CN102273730A - 一种降低卷烟主流烟气中氢氰酸的吸附剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低卷烟主流烟气中氢氰酸的吸附剂及其制备方法，所述吸附剂为掺杂氧化铝、氧化镁/氧化钙、氧化铜的多孔二氧化硅复合材料，所述吸附剂中SiO₂∶Al₂O₃∶MgO/CaO∶CuO的摩尔比为2∶0.5∶0.1∶X，其中X占总量的质量百分比为0～15％。本发明吸附剂具有常温下可显著选择性降低卷烟主流烟气中氢氰酸(HCN)含量的特点，降低率可达约68.6％，选择性降低可达10-35％。

Description

一种降低卷烟主流烟气中氢氰酸的吸附剂及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种降低卷烟主流烟气中氢氰酸的吸附剂及其制备方法。

背景技术：

氢氰酸是烟气中一种主要的有害物质。在香烟烟气中氢氰酸含量约为30-300μg/支，是卷烟烟气中最具纤毛毒性的物质。氢氰酸可诱发多种病症如：心脑血管疾病、呼吸道和消化道疾病等。它的毒理主要是导致高铁型细胞色素氧化酶失活，导致输氧困难，最终导致人体组织缺氧中毒。提高吸食卷烟的安全性、降低卷烟中的氢氰酸是当前烟草科技研究的一个重要方向，也是维护烟民健康的重要保证。

目前，处理气相中的氢氰酸比较困难，采用的方法一般有：物理吸附、化学催化氧化等方法。催化氧化的方法有两个最大的缺点：一是要求较高的温度(如专利CN1416950A和CN1462652A，催化温度要求250-450℃)，这对卷烟来说是个没有办法是实现的工艺，而且有可能生成有害的气态产物；一是使用贵金属制作成本过高(如专利CN1583257采用了纳米金，而且制作过程复杂)，增加卷烟企业产品的成本负担。而简单的物理吸附最大的缺点是没有较好的选择性，降害效果不明显、甚至影响卷烟的吸食风味。

在吸附法脱除氢氰酸的研究中，国内外对活性炭的研究比较深入。但是活性炭作为卷烟嘴棒的添加剂，在中式卷烟中的应用主要存在两个问题，一是活性炭在对烟气气相组分有效过滤的同时，给烟气带来的碳味使吸食者产生不舒服的感觉；其次，活性炭在嘴棒加工制作过程中容易造成环境污染，有时会污染工作环境和其它辅料。对吸附材料改性是一种可行方法，CN101336752是在纤维基材内直接添加或吸附碱性物质，对氢氰酸的脱除不具有选择性。而在多孔材料中加入有机胺碱性吸附剂的方法，有可能使有机物挥发而进入烟气从而影响健康。因此，其它新型吸附材料的开发成为卷烟选择性降害的重要研究方向。为了提供一种适合于烟草工业应用的吸附剂，用于降低卷烟主流烟气中的氢氰酸量。申请人开发出新型多孔无机氧化物复合材料对氢氰酸有较好的吸附去除效果。

发明内容：

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种降低卷烟主流烟气中氢氰酸的吸附剂及其制备方法，本发明吸附剂的制备方法简单，操作方便，成本低。吸附剂具有常温下可显著选择性降低卷烟主流烟气中氢氰酸(HCN)含量的特点，降低率可达约68.6％，选择性降低可达10-35％。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种降低卷烟主流烟气中氢氰酸的吸附剂，所述吸附剂为掺杂氧化铝、氧化镁/氧化钙、氧化铜的多孔二氧化硅复合材料，所述吸附剂中SiO₂∶Al₂O₃∶MgO/CaO∶CuO的摩尔比为2∶0.5∶0.1∶X，其中X占总量的质量百分比为0～15％。所述吸附剂介孔孔径为3-5nm、比表面积为不小于300m²/g、粒度为20-200目。

吸附剂的制备方法，按以下步骤进行：按照下列通式组成SiO₂∶Al₂O₃∶MgO/CaO∶CuO的摩尔比为2∶0.5∶0.1∶X，其中负载CuO占总量的质量百分比为0～15wt％，称取24g分子量为600的聚乙二醇溶解于50ml乙醇中，缓慢加入50ml的正硅酸乙酯，形成溶液A；

根据固体组成的摩尔比SiO₂∶Al₂O₃∶MgO/CaO∶CuO＝2∶0.5∶0.1∶X，称取相应质量的镁、铝、铜的无机盐溶解于蒸馏水中形成溶液B，其中41g硝酸铝、2.56g硝酸镁、3.38g硝酸铜，然后将A、B两种溶液混合搅拌2h后，在60℃条件静置凝胶，干燥后在300-600摄氏度环境下焙烧2-6小时，冷却至室温后粉碎至20-200目。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明吸附剂具有常温下可显著选择性降低卷烟主流烟气中氢氰酸(HCN)含量的特点，降低率可达约68.6％，选择性降低可达10-35％。制备方法简单，操作方便，成本低。

以下通过具体实施方式，对本发明作进一步说明。

具体实施方式：

实施例1：分别称取24g分子量为600的聚乙二醇(PEG)溶解于50ml乙醇中，缓慢加入50ml正硅酸乙酯(TEOS)，形成溶液A，溶液A能生成SiO₂ 13.4g，根据固体组成的摩尔比SiO₂∶Al₂O₃∶MgO/CaO∶CuO＝2∶0.5∶0.1∶X，复合物中CuO的质量百分比为5％分别称取相应质量的硝酸盐溶解于40ml蒸馏水中，具体的量为：41g硝酸铝(Al(NO₃)₃·9H₂O)，2.56g硝酸镁(Mg(NO₃)₂·6H₂O)和3.38g硝酸铜(Cu(NO₃)₂·3H₂O)形成溶液B，完全溶解后将以上两种溶液混合，搅拌2h后，放入60℃烘箱中一天后形成凝胶，100℃干燥后在550℃焙烧4小时，冷却至室温后粉碎至80目备用。上述催化剂经氮气吸附脱附分析，结果见表l。

表1.制备样品的结构参数

将上述制备的30mg吸附剂1，制成二元复合滤棒，卷接成卷烟，在Borgwaldt RM-200全自动转盘式吸烟机抽吸(抽吸容量35ml/min)，用1M的氢氧化钠溶液收集主流烟气中的氢氰酸(HCN)释放量，用流动分析仪检测收集液氢氰酸(HCN)的含量，与未添加催化剂的卷烟进行对照，结果表明，与对照卷烟相比，本发明所制备的吸附剂可使主流烟气中氢氰酸(HCN)含量下降68.57％.结果见表2。

表2.试验卷烟的检测结果

实施例2：分别称取24g分子量为600的聚乙二醇(PEG)溶解于50ml乙醇中，缓慢加入50ml正硅酸乙酯(TEOS)，形成溶液A；根据固体组成的摩尔比SiO₂∶Al₂O₃∶MgO/CaO∶CuO＝2∶0.5∶0.1∶X，复合物中CuO的质量百分比为5％，分别称取相应质量的硝酸盐溶解于40ml蒸馏水中，具体的量为：41g硝酸铝(Al(NO₃)₃·9H₂O)，2.56g硝酸镁(Mg(NO₃)₂·6H₂O)和3.38g硝酸铜(Cu(NO₃)₂·3H₂O)形成溶液B，完全溶解后将A、B两种溶液混合，搅拌2h后，放入60℃烘箱中一天后形成凝胶，100℃干燥后在550℃焙烧4小时，冷却至室温后粉碎至80目备用。上述催化剂经氮气吸附脱附分析，结果见表3。

表3.制备样品的结构参数

将上述制备的30mg吸附剂2，制成二元复合滤棒，卷接成卷烟，在Borgwaldt RM-200全自动转盘式吸烟机抽吸(抽吸容量35ml/min)，用1M的氢氧化钠溶液收集主流烟气中的氢氰酸(HCN)释放量，用流动分析仪检测收集液氢氰酸(HCN)的含量，与未添加催化剂的卷烟进行对照，结果表明，与对照卷烟相比，本发明所制备的吸附剂可使主流烟气中氢氰酸(HCN)含量下降61.56％.结果见表4.

表4.试验卷烟的检测结果

实施例3：分别称取24g分子量为600的聚乙二醇(PEG)溶解于50ml乙醇中，缓慢加入50ml正硅酸乙酯(TEOS)，形成溶液A；根据固体组成的摩尔比SiO₂∶Al₂O₃∶MgO/CaO＝2∶0.5∶0.1，分别称取相应质量的硝酸盐溶解于40ml蒸馏水中，具体的量为：41g硝酸铝(Al(NO₃)₃·9H₂O)，2.56g硝酸镁(Mg(NO₃)₂·6H₂O)和3.38g硝酸铜(Cu(NO₃)₂·3H₂O)，形成溶液B，完全溶解后将以上两种溶液混合，搅拌2h后，放入60℃烘箱中一天后形成凝胶，100℃干燥后在550℃焙烧4小时，冷却至室温后粉碎至80目备用。上述催化剂经氮气吸附脱附分析，结果见表5。

表5.制备样品的结构参数

将上述所制备的30mg吸附剂3，制成二元复合滤棒，卷接成卷烟，在Borgwaldt RM-200全自动转盘式吸烟机抽吸(抽吸容量35ml/min)，用1M的氢氧化钠溶液收集主流烟气中的氢氰酸(HCN)释放量，用流动分析仪检测收集液氢氰酸(HCN)的含量，与未添加催化剂的卷烟进行对照，结果表明，与对照卷烟相比，本发明所制备的吸附剂可使主流烟气中氢氰酸(HCN)含量下降61.56％.结果见表6.

表6.试验卷烟的检测结果

Claims (5)

1.一种降低卷烟主流烟气中氢氰酸的吸附剂，其特征在于所述吸附剂为掺杂氧化铝、氧化镁/氧化钙、氧化铜的多孔二氧化硅复合材料，所述吸附剂中SiO₂∶Al₂O₃∶MgO/CaO∶CuO的摩尔比为2∶0.5∶0.1∶X，其中X占总量的质量百分比为0～15％。

2.根据权利要求1所述的一种降低卷烟主流烟气中氢氰酸的吸附剂，其特征在于，所述吸附剂介孔孔径为3-5nm。

3.根据权利要求1所述的一种降低卷烟主流烟气中氢氰酸的吸附剂，其特征在于，所述吸附剂比表面积为不小于300m²/g。

4.根据权利要求1所述的一种降低卷烟主流烟气中氢氰酸的吸附剂，其特征在于，所述吸附剂粒度为20-200目。

5.根据权利要求1所述的一种降低卷烟主流烟气中氢氰酸的吸附剂的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：按照下列通式组成SiO₂∶Al₂O₃∶MgO/CaO∶CuO的摩尔比为2∶0.5∶0.1∶X，其中负载CuO占总量的质量百分比为0～15wt％，称取24g分子量为600的聚乙二醇溶解于50ml乙醇中，缓慢加入50ml的正硅酸乙酯，形成溶液A；

根据固体组成的摩尔比SiO₂∶Al₂O₃∶MgO/CaO∶CuO＝2∶0.5∶0.1∶X，称取相应质量的镁、铝、铜的无机盐溶解于蒸馏水中形成溶液B，其中41g硝酸铝、2.56g硝酸镁、3.38g硝酸铜，然后将A、B两种溶液混合搅拌2h后，在60℃条件静置凝胶，干燥后在300-600摄氏度环境下焙烧2-6小时，冷却至室温后粉碎至20-200目。