一种卷烟减害材料的快速评价装置的制作方法

本实用新型属于材料分析的技术领域，涉及一种卷烟减害材料的快速评价装置，具体涉及一种添加到卷烟滤棒中减害材料对有害物吸附效果的快速评价装置。

背景技术：

卷烟烟气是指被点燃烟支中的烟丝经过燃烧、蒸馏和裂解过程产生的高度浓集并且不断变化着的气溶胶体系，它由目前所知的四千多种化合物构成了胶粒相物质和气相物质。减害材料的应用相对于以上几种减害的方式，针对性更强，适用性更广，对于烟气中有害成分的减少有着更直接的作用，通过选择性吸附截留或选择性催化转化，可以降低烟气中的有害成分，不降低或少降低香味成分，既可降低粒相物中的有害成分，又可降低气相物中的有害成分。

使用功能滤棒将是今后烟草行业“降焦减害”的趋势。将新型功能材料添加到滤棒中发挥材料选择性吸附或选择性催化的作用是一种有效手段。对于合成的新型材料是否具有很好的吸附能力并能进一步应用于卷烟滤棒中的关键，目前通常采用的方法是将材料直接添加到滤棒中制成二元或三元滤棒后进行卷烟，对卷烟烟气的部分有害物释放量进行分析评价；这种方法的优点是能真实体现材料对卷烟烟气的影响，缺点是周期较长、效率低。近年来也有一些设计的评价装置用来模拟评价添加材料对烟气中有害物的降低效果(CN200920090174.6，CN201020603408.5)，但不能实现对新型材料吸附能力及滤棒添加应用的快速评价。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种卷烟减害材料的快速评价装置，用于快速评估材料对有害物的吸附能力及实现在滤棒中应用可能性。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种卷烟减害材料的快速评价装置，所述评价装置沿气体输送方向依次设有进气口、混气单元、控制阀，所述混气单元经管路分别连通进气口和控制阀，所述混气单元包括有第一罐体和第二罐体，所述第一罐体经管路分别连通进气口、第二罐体和控制阀，所述第二罐体还经管路连通进气口；所述控制阀经管路分别连通有吸附单元及检测单元，所述吸附单元包括有U型管，所述U型管的进样口和出样口分别经管路与控制阀相连通，所述U型管内设有吸附块，所述吸附块沿气体输送方向依次设有吸附材料层、支撑材料层。

优选地，所述评价装置输入的气体为空气。

优选地，所述控制阀为包括有至少四个接口的可切换连通阀。具体来说，所述可切换连通阀为四通阀、五通阀或六通阀等。

更优选地，所述可切换连通阀包括有进气接口、第一出气接口、第二出气接口、第三出气接口，所述进气接口切换连通第一出气接口或第二出气接口，所述第三出气接口与第一出气接口切换连通。

进一步优选地，所述进气接口经管路与混气单元相连通，所述第一出气接口经管路与检测单元相连通，所述第二出气接口经管路与U型管的进样口相连通，所述第三出气接口经管路与U型管的出样口相连通。

优选地，所述第一罐体和第二罐体均为常规使用的储气罐。

优选地，所述第一罐体内存放混合有害物的气体，所述混合有害物的气体为与空气混合后被稀释了的包含不同浓度有害物和空气的混合气体。

优选地，所述第二罐体内存放一种或几种烟草中挥发性有害物的纯品。所述烟草中挥发性有害物具体如巴豆醛。所述烟草中挥发性有害物为液态。

优选地，所述第一罐体与进气口之间的管路上设有第一流量计，所述第二罐体与进气口之间的管路上设有第二流量计。所述第二罐体与进气口之间的管路不经过第一流量计。

优选地，所述第一流量计和第二流量计均为常规使用的质量流量控制器。

优选地，所述第一流量计的气体调节流速为20-40ml/min。

优选地，所述第二流量计的气体调节流速为2-4ml/min。

优选地，所述检测单元为气相色谱仪。

优选地，所述U型管为管内设置有砂芯的石英管。

优选地，所述U型管的进样口和出样口外分别设有密封螺母，所述进样口和出样口分别与密封螺母螺纹连接。

更优选地，所述密封螺母外设有密封件。所述密封件保证U型管不漏气。

进一步优选地，所述密封件选自硅胶密封圈或生料带中的一种。

优选地，所述U型管保持竖直设置。

优选地，所述吸附材料层中的吸附材料选自粉体吸附材料或复合滤嘴材料中的一种。

更优选地，所述粉体吸附材料为掺杂4.8-24.1wt％石墨烯的二氧化硅复合材料。

更优选地，所述复合滤嘴材料为添加粉体吸附材料的二元醋酸纤维滤棒。所述二元醋酸纤维滤棒分成两段，一段滤棒为醋酸纤维滤棒，另一段滤棒为添加粉体吸附材料的醋酸纤维滤棒。

优选地，所述支撑材料层中的支撑材料选自玻璃石英砂或醋酸纤维滤棒中的一种。所述支撑材料具有一定的透气性，并能够支撑吸附材料保证试验样品被吸附材料固定且不发生穿透。

优选地，所述支撑材料层中的支撑材料设置在U型管内的砂芯上。

如上所述，本实用新型提供的一种卷烟减害材料的快速评价装置，具有以下有益效果：

(1)本实用新型提供的一种卷烟减害材料的快速评价装置，能快速简单对大量待评价的材料进行筛选，可在不同挥发性有害物蒸汽浓度、不同吸附材料的使用量、吸附温度等条件下，研究各种吸附材料的吸附能力，能够快速测定新型材料对烟气中挥发性有害物的吸附容量和以及添加到滤棒中吸附效率，进而筛选出吸附性能高、价格低廉实用的优质卷烟滤棒添加材料。

(2)本实用新型提供的一种卷烟减害材料的快速评价装置，结构简单，设计巧妙，评价快速，使用方便，成本低廉，非常值得在实际工作中推广应用。

附图说明

图1显示为本实用新型的一种卷烟减害材料的快速评价装置的结构示意图。

图2显示为本实用新型的一种卷烟减害材料的快速评价装置的控制阀与检测单元直接连通的结构示意图。

图3显示为本实用新型的一种卷烟减害材料的快速评价装置的控制阀经吸附单元与检测单元连通的结构示意图。

图4显示为石墨烯-二氧化硅复合材料动态吸附巴豆醛的气相色谱图。

附图标记

1 进气口

2 混气单元

21 第一罐体

22 第二罐体

23 第一流量计

24 第二流量计

3 控制阀

31 进气接口

32 第一出气接口

33 第二出气接口

34 第三出气接口

4 吸附单元

41 U型管

411 进样口

412 出样口

413 密封螺母

42 吸附块

421 吸附材料层

422 支撑材料层

5 检测单元

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1-3所示，本实用新型提供一种卷烟减害材料的快速评价装置，所述评价装置沿气体输送方向依次设有进气口1、混气单元2、控制阀3，所述混气单元2经管路分别连通进气口1和控制阀3，所述混气单元2包括有第一罐体21和第二罐体22，所述第一罐体21经管路分别连通进气口1、第二罐体22和控制阀3，所述第二罐体22还经管路连通进气口1；所述控制阀3经管路分别连通有吸附单元4及检测单元5，所述吸附单元4包括有U型管41，所述U型管41的进样口411和出样口412分别经管路与控制阀3相连通，所述U型管41内设有吸附块42，所述吸附块42沿气体输送方向依次设有吸附材料层421、支撑材料层422。

在一个优选的实施例中，所述评价装置输入的气体为空气。

在一个优选的实施例中，如图2-3所示，所述控制阀3为包括有至少四个接口的可切换连通阀。具体来说，所述可切换连通阀为四通阀、五通阀或六通阀等。通过切换所述控制阀3，实现控制进入检测单元5的挥发性有害物的浓度。

进一步地，如图2-3所示，所述可切换连通阀包括有进气接口31、第一出气接口32、第二出气接口33、第三出气接口34，所述进气接口31切换连通第一出气接口32或第二出气接口33，所述第三出气接口34与第一出气接口32切换连通。所述进气接口31经管路与混气单元2相连通，所述第一出气接口32经管路与检测单元5相连通，所述第二出气接口33经管路与U型管41的进样口411相连通，所述第三出气接口34经管路与U型管41的出样口412相连通。

在一个优选的实施例中，如图1所示，所述第一罐体21内存放混合有害物的气体。所述混合有害物的气体为与空气混合后被稀释了的包含不同浓度有害物和空气的混合气体。所述第二罐体22内存放一种或几种烟草中挥发性有害物的纯品。所述烟草中挥发性有害物具体如巴豆醛。所述烟草中挥发性有害物为液态，可以通过第二流量计24改变管路中饱和蒸汽的浓度从而对液态烟草中挥发性有害物进行加热使其挥发成气态。

在一个优选的实施例中，如图1所示，所述第一罐体21与进气口1之间的管路上设有第一流量计23，所述第二罐体22与进气口1之间的管路上设有第二流量计24。所述第二罐体22与进气口1之间的管路不经过第一流量计23。

在一个优选的实施例中，如图1所示，所述第一流量计23和第二流量计24均为常规使用的质量流量控制器。所述第一流量计23的气体调节流速为20-40ml/min。所述第二流量计24的气体调节流速为2-4ml/min。用于调节加入检测单元5的挥发性有害物的浓度。

在一个优选的实施例中，如图1所示，所述检测单元5为气相色谱仪。可以有效检测挥发性有害物的浓度。

在一个优选的实施例中，如图1所示，所述U型管41为管内设置有砂芯的石英管。

在一个优选的实施例中，如图1所示，所述U型管41的进样口411和出样口412外分别设有密封螺母413，所述进样口411和出样口412分别与密封螺母413螺纹连接。所述密封螺母413外设有密封件。所述密封件保证U型管41不漏气，防止测试样品吹出。所述密封件选自硅胶密封圈或生料带中的一种。

在一个优选的实施例中，如图1所示，所述U型管41保持竖直设置。便于气体在U型管41中流动。

在一个优选的实施例中，如图1所示，所述吸附材料层421中的吸附材料选自粉体吸附材料或复合滤嘴材料中的一种。所述粉体吸附材料为掺杂4.8-24.1wt％石墨烯的二氧化硅复合材料。所述复合滤嘴材料为添加粉体吸附材料的二元醋酸纤维滤棒。所述二元醋酸纤维滤棒分成两段，一段滤棒为醋酸纤维滤棒，另一段滤棒为添加粉体吸附材料的醋酸纤维滤棒。

在一个优选的实施例中，如图1所示，所述支撑材料层422中的支撑材料选自玻璃石英砂或醋酸纤维滤棒中的一种。所述支撑材料具有一定的透气性，并能够支撑吸附材料保证试验样品被吸附材料固定且不发生穿透。

在一个优选的实施例中，所述支撑材料层422中的支撑材料设置在U型管41内的砂芯上。所述砂芯可以给吸附材料、支撑材料以有效支撑。

下面结合图1-4，说明本实用新型中一种卷烟减害材料的快速评价装置的使用过程。

使用者获得如图1-3所示的一种卷烟减害材料的快速评价装置，首先在干净的U型管41内的砂芯上装上支撑材料，并在支撑材料上装填一定质量的吸附材料，吸附材料选自粉体吸附材料或复合滤嘴材料中的一种，然后在U型管41的进样口411和出样口412分别与密封螺母413进行螺纹连接，拧紧密封螺母413，并在密封螺母413外加硅胶密封圈或生料带，使密封完全，从而保证不漏气。U形管41保持竖直放置。

开启气相色谱仪及计算机相关检测软件，调节气相色谱仪各项参数，参数设定值为：空气为0.10MPa，氢气为0.06MPa。氮气为0.25MPa，灵敏度为1，汽化室温度为130℃，柱温室温度为180℃，检测室温度为170℃。

通过调节控制阀3关闭通过吸附单元4的气路，如图2所示，打开未通过吸附单元4的气路，即控制阀3中进气接口31与第一出气接口32相连通。然后，从进气口1输入空气，空气分成两股气路，一股作为气相色谱的配气，由管路经第一流量计23、第一罐体21、进气接口31、第一出气接口32，进入气相色谱仪；另一股作为挥发性有害物的载气，由管路经第二流量计24、第二罐体22、第一罐体21、实现挥发性有害物与空气混合。上述空气输入时，打开第一流量计23和第二流量计24调节空气浓度，实现控制挥发性有害物的浓度。第一流量计23的气体调节流速为30ml/min，第二流量计24的气体调节流速为3ml/min。另外，所述烟草中挥发性有害物为液态，可以通过第二流量计24改变管路中饱和蒸汽的浓度从而对液态烟草中挥发性有害物进行加热使其挥发成气态。

待流量稳定后开始测试，再根据需要对控制阀3进行切换，将含有一定浓度的挥发性有害物的混合气不通过U型管41中吸附材料层421的吸附直接进入气相色谱仪分析其浓度，或将含有一定浓度的挥发性有害物的混合气先通过U型管41中吸附材料层421的吸附再进入气相色谱仪分析其浓度。通过上述两种方式切换后气相色谱分析得到的挥发性有害物浓度就能测定材料对挥发性有害物的吸附量和吸附效率从而判定在卷烟滤棒中的可应用性。

具体来说，将控制阀3切换开到不经吸附单元4的通路，如图2所示，打开未通过吸附单元4的气路，即控制阀3中进气接口31与第一出气接口32相连通，采用气相色谱仪检测至信号平稳为止，记下峰值。再将控制阀3切换开到经吸附单元4的通路，如图3所示，打开通过吸附单元4的气路，即控制阀3中进气接口31与第二出气接口33相连通，第三出气接口34与第一出气接口32相连通，采用气相色谱仪检测，挥发性有害物的饱和蒸汽经吸附单元4被吸附，检测信号下降，待信号值重新平稳后记录，通过记录吸附材料动态吸附挥发性有害物的数据，根据不同浓度挥发性有害物的标准曲线及对应的色谱峰面积，积分计算出吸附材料对挥发性有害物的实际吸附量。

如图4所示，添加不同量的吸附材料，对挥发性有害物的吸附程度如下：

U型管41中放置0.1g掺杂了24.1％石墨烯的二氧化硅复合材料在上述操作条件下测得对巴豆醛的吸附量为7.43mg/g。

将上述操作中的吸附材料换成掺杂了16.7％石墨烯的二氧化硅复合材料，其它操作同上，测得对巴豆醛的吸附量为12.71mg/g。

将上述操作中的吸附材料换成掺杂了9.1％石墨烯的二氧化硅复合材料，其它操作同上，测得对巴豆醛的吸附量为11.82mg/g。

将上述操作中的吸附材料换成掺杂了4.8％石墨烯的二氧化硅复合材料，其它操作同上，测得对巴豆醛的吸附量为8.09mg/g。

综上所述，本实用新型提供的一种卷烟减害材料的快速评价装置，能快速简单对大量待评价的材料进行筛选，筛选出吸附性能高、价格低廉实用的优质卷烟滤棒添加材料，非常值得在实际工作中推广应用。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。