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1、(10)授权公告号 CN 102715655 B (45)授权公告日 2014.05.07 CN 102715655 B (21)申请号 201110241462.9 (22)申请日 2011.10.20 A24D 3/16(2006.01) (73)专利权人 广西中烟工业有限责任公司 地址 530000 广西壮族自治区南宁市北湖南 路 28 号 (72)发明人 冯守爱 黄泰松 邹克兴 白家峰 陈志燕 许蔼飞 孟冬玲 范忠 (74)专利代理机构 北京三聚阳光知识产权代理 有限公司 11250 代理人 李红团 (54) 发明名称 一种能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛成分的 烟用滤棒 (57) 摘要 。
2、本发明公开了一种能降低卷烟烟气中苯酚和 巴豆醛含量的烟用滤棒， 其特征在于 ： 所述烟用 滤棒是在普通醋纤滤棒中添加了能降低烟气中苯 酚和巴豆醛含量的复合纳米 SiO2粒子， 所述添加 的复合纳米 SiO2粒子为具有丰富微孔结构的纳 米 SiO2粒子和表面疏水性的纳米 SiO2粒子 ； 纳米 SiO2粒子占醋纤滤棒重量的 0.2-1； 所述滤棒是 单独使用或与普通醋纤滤棒相接而成二元复合滤 棒。 本发明还提供了前述烟用滤棒的制备方法， 针 对烟气有害成分苯酚、 巴豆醛分子尺寸小、 极性弱 的特点， 采用微孔 - 疏水纳米 SiO2粒子复合技术 提高纳米材料对苯酚、 巴豆醛的吸附容量和吸附 选择。
3、性， 是降低烟气对人体损害的有效方法。 (51)Int.Cl. 审查员 贾静 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)授权公告号 CN 102715655 B CN 102715655 B 1/1 页 2 1. 一种能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量的烟用滤棒， 其特征在于 ： 所述烟用滤棒 是在普通醋纤滤棒中添加了能降低烟气中苯酚和巴豆醛含量的复合纳米 SiO2粒子， 所述添 加的复合纳米SiO2粒子为具有丰富微孔结构的纳米SiO2粒子和表面疏水的纳米SiO2粒子 ； 纳米 SiO2。
4、粒子占醋纤滤棒重量的 0.2-1% ； 所述滤棒是单独使用或与普通醋纤滤棒相接而 成二元复合滤棒。 2.根据权利要求1所述的能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量的烟用滤棒,其特征在 于 ： 所述二元复合滤棒由含纳米 SiO2粒子的醋纤滤棒与普通醋纤烟用滤棒按长度比例 2 1:1 2 相接而成。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量的烟用滤棒， 其特 征在于 ： 所述的具有丰富微孔结构的纳米SiO2粒子和表面疏水的纳米SiO2粒子的重量比例 为 1:5 5:1。 4. 根据权利要求 3 所述能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量的烟用滤棒， 其特征在 于 ： 所述的具有丰。
5、富微孔结构的纳米 SiO2粒子比表面在 500-1000m2/g 之间。 5. 根据权利要求 3 所述的能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量的烟用滤棒， 其特征在 于 ： 所述的表面疏水纳米SiO2粒子在非极性溶剂环己烷、 正己烷中可稳定分散不沉降， 而在 极性溶剂水中却快速沉降。 6. 根据权利要求 3 所述的能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量的烟用滤棒， 其特征在 于 ： 所述的表面疏水纳米 SiO2粒子是由 400-600高温焙烧过的亲水性 SiO2纳米粒子， 在 惰性气体保护下， 于 150的环境下由三甲基氯硅烷改性而成， 三甲基氯硅烷的用量为亲水 性 SiO2纳米粒子重量的 1-20%。 。
6、7. 根据权利要求 1 所述的能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量的烟用滤棒的制备方 法 , 其特征在于 ： 在醋纤烟用滤棒的醋纤丝束中添加了能降低烟气中苯酚和巴豆醛含量的 复合纳米SiO2粒子， 所述复合纳米SiO2粒子是在滤棒成型时通过滤棒用增塑剂三醋酸甘油 酯携带进入醋纤丝束中， 该复合纳米 SiO2粒子首先稳定分散在增塑剂三醋酸甘油酯中， 三 个月之内保持不沉降。 8. 根据权利要求 7 所述的能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量的烟用滤棒的制备方 法， 其特征在于 ： 所述复合纳米 SiO2粒子稳定分散在增塑剂三醋酸甘油酯中的步骤为先将 复合纳米 SiO2粒子按重量比 4%-12% 的比例添。
7、加到三醋酸甘油酯中， 然后加入一定量的分 散稳定剂， 并高速搅拌 1 小时以上。 9. 根据权利要求 8 所述的能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量的烟用滤棒的制备方 法， 其特征在于 ： 所述分散稳定剂包括去离子水、 无水乙醇、 丙二醇中的一种或几种的混合 物， 分散稳定剂与三醋酸甘油酯的比例为 0.1:100-1:100。 权 利 要 求 书 CN 102715655 B 2 1/4 页 3 一种能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛成分的烟用滤棒 技术领域 0001 本发明涉及卷烟材料制造、 加工领域， 是一种以选择性降低卷烟烟气中苯酚和巴 豆醛含量而得到的选择性减害滤棒及其制备方法。 背景技术 00。
8、02 卷烟烟气组成复杂、 含有几千种化合物， 其中某些成分对人体健康会造成伤害。 纳 米材料因具有较大比表面和高吸附活性引起了烟气减害领域科研工作者的极大关注。在 卷烟嘴棒中添加纳米材料是烟气减害研究的前沿方向。张悠金等将纳米 SiO2、 TiO2、 Al2O3 等加入到卷烟滤嘴中， 结果表明可以降低卷烟烟气中的焦油含量。史超等将纳米 SiO2-XSe、 Al2O3、 TiO2等的混合物加入到卷烟滤嘴中， 发现可以降低烟气中焦油的含量。曹建华等将 纳米二氧化硅 (SiOx) 添加到滤嘴的醋纤丝束上， 从而增加过滤嘴棒丝束纤维的表面积， 提 高滤嘴的过滤效率， 结果表明可以明显降低焦油含量。 贾。
9、志杰等比较了添加碳纳米管、 活性 炭、 NaCl、 MgSO4以及 Al(OH)3的卷烟过滤嘴对烟气中总粒相物的去除效果， 结果表明碳纳米 管对焦油的去除能力优于其它材料。谢笑天等通过在滤嘴丝束上附着纳米过滤吸附材料， 使过滤嘴香烟的烟气焦油量降低最高可达 4.4mg/ 支。何智慧等报道纳米材料手工添加到 卷烟滤嘴中降低烟气中苯并芘含量。聂聪、 吕功煊等报道纳米贵金属担载到醋纤丝束上降 低烟气中 CO。 0003 前人研究大多停留在纳米材料对卷烟烟气中焦油含量的降低， 关于纳米材料选择 性降低烟气中有害成分的报道较少， 特别是关于选择性降低烟气中苯酚、 巴豆醛含量的研 究尚未见公开报道。实际上。
10、，“降焦” 并不等于 “减害” ， 单纯的降焦容易造成焦油中香味成 分的流失， 降低卷烟抽吸品质， 因此， 只有选择性降低卷烟烟气中的有害成分含量， 才是提 高人们吸食卷烟安全性的最佳途径。目前， 研究已确认烟气中对人体危害最大的七种有害 成分， 其中包括苯酚和巴豆醛。苯酚对皮肤、 粘膜有强烈的腐蚀作用， 也可抑制中枢神经系 统或损害肝、 肾功能。巴豆醛有窒息性刺激气味， 可通过与哺乳动物细胞 DNA 反应形成加合 物而致癌、 致突变。长期接触巴豆醛， 易导致人体肺部疾病。 0004 因此， 研制能够选择性降低烟气中苯酚、 巴豆醛等有害成分、 并能以工业化应用的 方式添加到嘴棒中的纳米材料是一。
11、项有意义的工作。 发明内容 0005 本发明的目的旨在提供一种能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量的烟用滤棒及 其制备方法。 0006 本发明通过以下实施方式实现。 0007 除非另有说明， 本发明所采用的百分数均为重量百分数。 0008 一种能降低卷烟烟气中苯酚和巴豆醛含量的烟用滤棒， 其特征在于 ： 所述烟用滤 棒是在普通醋纤滤棒中添加了能降低烟气中苯酚和巴豆醛含量的复合纳米 SiO2粒子， 所述 添加的复合纳米 SiO2粒子为具有丰富微孔结构的纳米 SiO2粒子和表面疏水性的纳米 SiO2 说 明 书 CN 102715655 B 3 2/4 页 4 粒子 ； 纳米 SiO2粒子占醋纤滤棒重。
12、量的 O.2-1 ； 所述滤棒是单独使用或与普通醋纤滤棒 相接而成二元复合滤棒。 0009 所述二元复合滤棒由含纳米 SiO2粒子的醋纤滤棒与普通醋纤烟用滤棒按长度比 例 2 1 1 2 相接而成。 0010 所述的具有丰富微孔结构的纳米 SiO2粒子和表面疏水纳米 SiO2粒子的重量比例 为 1 5 5 1。 0011 所述的具有丰富微孔结构的纳米 SiO2粒子比表面在 500-1000m2/g 之间。 0012 所述的表面疏水纳米 SiO2粒子在非极性溶剂环己烷、 正己烷中可稳定分散不沉 降， 而在极性溶剂水中却快速沉降。 0013 所述的表面疏水纳米 SiO2粒子是由 400-600高温。
13、焙烧过的亲水性 SiO2纳米粒 子， 在惰性气体保护下， 于 150的环境下由三甲基氯硅烷改性而成， 三甲基氯硅烷的用量 为亲水性 SiO2纳米粒子重量的 1-20。 0014 在醋纤烟用滤棒的醋纤丝束中添加了能降低烟气中苯酚和巴豆醛含量的复合纳 米SiO2粒子， 所述复合纳米SiO2粒子是在滤棒成型时通过滤棒用增塑剂三醋酸甘油酯携带 进入醋纤丝束中， 该复合纳米 SiO2粒子首先稳定分散在增塑剂三醋酸甘油酯中， 三个月之 内保持不沉降。 0015 所述复合纳米 SiO2粒子稳定分散在增塑剂三醋酸甘油酯中的步骤为先将复合纳 米 SiO2粒子按重量比 4 -12的比例添加到三醋酸甘油酯中， 然后。
14、加入一定量的分散稳 定剂， 并高速搅拌 1 小时以上。 0016 所述分散稳定剂包括去离子水、 无水乙醇、 丙二醇中的一种或几种的混合物， 分散 稳定剂与三醋酸甘油酯的比例为 0.1 100-1 100。 0017 与现有技术相比， 本发明的有益效果为 ： 0018 本发明针对烟气有害成分苯酚、 巴豆醛分子尺寸小、 极性弱的特点， 采用微孔 - 疏 水纳米 SiO2粒子复合技术提高纳米材料对苯酚、 巴豆醛的吸附容量和吸附选择性， 是解决 烟气减害的有效方法。 0019 说明书附图 0020 图 1 是改性前后纳米 SiO2的透射电镜图像 ； 0021 图 2 是微孔纳米 SiO2的透射电镜图像。
15、。 具体实施方式 0022 以下实施过程及实施例旨在进一步说明本发明而不应当看做是对本发明的限定。 0023 实施例 1 0024 1Kg 亲水性 SiO2纳米粒子在 500下焙烧 5h， 以增加 SiO2纳米粒子表面的 Si-OH 含量。冷却后将其置于密闭反应器中， 然后在氮气保护下缓慢加热至 150并保持温度恒 定。向密闭容器中通入 SiO2纳米粒子重量 10的三甲基氯硅烷， 反应 6h 后停止加热， 自然 冷却至室温， 用乙醇洗涤， 然后干燥， 所得产物为三甲基氯硅烷改性纳米 SiO2粒子， 即疏水 纳米 SiO2粒子。纳米 SiO2粒子改性前后的比表面及孔结构数据在下表 1 中， 亲水。
16、及疏水纳 米 SiO2粒子透射电镜图像如图 1 所示。 0025 表 1 亲水纳米 SiO2粒子疏水改性前后微结构参数 说 明 书 CN 102715655 B 4 3/4 页 5 0026 0027 疏水纳米 SiO2粒子和比表面约 640m2/g 的微孔结构纳米 SiO2粒子按 1 1 的比 例混合均匀得复合纳米SiO2粒子， 然后以8的比例添加到三醋酸甘油酯中， 并按三醋酸甘 油酯重量的 0.1加入分散稳定剂去离子水， 超声处理 1h， 高速搅拌 1h， 得到分散稳定的纳 米 SiO2粒子 - 三醋酸甘油酯悬浮液。微孔结构纳米 SiO2粒子透射电镜图像如图 2 所示， 微 孔结构纳米 S。
17、iO2粒子的微结构参数如表 2 所示。 0028 表 2 微孔结构纳米 SiO2粒子的微结构参数 0029 0030 利用所述纳米 SiO2粒子 - 三醋酸甘油酯悬浮液作为醋纤嘴棒生产过程中的增塑 剂， 使得复合纳米 SiO2粒子在醋纤嘴棒成型过程中带入醋纤丝束中， 形成添加纳米 SiO2的 醋纤嘴棒， 并利用该嘴棒在卷烟生产车间进行卷烟加工。纳米 SiO2粒子按照此方法添加到 卷烟滤嘴后对卷烟烟气三项指标及有害成分苯酚、 巴豆醛含量的影响见表 3 所示。为了便 于对比， 亲水性纳米 SiO2、 疏水性纳米 SiO2以及微孔纳米 SiO2也分别按照同样方法添加到 嘴棒中(与三醋酸甘油酯的重量比。
18、均为8)， 并进行卷烟和烟气三项指标及有害成分含量 的检测， 结果见表 3。 0031 表 3 不同纳米 SiO2粒子对卷烟烟气三项指标及有害成分的影响 0032 0033 从上表可以看出， 嘴棒中添加亲水性 SiO2、 疏水性 SiO2、 微孔纳米 SiO2以及微孔 / 疏水纳米 SiO2粒子后， 烟气三项指标焦油、 烟碱以及 CO 含量的变化都不大。亲水性纳米 SiO2对烟气中的苯酚和巴豆醛无选择性吸附效果 ； 疏水性纳米 SiO2可选择性吸附 8.4的 巴豆醛和 13.1的苯酚 ； 微孔纳米 SiO2对巴豆醛没有吸附作用， 但可选择性吸附 7.8的 说 明 书 CN 102715655 。
19、B 5 4/4 页 6 苯酚 ； 效果最明显的是微孔 / 疏水纳米 SiO2， 可选择性吸附 10.3的巴豆醛和 20.1的苯 酚。结果说明 SiO2纳米粒子的表面性能和孔结构对于 SiO2纳米粒子的选择性减害具有重 要作用， 疏水表面和微孔结构相复合可有效提高纳米 SiO2的选择性减害性能。 0034 实施例 2 0035 利用实施例 1 所制含纳米 SiO2粒子的醋纤嘴棒与普通醋纤复合嘴棒以 1 1 的 长度比例制成120mm一切四复合嘴棒(即每30mm复合嘴棒中含15mm普通醋纤嘴棒和15mm 含纳米 SiO2粒子的醋纤嘴棒 )， 并利用该嘴棒在卷烟生产车间进行卷烟加工。 0036 本发。
20、明的技术方案是基于对吸附过程中择形理论以及 “相似相吸” 原理的应用。 根 据择形理论， 吸附剂中与吸附质分子大小相近的孔道更容易捕获吸附质分子， 烟气中有害 成分巴豆醛和苯酚都是大小在 1nm 以下的分子， 所以选择具有丰富微孔结构 ( 孔径 2nm) 的吸附剂对巴豆醛以及苯酚的选择性降低可起到重要作用。但对于有效的吸附过程， 除了 吸附剂的孔结构之外， 还应考虑吸附剂的表面性质。 本发明中所提到的纳米SiO2， 其表面通 常含有大量的硅羟基， 当与烟气相接触时， 根据 “相似相吸” 原理， 烟气中的水分子和其它一 些强极性分子可与其表面硅羟基形成氢键而被优先吸附， 从而影响纳米 SiO2对弱极性或非 极性分子的吸附动力学、 吸附容量和吸附选择性， 造成其对苯酚、 巴豆醛等弱极性分子的选 择性吸附能力不强。对纳米粒子进行疏水性修饰， 有望改善其对弱极性或非极性分子的吸 附性能。本发明针对烟气有害成分苯酚、 巴豆醛分子尺寸小、 极性弱的特点， 采用微孔 - 疏 水纳米 SiO2粒子复合技术提高纳米材料对苯酚、 巴豆醛的吸附容量和吸附选择性， 是解决 烟气减害的有效方法。 说 明 书 CN 102715655 B 6 1/1 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102715655 B 7 。