[发明专利]用于吸附烟草主流烟气里粒相物、焦油、苯酚和亚硝胺的介孔新材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种介孔新材料，具体地说是一种通过控制介孔分子筛材料的形貌并结合表面修饰改性得到的用于吸附烟草主流烟气里粒相物、焦油、苯酚以及烟草特有亚硝胺等物质的介孔新材料。

背景技术

介孔材料是以表面活性剂为模板剂，利用溶胶-凝胶(sol-gel)、乳化(emulsion)或微乳(microemulsion)等物理化学过程，通过有机物和无机物之间的界面作用组装生成的无机多孔材料。在它的水热合成过程中，有机模板剂用憎水基团聚成“球心”并通过长链以亲水基团对外形成“球面”，组成胶束来导向形成孔结构。一般需要通过焙烧或溶剂抽提过程除掉合成原粉中的表面活性剂，得到介孔分子筛。除了孔径大小调变、结构构筑之外，关于介孔材料形貌控制的研究也一直受到密切关注。介孔材料在合成过程中可以形成许多奇特的形貌例如螺旋形、贝壳形、钟表形、绳结形等。控制介孔材料的形貌在纳米器件制作、催化反应、吸附分离、气相传感以及生物医药等方面都有着重要的作用，然而一直却是合成中的难点。多种多样形貌的形成通常主要是由各种动力学因素协同导致的结果，一般通过调节合成原料的组成、控制无机前驱物的水解缩合速度、反应的温度或引入助剂等手段可以控制介孔材料的最终形貌。但是，介孔合成过程中细微的调变都有可能导致结构的转变，所以如何通过一种简便方法得到可控的结构和形貌一直富有挑战性。

介孔分子筛材料作为一种重要的无机材料，近年来被广泛地用作催化剂、吸附剂、离子交换剂和新型功能材料。例如SBA-15具有孔径大，比表面积高，水热稳定性好等优点，近年来逐渐成为介孔分子筛推广应用的首选材料。然而，介孔分子筛材料在吸附应用中也有其不足之处。同样以SBA-15为例，它那相对平敞的孔道表面和全硅的化学组成缺乏足够的几何约束和必需的强吸附位，吸附质分子很容易脱附因而限制了SBA-15作为吸附材料的用途。因此介孔分子筛作为催化剂或吸附剂之前必须经过各种技术手段处理或者通过原位功能化的方法来提高它们的吸附性能。

通过表面改性处理，即引入各种功能的客体物质调变介孔材料的表面性质可以显著地提高介孔分子筛的吸附/催化能力。如美国菲利普-莫里斯公司在2005年的专利申请中使用了涂糖碳化镀饰(US20050133047)、两亲烷基取代硅烷键合改性(US20050133048)、与活性炭及沸石复合(US20050133051)、用aminoalkylsilyl(含有氨基的烷基化甲硅烷基试剂)改性(US20050133052)，以及铜交换/改性(US20050133053)等方法修饰改性介孔分子筛，再用于卷烟的过滤嘴棒中进行烟草降害研究。这些改性方法的步骤复杂、成本高、而且对烟气中亚硝胺的吸附性差。

由于孔径的限制，介孔分子筛即使通过改性的方法提高了它们对于小分子的吸附能力，却还是不能用于吸附粒径达到μm级的粒子如卷烟烟气中的粒相物、空气中的粉尘，以及污水中的悬浮物等等。卷烟烟气中既有气相组分，也有粒相物质，是一个非常复杂的体系，研究表明大约有4800种化合物存在于烟气中。烟气中的粒相物尺寸达到微米级，含有很多有害物质，如烟草特有的亚硝胺，稠环芳烃和自由基等。这些存在于烟气粒相物中的有害物质很难被传统的介孔分子筛去除，因此除了表面改性外还需要通过一种方便快捷的方法来控制介孔材料的形貌从而提高对一些大粒径粒子(μm)的吸附能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于吸附烟草主流烟气里粒相物、焦油、苯酚以及烟草特有亚硝胺等物质的介孔新材料，本发明采用更加便捷、有效的方法同时控制介孔材料(SBA-15)的微观形貌和宏观形状，并对介孔分子筛材料进行表面改性，着重提高它在烟气里吸附粒相物、焦油、苯酚及亚硝胺等有害物质的性能，并具有快速、高效、简便和环境友好的特点。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种用于吸附烟草主流烟气里粒相物、焦油、苯酚和亚硝胺的介孔新材料，其特征在于：将高吸附性能的介孔材料用作香烟过滤嘴棒的添加材料，所述介孔材料是具有三维网状结构、独石形貌的介孔分子筛。

本发明中，所述介孔分子筛是介孔硅基分子筛SBA-15。