Нанофильтр

Нанофильтр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области воздушных фильтров, а именно к сигаретным фильтрам для сигарет массовой продукции, к сигаретам высокого потребительского класса.

Кроме того, нанофильтр предназначен для фильтрации воздушной дыхательной смеси аквалангистов и подводников.

В материалах заявки рассмотрен только фильтр для сигарет, утройство которого идентично фильтру для дыхательных воздушных смесей, установленному в металлический трубчатый корпус цилиндрической формы.

Из патентной литературы известен сигаретный фильтр (пат. РФ №2292196, кл. А24D 3/06), где изложено устройство фильтра, содержащего сорбент на основе природного шунгита, который имеет в своем составе следующие компоненты: углерод 28-35%, калий 2,6%, алюминий 2,6-3,3%, марганец, титан, кальций, кремний. Фильтр установлен на конце бумажной гильзы с табачной начинкой.

Такой фильтр является сложным, он не позволяет повысить эффективность фильтрации табачного дыма.

Известен фильтр для сигарет (пат. РФ №2040190, кл. А24D 3/00), который сформирован из микроволокон полимерного пористого материала, являющегося поглощающим элементом. К нему подмешаны адсорбенты: хлористый кальций и гранулы древесного угля. Он имеет сложное устройство и недостаточную степень фильтрации.

Ближайшим техническим решением предлагаемому изобретению является устройство фильтра для сигарет (пат. США №4993435), установленного на конце бумажной гильзы с табаком.

Фильтр состоит из микроволокон для удаления твердых частиц табачного дыма и фильтрующего слоя из активированного угля или подобного материала для адсорбции газообразных компонентов сигаретного дыма. Причем фильтрующий слой выполнен в виде дисковых фильтров, которые содержат древесный уголь.

К недостаткам такого устройства фильтра следует отнести его многокомпонентность, сложность производства, недостаточную фильтрацию табачных смол. Значительное усложнение фильтра приводит к потере потребительских качеств сигарет.

Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение эффективности фильтра и повышение потребительских качеств сигарет.

Указанная техническая задача решается следующим образом.

Дисковый фильтрующий слой выполнен в виде дисковых пластин, вырезанных из ткани, причем на первую часть тканевых пластин нанесен фильтрующий нанослой углерода, на вторую среднюю часть пластин нанесен нанослой серебра, а на третью часть пластин нанесен нанослой редкоземельных металлов, кроме того, дисковые фильтрующие пластины собраны в пакет, образующий сетчатый тканевый фильтр, длина которого меньше диаметра оболочки фильтра и длины микропористого фильтрующего элемента.

Устройство нанофильтра поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 дан общий вид сигареты с предлагаемым нано фильтром.

На фиг. 2 показан нанофильтр вдоль его оси со стороны бумажного фильтрующего элемента.

На фиг. 3 и 4 изображен существующий стандартный фильтр, состоящий из микроволокон полимерного материала.

На фиг. 5 показан ряд дисковых пластин, вырезанных из ткани.

На фиг. 6 изображен пакет фильтра из тканевых пластин в сборе.

На фиг. 7 показан микропористый фильтрующий элемент фильтра.

Фильтр для сигарет расположен на конце бумажной гильзы 1, заполненной табаком или табачной смесью 2. Фильтр имеет оболочку 3, выполненную из плотной мягкой бумаги.

Внутри оболочки 3 на ее периферийном конце расположен стандартный сигаретный фильтр, выполненный из микропористого синтетического материала или из пористой фильтрационной бумаги - микропористый фильтрующий элемент 4. Между фильтрующим элементом 4 и табаком 2 установлен пакет 5, образующий сетчатый тканевый фильтр, набранный из дисковых пластин 6, вырезанных из ткани креповой структуры, где основа и уток расположены под углом 90° друг к другу. Расстояние нитей в основе и в утке составляет от 0,1 до 2 их диаметров. У марли это расстояние более 2 диаметров нитей.

Перед тем как собрать дисковые пластины (их сжатием) в пакет 5, на них наносят наноуглерод 7, наносеребро 8 и нанослой редкоземельных металлов 9. Нанослой металлов (серебро, редкоземельные металлы: платина, палладий, родий, золото) наносят гальваническим способом в электролитических ваннах.

Наноуглерод наносят на дисковые пластины из ткани напылением или гальваническим способом. Нанослой углерода можно создать из фуллеренов или углеродных нанотрубок. Нанослой создают на поверхности ткани и в глубине на ее волокнах. Как известно, углерод является очень эффективным сорбентом.

Он применяется в противогазах и широко используется в медицине, где потребляют активированный углерод, получаемый из древесного угля.

Такая форма углерода может применяться в предлагаемом фильтре в качестве фильтрующего элемента.

Наиболее распространенной объемной формой существования углерода является фуллерен. Фуллерен образован группой атомов углерода, имеющих сферическую (шарообразную) молекулярную структуру, образованную сцепленными между собой многоугольниками, в вершинах которых расположены атомы углерода. Фулерены наносят на дисковые платины 6, вырезанные из ткани.

Такая форма существования углерода (фуллерен) уже известна несколько веков. Это природный минерал шунгит, который добывается на Кольском полуострове. Известно применение шунгита в фильтрах для сигарет (см. патент РФ №2292196, кл. А24D 3/06), где шунгит расположен внутри бумажного фильтра. Перспективным фильтрующим слоем на фильтрующем элементе фильтра для сигарет являются углеродные нанотрубки. Углеродные нанотрубки образованы из фуллеренов, расположенных последовательно друг за другом и сопряженных между собой по прямой линии. Их диаметр 1-2 нанометра и длина около 100 нм.

Углеродные нанотрубки наносят на поверхность тканевы дисковых пластин 6, а также на нити тканей и на их внутреннюю структуру. Таким же образом на дисковые тканевые пластины 6 и на их внутреннюю структуру наносят любую из указанных выше форм существования углерода 7.

Устройство предлагаемого фильтра для сигарет состоит из пакета 5, являющегося составным трехступенчатым фильтром, который установлен между табаком 2 и стандартным сигаретным фильтром 4 из микропористого материала. Каждая ступень пакета 5 с напылением углерода, серебра и редкоземельных металлов выполняет заданные функции.

Предлагаемый нанофильтр для сигарет действует следующим образом. Движение горячего табачного дыма от горящего табака по бумажной гильзе 1 сигареты обеспечивается перепадом давления воздуха между фронтом горящего табака и концом сигаретного фильтра. Предлагаемый фильтр для сигарет имеет оптимальное воздушное сопротивление, которое не превышает сопротивление табачной начинки сигареты, что сохраняет вкусовые качества сигареты.

Как известно, в Европе запрещены табачные изделия и сигареты, выделяющие при курении более 15 мг смол. Большинство сигарет выделяют от 5 до 12 мг. Предлагаемый трехступенчатый фильтр для сигарет, содержащий нанослой углерода, серебра и редкоземельных металлов, обеспечивает снижение смол до 2-5 мг.

Это достигается тем, что первый нанослой 7 из одной или нескольких форм существования углерода обеспечивает удаление твердых частиц табачного дыма с заданной степенью фильтрации, что достигается комбинацией всех шести указанных форм (графены - нанопорошки синтетических алмазов) углеродных сорбентов. Второй нанослой 8 серебра обеспечивает тонкую очистку табачного дыма, тем более что серебро является отличным антисептиком. Как известно, эти свойства нанослоя серебра широко используются в бинтах, в производстве белья, маек, носков и т.д. Этот нанослой обеспечивает более глубокую очистку табачного дыма. Третий нанослой 9 редкоземельных металлов обеспечивает адсорбцию окиси углерода (СО) и двуокиси углерода (СО₂), газов, которые образуются при горении табака. Это достигается содержанием в нанослое платины, палладия, родия и т.д., которые успешно используются в автомобильных катализаторах.

По сравнению с известными фильтрами для сигарет, имеющими сложное устройство, при котором теряются потребительские качества сигарет, предлагаемое устройство обеспечивает оптимальные потребительские качества и возможность создавать их композицию.

Стоимость предлагаемого фильтра по сравнению с существующими сложными многослойными фильтрами ниже, потому что нанотехнологии обеспечивают простоту устройства и низкую его стоимость.

Фильтр для сигарет, заключенный в оболочку, расположенную на конце бумажной гильзы с табаком, причем фильтр содержит микропористый фильтрующий элемент и дополнительный фильтрующий слой, выполненный в виде дисковых фильтров с сорбентом, отличающийся тем, что дисковый фильтрующий слой выполнен в виде дисковых пластин, вырезанных из ткани, причем на первую часть пластин нанесен фильтрующий нанослой углерода, на вторую среднюю часть пластин нанесен нанослой серебра, а на третью часть пластин нанесен нанослой редкоземельных металлов, кроме того, дисковые фильтрующие пластины собраны в пакет, образующий сетчатый фильтр, длина которого меньше диаметра оболочки фильтра и длины микропористого фильтрующего элемента.