用于选择性降低卷烟烟气中亚硝胺的镁铝双金属氢氧化物纳米片材料及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于选择性降低卷烟烟气中亚硝胺的镁铝双金属氢氧化物纳米片材 料及其制备方法与应用，卷烟减害降焦功能材料领域。
【背景技术】
[0002] 普遍认为吸烟有害于健康，烟叶和烟气中的一些有害成分，特别是具有致癌性的 烟草特有亚硝胺（TSNAs)更加引起各国科学家的极大关注，主要有N-亚硝基降烟碱（NNN)、 4-(甲基亚硝胺）-1-(3-吡啶基）-1- 丁酮（NNK)、N-亚硝基新烟碱（NAT)、N-亚硝基假木 贼碱（NAB)。一般认为NNK和NNN对动物有强烈的致癌性，生化研宄表明在新陈代谢活动 中，NNK使动物活体和立体的人体组织中的DNA甲基化从而引起肿瘤。为了减少烟草特有 亚硝胺对吸烟者和被动吸烟者健康可能带来的危害，控制这几种特有亚硝胺在烟草制品中 的释放量已成为一项重要课题，降低卷烟烟气中的TSNAs含量对提高卷烟安全性具有重要 意义。
[0003] 自20世纪50年代以来，减害技术一直都是国际烟草界研宄的重点和热点。尤其是 近年来除广泛研宄和采用常规的减害技术外，还对多种滤嘴添加剂（主要是吸附类物质）、 具有特殊减害作用的特种滤嘴、生物减害技术（血红蛋白等）和采用新的可有效降低有害 成分的生成量（如TSNAs等）的烟叶调制技术等多种减害技术进行了研宄。
[0004] 希腊黄金滤嘴公司将血红蛋白分散到活性炭中制成的三元复合滤嘴能有效过滤 烟气中的TSNAs有害化学组分；南京大学朱建华将高吸附性能的介孔材料用作香烟滤棒 的添加材料，湖南中烟利用金属氧化物改性活性炭纤维用于降低卷烟烟气中的亚硝胺和酚 类，安徽中烟将合成的纳米介孔纳米材料应用于复合卷烟滤棒可以有效降低卷烟烟气中的 特有N-亚硝胺；北京卷烟厂将合成的纳米材料应用于制丝生产和复合滤棒的生产可以选 择性降低卷烟烟气中烟草特有亚硝胺。但是利用双金属氢氧化物纳米材料选择性降低卷烟 烟气中烟草特有N-亚硝胺尚无报道。
[0005] 层状双金属氢氧化物（LDHs)是一类具有层状结构的由带正电荷的主体层 片和层间阴离子通过非共价键之间的相互作用而组装成的化合物。通常情况下在 LDHs层片之间还存在一些客体水分子。双金属氢氧化物具有较大的孔结构和特殊 的层状结构，从而使它成为一种多用途的催化材料[Cavani F. ,Trifiro F. ,Vaccari A. Hydrotalcite-type anionic clays:preparation, properties and applications. Catalysis Today，1991，11:173-301]。同时由于LDHs中金属离子具有同晶的可取 代性，人们能够合成有不同金属离子的多种双金属或三金属氢氧化物，可以得到性能 优良的多用途催化材料。又由于该类双金属氢氧化物层间阴离子的相互可交换性， 通过离子交换可以引进杂多阴离子、同多阴离子以及一些有机阴离子等，引入这些较 大的阴离子可使水滑石层间距增大，从而调变其性质[Itaya K. ,Chang H.C., Uchida I.Anion-exchanged clay(hydrotalcite-like compounds)modified electrodes. Inorg Chem, 1987, 26(4):624-626 ；Reichle ff. T, Kang S.Υ. , Everhardt D.S. The Nature of the thermal decomposition of a catalytically active anionic clay mineral. J.Catal, 1986, 101 (2):352-359]。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于供一种用于选择性吸附卷烟烟气中特有亚硝胺的镁铝双金属 氢氧化物纳米片材料及其制备方法和应用，将其作为滤嘴添加剂，其应用添加方便、使用量 少，本发明提供的制备方法获得的镁铝双金属氢氧化物（LDHs)纳米片作为吸附材料能有 有效降低主流烟气中四种烟草特有亚硝胺的释放量，减少卷烟烟气中亚硝胺对人体的危 害。
[0007] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0008] 一种用于选择性吸附卷烟烟气中特有亚硝胺的镁铝双金属氢氧化物纳米片材料 的制备方法，为：首先配制镁盐和铝盐的混合水溶液，并按照NaOH物质的量等于所述镁盐 和铝盐的混合水溶液中金属阳离子物质的量的总和的2倍、碳酸钠的物质的量等于所述镁 盐和铝盐的混合水溶液中Al 3+物质的量的一半的原则配制氢氧化钠和碳酸钠的混合水溶 液；然后将两种溶液搅拌混合得到PH为9?10的混合体系，之后转移至反应釜中进行共沉 淀-水热反应；反应结束后冷却、离心、洗涤至中性，再经干燥即制得所述的镁铝双金属氢 氧化物纳米片材料。
[0009] 优选的，所述镁盐选自氯化镁、硝酸镁、硫酸镁等可溶盐。
[0010] 优选的，所述铝盐选自硝酸铝、氯化铝、硫酸铝等可溶盐。
[0011] 优选的，所述镁盐和铝盐的混合水溶液中，镁离子和铝离子的摩尔比例为2-4 : 1-2;更优选为2-4:1。
[0012] 优选的，所述镁盐和铝盐的混合水溶液中金属阳离子的总浓度为l_2m〇l/L，更优 选为 lmol/L〇
[0013] 优选的，所述制备方法中所用的水均为去离子水。
[0014] 优选的，所述反应釜中的共沉淀-水热反应的温度为120_140°C，反应时间为 12-16小时。
[0015] 优选的，所述干燥的温度为60_80°C，干燥12-24小时。
[0016] 所述共沉淀-水热反应过程中，形成的生长基元[Mg-(0H)6rA面体与 [Al-(OH) 6PjV面体中的羟基[-(OH)]相互脱水通过八面体共棱的方式聚集成大维度的生 长基元，大维度的生长基元也是通过共棱的方式在同一平面内连接成金属层板，这种结构 稳定难破坏且带有正电荷，因此不会再发生沿着垂直于金属层板的方向连接，而是通过与 阴离子或水结合后再和另一层金属层板结合，因此就形成了层状结构的晶体，表现为纳米 片状材料。
[0017] 由上述制备方法（共沉淀-水热法）制备的镁铝双金属氢氧化物纳米片是由无数 个小层板重叠，然后形成类似海绵状的层状结构；比表面积在60-80m 2/g。层板的大小与层 间距与制备过程的温度以及PH值、晶化时间等条件有关。
[0018] 本发明的进一步提供上述方法制得的镁铝双金属氢氧化物纳米片材料用于选择 性吸附卷烟烟气中亚硝胺的用途。将适量的镁铝双金属氢氧化物纳米片材料粉碎，过筛，选 取40-60目颗粒添加到两段式醋酸纤维滤棒的中间部分，使材料均匀分布于两段滤棒中间 的截面上保证通过烟气与材料的充分接触。
[0019] 优选的，每只香烟滤嘴的滤棒中添加2-4mg，更优选为3mg。
[0020] 特别用于选择性吸附卷烟烟气中四种亚硝胺：N-亚硝基新烟草碱（NAT)、4-(N-甲 基亚硝胺基）-1- (3-吡啶基）-1- 丁酮（NNK)、N-亚硝基降烟碱（NNN)、N-亚硝基假木贼碱 (NAB)〇
[0021] 双金属氢氧化物是一类新型的二维纳米材料，具有层状结构的复合金属氢氧化 物，引起具有层片组成的可调变性和层间阴离子的可交换性，使其在众多领域具有