CN110179155A - 一种多氨基壳聚糖材料在卷烟滤嘴中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多氨基壳聚糖材料在卷烟滤嘴中的应用,该多氨基壳聚糖材料是对壳聚糖进行改性从而获得的具有多个活性氨基的改性壳聚糖,在添加极少量的情况下,即可对卷烟主流烟气中的酚类及醛类等有害成分进行有效吸附。
Description
技术领域
本发明涉及壳聚糖的应用领域,具体涉及的是一种多氨基壳聚糖材料在卷烟滤嘴中的应用。
背景技术
壳聚糖作为自然界唯一的天然碱性多糖,是一种来源丰富、可再生、无毒、可降解的天然材料,将壳聚糖应用于卷烟主流烟气中有害成分的吸附已有报道。
王晓葵等将不同脱乙酰度的壳聚糖应用到卷烟滤嘴中,结果随着壳聚糖脱乙酰度的增加,对焦油和烟碱的降低效果增加【王晓葵等.不同脱乙酰度的壳聚糖对降低卷烟焦油和烟碱释放量的作用[J].郑州轻工业学院学报(自然科学版),2002,17(2):104-107】。
胡苏林等考察了壳聚糖脱乙酰度对主流烟气中苯并[α]芘和苯酚吸附的影响,结果表明壳聚糖脱乙酰度增加有助于降低主流烟气中苯并芘和苯酚的含量【胡苏林等.酸溶壳聚糖对卷烟主流烟气中苯并[a]芘、苯酚释放量的影响.食品工业科技,2014,35(9):109-111】。
申请人认为壳聚糖能降低卷烟烟气中有害成分的原因与壳聚糖上的化学基团特别是氨基有关。因此,可以对壳聚糖进行改性,增加壳聚糖结构单元上的氨基数量,同时通过改性基团的引入破坏纯壳聚糖紧密的氢键结构,使得壳聚糖结构中原有的氨基能裸露,并与烟气中的有害成分结合,从而达到降低烟气有害成分的释放量的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多氨基壳聚糖材料在卷烟滤嘴中的应用,采用多氨基壳聚糖材料对卷烟主流烟气中的有害成分进行滤除,从而达到减少烟气有害成分的释放量的目的。
为了达成上述目的,本发明的解决方案是:
一种多氨基壳聚糖材料在卷烟滤嘴中的应用,所述多氨基壳聚糖材料在卷烟滤嘴中用于对卷烟主流烟气中的有害成分进行滤除,所述多氨基壳聚糖材料是具有多个活性氨基的改性壳聚糖。
一种多氨基壳聚糖材料在卷烟滤嘴中的应用,所述卷烟滤嘴内填充有所述多氨基壳聚糖材料,所述多氨基壳聚糖材料的质量用量为10~50mg/支卷烟,所述多氨基壳聚糖材料为6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖、6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/Fe3O4复合材料和6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/氧化石墨烯复合材料。
所述6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、先将1~5g壳聚糖分散于30~50mL二氯甲烷中,滴加甲烷磺酸,室温下反应0.5~2h,然后加入2~5mL氯化亚砜继续反应2~4h后,旋蒸,得6-氯-6-脱氧壳聚糖甲烷磺酸盐;
步骤2、称取步骤1得到的6-氯-6-脱氧壳聚糖甲烷磺酸盐1~5g,加入50~100mL乙二胺,在80~100℃下回流反应2~5h,冷却至室温,将产物倒入100~200mL冰丙酮中沉淀,然后用丙酮洗涤,抽滤,干燥,得所述6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖。
步骤1中,所述甲烷磺酸的摩尔量为所述壳聚糖的摩尔量的85~95%。
所述6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/Fe3O4复合材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、在室温下,将1~5g所述6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖加入于40~50mL去离子水中,滴加1~3mL的1%醋酸溶液,搅拌1~2h,得6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖水溶液;
步骤2、将0.3~0.5g Fe3O4分散于1~10mL去离子水中,加入0.01~0.05g十六烷基溴化铵,搅拌1~2h至均匀,得Fe3O4混合溶液;
步骤3、将步骤1溶解后的6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖水溶液倒入步骤2中的Fe3O4混合溶液,继续搅拌0.5~1h,用1%NaOH溶液调节pH值至中性,抽滤,得到的产物依次用无水乙醇和乙醚洗涤三次,烘干,得所述6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/Fe3O4复合材料。
所述6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/氧化石墨烯复合材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、在室温下,将1~5g所述6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖加入于40~50mL去离子水,滴加1~3mL的1%醋酸溶液,机械搅拌1~2h,得6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖水溶液;
步骤2、将0.3~0.5g氧化石墨烯加入步骤1溶解后的6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖水溶液中,在40~60℃下,机械搅拌1~2h,用1%NaOH溶液调节pH值至中性,抽滤,用乙醚洗涤产物,烘干,得到所述6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/氧化石墨烯复合材料。
采用上述技方案后,将本发明中的一种多氨基壳聚糖材料应用于卷烟滤嘴中,该多氨基壳聚糖材料是对壳聚糖进行改性从而获得的具有多个活性氨基的改性壳聚糖,合成路线如图1所示,该多氨基壳聚糖材料具有以下效果:在添加10~50mg/支卷烟的情况下,即可对卷烟主流烟气中的酚类及醛类等有害成分进行有效吸附。
在制备得到的6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖的基础上,添加了Fe3O4或氧化石墨烯,当然,也可同时添加Fe3O4和氧化石墨烯,进一步得到了多氨基壳聚糖复合材料,并应用于降低卷烟主流烟气中有害成分的释放量。对于6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/Fe3O4复合材料,依托Fe3O4对CO的作用,可以更有效的降低卷烟主流烟气中CO的释放量;对于6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/氧化石墨烯复合材料,氧化石墨烯拥有较高的比表面积、吸附容量大、吸附时间较快、易回收等特点,且氧化石墨烯表面具有大量的功能基团,可与烟气中的有害物质结合,从而实现降低卷烟主流烟气中有害成分的释放量的目的。
附图说明
图1为本发明中6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖的合成路线图。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案,下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
实施例1
6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、先将5g壳聚糖分散于30mL二氯甲烷中,滴加2mL甲烷磺酸,室温下反应0.5h,然后加入5mL氯化亚砜继续反应4h后,旋蒸,得6-氯-6-脱氧壳聚糖甲烷磺酸盐;
步骤2、称取5g步骤1得到的6-氯-6-脱氧壳聚糖甲烷磺酸盐,加入50mL乙二胺,在100℃下回流反应5h,冷却至室温,将产物倒入200mL冰丙酮中沉淀,然后用200mL丙酮洗涤,抽滤,80℃下干燥,得6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖。
实施例2
6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/Fe3O4复合材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、在室温下,将1g实施例1中制备得到6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖加入于50mL去离子水中,滴加3mL、1%醋酸溶液,搅拌2h,得6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖水溶液;
步骤2、将0.3g Fe3O4分散于1mL去离子水中,加入0.01g十六烷基溴化铵,搅拌2h至均匀,得Fe3O4混合溶液;
步骤3、将步骤1溶解后的6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖水溶液倒入步骤2中的Fe3O4混合溶液,继续搅拌1h,用1%NaOH溶液调节pH值至中性,抽滤,得到的产物依次用无水乙醇和乙醚洗涤三次,80℃烘干,得到6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/Fe3O4复合材料。
实施例3
6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/氧化石墨烯复合材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、在室温下,将1g实施例1中制备得到的6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖加入于50mL去离子水,滴加1mL、1%醋酸溶液,机械搅拌2h,得6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖水溶液;
步骤2、将0.3g氧化石墨烯加入步骤1溶解后的6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖水溶液中,在50℃下机械搅拌2h,用1%NaOH溶液调节pH值至中性,抽滤,用乙醚洗涤产物,80℃烘干,得到6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/氧化石墨烯复合材料。
应用例多氨基壳聚糖材料在卷烟滤嘴中的应用
例1、将20mg 6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖填充于卷烟滤嘴中,使得卷烟滤嘴中的填充结构形成三明治夹心结构,即卷烟滤嘴的常规填充材料(含有醋酸纤维)中夹着6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖,并测定卷烟主流烟气中有害成分的释放量;
例2、将20mg 6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/Fe3O4复合材料填充于卷烟滤嘴中,使得卷烟滤嘴中的填充结构形成三明治夹心结构,即卷烟滤嘴的常规填充材料(含有醋酸纤维)中夹着6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/Fe3O4复合材料,并测定卷烟主流烟气中有害成分的释放量;
例3、将20mg 6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/氧化石墨烯复合材料填充于卷烟滤嘴中,使得卷烟滤嘴中的填充结构形成三明治夹心结构,即卷烟滤嘴的常规填充材料(含有醋酸纤维)中夹着6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/氧化石墨烯复合材料,并测定卷烟主流烟气中有害成分的释放量。
将上述三种卷烟滤嘴的测定数据与常规卷烟滤嘴比较,结果如表1所示,由表1可以看出:与常规滤嘴相比,各多氨基壳聚糖材料对表1中的七种烟气有害成分均有明显的吸附作用;其中6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖尤其对苯酚和巴豆醛有显著的吸附作用;6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/Fe3O4复合材料尤其对CO、NNK和NH3有显著的吸附作用;6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/氧化石墨烯复合材料尤其对NNK、NH3和BaP有显著的吸附作用。因此,多氨基壳聚糖材料在卷烟滤嘴中可用于对卷烟主流烟气中的有害成分进行滤除,实现降低卷烟主流烟气中有害成分的释放量的目的。
表1卷烟主流烟气中七种有害成分的释放量
注:NNK和BaP分别表示4-甲亚硝胺基-(3-吡啶基)-1-丁酮和苯并芘。
上述实施例和图示并非限定本发明的产品形态和式样,任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰,皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (6)
1.一种多氨基壳聚糖材料在卷烟滤嘴中的应用,其特征在于:所述多氨基壳聚糖材料在卷烟滤嘴中用于对卷烟主流烟气中的有害成分进行滤除,所述多氨基壳聚糖材料是具有多个活性氨基的改性壳聚糖。
2.根据权利要求1所述的一种多氨基壳聚糖材料在卷烟滤嘴中的应用,其特征在于:所述卷烟滤嘴内填充有所述多氨基壳聚糖材料,所述多氨基壳聚糖材料的质量用量为10~50mg/支卷烟,所述多氨基壳聚糖材料为6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖、6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/Fe3O4复合材料或者6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/氧化石墨烯复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种多氨基壳聚糖材料在卷烟滤嘴中的应用,其特征在于:所述6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、先将1~5g壳聚糖分散于30~50mL二氯甲烷中,滴加甲烷磺酸,室温下反应0.5~2h,然后加入2~5mL氯化亚砜继续反应2~4h后,旋蒸,得6-氯-6-脱氧壳聚糖甲烷磺酸盐;
步骤2、称取步骤1得到的6-氯-6-脱氧壳聚糖甲烷磺酸盐1~5g,加入50~100mL乙二胺,在80~100℃下回流反应2~5h,冷却至室温,将产物倒入100~200mL冰丙酮中沉淀,然后用丙酮洗涤,抽滤,干燥,得所述6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖。
4.根据权利要求3所述的一种多氨基壳聚糖材料在卷烟滤嘴中的应用,其特征在于:步骤1中,所述甲烷磺酸的摩尔量为所述壳聚糖的摩尔量的85~95%。
5.根据权利要求3所述的一种多氨基壳聚糖材料在卷烟滤嘴中的应用,其特征在于:所述6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/Fe3O4复合材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、在室温下,将1~5g所述6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖加入于40~50mL去离子水中,滴加1~3mL的1%醋酸溶液,搅拌1~2h,得6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖水溶液;
步骤2、将0.3~0.5g Fe3O4分散于1~10mL去离子水中,加入0.01~0.05g十六烷基溴化铵,搅拌1~2h至均匀,得Fe3O4混合溶液;
步骤3、将步骤1溶解后的6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖水溶液倒入步骤2中的Fe3O4混合溶液,继续搅拌0.5~1h,用1%NaOH溶液调节pH值至中性,抽滤,得到的产物依次用无水乙醇和乙醚洗涤三次,烘干,得所述6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/Fe3O4复合材料。
6.根据权利要求3所述的一种多氨基壳聚糖材料在卷烟滤嘴中的应用,其特征在于:所述6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/氧化石墨烯复合材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、在室温下,将1~5g所述6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖加入于40~50mL去离子水,滴加1~3mL的1%醋酸溶液,机械搅拌1~2h,得6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖水溶液;
步骤2、将0.3~0.5g氧化石墨烯加入步骤1溶解后的6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖水溶液中,在40~60℃下,机械搅拌1~2h,用1%NaOH溶液调节pH值至中性,抽滤,用乙醚洗涤产物,烘干,得到所述6-氨乙胺基-6-脱氧壳聚糖/氧化石墨烯复合材料。
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