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CN102178348A - 一种可降低有害成分的滤嘴添加材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种可降低有害成分的滤嘴添加材料及其制备方法和应用 Download PDF

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魏明灯
傅辉
谢卫
黄朝章
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Abstract

本发明涉及一种滤嘴添加材料及其制备方法和应用，所述添加材料为钛酸盐纳米管，采用常规的水热法合成。它可广泛应用于卷烟的嘴棒中，以降低卷烟主流烟气中的多种有害物质。

Description

一种可降低有害成分的滤嘴添加材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于香烟添加材料，更具体涉及一种降低卷烟主流烟气中多种有害成分释放量的钛酸盐纳米管添加材料及其制备方法和应用。
背景技术
科学研究证据和流行病学统计证明，吸烟对人类的健康会产生显着的危害，香烟烟气中的主要成分有焦油、烟碱(尼古丁)和一氧化碳(CO)等，对人体有毒有害，其中焦油对人有致癌作用。香烟燃烧生成的CO使人缺氧，烟碱(尼古丁)则十分容易使人产生依赖性(成瘾)，还能麻痹人的呼吸中枢，引起人的心血管疾病等。另外，多环芳烃、亚硝胺等物质是卷烟烟气中最重要、数量最多的一类致癌物，在吸烟致癌方面起着主要作用。
为了减少主流烟气对人体产生的危害，国内外的烟草科研工作者做了大量的研究。利用卷烟滤嘴里的添加材料降低卷烟主流烟气中的有害物质是人们常见的研究方法之一。南京大学恽之瑜等人将NaY和NaZSM-5等沸石作为添加剂均匀分散在烟丝中，有效的去除烟气中的亚硝胺。该研究小组又发明了另一种可降低卷烟烟气中亚硝胺含量的卷烟添加剂，该添加剂主要有多孔材料的海藻酸盐悬浮溶液组成，可喷在烟丝上，多孔材料可以是硅胶、多孔氧化铝、Na型4A沸石或多孔硅铝酸盐等，该法可使卷烟烟气中的亚硝胺含量降低17％–65％。湖南中烟将金属氧化物（Al2O3、Fe2O3、Al2O3-Fe2O3）改性的活性炭纤维添加到滤嘴中，选择性降低烟气中28%的苯酚。近期，他们的专利CN101297715A公开一种降低烟气中酚类物质含量的方法：将离子液体固载到多孔材料或醋酸纤维上，利用离子液体的强溶解性，使烟气中的酚类和离子液体阴离子或者阳离子反应，能够实现烟气中酚类化合物的选择性降低，其中苯酚可降低26.5%。
国外烟草行业同行也开发出多种无机金属类功能材料用于降低烟气中的有害成分，如美国专利20040025895中采用纳米Fe2O3降低了卷烟烟气中的酚类化合物。US4300577公开了一种带有伯氨基的弱吸附剂，可以同时降低卷烟烟气中的甲醛、丙烯醛及巴豆醛类物质和氢氰酸。但是，这些材料存在着不足之处。首先，这些嘴棒添加材料价格较昂贵或制备过程较复杂难以用于工业化生产，其安全性也有待进一步的研究；其次，这些添加材料所能降解的有害物质成分较单一，不能做到多种有害物质同时降解。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种滤嘴添加材料及其制备方法和应用，该材料制备方法简单，廉价安全，应用于卷烟的嘴棒中，能同时降低卷烟主流烟气中的焦油，烟碱，一氧化碳，氨，氰化氢（氢氰酸），苯酚等酚类化合物，巴豆醛等羰基化合物等有害物质。
本发明是通过如下技术方案实施的：
一种滤嘴添加材料为钛酸盐纳米管。
该滤嘴添加材料的制备方法是将TiO2与碱溶液采取常规的水热法制备。
所述制备方法中TiO2的添加量为0.5～100克，碱溶液的浓度为5～15摩尔/升，碱溶液的添加量为10～1000毫升。
所述制备方法中的碱溶液包括烧碱溶液。
所述滤嘴添加材料的应用是将滤嘴添加材料钛酸盐纳米管以粉末形式添加到卷烟的嘴棒中，其添加量为5～50 mg。
所采用的TiO2包括可用于食品、化妆品等领域的TiO2粉末。
如图1所示：对制得的样品使用XRD进行分析，其分子式可表征为：Na(x)H(2-x)Ti3O7·nH2O (x=0.1-1)。对制得的样品进行SEM和TEM分析，见图2、3，从得到的照片可知钛酸盐纳米管添加材料比表面达300 m2.g-1以上，长度短的为几百纳米，长的可至微米级，随机排布。管的内径约为5 nm,外径约为10 nm。
本发明的优点为：本发明制备方法简单，制备的钛酸盐纳米管廉价安全，将其应用于卷烟的嘴棒中，能同时降低卷烟主流烟气中的焦油，烟碱，一氧化碳，氨，氰化氢（氢氰酸），苯酚等酚类化合物，巴豆醛等羰基化合物等有害物质。
附图说明
图1为采用荷兰PANalytical公司产X’Pert PRO型X射线衍射仪测定钛酸盐纳米管添加材料的晶相，X射线为Cu靶，λ= 0.15418nm；
图2为采用Hitachi公司S4800环境扫描电子显微镜(SEM)观察钛酸盐纳米管添加材料样品形貌；
图3为采用日本JEOL公司产的JEOL-2010 型高分辨透射电子显微镜(TEM)观察钛酸盐纳米片添加材料样品的形貌；
图4为钛酸盐纳米管添加材料降低有害物质的结果。
具体实施方式
钛酸盐纳米管的制备方法为：
以0.5～100克廉价的TiO2为原料和浓度为10～1000毫升 5～15摩尔/升的碱溶液充分混合均匀后，在聚四氟乙烯容器中373～423K下反应1～3天；生成的产物pH值调节至1～7经过蒸馏水充分洗涤后，在323～373K下常压干燥1～40h制得钛酸盐纳米管添加材料。
所述的生成的产物pH值调节采用0.1～0.5摩尔/升的盐酸或硝酸。
所述的干燥采用常压干燥。
所制备出的钛酸盐纳米片添加材料为层状结构，比表面达300 m2.g-1以上，长度短的为几百纳米，长的可至微米级，随机排布。管的内径约为5 nm,外径约为10 nm。
实施例1
以0.5克廉价的TiO2为原料和浓度为10毫升 5 摩尔/升的碱溶液充分混合均匀后，在聚四氟乙烯容器中373K下反应1天；生成的产物pH值调节至1经过蒸馏水充分洗涤后，在373K下常压干燥5h制得钛酸盐纳米管添加材料。
实施例2
以1克廉价的TiO2为原料和浓度为20毫升 10 摩尔/升的碱溶液充分混合均匀后，在聚四氟乙烯容器中393K下反应1天；生成的产物pH值调节至1经过蒸馏水充分洗涤后，在353K下常压干燥10h制得钛酸盐纳米管添加材料。
实施例3
以2克廉价的TiO2为原料和浓度为50毫升 10摩尔/升的碱溶液充分混合均匀后，在聚四氟乙烯容器中393K下反应3天；生成的产物pH值调节至3经过蒸馏水充分洗涤后，在353K下常压干燥20h制得钛酸盐纳米管添加材料。
实施例4
以10克廉价的TiO2为原料和浓度为500毫升 10摩尔/升的碱溶液充分混合均匀后，在聚四氟乙烯容器中403K下反应3天；生成的产物pH值调节至5经过蒸馏水充分洗涤后，在343K下常压干燥40h制得钛酸盐纳米管添加材料。
实施例5
以100克廉价的TiO2为原料和浓度为1000毫升15摩尔/升的碱溶液充分混合均匀后，在聚四氟乙烯容器中423K下反应2天；生成的产物pH值调节至2经过蒸馏水充分洗涤后，在323K下常压干燥30h制得钛酸盐纳米管添加材料。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
性能测试
分别将未加钛酸盐纳米管添加材料的卷烟对照样和加入钛酸盐纳米管添加材料的卷烟样品放在吸烟机上按照标准抽吸条件在吸烟机上进行卷烟抽吸实验，依据国际标准ISO-10315 和ISO-4387，对验样品卷烟烟气焦油和尼古丁进行捕集、测定。依据上海烟草（集团）公司正在制订的《卷烟主流烟气中氨的测定—离子色谱法》对实验样品卷烟烟气氨进行捕集、测定。依据YC/T253-2008《卷烟 主流烟气中氰化氢的测定 连续流动法》的烟草行业标准方法对实验样品卷烟烟气HCN进行捕集、测定。依据YC/T255-2008《卷烟 主流烟气中主要酚类化合物的测定 高效液相色谱法》的烟草行业标准方法对实验样品卷烟烟气苯酚等酚类化合物进行捕集、测定。依据YC/T254-2008《卷烟 主流烟气中主要羰基化合物的测定 高效液相色谱法》的烟草行业标准方法对实验样品卷烟烟气巴豆醛等羰基化合物进行捕集、测定。

Claims (5)

1.一种滤嘴添加材料，其特征在于：所述添加材料为钛酸盐纳米管。
2.一种如权利要求1所述的滤嘴添加材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法是将TiO2与碱溶液采取常规的水热法制备。
3.根据权利要求2所述的滤嘴添加材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法中TiO2的添加量为0.5～100克，碱溶液的浓度为5～15摩尔/升，碱溶液的添加量为10～1000毫升。
4. 根据权利要求2或3所述的滤嘴添加材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法中的碱溶液包括烧碱溶液。
5. 一种如权利要求1所述的滤嘴添加材料或如权利要求2所述的制备方法制备的滤嘴添加材料的应用，其特征在于：所述应用是将滤嘴添加材料钛酸盐纳米管以粉末形式添加到卷烟的嘴棒中，其添加量为5～50 mg。
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