一种用于卷烟滤嘴的羧化碳基吸附剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于吸附剂领域，特别涉及一种用于卷烟滤嘴的羧化碳基吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术：

随着社会的发展，吸烟人群对卷烟产品安全性的要求不断提高。因此，减少卷烟烟气中有害成分的含量，以降低卷烟对人体的危害，是烟草行业和卷烟企业共同关注的热点。通过卷烟滤嘴中的吸附剂吸附烟气中的有害成分，是一种有效的减害方法，但如何实现对不同有害成分的选择性吸附，是吸附剂筛选的难点所在。

碳基材料具有来源广、制备成本低、安全性优点等优点，并且可以通过改性实现对不同吸附质的选择性吸附，因此在吸附领域有着很好的应用前景。例如聚乙二醇改性石墨烯吸附剂，依靠氢键作用对苯酚具有特异性吸附效果。但是，目前采用的多为改性碳纳米管、改性石墨烯等吸附剂，虽然具有比表面积大的优点，但是原料碳纳米管或石墨烯需要购买，成本较高，不符合节能减排的政策要求。

技术实现要素：

为了解决上述问题中的至少一个，提出本发明。

本发明提供一种用于卷烟滤嘴的羧化碳基吸附剂，所述羧化碳基吸附剂中的碳基材料为植物炭源的炭化产物。

优选地，所述植物炭源选自废弃烟梗、废弃烟杆、废弃烟叶中的至少一种。

本发明第二方面提供一种用于卷烟滤嘴的羧化碳基吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将植物炭源打碎后，在惰性气体氛围下，于150～230℃炭化30～150分钟，得到炭化产物；

(2)将炭化产物投至质量浓度为30％～70％氢溴酸水溶液中，在15～55℃下超声分散3～5h之后，加入质量浓度为2.5％～12.5％的草酸水溶液并继续超声3～5h，完毕后进行过滤、洗涤、干燥，得到羧基化产物，即羧化碳基吸附剂。

优选地，步骤(1)中所述植物炭源选自废弃烟梗、废弃烟杆、废弃烟叶中的至少一种，所述惰性气体选自氮气、氦气和氩气中至少的一种.

优选地，步骤(2)中所述炭化产物的投料比例为5g/1l氢溴酸，所述草酸水溶液的投料量为氢溴酸水溶液体积的10％。

本发明第三方面提供本发明第一方面任一项所述的用于卷烟滤嘴的羧化碳基吸附剂的应用，其使用所述羧化碳基吸附剂作为卷烟滤嘴添加剂，则该卷烟产生的烟气经过所述卷烟滤嘴添加剂中的所述羧化碳基吸附剂吸附后，烟气中的氨气的选择性降低率能够达到18～30％，烟气中的nnk的选择性降低率能够达到17～31％，烟气中的巴豆醛的选择性降低率能够达到16～25％。

上述技术方案在不矛盾的前提下，可自由组合。

本发明具有以下有益效果：

1、现有的卷烟吸附剂材料的原料来源直接都是使用外来原料，例如石墨烯、碳纳米管等，从来没有想到使用烟草材料作为吸附剂原料。本发明创造性的使用烟草生成过程中废弃的烟梗和烟秆直接碳化得到的炭化产物作为吸附剂基底，然后进行羧基化，得到羧化碳基吸附剂。炭化产物本身具有碳材料比表面积大的优势，作为吸附剂的吸附效果高。本发明的羧化碳基吸附剂利用羧基的酸性效应，与烟气中的碱性物质氨、nnk产生吸附效应，对烟气中的氨气的选择性降低率能够达到18～30％，烟气中的nnk(4-甲基亚硝胺基-1-3-吡啶基-1-丁酮)的选择性降低率能够达到17～31％。此外，本发明意外的发现，本发明的羧化碳基吸附剂对气中的巴豆醛的选择性降低率能够达到16～25％。

2、烟草下游产品中，卷烟的附加价值最高。但在烟叶采摘和卷烟生产的过程中，烟梗和烟秆存在大量浪费。因此，本发明对烟梗和烟秆进行化学利用，对进一步提高烟草的附加价值有重要意义。烟梗和烟秆来源广泛且明确，以其为基材制备吸附剂，具有制备工艺简单、能耗少、成本低等优点，将其作为卷烟滤嘴添加剂，能进一步实现烟草产品的多元化利用，更好地促进减害功效。

附图说明

无。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步说明本发明的内容。

本具体实施方式中使用的烟梗和烟秆来源于烟草植株，只进行洗净和干燥；蒸馏水为自制；氢溴酸和草酸为分析纯。

实施例1

本实施例1提供一种用于卷烟滤嘴的羧化碳基吸附剂的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)将烟梗打碎后，置于管式马弗炉中，在氦气氛围下，于230℃炭化30分钟，得到炭化产物。

(2)按5g炭化产物/l氢溴酸水溶液的比例，将步骤(1)的炭化产物投至质量浓度为70％氢溴酸水溶液中，在35℃下超声分散30min之后，加入10％体积的质量浓度为10％的草酸水溶液并继续超声300min，完毕后进行过滤、洗涤、干燥，得到羧化碳基吸附剂。

本实施例1制备得到的羧化碳基吸附剂作为卷烟滤嘴添加剂，用于去除卷烟主流烟气中的有害成分。将制备的羧化碳基吸附剂按10mg/cig烟添加于卷烟滤嘴中部作为测试样，以未添加羧化碳基吸附剂的空白卷烟作为空白样进行对照，在温度为(22±2)℃，湿度为(66±2)rh％的条件下平衡48h，在吸烟机上进行模拟抽吸，通过后端剑桥滤片对粒相物的捕集，并使用近红外仪进行相关组分含量测定。每个样品进行5次平行实验(即5支烟)并求取平均值，结果如下表1：

表1

从表1可见，本实施例1制备得到的羧化碳基吸附剂作为卷烟滤嘴添加剂，对烟气中的氨、nnk和巴豆醛的去除率分别达到30.1％、23.4％、和21.3％。

实施例2

本实施例2提供一种用于卷烟滤嘴的羧化碳基吸附剂的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)将烟秆打碎后，置于管式马弗炉中，在氮气氛围下，于150℃炭化120分钟，得到炭化产物。

(2)按5g/l的比例，将炭化产物投至质量浓度为50％氢溴酸水溶液中，在25℃下超声分散120min，之后，加入10％体积的质量浓度为7.5％的草酸水溶液并继续超声240min，完毕后进行过滤、洗涤、干燥，得到羧化碳基吸附剂。

本实施例2制备得到的羧化碳基吸附剂作为卷烟滤嘴添加剂，用于去除卷烟主流烟气中的有害成分，测试步骤参考实施例1，结果如下表2：

表2

表2可见，本实施例2制备得到的羧化碳基吸附剂作为卷烟滤嘴添加剂，对烟气中的氨、nnk和巴豆醛的去除率分别达到25.9％、17.4％、和25.2％。

实施例3

本实施例3提供一种用于卷烟滤嘴的羧化碳基吸附剂的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)将烟秆打碎后，置于管式马弗炉中，在氦气氛围下，于170℃炭化150分钟，得到炭化产物。

(2)按5g/l的比例，将炭化产物投至质量浓度为30％氢溴酸水溶液中，在55℃下超声分散60min，之后，加入10％体积的质量浓度为5％的草酸水溶液并继续超声60min，完毕后进行过滤、洗涤、干燥，得到羧化碳基吸附剂。

本实施例3制备得到的羧化碳基吸附剂作为卷烟滤嘴添加剂，用于去除卷烟主流烟气中的有害成分，测试步骤参考实施例1，结果如下表3：

表3

表3可见，本实施例3制备得到的羧化碳基吸附剂作为卷烟滤嘴添加剂，对烟气中的氨、nnk和巴豆醛的去除率分别达到23.4％、25.0％、和24.7％。

实施例4

本实施例4提供一种用于卷烟滤嘴的羧化碳基吸附剂的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)将烟梗打碎后，置于管式马弗炉中，在氮气氛围下，于190℃炭化60分钟，得到炭化产物。

(2)按5g/l的比例，将炭化产物投至质量浓度为60％氢溴酸中，在45℃下超声分散90min。之后，加入10％体积的质量浓度为12.5％的草酸水溶液并继续超声180min。完毕后进行过滤、洗涤、干燥，得到羧化碳基吸附剂。

本实施例4制备得到的羧化碳基吸附剂作为卷烟滤嘴添加剂，用于去除卷烟主流烟气中的有害成分，测试步骤参考实施例1，结果如下表4：

表4

表4可见，本实施例4制备得到的羧化碳基吸附剂作为卷烟滤嘴添加剂，对烟气中的氨、nnk和巴豆醛的去除率分别能够达到26.2％、31.1％、和22.8％。

实施例5

本实施例5提供一种用于卷烟滤嘴的羧化碳基吸附剂的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)将烟秆打碎后，置于管式马弗炉中，在氩气氛围下，于210℃炭化90分钟，得到炭化产物。

(2)按5g/l的比例，将炭化产物投至质量浓度为40％氢溴酸中，在15℃下超声分散150min。之后，加入10％体积的质量浓度为2.5％的草酸水溶液并继续超声120min。完毕后进行过滤、洗涤、干燥，得到羧化碳基吸附剂。

本实施例5制备得到的羧化碳基吸附剂作为卷烟滤嘴添加剂，用于去除卷烟主流烟气中的有害成分，测试步骤参考实施例1，结果如下表5：

表5

表4可见，本实施例4制备得到的羧化碳基吸附剂作为卷烟滤嘴添加剂，对烟气中的氨、nnk和巴豆醛的去除率分别达到17.6％、20.9％、和16.3％。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。