一种造纸法再造烟叶萃取液中Ni含量的选择性降低方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种造纸法再造烟叶Ni含量的选择性降低方法，属于造纸法再造烟 叶生产技术领域。
【背景技术】
[0002] 根据霍夫曼烟气有害成分名单，重金属属于卷烟烟气中一类主要的有害物质，其 中主要包括砷、铅、鎘、铬、镍等。卷烟在燃吸过程中，重金属会随主流烟气进入人体，并在身 体的各个器官富集，进而影响身体健康。因此降低烟草及烟气中的镍（Ni)含量有助于提升 卷烟吸食的安全性。
[0003] 造纸法再造烟叶是一种重组烟草，其具有燃烧速率快、焦油释放量低、填充值高以 及耐加工性能好等特点。烟草萃取浓缩液作为造纸法再造烟叶生产的重要环节，其质量是 影响薄片品质的重要因素，然而当前尚缺乏有效降低再造烟叶萃取液中的重金属元素的方 法。目前，工业中去除水中镍离子已有报道。中国专利CN104230054A公布了废水中镍离子 的去除方法，利用沸石分子筛对重金属镍离子吸附去除，去除率在98. 5% -99%。中国专利 CN103011475A公布了一种去除污水中镍的方法，通过向含镍污水中加入聚合氯化铝、离子 分散剂和表面活性剂，搅拌、曝气从而达到去除镍的目的，去除率可以达到99. 9%以上。但 是利用电渗析技术实现烟草萃取液中Ni离子的去除还没有报道。电渗析技术是利用离子 交换膜对阴、阳离子的选择透过性能，在直流电场作用下，使阴、阳离子发生定向迀移，从而 达到电解质溶液的分离、提纯和浓缩的目的。现已经广泛应用于化工、医药、造纸等行业。 中国专利CN103182248A公布了利用电渗析方法去除贝类提取液中鎘、铅等重金属，降低效 果较为显著。专利 CN103082394A、CN103330277A 以及 US4302308A、US4253929 公布了利用 电渗析方法去除烟草提取液或再造烟叶萃取液中的氯离子、硝酸根离子，但这些专利均未 考察对Ni的脱除效果。中国专利CN102406230A公布了使用电渗析结合离子交换柱层析 的方法去除烟草萃取液中As、Pb以及Cd，去除效率最高可达90%，但该专利并未考察处理 对烟碱和卷烟感官品质的影响。普通的电渗析技术在实现氯离子、硝酸根等离子化合物相 对于非离子型化合物（果糖、葡萄糖、果胶等）的选择性去除的同时，通常也导致烟草离子 型有效组分（烟碱和有机酸）的大量流失，这必将导致卷烟吸食品质下降。向海英等使用 I0NSEP?离子交换膜去除氯离子的同时，发现烟碱也降低50%以上（烟梗提取液中氯离子 的电渗析法脱除，烟草科技，2015,1:72-75)。因此，在提高再造烟叶萃取液中离子脱除效率 的同时，如何有效保留烟草的有效成分（烟碱和有机酸）是电渗析处理烟草萃取液亟待解 决的关键问题，也是电渗析技术在造纸法再造烟叶生产中应用的技术关键。
【发明内容】
[0004] 本发明是针对上述现有电渗析技术所存在的烟碱大量流失问题而研制的一种生 产工艺简单、可控性强的Ni选择性调控方法，可广泛应用于造纸法再造烟叶萃取液中，使 Ni含量选择性降低，并有效避免烟碱和有机酸的流失，在降低Ni含量的同时，显著提高造 纸法再造烟叶吸食品质。
[0005] 本发明通过一价阴离子选择性透过膜的使用高效降低烟草萃取液中Ni含量，并 有效避免了烟碱和有机酸的流失，实现了 Ni含量降低的选择性。
[0006] 本发明解决技术问题，采用如下技术方案：
[0007] 本发明造纸法再造烟叶萃取液中Ni含量的选择性降低方法，其特征是：
[0008] a、将按照造纸法再造烟叶生产工艺所制备的烟草萃取液引入电渗析装置的淡化 室，并在浓缩室中加入水或电解质；所述烟草萃取液的固形物含量为7-10%。
[0009] 所述电渗析装置的阴离子交换膜为一价阴离子选择性透过膜，阳离子交换膜优选 为均相阳离子交换膜。
[0010] 按照造纸法再造烟叶生产工艺制备烟草萃取液的步骤为：将造纸法再造烟叶原 料（烟梗、烟叶和/或烟末）加入搅拌罐中，加入4-10倍重量的水，搅拌提取1小时，使 用双螺旋挤浆机进行固液分离，所得到的烟草水溶液经过80-120目的振筛粗过滤，再在 2500-3500rmb转速条件下离心分离，清液即为电渗析处理所需的烟草萃取液。
[0011] b、在恒定电流条件下对烟草萃取液进行电渗析处理脱除Ni离子，即进行脱镍处 理；电渗析处理的流量为4-8L/min ;恒定电流密度为10-15mA/cm2。
[0012] c、在脱镍处理过程中通过淡化室内电导率的变化或者Ni的实际含量来控制处理 程度；同时检测淡化室内烟碱含量及有机酸总量（包括柠檬酸、草酸和苹果酸）以考察脱镍 处理的选择性；
[0013] d、将脱镍后的烟草萃取液按照造纸法再造烟叶生产工艺继续进行处理，用于再造 烟叶的加工。
[0014] 通常状况下，烟草提取液呈酸性，其pH范围约为4. 5-6. 5,其中的烟碱主要以一价 盐的形态存在。从理论上来说，烟碱可通过一价选择性离子交换膜，但实验发现：电渗析过 程中烟碱并不通过一价阴离子选择性透过膜，这主要可能是由于烟碱阴离子的离子水合半 径大，一价阴离子选择性透过膜对其有物理选择性。从而，本发明可以通过一价阴离子选择 性透过膜的使用，在高效降低烟草萃取液中Ni含量的同时，有效避免了烟碱和有机酸的流 失，实现了 Ni含量的选择性降低。
[0015] 与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
[0016] 1、本发明不仅能有效降低Ni含量，同时可避免烟碱和烟草主要有机酸的流失，提 升造纸法再造烟叶萃取液的品质，最大程度地保证了再造烟叶的吸食品质。
[0017] 2、本发明生产工艺简单、可控性强、质量稳定，可广泛应用于造纸法再造烟叶萃取 液中Ni含量的选择性降低。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明
[0019] 实施例1 :
[0020] 以烟叶为原料制备烟草萃取液，将450mL固形物含量为8%的烟草萃取液装 入安装有10对离子交换膜（其中阴膜为Selemion?-价阴离子选择性透过膜，阳膜为 Selemion?-价阳离子选择性透过膜，有效面积为1平方米）的电渗析装置的淡化室中，并 在浓缩室中加入500mL的自来水；在10mA/cm2的恒定电流密度条件下、5L/min的流量下进 行电渗析处理40min。
[0021] 经测试，处理后淡化室中烟草萃的电导率由初始的14.61mS/cm降低至7.92mS/ cm 〇
[0022] 在安装有10对普通离子交换膜（阴离子交换膜为均相阴离子交换膜CJA-2,阳离 子交换膜为均相阳离子交换膜CJC-2,合肥科佳高分子材料科技有限公司制造）的电渗析 装置中进行相同烟草萃取液的电渗析处理对比试验，试验参数除所用离子交换膜不同外， 其它参数均相同。
[0023] 经两种膜堆处理后，淡化室内烟草萃取液的化学分析结果见表1，结果表明：与普 通的均相离子交换膜相比，一价离子选择性透过膜在实现Ni含量可减少的前提下，可大幅 提高Ni含量相对于烟碱的选择性，避免了烟碱的大量流失，同时有机酸（主要包括柠檬酸、 草酸和苹果酸）也得到了较好的保留。
[0024] 由使用两种电渗析膜堆处理后的烟草萃取液制备的造纸法再造烟叶的评价结果 表明：与使用普通均相离子交换膜的非选择性去除对照相比，经一价离子选择性透过膜选 择性去除后的造纸法再造烟叶的吸食劲头和燃烧速率都显著提升，且感官品质整体得到改 善。
[0025] 表 1
[0027] 实施例2 :
[0028] 以烟梗为原料制备烟草萃取液，将500mL固形物含量为8%的烟草萃取液装入安 装有10对离子交换膜（其中阴膜为Selemion?-价阴离子选择性透过膜；阳离子交换膜 为CJC-2均相阳离子交换膜，合肥科佳高分子材料科技有限公司制造）的电渗析器淡化室 中；浓缩室中加入500mL的1.0 mol/L的硫酸钠作为起始电解质；在13mA/cm2的恒定电流密 度条件下进行电渗析处理55min。经测试，处理后淡化室中烟草萃取液的电导率由初始的 16. 5mS/cm 降低至 6. lmS/cm。
[0029] 在安装有10对普通离子交换膜（阴离子交换膜为均相阴离子交换膜CJA-2,阳离 子交换膜为均相阳离子交换膜CJC-2,合肥科佳高分子材料科技有限公司制造）的电渗析 器中进行相同烟草萃取液的电渗析处理对比试验，试验参数除离子交换膜外，其它参数均 相同。
[0030] 经两种膜堆处理后，淡化室内烟草萃取液的化学分析结果见表2,结果表明：与普 通的均相阴离子交换膜相比，一价阴离子选择性透过膜在实现Ni含量显著减少的前提下， 可大幅提高Ni含量相对于烟碱的选择性，避免了烟碱的大量流失，同时有机酸也得到了较 好的保留。
[0031] 由使用两种电渗析膜堆处理后的烟草萃取液制备的造纸法再造烟叶的评价结果 表明：与使用普通均相阴离子交换膜的Ni离子非选择性去除对照相比，经一价阴离子选择 性透过膜选择性去除后的造纸法再造烟叶的吸食劲头显著提升，且余味和刺激性等感官指 标得到提高。
[0032] 对比实施例1和实施例2还可知，在电渗析装置的阴离子交换膜选用一价阴离子 选择性透过膜的情况下，阳离子交换膜选用均相阳离子交换膜比选用一价阳离子选择性透 过膜的效果更好些，较一价阳离子选择性透过膜，均相阳离子交换膜的使用可提高Ni的脱 除率及其选择性。
[0033] 表 2
【主权项】
1. 一种造纸法再造烟叶萃取液中Ni含量的选择性降低方法，其特征是： a、 将按照造纸法再造烟叶生产工艺所制备的烟草萃取液引入电渗析装置的淡化室，并 在浓缩室中加入水或电解质；所述电渗析装置的阴离子交换膜为一价阴离子选择性透过 膜； b、 在恒定电流密度条件下对烟草萃取液进行电渗析处理脱除Ni离子，即进行脱镍处 理； c、 在脱镍处理过程中通过淡化室内电导率的变化或者Ni的实际含量来控制脱镍程 度；同时检测淡化室内烟碱含量及有机酸总量以考察脱镍处理的选择性； d、 将脱镍后的烟草萃取液按照造纸法再造烟叶生产工艺继续进行处理，用于再造烟叶 的加工。2. 根据权利要求1所述的造纸法再造烟叶萃取液中Ni含量的选择性降低方法，其特征 是：所述烟草萃取液的固形物含量为7-10%。3. 根据权利要求1所述的造纸法再造烟叶萃取液中Ni含量的选择性降低方法，其特征 是：所述电渗析装置的阳离子交换膜为普通均相阳离子交换膜。4. 根据权利要求1所述的造纸法再造烟叶萃取液中Ni含量的选择性降低方法，其特征 是：步骤b中所述电渗析处理的流量为4-8L/min ;恒定电流密度为10-15mA/cm2。
【专利摘要】本发明公开了一种造纸法再造烟叶萃取液中Ni含量的选择性降低方法，其特征是：将按照造纸法再造烟叶生产工艺所制备的烟草萃取液引入电渗析装置的淡化室，进行电渗析处理降低Ni含量，在降低Ni含量过程中通过淡化室内电导率的变化或者Ni的实际含量来控制脱Ni程度；同时检测淡化室内烟碱含量及有机酸总量以考察脱除Ni的选择性。本发明不仅能有效降低再造烟叶萃取液中Ni含量，同时可避免烟碱和烟草主要有机酸的流失，最大程度地保证了再造烟叶的吸食品质。
【IPC分类】A24B3/14, A24B15/24
【公开号】CN105124741
【申请号】CN201510547747
【发明人】张朝, 葛少林, 黄兰, 佘世科, 徐迎波, 田振锋, 陈开波, 戴奎, 韩璐, 王戍华, 汪耀明, 李为
【申请人】安徽中烟工业有限责任公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年8月28日