专利名称：一种改性二氧化钛/竹炭复合材料及制备方法及采用该材料制备香烟过滤嘴的方法
技术领域：
本发明涉及香烟过滤嘴用催化剂，涉及一种改性二氧化钛/竹炭复合材料及制备方法及采用该材料制备香烟过滤嘴的方法。改性二氧化钛/竹炭复合材料在太阳光下具有好的光催化活性以降解偶氮类有机物，使人们吸烟更卫生、更环保。
背景技术：
吸烟是危害人体健康的一大陋习，而戒烟对绝大多数烟民来说不太可能，为此香烟行业进行了不断改革，如过滤嘴香烟的诞生。研究表明，吸烟不但危害自身健康而且还危害周围人群健康。烟气中的焦油、偶氮类有机物等对人体危害颇大，全世界每年由于吸烟导致的损失高达数万亿元。中国发明专利一申请号为201010602751. 2涉及“一种香烟过滤嘴用纳米催化剂的制备方法”。该专利将纳米二氧化钛、铁与铜、钴或锌混合，然后将混合物加入水中得到混合物水溶液，再向混合物水溶液中加入表面活性剂和聚丙烯酸粘合剂，在90° C下搅拌得到过滤嘴用纳米催化剂，然后将催化剂均匀喷洒在过滤嘴的纤维中，该种过滤嘴可有效降低香烟对人体健康带来的危害。但是用该方法制得的催化剂存在如下几个问题①、将纳米二氧化钛及各种物质加入水中，纳米材料在液相中易团聚，而团聚后的二氧化钛光催化活性大大降低、未给出降解选用的是何种光源，未掺杂的二氧化钛仅可利用紫外光无法利用可见光降解，条件要求较苛刻、并未指出降解用二氧化钛的晶型。国际上一般认为不同晶型的二氧化钛光催化降解活性如下锐钛矿型 > 金红石型 > 板钛矿型。
发明内容
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种改性二氧化钛/竹炭复合材料的制备方法及采用该材料制备香烟过滤嘴的方法，利用复合光催化剂吸附及降解污染物能减少吸烟对人们健康的影响，利用此方法制得的香烟过滤嘴具有健康，卫生，环保等优点。技术方案—种改性二氧化钛/竹炭复合材料，其特征在于原料成份为1份钛酸丁酯、0. I 0. 2份浓度为0. 21mol/L的硝酸铁溶液、0. I 0. 2份浓度为0. 21mol/L的硫酸铵溶液、0. 5份冰乙酸，活化竹炭和0. I份浓度为0. lmol/L的尿素，所述份数为体积份。—种制备权利要求I所述的改性二氧化钛/竹炭复合材料的方法，其特征在于步骤如下步骤I :将竹炭在100 200° C无氧环境下焙烧2h获得活化竹炭；步骤2 :将I份的钛酸丁酯、3 4份无水乙醇的体积份配比加入容器中搅拌均匀，制成A溶液；再将0. I 0. 2份浓度为0. 21mol/L的硝酸铁溶液、0. I 0. 2份浓度为0. 21mol/L的硫酸铵溶液、I 2份无水乙醇、0. 5份冰乙酸的体积份配比加入容器中搅拌均匀，制成B溶液；步骤3 :将B溶液加入A液中，边加边搅拌，滴加完成后继续搅拌以形成溶胶，将溶胶陈化24h ；步骤4 :将步骤I制备的活化竹炭投入到步骤3制得的陈化溶胶中，再加入0. I份浓度为0. lmol/L的尿素，搅拌之后在320C下频率为45KHz的超声下处理2h使溶胶进入竹炭内部孔隙，之后取出竹炭在80° C下干燥；所述活化竹炭加入量以能够被溶胶浸没为准；步骤5 :从步骤4的干燥箱中取出竹炭在管式炉中氮气氛围下在550° C下焙烧5h 得到改性TiO2/竹炭复合材料。所述步骤3中B液加入A液时的滴加速度为I滴/S。一种采用所述改性二氧化钛/竹炭复合材料制备的香烟过滤嘴，其特征在于香烟过滤嘴层次结构两个外层的醋酸纤维中间夹层为改性TiO2/竹炭复合材料颗粒。一种制备所述香烟过滤嘴的方法，其特征在于将改性二氧化钛/竹炭复合材料粉碎成为颗粒状，利用制烟设备按照权利要求4的结构进行卷制。有益效果本发明提出的一种改性二氧化钛/竹炭复合材料的制备方法及采用该材料制备香烟过滤嘴的方法，采用Sol-gel法制备稳定的改性TiO2溶胶，经超声波处理，使二氧化钛粒子能进入竹炭内部孔隙，经焙烧后制备具有光催化活性、负载在竹炭上的纳米级二氧化钛。将制成的复合材料用双面胶固定在基板表面，使用气相色谱仪测试香烟燃烧数十秒后的废气，通过控制催化剂的量，可使产生的废气含量降低50 90%，达到即可根据实际需要降低香烟危害又保持香烟口味的目的。本发明专利所制备的改性二氧化钛复合材料具有高效降解污染物的能力，改性纳米二氧化钛(锐钛矿型)负载在竹炭上不易团聚，复合材料在太阳光下就具有很好降解能力。实验表明，利用太阳光照射10h, 2. 5g 二氧化钛/竹炭复合材料能将27. 5mg偶氮类有机物完全降解，通过UV-2550型紫外可见分光光度计测定，降解率为98 100%。
图I :本发明方法的流程2 :催化剂的XPS能谱分析结果；可知，Fe、N等元素成功掺杂进入二氧化钛，得到了改性二氧化钛。图3 :改性二氧化钛在550° C下焙烧得到二氧化钛的XRD图，可知粉体晶型为锐钛矿、而且衍射峰窄，强度高，表明颗粒结晶完整。图4 降解前催化剂的SEM图及相关元素含量；图5 :催化剂降解三次后的SEM图及相关元素含量。由图4和图5可知催化剂主要含有N、Fe、Ti、0等元素，且降解前Ti的原子百分比为9. 94%，催化剂降解三次后Ti的原子百分比仍达7. 09%，表明二氧化钛粒子牢固负载在竹炭上。图6 :所发明的过滤嘴香烟层次结构简图。
具体实施例方式现结合实施例、附图对本发明作进一步描述实施例I :①、制备活化竹炭的步骤将一定量竹炭在100 200° C无氧环境下焙烧2h获得活化竹炭，待用、将I份的钛酸丁酯、3份无水乙醇的体积份配比加入一干洁容器中搅拌均匀，制成A溶液，再将0. I份浓度为0. 21mol/L的硝酸铁溶液、0. I份浓度为0. 21mol/L的硫酸铵溶液、I份无水乙醇、0. 5份冰乙酸的体积份配比加入一干洁容器中搅拌均匀，制成B溶液、将B液缓慢加入A液中，边加边搅拌，滴加完成后继续搅拌约30min形成稳定的溶胶，将溶胶陈化约24h待用、将步骤①制备的活化竹炭投入到步骤③制得的陈化溶胶后，再加入0. I份浓度为0. lmol/L的尿素，搅拌之后在32° C下频率为45KHz的超声条件下处理2h使溶胶进入竹炭内部孔隙，之后取出竹炭在100° C下干燥； 、从步骤④的干燥箱中取出竹炭在管式炉中氮气氛围下、在550° C下焙烧5h即得改性TiO2/竹炭催化剂；⑥、从步骤⑤得到复合材料将其粉碎至合适粒径，利用卷烟机等制烟设备将一定粒径的改性TiO2/竹炭复合材料加入烟嘴中，通过控制改性TiO2/竹炭催化剂的粒径和加入量来控制烟嘴的吸阻和弹性。实施例2 :①、制备活化竹炭的步骤将一定量竹炭在100 200° C无氧环境下焙烧2h获得活化竹炭，待用、将I份的钛酸丁酯、3份无水乙醇的体积份配比加入一干洁容器中搅拌均匀，制成A溶液，再将0. 2份浓度为0. 21mol/L的硝酸铁溶液、0. I份浓度为0. 21mol/L的硫酸铵溶液、I份无水乙醇、0. 5份冰乙酸的体积份配比加入一干洁容器中搅拌均匀，制成B溶液、将B液缓慢加入A液中，边加边搅拌，滴加完成后继续搅拌约30min形成稳定的溶胶，将溶胶陈化约24h待用、将步骤①制备的活化竹炭投入到步骤③制得的陈化溶胶后，再加入0. I份浓度为0. lmol/L的尿素，搅拌之后在32° C下频率为45KHz的超声条件下处理2h使溶胶进入竹炭内部孔隙，之后取出竹炭在100° C下干燥； 、从步骤④的干燥箱中取出竹炭在管式炉中氮气氛围下在550° C下焙烧5h即得改性TiO2/竹炭催化剂、生产香烟过滤嘴的步骤从步骤⑤得到复合材料将其粉碎至合适粒径，利用卷 烟机等制烟设备将一定粒径的改性TiO2/竹炭复合材料加入烟嘴中，通过控制改性TiO2/竹炭催化剂的粒径和加入量来控制烟嘴的吸阻和弹性。实施例3 :①、制备活化竹炭的步骤将一定量竹炭在100 200° C无氧环境下焙烧2h获得活化竹炭，待用、将I份的钛酸丁酯、3份无水乙醇的体积份配比加入一干洁容器中搅拌均匀，制成A溶液，再将0. I份浓度为0. 21mol/L的硝酸铁溶液、0. 2份浓度为
0.21mol/L的硫酸铵溶液、I份无水乙醇、0. 5份冰乙酸的体积份配比加入一干洁容器中搅拌均匀，制成B溶液、将B液缓慢加入A液中，边加边搅拌，滴加完成后继续搅拌约30min形成稳定的溶胶，将溶胶陈化约24h待用、将步骤①制备的活化竹炭投入到步骤③制得的陈化溶胶后，再加入0. I份浓度为0. lmol/L的尿素，搅拌之后在32° C下频率为45KHz的超声条件下处理2h使溶胶进入竹炭内部孔隙，之后取出竹炭在100° C下干燥； 、获得复合材料的步骤从步骤④的干燥箱中取出竹炭在管式炉中氮气氛围下在550° C下焙烧5h即得改性TiO2/竹炭复合材料； 、生产香烟过滤嘴的步骤从步骤⑤得到复合材料将其粉碎至合适粒径，利用卷烟机等制烟设备将一定粒径的改性TiO2/竹炭复合材料加入烟嘴中，通过控制改性TiO2/竹炭催化剂的粒径和加入量来控制烟嘴的吸阻和弹性。实施例4 :①、制备活化竹炭的步骤将一定量竹炭在100 200° C无氧环境下焙烧2h获得活化竹炭，待用、将I份的钛酸丁酯、3份无水乙醇的体积份配比加入一干洁容器中搅拌均匀，制成A溶液，再将0. 2份浓度为0. 21mol/L的硝酸铁溶液、0. 2份浓度为
0.21mol/L的硫酸铵溶液、I份无水乙醇、0. 5份冰乙酸的体积份配比加入一干洁容器中搅拌均匀，制成B溶液、将B液缓慢加入A液中，边加边搅拌，滴加完成后继续搅拌约30min形成稳定的溶胶，将溶胶陈化约24h待用、将步骤①制备的活化竹炭投入到步骤③制得的陈化溶胶后，再加入0. I份浓度为0. lmol/L的尿素，搅拌之后在32° C下频率为45KHz的超声条件下处理2h使溶胶进入竹炭内部孔隙，之后取出竹炭在100° C下干燥； 、从步骤④的干燥箱中取出竹炭在管式炉中氮气氛围下在550° C下焙烧5h即得改性TiO2/竹炭催化剂；⑥生产香烟过滤嘴的步骤从步骤⑤得到复合材料将其粉碎至合适粒径，利用卷 烟机等制烟设备将一定粒径的改性TiO2/竹炭催化剂加入烟嘴中，通过控制改性TiO2/竹炭催化剂的粒径和加入量来控制烟嘴的吸阻和弹性。
权利要求
1.一种改性二氧化钛/竹炭复合材料，其特征在于原料成份为1份的钛酸丁酯、0. I 0. 2份浓度为0. 21mol/L的硝酸铁溶液、0. I 0. 2份浓度为0. 21mol/L的硫酸铵溶液、0. 5份冰乙酸,活化竹炭和0. I份浓度为0. lmol/L的尿素,所述份数为体积份。
2.一种制备权利要求I所述 的改性二氧化钛/竹炭复合材料的方法，其特征在于步骤如下 步骤I :将竹炭在100 200° C无氧环境下焙烧2h获得活化竹炭； 步骤2 :将I份的钛酸丁酯、3 4份无水乙醇的体积份配比加入容器中搅拌均匀，制成A溶液；再将0. I 0. 2份浓度为0. 21mol/L的硝酸铁溶液、0. I 0. 2份浓度为0. 21mol/L的硫酸铵溶液、I 2份无水乙醇、0. 5份冰乙酸的体积份配比加入容器中搅拌均匀，制成B溶液； 步骤3 :将B溶液加入A液中，边加边搅拌，滴加完成后继续搅拌以形成溶胶,将溶胶陈化 24h ； 步骤4 :将步骤I制备的活化竹炭投入到步骤3制得的陈化溶胶中，再加入0. I份浓度为0. lmol/L的尿素，搅拌之后在32° C下频率为45KHz的超声下处理2h使溶胶进入竹炭内部孔隙，之后取出竹炭在80° C下干燥；所述活化竹炭的加入量以能够被溶胶浸没为准； 步骤5 :从步骤4的干燥箱中取出竹炭在管式炉中氮气氛围下在550° C下焙烧5h得到改性TiO2/竹炭复合材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述步骤3中B液加入A液时的滴加速度为I滴/S。
4.一种采用权利要求I所述改性二氧化钛/竹炭复合材料所制备的香烟过滤嘴，其特征在于香烟过滤嘴层次结构两个外层的醋酸纤维中间夹层为改性TiO2/竹炭复合材料颗粒。
5.一种制备权利要求4所述香烟过滤嘴的方法，其特征在于将改性二氧化钛/竹炭复合材料粉碎成为颗粒状，利用制烟设备按照权利要求4的结构进行卷制。
全文摘要
本发明涉及一种改性二氧化钛/竹炭复合材料及制备方法及采用该材料制备香烟过滤嘴的方法，采用Sol-gel法制备稳定的改性TiO2溶胶，经超声波处理，使二氧化钛粒子能进入竹炭内部孔隙，经焙烧后制备具有光催化活性、负载在竹炭上的纳米级二氧化钛。将制成的复合材料用双面胶固定在基板表面，使用气相色谱仪测试香烟燃烧数十秒后的废气，通过控制催化剂的量，可使产生的废气含量降低50～90％，达到既可根据实际需要降低香烟危害又保持香烟的口味的目的。
文档编号A24D3/18GK102671663SQ20121015307
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月17日 优先权日2012年5月17日
发明者张伟, 张莹, 顾帅, 黄英, 齐暑华 申请人:西北工业大学