CN111513361A - 一种卷烟滤嘴吸附材料 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种卷烟滤嘴吸附材料。该卷烟滤嘴吸附材料为由海藻酸、壳聚糖进行缩水反应所得到的产物。本申请的卷烟滤嘴吸附材料以由海藻酸、壳聚糖进行缩水反应所得到的产物作为卷烟滤嘴吸附材料，因其含有丰富的羟基、氨基，能通过同酚类、羰基类卷烟有害物质发生氢键作用，从而获得对卷烟有害物质的高效吸附率。
Description
技术领域
本发明涉及滤嘴材料的技术领域，具体涉及一种卷烟滤嘴吸附材料。
背景技术
我国是烟草生产消费大国，吸烟者高达3亿人，每年消耗的烟草占世界的总销售的1/3。而烟草中存在各类对人体有一定伤害的有害物质，如甲醛、邻苯二酚、间苯二酚、重金属离子等这些强致癌物质。为此，人们开始寻求减少卷烟烟气中的痕量有害物质的方法。
目前主要采用的方法是通过物理吸附和化学吸附过滤到卷烟烟气中的痕量有害物质。如中国专利CN106824061A 公开了一种在二醋酸纤维素丝束中添加天然沸石颗粒过滤烟嘴，通过大比表面的沸石来吸附烟气中有害物质，但这种简单物理吸附方式吸附效果一般，选择性较差导致容易吸附饱和。
又如中国专利CN109316830A公开了一种烟气过滤复合材料，通过其材料上所含有的极性元素，选择性的吸附卷烟烟气中如甲醛、丙醛这类极性物质，然而这种极性、氢键元素对有害物质的反应较为迟钝，不能高效的、快速的吸附有害物质。
发明内容
为解决上述问题，本申请提供一种卷烟滤嘴吸附材料，该卷烟滤嘴吸附材料能够高效去除卷烟烟气中的痕量有害物质的目的。
本发明人已经发现，壳聚糖的分子结构中含有多个的氨基，海藻酸的分子结构中含有多个的羟基，这不仅为二者发生氨基、羟基的缩水反应创造了便利条件，同时也是二者缩水反应产物中丰富的氨基、羟基的来源。这些氨基、羟基是能够较为容易地同卷烟烟气的酚类、羰基有害物质发生氢键作用以产生对其的吸附作用。此外，吸附材料因含有壳聚糖、海藻酸的主体结构而呈凝胶状，具有一定的吸水膨胀（可以理解的是，卷烟滤嘴使用时会被嘴唇的口水浸润，这为吸水膨胀提供了可能性）而成为多孔结构，从而获得较好对卷烟有害物质的物理吸附力。物理吸附力将有害物质吸附至吸附材料表面后，使得有害物质在吸附材料表面不断富集，产生较大的浓度差，从而促进分子间氢键方式的吸附发生。吸附材料因含有壳聚糖、海藻酸的主体结构而具有粘性，能够同卷烟滤棒中例如丝束体发生粘附而可简单掺入。基于此，完成了本申请的创造。
根据本申请的一个实施方案，卷烟滤嘴吸附材料，其为由海藻酸、壳聚糖进行缩水反应所得到的产物。
这里，缩水反应的反应式可表示如下：
海藻酸的分子量较佳地为100～300kDa，例如100 kDa、110 kDa、130 kDa、180kDa、220 kDa、250 kDa、280 kDa或300 kDa。
这里，海藻酸可以采用酸或盐的形式，对于盐而言，可以为海藻酸钠。
壳聚糖的分子量较佳地为10～150kDa，例如10 kDa、20 kDa、50 kDa、80 kDa、120kDa、140 kDa、150 kDa等。
为了促进上述缩水反应的进行，可加入催化剂。催化剂可列举出强碱，优选为氢氧化钠、氢氧化钾。当然也可以为其它有机碱。
需要说明的是，缩水反应也可以在酸性环境下进行，但其反应时间长一些。
典型地，强碱、海藻酸、壳聚糖的质量之比可以为1：2~5：2~5，例如1：2：2、1：2.1：2.1、1：2.5：2.5、1：3：3、1：3.5：3、1：4：3.5、1：4.5：4、1：5：5等。
所述缩聚反应可以包括以下步骤：
（1）使包含海藻酸、壳聚糖的反应原料分散于水相中，并使之反应，得到缩聚产物混合液；
（2）从所述缩聚产物混合液中采用醇溶剂提取出海藻酸接枝壳聚糖溶液；
（3）将海藻酸接枝壳聚糖溶液干燥固化，得到卷烟滤嘴吸附材料。
上述，步骤（1）中分散的加料方式可以是所有原料同时投料后分散，也可以是先将海藻酸（以海藻酸钠的形式）分散在水相后再投入剩余的原料。总之，投料的顺序对本申请的效果不会产生特别的影响。
这里，所述反应的温度可以为30～70℃，如30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃等。于此温度下，反应时间为10~20h，如10h、12h、15h、18h、20h等。
步骤（2）中，醇溶剂提取的原理是已为本领域技术人员能想到的萃取。在操作上，在加入醇溶剂后，可以采用离心分离的方式，去除分层的上清液。
缩聚产物混合液与醇溶剂的体积之比为1:2~5，例如1:2、1:2.1、1:2.2、1:2.5、1:3、1:4、1:4.5、1:5等。
此处，醇溶剂可以为C1～4醇溶剂，例如乙醇、丙醇或异丙醇中的一种或至少二种。
步骤（3）中，干燥固化的目的是不仅仅是去除醇溶剂，而也同步去除凝胶材料中的水份。这里，所述干燥固化的温度可以为120~160℃，干燥固化时间为3~5h。
本申请方法，以由海藻酸、壳聚糖进行缩水反应所得到的产物作为卷烟滤嘴吸附材料，因其含有丰富的羟基、氨基，能通过同酚类、羰基类卷烟有害物质发生氢键作用，从而获得对卷烟有害物质的高效吸附率。
附图说明
图1 本发明实施例1~4卷烟滤嘴吸附材料的孔径-孔容积对应关系图。
具体实施方式
以下是本申请的具体实施例，对本申请的技术方案作进一步的描述，但本申请并不限于这些实施例。
实施例1
S1：将分子量为100kDa的海藻酸钠粉末分散到蒸馏水中，加热至30℃条件下共混，获得上层清液。
S2：按照质量比将1份氢氧化钠、2份分子量为10kDa的壳聚糖分散于2份海藻酸钠含量的上层清液中，回流10小时后冷却至室温，获得海藻酸钠接枝壳聚糖溶液。
S3：在该海藻酸钠接枝壳聚糖溶液中加入2倍体积比的提纯溶剂，离心去除上层清液直至pH值下降到7，获得提纯后的海藻酸钠接枝壳聚糖溶液，并置于120℃干燥环境下固化5h，获得卷烟滤嘴吸附材料。
将本实施例制备的500g卷烟滤嘴吸附材料置于标准实验箱中在常温下测试对醛类/酚类有害物质的吸附效果，测试数据如表1所示：
表1醛类/酚类有害物质吸附能力实验数据
实施例2
步骤1：将分子量为300kDa的海藻酸钠粉末分散到蒸馏水中，加热至70℃条件下共混，获得上层清液。
步骤2：按照质量比将1份氢氧化钠、5份分子量为150kDa的壳聚糖分散于5份海藻酸钠含量的上层清液中，回流20小时后冷却至室温，获得海藻酸钠接枝壳聚糖溶液。
步骤3：在该海藻酸钠接枝壳聚糖溶液中加入5倍体积比的提纯溶剂，离心去除上层清液直至pH值下降到6，获得提纯后的海藻酸钠接枝壳聚糖溶液，并置于120℃干燥环境下固化3h，获得卷烟滤嘴吸附材料。
将本实施例制备的500g卷烟滤嘴吸附材料置于标准实验箱中在常温下测试对醛类/酚类有害物质的吸附效果，测试数据如表2所示：
表2醛类/酚类有害物质吸附能力实验数据
实施例3
S1：将分子量为200kDa的海藻酸钠粉末分散到蒸馏水中，加热至70℃条件下共混，获得上层清液。
S2：按照质量比将1份氢氧化钠、3.5份分子量为150kDa的壳聚糖分散于3.5份海藻酸钠含量的上层清液中，回流20小时后冷却至室温，获得海藻酸钠接枝壳聚糖溶液。
S3：在该海藻酸钠接枝壳聚糖溶液中加入4倍体积比的提纯溶剂，离心去除上层清液直至pH值下降到6，获得提纯后的海藻酸钠接枝壳聚糖溶液，并置于120℃干燥环境下固化3h，获得卷烟滤嘴吸附材料。
将本实施例制备的500g卷烟滤嘴吸附材料置于标准实验箱中在常温下测试对醛类/酚类有害物质的吸附效果，测试数据如表3所示：
表3 醛类/酚类有害物质吸附能力实验数据
实施例4
S1：将分子量为300kDa的海藻酸钠粉末分散到蒸馏水中，加热至70℃条件下共混，获得上层清液。
S2：按照质量比将1份氢氧化钠、5份分子量为150kDa的壳聚糖分散于5份海藻酸钠含量的上层清液中，回流20小时后冷却至室温，获得海藻酸钠接枝壳聚糖溶液。
S3：在该海藻酸钠接枝壳聚糖溶液中加入5倍体积比的提纯溶剂，离心去除上层清液直至pH值下降到6，获得提纯后的海藻酸钠接枝壳聚糖溶液，并置于120℃干燥环境下固化3h，获得卷烟滤嘴吸附材料。
将本实施例制备的500g卷烟滤嘴吸附材料置于标准实验箱中在常温下测试对醛类/酚类有害物质的吸附效果，测试数据如表4所示：
表4 醛类/酚类有害物质吸附能力实验数据
对比例1
将本实施例制备的500g由海藻酸、壳聚糖按照1:1质量比共混，再在120℃干燥3h。置于标准实验箱中在常温下测试对醛类/酚类有害物质的吸附效果，测试数据如表5所示：
表5 醛类/酚类有害物质吸附能力实验数据
由图1可以看出，本申请实施例1～4的孔径为9～13nm区间孔径的孔容积较高。
由吸附能力的测试结果可以看出，本申请实施例的醛类、酚类有害物质剩余含量显著低于对比例1，这说明壳聚糖、海藻酸反应后所得材料明显具有吸附性，而二者物理共混几乎不具有吸附性。其原因是：壳聚糖、海藻酸反应后能提高氨基、羟基的活性。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本申请精神作举例说明。本申请所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本申请的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种卷烟滤嘴吸附材料，其特征在于，其为由海藻酸、壳聚糖进行缩水反应所得到的产物。
2.根据权利要求1所述卷烟滤嘴吸附材料，其特征在于，所述海藻酸的分子量为100～300kDa。
3.根据权利要求1所述卷烟滤嘴吸附材料，其特征在于，所述壳聚糖的分子量为10～150kDa。
4.根据权利要求1所述卷烟滤嘴吸附材料，其特征在于，所述缩水反应的催化剂为强碱，优选为氢氧化钠、氢氧化钾。
5.根据权利要求4所述卷烟滤嘴吸附材料，其特征在于，所述强碱、海藻酸、壳聚糖的质量之比为1：2~5：2~5。
6.根据权利要求1所述卷烟滤嘴吸附材料，其特征在于，所述缩聚反应包括以下步骤：
（1）使包含海藻酸、壳聚糖的反应原料分散于水相中，并使之反应，得到缩聚产物混合液；
（2）从所述缩聚产物混合液中采用醇溶剂提取出海藻酸接枝壳聚糖溶液；
（3）将海藻酸接枝壳聚糖溶液干燥固化，得到卷烟滤嘴吸附材料。
7.根据权利要求6所述卷烟滤嘴吸附材料，其特征在于，所述反应的温度为30～70℃，反应时间为10~20h。
8.根据权利要求6所述卷烟滤嘴吸附材料，其特征在于，所述干燥固化的温度为120~160℃，干燥固化时间为3~5h。
9.根据权利要求6所述卷烟滤嘴吸附材料，其特征在于，所述缩聚产物混合液与醇溶剂的体积之比为1:2~5。
10.根据权利要求6所述卷烟滤嘴吸附材料，其特征在于，所述醇溶剂为乙醇、丙醇或异丙醇中的一种或至少二种。
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