CN102396780A - 一种选择性减害卷烟及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种选择性减害卷烟及其制备方法，所述卷烟燃烧后产生的烟气成分包括苯酚、巴豆醛和CO；其特征在于：用于制备卷烟的烟丝、再造烟叶或梗丝中含有能降低烟气苯酚和巴豆醛含量的表面疏水纳米SiO2粒子，所述表面疏水纳米SiO2粒子占烟丝、再造烟叶或梗丝重量百分比的0.5-10％。所述疏水纳米SiO2粒子是由高温焙烧后的亲水性纳米SiO2粒子经三甲基氯硅烷改性而成。所述选择性减害卷烟可抑制主流烟气中27.2％的苯酚和12.4％的巴豆醛。
Description
技术领域
本发明涉及卷烟制造、加工领域，是一种以选择性降低烟气中苯酚、巴豆醛等有害成分含量而得到的选择性减害卷烟及其制备方法。
背景技术
卷烟烟气组成复杂、含有几千种化合物，其中某些成分对人体健康会造成伤害。纳米材料因具有较大比表面和高吸附活性而引起了烟气减害领域科研工作者的关注。但这些研究大多集中于纳米材料对卷烟烟气中焦油含量的降低，实际上，“降焦”并不等于“减害”，单纯的降焦容易造成焦油中香味成分的流失，降低卷烟抽吸品质。因此，只有选择性降低卷烟烟气中的有害成分含量，才能提高人们吸食卷烟的安全性。据报道，已确认了卷烟烟气中的7种主要有害成分，其中包括苯酚、巴豆醛和CO。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种可选择性抑制烟气中有害成分的减害卷烟及其制备方法。
本发明通过以下实施方式实现：
除非另有说明，本发明所采用的比例均为重量百分比。
一种选择性减害卷烟，所述卷烟燃烧后产生的烟气成分包括苯酚、巴豆醛和CO；其特征在于：用于制备卷烟的烟丝、再造烟叶或梗丝中含有能降低烟气中苯酚和巴豆醛含量的表面疏水纳米SiO2粒子，所述表面疏水纳米SiO2粒子占烟丝、再造烟叶或梗丝重量百分比的0.5-10％。
所述表面疏水纳米SiO2粒子的合成方法是在惰性气体保护下，由高温焙烧后的亲水性SiO2纳米粒子在150℃的环境下由三甲基氯硅烷改性而成，三甲基氯硅烷的用量为亲水性SiO2纳米粒子重量百分比的1-20％。
所述的表面疏水纳米SiO2粒子在非极性溶剂环己烷、正己烷中可稳定分散不沉降，而在极性溶剂水中却快速沉降。
其制备步骤为：
在卷制烟支前，向烟丝、烟叶料液中按比例添加表面疏水纳米SiO2粒子；
或者在造纸法生产再造烟叶时，向浆料或浸涂料中按比例加入表面疏水纳米SiO2粒子；
或者在制梗丝时，向梗丝料中按比例加入表面疏水纳米SiO2粒子；
然后将上述含疏水纳米SiO2粒子的烟丝、再造烟叶或梗丝按照卷烟工序用于卷烟制造。
所述的选择性减害卷烟的制备方法，其特征在于：其制备步骤为：
在卷制卷烟前，利用特定装置向烟丝中按比例喷入表面疏水纳米SiO2粒子，并使表面疏水纳米SiO2粒子和烟丝混合均匀，使表面疏水纳米SiO2粒子与烟丝表面充分接触或掺入到烟丝中，之后再进行烟丝的进一步加工及卷烟的卷制等后道工序。
在卷制卷烟前，向烟叶料液中按比例加入表面疏水纳米SiO2粒子，然后进行充分搅拌，使表面纳米SiO2粒子充分地分散在料液中，再随料液一起喷入烟叶中，之后再进行烟叶的进一步加工及卷烟后道工序。
在造纸法生产再造烟叶时，向烟叶浆料或浸涂料中按比例加入表面疏水纳米SiO2粒子，然后进行充分搅拌，使纳米材料充分地分散在浆料或浸涂料中，再随浆料或浸涂料进入抄造、干燥和碎片再造烟叶的加工工序，最后再将再造烟叶按比例加入烟叶配方中进行卷烟生产。
在制梗丝时，向梗丝料中按比例加入表面疏水纳米SiO2粒子，然后进行充分搅拌，使该粒子充分地分散在梗丝料中，再随梗丝料一起喷入梗丝中，进入膨胀、干燥等梗丝加工工序，最后再将梗丝按一定比例加入烟丝中进行卷烟生产。
本发明的技术方案是基于吸附过程中“相似相吸”原理的应用，纳米SiO2对烟气中有害物质的选择性降低主要是基于吸附作用。由于亲水性纳米SiO2的表面含有大量的硅羟基，当其与烟气相接触时，根据“相似相吸”原理，烟气中的水分子和其它一些极性分子可与其表面硅羟基形成氢键而被优先吸附，从而影响纳米SiO2对弱极性或非极性分子的吸附动力学、吸附容量和吸附选择性，造成其对苯酚、巴豆醛等弱极性分子的选择性吸附能力不强。纳米SiO2的疏水性修饰可以减少其表面硅羟基含量，增加疏水官能团，有助于增强纳米SiO2对苯酚、巴豆醛等弱极性或其它一些非极性有害成分的吸附，降低烟气对人体的危害。
附图说明
图1：改性前后纳米SiO2的TEM图像
具体实施方式
以下实施过程及实施例旨在进一步说明本发明而不应当看做是对本发明的限定。
实施例1
将1Kg亲水性SiO2纳米粒子在500℃下焙烧5h，以增加SiO2纳米粒子表面的Si-OH含量，冷却后置于密闭反应器中，在氮气保护下缓慢加热SiO2纳米粒子至150℃并保持温度恒定，向密闭反应器中通入SiO2纳米粒子重量10％的三甲基氯硅烷，反应6h后停止加热，自然冷却至室温，用乙醇洗涤，然后干燥，所得产物为三甲基氯硅烷改性纳米SiO2粒子，即疏水纳米SiO2粒子。纳米SiO2粒子改性前后的比表面及孔结构数据在下表1中，亲水及疏水纳米SiO2粒子透射电镜图像如图所示。
表1亲水纳米SiO2粒子疏水改性前后微结构数据
称取一定量的疏水纳米SiO2粒子添加到无水乙醇中(SiO2与乙醇的质量比为10％)，搅拌并超声震荡使充分分散。称取一定量的烟丝，按纳米SiO2与烟丝质量比3％的比例量取纳米SiO2乙醇悬浮液，并将其均匀喷洒到烟丝中，调节烟丝水分后，进行卷烟加工的其它工序。疏水纳米SiO2粒子按照此方法添加到烟丝中后对卷烟烟气有害成分的影响见表2所示(为便于数据比较，亲水性纳米SiO2粒子也按同样方法添加到另一组卷烟中用于对比)。
上表结果说明，烟丝中添加疏水性SiO2和亲水性SiO2后，焦油和烟碱含量的变化都不大。添加疏水性纳米SiO2的烟支烟气中CO的含量降低6.4％，而添加亲水性纳米SiO2的却升高6.5％，这说明纳米SiO2的亲水特性可能对烟丝有阻燃作用。与对照样相比，添加疏水SiO2纳米粒子卷烟的巴豆醛和苯酚含量明显降低，其中苯酚降低27.2％，巴豆醛降低12.4％。与之相反，添加亲水性SiO2纳米粒子卷烟烟气中的巴豆醛和苯酚含量不但没有降低，反而却有不同程度的上升。以上结果说明SiO2纳米粒子的表面性能对其减害性能影响很大，表面疏水性对于SiO2纳米粒子的选择性减害具有重要作用。
实施例2
在卷烟之前，将实施例1制得的疏水纳米SiO2粒子以烟叶重量1.0％的比例添加到烟用料液中，并搅拌均匀，随料液一起添加到烟叶中，然后进行卷烟加工的其它工序。
实施例3
在造纸法生产再造烟叶时，将实施例1制得的疏水纳米SiO2粒子以烟叶重量2.0％的比例加入到浆料或浸涂料中，然后进行充分搅拌，使纳米材料充分地分散在浆料或浸涂料中，再随浆料或浸涂料进入抄造、干燥、碎片等再造烟叶的加工工序，最后再将再造烟叶按比例加入烟叶配方中进行卷烟生产。
实施例4
所述选择性减害卷烟的制备方法，其特征在于：在制梗丝时，将实施例1制得的疏水纳米SiO2粒子以梗丝重量百分比1.0％的比例加入到梗丝料中，然后进行充分搅拌，使纳米材料充分地分散在梗丝料中，再随梗丝料一起喷入梗丝中，进入膨胀、干燥等梗丝加工工序，最后再将梗丝按一定比例加入烟丝中进行卷烟生产。
Claims (8)
1.一种选择性减害卷烟，所述卷烟燃烧后产生的烟气成分包括苯酚、巴豆醛和CO；其特征在于：用于制备卷烟的烟丝、再造烟叶或梗丝中含有能降低烟气中苯酚和巴豆醛含量的表面疏水纳米SiO2粒子，所述表面疏水纳米SiO2粒子占烟丝、再造烟叶或梗丝重量百分比的0.5-10％。
2.根据权利要求1所述的选择性减害卷烟，其特征在于：所述表面疏水纳米SiO2粒子的合成方法是在惰性气体保护下，由高温焙烧后的亲水性SiO2纳米粒子在150℃的环境下由三甲基氯硅烷改性而成，三甲基氯硅烷的用量为亲水性SiO2纳米粒子重量百分比的1-20％。
3.根据权利要求1所述选择性减害卷烟，其特征在于：所述的表面疏水纳米SiO2粒子在非极性溶剂环己烷、正己烷中可稳定分散不沉降，而在极性溶剂水中却快速沉降。
4.一种选择性减害卷烟的制备方法，其特征在于：其制备步骤为：
在卷制烟支前，向烟丝、烟叶料液中按比例添加表面疏水纳米SiO2粒子；或者在造纸法生产再造烟叶时，向浆料或浸涂料中按比例加入表面疏水纳米SiO2粒子；
或者在制梗丝时，向梗丝料中按比例加入表面疏水纳米SiO2粒子；
然后将上述含疏水纳米SiO2粒子的烟丝、再造烟叶或梗丝按照卷烟工序用于卷烟制造。
5.根据权利要求4所述的选择性减害卷烟的制备方法，其特征在于：其制备步骤为：
在卷制卷烟前，利用特定装置向烟丝中按比例喷入表面疏水纳米SiO2粒子，并使表面疏水纳米SiO2粒子和烟丝混合均匀，使表面疏水纳米SiO2粒子与烟丝表面充分接触或掺入到烟丝中，之后再进行烟丝的进一步加工及卷烟的卷制等后道工序。
6.根据权利要求4所述选择性减害卷烟的制备方法，其特征在于：在卷制卷烟前，向烟叶料液中按比例加入表面疏水纳米SiO2粒子，然后进行充分搅拌，使表面纳米SiO2粒子充分地分散在料液中，再随料液一起喷入烟叶中，之后再进行烟叶的进一步加工及卷烟后道工序。
7.根据权利要求4所述选择性减害卷烟的制备方法，其特征在于：在造纸法生产再造烟叶时，向烟叶浆料或浸涂料中按比例加入表面疏水纳米SiO2粒子，然后进行充分搅拌，使纳米材料充分地分散在浆料或浸涂料中，再随浆料或浸涂料进入抄造、干燥和碎片再造烟叶的加工工序，最后再将再造烟叶按比例加入烟叶配方中进行卷烟生产。
8.根据权利要求4所述选择性减害卷烟的制备方法，其特征在于：在制梗丝时，向梗丝料中按比例加入表面疏水纳米SiO2粒子，然后进行充分搅拌，使该粒子充分地分散在梗丝料中，再随梗丝料一起喷入梗丝中，进入膨胀、干燥梗丝加工工序，最后再将梗丝按一定比例加入烟丝中进行卷烟生产。
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