CN104923183A - 一种降低卷烟主流烟气中hcn释放量的吸附剂 - Google Patents

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Abstract

本发明属于卷烟生产技术领域，具体涉及一种降低卷烟主流烟气中HCN释放量的吸附剂。该吸附剂属于一种分子筛-聚醚砜复合材料，具体制备步骤包括制备微孔—介孔分子筛SBA-15、分子筛改性、纺丝等步骤。本发明所提供的分子筛-聚醚砜复合材料，表面疏松多孔，并含有大量微孔、介孔、大孔孔道结构，有利于提高其吸附活性位和对所吸附物质的传输效率；所制备的复合材料，较好的利用了HCN的弱酸性和—CN基团的络合作用，将其用于卷烟滤嘴中制备复合滤嘴后，按20mg/支添加量，卷烟主流烟气中的HCN释放量可降低1/4~1/3，因而具有较好的推广应用价值。

Description

一种降低卷烟主流烟气中HCN释放量的吸附剂
技术领域
本发明属于卷烟生产技术领域，具体涉及一种降低卷烟主流烟气中HCN释放量的吸附剂。
背景技术
烟草是我国的重要经济作物之一，在国民经济中占有重要的地位。但是随着人们对健康的日益重视，卷烟的吸食安全性已经成为近年来研究的热点，引起世界各国政府的高度关注。
卷烟主流烟气中主要有害成分之一的氢氰酸作为一种重要的环境污染物，其致毒机理为：氰离子与氧化型细胞色素氧化酶中的三价铁结合，阻断了氧化过程中三价铁的电子传递，使组织细胞不能利用氧，形成内窒、昏迷、呼吸停止，严重的于数分钟内死亡。
现有技术中，为降低卷烟主流烟气中有害成分释放量，通常从滤嘴加工、烟草前处理等多个方面进行，其中开发具有吸附、分解功能的新型材料也是常用的减害措施之一，但是由于新型减害降焦材料开发周期长，且存在一定的可变性，因而难度较大，尤其是对于降低卷烟中HCN含量的减害吸附材料尚处于摸索研究阶段，需要进一步的深入探索研究。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种能够降低卷烟主流烟气中HCN释放量的吸附剂，该吸附剂属于一种分子筛-聚醚砜复合材料，用于制备卷烟复合滤嘴从而降低卷烟主流烟气中的HCN的释放量。
本发明所采取的技术方案如下。
一种降低卷烟主流烟气中HCN释放量的吸附剂，该吸附剂属于一种分子筛-聚醚砜复合材料，具体采用以下步骤制备获得：
（1）制备微孔—介孔分子筛SBA-15，将EO20PO70EO20模板剂（聚环氧乙烷—聚环氧丙烷—聚环氧乙烷三嵌段共聚物，P123表面活性剂）溶于水和盐酸的混合液中，然后缓慢加入TEOS（正硅酸四乙酯），晶化，洗涤，焙烧即可；
所述盐酸浓度以2 M计，各物料配比为：EO20PO70EO20︰HCI︰TEOS︰H2O=1 g︰20 mL︰2.2 mL︰7.5  mL；
需要注意的是，加入TEOS后室温陈化24h后再进行晶化，晶化温度为80~100℃，晶化时间为12~24h；例如80℃晶化24h、85℃晶化16h、90℃晶化14h、100℃晶化12h；
（2）分子筛的改性，分子筛的具体改性步骤为：
A．将步骤（1）所制备的分子筛SBA-15，加入甲苯和碱性功能化AEPTS试剂（3-（2-氨乙基）氨丙基三甲氧基硅烷），加热回流、抽滤、洗涤，除去甲苯后干燥，得碱性功能化AEPTS/SBA-15；
各物料配比为：SBA-15︰甲苯︰AEPTS=5 g︰150 mL︰2 mL；
加热回流参数为：393K加热回流8小时；
B．将步骤A中所制得的碱性功能化AEPTS/SBA-15加入到过渡金属盐溶液中，室温搅拌、洗涤、干燥即得到碱性和过渡金属离子双功能化的Mn+/AEPTS/SBA-15；
所述过渡金属溶液中的过渡金属Mn+为：Zn2+、Cu2+、Fe3+或Co2+等；具体如常用的硝酸盐类，例如六水合硝酸锌Zn（NO3）2·6H2O、Cu（NO3）2·3H2O、Fe（NO3）或Co（NO3）2·6H2O等；
碱性功能化时，优选物料配比为，AEPTS/ SBA-15︰过渡金属硝酸盐=1g︰30 mL；
所述过渡金属盐溶液的浓度为0.01 mol/L；
（3）制备纺丝液，将PES（聚醚砜）加入NMP（1-甲基-2-吡咯烷酮)中，搅拌3h充分溶解，然后在持续搅拌下将步骤（2）中制备的改性分子筛缓慢加入其中，并持续搅拌24~48 h直至混合均匀且形成悬浮液；
各物料以质量体积配比g：g：mL计，具体比例为，改性分子筛︰PES︰NMP=70~90︰10~30︰75~95；
（4）纤维纺制，将步骤（3）中所制备的纺丝液移入连有纺丝头的料液罐中进行纺丝获得复合纤维材料；
所述纺丝条件为：纺丝压力为0.05~0.15MPa，如0.10 MPa；80~100℃干燥4~6h脱水定型，如80℃干燥6h、85℃干燥5h、90℃干燥5h、100℃干燥4h。
最优吸附剂类型为，以质量比g：g：mL计，改性分子筛Zn2+/AEPTS/SBA-15︰PES︰NMP=90︰10︰75纺丝所制备的复合纤维材料。
所述降低卷烟主流烟气中HCN释放量的吸附剂，粉碎，过40~60目筛后添加于卷烟滤嘴中应用，吸附剂添加量为20mg/支。
本发明提供了一种分子筛-聚醚砜复合材料，该材料的制备方法属于一种干—湿纺丝法，该方法简便易行、成本低廉、易于产业化生产，克服了传统分子筛在复合滤棒制备过程中扬尘过大，不利于添加的弊端；所制备的复合纤维材料，表面疏松多孔，并含有大量微孔、介孔孔道结构，这一结构有利于提高其吸附活性位和对所吸附物质的传输效率；所制备的复合材料中，改性后的碱性和过渡金属离子双功能化的Mn+/AEPTS/SBA-15分子筛材料，较好的利用了HCN的弱酸性和—CN基团的络合作用，将其用于卷烟滤嘴中制备复合滤嘴后，按20mg/支添加量，卷烟主流烟气中的HCN释放量可降低1/4~1/3，有效降低了卷烟主流烟气中的HCN释放量，因而具有较好的推广应用价值。
具体实施方式
下面结合实施例对本申请做进一步的解释说明。
实施例1~12
本发明所提供的降低卷烟主流烟气中HCN释放量的吸附剂，该吸附剂属于一种分子筛-聚醚砜复合材料，具体采用以下步骤制备获得：
（1）制备微孔—介孔分子筛SBA-15，将EO20PO70EO20模板剂（聚环氧乙烷—聚环氧丙烷—聚环氧乙烷三嵌段共聚物，P123表面活性剂）溶于水和盐酸的混合液中，然后缓慢加入TEOS（正硅酸四乙酯），室温陈化24 h；100℃晶化24 h；取出晶化后的样品抽滤，经蒸馏水反复洗涤后，真空干燥；最后在管式炉中于550℃焙烧8 h除去模板剂即可得到微孔—介孔分子筛SBA-15；
所述盐酸浓度以2 M计，各物料配比为：EO20PO70EO20︰HCI︰TEOS︰H2O=1 g︰20 mL︰2.2 mL︰7.5  mL。
（2）分子筛的改性，分子筛的具体改性步骤为：
A．将步骤（1）所制备的分子筛SBA-15，加入的甲苯和碱性功能化AEPTS试剂（3-（2-氨乙基）氨丙基三甲氧基硅烷），393K加热回流8小时，抽滤，洗涤除去甲苯后干燥，得碱性功能化AEPTS/SBA-15；
各物料配比为：SBA-15︰甲苯︰AEPTS=5 g︰150 mL︰2 mL；
加热回流参数为：393K加热回流8小时；
B．将步骤A中所制得的碱性功能化AEPTS/SBA-15加入到过渡金属硝酸盐溶液中，室温搅拌10h、洗涤、干燥即得到碱性和过渡金属离子双功能化的Mn+/AEPTS/SBA-15；
所述物料配比为，AEPTS/SBA-15︰过渡金属硝酸盐=1g︰30 mL；
所述过渡金属硝酸盐溶液中的过渡金属硝酸盐为：Zn（NO3）2·6H2O、Cu（NO3）2·3H2O、Fe（NO3）3或Co（NO3）2·6H2O；各实施例具体所用硝酸盐类别参见文后表格；
所述过渡金属硝酸盐溶液的浓度为0.01 mol/L。
（3）制备纺丝液，将PES（聚醚砜）加入NMP（1-甲基-2-吡咯烷酮)中，搅拌3h充分溶解，然后在持续搅拌下将步骤（2）中制备的改性分子筛缓慢加入其中，并持续搅拌24~48 h直至混合均匀且形成悬浮液；
各物料以质量配比计，具体比例为，改性分子筛︰PES︰NMP=70~90︰10~30︰75~95，各实施例具体所用配比参见文后表格。
（3）纤维纺制，将步骤（3）中所制备的纺丝液移入连有纺丝头的料液罐中进行纺丝获得复合纤维材料；
所述纺丝条件为：纺丝压力为0.05~0.15MPa；80~100℃干燥4~6h脱水定型即可。
各实施例中具体物料配比及纺丝条件设置情况如下表所示。
检验例
将实施例1~12中所制备的吸附剂，即分子筛-聚醚砜复合材料粉碎、过筛，选取40~60目颗粒分散于醋纤丝束中，制成卷烟二元复合滤棒，每支卷烟滤棒中含吸附剂20mg，将复合滤棒卷接成卷烟。在SM 450直线吸烟机（英国斯茹林公司）按照标准抽吸条件进行卷烟抽吸试验，并按照标准 YCT 253-2008《卷烟  主流烟气中氰化氢的测定 连续流动法》进行氢氰酸释放量的检测，具体检测结果如下表所示。
从上述检测结果可以看出，在添加本发明所制备的分子筛-聚醚砜复合材料后，在添加量固定为20mg时，氢氰酸释放量出现了不同程度的降低，降低率在1/4~1/3之间，表现出较好的降低HCN释放量效果。其中实施例3，即改性分子筛Zn2+/AEPTS/SBA-15与PES、NMP制备的材料效果较好，以质量比g：g：mL计，具体配比为，改性分子筛Zn2+/AEPTS/SBA-15︰PES︰NMP=90︰10︰75，将此分子筛-聚醚砜复合材料粉碎、过40~60目筛后，在烟支中按20mg/支添加量计，可降低卷烟主流烟气中HCN释放量1/3左右，具有较好的应用价值。

Claims (6)

1.一种降低卷烟主流烟气中HCN释放量的吸附剂，其特征在于，该吸附剂属于一种分子筛-聚醚砜复合材料，具体采用以下步骤制备获得：
（1）制备微孔—介孔分子筛SBA-15，将模板剂溶于水和盐酸的混合液中，然后加入TEOS，晶化，洗涤，焙烧即可；
（2）改性分子筛，制备碱性和过渡金属离子双功能化的Mn+/AEPTS/SBA-15改性分子筛；
所述过渡金属Mn+为：Zn2+、Cu2+、Fe3+或Co2+；
（3）制备纺丝液，将PES加入NMP中，搅拌充分溶解，然后在持续搅拌下将步骤（2）中制备的改性分子筛缓慢加入其中，并持续搅拌直至混合均匀且形成悬浮液；
各物料以质量体积配比g：g：mL计，具体比例为，改性分子筛︰PES︰NMP=70~90︰10~30︰75~95；
（4）纤维纺制，将步骤（3）中所制备的纺丝液进行纺丝获得复合纤维材料；
所述纺丝条件为：纺丝压力为0.05~0.15MPa；80~100℃干燥4~6h脱水定型即可。
2.如权利要求1所述降低卷烟主流烟气中HCN释放量的吸附剂，其特征在于，步骤（1）中所述模板剂为EO20PO70EO20，即聚环氧乙烷—聚环氧丙烷—聚环氧乙烷三嵌段共聚物；
所述盐酸浓度以2 M计，
制备分子筛时，各物料配比为，EO20PO70EO20︰HCI︰TEOS︰H2O=1 g︰20 mL︰2.2 mL︰7.5  mL。
3.如权利要求1所述降低卷烟主流烟气中HCN释放量的吸附剂，其特征在于，步骤（2）中分子筛的具体改性步骤为：
A．将步骤（1）所制备的分子筛SBA-15，加入甲苯和碱性功能化AEPTS试剂，加热回流、抽滤、洗涤，除去甲苯后干燥，得碱性功能化AEPTS/SBA-15；
各物料配比为：SBA-15︰甲苯︰AEPTS=5 g︰150 mL︰2 mL；
加热回流参数为：393K加热回流8小时；
B．将步骤A中所制得的碱性功能化AEPTS/SBA-15加入到过渡金属盐溶液中，室温搅拌、洗涤、干燥即得到碱性和过渡金属离子双功能化的Mn+/AEPTS/SBA-15；
所述过渡金属盐溶液的浓度为0.01 mol/L。
4.如权利要求1所述降低卷烟主流烟气中HCN释放量的吸附剂，其特征在于，步骤（3）中，以质量比g：g：mL计，改性分子筛Zn2+/AEPTS/SBA-15︰PES︰NMP=90︰10︰75纺丝所制备的复合材料。
5.权利要求1所述降低卷烟主流烟气中HCN释放量的吸附剂在卷烟中的应用，其特征在于，将吸附剂粉碎，过40~60目筛后添加于卷烟滤嘴中。
6.如权利要求5所述吸附剂在卷烟中的应用，其特征在于，吸附剂添加量为20mg/支卷烟。
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