CN101416779B - 一种能降低卷烟烟气中一氧化碳的烟丝添加剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能降低卷烟烟气中一氧化碳的烟丝添加剂。该添加剂为胶体水溶液，其组成的重量百分数为：有机酸钠钾90％～100％，氢氧化铈0％～8.5％和结晶水合物0％～1.5％，其中，所述的有机酸钠钾选自谷氨酸钠、谷氨酸钾、柠檬酸钠、柠檬酸钾中的一种或者两种混合物；结晶水合物选自十二水合硫酸铝钾或水合硫酸钠中的一种。其制备方法是先制取CeO 2纳米水溶胶5份，再用含量50％的有机酸盐水溶液60份、加入质量百分含量30％的结晶水合物1份混合均匀，搅拌30分钟时间，即为所需产品。产品能够有效的降低样品卷烟一氧化碳递送量；对于不同实验品牌，降低一氧化碳幅度范围为8.15％～11.49％。

Description

一种能降低卷烟烟气中一氧化碳的烟丝添加剂
技术领域
本发明属于卷烟生产技术领域，涉及烟丝添加剂，更具体地说，本发明涉及一种能降低卷烟烟气中一氧化碳含量的烟丝添加剂。同时，本发明还涉及所述的烟丝添加剂的制备方法。
背景技术
由于烟草受热，致使水分和挥发性组合馏出以及一些组分热分解，这两种情况都会导致挥发性气态物生成并残留下炭化烟草。这些炭化烟草借助阴燃时的自然对流或吸燃时的强制对流与空气中的氧气快速反应。这种燃烧放出热量并生成简单的燃烧气态产物：二氧化碳、一氧化碳和水等，剩下的无机组分以灰分的形式存在。
一氧化碳是卷烟烟气中除焦油之外的另一个主要有害成分。一氧化碳随空气进入人体后，经肺泡进入血液循环，能与血液中红细胞里的血红蛋白、血液外的肌红蛋白和含二价铁的细胞呼吸酶等形成可逆性结合。高浓度一氧化碳可引起急性中毒，中毒者常出现脉弱，呼吸变慢等反应，最后衰竭致死。慢性一氧化碳中毒会出现头痛、头晕、记忆力降低等神经衰弱症状。《国家烟草专卖局关于规范境内销售卷烟包装标识的规定》中已明确规定，从2005年4月1日起，国产内销卷烟将必须标注一氧化碳含量，否则将不得上市销售，选择性降低卷烟一氧化碳工作也迫在眉睫。因此在降低卷烟焦油的同时，也要充分考虑降低一氧化碳，并且通过控制一氧化碳/焦油的比值来达到选择性的降低一氧化碳、调整烟气平衡的目的。
国内外卷烟降焦减害主要围绕两个方面展开研究工作：一个方面是降一氧化碳技术手段的研究和开发，包括烟丝、嘴棒、卷烟纸降一氧化碳技术研究以及嘴棒通风稀释技术等；另一方面则是低一氧化碳卷烟产品的香吃味改善技术手段的研究，包括低一氧化碳卷烟叶组设计技术、相关香精香料技术等。这些研究工作无论从广度和深度都已经研究得非常充分，但是对于目前的工业应用来说，尤其是对具体产品所适宜的降一氧化碳手段而言，缺乏针对性；同时目前除通风稀释技术之外，有效降低卷烟一氧化碳递送量的技术手段还比较缺乏。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种可以有效降低卷烟烟气中一氧化碳的烟丝添加剂。同时，本发明还涉及所述烟丝添加剂的制备方法。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
注：除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为重量百分数。
A.本发明提供了一种能降低卷烟烟气中一氧化碳的烟丝添加剂，所述的添加剂为胶体水溶液，其组成的重量百分数为：有机酸钠钾90％～100％，氢氧化铈0％～8.5％和结晶水合物0％～1.5％，其中，所述的有机酸钠钾选自谷氨酸钠、谷氨酸钾、柠檬酸钠、柠檬酸钾中的一种或者两种混合物；结晶水合物选自十二水合硫酸铝钾或水合硫酸钠中的一种。
B.本发明提供了所述烟丝添加剂的制备方法，该方法采用以下步骤：
1. 制备CeO2纳米水溶胶——称取CeO2，加入50％HNO3和30％H2O2使之溶解，其中，CeO2∶HNO3∶H2O2的重量配比为1∶1∶0.1，配成0.5molL-1Ce(NO3)3溶液，取该溶液加入2mol L-1NH3H2O生成沉淀至完全，离心水洗后向沉淀中加入适量的稀硝酸调节pH值至10，在80℃水浴温度下胶溶，形成淡黄色的透明的Ce(OH)4水溶胶，其化学反应式为：
CeO2+3HNO3+1/2H2O2→Ce(NO3)3+2H2O2+1/2O2↑
Ce(NO3)3+3NH3·H2O→Ce(OH)3↓+3NH4NO3
2Ce(OH)3+1/2O2+H2O→2Ce(OH)4↓+2CeO2·2H2O
2. 用有机酸盐浸渍——取步骤1所得的Ce(OH)4水溶胶5份，加入质量百分含量50％的有机酸盐水溶液60份、加入质量百分含量30％的结晶水合物1份混合均匀，搅拌30分钟时间，即为所需的烟丝添加剂。
3. 添加量——在润叶加料工序加入，烟丝添加剂的重量占烟丝干重的0.55％，即40公斤烟丝添加220克的烟丝添加剂。
C.产品添加过程及试验结果
1.卷烟一氧化碳递送量与卷烟烟丝的燃烧状态有很大的关系，燃烧的完全与否与卷烟一氧化碳递送量有密切的关系，因此课题组通过大量的实验室筛选工作，筛选出了能够改变卷烟燃烧状态的卷烟燃烧调节剂，从而达到降低卷烟一氧化碳递送量的目的。
中试放样实验步骤包括通过卷烟烟丝添加剂的实验室制备和工厂卷制，其中卷烟烟丝添加剂实验室制备是根据单项实验工作结论，将具有不同降一氧化碳效果的添加剂正交组合实验，开发出具有降低卷烟一氧化碳递送量的添加剂组合。卷烟烟丝添加剂按照烟丝干重的0.55％喷到卷烟烟丝上，平衡水分后，卷制成卷烟样品。添加工艺步骤如下：
在卷烟的制丝工艺中的润叶加料工序段，与卷烟料液一起混合添加，然后经过贮叶、切丝、HT、烘丝、掺梗、加香和贮丝，最终制备得到样品烟丝；采用菲利浦莫林斯公司的帕西姆卷烟机将实验烟丝卷制成卷烟样品。
2.烟丝添加剂的筛选方法主要根据三个实验
①卷烟纸样品感官评吸：根据国标评吸方法GB 5606.4-1996方法进行评吸工作；
②根据国标方法GB 5606.5-1996测定卷烟焦油含量；
③样品卷烟一氧化碳递送量测定采用行业标准方法YC/T30-1996来完成相关操作。
3.产品特性
a.烟丝添加剂是一种胶体溶液，添加剂的组成由有机酸钠钾、Ce(OH)4↓、结晶水合物三部分组成；其中有机酸盐具有提高着火点使燃烧进行完全的功能，储氧前体能够在燃烧的环境下释放出活性氧[o-]。烟丝添加剂催化活性表征实验结果见表1.
表1.烟丝添加剂氧化还原(TPR)实验数据汇总
  样品名称   峰面积   峰位置(℃)   峰宽   峰高
  烟丝添加剂1#   1898.93995   702.5   300.3   75.127
  烟丝添加剂2#   1172.4127   698.4   205.3   73.418
  烟丝添加剂3#   1151.78855   700.6   214.4   73.174
从烟丝添加剂氧化还原(TPR)实验数据可以看出，本发明专利所设计的烟丝添加剂在700℃附近具有很强的氧化性能，即在卷烟燃烧过程中能够提供较为充分的活性氧[o-]。
b.烟丝添加剂卷烟样品着火点表征结果
为了明确烟丝添加剂对卷烟燃烧状态的影响，本发明进行了样品卷烟和
对照卷烟着火点的测定，结果见表2。
表2.着火点测定结果
从样品和对照样品数据分析可以初步得出结论：本发明所开发的烟丝化学添加材料能够显著提高烟丝的着火温度，使反应在较高的温度环境下进行，减少了低温下不完全燃烧的可能性；同时课题组开发的烟丝化学添加材料能够提高反应终结温度，使反应不至于过快进行，这也从一个侧面证明样品比对照抽吸口数增加的原因。
对表2的测定结果进行算术平均可以得出如下数值
①样品——平均数值：冒烟温度198℃停止冒烟温度387℃
②对照——平均数值：冒烟温度189℃停止冒烟温度376℃
C.产品组配过程
(1)烟丝添加材料组合实验设计表
对各种成分的配比进行说明：有机酸钾钠盐、储氧前体(Ce(OH)4↓)、结晶水合物三部分组成，添加量范围见表3烟丝添加材料配比表。
表3  烟丝添加材料配比表
Figure S2008100586987D00052
Figure S2008100586987D00061
本发明提出的技术方案，其发明思路是要开发具有促进卷烟燃烧完全的烟丝催化添加剂，其对卷烟挥发性气态物的催化燃烧机理如下：添加剂中的阳离子M+能与烟丝表面含氧基团形成表面络合盐CO-M+，该络合物可以与芳性碳和脂肪碳相连形成燃烧中间体，由于M的供电子效应，迫使它不稳定而破裂，生成CO、CO2逸出，在水分子作用下，再重新形成表面络合盐，表面络合盐肩负着反应活性中心的作用。催化反应方程式为：
M2CO3+C+O2＝M2O+2CO2
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.能够产业化，添加剂是胶体溶液能与料液一起添加到烟丝上，所开发的烟丝添加剂由于其具有水溶性，因此可以和料液一起混合添加。2.提高烟丝的燃烧温度，通过对实验样品卷烟进行温度测定发现，所开发的烟丝添加剂能够提高烟丝的燃烧温度。3.有效的降低CO的递送量，通过对实验样品卷烟进行烟气常规指标测定发现，所开发的烟丝添加剂能够有效的降低样品卷烟一氧化碳递送量；对于不同实验品牌，降低一氧化碳幅度范围为7.84％～11.49％。
附图说明
图1是卷烟主要燃烧历程的示意图；
图2是本发明烟丝添加剂添加的工艺步骤示意图；
图3是本发明烟丝添加剂氧化还原(TPR)的试验结果。
具体实施方式
通过下面给出的具体实施例及其试验结果，可以进一步清楚地了本发明，但它们并不是对本发明保护范围的限定。
由于不同卷烟品牌采用的原料和辅料存在差异，因此本发明列举的15个实施例是三个卷烟品牌放样的实验数据，实施例1～5是第一个实验卷烟品牌，对照卷烟一氧化碳浓度水平在13.3mg～13.8mg之间；实施例6～10是第二个实验卷烟品牌，对照卷烟一氧化碳浓度水平在14.0mg～14.8mg之间；实施例11～15是第三个实验卷烟品牌，对照卷烟一氧化碳浓度水平在14.8mg～15.6mg之间。
实施例1
表4.TC01烟丝添加剂组成表
Figure S2008100586987D00071
表5.TC01烟丝添加剂烟气常规指标测定结果
  样品名称   接装纸平均长度(mm)   总粒相物mg   焦油(mg)   抽吸口数(口/支)   一氧化碳量(mg)   一氧化碳降低率
  TC01   30.0   14.8   12.7   7.07   12.5   9.42％
  对照   30.0   16.3   14.5   6.91   13.8
表6.TC01烟丝添加剂感官评吸结果
  样品名称  光泽5   香气32  协调6   杂气12   刺激性20   余味25   合计
  TC01   5   29   5   10   18   22   89
  对照   5   29   5   10.5   18   21.5   89
实施例2
表7.TC02烟丝添加剂组成表
Figure S2008100586987D00081
表8.TC02烟丝添加剂烟气常规指标测定结果
  样品名称   接装纸平均长度(mm)   总粒相物(mg)   焦油(mg)   抽吸口数(口/支)   一氧化碳量(mg)   一氧化碳降低率
  TC02   30.0   15.8   11.7   8.1   11.9   10.53％
  对照   30.0   16.2   12.3   8.0   13.3
表9.TC02烟丝添加剂感官评吸结果
  样品名称   光泽5   香气32   协调6   杂气12   刺激性20   余味25   合计
  TC02   5   28   5   9.5   18.5   21.5   87.5
  对照   5   28   5   10.5   18   21.5   88
实施例3
表10.TC03烟丝添加剂组成表
Figure S2008100586987D00082
表11.TC03烟丝添加剂烟气常规指标测定结果
  样品名称   接装纸平均长度(mm)   总粒相物(mg)   焦油(mg)   抽吸口数(口/支)   一氧化碳量(mg)   一氧化碳降低率
  TC03   30.0   14.4   12.3   7.6   12.3   10.22％
  对照   30.0   14.3   12.0   7.4   13.7
表12.TC03烟丝添加剂感官评吸结果
  样品名称  光泽5   香气32   协调6   杂气12   刺激性20   余味25   合计
  TC03   5   28   5   10   17.5   21.5   87
  对照   5   28   5   10.5   17.5   21.5   87.5
实施例4
表13.TC04烟丝添加剂组成表
Figure S2008100586987D00083
表14.TC04烟丝添加剂烟气常规指标测定结果
  样品名称   接装纸平均长度(mm)   总粒相物(mg)   焦油(mg)   抽吸口数(口/支)   一氧化碳量(mg)   一氧化碳降低率
  TC04   30.0   13.6   11.3   7.9   12.4   8.15％
  对照   30.0   14.6   11.8   7.7   13.5
表15.TC04烟丝添加剂感官评吸结果
  样品名称  光泽5   香气32  协调6   杂气12   刺激性20   余味25   合计
  TC04   5   28.5   5   10.5   17.5   22   88.5
  对照   5   28.5   5   10.5   17.5   22   88.5
实施例5
表16.TC05烟丝添加剂组成表
Figure S2008100586987D00091
表17.TC05烟丝添加剂烟气常规指标测定结果
  样品名称   接装纸平均长度(mm)   总粒相物mg   焦油(mg)   抽吸口数(口/支)   一氧化碳量(mg)   一氧化碳降低率
  TC04   30.0   14.0   11.8   8.2   12.3   9.56％
  对照   30.0   15.7   12.9   8.1   13.6
表18.TC05烟丝添加剂感官评吸结果
  样品名称  光泽5   香气32  协调6   杂气12   刺激性20   余味25   合计
  TC05   5   28   5   10.5   17.5   22   88
  对照   5   28   5   10.5   17.5   22   88
实施例6
表19.TC06烟丝添加剂组成表
Figure S2008100586987D00092
表20.TC06烟丝添加剂烟气常规指标测定结果
  样品名称   接装纸平均长度(mm)   总粒相物mg   焦油(mg)   抽吸口数(口/支)   一氧化碳量(mg)   一氧化碳降低率
  TC06   30.0   15.6   11.8   8.0   13.5   6.90％
  对照   30.0   15.3   12.9   7.8   14.5
表21.TC06烟丝添加剂感官评吸结果
  样品名称   光泽5   香气32   协调6   杂气12   刺激性20   余味25   合计
  TC06   5   28   5   10   17.5   22   87.5
  对照   5   28   5   10   17.5   22   87.5
实施例7
表22.TC07烟丝添加剂组成表
表23.TC07烟丝添加剂烟气常规指标测定结果
  样品名称   接装纸平均长度(mm)   总粒相物mg   焦油(mg)   抽吸口数(口/支)   一氧化碳量(mg)   一氧化碳降低率
  TC07   30.0   13.91   11.8   7.74   12.7   9.29％
  对照   30.0   14.6   12.9   7.09   14.0
表24.TC07烟丝添加剂感官评吸结果
  样品名称  光泽5   香气32   协调6   杂气12   刺激性20   余味25   合计
  TC07   5   28   5   10.5   18   22   88.5
  对照   5   28   5   10.5   18   22   88.5
实施例8
表25.TC08烟丝添加剂组成表
Figure S2008100586987D00102
表26.TC08烟丝添加剂烟气常规指标测定结果
  样品名称   接装纸平均长度(mm)   总粒相物mg   焦油(mg)   抽吸口数(口/支)   一氧化碳量(mg)   一氧化碳降低率
  TC06   30.0   16.6   13.0   8.08   13.0   10.34％
  对照   30.0   17.0   13.5   7.92   14.5
表27.TC08烟丝添加剂感官评吸结果
  样品名称  光泽5   香气32  协调6   杂气12   刺激性20   余味25   合计
  TC08   5   28   5   10   17.5   21.5   87
  对照   5   28   5   10   17.5   21.5   87
实施例9
表28.TC09烟丝添加剂组成表
Figure S2008100586987D00111
表29.TC09烟丝添加剂烟气常规指标测定结果
  样品名称   接装纸平均长度(mm)   总粒相物mg   焦油(mg)   抽吸口数(口/支)   一氧化碳量(mg)   一氧化碳降低率
  TC09   30.0   16.71   12.7   7.31   12.8   9.22％
  对照   30.0   16.99   12.9   7.10   14.1
表30.TC09烟丝添加剂感官评吸结果
  样品名称  光泽5   香气32  协调6   杂气12   刺激性20   余味25   合计
  TC09   5   28.5   5   10   18   22   88.5
对照 5 28.5 5 10.5 18 21.5 88.5
实施例10
表31.TC10烟丝添加剂组成表
Figure S2008100586987D00112
表32.TC10烟丝添加剂烟气常规指标测定结果
  样品名称   接装纸平均长度(mm)   总粒相物mg   焦油(mg)   抽吸口数(口/支)   一氧化碳量(mg)   一氧化碳降低率
  TC09   30.0   13.38   12.4   7.82   13.0   9.09％
  对照   30.0   15.6   13.5   7.63   14.3
表33.TC10烟丝添加剂感官评吸结果
  样品名称  光泽5   香气32  协调6   杂气12   刺激性20   余味25   合计
  TC10   5   28   5   10   18   21.5   87.5
  对照   5   28   5   10   18   21.5   87.5
实施例11
表34.TC11烟丝添加剂组成表
Figure S2008100586987D00121
表35.TC11烟丝添加剂烟气常规指标测定结果
  样品名称   接装纸平均长度(mm)   总粒相物mg   焦油(mg)   抽吸口数(口/支)   一氧化碳量(mg)   一氧化碳降低率
  TC11   30.0   17.8   14.0   9.5   14.1   7.84％
  对照   30.0   18.3   14.2   8.7   15.3
表36.TC11烟丝添加剂感官评吸结果
  样品名称  光泽5   香气32  协调6   杂气12   刺激性20   余味25   合计
  TC11   5   27.5   5   10   17.5   21.5   86.5
  对照   5   27.5   5   10   17.5   21.5   86.5
实施例12
表37.TC12烟丝添加剂组成表
Figure S2008100586987D00122
表38.TC12烟丝添加剂烟气常规指标测定结果
  样品名称   接装纸平均长度(mm)   总粒相物mg   焦油(mg)   抽吸口数(口/支)   一氧化碳量(mg)   一氧化碳降低率
  TC12   30.0   17.5   13.7   9.2   14.3   8.33％
  对照   30.0   18.3   14.2   8.7   15.6
表39.TC12烟丝添加剂感官评吸结果
  样品名称  光泽5   香气32  协调6   杂气12   刺激性20   余味25   合计
  TC12   5   28.5   5   10.5   17.5   21.5   88
  对照   5   28.5   5   10.5   17.5   21.5   88
实施例13
表40.TC13烟丝添加剂组成表
表41.TC13烟丝添加材料的烟气分析实验测定结果
  样品名称   接装纸平均长度(mm)   总粒相物(mg)   焦油(mg)   抽吸口数(口/支)   一氧化碳量(mg)   一氧化碳降低率
  TC13   30.0   17.5   13.9   9.3   13.9   8.55％
  对照   30.0   18.3   14.2   8.7   15.2
表42.TC13烟丝添加剂感官评吸结果
  样品名称  光泽5   香气32  协调6   杂气12   刺激性20   余味25   合计
  TC13   5   28   5   10.5   18   21.5   88
  对照   5   28   5   10.5   18   21.5   88
实施例14
表43.TC14烟丝添加剂组成表
Figure S2008100586987D00132
表44.烟丝添加材料的烟气分析实验测定结果
  样品名称   接装纸平均长度(mm)   总粒相物mg   焦油(mg)   抽吸口数(口/支)   一氧化碳量(mg)   一氧化碳降低率
  TC14   30.0   17.0   14.1   9.7   13.8   8.61％
  对照   30.0   17.3   14.2   8.7   15.1
表45.烟丝添加材料实验样品评吸结果
  样品名称  光泽5   香气32  协调6   杂气12   刺激性20   余味25   合计
  TC14   5   28.5   5   10   17.5   21.5   87.5
  对照   5   28.5   5   10   17.5   21.5   87.5
实施例15
表46.TC16烟丝添加剂组成表
表47.TC16烟丝添加剂烟气分析实验测定结果
  样品名称   接装纸平均长度(mm)   总粒相物mg  抽吸口数(口/支)   一氧化碳量(mg)   一氧化碳降低率
  TC16   30.0   15.85   8.92   13.1   11.49％
  常规助燃剂   30.0   15.96   8.07   14.0   5.41％
  对照   30.0   16.78   8.09   14.8
表48.TC16烟丝添加剂实验样品评吸结果
  样品名称  光泽5   香气32  协调6   杂气12   刺激性20   余味25   合计
  TC16   5   28.5   5   10.5   17.5   22   88.5
  常规助燃剂   5   29   5   10   17   22   88
  对照   5   29   5   10.5   17.5   21.5   88.5
从烟气分析数据可以看出，第一个实验卷烟品牌降低一氧化碳效率在8.15％～10.53％之间；第二个实验卷烟品牌降低一氧化碳效率在8.78％～10.34％之间；第三个实验卷烟品牌降低一氧化碳效率在7.84％～11.49％之间；三个品牌评吸实验数据均表明实验样品与大生产卷烟相比，感官评吸评分变化不大。系统完整的试验数据表明，本发明的技术方案能有效地降低卷烟烟气中的一氧化碳含量，同时不会对感官评吸效果产生大的影响，具有良好的开发应用前景。

Claims (3)

1.一种能降低卷烟烟气中一氧化碳的烟丝添加剂，其特征在于：所述的添加剂为胶体水溶液，其组成的重量百分数为：有机酸钠钾90％～100％，氢氧化铈0％～8.5％和结晶水合物0％～1.5％，其中，所述的有机酸钠钾选自谷氨酸钠、谷氨酸钾、柠檬酸钠、柠檬酸钾中的一种或者两种混合物；结晶水合物选自十二水合硫酸铝钾或水合硫酸钠中的一种。
2.根据权利要求1所述的烟丝添加剂，其特征在于：其组成的重量百分数为谷氨酸钠48％、谷氨酸钾48％，氢氧化铈3％、结晶水合物1％。
3.一种能降低卷烟烟气中一氧化碳的烟丝添加剂的制备方法，该方法采用以下步骤：
(1)制备CeO2纳米水溶胶——称取CeO2，加入50％HNO3和30％H2O2使之溶解，其中，CeO2∶HNO3∶H2O2的重量配比为1∶1∶0.1，配成0.5molL-1Ce(NO3)3溶液，取该溶液加入2mol L-1NH3H2O生成沉淀至完全，离心水洗后向沉淀中加入适量的稀硝酸调节pH值至10，在80℃水浴温度下胶溶，形成淡黄色的透明的Ce(OH)4水溶胶；
(2)用有机酸盐浸渍——取步骤1所得的Ce(OH)4水溶胶5份，加入质量百分含量50％的有机酸盐水溶液60份、加入质量百分含量30％的结晶水合物1份混合均匀，搅拌30分钟时间，即为所需的烟丝添加剂；其中，所述的有机酸盐选自谷氨酸钠、谷氨酸钾、柠檬酸钠、柠檬酸钾中的一种或者两种混合物；结晶水合物选自十二水合硫酸铝钾或水合硫酸钠中的一种。
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