CN108685164B - 降低烟气中co释放量的亚铁配合物添加剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及降低烟气中CO释放量的亚铁配合物添加剂及其制备方法与应用，属于卷烟减害技术领域。该制备方法是按照质量比为1：10‑100的比例将聚乙烯基吡咯烷酮类化合物加入到水中，搅拌使之溶解，得到PVP水溶液；向PVP水溶液中加入浓度为1wt%‑10wt%的亚铁盐水溶液，用酸调节到pH值为3‑6后，在30‑60℃下反应至不再有沉淀析出，过滤，滤渣用水洗涤以脱除游离金属离子，干燥，即得降低烟气中CO释放量的亚铁配合物添加剂。本发明制备简单，成本低，制得的亚铁配合物添加剂添加到嘴棒中能明显降低烟气中的CO释放量，同时对卷烟的吸味无明显影响，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于卷烟减害技术领域，具体涉及降低烟气中CO释放量的亚铁配合物添加剂及其制备方法。同时，本发明还涉及该复配添加剂的应用。
背景技术
近几年来，由于受世界卫生组织及反吸烟运动的影响，同时，消费者对自身的健康也更加关注，国际卷烟消费市场也发生了一些变化。为了降低烟草制品对消费者的危害，国际烟草界对包括烟叶生产、卷烟生产工艺和降焦减害技术等在内的许多领域加大了研究力度，国际卷烟市场也出现加速向更低焦油、低烟碱等有害成分的卷烟发展的趋势。国内，烟草行业面临着世界卫生组织(WHO)和世贸组织(WTO)以及未来的《控烟框架条约》的多重压力，形势十分严峻。全面降低卷烟烟气的焦油量和有害成分是烟草行业的一项非常重要的工作，事关烟草行业的前途和发展。
一氧化碳(CO)作为烟气有害物质之一，含量最大，对人体的危害也非常大。一经吸入，即与氧气争夺同血红蛋白结合，一旦形成碳氧血红蛋白就不易分离，从而使血液的正常携带氧的功能发生障碍，造成机体缺氧，导致缺氧血症，因而使组织细胞乏氧。然而一氧化碳是小分子气体，存在于烟气的气相部分，普通方法很难将其捕获和消除，所以研究选择性降低卷烟烟气中的CO新技术，具有十分重要的现实意义。
聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)分子结构具有强极性和易形成氢键的酰胺基团，且分子内的O原子、N原子是典型的配位原子，其有与某些金属生成络合物的能力，使PVP能够与许多物质，特别是含羟基、羧基、氨基及其能活泼氢原子的化合物生成固态络合物。
然而，烟气通过滤嘴的时间非常短暂，同时烟气中各成分混杂在一起以气溶胶的形式通过滤嘴。为了快速，有效的降低烟气中的CO含量，必须对PVP选择合适的金属进行络合。因此如何克服现有技术的不足是目前卷烟减害技术领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种降低烟气中CO释放量的亚铁配合物添加剂及其制备方法与应用，该亚铁配合物添加剂是一种制备简单，成本低，减害效果明显的嘴棒添加剂，且该添加剂对于烟气中的CO具有明显的降低效果。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
降低烟气中CO释放量的亚铁配合物添加剂的制备方法，包括如下步骤：
按照质量比为1：10-100的比例将聚乙烯基吡咯烷酮类化合物加入到水中，搅拌使之溶解，得到PVP水溶液；向PVP水溶液中加入浓度为1wt％-10wt％的亚铁盐水溶液，用酸调节到pH值为3-6后，在30-60℃下反应至不再有沉淀析出，过滤，滤渣用水洗涤以脱除游离金属离子，干燥，即得降低烟气中CO释放量的亚铁配合物添加剂；
所述的聚乙烯基吡咯烷酮类化合物为聚乙烯基吡咯烷酮和乙烯基吡咯烷酮-马来酸共聚物中的一种或两种的组合；
所述的亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁或醋酸亚铁；
所述的酸为乙酸或盐酸；
所述的亚铁盐与聚乙烯基吡咯烷酮类化合物的质量比为1：1-4。
进一步，优选的是，所述的聚乙烯基吡咯烷酮类化合物的分子量为1000-1000000。
进一步，优选的是，所述的聚乙烯基吡咯烷酮类化合物的分子量为5000-100000。
进一步，优选的是，所述的反应时间为5-10hr。
进一步，优选的是，滤渣洗涤时，所采用的水为蒸馏水。
进一步，优选的是，所述的干燥为真空干燥。
本发明还要求保护上述降低烟气中CO释放量的亚铁配合物添加剂的制备方法制备得到的降低烟气中CO释放量的亚铁配合物添加剂。
本发明同时提供上述降低烟气中CO释放量的亚铁配合物添加剂作为嘴棒添加剂的应用。
进一步，优选的是，作为嘴棒添加剂应用时，将亚铁配合物添加剂添加到嘴棒中，每只嘴棒添加量为10-100mg。
本发明制备方法中沉淀为PVP-Fe(II)配合物，最后制得的添加剂即为PVP-Fe(II)配合物。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
本发明制备简单，成本低，制得的亚铁配合物添加剂添加到嘴棒中能明显降低烟气中的CO释放量，同时对卷烟的吸味无明显影响，具有良好的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
本发明除非另有说明，否则百分号代表质量百分数。
实施例1
将1g的分子量1000000的聚乙烯基吡咯烷酮，加入到100g水中，搅拌使之溶解为PVP水溶液，加100g的1wt％硫酸亚铁水溶液，用醋酸调节到pH值为3后，在30℃下，反应5hr，使PVP-Fe(II)配合物析出。过滤并用蒸馏水洗涤脱除游离金属离子，真空干燥，即得PVP-Fe(II)配合物添加剂。
按10mg/支的量将添加剂添加到卷烟嘴棒中，并按照常规方法制成卷烟。对所制备的卷烟进行烟气成分分析，其中空白样为不添加任何材料的卷烟，结果见表1：
表1 烟气数据测定结果
| ID | 抽吸口数，口/支 | 总粒相物，mg/支 | 焦油，mg/支 | CO，mg/支 | 降低率 |
| 空白 | 7.45 | 12.32 | 10.21 | 11.36 | - |
| 实施例1 | 7.32 | 12.15 | 10.08 | 10.27 | 9.6％ |
实施例2
将10g的分子量1000的乙烯基吡咯烷酮-马来酸共聚物，加入到100g水中，搅拌使之溶解为PVP水溶液，加25g的10wt％的氯化亚铁水溶液，用盐酸调节到pH值为6后，在60℃下，反应10hr，使PVP-Fe(II)配合物析出。过滤并用蒸馏水洗涤脱除游离金属离子，真空干燥，即得PVP-Fe(II)配合物添加剂。
按100mg/支的量将添加剂添加到卷烟嘴棒中，并按照常规方法制成卷烟。对所制备的卷烟进行烟气成分分析，其中空白样为不添加任何材料的卷烟，结果见表2：
表2 烟气数据测定结果
实施例3
将3g的分子量5000的聚乙烯基吡咯烷酮和3g分子量为100000的乙烯基吡咯烷酮-马来酸共聚物，加入到100g水中，搅拌使之溶解为PVP水溶液，加100g的5wt％醋酸亚铁水溶液，用盐酸调节到pH值为4.3后，在50℃下，反应7hr，使PVP-Fe(II)配合物析出。过滤并用蒸馏水洗涤脱除游离金属离子，真空干燥，即得PVP-Fe(II)配合物添加剂。
按50mg/支的量添加剂添加到卷烟嘴棒中，并按照常规方法制成卷烟。对所制备的卷烟进行烟气成分分析，其中空白样为不添加任何材料的卷烟，结果见表3：
表3 烟气数据测定结果
| ID | 抽吸口数，口/支 | 总粒相物，mg/支 | 焦油，mg/支 | CO，mg/支 | 降低率 |
| 空白 | 7.45 | 12.32 | 10.21 | 11.36 | - |
| 实施例3 | 7.34 | 12.35 | 10.18 | 9.16 | 19.4％ |
实施例4
将8g分子量为40000的乙烯基吡咯烷酮-马来酸共聚物，加入到100g水中，搅拌使之溶解为PVP水溶液，加80g的3wt％硝酸亚铁水溶液，用乙酸调节到pH值为5.1后，在40℃下，反应6hr，使PVP-Fe(II)配合物析出。过滤并用蒸馏水洗涤脱除游离金属离子，真空干燥，即得PVP-Fe(II)配合物添加剂。
按30mg/支的量添加剂添加到卷烟嘴棒中，并按照常规方法制成卷烟。对所制备的卷烟进行烟气成分分析，其中空白样为不添加任何材料的卷烟，结果见表4：
表4 烟气数据测定结果
| ID | 抽吸口数，口/支 | 总粒相物，mg/支 | 焦油，mg/支 | CO，mg/支 | 降低率 |
| 空白 | 7.45 | 12.32 | 10.21 | 11.36 | - |
| 实施例4 | 7.36 | 12.09 | 10.11 | 9.76 | 14.1％ |
实施例5
将3g分子量为80000的聚乙烯基吡咯烷酮，加入到100g水中，搅拌使之溶解为PVP水溶液，加40g的7wt％硝酸亚铁水溶液，用乙酸调节到pH值为5.6后，在40℃下，反应8hr，使PVP-Fe(II)配合物析出。过滤并用蒸馏水洗涤脱除游离金属离子，真空干燥，即得PVP-Fe(II)配合物添加剂。
按80mg/支的量添加剂添加到卷烟嘴棒中，并按照常规方法制成卷烟。对所制备的卷烟进行烟气成分分析，结果见表5：
表5 烟气数据测定结果
| ID | 抽吸口数，口/支 | 总粒相物，mg/支 | 焦油，mg/支 | CO，mg/支 | 降低率 |
| 空白 | 7.45 | 12.32 | 10.21 | 11.36 | - |
| 实施例5 | 7.25 | 12.23 | 10.01 | 10.11 | 11.0％ |
为了研究聚乙烯基吡咯烷酮配合物添加剂与单纯聚乙烯基吡咯烷酮添加剂对CO吸附的影响，对其进行了对照实验。
对照例1
将1g的分子量1000000的聚乙烯基吡咯烷酮，加入到100g水中，搅拌使之溶解为PVP水溶液，用乙酸调节到pH值为3后，在30℃下，反应5hr，将溶剂蒸出，真空干燥，即得对照PVP产物。
按10mg/支的量将对照PVP产物添加到卷烟嘴棒中，并按照常规方法制成卷烟。对所制备的卷烟进行烟气成分分析，其中空白样为不添加任何材料的卷烟，结果见表6：
表6 烟气数据测定结果
| ID | 抽吸口数，口/支 | 总粒相物，mg/支 | 焦油，mg/支 | CO，mg/支 | 降低率 |
| 空白 | 7.45 | 12.32 | 10.21 | 11.36 | - |
| 对照例1 | 7.40 | 12.09 | 10.11 | 11.01 | 3.1％ |
通过对照例1和实施例1对比，表明聚乙烯基吡咯烷酮络合后对CO的吸附效果有明显的改善。
另外，将所有实施例样品按照常规方法制备成的卷烟进行评吸，进行评吸，与空白卷烟进行对照，评吸结果如表7所示。研究表明添加亚铁配合物添加剂后对卷烟的吸味无明显影响，同时刺激性有所改善。
表7 评吸表
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.降低烟气中CO释放量的亚铁配合物添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按照质量比为1：10-100的比例将聚乙烯基吡咯烷酮类化合物加入到水中，搅拌使之溶解，得到聚乙烯基吡咯烷酮类化合物水溶液；向聚乙烯基吡咯烷酮类化合物水溶液中加入浓度为1wt%-10wt%的亚铁盐水溶液，用酸调节到pH值为3-6后，在30-60℃下反应至不再有沉淀析出，过滤，滤渣用水洗涤以脱除游离金属离子，干燥，即得降低烟气中CO释放量的亚铁配合物添加剂；
所述的聚乙烯基吡咯烷酮类化合物为聚乙烯基吡咯烷酮和乙烯基吡咯烷酮-马来酸共聚物中的一种或两种的组合；
所述的亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁或醋酸亚铁；
所述的酸为乙酸或盐酸；
所述的亚铁盐与聚乙烯基吡咯烷酮类化合物的质量比为1：1-4；
所述的反应时间为5-10hr；
所述的干燥为真空干燥。
2.根据权利要求1所述的降低烟气中CO释放量的亚铁配合物添加剂的制备方法，其特征在于，所述的聚乙烯基吡咯烷酮类化合物的分子量为1000-1000000。
3.根据权利要求1所述的降低烟气中CO释放量的亚铁配合物添加剂的制备方法，其特征在于，所述的聚乙烯基吡咯烷酮类化合物的分子量为5000-100000。
4.根据权利要求1所述的降低烟气中CO释放量的亚铁配合物添加剂的制备方法，其特征在于，滤渣洗涤时，所采用的水为蒸馏水。
5.权利要求1-4任意一项所述的降低烟气中CO释放量的亚铁配合物添加剂的制备方法制备得到的降低烟气中CO释放量的亚铁配合物添加剂。
6.权利要求5所述的降低烟气中CO释放量的亚铁配合物添加剂作为嘴棒添加剂的应用。
7.根据权利要求6所述的降低烟气中CO释放量的亚铁配合物添加剂作为嘴棒添加剂的应用，其特征在于，将亚铁配合物添加剂添加到嘴棒中，每只嘴棒添加量为10-100mg。
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