CN102429318B - 一种能够降低烟气中有害物质的烟草薄片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种能够降低烟气中有害物质的烟草薄片的制备方法。它包括以下步骤：(1)、以烟末、烟梗为原料，使用热水或质量百分比为75-95％的乙醇萃取后，浓缩成含固量为20-55％的烟草浓缩液；(2)、在烟草浓缩液中加入质量百分比为0.05-5％的金属氧化物、金属盐或任意比例的混合物；(3)、在烟草浓缩液中加入质量百分比为0.05-8％的无机矿物质吸附材料，得到复合添加剂；(4)、使用涂布的方式将添加了复合添加剂的烟草浓缩液涂布在烟草薄片的基片上。本发明的烟草薄片燃烧时一方面可以催化燃烧时的裂解过程，降低含苯环类物质物质等的产生，另一方面将产生的分子质量较大的粒相物质，尤其含苯环类物质吸附到的添加剂孔状的结构当中，从而达到降低有害物质吸入到口中的目的。
Description
技术领域
本发明属于造纸法烟草薄片生产技术领域，具体地说是一种能够降低烟气中有害物质的烟草薄片的制备方法。
背景技术
现代科学研究表明，卷烟烟气中对人体造成直接危害是：气相中主要有一氧化碳、氮氧化物、挥发性芳香烃、氰化氢、挥发性醛和酮类化合物等；粒相中主要有稠环芳烃、N-亚硝胺、酚类物质、自由基、某些杂环化合物、重金属和放射性物质等。如何有选择性地降低卷烟烟气中的有害物质一直是长期困扰烟草行业的难题。目前，降低卷烟烟气中有害成分一般都是通过降低卷烟的焦油释放量来实现的。为此，无论是国外还是国内，降低卷烟焦油量已成为卷烟行业的一个重要课题。通常降低卷烟焦油释放量的方法有接装滤嘴和应用滤嘴稀释技术，使用高透气度和静燃速度快的卷烟纸、掺用烟草薄片、膨胀烟丝和膨胀梗丝。接装滤嘴可以选择性地降低卷烟烟气中含苯环类物质的含量，降幅可达80％-90％。滤嘴通风稀释技术、高透气度卷烟纸和高透气度成形纸可以有效地降低卷烟烟气中的焦油和一氧化碳。但对于卷烟烟气中的其他有害成分如氮氧化物、稠环芳烃、N-亚硝胺、自由基等物质上述方法均不能有效地选择性消除。一些研究结果表明，卷烟烟气中的稠环芳烃PAHs(苯并[a]芘)、苯酚等具有致癌作用，严重影响着人类的健康。
稠环芳烃(简称PAHs)是烟草在高温缺氧条件下不完全燃烧的产物。各种有机物热解所生成的有机物碎片，经过复杂的聚合过程而形成多种稠环芳烃。烟气中稠环芳烃的种类有百种以上，在卷烟烟气中已鉴别出大约30个有致癌性的稠环芳烃，其中最典型就是3，4-苯并[a]芘，它的致癌性是最高的，其次是二苯并[a，h]葱、苯并[b]荧葱等稠环芳烃。
减少卷烟烟气中稠环芳烃的方法包括选用烟草品种及使用烟梗，造纸法薄片，膨胀烟丝及梗丝改变卷烟烟丝的组成，增加卷烟纸自然孔隙率，加大其透气度及改变滤嘴组成。使用这些方法在焦油、烟碱降低的同时，也使稠环芳烃明显降低。使用分子筛减害是一个很好的途径，分子筛由于具有不同的孔径，所以具有选择性吸附物质的能力。吉林大方经贸有限公司和郑州烟草研究院，研制出了适合于烟草工业应用的新型NaY型分子筛和二元分子筛复合滤棒，研究结果表明，与对照卷烟相比，试验卷烟的降焦幅度达20％以上；苯系物的降低幅度达30％以上，苯并[a]花、三种稠环芳烃总量、邻苯二酚及七种酚类总量均降低27％以上；尤其是烟草特有亚硝胺降低67％以上。具有良好的推广应用前景。中草药添加剂在减害方面也有明显效果，南昌大学发明了一种可降低卷烟烟气中多环芳烃的添加剂(CN98113546.3)，主要由葛根、母丁香、姜黄，补骨脂等原料以海泡石作为助提物，加入乙醇溶液经浸提、回流、过滤、浓缩等制成。该添加剂可在卷烟制丝工艺的加香工序加入，多环芳烃可降低20％-80％，并可降低焦油量。总之，利用现代科技进行卷烟降害研究已经取得了很大进步，开发了许多降焦减害的技术和方法，取得了一定的效果，但这些技术一般都是单项技术或少数技术在小范围内的应用，在卷烟实际应用中降焦减害的整体效果不显著。其中一部分相关的降害技术，在实验室也进行了验证实验，结果发现在保持其它条件不变的情况下，单独采用这些技术其降害效果不明显。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的上述不足，提供一种能够降低烟气中有害物质的烟草薄片的制备方法，它具有很强的吸附性能和优异的催化性能，在卷烟的燃烧过程中能够降低卷烟燃烧温度，减少含苯环类有害物质的产生。
本发明的技术方案是这样实现的：它包括以下步骤：
(1)、以烟末、烟梗为原料，使用热水或质量百分比为75-95％的乙醇萃取后，浓缩成含固量为20-55％的烟草浓缩液；
(2)、在烟草浓缩液中加入质量百分比为0.05-5％的金属氧化物、金属盐或任意比例的混合物；
(3)、在烟草浓缩液中加入质量百分比为0.05-8％的无机矿物质吸附材料，得到复合添加剂；
(4)、使用涂布的方式将添加了复合添加剂的烟草浓缩液涂布在烟草薄片的基片上。
其中所述的金属氧化物为纳米三氧化二铁或氧化锌；所述的金属盐为碳酸钾、酒石酸钾或柠檬酸钾中的一种或几种任意比例的混合物；所述的无机矿物质吸附材料为纳米沸石粉、沸石分子筛、纳米二氧化硅、胶体二氧化硅或膨润土中的一种或几种任意比例的混合物；所述的纳米三氧化二铁的粒径为5-500nm，纳米二氧化硅和纳米沸石粉的粒径为2-1000nm。
本发明较好的技术方案是：包括以下步骤：
(1)、以烟末、烟梗为原料，使用质量百分比为95％的乙醇萃取后，浓缩成含固量为40％的烟草浓缩液；
(2)、在烟草浓缩液中加入质量百分比为0.1％的纳米三氧化二铁和柠檬酸钾按照质量比1∶2的混合物；纳米三氧化二铁的粒径为5-500nm；
(3)、在烟草浓缩液中加入质量百分比为0.2％的纳米二氧化硅和纳米沸石粉按照质量比1∶1的混合物，得到复合添加剂；纳米二氧化硅和纳米沸石粉的粒径为2-1000nm；
(4)、使用涂布的方式将添加了复合添加剂的烟草浓缩液涂布在烟草薄片的基片上。
在此技术方案下能使造纸法烟草薄片卷烟烟气中有害物质大幅降低，并且对卷烟口感没有负面影响。
本发明所用的复合添加剂具有很好的吸附性能和催化性能，并且安全性高。具体性能如下所述：纳米二氧化硅因其粒径很小，比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高、孔隙率高、表面活性中心多，在催化剂和催化剂载体方而具有潜在的应用价值。反应的催化活性高，选择性好，反应中能长时间保持催化活性，最重要的是其安全性高。
沸石则是火山熔岩形成的一种架状结构的铝硅酸盐矿物。其具有独特的吸附性、催化性、离子交换性，离子的选择性、耐酸性、热稳定性、多成份性及很高的生物活性和抗毒性等。沸石孔穴和通道中的阳离子还有较强的选择性离子交换性能可将对动物有害的重金属离子和氰化物除掉。例如4A沸石，5A沸石等。
膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产，蒙脱石结构是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2∶1型晶体结构膨润土其结构式为(Na，Ca)0.33(Al，Mg，Fe)2[(Si，Al)4O10](OH)2·nH2O(蒙脱石)，具有较好的粘结性、吸附性、催化性、触变性、悬浮性以及阳离子交换性。
钾盐对人体而言，钾可以调节细胞内适宜的渗透压和体液的酸碱平衡，参于细胞内糖和蛋白质的代谢。
与现有技术相比较，本发明的方法具有以下优点：
(1)本发明使用的复合添加剂不仅具有优良的催化性能还具有优异的物理吸附性能。例如纳米二氧化硅、沸石粉和膨润土对卷烟烟气中粒相物质具有很强的吸附性能，而纳米三氧化二铁具有优异的催化性能，在卷烟的燃烧过程中能够降低卷烟燃烧温度减少含苯环类有害物质的产生。
(2)使用本发明将复合添加剂直接添加在烟草薄片的涂布液中，相对于将添加剂添加在卷烟滤嘴中其工艺简单，易于操作；纳米二氧化硅、沸石粉、膨润土和纳米三氧化二铁、酒石酸钾等添加剂能全部留着在烟草薄片表面，并且能在烟草薄片表面均匀分布。
(3)本发明的所用纳米二氧化硅、沸石粉和膨润土均为天然矿物质，其几乎不含重金属等物质，纳米三氧化二铁和钾盐在卷烟燃烧时能够催化卷烟的燃烧，其本身不会产生任何负面影响，相对于有机添加剂而言本复合添加剂安全性非常高。
(4)本发明所用的添加剂都属于天然无机矿物质，燃烧后不会产生任何有害物质，因此添加此物质对卷烟吸食质量和感官评吸不会产生任何负面影响。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述：
实施例1：
将500g粒径为20nm的纳米二氧化硅，500g粒径为10nm的纳米三氧化二铁添加到100Kg的造纸法烟草薄片的浓缩液中(浓度为40％)，在搅拌速度为2000rmp的转速下，充分分散均匀后，制备成涂布液。
使用涂布的方式将上述含有复合添加剂的涂布液均匀涂到100Kg造纸法烟草薄片的基片上，经干燥，切片后成造纸法烟草薄片，最后经切丝，卷制成卷烟，测定卷烟烟气中苯酚和3，4-苯并[a]芘物质的含量，研究结果显示，该添加剂能使造纸法烟草薄片卷烟烟气中苯酚和3，4-苯并[a]芘的含量分别降低：苯酚含量降低66.7％，总量从4.1μg/Cigarette降低为1.36μg/Cigarette、3，4-苯并[a]芘含量降低46％，总量从4.5ng/Cigarette降低到2.41ng/Cigarette。添加此复合添加剂能够降低卷烟燃烧时的燃烧温度，同时可以吸附烟气中的粒相物质，从而达到减害的目的。
实施例2：
将500g粒径为20nm的沸石粉，与500g粒径为10nm的纳米三氧化二铁添加到100Kg的造纸法烟草薄片的浓缩液中(浓度为40％)，在搅拌速度为2000rmp的转速下，充分分散均匀后，制备成涂布液。
使用涂布的方式将上述含有复合添加剂的涂布液均匀涂到100Kg造纸法烟草薄片的基片上，经干燥，切片后成造纸法烟草薄片，最后经切丝，卷制成卷烟，测定卷烟烟气中苯酚和3，4-苯并[a]芘的含量，研究结果显示，该添加剂能使造纸法烟草薄片卷烟烟气中苯酚和3，4-苯并[a]芘的含量分别降低：苯酚含量降低55％，总量从4.1μg/Cigarette降低为1.84μg/Cigarette、3，4-苯并[a]芘含量降低36％，总量从4.5ng/Cigarette降低到2.87ng/Cigarette，Co含量降低20％。此添加剂能够吸附卷烟烟气中的粒相物质，并且对卷烟吸味没有负面影响。
实施例3：
将500g粒径为2μm的膨润土，与500g粒径为10nm的纳米三氧化二铁添加到100Kg的造纸法烟草薄片的浓缩液中(浓度为35％)，在搅拌速度为2000rmp的转速下，充分分散均匀后，制备成涂布液。
使用涂布的方式将上述含有复合添加剂的浓缩液均匀涂到100Kg造纸法烟草薄片的基片上，经干燥，切片后成造纸法烟草薄片，最后经切丝，卷制成卷烟，测定卷烟烟气中的苯酚和3，4-苯并[a]芘的含量，研究结果显示，该添加剂能使造纸法烟草薄片卷烟烟气中有害物质分别降低：苯酚含量降低68％，总量从4.1μg/Cigarette降低为1.29μg/Cigarette、3，4-苯并[a]芘含量降低49％，总量从4.5ng/Cigarette降低为2.28ng/Cigarette。此复合添加剂对降低造纸法再造烟叶卷烟烟气中有害物质有利。
实施例4：
将200g粒径为20nm的纳米二氧化硅，与500g粒径为10nm的纳米三氧化二铁添加到6.6Kg的造纸法烟草薄片的浓缩液中(浓度为35％)，在搅拌速度为2000rmp的转速下，充分分散均匀后，制备成涂布液。
使用涂布的方式将上述含有复合添加剂的涂布液均匀涂到100Kg造纸法烟草薄片的基片上，经干燥，切片后成造纸法烟草薄片，最后经切丝，卷制成卷烟，测定卷烟烟气中苯酚和3，4-苯并[a]芘物质的含量，研究结果显示，该添加剂能使造纸法烟草薄片卷烟烟气中苯酚和3，4苯并[a]芘的含量分别降低：苯酚含量降低46.8％，总量从4.1μg/Cigarette降低为1.98μg/Cigarette、3，4-苯并[a]芘含量降低26.7％，总量从4.5ng/Cigarette降低为3.40ng/Cigarette。此添加剂对卷烟吸味没有负面影响，燃烧不会产生有毒物质，安全性较高。
实施例5：
将200g粒径为20nm的纳米二氧化硅，与200g柠檬酸钾添加到100Kg的造纸法烟草薄片的浓缩液中(浓度为40％)，在搅拌速度为2000rmp的转速下，充分分散均匀后，制备成涂布液。
使用涂布的方式将上述含有复合添加剂的涂布液均匀涂到100Kg造纸法烟草薄片的基片上，经干燥，切片后成造纸法烟草薄片，最后经切丝，卷制成卷烟，测定卷烟烟气中苯酚和3，4-苯并[a]芘物质的含量，研究结果显示，该添加剂能使造纸法烟草薄片卷烟烟气中苯酚和3，4苯并[a]芘的含量分别降低：苯酚含量降低31％，总量从4.1μg/Cigarette降低为2.81μg/Cigarette、3，4-苯并[a]芘含量降低17.5％，总量从4.5ng/Cigarette降低为3.71ng/Cigarette。本复合添加剂能够保持卷烟吸味风格。
实施例6：
将500g粒径为20nm的纳米二氧化硅，与500g碳酸钾添加到100Kg的造纸法烟草薄片的浓缩液(浓度为40％)中，在搅拌速度为2000rmp的转速下，充分分散均匀后，制备成涂布液。
使用涂布的方式将上述含有复合添加剂的涂布液均匀涂到100Kg造纸法烟草薄片的基片上，经干燥，切片后成造纸法烟草薄片，最后经切丝，卷制成卷烟，测定卷烟烟气中苯酚和3，4-苯并[a]芘物质的含量，研究结果显示，该添加剂能使造纸法烟草薄片卷烟烟气中有害物质分别降低：苯酚含量降低45％，总量从4.1μg/Cigarette降低为2.24μg/Cigarette、3，4-苯并[a]芘含量降低31％。此添加剂对卷烟口感没有负面影响。
实施例7：
本发明包括以下步骤：
(1)、以烟末、烟梗为原料，使用质量百分比为95％的乙醇萃取后，浓缩成含固量为40％的烟草浓缩液；
(2)、在烟草浓缩液中加入质量百分比为0.1％的纳米三氧化二铁和柠檬酸钾按照质量比1∶2的混合物；纳米三氧化二铁的粒径为50nm；
(3)、在烟草浓缩液中加入质量百分比为0.2％的纳米二氧化硅和纳米沸石粉按照质量比1∶1的混合物，得到复合添加剂；纳米二氧化硅和纳米沸石粉的粒径为2nm；
(4)、使用涂布的方式将添加了复合添加剂的烟草浓缩液涂布在烟草薄片的基片上。
该添加剂能使造纸法烟草薄片卷烟烟气中有害物质分别降低：苯酚含量降低58％，总量从4.1μg/Cigarette降低为1.32μg/Cigarette、3，4-苯并[a]芘含量降低50％，总量从4.5ng/Cigarette降低为2.30ng/Cigarette。
实施例8：
本发明包括以下步骤：
(1)、以烟末、烟梗为原料，使用质量百分比为75％的乙醇萃取后，浓缩成含固量为55％的烟草浓缩液；
(2)、在烟草浓缩液中加入质量百分比为5％的纳米三氧化二铁和酒石酸钾按照质量比1∶2的混合物；纳米三氧化二铁的粒径为50nm；
(3)、在烟草浓缩液中加入质量百分比为8％的纳米二氧化硅和膨润土按照质量比1∶1的混合物，得到复合添加剂；纳米二氧化硅的粒径为1000nm；
(4)、使用涂布的方式将添加了复合添加剂的烟草浓缩液涂布在烟草薄片的基片上。
该添加剂能使造纸法烟草薄片卷烟烟气中有害物质分别降低：苯酚含量降低49％，总量从4.1μg/Cigarette降低为2.24μg/Cigarette、3，4-苯并[a]芘含量降低35％。
实施例9：
本发明包括以下步骤：
(1)、以烟末、烟梗为原料，使用质量百分比为85％的乙醇萃取后，浓缩成含固量为20％的烟草浓缩液；
(2)、在烟草浓缩液中加入质量百分比为0.05％的纳米三氧化二铁和氧化锌按照质量比1∶1的混合物；纳米三氧化二铁的粒径为100nm；
(3)、在烟草浓缩液中加入质量百分比为0.05％的纳米二氧化硅和膨润土按照质量比1∶1的混合物，得到复合添加剂；纳米二氧化硅的粒径为100nm；
(4)、使用涂布的方式将添加了复合添加剂的烟草浓缩液涂布在烟草薄片的基片上。
该添加剂能使造纸法烟草薄片卷烟烟气中有害物质分别降低：苯酚含量降低62％，总量从4.1μg/Cigarette降低为1.25μg/Cigarette、3，4-苯并[a]芘含量降低45％，总量从4.5ng/Cigarette降低为2.40ng/Cigarette。
Claims (1)
1.一种能够降低烟气中有害物质的烟草薄片的制备方法，它包括以下步骤：
（1）、以烟末或烟梗为原料，使用质量百分比为95%的乙醇萃取后，浓缩成含固量为40%的烟草浓缩液；
（2）、在烟草浓缩液中加入质量百分比为0.1%的纳米三氧化二铁和柠檬酸钾按照质量比1：2的混合物；
（3）、在烟草浓缩液中加入质量百分比为0.2%的纳米二氧化硅和纳米沸石粉按照质量比1：1的混合物，得到复合添加剂；纳米二氧化硅和纳米沸石粉的粒径为2-1000nm；
（4）、使用涂布的方式将复合添加剂涂布在烟草薄片的基片上。
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