CN102100405A - 降低卷烟主流烟气中氢氰酸的生物碱复合滤嘴添加材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种选择性降低卷烟主流烟气中氢氰酸释放量的滤嘴添加材料及其制备的方法，其是通过将植物生物碱负载到活性炭纤维上，得到的一种能够有效吸附酸性气体的新材料，该生物碱采用以黄连、黄柏、三颗针、黄天竹中的一种或多种中草药为原料所提取，具有抗菌及抗肿瘤活性，并将其提取的生物碱溶于0.01%～0.1%氢氧化钠溶液中，通过加热搅拌负载于活性炭纤维上，再经水洗、干燥，得到含有碱性基团的改性活性炭纤维材料。将该材料添加于卷烟滤棒中，能够降低卷烟主流烟气中氢氰酸含量25%以上，降低焦油量25%以上，该生物碱添加剂具有高沸点，无气味、食用安全等特点，同时由于选用的活性炭纤维材料对该生物碱附着稳定，对卷烟的感官品质不产生负面影响，从而达到减害降焦的目的。

Description

降低卷烟主流烟气中氢氰酸的生物碱复合滤嘴添加材料
技术领域
本发明属于卷烟材料技术领域，具体涉及一种选择性降低卷烟主流烟气中氢氰酸和焦油释放量的滤嘴添加材料及其制备方法和应用。将该材料应用于卷烟滤嘴中，能够有效降低主流烟气中氢氰酸含量以及焦油含量，同时对卷烟的感官质量不产生负面影响。
背景技术
氢氰酸（HCN）是一种无色伴有苦杏仁味的毒性气体或液体，低沸点、易挥发，常温下以气体形式存在，可通过各种途径经口或鼻吸入使人中毒，对人体阈值仅10ppm，是人的几种呼吸酶中非常活跃的抑制剂，同时可与人体内高铁细胞色素氧化酶结合，生成氰化高铁细胞色素氧化酶而失去传递氧的作用，引起组织缺氧而窒息。卷烟中的氢氰酸主要来自于烟草中硝酸盐和含氮化合物在燃吸过程中生成的氧化分解物，其含量约为30～300μg/支，是卷烟烟气中最具纤毛毒性的物质。因此，研究能够有效降低卷烟主流烟气中氢氰酸释放量的方法对降低卷烟吸食的危害性具有重要意义。
目前，国内外脱除氢氰酸的方法主要有四种：吸收法、吸附法、直接氧化法和催化氧化法。对于卷烟主流烟气中微量氢氰酸的脱除，从实用和经济的角度考虑，吸收法和吸附法较为适宜。吸收法主要采用碱吸收和配合物吸收，由于均采用化学试剂吸收，添加剂具有潜在的吸食安全性问题（如专利文献CN101669678）用氯化三甲胺基乙酰肼或(2-溴乙基)三甲基溴化铵，专利文献CN101524186用过渡金属盐酸盐），吸附法主要采用颗粒活性炭、硅胶和金属氧化物等对氢氰酸吸附，但经生物碱处理的活性炭纤维使用在卷烟滤嘴中同时利用吸收法和吸附法降低卷烟主流烟气中氢氰酸释放量未见报道，并且活性炭纤维因外观类似于醋酸纤维丝束，相对易满足在滤嘴上的使用要求，因此发明了将活性炭纤维改性后制作生物碱复合卷烟滤嘴。
发明内容
本发明提出一种选择性降低卷烟主流烟气中氢氰酸释放量的生物碱复合滤嘴添加材料，目的是以中草药为原料研制出一种能负载到活性炭纤维上的添加剂，将其加入到卷烟滤嘴中，以降低卷烟主流烟气中氢氰酸的释放量以及焦油量，同时对卷烟香气和吸味无不良影响。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的滤嘴添加材料为能够吸附酸性气体、含有碱性基团的活性炭纤维材料。具体说所述滤嘴添加材料是经过以黄连、黄柏、三颗针、黄天竹中的一种或多种中草药为原料提取制得的植物生物碱进行表面负载后，而得到的含有碱性基团的活性炭纤维材料。所述植物生物碱添加量为每支卷烟滤嘴中活性炭纤维重量的0.1%～15%。
本发明的制备方法是：将选取的活性炭纤维通过与植物生物碱进行表面化学改性，先将植物生物碱溶解在0.01%～0.1%的氢氧化钠溶液中，将活性炭纤维浸泡其中，加热至40℃，搅拌1～2小时，过滤、水洗后在60～100℃下烘箱干燥1～2小时，得到负载有生物碱的活性炭纤维材料。
本发明的滤嘴添加材料适宜添加量为每只卷烟滤嘴添加10～30mg，能有效降低主流烟气中氢氰酸含量及焦油量。
其中，活性炭纤维的规格为比表面积900～2000m2/g，选自粘胶基活性炭纤维、聚丙烯腈基活性炭纤维、酚醛基活性炭纤维、沥青基活性炭纤维或聚乙烯醇基活性炭纤维中的一种。
本发明提供的滤嘴添加材料具有以下优点：
1、本发明物为含有季铵碱性基团的活性炭纤维材料，由于活性炭纤维活化生成的空隙中90%以上是微孔，主要分布在活性炭纤维表面，从而为其提供了巨大的表面积，在吸附过程中，由于分子吸附的途径短，分子可以直接进入微孔，对添加的生物碱分子具有快速且稳定的吸附能力，成为植物生物碱添加剂较好的载体。
2、本发明物所添加的生物碱提取原料黄连、黄柏、三颗针、黄天竹均为中国传统的中药材植物，具有抗菌抗肿瘤活性，每支卷烟的用量均符合食用安全性。
3、本发明物能够选择性降低卷烟主流烟气中氢氰酸的含量，有效降低达25%以上。
4、本发明物能够选择性降低卷烟主流烟气中焦油的含量，有效降低达25%以上。
5、本发明物对卷烟的吸味没有负面影响。
具体实施方式
本发明总的制备方法如下：
1、将上述黄连、黄柏、三颗针、黄天竹中的一种或多种中草药按任意比例组合作为植物生物碱的提取原料，采用酸水提取法提取制得生物碱，并将其结晶干燥制成粉末。
2、将生物碱的添加剂用0.01%～0.1%（质量百分比）的氢氧化钠溶液加热至40℃溶解，生物碱的溶解量为预投放活性炭纤维载体重量的0.1%～15%。
3、将活性炭纤维投放在实施方式3制备的40℃溶液中恒温浸泡并搅拌1～2小时，过滤、水洗后在60～100℃下烘箱干燥1～2小时，得到负载有生物碱的活性炭纤维材料。
4、将制得的滤嘴添加材料以10～30mg的量添加到每支卷烟滤嘴中。
5、用前述滤嘴卷接成烟支，可制得具有选择性降低卷烟主流烟气中氢氰酸和焦油量的复合滤嘴卷烟。
实施例1
将规格1（比表面积1250m2/g,）的粘胶基活性炭纤维作为复合滤嘴添加材料使用，负载选用的活性炭纤维重量10%的黄柏生物碱，再用0.01%～0.1%（质量百分比）的氢氧化钠溶液加热至40℃溶解，用规格1活性炭纤维吸附溶液中的生物碱，过滤、干燥，该活性炭纤维材料的添加量为20mg/cig，以不添加任何滤嘴改性材料的卷烟为对照品，按照标准抽吸条件在吸烟机上进行卷烟抽吸试验，并按照标准YC/T 253-2008进行氢氰酸释放量的检测，按照标准GB/T 19609-2004进行焦油量的检测。每个样品平行样两个，结果如表1所示。
表1 材料1降低氢氰酸释放量及焦油量的结果
Figure 164179DEST_PATH_IMAGE002
上述结果表明，本发明材料可以用于复合滤嘴卷烟的生产，可以将卷烟主流烟气中氢氰酸释放量降低26.20%,焦油量降低27.61%。此外，感官评价结果表明，该滤嘴添加材料对卷烟吸食品质无不良影响。
实施例2
    将规格2（比表面积1500m2/g）的粘胶基活性炭纤维作为复合滤嘴添加材料使用，负载选用活性炭纤维重量12%的生物碱，生物碱是以黄连、三颗针、黄柏为提取原料，按3:2:1的比例混合后进行植物生物碱的提取，将提取的生物碱再用0.01%～0.1%（质量百分比）的氢氧化钠溶液加热至40℃溶解，用规格2活性炭纤维吸附溶液中的生物碱，过滤、干燥。用该活性炭纤维材料的添加量为18mg/cig，以不添加任何滤嘴改性材料的卷烟为对照品，按照标准抽吸条件在吸烟机上进行卷烟抽吸试验，并按照标准YC/T 253-2008进行氢氰酸释放量的检测，按照标准GB/T 19609-2004进行焦油量的检测。每个样品平行样两个，结果如表2所示。
表2  材料2降低氢氰酸释放量及焦油量的结果
上述结果表明，本发明材料可以用于复合滤嘴卷烟的生产，可以将卷烟主流烟气中氢氰酸释放量降低25.03%,焦油量降低26.88%。此外，感官评价结果表明，该滤嘴添加材料对卷烟吸食品质无不良影响。
实施例3
   将规格3（比表面积1300m2/g)的聚丙烯腈基活性炭纤维作为复合滤嘴添加材料使用，负载选用活性炭纤维重量5%的植物生物碱，该生物碱是由黄连、三颗针、黄天竹为原料，按3:1:2的比例混合后提取的生物碱，将提取的生物碱用0.01%～0.1%（质量百分比）的氢氧化钠溶液加热至40℃溶解，用规格3活性炭纤维吸附溶液中的生物碱，过滤、干燥。用该活性炭纤维材料的添加量为15mg/cig，以不添加任何滤嘴改性材料的卷烟为对照品，按照标准抽吸条件在吸烟机上进行卷烟抽吸试验，并按照标准YC/T 253-2008进行氢氰酸释放量的检测，按照标准GB/T 19609-2004进行焦油量的检测。每个样品平行样两个，结果如表3所示。
表3  材料3降低氢氰酸释放量及焦油量的结果
以上各例中的植物生物碱都是采用常规的酸水提取法，具体操作为：将选取的生物碱提取原料黄连、黄柏、三颗针、黄天竹中的一种或多种混合后干燥、剪碎、研磨、加入盛有0.5%（V/V）的硫酸水溶液中，加热煮沸5min后，静止浸泡过夜后渗漉、抽滤，渗漉液加食盐饱和，用稀盐酸调pH至1～2，静置后抽滤即析出生物碱的盐酸盐粗品。将粗品加热水至刚好溶解，用NaOH溶液调pH至8.5～9，趁热滤除杂质，用浓盐酸溶液调pH至2，继续冷却至室温以下即有生物碱盐酸盐结晶析出，用冰水洗涤、抽滤，得到生物碱的盐酸盐结晶，将其溶解在氢氧化钠溶液中，调节pH=9，将游离生物碱溶液旋转蒸发，并在50～60℃下烘干，制得植物生物碱粉末。

Claims (4)

1.一种降低卷烟主流烟气中氢氰酸释放量的生物碱复合滤嘴添加材料，其特征在于：所述滤嘴添加材料为能够吸附酸性气体、负载有植物生物碱的活性炭纤维材料；所述负载的植物生物碱是以黄连、黄柏、三颗针或黄天竹中的一种或多种中药为原料提取制得的生物碱，用制得的植物生物碱对活性炭纤维材料进行表面化学改性，得到含有碱性基团的活性炭纤维，所述植物生物碱添加量为每支卷烟滤嘴中活性炭纤维重量的0.1%～15%。
2.根据权利要求1所述的降低卷烟主流烟气中氢氰酸释放量的生物碱复合滤嘴添加材料，其特征在于活性炭纤维的规格为比表面积900～2000m2/g，选自粘胶基活性炭纤维、聚丙烯腈基活性炭纤维、酚醛基活性炭纤维、沥青基活性炭纤维或聚乙烯醇基活性炭纤维中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的降低卷烟主流烟气中氢氰酸释放量的生物碱复合滤嘴添加材料，其特征在于所述负载有植物生物碱的活性炭纤维材料的添加量为10～30mg/支卷烟。
4.一种权利要求1或2所述的生物碱复合滤嘴添加材料的制备，其特征在于其具体方法如下：
 将选取的活性炭纤维通过与植物生物碱进行表面化学改性，先将植物生物碱溶解在0.01%～0.1%的氢氧化钠溶液中，将活性炭纤维浸泡其中，40℃水温下搅拌1～2小时，然后过滤，水洗后在烘箱中60～100℃下恒温干燥1～3小时，得到含有生物碱基团的活性炭纤维。
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