[发明专利]一种含纳米亚铁离子的改性蒙脱石滤嘴添加剂及应用

说明书

技术领域

本发明涉及卷烟技术领域，具体地说是一种含纳米亚铁离子的改性蒙脱石滤嘴添加剂及应用。

背景技术

随着消费者对吸烟与健康关注的普遍增强，市场对卷烟的要求越来越高，各国也纷纷提出一些对健康有害的烟气物质的名单，近年来一些国家已要求标出和降低Hoffmann名单中所列的有害物质；因此，降焦减害是国内外烟草业的发展趋势。在保持卷烟吸味使消费者得到生理满足的基础上，如何使卷烟的焦油等成分显著降低，是卷烟设计面临的最大的挑战。使用滤嘴添加剂是一种非常好的减害降焦手段。虽然目前关于烟用吸附材料的研究也越来越多，但真正大规模使用的只有活性炭添加剂。

蒙脱石是一种优良的多孔改性基质材料，具有自然界分布广泛，价格便宜，安全无害等多种优点。蒙脱石的001晶面层间非常小，通过阳离子交换，将需要的金属离子交换进入层间，形成插层化合物，层间的金属化合物由于层间高度的限制，呈现为纳米级别的状态。通过高温煅烧等方法也可以制备该金属的氧化物柱撑蒙脱石材料。最重要的是，蒙脱石作为一种食品添加剂和药用物质，有着很好的安全性保障。

发明内容

本发明的目的是提供一种含纳米亚铁离子的改性蒙脱石滤嘴添加剂及应用，该添加剂能够有效降低卷烟烟气中氨气、一氧化碳和苯并[a]芘等烟气成分的含量，并对烟气中的苯并[a]芘具有较为显著的选择性吸附作用。

本发明在不改变烟支的配方组分的前提下，在卷烟过滤嘴中加入一定量的亚铁离子插层的蒙脱石吸附材料。利用材料中固有的结构羟基和亚铁离子（Fe²⁺）的还原性以及铁离子本身的化学吸附作用，吸附烟气中的一氧化碳（CO），氨气（NH₃），苯并[a]芘等成分。具体技术方案如下：

将纳米亚铁离子以插层的形式束缚在蒙脱石的001晶面层间，得含纳米亚铁离子的改性蒙脱石滤嘴添加剂。纳米亚铁离子以插层的形式被牢牢地束缚在蒙脱石的001晶面层间，很难脱离，亚铁离子本身是一种对人体安全无害的金属离子，因此，该材料具有良好的安全性。

采用铁盐经过碱的羟基化处理的方法，以羟基化胶体团的形式进入蒙脱石层间，所得样品直接清洗、再在还原气氛下高温煅烧便得到纳米亚铁离子插层的蒙脱石材料。

在卷烟滤嘴中加入一定量的含纳米亚铁离子的改性蒙脱石滤嘴添加剂作为吸附材料。

经过X射线粉末衍射、物理吸附、氨气化学吸附和卷烟添加实验测试，结果表明柱撑后的亚铁离子柱撑后的蒙脱石材料其001晶面层间距增大，对一氧化碳、氨气和烟气粒相物的吸附能力增强，有利于烟气成分的进入，有较好的吸附作用。尤其是对粒相物中的苯并[a]芘有着较为显著的选择性吸附作用。该滤嘴添加剂具有可塑性强，吸附效果好，安全无毒的优点，且价格低廉，适用高效。

附图说明

图1 是蒙脱石原料（M）以及400℃和500℃下煅烧5 h后样品的XRD谱图。

图2 是Fe(II)-M-400的N₂的物理吸附-脱附曲线。

图3是Fe(II)-M-400的N₂的孔径分布图。

图4是Fe(II)-M-400的氨气化学脱附等压曲线。

具体实施方式

亚铁离子柱撑蒙脱石的合成

    1）钠基蒙脱石的合成：100g蒙脱石加入1500mL水中，充分溶胀后，加热到85℃并加入5g NaOH和5g Na₂SO₄。反应3h，过滤并洗涤5次，干燥后研磨备用。

2）羟基铁柱撑剂的配制：分别配制0.2mol/L的FeCl₃水溶液和0.4mol/L的NaOH溶液。按溶液体积比1：1将NaOH溶液加入到剧烈搅拌FeCl₃溶液中，持续搅拌12 h。静置老化3天。

3）取5g钠基蒙脱石加入到500 ml去离子水中，持续搅拌1h，待蒙脱石完全溶胀后，加入50 ml老化好的羟基铁柱撑剂，并剧烈搅拌12 h。静置24 h后过滤，以去离子水洗涤至无氯离子（AgNO₃溶液检测），并于80℃下干燥。

4）将干燥好的羟基铁柱撑蒙脱石样品分为两份，分别在400℃和500℃下，通入5%氢氮混合气，煅烧5 h后，取出研磨，分别标记为Fe(II)-M-400和Fe(II)-M-500。