[发明专利]一种三元金属MOFs-壳聚糖复合材料的制备方法及其在香烟烟气减害中的应用

说明书

本发明公开了一种三元金属MOFs‑壳聚糖复合材料的制备方法，是在碱性水溶液中，利用对苯二甲酸与三元混合金属离子(Cu²⁺、Fe²⁺和Ni²⁺离子)进行水热回流反应，获得三元金属MOFs材料；然后将三元金属MOFs材料与壳聚糖溶液进行冷冻干燥处理，从而获得三元金属MOFs‑壳聚糖复合材料。将本发明的三元金属MOFs‑壳聚糖复合材料添加到香烟过滤嘴中，可以有效吸附和降解香烟烟气中包括NH₃和CO在内的有害气体。

技术领域

本发明属于香烟过滤嘴降焦减害领域，具体涉及一种三元金属MOFs-壳聚糖复合材料的制备方法及其在香烟烟气减害中的应用。

背景技术

卷烟烟气是由烟草制品在抽吸过程中通过高温燃烧、裂解、蒸馏等过程而产生的一种极其复杂的混合物，其中包含大量对人体有害的成分。烟草消费所导致的肺癌、支气管炎、肺气肿、口腔癌等健康问题日益突出，低焦油、低危害卷烟已经成为国际烟草行业的发展方向。目前，国际上降低烟草危害的方法通常有两种：一种是使用比较成熟的降焦技术，如加长滤嘴长度、减少烟丝用量、掺配膨胀烟丝和烟草薄片、应用通风稀释技术等，能够有效降低卷烟烟气的有害成分和焦油释放量；另一种是在卷烟烟丝或卷烟滤嘴中添加吸附剂或催化剂，如复合活性炭滤棒、碳纳米材料、复合生化制剂，分子筛复合滤棒。研究表明，在卷烟滤嘴中添加具有特定结构的材料，对烟气中有害成分进行选择性吸附，是一种方便可行的降低卷烟烟气中有害成分的方法。

金属有机骨架材料(MOFs材料)可以通过静电吸附作用实现对大量的细微颗粒物的捕获，其高度发达的孔结构使得它具有超高的比表面积；同时，MOFs结构中存在高密度的、均匀分散的催化活性位点，而且MOFs的高孔结构保证了每个催化活性中心的可接触性；不仅如此，MOFs大的孔道极大地便利了催化反应底物和产物的传输，结合了均相催化剂和普通多相催化剂的优势。迄今，围绕MOFs材料在催化行业的应用，已有较多的报道。但是，该系列材料大多存在以下待解决问题：首先，通常是单一金属配位的MOFs材料，较少涉及三元体系；其次，MOFs材料的合成大多采用溶剂热合成策略，需要较高温度、较大压力和较长反应时间；再者，较少涉及MOFs材料与壳聚糖的复合结构；最后，已有的MOFs材料较少涉及到在香烟过滤嘴中的NH₃、CO有害气体的脱除。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种三元金属MOFs-壳聚糖复合材料的制备方法及其在香烟烟气减害中的应用，以期可以有效去除香烟烟气中的NH₃、CO等有害气体。

本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：

本发明首先公开了一种三元金属MOFs-壳聚糖复合材料的制备方法，其特点在于：是在碱性水溶液中，利用对苯二甲酸与三元混合金属离子进行水热回流反应，获得三元金属MOFs材料；然后将三元金属MOFs材料与壳聚糖溶液进行冷冻干燥处理，从而获得三元金属MOFs-壳聚糖复合材料。所述三元混合金属离子为Cu²⁺、Fe²⁺和Ni²⁺离子。具体包括如下步骤：

步骤1、在搅拌条件下，向反应器中依次匀速加入水和NaOH，搅拌至溶液均一状态；然后加入对苯二甲酸，搅拌至溶液均一状态，获得前驱液；再将三元混合金属离子的盐溶液滴加到所述前驱液中；升温至40～100℃，搅拌回流反应2～10h；反应结束后，过滤产物并干燥，获得三元金属MOFs材料；

步骤2、将壳聚糖加入到醋酸溶液中，搅拌至溶液均一状态；再加入三元金属MOFs材料，搅拌至溶液均一状态，获得悬浊液；

步骤3、对所述悬浊液进行冷冻干燥，即获得三元金属MOFs-壳聚糖复合材料。

进一步地，所述的三元混合金属离子的盐溶液为Cu²⁺、Fe²⁺和Ni²⁺的硝酸盐、硫酸盐或氯化物的混合水溶液。