专利名称：一种用以降低卷烟烟气中co含量的一维金纳米材料的制备方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及有机-无机复合功能材料与烟草减害研究领域，具体说是一种用以降低卷烟烟气中CO含量的一维金纳米材料的制备方法及其应用。利用本发明所制备的材料添加到卷烟滤嘴中，在用量很少的情况下，就能够有效降低卷烟烟气中CO的含量。
背景技术：
当前，吸烟与健康问题受到全社会的强烈关注，在此背景下，进行烟草减害的研究工作，具有十分重要的现实意义。CO是卷烟烟气的主要有害成分之一，进行降低卷烟烟气中 CO含量的研究工作，是一项非常急迫的任务。利用纳米金在常温下将卷烟烟气中的CO催化氧化为CO2，是非常有效的降低卷烟烟气中CO含量的手段，在此类研究中，保持纳米金在使用中的高度均勻分散，是得到较好催化效果的重要前提，为此寻找一种合适的模板材料进行纳米金的生长，以实现对纳米金颗粒的稳定定位与高效负载，是非常必要的。病毒可成为构筑新材料的理想模板(R. Tsukamoto,M. Muraoka,M. Seki,H. Tabata, I. Yamashita. Synthesis of CoPt and FePt3 Nanowires Usingthe Central Channel of Tobacco Mosaic Virus as a Biotemplate [J] · Chem. Mater.，2007，19 :2389.)。除了可以在纳米和分子层次上对材料进行微观组装，病毒外壳蛋白还拥有规律分布的空间结合点， 可以使得以它为模板构筑的材料有序化，这些都会对材料的性能产生积极的影响。TMV是一种可被用来构筑低维材料的模板，该病毒具有纳米管状结构，管长为300nm，管内径为4·， 外径为18nm。TMV内、外表面有多种活性基团，通过改变反应条件，就可能使不同物质结合在TMV纳米管的内、外表面上，从而得到具有不同功能的新型材料以TMV为模板进行纳米晶、线的制备，是TMV模板在材料领域的重要应用 (R. J. Tseng, C. Tsai, L. Ma, J. Ouyang, C. S. Ozkan, Y. Yang. Digitalmemory device based on tobacco mosaic virus conjugated withnanoparticles[J]. Nature Nanotechnology, 2006,1 :72. 。 M. Knez, M. Sumser, A. M. Bittner, C. Wege, H. Jeske, T. P. Martin, K. Kern. Spatially selective nucleation of metal clusters on the tobacco mosaicvirus[J]. Adv. Funct. Mater. , 2004,14 :116.。E. Dujardin, C. Peet, G. Stubbs, J. N. Culver, S. Mann. Organization of metallicnanoparticles using tobacco mosaic virus templates [J]. Nano Lett.，2003，3 :413.)。目前，已经在TMV纳米管表面已经实现了多种贵金属纳米晶、线的生长。当前的研究集中于基于TMV模板的纳米晶、线的生长上，涉及材料性能的研究非常罕见，为基于TMV模板的纳米材料找到相关的潜在应用，是此领域研究的当务之急。中国烟草总公司郑州烟草研究院，曾开展了利用纳米贵金属材料降低卷烟烟气中 CO含量的研究，研制得到了适合于烟草工业应用的含纳米贵金属活性组分的催化材料、助剂和二元催化材料复合滤棒(吕公煊，聂聪，赵明月，刘建福，丁彦，应用含纳米贵金属催化材料降低卷烟烟气中CO技术研究[J]，中国烟草学报，2003,9 18)。
发明内容
本发明的目的正是为了提供了一种工艺较为简单、对设备要求较低的可用以降低卷烟烟气中CO含量的一维金纳米材料的制备方法及其。本发明与现有技术的不同之处在于在一种有机模板TMV上直接进行金纳米晶的有效生长，以TMV与纳米晶之间的相互作用来实现对各个纳米晶颗粒的稳定定位与高效负载，从而在使用过程中保持金纳米晶在TMV 模板上的高度均勻分散，力求在材料用量较低的情况下，即得到较好的CO去除效果。本发明的方法以烟草花叶病毒(TMV)为模板材料，通过TMV模板与含金元素基团的静电作用，以化学沉积的方法，在TMV模板表面进行了纳米金的生长，实现了 TMV与纳米金的复合。在酸性介质中，TMV模板对含金元素的负离子基团具有较强的吸附作用，且该吸附作用具有较高的选择性，这使得TMV模板对纳米金的负载率较高且作用较强。本发明的方法包括以下步骤a、将烟草花叶病毒TMV分散于去离子水中，得到TMV浓度约为0. 1-0. 3mg/mL的悬浮液；b、将IOmL步骤a所得悬浮液、5mL乙酸溶液、0. 5mL氯金酸溶液一同置于反应容器中，在避光条件下搅拌3- ；其中乙酸溶液的质量浓度为5%，氯金酸溶液浓度为0. OlM ；C、再将ImL的水合胼溶液加入到b步骤所述的反应容器中，室温下静置池；其中水合胼溶液浓度为IO3M ；d、用去离子水以离心的方法对产物进行多次洗涤、提纯，得到深棕色絮状产物，将该产物再次分散于去离子水中，得到含有目标产物的悬浮液，备用。本发明中所得一维金纳米材料在卷烟中的应用方法如下将所得到的含目标产物的悬浮液采用注射的方法注入卷烟滤嘴中，每支注射量为0. 3-0. 5mL，之后将卷烟放置于样品平衡间内平衡2天以上即可。本发明充分利用了 TMV模板具有一维纳米结构及表面活性强且可调控的优点，通过TMV模板与含金元素基团的静电作用，以化学沉积的方法，在TMV模板表面进行了纳米金的生长，实现了 TMV与纳米金的复合。在酸性介质中，TMV模板对含金元素的负离子基团具有较强的吸附作用，且该吸附作用具有较高的选择性，这使得TMV模板对纳米金的负载率较高且作用较强。这样，TMV-纳米金复合材料可望在用量较低的情况下，即可有效去除卷烟烟气中的CO。
附图为基于TMV模板的一维金纳米材料透射电镜(TEM)照片。
具体实施例方式本发明以下将结合实施例作进一步描述实施例1将烟草花叶病毒TMV分散于去离子水中得到浓度为0. lmg/mL的悬浮液，将IOmL 此悬浮液、5mL乙酸溶液(5wt% )、0. 5mL氯金酸溶液(0. 01M) 一同置于反应容器中，在避光条件下搅拌3h，再加入ImL的水合胼溶液(10-3M)，室温下将反应物静置池，用去离子水、以离心的方法对产物进行多次洗涤，最终得到深棕色的絮状产物。将此产物再分散于去离子水中，得到含目标产物的悬浮液，以0. ImL的注射器将含目标产物的悬浮液添加入卷烟滤嘴中，每支卷烟添加量为0. 3mL，每支卷烟约含目标产物0. 05mg。以未添加含目标产物悬浮液的同牌号卷烟为对照样品，来评价基于TMV模板的一维金纳米材料对卷烟主流烟气中CO含量的影响，结果如下表所示
对照样品添加目标产物的样品CO (mg/支)10. 839. 21ACO (mg/支)1. 62ACO (%)14. 96结果表明，本发明所得到的目标产物在添加量较低的情况下(0. 05mg)，可将卷烟主流烟气中CO含量由10. 83mg降至9. 21mg,降低1. 62mg,降低幅度14. 96%。实施例2将烟草花叶病毒TMV分散于去离子水中得到浓度为0. 3mg/mL的悬浮液，将IOmL 此悬浮液、5mL乙酸溶液(5wt% )、0. 5mL氯金酸溶液(0. 01M) 一同置于反应容器中，在避光条件下搅拌池，再加入ImL的水合胼溶液(10_3M)，室温下将反应物静置池，用去离子水、以离心的方法对产物进行多次洗涤，最终得到深棕色的絮状产物。将此产物再分散于去离子水中，得到含目标产物的悬浮液，以0. ImL的注射器将含目标产物的悬浮液添加入卷烟滤嘴中，每支卷烟添加量为0. 3mL，每支卷烟约含目标产物0. Ilmg0以未添加含目标产物悬浮液的同牌号卷烟为对照样品，来评价基于TMV模板的一维金纳米材料对卷烟主流烟气中CO含量的影响，结果如下表所示
对照样品添加目标产物的样品CO (mg/支)10.819.06ACO (mg/支)1. 75ACO (%)16. 19结果表明，本发明所得到的目标产物在添加量较低的情况下(0. Ilmg)，可将卷烟主流烟气中CO含量由10. 8Img降至9. 06mg,降低1. 75mg,降低幅度16. 19%。实施例3将烟草花叶病毒TMV分散于去离子水中得到浓度为0. 3mg/mL的悬浮液，将IOmL 此悬浮液、5mL乙酸溶液(5wt% )、0. 5mL氯金酸溶液(0. 01M) 一同置于反应容器中，在避光条件下搅拌证，再加入ImL的水合胼溶液(10_3M)，室温下将反应物静置池，用去离子水、以离心的方法对产物进行多次洗涤，最终得到深棕色的絮状产物。将此产物再分散于去离子水中，得到含目标产物的悬浮液，以0. ImL的注射器将含目标产物的悬浮液添加入卷烟滤嘴中，每支卷烟添加量为0. 3mL，每支卷烟约含目标产物0. Ilmg0以未添加含目标产物悬浮液的同牌号卷烟为对照样品，来评价基于TMV模板的一维金纳米材料对卷烟主流烟气中CO含量的影响，结果如下表所示
权利要求
1.一种用以降低卷烟烟气中CO含量的一维金纳米材料的制备方法，其特征在于所述方法包括下述步骤a、将烟草花叶病毒TMV分散于去离子水中，得到TMV浓度约为0.1-0. 3mg/mL的悬浮液；b、将IOmL步骤a所得悬浮液、5mL乙酸溶液、0.5mL氯金酸溶液一同置于反应容器中， 在避光条件下搅拌3- ；其中乙酸溶液的质量浓度为5%，氯金酸溶液浓度为0. OlM ；c、再将ImL的水合胼溶液加入到b步骤所述的反应容器中，室温下静置池；其中水合胼溶液浓度为IO3M ；d、用去离子水以离心的方法对产物进行多次洗涤、提纯，得到深棕色絮状产物，将该产物再次分散于去离子水中，得到含有目标产物的悬浮液，备用。
2.—种权利要求1所述一维金纳米材料在卷烟中的应用，其特征在于将所得到的含目标产物的悬浮液采用注射的方法注入卷烟滤嘴中，每支注射量为0. 3-0. 5mL，之后将卷烟放置于样品平衡间内平衡2天以上即可。
全文摘要
一种用以降低卷烟烟气中CO含量的一维金纳米材料的制备方法及其应用，所述方法包括下述步骤a、将烟草花叶病毒TMV分散于去离子水中，得到TMV浓度约为0.1-0.3mg/mL的悬浮液；b、将10mL步骤a所得悬浮液、5mL乙酸溶液、0.5mL氯金酸溶液一同置于反应容器中，在避光条件下搅拌3-5h；其中乙酸溶液的质量浓度为5％，氯金酸溶液浓度为0.01M；c、再将1mL的水合肼溶液加入到b步骤所述的反应容器中，室温下静置2h；其中水合肼溶液浓度为10-3M；d、用去离子水以离心的方法对产物进行多次洗涤、提纯，得到深棕色絮状产物，将该产物再次分散于去离子水中，得到含有目标产物的悬浮液，之后将含目标产物的悬浮液注入卷烟滤嘴中即可。
文档编号A24D3/06GK102578695SQ20101020456
公开日2012年7月18日 申请日期2010年6月22日 优先权日2010年6月22日
发明者侯宏卫, 刘楠, 唐纲岭, 姜兴益, 张洪非, 李中皓, 李雪, 胡清源, 陈再根, 陈欢 申请人:中国烟草总公司郑州烟草研究院