CN103462220B

CN103462220B - 一种含超长TiO2水合物纳米管、TiO2纳米粉和活性炭纤维的卷烟过滤嘴

Info

Publication number: CN103462220B
Application number: CN201310209343.4A
Authority: CN
Inventors: 叶冲; 刘剑; 赵杨; 白兴; 曾池; 韩伟; 万强; 金晶; 邹西梅
Original assignee: China Tobacco Guizhou Industrial Co Ltd
Current assignee: China Tobacco Guizhou Industrial Co Ltd
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2013-05-30
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2033-05-30
Also published as: CN103462220A

Abstract

本发明涉及卷烟过滤嘴领域，具体涉及一种含TiO₂水合物纳米管、TiO₂纳米粉和活性炭纤维的卷烟过滤嘴。本发明的卷烟过滤嘴含有吸附过滤层，所述吸附过滤层由醋酸纤维、TiO₂水合物纳米管、TiO₂纳米粉和活性炭纤维组成。本发明创造性的利用了TiO₂水合物纳米管和TiO₂纳米粉的强吸附氨的能力，以及活性炭纤维对焦油和CO的吸附，并且超长TiO₂纳米管和活性炭纤维能够与醋酸纤维牢固交织混合，共同解决了现有技术对卷烟主流烟气中的多种成分降解不明显及吸附剂不易与醋酸纤维交织混合的缺陷。

Description

一种含超长TiO2水合物纳米管、TiO2纳米粉和活性炭纤维的卷烟过滤嘴

技术领域

本发明涉及卷烟过滤嘴领域，具体涉及一种含超长TiO₂水合物纳米管、TiO₂纳米粉和活性炭纤维的卷烟过滤嘴及其用途。

背景技术

公开号CN1302570A公开了一种新型除毒卷烟过滤嘴及其生产方法。其特点是在现有过滤嘴过滤层的基础上，加入一层活性炭与氢氧化钙混合而成的吸附吸收层，使吸附吸收层紧贴过滤层。

公开号CN1383764A公开了一种制备含黄土粘土矿物卷烟的方法以及由此制得的卷烟产品。其特点是制备黄土均质悬浮液，将此悬浮液施用于卷烟过滤嘴、填料或封装，随后干燥。

公开号CN101637307A公开了一种滤毒释放微量元素负离子的卷烟纤维过滤嘴。其特点是以甲壳素、电气石、麦饭石、有机硒、有机锗、蜂系列产品混合物制成的纳米微粒子嵌入直丝醋酸纤维制成卷烟过滤嘴。

上述的现有技术，存在以下不足：（1）对卷烟主流烟气中的氨等成分的降解不明显；（2）添加物质为微粒子，不易于与醋酸纤维交织混合，不适应于卷烟过滤嘴的规模化生产。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种含超长TiO₂水合物纳米管、TiO₂纳米粉和活性炭纤维的卷烟过滤嘴，在卷烟燃烧和抽吸过程中，吸附卷烟主流烟气中的焦油、CO、氨等成分。

本发明的技术方案为，一种卷烟过滤嘴，含有吸附过滤层，所述吸附过滤层由醋酸纤维、TiO₂水合物纳米管、TiO₂纳米粉以及活性炭纤维组成。

本发明的卷烟过滤嘴还可以包含常规的完全由醋酸纤维构成的醋酸纤维段。

较优的，本发明所述吸附过滤层充满整个所述卷烟过滤嘴；或者，所述吸附过滤层位于所述卷烟过滤嘴的前端、中部或后端，与完全由醋酸纤维构成的醋酸纤维段共同构成所述卷烟过滤嘴。

较优的，所述吸附过滤层中TiO₂水合物纳米管的含量不少于卷烟过滤嘴总醋酸纤维含量的0.01wt%；所述TiO₂纳米粉的含量为TiO₂水合物纳米管的5～20wt%，所述活性炭的含量为TiO₂水合物纳米管的1～10wt%。

更优的，所述TiO₂水合物纳米管的含量为卷烟过滤嘴总醋酸纤维含量的0.01wt%～10wt%。

由于本发明的减害卷烟过滤嘴既可以完全由吸附过滤层构成，也可以由醋酸纤维段和吸附过滤层拼接而成；因此，当减害卷烟过滤嘴完全由吸附过滤层构成时，本发明所述卷烟过滤嘴总醋酸纤维含量即为吸附过滤层中的醋酸纤维含量；当减害卷烟过滤嘴由醋酸纤维段和吸附过滤层拼接构成时，本发明所述卷烟过滤嘴总醋酸纤维含量包括醋酸纤维段的醋酸纤维和吸附过滤层的醋酸纤维两部分。

较优的，所述TiO₂水合物纳米管的长度大于等于1微米，直径为5～100nm。

更优的，所述TiO₂水合物纳米管的长度为5～25微米。

本发明TiO₂水合物纳米管的制备方法为低温水热法，以二氧化钛和碱为原料，用低温搅拌水热法，制备了高分散的超长TiO₂水合物纳米管。

较优的，本发明TiO₂水合物纳米管的具体制备方法如下：

1）将TiO₂溶于碱溶液中获得混合物，将混合物置于高压釜中100～200℃下，以5～20r/min的转速进行水热反应18～96h；

2）反应结束后收集白色沉淀产物，蒸馏水洗涤至中性后，将沉淀产物在酸溶液中浸泡18～24h，反应结束后抽滤并洗涤沉淀至中性，烘干沉淀，获得TiO₂水合物纳米管。

本发明制备方法中作为原料的TiO₂为商业级TiO₂。优选的，所述TiO₂为P25型纳米二氧化钛。本发明获得的所述TiO₂水合物为H₂Ti₃O₇·nH₂O；优选的，n取值1或2。

较优的，步骤1）所述混合物中，TiO₂的质量百分比为0.1%～10%。

更优的，步骤1）所述混合物中，TiO₂的质量百分比为0.13%～6.67%。

较优的，步骤1）所述碱溶液为NaOH水溶液或KOH水溶液。

更优的，所述NaOH水溶液或KOH水溶液的浓度为8～12M。最优选为10M。

较优的，步骤2）所述酸溶液为盐酸或硝酸（盐酸或硝酸为酸的水溶液）。

更优的，所述酸溶液的浓度为0.001～2M。

较优的，所述烘干温度为55～65℃。更优的，所述烘干温度为60℃。

较优的，所述TiO₂纳米粉的粒径为6～30nm。

较优的，所述活性炭纤维的粒径为5～100微米。更优的，所述活性炭纤维的比表面积为1000m²/g以上（优选为1000～1300m²/g）。

本发明的卷烟过滤嘴中，所述TiO₂水合物纳米管、活性炭纤维与醋酸纤维交织混合，其缝隙中填充TiO₂纳米粉，共同构成卷烟过滤嘴的吸附过滤层，此吸附过滤层可以作为整个卷烟过滤嘴，也可以作为卷烟过滤嘴的其中一部分，位于卷烟过滤嘴的前端、中部或后端。

TiO₂水合物纳米管具有很强的吸附氨的能力；活性炭纤维对焦油、CO有强的吸附能力；同时，超长TiO₂纳米管和活性炭纤维能够与醋酸纤维牢固交织混合，另外，其缝隙由对氨有强吸附能力的TiO₂纳米粉填充，因此，解决了既有技术对卷烟主流烟气中氨等成分降解不明显及吸附剂不易与醋酸纤维交织混合的缺陷。

本发明其次还公开了前述卷烟过滤嘴用于吸附并去除卷烟主流烟气中多种成分的用途。

所述卷烟主流烟气中多种成分包括焦油、一氧化碳和/或氨。

本发明最后还公开了一种卷烟，含有前述卷烟过滤嘴。

TiO₂水合物纳米管的长度短于1微米时，不易与醋酸纤维混合，要与醋酸纤维牢固交织混合，其长度需要超过1微米，最佳长度在5微米以上；TiO₂水合物纳米管直径在5至100纳米为宜，小于5纳米时，其分散性差，不易操作，大于100纳米时，其比表面积小，对主烟气中相关成分的吸附能力降低；卷烟过滤嘴的吸附过滤层中的TiO₂水合物纳米管含量（重量比）为总醋酸纤维的0.01%至10%为宜，小于0.01%时，其含量低，对主流烟气中有害成分的吸附能力降低，大于10%时，成本提高；活性炭纤维比表面积大于1000m²/g为适宜，小于1000m²/g时，吸附能力下降，其直径为5至100微米适宜，小于5微米时，容易断，不易操作，大于100微米时，比表面积小，吸附能力降低，其含量（重量比）为TiO₂水合物纳米管的1%至10%为宜，小于1%时，影响性能提高，大于10%时，成本提高；TiO₂纳米粉的一次粒径小于6纳米时，其分散性差，不易操作，大于30纳米时，其比表面积小，吸附能力降低；TiO₂纳米粉的含量（重量比）为TiO₂水合物纳米管的5%至20%为宜，低于5%时，缝隙填充量低，影响吸附性能的提高，大于20%时，粉体容易从缝隙中脱落。

本发明的有益效果为：TiO₂水合物纳米管和TiO₂纳米粉均具有很强的吸附氨能力，活性碳纤维对烟气中的焦油和一氧化碳具有强的吸附力；三者共同作用，解决了现有技术对卷烟主流烟气中多种成分降解不明显及吸附剂不易与醋酸纤维交织混合的缺陷。

附图说明

图1：TiO₂水合物纳米管扫描电镜图

图2：TiO₂水合物纳米管扫描电镜图

图3：吸附过滤层作为整个卷烟过滤嘴

图4：吸附滤层作为卷烟过滤嘴的一部分（前端）

图5：吸附过滤层作为卷烟过滤嘴的一部分（中部）

图6：吸附过滤层作为卷烟过滤嘴的一部分（后端）

1.卷烟过滤嘴11.吸附过滤层12.醋酸纤维段

具体实施方式

下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解，实施例仅用于说明本发明，而非限制本发明的范围。

实施例1TiO₂水合物纳米管的制备

1.制备方法：

方法1：将2g商业级TiO₂(P25）溶于75ml10M NaOH溶液中，将混合物移入100mL高压釜并放入油浴锅内，在150℃的温度范围和10r/min的转速下水热24h。反应结束后得到的白色沉淀用蒸馏水洗涤至中性，随后在酸溶液中浸泡24h，再抽滤淋洗至中性、 60℃烘干，最终得到TiO₂水合物纳米管。

方法2：将0.1g商业级TiO₂（P25）溶于75ml8M NaOH溶液中，将混合物移入100mL高压釜并放入油浴锅内，在200℃的温度范围和5r/min的转速下水热18h。反应结束后得到的白色沉淀用蒸馏水洗涤至中性，随后在酸溶液中浸泡20h，再抽滤淋洗至中性、55℃烘干，最终得到TiO₂水合物纳米管。

方法3：将5g商业级TiO₂（P25）溶于75ml12M KOH溶液中，将混合物移入100mL高压釜并放入油浴锅内，在100℃的温度范围和20r/min的转速下水热72h。反应结束后得到的白色沉淀用蒸馏水洗涤至中性，随后在酸溶液中浸泡18h，再抽滤淋洗至中性、65℃烘干，最终得到TiO₂水合物纳米管。

2.产品表征

对制备获得的TiO₂水合物纳米管进行扫描电镜分析，可知TiO₂水合物纳米管长度为1-25um，直径为100nm左右，具体见图1-2。附图1显示了实施例1制备的TiO₂水合物纳米管的扫描电镜（SEM）照片(放大倍数2000倍)，可以看出TiO₂水合物纳米管呈管状结构，分散性良好，长度约1-25um；附图2显示了实施例1制备的TiO₂水合物纳米管的扫描电镜（SEM）照片(放大倍数30000倍)。可以看出TiO₂水合物纳米管呈管状结构，分散性良好，管壁上无污染，直径约为100nm。

实施例2卷烟过滤嘴的制备

1.原料

加工原料：TiO₂纳米粉，购自ISHIHARA SANGYO KAISYA,LTD.；醋酸纤维，购自贵州中烟工业有限公司；活性炭纤维，购自南通新通活性炭纤维有限公司，其比表面积为1200m²/g。

2.卷烟过滤嘴的制备

方法一：

将实施例1制备的TiO₂水合物纳米管和醋酸纤维交织混合，再掺入活性炭纤维以及TiO₂纳米粉，交织混合均匀，制备卷烟过滤嘴的吸附过滤层，其中TiO₂水合物纳米管的质量为卷烟过滤嘴总醋酸纤维质量的10%，TiO₂纳米粉的质量为TiO₂水合物纳米管质量的5%，活性炭纤维的质量为TiO₂水合物纳米管质量的5%。

采用前一步骤的吸附过滤层通过滤棒的工业化成型步骤制备滤棒，切割，获得减害卷烟过滤嘴。本发明方法中，含TiO₂水合物纳米管的吸附过滤层作为过滤嘴一部分（中部，如图5所示），与完全由醋酸纤维制成的醋酸纤维段拼接，获得卷烟过滤嘴。

方法二：

将实施例1制备的TiO₂水合物纳米管、醋酸纤维、TiO₂纳米粉以及活性炭纤维混合制备卷烟过滤嘴的吸附过滤层，其中TiO₂水合物纳米管的质量为卷烟过滤嘴总醋酸纤维质量的1%，TiO₂纳米粉的质量为TiO₂水合物纳米管的10%，活性炭纤维的质量为TiO₂水合物纳米管质量的10%。

采用前一步骤的吸附过滤层通过滤棒的工业化成型步骤制备滤棒，并且含TiO₂水合物纳米管的过滤层作为过滤嘴一部分（前端，如图4所示），与完全由醋酸纤维制成的醋酸纤维段拼接，获得卷烟过滤嘴。

方法三：

将实施例1制备的TiO₂水合物纳米管、醋酸纤维、TiO₂纳米粉以及活性炭纤维混合制备卷烟过滤嘴的吸附过滤层，其中TiO₂水合物纳米管的质量为卷烟过滤嘴总醋酸纤维质量的0.01%，TiO₂纳米粉的质量为TiO₂水合物纳米管的20%，活性炭纤维的质量为TiO₂水合物纳米管质量的1%。

采用前一步骤的吸附过滤层通过滤棒的工业化成型步骤制备滤棒，并且含TiO₂水合物纳米管的过滤层作为过滤嘴一部分（后端，如图6所示），与完全由醋酸纤维制成的醋酸纤维段拼接，获得卷烟过滤嘴。

实施例3过滤嘴吸附过滤效果的检测

1.实验方法

根据实施例2制备过滤嘴，吸附过滤层位于滤棒前端，其中吸附过滤层中TiO₂水合物纳米管的质量为总醋酸纤维质量的10%，TiO₂纳米粉的质量为TiO₂水合物纳米管质量的5%，活性炭纤维的质量为TiO₂水合物纳米管质量的5%；用上述过滤嘴制备卷烟。

对照：采用完全由醋酸纤维组成的滤嘴，制备卷烟作为对照样。

检测方法：过滤嘴吸附过滤效果的检测方法参考：YC/T377-2010卷烟主流烟气中氨的测定；GB/T19609-2004卷烟用常规分析用吸烟机测定总粒相物和焦油；GB/T23356-2009卷烟烟气气相中一氧化碳的测定。

2.实验结果

由前述方法制得的过滤嘴中含吸附过滤层的卷烟在降低卷烟主流烟气中多种成分释放量的试验结果见下表：

表1过滤嘴中含吸附过滤层的卷烟的吸附过滤效果

实验结果表明：具有上述含吸附过滤层的过滤嘴的卷烟能明显降低卷烟主流烟气中氨等多种成分的释放量。

Claims

1.一种卷烟过滤嘴，含有吸附过滤层，其特征在于，所述吸附过滤层由醋酸纤维、TiO₂水合物纳米管、TiO₂纳米粉以及活性炭纤维组成；

所述吸附过滤层中TiO₂水合物纳米管的含量不少于卷烟过滤嘴总醋酸纤维含量的0.01wt％；所述TiO₂纳米粉的含量为TiO₂水合物纳米管的5～20wt％，所述活性炭的含量为TiO₂水合物纳米管的1～10wt％；所述TiO₂水合物纳米管的长度大于等于1微米，直径为5～100nm；

所述TiO₂水合物纳米管采用如下方法制备获得：

1)将TiO₂溶于碱溶液中获得混合物，将混合物置于高压釜中100～200℃下，以5～20r/min的转速进行水热反应18～96h；

2)反应结束后收集白色沉淀产物，蒸馏水洗涤至中性后，将沉淀产物在酸溶液中浸泡18～24h，反应结束后抽滤并洗涤沉淀至中性，烘干沉淀，获得TiO₂水合物纳米管。

2.如权利要求1所述的卷烟过滤嘴，其特征在于，所述吸附过滤层中TiO₂水合物纳米管的含量为卷烟过滤嘴总醋酸纤维质量的0.01wt％～10wt％。

3.如权利要求1所述的卷烟过滤嘴，其特征在于，步骤1)所述混合物中，TiO₂的质量百分比为0.1％～10％。

4.如权利要求1所述的卷烟过滤嘴，其特征在于，所述TiO₂纳米粉的粒径为6～30nm；所述活性炭纤维的粒径为5～100微米。

5.权利要求1-4任一权利要求所述卷烟过滤嘴用于吸附并去除卷烟主流烟气中多种成分的用途。

6.如权利要求5所述的用途，其特征在于，所述卷烟主流烟气中多种成分包括焦油、一氧化碳和/或氨。

7.一种卷烟，含有权利要求1-4任一权利要求所述卷烟过滤嘴。