[发明专利]一种降低卷烟烟气中醛酮类化合物含量的改性磷酸铝分子筛添加剂及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种选择性降低卷烟烟气中低分子量醛酮化合物的磷酸盐分子筛添加剂及其制备方法和应用，具体说是一种以可溶性的过渡金属盐、磷酸、铝盐、去离子水为原料，加入混合模板剂，在一定温度下原位合成目标产物。在降低卷烟烟气的醛酮类化合物中有潜在的应用价值。

背景技术

挥发性羰基化合物是卷烟烟气中的主要组分。这类化合物是由烟草中一些大分子化合物在卷烟燃烧过程中热裂解生成的，虽然在烟丝中的含量很低，但在卷烟烟气中的含量比较高。卷烟烟气中低分子量的羰基化合物主要包括甲醛、乙醛、丙酮、丙烯醛、丙醛、巴豆醛、2-丁酮和丁醛。其中，甲醛、丙烯醛及巴豆醛是呼吸道纤毛的毒素，可导致肺部疾病，损害身体健康。因此，选择性地除去卷烟烟气中某些挥发性醛和酮类化合物，可以减少整个烟气对呼吸道纤毛的毒性，从而降低卷烟的危害性。文献报道了用壳聚糖和蚕丝纤维等作为添加剂可降低卷烟烟气中醛类物质的含量[US20070295345； Materials & Design 2009， 30: 2289-2294]。

随着材料制备技术的发展，许多孔材料作为新型卷烟添加剂在卷烟降焦减害中的应用研究成为本领域的热点。通过改性材料表面性质或利用孔材料的吸附性能均可以达到降低烟气中醛类化合物含量的目的。将改性的海泡石作为添加剂掺杂在烟丝中，可以吸附香烟中的有害成分（CN1701725A）。将胺基基团修饰到多孔材料载体上，作为添加剂添加到卷烟滤嘴中，利用胺基基团与羰基反应的机理，达到降低烟气中低分子醛酮类化合物的目的（CN101116540A）。如果将氨基、脲基或酰胺基引入粗孔硅胶载体的表面和孔道内表面，作为添加剂应用于卷烟滤嘴中，也可降低卷烟烟气中醛类物质的含量（CN101194755A）。

沸石分子筛是一类具有独特结构的孔材料，具有其他吸附剂不具备的吸附性能，根据分子大小不同、极性不同进行选择性吸附，在低的吸附质浓度和较高的吸附温度下具有较高的吸附能力，同时沸石分子筛不会燃烧，对人体无害，可降低卷烟烟气中特有的亚硝胺[CN101053446A；物理化学学报， 2004， 20: 946-952]。分子筛除了具有吸附性能外，还具有催化性能。Merier曾将NaY沸石分散在烟丝里，利用卷烟燃烧时的高温活化沸石，可以催化分解烟气中的致癌物[Microporous Mesoporous Mater. 1999, 33: 307-310]。可见，在烟丝中掺杂沸石材料可以起到吸附和催化的作用。磷酸盐分子筛是一种类似于沸石结构的分子筛，其本身的孔道结构提供了较大的表面积，具有好的吸附性能；同时，通过改性可以增加其催化活性位，提高其催化性能。这种改性后具有双功能的磷酸盐分子筛作为降低卷烟烟气中醛酮类化合物含量的添加剂，在卷烟降焦减害方面具有重要的应用价值。

现有改性的磷酸盐分子筛主要是在单一的模板剂作用下通过水热合成法制备，但是这种方法不能控制磷酸盐分子筛的形貌和大小。为此，发明人通过利用双模板剂的协同作用，合成了形貌和大小可控的磷铝分子筛，同时引入不同金属，合成具有氧化还原活性位的孔状结构材料，并作为卷烟添加剂应用于降低烟气中醛酮类化合物的含量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是利用双模板剂的协同作用，合成含有不同金属的磷酸盐分子筛，将其作为添加剂用于降低卷烟烟气中低分子量的醛酮类化合物含量，并提供一种降低卷烟烟气中醛酮类化合物含量的改性磷酸铝分子筛添加剂及其制备和应用。

一种降低卷烟烟气中醛酮类化合物含量的改性磷酸铝分子筛添加剂，其所述改性的磷酸铝分子筛添加剂按原料摩尔组成为：(1-a/2)Al : P : a/2Me : bR : c H2O。

其中，Me为过渡金属，a=0.01 - 0.2为过渡金属的摩尔数；R为混合有机模板剂，b=0.6 - 0.8为有机模板剂R的摩尔数；c =10 - 50为水的摩尔数。

一种用于上述降低卷烟烟气中醛酮类化合物含量的改性磷酸铝分子筛添加剂的制备方法，包括下列步骤：

首先，按照原料摩尔组成，将一定量的磷酸溶于去离子水中，加入过渡金属盐，搅拌溶解后，再加入铝源，最后缓慢加入混合模板剂，得到反应混合物。

其次，将反应混合物在室温下搅拌2-5小时，置入反应釜，在180-200 ^oC的温度下晶化8-24小时，冷却，用去离子水洗涤3-5次，过滤、烘干，以5 ^oC /min的速率升温到550 ^oC，恒温焙烧5-6小时，制得改性磷酸铝分子筛添加剂。