[发明专利]用于选择性降低卷烟主流烟气中氰化氢释放量的催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及吸附氰化氢的催化剂领域，具体涉及一种用于选择性降低卷烟主流烟气中氰化氢释放量的催化剂及其制备方法和应用。 

背景技术

卷烟主流烟气中的氰化氢（HCN）主要来自于烟草中的蛋白质、氨基酸和硝酸盐的转化，特别是甘氨酸、脯氨酸及氨基二羧酸的热解。氰化氢中的氰基（CN^-）在人体内容易与细胞线粒体内的氧化型细胞色素氧化酶中的Fe³⁺结合，抑制细胞色素氧化酶，使细胞组织不能利用氧，产生细胞内窒息性缺氧，对人体产生一定的影响。因此降低卷烟主流烟气中的氰化氢已成为卷烟减害降焦的重要内容之一。 

对于卷烟主流烟气中氰化氢的消除，综合考虑卷烟主流烟气的特点（化学成分复杂，燃烧锥温度900℃，其后经过烟叶和滤嘴过滤气体温度下降到50℃）和技术实施的难易程度（可对烟叶、卷烟纸和滤嘴等卷烟主要组成部分进行修饰或处理），研究和开发高效的吸附剂，并将其添加到滤嘴中，以选择性降低卷烟主流烟气中的氰化氢是最有效可行的途径。目前，研究发现活性炭、金属氧化物、负载金属盐、中药材、离子交换树脂、多孔材料等对氰化氢均有较好的吸附性能。 

目前，应用最广泛的过滤嘴添加剂是活性炭。研究表明活性炭能有效地从卷烟主流烟气中除去大量的气相化合物，然而，活性炭对这些气相化合物的吸附程度是类似的，没有表现出较好的氰化氢选择性吸附能力。因此，为了提高活性炭对卷烟主流烟气中氰化氢的吸附性能，通常对活性炭材料进行负载或表面改性。中国专利申请CN201010567352.7公开了一种以负载硅酸钾或硅酸钠的活性炭为载体，通过在其表面粘结过氧化镁制得一种卷烟滤嘴添加剂，当添加量为30mg/支时，可选择性降低卷烟主流烟 气中氰化氢释放量的30%。中国专利申请CN201110025677.7公开了一种活性炭纤维负载含有季铵碱性基团的植物生物碱的新材料，添加于卷烟滤棒中能够降低卷烟主流烟气中氰化氢释放量25%以上。 

除了活性炭材料，由于氰化氢与某些金属之间具有较强的配合作用，因此人们也尝试了利用金属离子或金属氧化物对氰化氢的吸附作用，达到降低卷烟主流烟气中氰化氢的效果。黎成勇等（烟草科技，2005，(12):24）研究发现在每支卷烟的滤嘴中添加40mg的γ-A1₂O₃或TiO₂，对卷烟主流烟气中氰化氢的脱除率分别为42.0%和34.8%，并且其吸附主要以化学吸附为主。与金属氧化物相比，对负载金属盐在吸附氰化氢性能方面的研究更为广泛。英国专利GB2018566A公开了Al₂O₃负载的多种金属盐，添加这类材料的复合滤嘴可显著降低卷烟主流烟气中的氰化氢。中国专利ZL200410023246.7公开了一种采用浸渍法制备的Au/Al₂O₃或Au/TiO₂催化剂，可用于催化氧化HCN，当添加量为5~40mg/支时，可选择性降低卷烟主流烟气中氰化氢释放量的20-45%。中国专利ZL200910094312.2公开了一种采用浸渍法制备的过渡金属盐改性的多孔淀粉颗粒，可选择性降低卷烟主流烟气氰化氢释放量40%左右。另外，除了常用的浸渍法之外，还可通过络合作用将金属离子负载到载体上，形成的络合物对氰化氢也具有较好的吸附作用。例如，与对照卷烟相比，添加功能化螯合型离子交换树脂的试验卷烟主流烟气中氰化氢的降低率可达22.4%，而主流烟气常规成分释放量与对照卷烟基本一致（烟草科技，2011，(5):53）。 

虽然目前已对降低卷烟主流烟气中的氰化氢进行了大量的研究，制备了种类繁多的吸附材料，但是现有的研究成果还存在以下不足：（1）虽然有些材料对吸附消除氰化氢具有较好的效果，但是材料制备过程繁琐；（2）有些吸附剂的原始状态为粉末，需要通过压片、破碎和筛分等步骤制成一定粒度的颗粒，以满足后续复合滤嘴生产工艺的要求。以上大大限制了这些材料的工业化应用。因此，通过简单的工艺，制备一类对卷烟主流烟气中氰化氢具有稳定的、高效的选择性吸附材料，具有重要的研究意义和巨大的市场价值。 

发明内容

本发明提供了一种用于选择性降低卷烟主流烟气中氰化氢含量的催化剂，该催化剂的原料来源广泛，易于获得。 

本发明还提供了一种用于选择性降低卷烟主流烟气中氰化氢的催化剂的制备方法，该方法工艺简单，产物具有一定粒度，能够很好地满足复合滤嘴生产工艺的要求，而且可直接进行放大生产，具有很好的工业化应用前景。