CN105032339B - 一种用于卷烟降害的硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料 - Google Patents
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Abstract
本发明所设计的一种用于卷烟降害的硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料，由以下方法制备而成：(1)以钛酸四丁酯作为钛源，用无水乙醇钛酸四丁酯，三乙醇胺作水解抑制剂，混合强力搅拌；(2)在超声波的作用下，向步骤(1)中加入掺杂硒粉的蒸馏水，继续搅拌，得到硒掺杂的二氧化钛溶胶，避光静置，得到硒掺杂的二氧化钛凝胶；(3)将步骤(2)中所述凝胶升温煅烧，即可得到硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料。本发明具有较强的吸附能力，能有效降低卷烟烟气中一氧化碳、氨、苯酚等有害物质，制备过程工艺简单，材料用量少，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及卷烟降焦减害技术领域，具体地指一种用于卷烟降害的硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料。
背景技术
烟支燃吸是一种高温缺氧不完全燃烧的过程，瞬时最高温度可达1000℃，绝大多数部分温度超过500℃。较高温度的燃烧导致蒸馏、干馏、热解、合成等反应同时发生，形成数千种的新生化合物。卷烟烟气是一种气、液、固并存的复杂多相的气溶胶。这些化学成分中既有提供烟草香气、风味和生理作用的物质，也有产生杂气、刺激和不良风味的物质，还有微量的对人体健康产生危害的物质，如气相的氰化氢、氨、一氧化碳和焦油中的自由基、巴豆醛、亚硝胺和苯并[α]芘等。因此，国家烟草专卖局将卷烟降害也提升到战略指导意义上。同时，在一系列的卷烟烟气降害中，应用新型材料降低卷烟主流烟气中的有害成分，具有重要的应用前景。
相对于20世纪60年代的信息技术和20世纪80年代的生物技术而言，纳米技术仍处于发展的初级阶段。纳米技术是一门在纳米尺度或纳米结构(1～100nm)范围内认识和改造客观世界的新兴的综合性科学技术，主要研究以原子、分子和超分子为基础的介观现象，研究针对具有特殊性质及功能的新型材料、设备和系统。
以碳和金属氧化物材料作为吸附剂的材料，目前在卷烟工业生产中已被广泛应用，这些材料以其巨大的比表面积和高效率的吸附能力，对卷烟主流烟气中的有害物质具有较好的清除效果。其中，二氧化钛具有独特的表面性质，吸附及选择性吸附能力均优于其他大部分金属氧化物；同时，二氧化钛还具有良好的消毒杀菌功效，然而，将纳米二氧化钛及其掺杂材料用于卷烟降害，目前尚未有相关文献报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于卷烟降害的硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料，该吸附材料具有较强的吸附能力，能有效降低卷烟烟气中一氧化碳、氨、苯酚等有害物质，制备过程工艺简单，材料用量少，成本低。
本发明是通过以下方式实现的：一种用于卷烟降害的硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料，其特征在于：所述硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料由以下方法制备而成，其步骤包括：(1)以钛酸四丁酯作为钛源，用无水乙醇稀释钛酸四丁酯，三乙醇胺作水解抑制剂，混合强力搅拌；(2)在超声波的作用下，向步骤(1)中加入掺杂硒粉的蒸馏水，继续搅拌，得到硒掺杂的二氧化钛溶胶，避光静置，得到硒掺杂的二氧化钛凝胶；(3)将步骤(2)中所述凝胶升温煅烧，即可得到硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料。
所述步骤(1)中，所述无水乙醇、钛酸四丁酯、三乙醇胺的体积比为0.5～2:2～10:0.2～1.2。
所述步骤(2)中，加入的蒸馏水的含量为2～5mL。
所述步骤(3)中，在所述凝胶煅烧过程中以2℃/min的速度升温至450～700℃。
所述步骤(1)中搅拌时间为0.5～1小时，所述步骤(2)中搅拌时间为0.5～2小时。
所述步骤(2)中静置时间为16～40小时。
一种利用所述硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料制备的二元复合滤棒，包括滤芯和包裹在所述滤芯上的包裹层，其特征在于：所述滤芯为二元复合滤芯，是由普通醋酸纤维段和负载有所述硒掺杂二氧化钛纳米吸附材料的加吸附剂醋酸纤维段相间结合构成，所述加吸附剂醋酸纤维段是通过将所述硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料均匀分散在松散的醋酸纤维丝束上构成。
所述普通醋酸纤维段位于滤棒的末端，所述加吸附剂醋酸纤维段位于滤棒的前端。
所述普通醋酸纤维段和所述加吸附剂醋酸纤维段的长度比例为1:1.5、1:1、1.5:1或2:1。
每支所述滤棒中，所述加吸附剂醋酸纤维段添加所述硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料的量为1～20mg。
本发明的有益效果主要表现在：
(1)本发明所采用的是碳材料中掺杂二氧化钛后制成的纳米材料，不含任何重金属离子和贵金属催化剂，安全性更高；
(2)纳米二氧化钛具有多孔的立体结构，容易形成氢键等；硒材料具有很好的催化效果和抑菌效果，掺杂后双重作用提高了本发明所涉及的纳米材料对卷烟主流烟气中焦油、一氧化碳、苯酚等有害物质的吸附能力；
(3)本发明制备的添加了硒掺杂二氧化钛纳米材料的滤嘴降焦减害效率高，且对卷烟风味影响比较低。每支滤嘴仅加入3～7mg硒掺杂二氧化钛纳米材料，则可使卷烟主流烟气中有害成分焦油的释放量降低20％以上；每支滤嘴仅加入6～12mg该材料，则可使卷烟主流烟气中有害成分苯酚的释放量降低20％以上；
(4)本发明制备的硒掺杂二氧化钛纳米材料，制备过程工艺简单，材料用量少，成本低，物化性质稳定。
具体实施方式
下面以实施例进一步说明本发明：
本发明所设计的一种用于卷烟降害的硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料，其特征在于：所述硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料由以下方法制备而成，其步骤包括：(1)以钛酸四丁酯作为钛源，用无水乙醇稀释钛酸四丁酯，三乙醇胺作水解抑制剂，混合强力搅拌；(2)在超声波的作用下，向步骤(1)中加入掺杂硒粉的蒸馏水，继续搅拌，得到硒掺杂的二氧化钛溶胶，避光静置，得到硒掺杂的二氧化钛凝胶；(3)将步骤(2)中所述凝胶升温煅烧，即可得到硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料。
进一步地，所述步骤(1)中，所述无水乙醇、钛酸四丁酯、三乙醇胺的体积比为0.5～2:2～10:0.2～1.2。
进一步地，所述步骤(2)中，加入的蒸馏水的含量为2～5mL。
进一步地，所述步骤(3)中，在所述凝胶煅烧过程中以2℃/min的速度升温至450～700℃。
进一步地，所述步骤(1)中搅拌时间为0.5～1小时，所述步骤(2)中搅拌时间为0.5～2小时。
进一步地，所述步骤(2)中静置时间为16～40小时。
一种利用所述硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料制备的二元复合滤棒，包括滤芯和包裹在所述滤芯上的包裹层，其特征在于：所述滤芯为二元复合滤芯，是由普通醋酸纤维段和负载有所述硒掺杂二氧化钛纳米吸附材料的加吸附剂醋酸纤维段相间结合构成，所述加吸附剂醋酸纤维段是通过将所述硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料均匀分散在松散的醋酸纤维丝束上构成。
进一步地，所述普通醋酸纤维段位于滤棒的末端，所述加吸附剂醋酸纤维段位于滤棒的前端。
进一步地，所述普通醋酸纤维段和所述加吸附剂醋酸纤维段的长度比例为1:1.5、1:1、1.5:1或2:1。
更进一步地，每支所述滤棒中，所述加吸附剂醋酸纤维段添加所述硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料的量为1～20mg。每支滤棒中仅加入所述吸附材料3～7mg，即可使主流烟气中有害成分焦油释放量降低20％以上；每支滤棒中仅加入所述吸附材料6～12mg，即可使主流烟气中有害成分苯酚释放量降低20％以上。
实施例1
用于卷烟降害的硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料，由下述方法制备：(1)以钛酸四丁酯作为钛源，用无水乙醇钛酸四丁酯，三乙醇胺作水解抑制剂，混合强力搅1小时，钛酸四丁酯、无水乙醇和三乙醇胺体积比为2:10:1.2；(2)在超声波的作用下，向步骤(1)中加入掺杂硒粉的蒸馏水2mL，继续搅拌2小时，得到硒掺杂的二氧化钛溶胶，避光静置20小时，得到硒掺杂的二氧化钛凝胶；(3)将步骤(2)中所述凝胶以2℃/min的速度升温至700℃煅烧，即可得到硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料，其粒径大小在10～20nm。冷却至室温后粉碎至80目。
加吸附材料的复合滤棒：制作的二元复合滤棒，普通醋酸纤维段与加吸附剂醋酸纤维段的长度比为1:1，每支滤嘴添加量为5mg。
对照组：普通醋酸纤维段制作的滤棒，每支滤嘴添加量为5mg。
卷烟烟气中焦油、苯酚、一氧化碳的含量采用GB/T 19609—2004、YC/T255-2008、GB/T 23256-2008行业标准进行分析，获得卷烟中相应有害物质释放量结果。
如表1，该复合嘴棒与原醋酸纤维对照嘴棒对烟气的截留效果相比，焦油、一氧化碳、苯酚、氨、氢氰酸、苯并[a]芘均有不同程度降低，焦油、一氧化碳、苯酚的降低率在20％以上。
表1：复合嘴棒与原醋酸纤维对照嘴棒对烟气的截留效果
实施例2
与实施例1相同，不同之处在于；
钛酸四丁酯、无水乙醇和三乙醇胺体积比为0.5:2:0.2。
如表2，该复合嘴棒与原醋酸纤维对照嘴棒对烟气的截留效果相比，焦油、一氧化碳、苯酚、氨、氢氰酸、苯并[a]芘均有不同程度降低，焦油、一氧化碳、苯酚的降低率在20％以上。
表2：复合嘴棒与原醋酸纤维对照嘴棒对烟气的截留效果
实施例3
与实施例2相同，不同之处在于：最后将凝胶以2℃/min升温至450℃，其粒径大小在30～40nm。
如表3，该复合嘴棒与原醋酸纤维对照嘴棒对烟气的截留效果相比，焦油、一氧化碳、苯酚、氨、氢氰酸、苯并[a]芘均有不同程度降低，焦油、一氧化碳、苯酚的降低率在20％以上。
表3：复合嘴棒与原醋酸纤维对照嘴棒对烟气的截留效果
实施例4
与实施例1相同，不同之处在于：制作的二元复合滤棒，普通醋酸纤维段与加吸附剂醋酸纤维段的长度比为2:1。
如表4，该复合嘴棒与原醋酸纤维对照嘴棒对烟气的截留效果相比，焦油、一氧化碳、苯酚、氨、氢氰酸、苯并[a]芘均有不同程度降低，焦油、一氧化碳、苯酚的降低率在20％以上。
表4：复合嘴棒与原醋酸纤维对照嘴棒对烟气的截留效果
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人员皆可在不违背本发明的精神和范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所述技术领域常规技术人员在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种用于卷烟降害的硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料，其特征在于：所述硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料由以下方法制备而成，其步骤包括：(1)以钛酸四丁酯作为钛源，用无水乙醇稀释钛酸四丁酯，三乙醇胺作水解抑制剂，混合强力搅拌，所述无水乙醇、钛酸四丁酯、三乙醇胺的体积比为0.5～2∶2～10∶0.2～1.2；(2)在超声波的作用下，向步骤(1)中加入掺杂硒粉的蒸馏水，继续搅拌，得到硒掺杂的二氧化钛溶胶，避光静置，得到硒掺杂的二氧化钛凝胶；(3)将步骤(2)中所述凝胶升温煅烧，即可得到硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料。
2.根据权利要求1所述的用于卷烟降害的硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料，其特征在于：所述步骤(2)中，加入的蒸馏水的含量为2～5mL。
3.根据权利要求2所述的用于卷烟降害的硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料，其特征在于：所述步骤(3)中，在所述凝胶煅烧过程中以2℃/min的速度升温至450～700℃。
4.根据权利要求3所述的用于卷烟降害的硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料，其特征在于：所述步骤(1)中搅拌时间为0.5～1小时，所述步骤(2)中搅拌时间为0.5～2小时。
5.根据权利要求4所述的用于卷烟降害的硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料，其特征在于：所述步骤(2)中静置时间为16～40小时。
6.一种利用权利要求5所述硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料制备的二元复合滤棒，包括滤芯和包裹在所述滤芯上的包裹层，其特征在于：所述滤芯为二元复合滤芯，是由普通醋酸纤维段和负载有所述硒掺杂二氧化钛纳米吸附材料的加吸附剂醋酸纤维段相间结合构成，所述加吸附剂醋酸纤维段是通过将所述硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料均匀分散在松散的醋酸纤维丝束上构成。
7.根据权利要求6所述的二元复合滤棒，其特征在于：所述普通醋酸纤维段位于滤棒的末端，所述加吸附剂醋酸纤维段位于滤棒的前端。
8.根据权利要求6所述的二元复合滤棒，其特征在于：所述普通醋酸纤维段和所述加吸附剂醋酸纤维段的长度比例为1∶1.5、1∶1、1.5∶1或2∶1。
9.根据权利要求6所述的二元复合滤棒，其特征在于：每支所述滤棒中，所述加吸附剂醋酸纤维段添加所述硒掺杂纳米二氧化钛吸附材料的量为1～20mg。
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