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一种卷烟燃烧锥结构调节剂及其制备方法和应用与流程

2021-08-27 13:30:00 来源:中国专利 TAG:
本发明属于卷烟燃烧
技术领域
,具体的说,涉及一种卷烟燃烧锥结构调节剂及其制备方法和在调节卷烟燃烧锥结构中的应用。
背景技术
:在卷烟燃烧过程中,燃烧的烟丝会热解炭化,形成结构相对致密的燃烧锥,燃烧锥作为多孔的燃烧介质,其结构直接决定了卷烟的燃烧状态以及烟气成分的产生,烟气是吸烟者对卷烟的最终消费形式,烟气的化学组成决定了人们对烟草的吸食需求和质量评价。卷烟燃烧产生约6000多种化合物包含在卷烟焦油中,其中大部分是消费者需要吸食的香味物质,但也有一部分是对人体有害的物质,应尽量减少烟气中有害物质的生成,如烟草行业把烟气中的co、氢氰酸、氨、苯酚、巴豆醛、nnk和苯并[α]芘等7种有害成分来表征卷烟的危害性(简称卷烟危害性指数)。有研究发现,如果能有效地调控卷烟燃烧锥结构,增加卷烟燃烧锥的面孔率,可促进烟丝的完全燃烧,减少烟气中的有害成分(如co和氢氰酸)的释放量(王亮,银董红,谢国勇等,卷烟燃烧过程中烟丝形态结构变化的表征方法,烟草科技,2018,51(9)67-72)。类石墨烯层状化合物氮化碳(g-c3n4),具有微/纳多孔结构和巨大的比表面积等特点,其化学稳定性好,能与不同金属盐复合形成复合物,在催化材料等众多领域受到人们的广泛关注。然而,有关g-c3n4负载钾盐或其氧化物应用于调整卷烟燃烧锥结构及其燃烧状态的研究尚未见相关报道。技术实现要素:针对现有卷烟燃烧过程烟气中有害物质释放量过多的技术问题,本发明的目的是在于提供一种卷烟燃烧锥结构调节剂及其制备方法和应用,即将k/g-c3n4添加于烟草薄片中得到卷烟燃烧锥结构调节剂,再将其添加于卷烟的烟丝中,使得卷烟燃烧过程中燃烧锥的结构发生改变,增加卷烟燃烧锥面孔率,减少烟气有害成分的生成量,降低焦油和卷烟危害性指数。为了实现上述技术目的,本发明采用以下技术方案:一种卷烟燃烧锥结构调节剂,为含有k/g-c3n4的烟草薄片。进一步地,所述k/g-c3n4的添加量占烟草薄片质量的5~30wt%,优选为10~20wt%。进一步地,所述k的负载量(以k 质量计)占g-c3n4质量的5~20wt%,优选为10~15wt%。需要说明的是,本发明中k/g-c3n4的k为采用钾盐负载时,热处理过程中不发生分解的钾盐(钾盐/g-c3n4)或者发生分解产生的氧化钾(k2o/g-c3n4)。本发明还提供了上述卷烟燃烧锥结构调节剂的制备方法,包括如下步骤:(1)将钾盐与二氰二胺、三聚氰胺或硫脲中的任一种混合研磨,再将混合物进行热处理得到k/g-c3n4;或先以二氰二胺、三聚氰胺或硫脲为原料,采用热解法制备得到g-c3n4,再将钾盐和g-c3n4混合研磨后进行热处理得到k/g-c3n4;(2)将步骤(1)中制得的k/g-c3n4添加至烟草薄片中即得卷烟燃烧锥结构调节剂。进一步地,所述的钾盐为硝酸钾、氯化钾、碳酸钾、草酸钾、柠檬酸钾和山梨酸钾中一种或几种。进一步地,步骤(1)中,热处理或热解法是采用程序升温的方式进行,程序升温速度为1~10℃/min;热处理或热解法的温度为500~700℃;热处理或热解法的时间为2~8h。本发明还提供了上述卷烟燃烧锥结构调节剂的应用,将卷烟燃烧锥结构调节剂添加于卷烟烟丝中,再卷接成卷烟即可。进一步地,卷烟燃烧锥结构调节剂的添加量占卷烟烟丝质量的1~10wt%,优选为2~5wt%。g-c3n4具有巨大的比表面积和层叠的二维结构,其多孔的网络结构有利于增加其透气性,本发明将具有助燃作用的钾盐或氧化钾负载于g-c3n4中,添加至烟草薄片中得到卷烟燃烧锥结构调节剂,再添加于烟丝中,一方面有利于促进氧气进入燃烧锥内部,促进烟丝燃烧,减少烟气中有害成分如co气体的生成,另一方面有利于燃烧生成的有害成分向外扩散,减少有害成分进入主流烟气的量,具有改善卷烟燃烧状态和促进烟丝燃烧的显著效果。与现有技术相比,本发明的优点主要在于:(1)本发明采用含有k/g-c3n4的烟草薄片作为卷烟燃烧锥结构调节剂添加于卷烟烟丝中,对卷烟燃烧过程进行干预,增加燃烧锥面孔率,使卷烟的燃烧锥结构变得更加疏松,烟丝燃烧更充分,从根本上减少有害物质的生成,使得卷烟的焦油和危害性指数进一步降低,且效果显著。(2)本发明具有原料来源广泛、成本低、制备工艺简单、易于实现工业化生产等特点。具体实施方式下面将通过实施例对本发明作例进一步详述,这些描述并不是要对本发明的内容作进一步的限定。本领域的技术人员应理解,对本
发明内容的技术特征所做的等同替换,或相应的改进,仍属于本发明的保护范围之内。本发明中的常规配方烟丝采用市售常规牌号卷烟配方烟丝,保持对比例和实施例中的配方烟丝一致即可。对比例1选取常规配方烟丝,按烟丝重量的4%的量加入空白烟草薄片(空白烟草薄片是指未添加含有k/g-c3n4添加剂),将空白烟草薄片切成烟丝状,并与常规配方烟丝混合均匀,卷接成卷烟(编号为0#)。然后按照文献报道方法(王亮,银董红,谢国勇等,卷烟燃烧过程中烟丝形态结构变化的表征方法,烟草科技,2018,51(9)67-72)测定卷烟燃烧锥的面孔率为20.6%,结果见表1。卷烟烟气中焦油和7种有害成分的释放量按照行业标准测定,并计算该卷烟的危害性指数,测得的卷烟焦油和危害性指数分别为11.6mg/支和8.86,结果见表2。实施例1(1)称取硝酸钾(kno3)为10%(以k 质量计)与三聚氰胺混合研磨,再将其在马弗炉中按程序升温(3℃/min)升温至600℃,维持5h,所得产物冷却至室温后研磨成粉末,得到g-c3n4负载的k2o,标记为k2o/g-c3n4。(2)将得到的k2o/g-c3n4研磨成粉末,通过涂布方式,涂布于烟草薄片表面,然后按正常的薄片生产工艺进行,制备得到含有k2o/g-c3n4的烟草薄片作为卷烟燃烧锥结构调节剂,k2o/g-c3n4在薄片中的涂布量为10%(以烟草薄片重量计)。(3)将步骤(2)制备的k2o/g-c3n4的烟草薄片切成烟丝状,按烟丝重量的4%与常规配方烟丝混合均匀,卷接成卷烟(编号为1#)。卷烟燃烧锥的面孔率、焦油和7种有害成分的释放量测定方法同对比例1,测得的卷烟燃烧锥的面孔率为33.1%,结果见表1,卷烟焦油和危害性指数分别为10.2mg/支和7.72,结果见表2。实施例2(1)称取氯化钾(kcl)为10%(以k 质量计)与三聚氰胺混合研磨,再将其在马弗炉中按程序升温(2℃/min)升温至500℃,维持6h,所得产物冷却至室温后研磨成粉末,得到g-c3n4负载的kcl,标记为kcl/g-c3n4。(2)将得到的kcl/g-c3n4研磨成粉末,通过涂布方式,涂布于烟草薄片表面,然后按正常的薄片生产工艺进行,制备得到含有kcl/g-c3n4的烟草薄片作为卷烟燃烧锥结构调节剂,kcl/g-c3n4在薄片中的涂布量为15%(以烟草薄片重量计)。(3)将步骤(2)制备的kcl/g-c3n4的烟草薄片切成烟丝状,按烟丝重量的3%与常规配方烟丝混合均匀,卷接成卷烟(编号为2#)。卷烟燃烧锥的面孔率、焦油和7种有害成分的释放量测定方法同对比例1,测得的卷烟燃烧锥的面孔率为31.2%,结果见表1,卷烟焦油和危害性指数分别为10.5mg/支和7.86,结果见表2。实施例3(1)称取柠檬酸钾(k3c6h5o7)为15%(以k 质量百分比计)与二氰二胺混合研磨,再将其在马弗炉中按程序升温(4℃/min)升温至650℃,维持4h,所得产物冷却至室温后研磨成粉末,得到g-c3n4负载的k2o,标记为k2o/g-c3n4。(2)将得到的k2o/g-c3n4研磨成粉末,通过涂布方式,涂布于烟草薄片表面,然后按正常的薄片生产工艺进行,制备得到含有k2o/g-c3n4的烟草薄片作为卷烟燃烧锥结构调节剂,k2o/g-c3n4在薄片中的涂布量为10%(以烟草薄片重量计)。(3)将步骤(2)制备的k2o/g-c3n4的烟草薄片切成烟丝状,按烟丝重量的4%与常规配方烟丝混合均匀,卷接成卷烟(编号为3#)。卷烟燃烧锥的面孔率、焦油和7种有害成分的释放量测定方法同对比例1,测得的卷烟燃烧锥的面孔率为36.5%,结果见表1,卷烟焦油和危害性指数分别为10.0mg/支和7.70,结果见表2。实施例4(1)分别称取碳酸钾(k2co3)、草酸钾(k2c2o4·h2o)和柠檬酸钾(k3c6h5o7)(质量比为1:1:1),与三聚氰胺混合研磨,其中k 总含量为15%(以k 质量计),再将其在马弗炉中按程序升温(2℃/min)升温至650℃,维持5h,所得产物冷却至室温后研磨成粉末,得到g-c3n4负载的k2o,标记为k2o/g-c3n4。(2)将得到的k2o/g-c3n4研磨成粉末,通过涂布方式,涂布于烟草薄片表面,然后按正常的薄片生产工艺进行,制备得到含有k2o/g-c3n4的烟草薄片作为卷烟燃烧锥结构调节剂,k2o/g-c3n4在薄片中的涂布量为10%(以烟草薄片重量计)。(3)将步骤(2)制备的k2o/g-c3n4的烟草薄片切成烟丝状,按烟丝重量的5%与常规配方烟丝混合均匀,卷接成卷烟(编号为3#)。卷烟燃烧锥的面孔率、焦油和7种有害成分的释放量测定方法同对比例1,测得的卷烟燃烧锥的面孔率为37.8%,结果见表1,卷烟焦油和危害性指数分别为9.8mg/支和7.24,结果见表2。实施例5(1)称取山梨酸钾(ch3ch=chch=chcook)为10%(以k 质量计)与硫脲混合研磨,再将其在马弗炉中按程序升温(5℃/min)升温至700℃,维持5h,所得产物冷却至室温后研磨成粉末,得到g-c3n4负载的k2o,标记为k2o/g-c3n4。(2)将得到的k2o/g-c3n4研磨成粉末,通过涂布方式,涂布于烟草薄片表面,然后按正常的薄片生产工艺进行,制备得到含有k2o/g-c3n4的烟草薄片作为卷烟燃烧锥结构调节剂,k2o/g-c3n4在薄片中的涂布量为15%(以烟草薄片重量计)。(3)将步骤(2)制备的k2o/g-c3n4的烟草薄片切成烟丝状,按烟丝重量的4%与常规配方烟丝混合均匀,卷接成卷烟(编号为3#)。卷烟燃烧锥的面孔率、焦油和7种有害成分的释放量测定方法同对比例1,测得的卷烟燃烧锥的面孔率为31.1%,结果见表1,卷烟焦油和危害性指数分别为10.8mg/支和7.92,结果见表2。实施例6(1)首先称取一定量的三聚氰胺放入半封闭式氧化铝坩埚内,在马弗炉中按程序升温(5℃/min)升温至600℃,维持4h,所得产物冷却至室温后,研磨成粉末,得到石墨相氮化碳(g-c3n4)。(2)称取硝酸钾(kno3)为10%(以k 质量计)与g-c3n4混合研磨,再将其在马弗炉中按程序升温(2℃/min)升温至650℃,维持5h,所得产物冷却至室温后研磨成粉末,得到g-c3n4负载的k2o,标记为k2o/g-c3n4。(3)将得到的k2o/g-c3n4研磨成粉末,通过涂布方式,涂布于烟草薄片表面,然后按正常的薄片生产工艺进行,制备得到含有k2o/g-c3n4的烟草薄片作为卷烟燃烧锥结构调节剂,k2o/g-c3n4在薄片中的涂布量为15%(以烟草薄片重量计)。(4)将步骤(3)制备的k2o/g-c3n4的烟草薄片切成烟丝状,按烟丝重量的4%与常规配方烟丝混合均匀,卷接成卷烟(编号为6#)。卷烟燃烧锥的面孔率、焦油和7种有害成分的释放量测定方法同对比例1,测得的卷烟燃烧锥的面孔率为32.5%,结果见表1,卷烟焦油和危害性指数分别为10.3mg/支和7.78,结果见表2。实施例7(1)首先称取一定量的二氰二胺放入半封闭式氧化铝坩埚内,在马弗炉中按程序升温(4℃/min)升温至550℃,维持5h,所得产物冷却至室温后,研磨成粉末,得到石墨相氮化碳(g-c3n4)。(2)称取碳酸钾(k2co3)为15%(以k 质量计)与g-c3n4混合研磨,再将其在马弗炉中按程序升温(3℃/min)升温至600℃,维持6h,所得产物冷却至室温后研磨成粉末,得到g-c3n4负载的k2o,标记为k2o/g-c3n4。(3)将得到的k2o/g-c3n4研磨成粉末,通过涂布方式,涂布于烟草薄片表面,然后按正常的薄片生产工艺进行,制备得到含有k2o/g-c3n4的烟草薄片作为卷烟燃烧锥结构调节剂,k2o/g-c3n4在薄片中的涂布量为15%(以烟草薄片重量计)。(4)将步骤(3)制备的k2o/g-c3n4的烟草薄片切成烟丝状,按烟丝重量的4%与常规配方烟丝混合均匀,卷接成卷烟(编号为7#)。卷烟燃烧锥的面孔率、焦油和7种有害成分的释放量测定方法同对比例1,测得的卷烟燃烧锥的面孔率为32.2%,结果见表1,卷烟焦油和危害性指数分别为10.3mg/支和7.87,结果见表2。实施例8(1)首先称取一定量的硫脲放入半封闭式氧化铝坩埚内,在马弗炉中按程序升温(4℃/min)升温至650℃,维持6h,所得产物冷却至室温后,研磨成粉末,得到石墨相氮化碳(g-c3n4)。(2)称取草酸钾(k2c2o4.h2o)为10%(以k 质量计)与g-c3n4混合研磨,再将其在马弗炉中按程序升温(2℃/min)升温至600℃,维持4h,所得产物冷却至室温后研磨成粉末,得到g-c3n4负载的k2o,标记为k2o/g-c3n4。(3)将得到的k2o/g-c3n4研磨成粉末,通过涂布方式,涂布于烟草薄片表面,然后按正常的薄片生产工艺进行,制备得到含有k2o/g-c3n4的烟草薄片作为卷烟燃烧锥结构调节剂,k2o/g-c3n4在薄片中的涂布量为10%(以烟草薄片重量计)。(4)将步骤(3)制备的k2o/g-c3n4的烟草薄片切成烟丝状,按烟丝重量的4%与常规配方烟丝混合均匀,卷接成卷烟(编号为8#)。卷烟燃烧锥的面孔率、焦油和7种有害成分的释放量测定方法同对比例1,测得的卷烟燃烧锥的面孔率为31.6%,结果见表1,卷烟焦油和危害性指数分别为10.4mg/支和8.05,结果见表2。实施例9(1)首先称取一定量的三聚氰胺放入半封闭式氧化铝坩埚内,在马弗炉中按程序升温(3℃/min)升温至700℃,维持5h,所得产物冷却至室温后,研磨成粉末,得到石墨相氮化碳(g-c3n4)。(2)分别称取硝酸钾(kno3)、柠檬酸钾(k3c6h5o7)和山梨酸钾(ch3ch=chch=chcook)(质量比为1:1:1),与步骤(1)得到石墨相氮化碳(g-c3n4)混合研磨,其中k 总含量为15%(以k 质量计),再将其在马弗炉中按程序升温(2℃/min)升温至650℃,维持5h,所得产物冷却至室温后研磨成粉末,得到g-c3n4负载的k2o,标记为k2o/g-c3n4。(3)将得到的k2o/g-c3n4研磨成粉末,通过涂布方式,涂布于烟草薄片表面,然后按正常的薄片生产工艺进行,制备得到含有k2o/g-c3n4的烟草薄片作为卷烟燃烧锥结构调节剂,k2o/g-c3n4在薄片中的涂布量为20%(以烟草薄片重量计)。(4)将步骤(3)制备的k2o/g-c3n4的烟草薄片切成烟丝状,按烟丝重量的2%与常规配方烟丝混合均匀,卷接成卷烟(编号为9#)。卷烟燃烧锥的面孔率、焦油和7种有害成分的释放量测定方法同对比例1,测得的卷烟燃烧锥的面孔率为34.3%,结果见表1,卷烟焦油和危害性指数分别为10.2mg/支和7.81,结果见表2。表1不同卷烟样品燃烧锥面孔率及其增加率样品编号燃烧锥面孔率/%燃烧锥面孔率的增加率/%0#20.6-1#33.160.72#31.251.43#36.577.24#37.883.55#31.150.96#32.557.87#32.256.38#31.653.49#34.366.5表2不同卷烟样品的焦油释放量和危害性指数测定结果注:危害性评价指数以2008年国产卷烟7种成分危害性指数的加权平均值计算:2008年:co14.2、氢氰酸146.3、nnk5.5、氨8.1、苯并[a]芘10.9、苯酚17.4、巴豆醛18.6。当前第1页12
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