CN109105946A - 卷烟嘴过滤材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种卷烟嘴过滤材料及其制备方法，制备方法包括如下步骤：取花生壳粉碎，加入去离子水浸泡，过滤、烘干即得花生壳粉；将花生壳粉加入到硝酸溶液中，水浴加热搅拌，过滤，用去离子水清洗滤渣至pH中性，烘干得活化花生壳粉；向活化花生壳粉加入氯化钠、硅酸钠水溶液，搅拌，缓慢滴加盐酸，调节pH为酸性；反应后升温，陈化，离心分离，用去离子水、乙醇洗涤滤渣，烘干滤渣，得到粉末状产物；将粉末状产物加入赖氨酸溶液中，搅拌反应，过滤烘干得卷烟嘴过滤材料。本发明提供的卷烟嘴过滤材料对铅、镉、汞、焦油、烟碱、HCN、苯并[a]芘等均有良好的吸附效果，减除有害物质能力优异，且卷烟风格没有变，卷烟感官质量无显著差异。

Description

卷烟嘴过滤材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种卷烟嘴过滤材料及其制备方法，属于卷烟材料技术领域。

背景技术

卷烟燃烧会产生6000多种化学物质，其中燃烧产生的烟气中所含有害物质约有600多种，包括一氧化碳、尼古丁、亚硝胺、焦油、苯酚、氰化氢、巴豆醛、苯并芘、苯并蒽、重金属元素铅、镉、砷等，这些物质随着烟气进入人体，沉积在人体肺部等器官中，导致人体器官慢性中毒，组织病变，引发肺癌等多种严重疾病。

卷烟过滤嘴是降低卷烟危害的有效手段之一，烟丝和卷烟纸通过燃烧产生烟气，烟气通过卷烟过滤嘴过滤后，形成消费者所吸食的烟气。为了改善卷烟过滤嘴对焦油的过滤效果，现有技术中，对卷烟过滤嘴的改进技术大体分为：过滤嘴结构改进、过滤材料改进。其中，过滤嘴结构的改进的具体例子如二元复合滤嘴、空心滤嘴、棒中棒滤嘴、香料线嘴、吸附线嘴，也有人采用增加滤嘴的吸阻或者增加滤嘴的通风率的方式来对滤嘴结构进行改进。通过改进过滤嘴的结构虽然可以降低焦油、减少危害，但对卷烟的吸食味道风格影响较大，所以上述技术具有一定的局限性。

花生是我国主要的油料作物，年总产量可达1500万吨左右，占世界花生总产量的42％。因食品加工和日常居民消费，每年产生花生壳废弃物约为500万吨。花生壳的化学组成相对稳定，含有较丰富的粗纤维素和木质素，其中木质素的的分子结构中存在着芳香基、酚羟基、醇羟基、羰基、甲氧基、羧基、共轭双键等活性基团，可进行包括缩聚、接枝等在内的许多种反应。除碳、氢、氧外，还含有氮、磷、钾、钙、镁、锰等，这些离子有利于化学改性，以增强其吸附作用。多年来，科研工作者对花生壳进行了较多开发利用研究，以用于在如污水处理、复合材料、催化制氢、烟草减害等多种领域。CN 103689797(CN 201310643993)公开了一种改性花生壳多孔材料及其在卷烟中的应用。该多孔材料应用于卷烟滤嘴中，可有效降低卷烟烟气中的焦油、烟碱、氰化氢、苯酚以及巴豆醛等多种有害成分，但其制备方法需用到微波膨胀设备，并引入铜离子、锌离子、铁离子等金属离子，导致二次污染。

纳米材料是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间，处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。纳米二氧化硅颗粒因其尺寸小、微孔多、比表面积大等诸多优点，广泛应用于废水处理、抗菌等多种领域。

利用花生壳多孔结构和良好的吸附性能，结合纳米二氧化硅颗粒比表面积大的优点，在花生壳粉上负载纳米二氧化硅及赖氨酸，用于卷烟嘴过滤材料，尚未有相关报道。

CN201010149908.0提供一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，包括：将烟梗进行膨胀处理；将膨胀处理后的烟梗用乙醇浸提，然后脱溶处理；将脱溶处理后的烟梗用生物酶处理，然后干燥处理；将干燥处理后的烟梗造粒得到卷烟嘴过滤材料。该烟梗材料利于吸附烟气中的焦油，功能过于单一，不能满足人们的多样需求，具有一定的局限性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种卷烟嘴过滤材料及其制备方法，该方法通过对花生壳进行处理制得过滤材料，不但对焦油有很好的过滤作用，而且能降低卷烟中有害性成分的释放量，卷烟风格和感官几无差异。

一方面，本发明的目的在于提供一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，其制备过程如下：

6)取花生壳，粉碎，加入去离子水，浸泡，过滤，弃除可溶性杂质，烘干，即得花生壳粉；

7)将步骤1)中所得花生壳粉加入到硝酸溶液中，水浴加热，搅拌，过滤，弃除滤液，用去离子水清洗滤渣至pH中性，烘干即得活化花生壳粉；

8)向步骤2)所得活化花生壳粉中，依次加入氯化钠、硅酸钠水溶液，搅拌，混合均匀，缓慢滴加盐酸，调节pH为酸性；

9)反应后，升温，陈化，离心分离，依次用去离子水、乙醇洗涤滤渣，弃除滤液，烘干滤渣，得到粉末状产物；

10)将步骤4)所得粉末状产物加入赖氨酸溶液中，搅拌反应，过滤烘干得卷烟嘴过滤材料。

优选的，本发明目的在于提供一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，步骤1)中所述花生壳粉碎至50～200目，进一步地，可以碾碎至100～150目，更进一步地，本发明优选为100目。

优选的，本发明目的在于提供一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，步骤1)中所述花生壳粉烘干温度可以是50～100℃，进一步地，烘干温度可以是60～80℃，更进一步的，本发明优选烘干温度为70℃。

优选的，本发明目的在于提供一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，步骤1)所述花生壳与去离子水的质量比为1：5～10；浸泡时间为1～5小时。

优选的，本发明目的在于提供一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，步骤2)所述搅拌的时间为5～10小时，进一步地，所述搅拌时间为6～8小时，更进一步地，本发明优选搅拌时间为6小时。

优选的，本发明目的在于提供一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，所述花生壳粉(g)与硝酸溶液(ml)比例为0.5～2：4～6，进一步地，所述花生壳粉(g)与硝酸溶液(ml)比例为1：3，1：5，1：8。

优选的，本发明目的在于提供一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，所述硝酸溶液质量分数浓度可以是5％～15％，更进一步地，本发明优选所述硝酸溶液质量分数浓度为5％。

优选的，本发明目的在于提供一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，所述水浴温度为50～100℃，进一步地，所述水浴温度为60～80℃，更进一步地，本发明优选水浴温度为70％。

优选的，本发明目的在于提供一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，步骤2)中所述烘干温度为50～100℃，进一步地，所述烘干温度为60～80℃，更进一步地，本发明优选烘干温度为70℃。

优选的，本发明目的在于提供一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，所述硅酸钠、氯化钠和活化花生壳粉的质量比为1:1:1～10。优选为1:1:5。

优选的，本发明目的在于提供一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，所述硅酸钠水溶液质量分数浓度可以是5～20％，进一步地，所述硅酸钠水溶液质量分数浓度可以是5～15％，更进一步地，本发明优选所述硅酸钠水溶液质量分数浓度为5％，10％。

优选的，本发明目的在于提供一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，所述氯化钠水溶液质量分数浓度可以是5～20％，进一步地，所述氯化钠水溶液质量分数浓度可以是5～15％，更进一步地，本发明优选所述氯化钠水溶液质量分数浓度为5％，10％。

优选的，本发明目的在于提供一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，步骤3)所述搅拌的时间为0.5～2小时，进一步地，所述搅拌时间为0.5～1小时。

优选的，本发明目的在于提供一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，所述盐酸质量分数浓度可以是5～20％，进一步地，所述盐酸质量分数浓度可以是5％～15％，更进一步地，本发明所用盐酸质量分数浓度为5％，10％。

优选的，本发明目的在于提供一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，所述pH为酸性是指pH为3～5。

优选的，本发明目的在于提供一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，步骤4)所述反应后是指步骤3)中不再产生沉淀后；升温是指反应温度升至100～200℃，进一步地，温度升至120～150℃，本发明优选温度为150℃；所述陈化时间为1～2h。

优选的，本发明目的在于提供一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，步骤4)中所述烘干温度为50～100℃，进一步地，所述烘干温度为60～80℃，更进一步地，本发明优选烘干温度为70℃。

优选的，本发明目的在于提供一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，所述粉末状产物与赖氨酸的质量比为1～5:1，优选为2：1。

优选的，本发明目的在于提供一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，所述赖氨酸质量分数浓度可以是0.1～20％，进一步地，所述盐酸质量分数浓度可以是5％～15％，更进一步地，本发明所用盐酸质量分数浓度为5％，10％。

优选的，本发明目的在于提供一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，步骤5)中所述搅拌反应的时间为0.5～2h；所述烘干温度为50～100℃，优选为50℃。

另一方面，本发明目的在于提供一种卷烟嘴过滤材料，其通过本发明所述的方法制备得到。

另一方面，本发明目的在于提供一种卷烟嘴过滤材料的用途，是用于处理卷烟烟气中有害物质。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过对农作物废弃物花生壳的再利用，同时结合纳米二氧化硅的优异吸附性能和赖氨酸对HCN和巴豆醛的显著降低效果，制得卷烟嘴过滤材料，其用于降低卷烟毒害物质的用途。

2.本发明提供的卷烟嘴过滤材料对重金属铅、镉、汞以及有机物质焦油、烟碱、HCN、苯并[a]芘均有良好的吸附效果，减除有害物质能力优异，且卷烟风格没有变，卷烟感官质量无显著差异。

3.本发明制备的卷烟嘴过滤材料，其利用花生壳为原料，对花生壳这一农业废弃物进行有效利用，变废为宝，降低了生产成本，提高了资源的利用效率；所选材料安全无毒，不会引入外来危害同时具有较好的降低烟气中HCN的作用。

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明不受下述实施例的限定。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

实施例1

取花生壳，粉碎至50目，加入5倍花生壳质量的去离子水浸泡5小时，过滤，弃除可溶性杂质，50℃烘干，得到花生壳粉；取花生壳粉，按照花生壳粉(g)与硝酸溶液(ml)为0.5：4的比例，加入质量分数浓度5％的硝酸溶液，水浴加热，温度为50℃，均匀搅拌10小时，冷却至室温，过滤，弃除滤液，用去离子水清洗滤渣至中性，50℃烘干即得活化花生壳粉；

取活化花生壳粉，加入质量分数浓度5％的氯化钠溶液，搅拌均匀，滴加质量分数浓度5％的硅酸钠水溶液，硅酸钠、氯化钠和活化花生壳粉的质量比为1:1:1，搅拌0.5小时，混合均匀，缓慢滴加质量分数浓度5％盐酸，调节pH至3～5，在每滴加5分钟搅拌5分钟后继续滴加；均匀搅拌反应至不再产生沉淀；温度升至100℃，陈化1h，离心分离，依次用去离子水、乙醇各洗涤滤渣2次，弃除滤液，100℃烘干滤渣，得到粉末状产物；

将所得粉末状产物加入质量分数浓度0.1％的赖氨酸溶液中，粉末状产物与赖氨酸的质量比为1:1，搅拌反应0.5h，过滤后50℃烘干得卷烟嘴过滤材料。

实施例2

取花生壳，粉碎至200目，加入10倍花生壳质量的去离子水浸泡5小时，过滤，弃除可溶性杂质，100℃烘干，得到花生壳粉；取花生壳粉，按照花生壳粉(g)与硝酸溶液(ml)为2：6的比例，加入质量分数浓度15％硝酸溶液，水浴加热，温度为100℃，均匀搅拌5小时，冷却至室温，过滤，弃除滤液，用去离子水清洗滤渣至中性，100℃烘干即得活化花生壳粉；

取活化花生壳粉，加入质量分数浓度20％氯化钠溶液，搅拌均匀，滴加质量分数浓度20％的硅酸钠水溶液，硅酸钠、氯化钠和活化花生壳粉的质量比为1:1:10，搅拌2小时，混合均匀，缓慢滴加质量分数浓度20％盐酸，调节pH至3～5，均匀搅拌反应至不再产生沉淀。温度升至200℃，陈化2h，离心分离，依次用去离子水、乙醇各洗涤滤渣3次，弃除滤液，50℃烘干滤渣，得到粉末状产物；

将所得粉末状产物加入质量分数浓度20％赖氨酸溶液中，粉末状产物与赖氨酸的质量比为5:1，搅拌反应2h，过滤100℃烘干得卷烟嘴过滤材料。

实施例3

取花生壳，粉碎至100目，加入去离子水，花生壳与去离子水的质量比为1：7；浸泡时间为3小时，过滤，弃除可溶性杂质，70℃烘干，得到花生壳粉；取花生壳粉，按照花生壳粉(g)与硝酸溶液(ml)为1：5的比例，加入硝酸溶液质量分数浓度可以是5％％，水浴加热，温度为70℃，均匀搅拌6小时，冷却至室温，过滤，弃除滤液，用去离子水清洗滤渣至中性，70℃烘干即得活化花生壳粉；

取活化花生壳粉，加入10％氯化钠溶液，搅拌均匀，滴加10％的硅酸钠水溶液，硅酸钠、氯化钠和活化花生壳粉的质量比为1:1:5，搅拌1小时，混合均匀，滴加10％盐酸，调节pH至3～5，均匀搅拌反应至不再产生沉淀。温度升至150℃，陈化1.5h，离心分离，依次用去离子水、乙醇各洗涤滤渣2次，弃除滤液，70℃烘干滤渣，得到粉末状产物；

将所得粉末状产物加入10％赖氨酸溶液中，粉末状产物与赖氨酸的质量比为3:1，搅拌反应1h，过滤70℃烘干得卷烟嘴过滤材料。

实施例4

取花生壳，粉碎至150目，加入去离子水，花生壳与去离子水的质量比为1：6；浸泡时间为5小时，过滤，弃除可溶性杂质，80℃烘干，得到花生壳粉；取花生壳粉，按照花生壳粉(g)与硝酸溶液(ml)为1：4的比例，加入硝酸溶液的质量分数浓度可以是15％，水浴加热，温度为70℃，均匀搅拌5小时，冷却至室温，过滤，弃除滤液，用去离子水清洗滤渣至中性，80℃烘干即得活化花生壳粉；

取活化花生壳粉，加入10％氯化钠溶液，搅拌均匀，滴加10％的硅酸钠水溶液，硅酸钠、氯化钠和活化花生壳粉的质量比为1:1:8，搅拌1.5小时，混合均匀，滴加10％盐酸，调节pH至3～5，均匀搅拌反应至不再产生沉淀。温度升至150℃，陈化1.5h，离心分离，依次用去离子水、乙醇各洗涤滤渣3次，弃除滤液，70℃烘干滤渣，得到粉末状产物；

将所得粉末状产物加入5％赖氨酸溶液中，粉末状产物与赖氨酸的质量比为5:1，搅拌反应2h，过滤100℃烘干得卷烟嘴过滤材料。

实施例5

将实施例1至实施例4所得到的卷烟嘴过滤材料，通过滤棒成型机添加到卷烟滤嘴中，添加量为嘴棒总重量的10％，制备得到二元复合嘴棒，并制备成卷烟，平衡24h，采用吸烟机静电捕集模式抽吸卷烟，收集烟气样品，同时进行空白卷烟样品对照试验。试验烟支与对照烟支的主流烟气常规成分和重金属铅、镉，测试结果如下：

结论：对样品与对照进行感官评介表明，该样品明显能够丰富卷烟自然香气，对卷烟整体风格特征无明显影响。

以上所述仅为本发明的优选实施表明，例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，其特征在于，制备过程如下：

1)取花生壳，粉碎，加入去离子水，浸泡，过滤，弃除可溶性杂质，烘干，即得花生壳粉；

2)将步骤1)中所得花生壳粉加入到硝酸溶液中，水浴加热，搅拌，过滤，弃除滤液，用去离子水清洗滤渣至pH中性，烘干即得活化花生壳粉；

3)向步骤2)所得活化花生壳粉中，依次加入氯化钠、硅酸钠水溶液，搅拌，混合均匀，缓慢滴加盐酸，调节pH为酸性；

4)反应后，升温，陈化，离心分离，依次用去离子水、乙醇洗涤滤渣，弃除滤液，烘干滤渣，得到粉末状产物；

5)将步骤4)所得粉末状产物加入赖氨酸溶液中，搅拌反应，过滤烘干得卷烟嘴过滤材料。

2.根据权利要求1所述的一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述花生壳粉碎至50～200目，所述花生壳粉烘干温度为50～100℃；所述花生壳与去离子水的质量比为1：5～10；浸泡时间为1～5小时。

3.根据权利要求1所述的一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述搅拌的时间为5～10小时，所述花生壳粉(g)与硝酸溶液(ml)比例为0.5～2：4～6，所述硝酸溶液质量分数浓度是5％～15％，所述水浴温度为50～100℃，步骤2)中所述烘干温度为50～100℃。

4.根据权利要求1所述的一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述硅酸钠、氯化钠和活化花生壳粉的质量比为1:1:1～10；所述硅酸钠水溶液质量分数浓度是5～20％，所述氯化钠水溶液质量分数浓度是5～20％，步骤3)所述搅拌的时间为0.5～2小时，所述盐酸质量分数浓度是5～20％，所述pH为酸性是指pH为3～5。

5.根据权利要求1所述的一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述反应后是指步骤3)中不再产生沉淀后；升温是指反应温度升至100～200℃，所述陈化时间为1～2h，步骤4)中所述烘干温度为50～100℃。

6.根据权利要求1所述的一种卷烟嘴过滤材料的制备方法，其特征在于，所述粉末状产物与赖氨酸的质量比为1～5:1，所述赖氨酸质量分数浓度是0.1～20％，步骤5)中所述搅拌反应的时间为0.5～2h；所述烘干温度为50～100℃。

7.一种卷烟嘴过滤材料，其特征在于，其通过权利要求1～6任一所述的方法制备得到。

8.一种权利要求1～6任一方法制备的卷烟嘴过滤材料的用途，其特征在于，其用于处理卷烟烟气中有害物质。