具有选择性吸附烟气功能的滤嘴添加剂的合成方法与应用与流程

本发明涉及卷烟
技术领域：
，具体地说是一种具有选择性吸附烟气功能的滤嘴添加剂的合成方法与应用。
背景技术：
：近年来，随着对卷烟安全性要求的提高，如何降低卷烟有害物质的含量，已经成为烟草行业和医学界普遍关心的话题；卷烟减害降焦也越来越显示其重要性。使用滤嘴添加剂是一种非常好的减害降焦手段。虽然目前关于烟用吸附材料的研究也越来越多，但真正大规模使用的只有活性炭添加剂。蒙脱石是一种优良的多孔改性基质材料，具有自然界分布广泛，价格便宜，安全无害等多种优点。蒙脱石的001晶面层间非常小，通过阳离子交换，将需要的金属离子交换进入层间，形成插层化合物，层间的金属化合物由于层间高度的限制，呈现为纳米级别的状态。该材料热稳定性较好，通常温度下不会分解。最重要的是，蒙脱石作为一种食品添加剂和药用物质，有着很好的安全性保障。但蒙脱石作为吸附类材料存在一大劣势，即比表面积整体不大，基本处在100-200m2/g左右；而位于其001晶面的层间活性点位由于比表面积的限制，整体量不大，最终导致其能够用于吸附的活性点位不足。技术实现要素：本发明的目的是提供一种具有选择性吸附烟气功能的滤嘴添加剂的合成方法与应用，它具有较高的比表面积，001晶面层间活性点位量充足，能够吸附烟气中的苯酚、巴豆醛、氰化氢和氨等lewis碱性成分，还具有增加烟气水分的作用。本发明的技术方案是：用二氧化硅柱撑剂在钠基蒙脱石层间进行柱撑后，固定在蒙脱石001晶面层间，得到含多重二氧化硅固定的改性蒙脱石材料（sio2-c8-m）；再将其浸置在羟基铝胶体溶液中，使羟基铝胶体分子充分进入层间，增多活性点位。按以下步骤合成：1）.钠基蒙脱石的合成：100g蒙脱石加入1500ml水中，充分溶胀后，加热到85℃并加入5g氢氧化钠和5g硫酸钠反应3h，过滤并洗涤5次，干燥后研磨备用。2）.ctab（十六烷基三甲基溴化铵）插层蒙脱石的合成：50g钠基蒙脱石加入5l水中搅拌成悬浊液，加入两倍其阳离子交换容量的ctab，80℃下反应4h，过滤并洗涤5次，干燥后研磨。3）．取ctab插层蒙脱石5g，加入20倍物质的量的辛胺，搅拌30min后，再加入150倍物质的量的teos（硅酸乙酯），封住瓶口，搅拌10min后，离心分离并洗涤6次，干燥后研磨。4）.将上述制备的teos插层蒙脱石样品放入高温炉中，空气气氛下，550℃高温灼烧5h，取出后研磨，得到含多重二氧化硅固定的改性蒙脱石材料（sio2-c8-m）。5）.羟基铝柱撑剂的配制：分别配制0.2mol/l的alcl3水溶液和0.4mol/l的naoh溶液。按溶液体积比1：1将naoh溶液加入到剧烈搅拌alcl3溶液中，持续搅拌2h,静置老化2天。6）.将步骤4）制得的sio2-c8-m浸置于步骤5）老化好的羟基铝柱撑剂中，比例按1gsio2-c8-m对应30ml羟基铝柱撑剂；静置12h后离心分离并洗涤6次，干燥后研磨，得到最终的滤嘴添加剂si-al-m。由于其中的二氧化硅是多重柱撑的，使该材料的比表面积大幅度增大，而羟基铝则是选择性吸附烟气有害成分的活性点位粒子，能够起到降低烟气中lewis碱性成分，并增加烟气水分的作用。为了说明该高比表面积的改性蒙脱石滤嘴添加剂的优点，本发明文本中以未改性的原料蒙脱石（m）、未负载羟基铝的多重二氧化硅柱撑蒙脱石材料（sio2-c8-m），单一羟基铝柱撑的蒙脱石材料（al(oh)-m）和本发明所述的滤嘴添加剂材料（si-al-m）对比进行阐述。上述的具有选择性吸附烟气功能的滤嘴添加剂的应用，可以将所述添加剂以颗粒的方式加入卷烟滤嘴中；也可以干法涂布在滤嘴成型纸上进行使用。本发明在不改变烟支的配方组分的前提下，在卷烟过滤嘴中加入一定量的具有选择性吸附烟气功能的滤嘴添加剂；经扫描电镜、物理吸附和卷烟添加实验测试，本发明所述的滤嘴添加剂材料不仅具有较大的比表面积，而且能够选择性吸附烟气中的苯酚、巴豆醛、氰化氢和氨等lewis碱性成分，还具有增加烟气水分的作用。该滤嘴添加剂具有可塑性强，吸附效果好，且价格低廉，适用高效。附图说明图1是本专利所述的具有选择性吸附烟气功能的滤嘴添加剂的放大10000倍下的sem图。具体实施方式si-al-m的合成1）.钠基蒙脱石的合成：100g蒙脱石加入1500ml水中，充分溶胀后，加热到85℃并加入5g氢氧化钠和5g硫酸钠反应3h，过滤并洗涤5次，干燥后研磨备用。2）.ctab（十六烷基三甲基溴化铵）插层蒙脱石的合成：50g钠基蒙脱石加入5l水中搅拌成悬浊液，加入两倍其阳离子交换容量的ctab，80℃下反应4h，过滤并洗涤5次，干燥后研磨。3）．取ctab插层蒙脱石5g，加入20倍物质的量的辛胺，搅拌30min后，再加入150倍物质的量的teos（硅酸乙酯），封住瓶口，搅拌10min后，离心分离并洗涤6次，干燥后研磨。4）.将上述制备的teos插层蒙脱石样品放入高温炉中，空气气氛下，550℃高温灼烧5h，取出后研磨，得到含多重二氧化硅固定的改性蒙脱石材料（sio2-c8-m）。5）.羟基铝柱撑剂的配制：分别配制0.2mol/l的alcl3水溶液和0.4mol/l的naoh溶液。按溶液体积比1：1将naoh溶液加入到剧烈搅拌alcl3溶液中，持续搅拌2h,静置老化2天。6）.将步骤4）制得的sio2-c8-m浸置于步骤5）老化好的羟基铝柱撑剂中，比例按1gsio2-c8-m对应30ml羟基铝柱撑剂；静置12h后离心分离并洗涤6次，干燥后研磨，得到最终的滤嘴添加剂si-al-m。所得滤嘴添加剂si-al-m为颗粒细小的固体粉末，为了表征其微观形貌，我们对si-al-m进行了扫描电镜（sem）测试。在放大10000倍的情况下，其颗粒大小并不均一，大部分的小颗粒直径集中在2μm左右。对原料蒙脱石m、sio2-c8-m、al(oh)-m和si-al-m进行n2物理吸附测试，比表面积如表1所示。表1m、sio2-c8-m、al(oh)-m和si-al-m的bet比表面积样品名bet比表面积（m2/g）m39.63sio2-c8-m843.66al(oh)-m263.41si-al-m687.64从表1中的数据可以看出，经二氧化硅多重柱撑后sio2-c8-m比表面积迅速增大20多倍，这比常见的蒙脱石类吸附材料的比表面积都要大；经过羟基铝负载后，比表面积有所降低，但仍然大于单一羟基铝柱撑的蒙脱石材料。由于铝离子具有强lewis酸性，能够对烟气中的lewis碱性成分形成较好的化学吸附作用；并且由于大量羟基的存在，能够在卷烟生产中吸附一定的水分，并在烟气的洗脱下释放出来，起到一定的烟气补水作用，提升烟气润感。采用相关标准检测方法分别对加入了的m和si-al-m的卷烟样品进行了烟气吸附测试。对比于m，加入si-al-m的卷烟烟气中lewis碱性有害成分的释放量显著下降，水分上升，烟气润感提升。应用实例：实施例1：将按照实施方法中所述方法制得的si-al-m经过普通造粒机造粒，颗粒大小控制在40-60目，并以正常颗粒添加方法加入卷烟滤嘴中，加入量为每支卷烟5mg，最终制得的卷烟产品。对比于加入m时对烟气成分无选择性吸附作用；加入si-al-m后，对烟气中氨、苯酚、巴豆醛和氰化氢的选择性降低率分别能够达到25%、9%、11%和12%；此外，烟气水分能够增加21%，润感上升。实施例2：将按照实施方法中所述方法制得的si-al-m经过普通造粒机造粒，颗粒大小控制在40-60目，并以正常颗粒添加方法加入卷烟滤嘴中，加入量为每支卷烟10mg，最终制得的卷烟产品。对比于加入m时对烟气成分无选择性吸附作用；加入si-al-m后，对烟气中氨、苯酚、巴豆醛和氰化氢的选择性降低率分别能够达到39%、16%、24%和21%；此外，烟气水分能够增加42%，润感上升。实施例3：将按照实施方法中所述方法制得的si-al-m经过普通造粒机造粒，颗粒大小控制在40-60目，并以正常颗粒添加方法加入卷烟滤嘴中，加入量为每支卷烟15mg，最终制得的卷烟产品。对比于加入m时对烟气成分无选择性吸附作用；加入si-al-m后，对烟气中氨、苯酚、巴豆醛和氰化氢的选择性降低率分别能够达到36%、21%、32%和27%；此外，烟气水分能够增加57%，润感上升。实施例4：将按照实施方法中所述方法制得的si-al-m粉末，经用干法涂布在卷烟成型纸的内表面，涂布量为0.5g/m2，将该成型纸应用于正常滤嘴制造中，并用该滤嘴卷制最终的卷烟产品。对比于加入m时对烟气成分无选择性吸附作用；加入si-al-m后，对烟气中氨、苯酚、巴豆醛和氰化氢的选择性降低率分别能够达到23%、15%、17%和9%；此外，烟气水分能够增加18%，润感上升。实施例5：将按照实施方法中所述方法制得的si-al-m粉末，经用干法涂布在卷烟成型纸的内表面，涂布量为1g/m2，将该成型纸应用于正常滤嘴制造中，并用该滤嘴卷制最终的卷烟产品。对比于加入m时对烟气成分无选择性吸附作用；加入si-al-m后，对烟气中氨、苯酚、巴豆醛和氰化氢的选择性降低率分别能够达到35%、21%、19%和13%；此外，烟气水分能够增加28%，润感上升。当前第1页12