[发明专利]金属柱撑蒙脱土包覆介孔硅复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能有效降低烟气中有害成分含量的金属柱撑蒙脱土包覆介孔硅复合材料及其制备方法。

背景技术

随着社会的进步，吸烟及环境问题已经为全世界所关注。《烟草控制框架公约》要求各国政府制订出更为严厉的“控烟”法律法规，促使卷烟生产企业在降低卷烟焦油释放量的同时，更要严格控制卷烟烟气中主要有害成分的释放量。2009年，由郑州烟草研究院牵头进行了中式卷烟的卷烟烟气危害性指数研究，筛选出了具有代表性的7种成分作为卷烟危害性评价指标，如CO、HCN、NNK、B[a]P、苯酚等。在上世纪末，矿物材料由于它的成本低，来源丰富，用作嘴棒添加剂，受到很多烟草科技者所关注。其中蒙脱石是一种单斜晶系的含水层状结构硅酸盐矿物，中间层具有极性，可以吸收水分子或其他极性分子。惠博然将蒙脱石制作烟滤嘴，用于选择性地吸附卷烟主流烟气中的极性有害物质。闫景辉等用蒙脱石制成的复合滤嘴来降低卷烟焦油中的自由基。但是上述所采用的蒙脱土，受其本身的比表面积低、层间距太小的影响，导致其吸附效果不理想，目前在卷烟生产上未见应用。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明以提纯蒙脱土为原料，充分利用蒙脱土矿物层状结构的可膨胀性和离子交换性，采用金属柱撑剂插入蒙脱土的层间，像柱子一样将层状结构撑开，得到具有1.5nm-2.0nm层间距的金属柱撑蒙脱石（原始层间距0.99nm），形成二维的微孔材料，再将其包覆在40-80目的介孔硅材料上，该微-介复合材料充分结合了蒙脱土的层状特性以及介孔材料的具有更大孔道和比表面积的性能。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

一种金属柱撑蒙脱土包覆介孔硅复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：金属柱撑剂的制备：在搅拌的条件下，将可溶性的金属盐，缓慢滴加到Na₂CO₃水溶液或者水中，在60-80℃下充分水解，老化24-48h，待用；

步骤二：金属柱撑蒙脱石悬浮液的制备：将蒙脱土加水配制成蒙脱土悬浮液，室温搅拌使蒙脱土充分分散，将制得的金属柱撑剂缓慢滴加到蒙脱土悬浮液中，在60～80℃下反应2～4h，停止搅拌，静止过夜，再经过洗涤、离心、烘干，加水配制成质量分数为20～30%的金属柱撑蒙脱土悬浮液；

步骤三：将金属柱撑蒙脱土悬浮液与多孔硅材料混合均匀后，干燥，即得微-介孔复合材料。

进一步的技术方案是：所述的金属柱撑剂为铁柱撑剂，铝柱撑剂，锆柱撑剂或上述多元金属复合。

进一步的技术方案是：所述的微-介孔复合材料中金属柱撑蒙脱土的含量为10～30%。

进一步的技术方案是：所述的多孔硅材料的粒径为40～80目。

进一步的技术方案是：所述的蒙脱土悬浮液的质量分数为1～6%。

一种金属柱撑蒙脱土包覆介孔硅复合材料，采用所述的制备方法制备而成。

一种二元复合滤嘴，由加添加剂的醋酸纤维段和醋酸纤维段复合而成，所述的加添加剂的醋酸纤维段为金属柱撑蒙脱土包覆介孔硅复合材料均匀分散于松散的醋酸纤维丝中，加添加剂的醋酸纤维段和醋酸纤维段交替排列，滤嘴的前端连接加添加剂的醋酸纤维段，滤嘴的末端连接醋酸纤维段。

进一步的技术方案是：所述的金属柱撑蒙脱土包覆介孔硅复合材料的添加量为2～30mg。

本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：

（1）本方法工艺简单、成本低廉、可工业化应用，反应条件温和，反应条件易于控制。

（2）制备的复合材料结合了蒙脱土矿物和介孔材料的性能，该复合材料添加到滤嘴用于卷烟中，可有效降低卷烟烟气中有害成分的释放量，降低苯酚及NNK效果效果明显。

（3）本发明复合材料对卷烟感官品质基本无影响，无毒无害，能满足二元复合棒的加工工艺，在低害卷烟加工方面有应用前景。

具体实施方式

下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。

实施例1：

称取242.4克Fe(NO₃)₃.9H₂O，加水溶解，在室温下搅拌，缓慢加入63.6克无水碳酸钠粉末，加水稀释到2000mL，继续搅拌2小时，在60℃下恒温水浴中陈化24小时，得到褐色透明的铁柱撑剂。