[发明专利]选择性降低卷烟烟气中CO释放量的负载型烟基功能材料的制备方法及应用

说明书

本发明属于卷烟添加剂技术领域，特别涉及一种选择性降低卷烟烟气中CO释放量的负载型烟基功能材料的制备方法，包括以下步骤：1)室温下采用非极性有机溶剂对烟丝进行浸润，抽滤后，去离子水洗涤并干燥；2)将烟丝置于管式炉中氮气保护下快速升温至一定温度，保持0.5‑2 h，降温至室温；3)将得到的碳化烟丝置于锥形瓶中，磁力搅拌下加入镍盐溶液，超声；(4)抽滤，去离子水洗涤，并于110℃烘箱中干燥过夜、450‑600℃马弗炉中氮气气氛下焙烧，即得到相应的负载型烟基功能材料。将其添加至卷烟烟丝中（1‑5wt%），能够在不影响卷烟整体口感的前提下选择性降低卷烟烟气中的CO含量。

技术领域

本发明属于卷烟添加剂技术领域，具体涉及一种选择性降低卷烟烟气中CO释放量的负载型烟基功能材料的制备方法，是以烟丝为基材经处理后负载镍催化剂而制成，将其添加至卷烟烟丝中，能够在不影响卷烟整体口感的前提下有效降低卷烟烟气中的CO含量。

背景技术

一氧化碳（CO）主要是在卷烟抽吸过程中产生的对消费者人体有害的典型物质，其有害机制是CO与人体血红蛋白的亲和力远远高于O₂，故CO一旦进入人体便会造成人体不同程度的缺氧，进而增加诱发心脑血管疾病的风险。一氧化碳（CO）是卷烟烟气中含量相对较高的一类有害气体，每支卷烟的CO释放量在1-20 mg之间，主要通过某些含碳氧化合物（蛋白质、羧酸类、羰基化合物等）在高温下的热裂解、烟草的不完全燃烧以及高温下CO₂的还原三种途径产生。因此，如何有效降低或消除卷烟烟气中的CO对于消费者以及周围暴露群体的身体健康均具有十分重要的现实意义。

近年来，人们在降低卷烟烟气中CO含量方面做了大量的研究工作，包括烟用材料通风稀释技术、天然产物提取物、生物材料以及吸附/催化材料等，其中吸附/催化材料被认为是一种最有工业应用前景的一类降低卷烟烟气中CO含量的技术路线。

2006年4月7日“一种降低卷烟烟气CO量、二段式含碳成型纸虑棒”（申请号200620050592.9）公开了一种降低卷烟烟气CO量、二段式含碳成型纸虑棒（公开号CN2877332Y），由普通醋酸纤维与二段式成型纸包裹组成，其特征在于，二段式成型纸其中一段为普通成型纸，另一段在普通成型纸内侧涂布有活性炭及其他功能性吸附材料，虑棒与烟丝接口段的包裹纸为含活性炭功能型成型纸，虑棒与吸烟者嘴接触段的包裹纸为普通成型纸，在烟支中，用水松纸将虑棒段和烟丝段连接在一起。该专利仅在成型纸内涂布活性炭而不是均匀分布在滤嘴丝束中，故对烟气中CO的吸附效果并不充分，同时由于活性炭对烟气中不同成分的吸附不具有选择性，因此会淡化卷烟烟味。2008年9月28日“降低卷烟烟气CO、NOx等有害物成型纸涂料”（申请号20081014302208）公开了一种降低卷烟烟气CO、NOx等有害物成型纸涂料（公开号101363205A），该涂料由聚乙烯醇树脂液、电石粉及水溶性贵金属盐等材料配制而成，将该涂料涂布在卷烟高透成型纸上制成功能虑棒。2010年6月22日“一种用以降低卷烟烟气中CO含量的一维金纳米材料的制备方法及其应用”（申请号201010204564.9）公开了一种用以降低卷烟烟气中CO含量的一维金纳米材料的制备方法及其应用（公开号CN102578695A）。这两件专利均用到了贵金属成分，添加成本相对较高，不利于工业化放大生产。2009年6月25日“降低卷烟烟气CO的添加剂及其制备方法和应用”公开了一种降低卷烟烟气CO的添加剂，同时本发明还涉及该添加剂的制备和应用，所述的添加剂由下列重量百分比的组分组成：活性催化组分过渡金属氧化物10-60%、助剂稀土金属氧化物和/或稀土金属盐10-50%和载体0-80%，其中载体的重量为活性催化组分的0-10倍。2009年7月29日“降低卷烟烟气CO、NO热稳氧化锰分子筛催化剂的制备及应用”（申请号200910304944.7）公开了降低卷烟烟气CO、NO热稳氧化锰分子筛催化剂的制备及应用（公开号CN101606754A），将氧化锰分子筛用作降低卷烟烟气CO、NO的催化材料，所述的氧化锰分子筛掺杂有金属离子。2009年10月23日“一种用于降低卷烟烟气CO含量的铁铝催化剂及其制备方法”（申请号200910066228.X）公开了一种用于降低卷烟烟气CO含量的铁铝催化剂及其制备方法（公开号CN101695659A），该催化剂是一种氧化铝负载铁氧体的铁铝催化剂，其中铁／铝摩尔比范围为0.0625-1，铁氧体在载体上呈纳米级分布。2010年3月8日“用于降低卷烟烟气中CO含量的催化剂及其制备方法和应用”（申请号201010119345.0）公开了一种一氧化碳常温氧化催化剂，尤其涉及一种用于降低卷烟烟气中一氧化碳含量的催化剂及其制备方法和应用（公开号CN101804356A），该催化剂按质量百分比计，包括以下的组份：PbCl₂0.5-3％，CuCl₂5-15％，活性炭载体65-95％。2011年4月22日“一种降低卷烟烟气中CO含量的催化剂及其制备和应用”（申请号201110101798.5）公开了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（公开号CN102218327A），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。2011年11月29日“一种用于卷烟中催化烟气中的CO氧化的催化剂及其制备方法和应用”（申请号201110388178.4）公开了一种用于卷烟中催化烟气中的CO氧化的催化剂及其制备方法和应用（公开号CN102553601A），本发明提供的催化剂通式为ZnO-Fe₂O₃-La₂O₃-M-Al₂O₃，式中的M是一种或几种选自Co，Ni，Cu，Mn和Mg的金属氧化物。这些专利中的添加剂均是以外源性物质通过喷吐或涂布等方式施加于烟丝或卷烟纸或成型纸上，催化剂载体与烟丝或卷烟纸、成型纸的结合力相对较差，在卷烟工业中极易出现添加剂颗粒或粉末的脱落，进而对生产过程产生不利影响；吸食过程中催化剂粉末的脱落也会造成金属组分向烟气的转移，故对消费者的身体健康均具有潜在的风险，尤其是含重金属组分的催化剂。此外，由于CO的形成温度通常较高（高于450℃），负载型催化剂的活性组分在较快的升温速率条件下（100-500 k/s）热稳定性及水热稳定性相对较差，易烧结，进而减弱其对CO的催化效果。