[发明专利]一种降低卷烟烟气中CO含量的催化剂及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明属于卷烟材料制备技术领域，涉及一种能有效降低卷烟烟气中CO含量的催化剂及其制备和应用。

背景技术

CO是卷烟烟气中的主要有害物质之一。由于CO与人体内血红蛋白的亲和力比O₂与血红蛋白的亲和力强数百倍，所以CO一旦被吸入人体，便会迅速与血红蛋白结合成碳氧血红蛋白，使得血液输氧量降低，造成人体缺氧，进而使得心脑血管疾病发病率增加。因此，国内外研究人员在选择性降低卷烟烟气中CO含量的研究上进行了大量工作，以期开发出能够有效降低卷烟烟气中有害成分的含量，同时又不会明显影响卷烟品质的技术。

目前，国外有关利用催化氧化法降低卷烟烟气中CO含量的研究很多，这些技术通常选择分子筛、贵金属或纳米材料为催化剂。例如，JP 59/029036、JP 60/224483及US 4845065分别公开了利用不同载体担载Pd作为催化剂的技术，这些专利都宣称可以有效消除卷烟烟气中的CO。

国内研究人员也开展了一些相关研究。例如，CN 03121750.8公开了一种负载型催化剂。该催化剂的活性组分为Au、Pt、Pd等贵金属，助剂含Fe、Cu、Ni、Co、Zn、Ti等元素。所用载体为氧化铝、二氧化硅、膨润土或分子筛等。通过浸渍法将催化剂活性组分及助剂担载在载体上，焙烧后即制成纳米贵金属催化剂。该催化剂可以明显降低卷烟烟气中CO的含量，并且能够基本保持卷烟原有品质。但由于此种催化剂需使用贵金属，因而大大增加了卷烟生产成本，限制了该技术的大规模商业应用。

CN 200710021183.5公开了一种通过在介孔材料上负载Cu/Mn氧化物而成的催化剂。该催化剂能有效地吸附CO。此种非贵金属催化剂生产成本低，且生产工艺简单。但由于所使用的介孔材料载体具有很强的吸附能力，在吸附CO等有害物质的同时，还会吸附烟气中大量的致香成分，影响卷烟品质。

CN 200910304944.7公开了一种用于降低卷烟烟气中CO、NO含量的氧化锰分子筛催化剂。由于该催化剂需在200℃以上方有催化活性，因此被添加在卷烟烟丝中。但在卷烟烟丝中添加催化剂会使烟丝燃烧过程发生改变，进而改变烟丝燃烧区域温度及烟气组成。另外，该氧化锰分子筛催化剂具有极大的比表面积(7000-8000m²/g)，会大量吸附烟气中的致香成分，无法保证卷烟原有的口感及香气。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能有效降低卷烟烟气中CO含量的过渡金属-锰复合氧化物催化剂及其制备和应用方法，以克服现有技术中的不足。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案来实现：

本发明的降低卷烟烟气中CO含量的催化剂，为过渡金属-锰复合氧化物催化剂，其晶相为α-MnO₂相、γ-MnO₂相或者二种晶相的混相。

所述过渡金属-锰复合氧化物催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)配制一定量的硫酸水溶液，在剧烈搅拌条件下，将过渡金属的硝酸盐、硫酸锰、高锰酸钾依次加入配好的硫酸水溶液中。

(2)将步骤(1)获得的反应混合液恒温晶化。

(3)将反应后的混合物过滤得到固体产物，将获得的固体产物依次水洗、干燥、成型至一定粒度，得到所述过渡金属-锰复合氧化物催化剂。

所述过渡金属选自Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ag、La、Ce中的一种或多种。

较佳的，步骤(1)中，所述过渡金属硝酸盐选自Fe的硝酸盐、Co的硝酸盐、Ni的硝酸盐、Cu的硝酸盐、Zn的硝酸盐、Ag的硝酸盐、La的硝酸盐、Ce的硝酸盐中的一种或几种。

较佳的，步骤(1)中，各反应物的摩尔比为：过渡金属硝酸盐∶硫酸锰∶高锰酸钾∶硫酸∶水＝1∶(1-9)∶(1-7)∶(3-40.5)∶(90-900)。

较佳的，步骤(2)中，所述晶化温度为60-150℃，晶化时间为0.5-5天。所述晶化方式为动态晶化或静态晶化。

较佳的，步骤(3)中，所述催化剂成型后的粒度为20-100目。

本发明的过渡金属-锰复合氧化物催化剂可用于降低卷烟烟气中CO的含量；可加入卷烟滤嘴中使用。

本发明的过渡金属-锰复合氧化物催化剂在卷烟滤嘴中的应用，其应用方法，包括如下步骤：

1)将一定量过渡金属-锰复合氧化物催化剂均匀分散于醋酸纤维丝束中并成型，制成含过渡金属-锰复合氧化物催化剂的醋酸纤维段。

2)将一定量的硅胶或活性炭均匀分散于醋酸纤维丝束中并成型，制成含硅胶或活性炭的醋酸纤维段；