[发明专利]一种表面负载离子液体及硫醇的硅胶及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及新型高分子卷烟吸附剂；具有降低卷烟主流烟气重金属释放量和焦油含量的大分子卷烟添加剂及制备方法和应用。

背景技术

卷烟烟气中的焦油及有害成分如铅（Pb）、砷（As）、镉（Cd）、铬(Cr)、汞（Hg）等重金属易在人体内富集而产生危害[Chen,Q-H.等，Studies of Trace Elements and Health，2005,22,47-49]。1989年美国将As、Cd、Cr、Pb、Ni、Cu、Hg等7种重金属元素列入107种卷烟烟气有害成分，1990年Hof fman清单也将As、Cd、Cr、Pb、Ni、Se、Hg等7种重金属元素列入烟草中的44种有害成分。据报道[张领弟等，中国卫生检验杂志,2001,11(5):520]，在吸烟过程中,香烟中铅挥发性较小,且通过烟头及过滤嘴的吸附,对主动吸烟者及被动吸烟者造成危害较小;而镉的挥发性较大,且过滤嘴吸附量较小,故对主动吸烟者及被动吸烟者均可能造成危害。有研究报告表明，吸烟男性血镉浓度明显比不吸烟者高[辛楠等，中国医药生物技术,2009,4(5):390]。因此，卷烟微量重金属控制是关系到消费者吸烟安全性的重要问题。

目前，现有的卷烟研发技术中未见很好的可以起到同时降焦油、降重金属作用的高分子卷烟添加剂。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种可起到同时降低主流烟气中焦油和重金属含量的表面负载离子液体及硫醇的硅胶。

本发明的第二个目的旨在提供一种可成功制备得到所述表面负载离子液体及硫醇的硅胶的制备方法。

本发明的第三个目的旨在提供上述表面负载离子液体及硫醇的硅胶的应用。

本发明的表面负载离子液体及硫醇的硅胶，是在硅胶表面接技有式Ⅰ所示的结构；

表面负载离子液体及硫醇的硅胶的制备方法为：

将硅胶表面活化处理后与硅烷偶联剂1-(3-乙氧硅烷丙基)-4,5-双氢咪唑反应，得到硅胶表面接枝的N-丙基-4,5-双氢咪唑，再经N-烷基化反应得到硅胶表面负载双羟基的咪唑型离子液体；将所述的硅胶表面负载双羟基的咪唑型离子液体与硫化乙醇酸进行酯化反应，得到表面负载离子液体及硫醇的硅胶。

硅胶表面接枝的N-丙基-4,5-双氢咪唑与加入的3-氯-1，2-丙二醇进行N-烷基化反应，得到硅胶表面负载双羟基的咪唑型离子液体；所述的双羟基的咪唑型离子液体为1-(2’,3’-二羟基丙基)-氯化咪唑的离子液体。

硅胶的表面活化处理是将硅胶经过酸化处理。

本发明优选以甲苯磺酸为催化剂，促进所述的酯化反应。

本发明的材料包括以下制备步骤：

1）将硅胶在盐酸或硫酸溶液浸泡后，经反复水洗，在空气中晾干后在120-180℃干燥；

2）以1-(3-乙氧硅烷丙基)-4,5-双氢咪唑为硅烷偶联剂，与经1）步表面活化处理的硅胶表面羟基反应，得到硅胶表面接枝的N-丙基-4,5-双氢咪唑；

3）硅胶表面接枝的N-丙基-4,5-双氢咪唑与3-氯-1，2-丙二醇通过N-烷基化反应，得到硅胶表面负载1-(2’,3’-二羟基丙基)-氯化咪唑的离子液体；

4）在对甲苯磺酸催化作用下，将硅胶表面负载1-(2’,3’-二羟基丙基)-氯化咪唑的离子液体与硫代乙醇酸进行酯化反应，得到表面负载离子液体及硫醇的硅胶。

N-烷基化反应中的反应温度为70-90℃，反应时间为60-90小时；酯化反应温度为70-90℃，反应时间为60-90小时。

N-烷基化反应中的优选方案是：反应温度为75-85℃，反应时间为60-80小时；酯化反应温度为80-90℃，反应时间为70-80小时。

所述的盐酸或硫酸溶液pH值为2.5-3.5。

本发明所述表面负载离子液体及硫醇的硅胶的制备方法见图1，

（1）首先将硅胶在盐酸或硫酸溶液浸泡15-30h，再经反复水洗，使硅胶表面的环氧键重新打开，在硅胶表面产生大量硅羟基，在空气中晾干,然后在120-180℃干燥8-12h后供用；

（2）在氮气保护下，以1-(3-乙氧硅烷丙基)-4,5-双氢咪唑为硅烷偶联剂，与1）步经表面活化处理的硅胶在无水甲苯溶液中反应20-30h，将N-丙基-4,5-双氢咪唑接枝硅胶表面，得到化合物1；