專利名稱：一種卷煙煙氣重金屬吸附劑的應用方法
技術領域：
本發明屬于卷煙減害和環境保護技術領域，尤其涉及一種能大規模生產的卷煙煙氣重金屬吸附劑的應用方法。
背景技術：
世界衛生組織(WHO)以及《控煙框架條約》對煙草制品的控制越來越嚴格；隨著生活水平的不斷提高，消費者對自身的健康保護意識以及環保意識也在不斷增強，對卷煙安全性的要求也越來越高。因此，開發低危害的卷煙產品是一種趨勢。卷煙煙氣中的重金屬主要來源于煙草本身，而煙草中的重金屬元素主要來源于煙草種植環境中含有重金屬污染的土壤、水和空氣等。煙草中的鉛、砷、鎘、鉻、汞等重金屬元素能以氣溶膠或金屬氧化物的形式通過煙氣進入人體，在形成累積后，可能給人體造成傷·害。研究發現一支卷煙的煙氣中，最容易被吸收的重金屬是鎘。對于煙草中重金屬含量的控制，目前主要采用兩種思路，一方面是對煙葉產地環境重金屬的有效控制，研究的重點集中在煙葉品種篩選和生物技術方面。產煙區土壤中重金屬的含量及存在形態直接影響著煙葉對重金屬的吸收率，一般土壤中可溶性重金屬的含量越高，煙葉對重金屬的吸收率也越高，其吸收率受到土壤pH、粘粒、有機質和陽離子代換量等因素的影響。另一方面是在卷煙生產過程中采用一些技術來降低主流煙氣中重金屬含量，研究的重點集中在濾嘴吸附截留技術。一般認為濾嘴可吸附煙氣中的重金屬顆粒物，減少其對人體的危害。現在已研制出活性炭濾嘴及其它一些效果較好的新型復合濾嘴，對有毒有害的微量元素(鎘、鎳、砷)及有機化合物等具有吸附作用，有研究結果表明活性炭濾嘴對CcUNi和As的吸附能力分別為醋酸纖維濾嘴的4. 25,3. 58和I. 61倍，吸附效果明顯增強。醋酸纖維與黃苓制備的復合濾嘴，能有效減少香煙主流煙氣中鎘和鉛的誘變物，對于減少吸煙者吸入重金屬鉛、鎘的累積接觸劑量與在肺內沉積具有積極意義。此外，含殼聚糖的活性炭復合濾嘴對煙氣中的重金屬和其他有害物質有著更強的選擇吸收能力。周國俊等的研究結果表明，將葉綠素銅和葉綠酸鈉中的一種或者兩種加入到醋酸甘油三酯，噴撒到絲束中，或者制備成40-80目顆粒添加到嘴棒中，能夠有效截留重金屬。王瑩等的研究表明，碳納米管對CcUPb等重金屬有比較強的選擇性吸附作用。硅膠表面多孔的存在增大了吸附劑的比表面積，減小了溶質的擴散阻力，利于快速達到吸附平衡。同時，通過表面修飾使吸附劑帶上氨基、羧基等等功能性基團來鰲合或者絡合重金屬離子也是提高吸附性能的一個重要途徑。聚乙烯亞胺是一種水溶性高分子聚合物，其分子鏈上擁有大量的胺基N原子，對重金屬具有很強的鰲合能力。這種特性已引起了國內外學者的廣泛關注，并已將其應用于眾多研究領域。在實際的吸附應用中，由于聚乙烯亞胺的水溶性的特點，需要通過選用合適的載體將水溶性聚乙烯亞胺固定，保證其吸附廢水中重金屬離子的可操作性。載體的性能直接關系到吸附劑的應用效果，操作簡便、修飾效果好且不破壞硅膠原有物理性狀的聚乙烯亞胺修飾方法是一個重要的研究方向。

發明內容
本發明的目的是提供一種吸附效果良好的聚乙烯亞胺修飾的卷煙煙氣重金屬吸附劑的應用方法，該卷煙煙氣重金屬吸附劑不僅吸附卷煙煙氣中的重金屬效果好，而且制作工藝簡單、生產成本低廉且適于大規模生產。—種卷煙煙氣中重金屬吸附劑的應用方法，是加入到卷煙的濾嘴中，用于吸附煙氣中的重金屬；所述重金屬吸附劑的添加量為30mg/支；所述的重金屬吸附劑制備方法，具體包括以下步驟(I)將硅膠置于120°C烘5^8h進行活化，使硅膠表面生成硅羥基；(2)采用等體積浸潰法，將已活化后的硅膠浸潰在質量百分比30%_70%的聚乙烯 亞胺水溶液中，攪勻，在80-120°C烘2-6小時，然后置于紅外燈下烘烤3-7小時，最后在120°C烘至淡黃色固體即可；所述的聚乙烯亞胺與硅膠的質量比為2. 5 15:100 ;優選為10:100。所述的硅膠顆粒大小為40 60目；所述的聚乙烯亞胺的分子量為70000的聚乙烯亞胺或分子量為10000的聚乙烯亞胺。優選為70000的高分子量聚乙烯亞胺。抽吸添加本發明吸附劑后的卷煙，分別收集煙氣的粒相物與氣相物，用ICPMS檢測其中重金屬含量，同時檢測對照卷煙樣品和試驗卷煙樣品主流煙氣中的煙堿、焦油等常規成分。本發明與現有技術相比，其最大的特點在于I、首次運用聚乙烯亞胺均勻負載在活化后的硅膠上，通過表面修飾使吸附劑帶上大量氨基與羧基等功能性基團，通過螯合或絡合作用大大提高了吸附劑的吸附能力與吸附的選擇性，并將該吸附劑首次添加到卷煙濾嘴中，取得了很好的吸附重金屬的效果。2、本發明聚乙烯亞胺修飾的重金屬吸附劑的制備方法，操作簡單、無需交聯劑，降低了生產成本且適于大規模生產。3、本發明聚乙烯亞胺修飾的重金屬吸附劑在制備時，由于硅膠通過直接加熱方法進行活化而沒有通過酸處理進行活化，大大保持了硅膠的機械強度，避免了在合成中攪拌時被攪碎的情況，克服了吸附劑在制作過程中活化后硅膠的原有物理性狀遭到破壞的缺點，從而避免了吸附劑制備完成后因為攪拌使將硅膠攪成粉末需要重新造粒的弊端。簡化了實驗操作且保留了硅膠的原有物理吸附屬性。4、本吸附劑可實現快速重金屬吸附。水相中的重金屬吸附一般反應時間可較長，而卷煙煙氣中的重金屬吸附反應時間非常短，卷煙抽吸時煙氣與吸附劑的接觸時間僅為毫秒級，要求吸附劑能實現快速的重金屬吸附。而本發明選擇的硅膠表面多孔的存在增大了吸附劑的比表面積，減小了溶質的擴散阻力，利于快速達到吸附平衡，比一般的載體更加適于與聚乙烯亞胺結合應用于氣相中吸附重金屬，總之，硅膠與聚乙烯亞胺兩者的結合使得吸附劑在氣相中重金屬抓捕能力大大增強，從本發明實施例的數據可以看出，取得了意想不到的效果。
具體實施例方式
以下實施例旨在更具體地描述本發明而不是對本發明的進一步限定，本發明可以按發明內容所述的任一方式實施。實施例一先將干燥至恒重的硅膠過4(Γ60目篩，然后置于120°C烘箱中高溫加熱5 8h進行活化得到活化后的硅膠。實施例二取O. 50g分子量為10000的低分子量聚乙烯亞胺溶于25ml去離子水中，充分溶解后，稱取10. Og活化后的硅膠置于該水溶液中，攪拌均勻。在烘箱中120°c烘6小時烘干水
分，然后置于紅外燈下烘烤6小時，最后在烘箱中120°C烘至淡黃色顆粒狀固體。得到吸附劑中聚乙烯亞胺與硅膠的質量比為5:100的低分子量聚乙烯亞胺修飾吸附劑。按照每支卷煙加入30mg吸附劑的標準將吸附劑加入到卷煙的過濾嘴中，制得一批卷煙，溫濕度平衡24h，采用卷盤式吸煙機在靜電捕集模式下抽吸卷煙，收集粒相物與氣相物進行重金屬檢測，同時進行空白卷煙樣品的對照試驗。試驗煙支與對照煙支的主流煙氣常規成分和重金屬鎘、鉛的降低率如下表所示。
權利要求
1. 一種卷煙煙氣中重金屬吸附劑的應用方法，其特征在于，是加入到卷煙的濾嘴中，用于吸附煙氣中的重金屬；所述重金屬吸附劑的添加量為30mg/支； 所述的重金屬吸附劑制備方法，具體包括以下步驟 (1)將硅膠置于120°C烘5 8h進行活化，使硅膠表面生成硅羥基； (2)采用等體積浸潰法，將已活化后的硅膠浸潰在質量百分比30%-70%的聚乙烯亞胺水溶液中，攪勻，在80-120 V烘2-6小時，然后置于紅外燈下烘烤3-7小時，最后在120 V烘至淡黃色固體即可； 所述的聚乙烯亞胺與硅膠的質量比為2. 5^15:100 ； 所述的硅膠顆粒大小為40飛0目； 所述的聚乙烯亞胺的分子量為70000的聚乙烯亞胺或分子量為10000的聚乙烯亞胺。
全文摘要
本發明公開了一種卷煙煙氣重金屬吸附劑的應用方法。該吸附劑是將活化后的硅膠與一定比例的聚乙烯亞胺水溶液等體積混合攪拌均勻，然后通過一系列干燥方式干燥完全得到。本發明制備的吸附劑能很好的吸附煙氣中的重金屬，且吸附容量大、速率快。并且該吸附劑制作方法簡單易操作、原材料種類少、生產成本低、適合大規模工業生產，避免了制作過程中硅膠顆粒物理性狀被破壞的缺點，不需要重新造粒。
文檔編號A24D3/16GK102948925SQ20121049130
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月27日 優先權日2012年11月27日
發明者文建輝, 銀董紅, 肖勇, 秦亮生, 成樂為, 肖曉明 申請人:湖南中煙工業有限責任公司