一种用于卷烟降害的碳掺杂纳米二氧化钛吸附材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卷烟降焦减害技术领域，具体地指一种用于卷烟降害的碳掺杂纳米二 氧化钛吸附材料。
【背景技术】
[0002] 烟支燃吸是一种高温缺氧不完全燃烧的过程，瞬时最高温度可达l〇〇〇°C，绝大多 数部分温度超过500°c。较高温度的燃烧导致蒸馏、干馏、热解、合成等反应同时发生，形成 数千种的新生化合物。卷烟烟气是一种气、液、固并存的复杂多相的气溶胶。这些化学成分 中既有提供烟草香气、风味和生理作用的物质，也有产生杂气、刺激和不良风味的物质，还 有微量的对人体健康产生危害的物质，如气相的氰化氢、氨、一氧化碳和焦油中的自由基、 巴豆醛、亚硝胺和苯并[α]芘等。因此，国家烟草专卖局将卷烟降害也提升到战略指导意 义上。同时，在一系列的卷烟烟气降害中，应用新型材料降低卷烟主流烟气中的有害成分， 具有重要的应用前景。
[0003] 相对于20世纪60年代的信息技术和20世纪80年代的生物技术而言，纳米技术仍 处于发展的初级阶段。纳米技术是一门在纳米尺度或纳米结构（I-IOOnm)范围内认识和改 造客观世界的新兴的综合性科学技术，主要研究以原子、分子和超分子为基础的介观现象， 研究针对具有特殊性质及功能的新型材料、设备和系统。
[0004] 以碳和金属氧化物材料作为吸附剂的材料，目前在卷烟工业生产中已被广泛应 用，这些材料以其巨大的比表面积和高效率的吸附能力，对卷烟主流烟气中的有害物质具 有较好的清除效果。其中，二氧化钛具有独特的表面性质，吸附及选择性吸附能力均优于其 他大部分金属氧化物；同时，二氧化钛还具有良好的消毒杀菌功效，因此将纳米二氧化钛掺 杂入碳材料中，能有效提高卷烟烟气降害效率，然而，目前尚未有相关文献报道。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种碳掺杂纳米二氧化钛吸附材料，可用于卷烟烟气降害， 该吸附材料具有较强的吸附能力，能有效降低卷烟烟气中一氧化碳、氨、苯酚等有害物质， 制备过程工艺简单，材料用量少，成本低。
[0006] 本发明是通过以下方式实现的：一种用于卷烟降害的碳掺杂纳米二氧化钛吸附材 料，其特征在于：所述碳掺杂纳米二氧化钛吸附材料由以下方法制备而成，其步骤包括：
[0007] (1)用电化学的方法制备纳米碳溶胶：将固体碳材料作正极，电极电位惰性大于 或等于碳的材料作负极，向装有电解液的电极中通入交流脉冲电流，进行反应，经多次搅拌 后即可得到纳米碳溶胶。
[0008] (2)用乙醇稀释钛酸四丁酯，逐滴地加入亚氨基二乙酸，调整并控制溶液pH值，并 搅拌所得到的混合物；
[0009] (3)向所述步骤⑵中的混合物中逐滴加入用乙醇稀释的所述碳溶胶溶液，搅拌， 并用乙醇和水冲洗所得新的混合物，除去沉淀后，置于真空干燥箱中干燥，得到碳掺杂二氧 化钛凝胶；
[0010] (4)将所述碳掺杂二氧化钛凝胶升温煅烧，即可得到碳掺杂纳米二氧化钛吸附材 料。
[0011] 所述步骤（1)中反应条件为温度控制在58°C以下，电流频率为20~75千赫兹，电 压为5~15V，电流密度为50~500mA/cm 2。
[0012] 所述步骤⑴中，所述电解液为硫酸、盐酸、硝酸、氯化钠与水配制而成，硫酸、盐 酸、硝酸、氯化钠可单独加入，也可混合加入。
[0013] 所述步骤（2)中，所述钛酸四丁酯、乙醇和少量亚氨基二乙酸的液体体积比为 15 ~20:52 ~65:3 ~6〇
[0014] 所述步骤⑶中，真空干燥箱中干燥温度为40~70°C，干燥时间为6~10小时； 所述步骤（4)中，在所述碳掺杂二氧化钛凝胶煅烧过程中以2°C /min的速度升温至350~ 600。。。
[0015] 所述步骤⑵中，控制溶液的pH值为6~8，搅拌时间为0. 5~3小时；所述步骤 (3)中用于稀释所述碳溶胶的乙醇的用量为15~30mL，搅拌时间为0. 5~1小时。
[0016] -种利用所述碳掺杂纳米二氧化钛吸附材料制备的二元复合滤棒，包括滤芯和包 裹在所述滤芯上的包裹层，其特征在于：所述滤芯为二元复合滤芯，是由普通醋酸纤维段和 负载有所述碳掺杂纳米二氧化钛吸附材料的加吸附剂醋酸纤维段相间结合构成，所述加吸 附剂醋酸纤维段是通过将所述纳米二氧化钛吸附材料均匀分散在松散的醋酸纤维丝束上 构成。
[0017] 所述普通醋酸纤维段位于滤棒的末端，所述加吸附剂醋酸纤维段位于滤棒的前 端。
[0018] 所述普通醋酸纤维段和所述加吸附剂醋酸纤维段的长度比例为1:1. 5、1:1、1. 5:1 或 2:1。
[0019] 每支所述滤棒中，所述加吸附剂醋酸纤维段添加所述碳掺杂纳米二氧化钛吸附材 料的量为〇· 5~10mg。
[0020] 本发明的有益效果主要表现在：
[0021] (1)本发明所采用的是碳材料中掺杂二氧化钛后制成的纳米材料，不含任何重金 属离子和贵金属催化剂，安全性更高；
[0022] (2)纳米二氧化钛具有多孔的立体结构，容易形成氢键，且碳材料具有很好的吸附 性，这种双重吸附作用提高了本发明所设计的纳米材料对卷烟主流烟气中焦油、一氧化碳、 苯酚等有害物质的吸附能力；
[0023] (3)本发明制备的添加了碳掺杂纳米二氧化钛材料的滤嘴降焦减害效率高，且对 卷烟风味影响比较低。每支滤嘴仅加入0. 8~I. 5mg碳掺杂纳米二氧化钛材料，则可使卷 烟主流烟气中有害成分焦油的释放量降低20 %以上；每支滤嘴仅加入2~5mg该材料，则 可使卷烟主流烟气中有害成分一氧化碳的释放量降低20%以上；每支滤嘴仅加入3~7mg 该材料，则可使卷烟主流烟气中有害成分苯酚的释放量降低20%以上；
[0024] (4)本发明制备的碳掺杂二氧化钛纳米材料，制备过程工艺简单，材料用量少，成 本低，物化性质稳定。
【具体实施方式】
[0025] 下面以实施例进一步说明本发明：
[0026] 本发明所设计的用于卷烟降害的碳掺杂纳米二氧化钛吸附材料，其特征在于：所 述碳掺杂纳米二氧化钛吸附材料由以下方法制备而成，其步骤包括：
[0027] (1)用电化学的方法制备纳米碳溶胶：将固体碳材料作正极，电极电位惰性大于 或等于碳的材料作负极，向装有电解液的电极中通入交流脉冲电流，进行反应，经多次搅拌 后即可得到纳米碳溶胶。
[0028] (2)用乙醇稀释钛酸四丁酯，逐滴地加入亚氨基二乙酸，调整并控制溶液pH值，并 搅拌所得到的混合物；
[0029] (3)向所述步骤⑵中的混合物中逐滴加入用乙醇稀释的所述碳溶胶溶液，搅拌， 并用乙醇和水冲洗所得新的混合物，除去沉淀后，置于真空干燥箱中干燥，得到碳掺杂二氧 化钛凝胶；
[0030] (4)将所述碳掺杂二氧化钛凝胶升温煅烧，即可得到碳掺杂纳米二氧化钛吸附材 料。
[0031] 进一步地，所述步骤（1)中反应条件为温度控制在58°C以下，电流频率为20~75 千赫兹，电压为5~15V，电流密度为50~500mA/cm 2。
[0032] 进一步地，所述步骤（1)中，所述电解液为硫酸、盐酸、硝酸、氯化钠与水配制而 成，硫酸、盐酸、硝酸、氯化钠可单独加入，也可混合加入。
[0033] 进一步地，所述钛酸四丁酯、乙醇和少量亚氨基二乙酸的液体体积比为15~ 20:52 ~65:3 ~6〇
[0034] 进一步地，所述步骤（3)中，真空干燥箱中干燥温度为40~70°C，干燥时间为6~ 10小时；所述步骤（4)中，在所述碳掺杂二氧化钛凝胶煅烧过程中以2°C /min的速度升温 至 350 ~600 °C。
[0035] 更进一步地，所述步骤（2)中，控制溶液的pH值为6~8，搅拌时间为0. 5~3小 时；所述步骤（3)中用于稀释所述碳溶胶的乙醇的用量为15~30mL，搅拌时间为0. 5~1 小时。
[0036] -种利用所述碳掺杂纳米二氧化钛吸附材料制备的二元复合滤棒，包括滤芯和包 裹在所述滤芯上的包裹层，其特征在于：所述滤芯为二元复合滤芯，是由普通醋酸纤维段和 负载有所述碳掺杂二氧化钛纳米吸附材料的加吸附剂醋酸纤维段相间结合构成，所述加吸 附剂醋酸纤维段是通过将所述碳掺杂纳米二氧化钛吸附材料均匀分散在松散的醋酸纤维 丝束上构成。
[0037] 进一步地，所述普通醋酸纤维段位于滤棒的末端，所述加吸附剂醋酸纤维段位于 滤棒的前端。
[0038] 进一步地，所述普通醋酸纤维段和所述加吸附剂醋酸纤维段的长度比例为1:1. 5、 1:1、1· 5:1 或 2:1〇
[0039] 更进一步地，每支所述滤棒中，所述加吸附剂醋酸纤维段添加所述碳掺杂纳米