CN111345497A - 具有CO特异吸附能力的亚铜离子基MOFs-凝胶复合材料及其应用于卷烟滤棒 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种具有CO特异吸附能力的亚铜离子基MOFs‑凝胶复合材料，由亚铜离子基MOFs材料和相变凝胶按照质量比为60～99:1～40混合而成，其中，所述亚铜离子基MOFs为网状金属有机物骨架材料，即Cu(I)‑MOFs；所述相变凝胶由相变凝脂、固化剂和润滑剂组成，按质量比，相变凝脂:固化剂:润滑剂为70～90:15～30:10～15。本发明的另外一个目的在于，将具有CO特异吸附的亚铜离子基MOFs‑凝胶复合材料应用于卷烟滤棒。本发明所公开的复合材料，可以高效吸附CO，不影响烟气品质。使用此种材料制成的复合滤棒，对于CO的特异性吸附率可以达到15%以上，显著降低烟气中CO含量。同时，相变凝胶吸收烟气中的热量软化、融化，能降低烟气温度，改善消费者的抽吸体验。

Description

具有CO特异吸附能力的亚铜离子基MOFs-凝胶复合材料及其 应用于卷烟滤棒
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，涉及有机金属复合材料，尤其涉及一种具有CO特异吸附能力的亚铜离子基MOFs-凝胶复合材料及其应用于卷烟滤棒。
背景技术
传统卷烟点燃后，烟丝因不完全燃烧，持续释放烟气；加热不燃烧烟草制品，利用高温炙烤烟弹，使烟气释放，这都是烟气中CO产生的主要方式，CO吸入过量，对人体是有害的。
卷烟行业常见的吸附CO方式，主要有过滤嘴的物理截留和功能颗粒的吸附。物理截留是在烟气通过过滤嘴时，CO在过滤嘴内部流动，在其运动过程中不断与滤嘴丝束碰撞，从而被截留；功能颗粒吸附，所用颗粒多为多孔颗粒，其具有内部孔道多、比表面积大、吸附能力强的特性，当CO在内部孔道流动时，由于运动路径过长，动能被消耗殆尽，滞留在功能颗粒内部，从而被吸附，不被吸入口腔。
上述两种方法都存在弊端：物理截留法的截留效率低，因CO是小分子，而过滤嘴中的丝束纤维之间形成的空隙较大，CO可以从空隙中穿过，无法被截留；功能颗粒其吸附不具有选择性，在吸附CO的同时，也将绝大多数的烟气物质予以吸附，降低了烟气品质，影响抽吸口感。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是公开一种具有CO特异吸附能力的亚铜离子基MOFs-凝胶复合材料。
技术方案
一种具有CO特异吸附的亚铜离子基MOFs-凝胶复合材料，由亚铜离子基MOFs材料和相变凝胶按照质量比为60～99:1～40混合而成，其中，所述亚铜离子基MOFs为网状金属有机物骨架材料，即Cu(I)-MOFs；所述相变凝胶由相变凝脂、固化剂和润滑剂组成，按质量比，相变凝脂:固化剂:润滑剂为70～90:15～30:10～15。
本发明较优公开例中，所述相变凝胶，按照相变凝脂:固化剂:润滑剂质量比为90:15:10 组成。
本发明较优公开例中，所述相变凝脂包括但不限于聚乙二醇(PEG)、明胶、石蜡-石墨复合物、硬脂酸-膨润土纳米混合物中的一种或多种。
本发明较优公开例中，所述相变凝脂为分子量为4000和6000的聚乙二醇(PEG)，PEG- 4000:PEG-6000质量比为6～9:1～4。
进一步的，所述相变凝脂按照PEG-4000:PEG-6000质量比为8:2。
本发明较优公开例中，所述固化剂包括但不限于单硬脂酸甘油酯、三硬脂酸甘油酯中的一种或多种。
进一步的，所述固化剂为单硬脂酸甘油酯。
本发明较优公开例中，所述润滑剂包括但不限于氢化植物油、丙二醇、蜂蜡、棕榈蜡中的一种或多种。
本发明较优公开例中，所述润滑剂为氢化植物油和蜂蜡，其中氢化植物油:蜂蜡质量比为1～3:7～9，优选2:8。
本发明所公开的复合材料，软化温度在45～55℃之间；当温度超过55℃时，复合材料开始融化；当温度超过65℃时，复合材料完全融化，亚铜离子(Cu+)基MOFs材料完全暴露在烟气中。由于亚铜离子(Cu+)基MOFs材料在空气中存在一定的氧化作用，亚铜离子 (Cu+)被氧化成铜离子(Cu2+)，当CO随着高温烟气经过时，铜离子(Cu2+)被CO还原形成亚铜离子(Cu+)和CO2；同时，亚铜离子(Cu+)在高温作用下与CO发生络合反应，以吸收CO。由于复合材料所具有的网状结构对CO还存在一定的空间物理截留作用，故吸附效率较高。反应方程式如下：
Figure BDA0002453793360000021
Figure BDA0002453793360000022
本发明的另外一个目的在于，将具有CO特异吸附的亚铜离子基MOFs-凝胶复合材料应用于卷烟滤棒。将复合材料精制研磨成粉料后，通过投料机将粉料投在丝束上，制成颗粒料棒，再与普通醋纤棒复合，制成二元复合滤棒或三元复合滤棒。复合滤棒卷接时，含有复合材料的一段与烟丝相连，烟气经过时，与烟气中的CO发生反应，将其截留吸附。
CO吸附率的定义为：
Figure BDA0002453793360000023
本发明所用亚铜离子基MOFs即Cu(I)-MOFs为市售。
有益效果
本发明所公开的具有CO特异吸附能力的亚铜离子(Cu+)基MOFs—凝胶复合材料，可以高效吸附CO，并不影响烟气品质。使用此种材料制成的滤棒，对于CO的特异性吸附率可以达到15％以上，显著降低了烟气中CO含量。同时，相变凝胶吸收烟气中的热量达到软化、融化的效果，也降低了烟气温度，在一定程度上改善了抽吸体验。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本发明，但本发明并不局限于以下实施例。
实施例1
按照重量比相变凝胶：亚铜离子(Cu+)基IRMOFs材料＝95：5。先将相变凝脂、固化剂、润滑剂按照比例称重后，放入水浴搅拌锅，水浴温度为75℃。当材料完全融化后，开始搅拌，搅拌速度为1500r/min，搅拌时间按照5分钟/千克控制。然后按照前述重量比例，缓慢洒入亚铜离子(Cu+)基IRMOFs材料，继续搅拌，搅拌时间按照10分钟/千克控制。搅拌完成后，倒出。
将上述材料按照放入水浴保温锅内，通过凝胶添加装置，按照1mg/mm的添加量添加到滤棒中去，制得滤棒1。
实施例2
按照重量比相变凝胶：亚铜离子(Cu+)基IRMOFs材料＝90：10。先将相变凝脂、固化剂、润滑剂按照比例称重后，放入水浴搅拌锅，水浴温度为75℃。当材料完全融化后，开始搅拌，搅拌速度为1500r/min，搅拌时间按照5分钟/千克控制。然后按照前述重量比例，缓慢洒入亚铜离子(Cu+)基IRMOFs材料，继续搅拌，搅拌时间按照10分钟/千克控制。搅拌完成后，倒出。
将上述材料按照放入水浴保温锅内，通过凝胶添加装置，按照1mg/mm的添加量添加到滤棒中去，制得滤棒2。
实施例3
按照重量比相变凝胶：亚铜离子(Cu+)基IRMOFs材料＝85：10。先将相变凝脂、固化剂、润滑剂按照比例称重后，放入水浴搅拌锅，水浴温度为75℃。当材料完全融化后，开始搅拌，搅拌速度为1500r/min，搅拌时间按照5分钟/千克控制。然后按照前述重量比例，缓慢洒入亚铜离子(Cu+)基IRMOFs材料，继续搅拌，搅拌时间按照10分钟/千克控制。搅拌完成后，倒出。
将上述材料按照放入水浴保温锅内，通过凝胶添加装置，按照1mg/mm的添加量添加到滤棒中去，制得滤棒3。
实施例4
按照重量比相变凝胶：亚铜离子(Cu+)基IRMOFs材料＝85：15。先将相变凝脂、固化剂、润滑剂按照比例称重后，放入水浴搅拌锅，水浴温度为75℃。当材料完全融化后，开始搅拌，搅拌速度为1500r/min，搅拌时间按照5分钟/千克控制。然后按照前述重量比例，缓慢洒入亚铜离子(Cu+)基IRMOFs材料，继续搅拌，搅拌时间按照10分钟/千克控制。搅拌完成后，倒出。
将上述材料按照放入水浴保温锅内，通过凝胶添加装置，按照1mg/mm的添加量添加到滤棒中去，制得滤棒4。
实施例5
按照重量比相变凝胶：亚铜离子(Cu+)基IRMOFs材料＝80：20。先将相变凝脂、固化剂、润滑剂按照比例称重后，放入水浴搅拌锅，水浴温度为75℃。当材料完全融化后，开始搅拌，搅拌速度为1500r/min，搅拌时间按照5分钟/千克控制。然后按照前述重量比例，缓慢洒入亚铜离子(Cu+)基IRMOFs材料，继续搅拌，搅拌时间按照10分钟/千克控制。搅拌完成后，倒出。
将上述材料按照放入水浴保温锅内，通过凝胶添加装置，按照1mg/mm的添加量添加到滤棒中去，制得滤棒5。
实施例6
按照重量比相变凝胶：亚铜离子(Cu+)基IRMOFs材料＝75：25。先将相变凝脂、固化剂、润滑剂按照比例称重后，放入水浴搅拌锅，水浴温度为75℃。当材料完全融化后，开始搅拌，搅拌速度为1500r/min，搅拌时间按照5分钟/千克控制。然后按照前述重量比例，缓慢洒入亚铜离子(Cu+)基IRMOFs材料，继续搅拌，搅拌时间按照10分钟/千克控制。搅拌完成后，倒出。
将上述材料按照放入水浴保温锅内，通过凝胶添加装置，按照1mg/mm的添加量添加到滤棒中去，制得滤棒6。
实施例7
按照重量比相变凝胶：亚铜离子(Cu+)基IRMOFs材料＝70：30。先将相变凝脂、固化剂、润滑剂按照比例称重后，放入水浴搅拌锅，水浴温度为75℃。当材料完全融化后，开始搅拌，搅拌速度为1500r/min，搅拌时间按照5分钟/千克控制。然后按照前述重量比例，缓慢洒入亚铜离子(Cu+)基IRMOFs材料，继续搅拌，搅拌时间按照10分钟/千克控制。搅拌完成后，倒出。
将上述材料按照放入水浴保温锅内，通过凝胶添加装置，按照1mg/mm的添加量添加到滤棒中去，制得滤棒7。
实施例8
按照重量比相变凝胶：亚铜离子(Cu+)基IRMOFs材料＝60：40。先将相变凝脂、固化剂、润滑剂按照比例称重后，放入水浴搅拌锅，水浴温度为75℃。当材料完全融化后，开始搅拌，搅拌速度为1500r/min，搅拌时间按照5分钟/千克控制。然后按照前述重量比例，缓慢洒入亚铜离子(Cu+)基IRMOFs材料，继续搅拌，搅拌时间按照10分钟/千克控制。搅拌完成后，倒出。
将上述材料按照放入水浴保温锅内，通过凝胶添加装置，按照1mg/mm的添加量添加到滤棒中去，制得滤棒8。
以不添加亚铜离子基MOFs-凝胶复合材料的烟用滤棒作为对照样，与添加实施例1—8 中8种亚铜离子基MOFs-凝胶复合材料制得的滤棒做CO吸附试验。
实验条件为所用原辅材料规格一致，制成的滤棒圆周、长度、吸阻一致，卷接用的烟丝配方一致。
CO吸附率如下表所示：
实验样 CO吸附率
对照样 /
实施例1 17.13％
实施例2 18.04％
实施例3 18.07％
实施例4 20.62％
实施例5 22.55％
实施例6 24.12％
实施例7 27.23％
实施例8 29.96％
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有CO特异吸附的亚铜离子基MOFs-凝胶复合材料，其特征在于：由亚铜离子基MOFs材料和相变凝胶按照质量比为60～99:1～40混合而成，其中，所述亚铜离子基MOFs为网状金属有机物骨架材料，即Cu(I)-MOFs；所述相变凝胶由相变凝脂、固化剂和润滑剂组成，按质量比，相变凝脂:固化剂:润滑剂为70～90:15～30:10～15。
2.根据权利要求1所述具有CO特异吸附的亚铜离子基MOFs-凝胶复合材料，其特征在于：所述相变凝胶，按照相变凝脂:固化剂:润滑剂质量比为90:15:10组成。
3.根据权利要求1所述具有CO特异吸附的亚铜离子基MOFs-凝胶复合材料，其特征在于：所述相变凝脂包括但不限于聚乙二醇PEG、明胶、石蜡-石墨复合物、硬脂酸-膨润土纳米混合物中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述具有CO特异吸附的亚铜离子基MOFs-凝胶复合材料，其特征在于：所述相变凝脂为分子量为4000和6000的聚乙二醇（PEG），PEG-4000:PEG-6000质量比为6～9:1～4。
5.根据权利要求4所述具有CO特异吸附的亚铜离子基MOFs-凝胶复合材料，其特征在于：所述相变凝脂按照PEG-4000:PEG-6000质量比为8:2。
6.根据权利要求1所述具有CO特异吸附的亚铜离子基MOFs-凝胶复合材料，其特征在于：所述固化剂包括但不限于单硬脂酸甘油酯、三硬脂酸甘油酯中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述具有CO特异吸附的亚铜离子基MOFs-凝胶复合材料，其特征在于：所述固化剂为单硬脂酸甘油酯。
8.根据权利要求1所述具有CO特异吸附的亚铜离子基MOFs-凝胶复合材料，其特征在于：所述润滑剂包括但不限于氢化植物油、丙二醇、蜂蜡、棕榈蜡中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述具有CO特异吸附的亚铜离子基MOFs-凝胶复合材料，其特征在于：所述润滑剂为氢化植物油和蜂蜡，其中氢化植物油:蜂蜡质量比为1～3:7～9，优选2:8。
10.一种如权利要求1-9任一所述具有CO特异吸附的亚铜离子基MOFs-凝胶复合材料的应用，其特征在于：将其应用于卷烟滤棒。
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