53	0,43
Porosidade (%)	52,9	58,8	49,8	53,2

[009] Antes da carbonização e da ativação, as Ethispheres® são aglomerações de partículas fibrosas, em que as partículas fibrosas são compósitos de fibras individuais com diâmetros na faixa de cerca de 100nm até 200nm aproximadamente. A carbonização e a ativação das Ethispheres^® resultam na formação de grânulos tendo um envoltório rígido, quebradiço que contem poros de superfície e poros internos tendo tamanhos na faixa de cerca de 0,5 pm a 5 pm. A carbonização e a ativação também alteram a morfologia interna dos grânulos, resultando em uma textura de superfície mais lisa que contêm uma rede aleatória de poros semelhantes aos do envoltório.

[0010] A porosidade dos grânulos de carvão ativado pode ser controlada através da porosidade dos grânulos de partida ou através do uso de gás que envolve ou precursores espumantes misturados em conjunto com a MCC antes da carbonização. Por exemplo, os bicarbonatos de sódio ou de amônio podem ser usados para a geração de

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5/15 macro porosidade no interior dos grânulos de MCC na medida em que eles são aquecidos durante a carbonização. A razão em peso dos bicarbonatos de sódio ou de amônia com relação a MCC pode ficar na faixa de cerca de 0:1 até cerca de 1:1, por exemplo, de cerca de 0:1 até cerca de 1:2. Além disso, podem ser providos os grânulos de MCC altamente isentos de impurezas inorgânicas tais como, por exemplo, enxofre, nitrogênio etc. Desse modo, as impurezas nos grânulos de carvão ativado podem ser controladas.

[0011] Em uma modalidade, a MCC pode ser misturada com carvão ativado em pó, por exemplo, pó de carvão altamente ativado, antes de serem feitos em grânulos. A razão em peso de pó de carvão ativado para a MCC pode ficar na faixa de cerca de 0:1 até cerca de 1:1, Por exemplo, de cerca de 0:1 até cerca de 1:2.

[0012] Em seguida à ativação, esses grânulos podem possuir uma capacidade de adsorção significativa devido à presença de carvão em pó pré-ativado.

[0013] Em outra modalidade, a MCC pode ser misturada com precursores que podem ser carbonizados antes de serem feitas em grânulos. A razão em peso dos precursores que podem ser carbonizados para a MCC pode ficar na faixa de cerca de 0:1 para cerca de 2:1, por exemplo, de cerca de 0:1 até cerca de 1: 2. O precursor que pode ser carbonizado pode selecionado a partir de materiais com elevados rendimentos após a carbonização, como, por exemplo, pós fenólicos. A MCC pode ajudar a imobilizar os fenólicos em grânulos durante a etapa de carbonização, a qual, de preferência, envolve temperaturas de cura, de preferência acima do ponto de fusão do material fenólico. Os compostos fenólicos mistos podem incluir uma solução altamente concentrada de fenólicos de baixo peso molecular (isto é, breu também pode ser utilizado), o que é combinado com a MCC antes de extrusão e formação das esferas. Dependendo do precursor fenólico utilizado,

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6/15 podem ser formados carvões com diferentes estruturas, como resultado do precursor fenólico estar presente em domínios de tamanhos diferentes dentro da matriz de MCC. O pó fenólico é previsto como resultando em domínios maiores em oposição às soluções fenólicas. Os precursores fenólicos têm rendimentos significativamente mais altos de carbonização (aproximadamente de 50%) em oposição ao MCC e podem resultar em grânulos fortes com microporosidades controláveis seguindo a outra ativação dos grânulos carbonizados.

[0014] Além disso, o rendimento da carbonização pode ser aumentado através da mistura de H2SO4, H3PO4 ou sais como ZnCl2 com o material que pode ser carbonizado. De modo específico, o H2SO4, pode ser usado para o ajuste do pH enquanto que a razão em peso de ZnCl2 para a MCC pode ficar na faixa de cerca de 0:1, até cerca de 2:1, por exemplo, de cerca de 0:1 até cerca de 1:2. Uma solução aquosa de H3PO4, que tenha uma faixa de concentração de, por exemplo, cerca de 10% até cerca de 40%, pode ser usada com cerca de 30% em peso até 70% em peso, por exemplo, de cerca de 40% em peso até cerca de 60% em peso de sólidos ou de mistura de sólidos (isto é, MCC em pó) cerca de 30% até 70%, por exemplo de cerca de 40% em peso até 60% em peso de solução aquosa de H3PO4.

[0015] Os grânulos feitos a partir da mistura de MCC com carvão em pó são feitos de preferência para ter propriedades de filtragem seletivas. Isso pode ser conseguido através da misturação prévia de aditivos de filtragem específicos seletivos na mistura. Por exemplo, a resina de poli(etilenoimina)(PEI) pode ser adicionada para reagir de forma seletiva com os compostos de aldeído e/ou os outros precursores de organossilanos com grupos terminais específicos pode ser usado para ancorar sobre os grupos hidroxila da MCC. De forma alternativa, as propriedades seletivas de filtragem podem ser conseguidas através da impregnação dos grânulos.

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7/15 [0016] Os grânulos de MCC podem ser revestidos antes ou depois da carbonização e/ou ativação para o controle da porosidade e seletividade e/ou para prover uma membrana sobre os grânulos. Dessa forma, os grânulos podem ter propriedades de adsorção controladas como os revestimentos carbonizados ou não-carbonizados podem possuir porosidades específicas ou especificidades especificas com relação a determinados compostos ou constituintes alvo de fluidos tais como gases ou líquidos. Por exemplo, os grânulos podem ser revestidos através de pulverização com soluções ou dispersões de polímero natural ou sintético, de preferência em um leito fluidificado, para a produção de revestimentos que proporcionem uma membrana sobre o núcleo adsorvente central. Esses grânulos revestidos podem ser usados em aplicações de filtragem ou de purificação que envolva líquidos e gases e a membrana pode ser escolhida para ter propriedades seletivas com base na polaridade ou porosidade e o intumescimento das mesmas durante a filtragem ou a purificação. As propriedades da membrana podem ser ajustadas através da mudança das condições de filtragem ou de purificação (como, por exemplo, a temperatura, pH, etc.). De forma similar as membranas das porosidades adaptadas produzidas em seguida a carbonização e/ou ativação da membrana podem ser escolhidas para ter propriedades de seleção com base nas suas polaridades, porosidade e/ou inchação no meio de processamento durante a filtragem ou a purificação e as propriedades da membrana também podem ser ajustadas através da mudança das condições de filtragem e/ou de purificação.

[0017] Os grânulos mantêm os seus formatos através de toda a ativação e a carbonização, porém podem encolher em tamanho. Desse modo, a carbonização e a ativação das Ethispheres® resultaram em grânulos de carvão ativado de uma forma praticamente esférica. Além disso, o tamanho final dos grânulos de carvão ativado, que são, de

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8/15 preferência, específicos, pode ser controlado através da seleção do tamanho Ethispheres® de partida ou dos grânulos formados com a utilização de, por exemplo, um formador de esferas. A resistência ao atrito dos grânulos de carvão ativado permite que o carvão ativado não se espalhe ou quebre sob pressão aplicada.

[0018] Os diâmetros médios medidos de Ethispheres® 850 nãotratadas, Ethispheres^® 850 carbonizadas, grânulos de carvão ativado formados a partir de Ethispheres^® 850, grânulos de carvão altamente ativado formados a partir das Ethispheres® 850 foram de 885pm ± 65pm (n=15), 645pm ± 50pm (n=15), 590pm ± 70pm (n=15), e 530pm ± 65pm (n=15), respectivamente. Os diâmetros médios medidos de Ethispheres^® 600 não-tratadas, Ethispheres^® 600 carbonizadas, grânulos de carvão ativado formados a partir de Ethispheres^® 600, grânulos de carvão altamente ativado formados a partir das Ethispheres^® 600 foram de 617pm ± 40pm (n=15), 425pm ± 40pm (n=15), 385pm ± 35pm (n=15), e 360pm ± 45pm (n=15), respectivamente.

[0019] Dessa forma, a carbonização pode resultar em aproximadamente 30% de diminuição nos diâmetros dos grânulos (isto é, comparar Ethispheres® 850 não-tratadas a 885 pm ± 65 pm e Ethispheres® 850 carbonizadas a 645pm ± 50pm), a ativação pode resultar em aproximadamente uma redução de 40% nos diâmetros dos grânulos (isto é, comparar Ethispheres® 850 a 885 pm ± 65 pm e grânulos de carvão ativado formados a partir de Ethispheres® 850 590pm ± 70pm) e alta ativação pode resultar em uma redução de 45% até 50% nos diâmetros dos grânulos (isto é, compare as Ethispheres^® 850 a 885 pm ± 65 pm e os grânulos de carvão altamente ativado formados a partir de Ethispheres® 850 530pm ± 65pm). Desse modo, o uso de MCC como o precursor permite o controle do tamanho final e do formato do carvão ativado.

[0020] As Ethispheres^® 600 não-tratadas e as Ethispheres^® 850,

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9/15 as Ethisperes® 600 carbonizadas e as Ethispheres® 850, os grânulos de carvão ativado Ethispheres® 600 e Ethispheres® 850 e os grânulos de carvão altamente ativado formados a partir de Ethispheres® 600 e Ethispheres® 850 foram, cada um, colocadas em almofarizes de cerâmica separados imersos em nitrogênio líquido. Os grânulos foram fraturados através de cisalhamento entre o almofariz e o pilão em uma temperatura de cerca de -196°C. Uma escova foi usad a para a remoção das partículas sobre papel para pesagem e os grânulos nãofraturados foram separados. As partículas fraturadas foram colocadas em discos adesivos de carvão com diâmetro de 12 mm que foram fixados em pontas de Al. Cada amostra de partículas fraturadas foi colocada em um Hummer 6.6 Turbo Sputter Coater® operando em argônio e revestidas por crepitação com 2 nm de Au-Pd. As superfícies interiores e exteriores das partículas fraturadas foram tornadas em imagens com a utilização de um XL30 Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM), fabricado pela FEI Company^®, operando à 15kV em modo Hi-Vac (alto vácuo).

[0021] As Ethispheres® não-tratadas foram aglomerações de partículas porosas. As fibras que formaram essas partículas, algumas das quais foram alongadas, foram de cerca de 100 nm até 200 nm de diâmetro. As superfícies do grânulo foram texturizadas porém não extremamente ásperas e as partículas aglomeradas foram observadas de forma clara.

[0022] A carbonização e a ativação das Ethispheres^® resultaram em uma mudança na morfologia interna das partículas aglomeradas para uma textura de superfície mais lisa que continha uma rede aleatória de poros e também na formação de uma casca porosa. Os poros internos foram tipicamente menos do que de 5 pm em tamanho. As superfícies da casca também continham poros e alguns desses poros se tinham formado devido à presença de canais ocos que se prolon

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10/15 gavam através do corte transversal total da casca. Na superfície da casca foram observadas, algumas vezes, rachaduras propagando-se em planos nitidamente definidos que se prolongavam quase sempre de um poro para outro poro. As superfícies fraturadas foram recortadas em quase todas as seções do corte transversal, indicando que o material da casca é mais provável de ser duro e quebradiço.

[0023] A ativação produz grânulos de carvão ativado que tem uma estrutura de poros desejada, isto é, a maioria dos poros tem um tamanho de menos do que cerca de 30Á (unidades angstrom), de mais preferência, de menos do que cerca de 20 Á, e ainda de mais preferência de menos do que cerca de 10 Á, e o volume dos microporos (volume de poros/grama) dos poros calculado com a utilização de Teoria Funcional da Densidade (DFT), que têm um tamanho de poros na faixa de cerca de 5Â para 10Â está de preferência na faixa de cerca de 0,2 centímetros³/ g para 1,0 centímetro³/g, de mais preferência de cerca de 0,3 centímetros³/g até 1,0 centímetros³/g. Ativação utiliza qualquer ambiente adequado que contenha oxigênio, que contenha vapor de água, dióxido de carvão, oxigênio ou uma solução de hidróxido de potássio. O ambiente também pode conter outros gases, tais como o nitrogênio. Esses gases reagem com o carvão, resultando em uma estrutura de carvão poroso. O oxigênio e o nitrogênio também podem ser fixados quimicamente a superfície do carvão para o aumento da seletividade de filtragem de gás com base na absorção química, ou seja, a formação de uma ligação covalente.

[0024] Em uma modalidade de preferência, os grânulos carbonizadas são ativados até um nível de densidade de burn-off. O burnoff representa a perda de peso (ou seja, perda de peso = ao peso inicial - o peso final) do carvão que ocorre durante a ativação. Na medida em que o nível do burn-off é aumentado, a superfície da área do carbono aumenta. A área de superfície BET (Brunauer, Emmett and Tel

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11/15 ler) dos grânulos de carvão ativado é de preferência na faixa de cerca de 1,000m²/g até 3,000m²/g, de mais preferência de cerca de 1,000m²/g até 2,000m²/g.

[0025] Durante a ativação, o burn-off é de preferência controlado para controlar o tamanho dos poros, a área de superfície dos poros e/ou o volume dos poros dos grânulos de carvão ativado. Em uma determinada temperatura de ativação, o aumento do tempo da ativação aumenta a área da superfície BET e o volume/grama dos poros do material ativado. Além disso, o aumento do tempo de ativação pode ocasionar poros pequenos (isto é, poros que tenham um tamanho na faixa de cerca de 5Á até 10 Á) em poros maiores (isto é, poros que tenham um tamanho da faixa de cerca de 10 Á até 20 Á). Por consequência, o tempo de ativação é regulado de preferência para o controle do crescimento do poro e para prover a distribuição de tamanho de poros desejada. Em uma modalidade preferida, a maioria dos poros dos grânulos de carvão ativado tem um tamanho de menos do que cerca de 30Á, de mais preferência de menos do que 20Á, e ainda de mais preferência de menos do que cerca de 10Á.

[0026] Os adsorventes e/ou os materiais absorventes, (isto é, os sorventes) tais como o carvão ativado podem ser incorporados em artigos para fumantes, tais como cigarros com a finalidade da remoção dos constituintes tais como o benzeno a partir da corrente principal do fumo. Em consequência, também são providos métodos para a fabricação de filtros para cigarros e cigarros que incluem carvão ativado.

[0027] Na forma usada aqui, neste pedido de patente, o termo sorção inclui a filtragem através de adsorção ou de absorção. A sorção engloba as interações na superfície exterior do sorvente bem como as interações dentro dos poros e canais do sorvente. Em outras palavras, um sorvente é uma substância que pode condensar ou manter moléculas de outras substâncias na superfície da mesma e/ou

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12/15 podem tomar outras substâncias, isto é, através da penetração das outras substâncias dentro da estrutura interna do mesmo ou para dentro dos poros do mesmo. Por consequência, o termo sorvente nos forma usada aqui, neste pedido de patente, refere-se a um adsorvente ou a um absorvente ou a uma substância que pode funcionar tanto como um adsorvente como um absorvente.

[0028] Na forma usada aqui, neste pedido de patente, o termo remover refere-se à adsorção e/ou a absorção de pelo menos uma parte de pelo menos um constituinte de uma corrente de gás, tal como a corrente principal da fumaça do tabaco. Pelo menos um constituinte de uma corrente de gás pode ser convertido em um outro constituinte através de uma reação catalítica que também remova de forma efetiva o constituinte a partir da corrente de gás.

[0029] O termo corrente principal de fumaça inclui a mistura de gases que passa através da haste de tabaco e passa através do final de filtro, isto é, a fumaça que sai ou é puxada a partir do final da boca de um artigo de fumante durante o ato de fumar do artigo de fumante. A corrente principal da fumaça contém ar que é puxado através de ambas a região acesa do artigo de fumante e através do envoltório de papel.

[0030] O ato de fumar um cigarro significa o aquecimento ou a combustão do cigarro para a formação da fumaça do tabaco. Em geral, o ato de fumar de um cigarro tradicional envolve acender uma extremidade do cigarro e puxar a fumaça do cigarro através da extremidade da boca do cigarro, enquanto que o tabaco contido na haste de tabaco é submetido a uma reação de combustão. No entanto, um cigarro não-tradicional pode ser fumado através do aquecimento do cigarro com a utilização de um aquecedor elétrico como descrito, por exemplo, em qualquer uma das Patentes U.S. comumente concedidas U.S. 6 053 176; U.S. 5 934 289; U.S. 5 591 368 e U.S. 5 322 075, ca

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13/15 da uma das quais fica incorporada aqui, neste pedido de patente por referência em suas totalidades.

[0031] O carbono ativado está de preferência na forma de grânulos, de mais preferência na forma de grânulos esféricos, que tem de preferência uma estrutura de poros que é feita substancialmente de microporos ou mesoporos. Na forma usada aqui, neste pedido de patente, um microporo tem um tamanho de poro de cerca de 2 nm (20Á) ou menos, e um mesoporo tem um tamanho de poro na faixa de cerca de 2 nm até 50 nm (20Á a 500Á). O tamanho do poro dos grânulos de carvão ativado pode ser escolhido com base no(s) constituinte(s) selecionado(s) que é/são desejados a serem removidos a partir de uma corrente de gás, como por exemplo, uma corrente principal de fumaça de tabaco.

[0032] Se desejado, o carvão ativado pode ser usado em combinação com ou mais materiais de catalisação em uma passagem de gás, por exemplo, em um filtro de cigarro para aumentar a conversão do um ou mais constituinte selecionado na corrente de gás para outro constituinte gasoso. Por exemplo, o catalisador pode ser qualquer metal de transição tal como o Fe2O3 e/ou Fe3O4. O catalisador pode ser de tamanho nano e/ou de tamanho micro. O catalisador pode ser provido em diversos componentes de um filtro de cigarro, por exemplo, sobre o carvão ativado como um revestimento. De forma alternativa, o carvão ativado e o catalisador podem estar na forma de uma mistura física na passagem do gás.

[0033] O carvão ativado é incorporado de preferência em um cigarro tradicional ou em um cigarro não-tradicional. Por exemplo, o carvão ativado pode ser incorporado em cigarros tradicionais ou em cigarros não-tradicionais pata sistemas de fumar elétricos descritos nas Patentes U.S. comumente concedidas U.S. 6 026 820; U.S. 5 988 176; U.S. 5 915 387; U.S. 5 692 526; U.S. 5 692 525; U.S. 5 666 976 e

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U.S. 5 499 636, cada uma das quais fica incorporada aqui, neste pedido de patente por referência em sua totalidade.

[0034] Os grânulos de carvão ativado quando carregados em uma cavidade em um filtro de um cigarro são de preferência esféricas para alcançar uma resistência a ação de puxar (RTD). De preferência, os grânulos de carvão ativado tem um diâmetro substancialmente uniforme de cerca de 1000pm. Os grânulos de carvão ativado podem ter tipicamente um diâmetro médio na faixa de cerca de 200 pm até 1000 pm, com um diâmetro médio na faixa de cerca de 300 pm até 500 pm, os grânulos de carvão ativado sendo de preferência para alcançar um RTD desejado. Os grânulos de carvão ativado são de preferência resistentes a aglomeração e permanecem separados e com fluxo livre, permitindo dessa forma densidades de empacotamento especificas das grânulos de carvão ativado.

[0035] Em uma modalidade preferida, o carvão ativado é incorporado na parte do filtro de um cigarro. Na parte de filtro, o carvão ativado é de preferência incorporado em pelo menos um espaço e/ou espaço vazio. O carvão ativado também pode ser incorporado no leito de tabaco de um cigarro, tal como em uma haste de tabaco. As modalidades de métodos para a fabricação de cigarros compreendem colocar um envoltório de papel em torno de uma coluna de tabaco para a formação de uma haste de tabaco, e fixando um filtro de cigarro à haste de tabaco para a formação de um cigarro, em que o filtro do cigarro e/ou a haste de tabaco contém o carvão ativado.

[0036] A quantidade de carvão ativado provido em um cigarro pode ser variada. Por exemplo, cerca de 10 mg até 200 mg do carvão ativado podem ser tipicamente usados em um cigarro. Por exemplo, 10mg a 20mg, 20mg a 100mg ou 100mg a 200mg podem ser usado, dependendo do efeito desejado, do tipo de cigarro, etc. Mais de 200 mg de carvão ativado também pode ser usado, se desejado. No entan

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15/15 to, tais modalidades podem ter uma haste de tabaco mais curta, a fim de manter um determinado comprimento do cigarro.

[0037] A Figura 1 mostra uma modalidade de um cigarro 10 compreendendo uma haste de tabaco 12 e um filtro 14 ligado à haste com uma ponteira de papel 16. O filtro 14 tem uma construção de tampãoespaço-tampão com os tampões afastados 18, 20, que podem ser tampões de acetato de celulose e uma cavidade 22 entre ao tampões 18 e 20 que pode conter as grânulos de carvão ativado 24.

[0038] Em uma modalidade, os grânulos de carvão ativado 24 tem um diâmetro substancialmente uniforme. Esses grânulos de carvão ativado podem formar um leito que permite uma canalização mínima da fumaça do tabaco puxada através da cavidade 22. Em consequência, pode ser conseguido um contato máximo entre a corrente principal da fumaça do cigarro e a superfície dos grânulos de carvão ativado.

[0039] Em outra modalidade, a cavidade de filtro 22 pode ser cheia de grânulos de carvão ativado de pelo menos duas frações de tamanho. Os grânulos de carvão ativado de tamanho menor podem ser juntados de modo uniforme entre os grânulos de carvão ativado maiores. Por exemplo, A Figura 2 mostra uma cavidade de filtro 22 que contém uma combinação de grânulos de carvão ativado maiores 26 e grânulos de carvão ativado menores 28 embaladas de modo uniforme entre os grânulos de carvão ativado maiores 26.

[0040] Embora diversas modalidades tenham sido descritas, deve ser entendido que variações e modificações podem ser reportadas como tornar-se-ão aparentes aqueles versados na técnica. As ditas variações e modificações são para serem consideradas dentro do corpo e do âmbito das reivindicações anexadas a este relatório.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para a formação de carvão ativado a partir de celulose microcristalina, caracterizado pelo fato de que compreende:

carbonizar celulose microcristalina para formar celulose microcristalina carbonizada;

ativar a celulose microcristalina carbonizada para formar carvão ativado; e revestir a celulose microcristalina antes da carbonização, depois da carbonização e antes da ativação, ou depois da ativação, em que o método compreende ainda formar a celulose microcristalina por um processo que compreende:

misturar 30 a 70% em peso de pó de celulose microcristalina e 30 a 70% em peso de água;

formar extrudados cilíndricos a partir do pó de celulose microcristalina e água usando-se uma extrusora;

formar grânulos esféricos a partir dos extrudados cilíndricos usando-se um dispositivo de formação de esferas; e secar os grânulos.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a celulose microcristalina é revestida com soluções ou dispersões de polímeros naturais ou sintéticos.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda misturar bicarbonato de sódio ou de amônio com o pó de celulose microcristalina e água, em que uma razão em peso de bicarbonato de sódio ou de amônio para pó de celulose microcristalina está em uma faixa de 0:1 a 1:1.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda misturar pó de carvão ativado com o pó de celulose microcristalina e água, em que uma razão em peso de pó de carvão ativado para pó de celulose microcristalina está na

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2/3 faixa de 0:1 a 1:1.
5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda misturar um precursor que pode ser carbonizado com o pó de celulose microcristalina e água, em que a razão em peso de precursor que pode ser carbonizado para pó de celulose microcristalina está em uma faixa de 0:1 a 2:1.
6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o precursor que pode ser carbonizado compreende um precursor selecionado do grupo que consiste em fenol, breu e misturas dos mesmos.
7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ativar a celulose microcristalina carbonizada para formar grânulos de carvão ativado.
8. Método para a formação de um filtro de artigo de fumo, caracterizado pelo fato de que compreende:

incorporar carvão ativado formado por um método como definido na reivindicação 1 em um filtro de artigo de fumo.
9. Método para a formação de um artigo de fumo, caracterizado pelo fato de que compreende:

formar um filtro de artigo de fumo através de um método como definido na reivindicação 8;

colocar um invólucro de papel em torno de uma coluna de tabaco para formar uma haste de tabaco;

fixar o filtro de artigo de fumo que compreende o carvão ativado à haste de tabaco para formar um artigo de fumo.
10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o carvão ativado compreende grânulos de carvão ativado de pelo menos duas frações de tamanhos diferentes.
11. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a carbonização é conduzida a uma temperatura na

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3/3 faixa de 400°C a 950°C.
12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que bicarbonato de sódio ou de amônio é adicionado ao pó de celulose microcristalina antes da carbonização.
13. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a ativação é conduzida a uma temperatura na faixa de 800°C a 950°C.
14. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que vapor ou CO2 reage com carvão na ativação para criar poros do tamanho de angstrom.
15. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que H2SO4, H3PO4 ou ZnCl2 é misturado com a celulose microcristalina antes da carbonização.
16. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a carbonização e a ativação são realizadas em uma única etapa.
17. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o carvão ativado formado pela ativação tem uma estrutura de poro com uma maioria de poros com um tamanho inferior a 30 Â.