CN102715655B

CN102715655B - 一种能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛成分的烟用滤棒

Info

Publication number: CN102715655B
Application number: CN201110241462.9A
Authority: CN
Inventors: 冯守爱; 黄泰松; 邹克兴; 白家峰; 陈志燕; 许蔼飞; 孟冬玲; 范忠
Original assignee: China Tobacco Guangxi Industrial Co Ltd
Current assignee: China Tobacco Guangxi Industrial Co Ltd
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: CN102715655A

Abstract

本发明公开了一种能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量的烟用滤棒，其特征在于：所述烟用滤棒是在普通醋纤滤棒中添加了能降低烟气中苯酚和巴豆醛含量的复合纳米SiO₂粒子，所述添加的复合纳米SiO₂粒子为具有丰富微孔结构的纳米SiO₂粒子和表面疏水性的纳米SiO₂粒子；纳米SiO₂粒子占醋纤滤棒重量的0.2-1％；所述滤棒是单独使用或与普通醋纤滤棒相接而成二元复合滤棒。本发明还提供了前述烟用滤棒的制备方法，针对烟气有害成分苯酚、巴豆醛分子尺寸小、极性弱的特点，采用微孔-疏水纳米SiO₂粒子复合技术提高纳米材料对苯酚、巴豆醛的吸附容量和吸附选择性，是降低烟气对人体损害的有效方法。

Description

一种能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛成分的烟用滤棒

技术领域

本发明涉及卷烟材料制造、加工领域，是一种以选择性降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量而得到的选择性减害滤棒及其制备方法。

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引起了烟气减害领域科研工作者的极大关注。在卷烟嘴棒中添加纳米材料是烟气减害研究的前沿方向。张悠金等将纳米SiO₂、TiO₂、Al₂O₃等加入到卷烟滤嘴中，结果表明可以降低卷烟烟气中的焦油含量。史超等将纳米SiO_2-XSe、Al₂O₃、TiO₂等的混合物加入到卷烟滤嘴中，发现可以降低烟气中焦油的含量。曹建华等将纳米二氧化硅(SiOx)添加到滤嘴的醋纤丝束上，从而增加过滤嘴棒丝束纤维的表面积，提高滤嘴的过滤效率，结果表明可以明显降低焦油含量。贾志杰等比较了添加碳纳米管、活性炭、NaCl、MgSO₄以及Al(OH)₃的卷烟过滤嘴对烟气中总粒相物的去除效果，结果表明碳纳米管对焦油的去除能力优于其它材料。谢笑天等通过在滤嘴丝束上附着纳米过滤吸附材料，使过滤嘴香烟的烟气焦油量降低最高可达4.4mg/支。何智慧等报道纳米材料手工添加到卷烟滤嘴中降低烟气中苯并芘含量。聂聪、吕功煊等报道纳米贵金属担载到醋纤丝束上降低烟气中CO。

前人研究大多停留在纳米材料对卷烟烟气中焦油含量的降低，关于纳米材料选择性降低烟气中有害成分的报道较少，特别是关于选择性降低烟气中苯酚、巴豆醛含量的研究尚未见公开报道。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，才是提高人们吸食卷烟安全性的最佳途径。目前，研究已确认烟气中对人体危害最大的七种有害成分，其中包括苯酚和巴豆醛。苯酚对皮肤、粘膜有强烈的腐蚀作用，也可抑制中枢神经系统或损害肝、肾功能。巴豆醛有窒息性刺激气味，可通过与哺乳动物细胞DNA反应形成加合物而致癌、致突变。长期接触巴豆醛，易导致人体肺部疾病。

因此，研制能够选择性降低烟气中苯酚、巴豆醛等有害成分、并能以工业化应用的方式添加到嘴棒中的纳米材料是一项有意义的工作。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量的烟用滤棒及其制备方法。

本发明通过以下实施方式实现。

除非另有说明，本发明所采用的百分数均为重量百分数。

一种能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量的烟用滤棒，其特征在于：所述烟用滤棒是在普通醋纤滤棒中添加了能降低烟气中苯酚和巴豆醛含量的复合纳米SiO₂粒子，所述添加的复合纳米SiO₂粒子为具有丰富微孔结构的纳米SiO₂粒子和表面疏水性的纳米SiO₂粒子；纳米SiO₂粒子占醋纤滤棒重量的O.2-1％；所述滤棒是单独使用或与普通醋纤滤棒相接而成二元复合滤棒。

所述二元复合滤棒由含纳米SiO₂粒子的醋纤滤棒与普通醋纤烟用滤棒按长度比例2～1∶1～2相接而成。

所述的具有丰富微孔结构的纳米SiO₂粒子和表面疏水纳米SiO₂粒子的重量比例为1∶5～5∶1。

所述的具有丰富微孔结构的纳米SiO₂粒子比表面在500-1000m²/g之间。

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。

所述的表面疏水纳米SiO₂粒子是由400-600℃高温焙烧过的亲水性SiO₂纳米粒子，在惰性气体保护下，于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纳米粒子重量的1-20％。

在醋纤烟用滤棒的醋纤丝束中添加了能降低烟气中苯酚和巴豆醛含量的复合纳米SiO₂粒子，所述复合纳米SiO₂粒子是在滤棒成型时通过滤棒用增塑剂三醋酸甘油酯携带进入醋纤丝束中，该复合纳米SiO₂粒子首先稳定分散在增塑剂三醋酸甘油酯中，三个月之内保持不沉降。

所述复合纳米SiO₂粒子稳定分散在增塑剂三醋酸甘油酯中的步骤为先将复合纳米SiO₂粒子按重量比4％-12％的比例添加到三醋酸甘油酯中，然后加入一定量的分散稳定剂，并高速搅拌1小时以上。

所述分散稳定剂包括去离子水、无水乙醇、丙二醇中的一种或几种的混合物，分散稳定剂与三醋酸甘油酯的比例为0.1∶100-1∶100。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明针对烟气有害成分苯酚、巴豆醛分子尺寸小、极性弱的特点，采用微孔-疏水纳米SiO₂粒子复合技术提高纳米材料对苯酚、巴豆醛的吸附容量和吸附选择性，是解决烟气减害的有效方法。

说明书附图

图1是改性前后纳米SiO₂的透射电镜图像；

图2是微孔纳米SiO₂的透射电镜图像。

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

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。冷却后将其置于密闭反应器中，然后在氮气保护下缓慢加热至150℃并保持温度恒定。向密闭容器中通入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1所示。

表1亲水纳米SiO₂粒子疏水改性前后微结构参数

疏水纳米SiO₂粒子和比表面约640m²/g的微孔结构纳米SiO₂粒子按1∶1的比例混合均匀得复合纳米SiO₂粒子，然后以8％的比例添加到三醋酸甘油酯中，并按三醋酸甘油酯重量的0.1％加入分散稳定剂去离子水，超声处理1h，高速搅拌1h，得到分散稳定的纳米SiO₂粒子-三醋酸甘油酯悬浮液。微孔结构纳米SiO₂粒子透射电镜图像如图2所示，微孔结构纳米SiO₂粒子的微结构参数如表2所示。

表2微孔结构纳米SiO₂粒子的微结构参数

利用所述纳米SiO₂粒子-三醋酸甘油酯悬浮液作为醋纤嘴棒生产过程中的增塑剂，使得复合纳米SiO₂粒子在醋纤嘴棒成型过程中带入醋纤丝束中，形成添加纳米SiO₂的醋纤嘴棒，并利用该嘴棒在卷烟生产车间进行卷烟加工。纳米SiO₂粒子按照此方法添加到卷烟滤嘴后对卷烟烟气三项指标及有害成分苯酚、巴豆醛含量的影响见表3所示。为了便于对比，亲水性纳米SiO₂、疏水性纳米SiO₂以及微孔纳米SiO₂也分别按照同样方法添加到嘴棒中(与三醋酸甘油酯的重量比均为8％)，并进行卷烟和烟气三项指标及有害成分含量的检测，结果见表3。

表3不同纳米SiO₂粒子对卷烟烟气三项指标及有害成分的影响

从上表可以看出，嘴棒中添加亲水性SiO₂、疏水性SiO₂、微孔纳米SiO₂以及微孔/疏水纳米SiO₂粒子后，烟气三项指标焦油、烟碱以及CO含量的变化都不大。亲水性纳米SiO₂对烟气中的苯酚和巴豆醛无选择性吸附效果；疏水性纳米SiO₂可选择性吸附8.4％的巴豆醛和13.1％的苯酚；微孔纳米SiO₂对巴豆醛没有吸附作用，但可选择性吸附7.8％的苯酚；效果最明显的是微孔/疏水纳米SiO₂，可选择性吸附10.3％的巴豆醛和20.1％的苯酚。结果说明SiO₂纳米粒子的表面性能和孔结构对于SiO₂纳米粒子的选择性减害具有重要作用，疏水表面和微孔结构相复合可有效提高纳米SiO₂的选择性减害性能。

实施例2

利用实施例1所制含纳米SiO₂粒子的醋纤嘴棒与普通醋纤复合嘴棒以1∶1的长度比例制成120mm一切四复合嘴棒(即每30mm复合嘴棒中含15mm普通醋纤嘴棒和15mm含纳米SiO₂粒子的醋纤嘴棒)，并利用该嘴棒在卷烟生产车间进行卷烟加工。

本发明的技术方案是基于对吸附过程中择形理论以及“相似相吸”原理的应用。根据择形理论，吸附剂中与吸附质分子大小相近的孔道更容易捕获吸附质分子，烟气中有害成分巴豆醛和苯酚都是大小在1nm以下的分子，所以选择具有丰富微孔结构(孔径≤2nm)的吸附剂对巴豆醛以及苯酚的选择性降低可起到重要作用。但对于有效的吸附过程，除了吸附剂的孔结构之外，还应考虑吸附剂的表面性质。本发明中所提到的纳米SiO₂，其表面通常含有大量的硅羟基，当与烟气相接触时，根据“相似相吸”原理，烟气中的水分子和其它一些强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。对纳米粒子进行疏水性修饰，有望改善其对弱极性或非极性分子的吸附性能。本发明针对烟气有害成分苯酚、巴豆醛分子尺寸小、极性弱的特点，采用微孔-疏水纳米SiO₂粒子复合技术提高纳米材料对苯酚、巴豆醛的吸附容量和吸附选择性，是解决烟气减害的有效方法。

Claims

1.一种能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量的烟用滤棒，其特征在于：所述烟用滤棒是在普通醋纤滤棒中添加了能降低烟气中苯酚和巴豆醛含量的复合纳米SiO₂粒子，所述添加的复合纳米SiO₂粒子为具有丰富微孔结构的纳米SiO₂粒子和表面疏水的纳米SiO₂粒子；纳米SiO₂粒子占醋纤滤棒重量的0.2-1%；所述滤棒是单独使用或与普通醋纤滤棒相接而成二元复合滤棒。

2.根据权利要求1所述的能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量的烟用滤棒,其特征在于：所述二元复合滤棒由含纳米SiO₂粒子的醋纤滤棒与普通醋纤烟用滤棒按长度比例2～1:1～2相接而成。

3.根据权利要求1或2所述的能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量的烟用滤棒，其特征在于：所述的具有丰富微孔结构的纳米SiO₂粒子和表面疏水的纳米SiO₂粒子的重量比例为1:5～5:1。

4.根据权利要求3所述能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量的烟用滤棒，其特征在于：所述的具有丰富微孔结构的纳米SiO₂粒子比表面在500-1000m²/g之间。

5.根据权利要求3所述的能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量的烟用滤棒，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。

6.根据权利要求3所述的能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量的烟用滤棒，其特征在于：所述的表面疏水纳米SiO₂粒子是由400-600℃高温焙烧过的亲水性SiO₂纳米粒子，在惰性气体保护下，于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纳米粒子重量的1-20%。

7.根据权利要求1所述的能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量的烟用滤棒的制备方法,其特征在于：在醋纤烟用滤棒的醋纤丝束中添加了能降低烟气中苯酚和巴豆醛含量的复合纳米SiO₂粒子，所述复合纳米SiO₂粒子是在滤棒成型时通过滤棒用增塑剂三醋酸甘油酯携带进入醋纤丝束中，该复合纳米SiO₂粒子首先稳定分散在增塑剂三醋酸甘油酯中，三个月之内保持不沉降。

8.根据权利要求7所述的能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量的烟用滤棒的制备方法，其特征在于：所述复合纳米SiO₂粒子稳定分散在增塑剂三醋酸甘油酯中的步骤为先将复合纳米SiO₂粒子按重量比4%-12%的比例添加到三醋酸甘油酯中，然后加入一定量的分散稳定剂，并高速搅拌1小时以上。

9.根据权利要求8所述的能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量的烟用滤棒的制备方法，其特征在于：所述分散稳定剂包括去离子水、无水乙醇、丙二醇中的一种或几种的混合物，分散稳定剂与三醋酸甘油酯的比例为0.1:100-1:100。