專利名稱：煙梗納米化處理制備卷煙吸附材料的方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煙草加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煙梗納米化處理制備卷煙吸附材料的方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
煙梗是烤煙去除葉片后剩余的葉脈部分，其木質(zhì)纖維素含量較高、刺激性較強，僅在卷煙中適量添加以提高卷煙填充值、降低卷煙生產(chǎn)成本，限制了其在卷煙生產(chǎn)中的應(yīng)用， 目前煙梗已成為卷煙生產(chǎn)中最大的工業(yè)廢棄物。卷煙煙絲燃燒形成的主流煙氣中含有煙草特有亞硝胺(TSNAs)、多環(huán)芳烴 (PAHs)、醛、揮發(fā)性碳?xì)浠衔锖虲O等等多種有害物質(zhì)，減害降焦已成為卷煙生產(chǎn)中的一項重要研究方向。烤煙種植及烘烤工藝的調(diào)整、煙絲的加工處理、濾嘴材料的改進(jìn)是卷煙減害降焦的三大主要方向，烤煙種植及烘烤工藝的調(diào)整雖然從理論上可以從從源頭上減少卷煙原料中生成有害物質(zhì)的前提物含量，但在目前的技術(shù)條件下無法真正實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。 煙絲的加工處理和濾嘴材料改進(jìn)是當(dāng)前卷煙生產(chǎn)中主要的減害降焦措施，其中濾嘴吸附材料改進(jìn)更是卷煙減害降焦的基本防線，除傳統(tǒng)醋酸纖維、醋酸乙酯纖維等濾嘴吸附材料外， 多種基于先進(jìn)技術(shù)的吸附材料也成功應(yīng)用于濾嘴以提高濾嘴對主流煙氣中有害物質(zhì)的吸附效果。戴亞等研制開發(fā)的血紅蛋白吸附材料濾棒可有效減少煙氣中的多種有害成分、北京清華大學(xué)聯(lián)合北京卷煙廠開發(fā)了 Al2O3基的納米吸附材料濾嘴，將煙氣中的焦油含量降到了 :3mg左右，對其它有害成份的吸附未見報道。上述各類吸附材料都屬于外源性材料，其只能添加到濾棒中對煙氣中的有害成份進(jìn)行過濾，但由于要保持卷煙感官質(zhì)量的穩(wěn)定，其添加量受到制約，致使吸附效果降低。納米材料由于具有較大比表面積，其吸附性能具有獨特的優(yōu)勢，目前廣泛應(yīng)用水質(zhì)凈化、材料分離、物質(zhì)改性、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。但由于納米化處理過程容易產(chǎn)生高溫，對物料性質(zhì)產(chǎn)生影響，因此，目前納米材料的加工處理還主要以無機材料為主，對于有機材料的納米化處理多集中于生物醫(yī)學(xué)的研究上。本研究則探索利用有機廢棄物煙梗進(jìn)行納米化處理，煙梗納米化處理后經(jīng)過科學(xué)配料，制備成煙梗納米膜，可以根據(jù)需要制成絲狀和顆粒狀；納米化梗絲可以直接與煙絲按適當(dāng)比例混合后直接卷煙，納米化梗粒則制成復(fù)合濾棒用于煙氣中有害成分的吸附。試驗表明，將煙梗進(jìn)行納米化處理后不僅可以增大其比表面積、提高吸附效果，納米化處理過程還能在一定程度上將大分子的木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)破壞，減少煙氣的木質(zhì)氣和刺激性。納米化梗絲或納米化梗復(fù)合濾嘴均是降低卷煙中有害成分的有效新途徑。本發(fā)明使煙梗納米膜作為一種來源于煙草的新型材料，作為煙絲添加材料與復(fù)合濾嘴添加材料進(jìn)行研究，目前暫未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種煙梗納米化處理制備卷煙吸附材料的方法及應(yīng)用，尤其是制備納米化梗絲和梗粒作為卷煙有害成分的吸附材料的方法及應(yīng)用，實施在卷煙中，通過納米化梗絲、梗粒的吸附作用不僅降低了卷煙中有害氣體成份的含量，還為煙梗廢棄物的利用提供了一條技術(shù)途徑。實現(xiàn)本發(fā)明目的之技術(shù)解決措施如下一種煙梗納米化處理制備卷煙吸附材料的方法及應(yīng)用，包括煙梗與凝膠的納米球磨化處理，煙梗納米球磨料與凝膠顆粒的混合配制， 煙梗納米膜的制備方法；煙梗與凝膠的納米球磨化處理，包括如下步驟(1)煙梗自然風(fēng)干后風(fēng)選去除雜質(zhì)和灰塵后，使用粉碎機將煙梗粉碎成直徑Imm 的顆粒；(2)將粉碎后的煙梗顆粒于60°C烘箱中烘干2h，置于干燥器中冷卻至室溫；(3)取烘干后煙梗顆粒置于外冷式納米球磨機中球磨4h，球磨過程中控制球磨室內(nèi)溫度不高于60°C ；(4)同樣方法制備甲殼胺凝膠顆粒并以醋酸為溶劑配制成甲殼胺醋酸溶液；(5)將煙梗納米球磨料與甲殼胺醋酸溶液進(jìn)行混配，混配比例為每IOOg煙梗納米球磨料添加IOmL 甲殼胺醋酸溶液，使用高速攪拌器連續(xù)攪拌5min ；加入30mL純凈水和IOmL乳化劑持續(xù)進(jìn)行高速攪拌，使混合料呈糊狀；(6)將攪拌后的糊狀混合料轉(zhuǎn)移至噴槍噴壺中，使用空氣壓縮機以0. 壓力均勻噴涂于不銹鋼面板上，噴涂過程需不斷晃動噴壺防止物料沉淀，噴涂厚度控制在0. 5 Imm ；(7)將噴涂好的面板轉(zhuǎn)移至紅外鼓風(fēng)烘箱中，105°C烘干30min，冷卻至室溫后將膜與面板分離，將成品膜置于恒濕箱中進(jìn)行水份平衡，恒濕箱濕度控制為35% (8)將水份平衡好的煙梗納米膜切絲、切粒，納米化梗絲直接與煙絲混合用于卷煙生產(chǎn)，納米化梗粒添加到濾棒中制備復(fù)合濾嘴。所述煙梗納米球磨化處理方法，使用外冷式干式納米球磨機對煙梗進(jìn)行納米化處理，球磨溫度溫度控制在60°C。所述混合配制方法，各混合料均經(jīng)納米化處理，混合后經(jīng)高速攪拌處理保持物料的均勻度，混合料制成后呈糊狀。所述煙梗納米吸附材料的制備方法，使用高壓噴涂將糊狀混合料制成膜狀，然后再進(jìn)行切絲和切粒加工。所述煙梗納米膜制備方法，噴涂膜厚度小于1mm，噴涂后應(yīng)迅速進(jìn)行脫水干燥，使其在110°c的干燥溫度不能超過30min。所述煙梗納米膜制備方法，納米膜與面板分離后轉(zhuǎn)移至恒濕箱中進(jìn)行水份平衡， 使煙梗納米膜含水量控制在35%左右。所述煙梗納米膜的制備方法及應(yīng)用，制備的納米膜經(jīng)切絲處理后直接添加到煙絲中，其切粒處理后添加于濾嘴中制備成復(fù)合濾嘴。本發(fā)明使煙梗納米化處理后可以根據(jù)需要制成絲狀和顆粒狀，納米化梗絲可以直接與煙絲按適當(dāng)比例混合后直接卷煙，納米化梗粒則制成復(fù)合濾棒用于煙氣中有害成分的吸附。均勻添加到煙絲中的納米化梗絲直接參與煙絲的燃燒，當(dāng)前部煙絲燃燒時，位于煙支中后部的納米化梗絲首先對流經(jīng)的煙氣進(jìn)行吸附，降低煙氣中有害物質(zhì)濃度，減少后部濾嘴材料的吸附壓力；隨著燃燒的進(jìn)行，吸附有焦油及有害成分的納米化梗絲也逐步參與燃燒反應(yīng)，此時納米化煙絲吸附的物質(zhì)在燃燒所形成的高溫環(huán)境下進(jìn)行熱裂解，減少了煙氣中有害成分的生成。位于濾嘴中的納米化梗粒對煙氣進(jìn)行最后的吸附，同時，由于煙梗直接來源于煙草，對卷煙的感官質(zhì)量基本上不會造成影響。本發(fā)明實施例的試驗證實了上述原理。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點與有益效果如下1、煙梗經(jīng)納米化處理后可以提高其比表面積，提高其對有害成份的吸附能力，降低卷煙主流煙氣的有害物質(zhì)含量，同時納米化處理也破壞了煙梗的木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)，降低其刺激性并提高卷煙的燃燒性，從而增加納米化梗絲的添加比例，降低卷煙生產(chǎn)成本和煙氣中的有害成分。2、對比試驗表明，本方法制取的納米化梗絲添加到卷煙中，使苯酚和氨降低率分別達(dá)到了 17. 67%U9. 63%，納米化梗粒復(fù)合濾嘴使成品卷煙中苯酚釋放量及氨釋放量降低率分別達(dá)到12. 94%U3. 74%，納米化梗絲與納米化梗粒復(fù)合濾嘴均是降低卷煙中有害成分的有效新途徑。
具體實施例方式實施例1 取卷煙廠某品牌卷煙生產(chǎn)用煙梗，風(fēng)選干凈后使用粉碎機將煙梗粉碎成直徑Imm 的顆粒；將粉碎后的煙梗顆粒于60°C烘箱中烘干池，置于干燥器中冷卻至室溫；取烘干后煙梗顆粒置于外冷式納米球磨機中球磨4h，本實施例選用多維擺動式高能納米球磨機制備煙梗納米粉，控制納米球磨溫度為60°C ；用同樣方法制備甲殼胺凝膠顆粒。這里，需要先期制取甲殼胺醋酸溶液，即用納米球磨化處理后的甲殼胺凝膠顆粒10克，以醋酸為溶劑配制成IOOOmL的甲殼胺醋酸溶液，同時將20g山梨醇酐單棕櫚酸酯溶于IOOmL 70°C 溫水中配置成乳化劑。將煙梗納米球磨料與甲殼胺醋酸溶液進(jìn)行混配，混配比例為每 IOOg煙梗納米球磨料添加IOmL甲殼胺醋酸溶液。本實施例將煙梗納米粉300g置于高速攪拌器中，加入30mLl%甲殼胺醋酸溶液和 50mL山梨醇酐單棕櫚酸酯溶液。然后，開動攪拌器使其低速攪拌，攪拌速度控制在200rph， 攪拌過程中緩慢加入150mL純水直至攪拌器中物料呈糊狀，蓋上攪拌器上蓋，進(jìn)行高速攪拌，攪拌速度為2500rph ；攪拌后的物料快速轉(zhuǎn)移至噴槍噴壺中，使用壓縮空氣以0. 壓力均勻噴涂在清潔不銹鋼薄板上；噴涂過程需不斷晃動噴壺防止物料沉淀，噴涂厚度控制在0. 5 Imm ；噴涂完成后立即將不銹鋼薄板放入紅外鼓風(fēng)干燥箱中105°C烘干30min，脫膜后將煙梗納米化膜平放于恒溫恒濕箱中，箱中濕度為35 %，溫度為25°C，平衡24h后進(jìn)行切絲、切粒。水份平衡好的煙梗納米膜切絲、切粒后，納米化梗絲直接與煙絲混合用于卷煙生產(chǎn)，納米化梗粒添加到濾棒中制備卷煙復(fù)合濾嘴。實施例2 取卷煙廠某品牌卷煙生產(chǎn)用煙梗，風(fēng)選干凈后使用粉碎機將煙梗粉碎成直徑Imm 的顆粒；將粉碎后的煙梗顆粒于60°C烘箱中烘干2h，置于干燥器中冷卻至室溫；取烘干后煙梗顆粒置于外冷式納米球磨機中球磨4h，本實施例選用多維擺動式高能納米球磨機制備煙梗納米粉，控制納米球磨溫度為60°C ；用同樣方法制備甲殼胺凝膠顆粒，同時取同一批煙梗生產(chǎn)梗絲作試驗對照樣備用。這里，需要先期制取1 %甲殼胺醋酸溶液即用納米球磨化處理后的甲殼胺凝膠顆粒10克，以醋酸為溶劑配制成IOOOmL的甲殼胺醋酸溶液，同時將 20g山梨醇酐單棕櫚酸酯溶于IOOmL 70°C溫水中配置成乳化劑。將煙梗納米球磨料與甲殼胺醋酸溶液進(jìn)行混配，混配比例為每IOOg煙梗納米球磨料添加IOmL甲殼胺醋酸溶液。本實施例將煙梗納米粉900g置于高速攪拌器中，加入90mLl%甲殼胺醋酸溶液和150mL山梨醇酐單棕櫚酸酯溶液。然后，開動攪拌器使其低速攪拌，攪拌速度控制在 200rph，攪拌過程中緩慢加入450mL純水直至攪拌器中物料呈糊狀，蓋上攪拌器上蓋，進(jìn)行高速攪拌，攪拌速度為2500rph ；攪拌后的物料快速轉(zhuǎn)移至噴槍噴壺中，使用壓縮空氣以 0. 6MPa壓力均勻噴涂在清潔不銹鋼薄板上；噴涂過程需不斷晃動噴壺防止物料沉淀，噴涂厚度控制在0. 5 Imm ；噴涂完成后立即將不銹鋼薄板放入紅外鼓風(fēng)干燥箱中105°C烘干 30min，脫膜后將煙梗納米化膜平放于恒溫恒濕箱中，箱中濕度為35%，溫度為25°C，平衡 24h后進(jìn)行切絲、切粒。水份平衡好的煙梗納米膜切絲、切粒；制備的納米膜經(jīng)切絲處理后直接添加到煙絲中，其切粒處理后添加于濾嘴中制備成復(fù)合濾嘴。將納米化梗粒制作三段式復(fù)合濾嘴，中段為煙梗納米顆粒填充，兩端為普通醋酸纖維濾棒。將納米化梗絲替代正常生產(chǎn)的梗絲摻配到卷煙中，添加量為10%。各樣品煙氣對比測試結(jié)果如表1 表1卷煙主流煙氣中有害成分釋放量
權(quán)利要求
1.一種煙梗納米化處理制備卷煙吸附材料的方法及應(yīng)用，包括煙梗的納米化處理和煙梗納米膜的制備方法及應(yīng)用，其特征是包括如下步驟(1)煙梗自然風(fēng)干后風(fēng)選去除雜質(zhì)和灰塵后，使用粉碎機將煙梗粉碎成Imm左右顆粒；(2)將粉碎后的煙梗顆粒于60°C烘箱中烘干池，置于干燥器中冷卻至室溫；(3)取適量烘干后煙梗粉末置于外冷式納米球磨機中球磨4h，球磨過程中控制球磨室內(nèi)溫度不高于60°C ；(4)同樣方法制備甲殼胺凝膠顆粒，以醋酸為溶劑配置甲殼胺醋酸溶液，同時將 20g山梨醇酐單棕櫚酸酯溶于100mL70°C溫水中配置乳化劑；(5)將煙梗納米球磨料與甲殼胺醋酸溶液進(jìn)行混配作為凝膠劑，混配比例為每IOOg煙梗納米球磨料添加IOmL甲殼胺醋酸溶液，使用高速攪拌器連續(xù)攪拌5min ；加入30mL純凈水和IOmL乳化劑繼續(xù)進(jìn)行高速攪拌，使混合料呈糊狀；(6)將攪拌后的糊狀原料迅速轉(zhuǎn)移至噴槍噴壺中，使用空氣壓縮機以0.壓力均勻噴涂于不銹鋼面板上，噴涂過程不斷晃動噴壺防止物料沉淀，噴涂厚度控制在0. 5 Imm左右；(7)將噴涂號的面板迅速轉(zhuǎn)移至紅外鼓風(fēng)烘箱中，105°C烘干30min；冷卻至室溫后將膜與面板分離，將成品膜置于恒濕箱中進(jìn)行水份平衡，恒濕箱濕度控制為35% ；(8)將水份平衡好的煙梗膜切絲、切粒，納米化梗絲直接與煙絲混合用于卷煙生產(chǎn)，納米化梗粒添加到濾棒中制備復(fù)合濾嘴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述煙梗納米化處理制備卷煙吸附材料的方法及應(yīng)用，其特征是， 使用外冷式干式納米球磨機對煙梗進(jìn)行納米化處理，球磨溫度溫度控制在60°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述煙梗納米化處理制備卷煙吸附材料的方法及應(yīng)用，其特征是， 將煙梗納米處理料與凝膠劑、乳化劑混合攪拌成糊狀，使用高壓噴涂將糊狀混合料制成膜狀，然后再進(jìn)行切絲和切粒加工。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述煙梗納米化處理制備卷煙吸附材料的方法及應(yīng)用，其特征是噴涂膜厚度小于1mm，噴涂后應(yīng)迅速進(jìn)行脫水干燥，使其在110°C的干燥溫度不能超過 30mino
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述煙梗納米化處理制備卷煙吸附材料的方法及應(yīng)用，其特征是 納米膜與面板分離后應(yīng)轉(zhuǎn)移至恒濕箱中進(jìn)行水份平衡，使煙梗納米膜含水量控制在35%左右ο
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述煙梗納米化處理制備卷煙吸附材料的方法及應(yīng)用，其特征是 制備的納米膜經(jīng)切絲處理后直接添加到煙絲中，其切粒處理后添加于濾嘴中制備成復(fù)合濾嘴。
全文摘要
一種煙梗納米化處理制備卷煙吸附材料的方法及應(yīng)用，涉及煙草加工技術(shù)領(lǐng)域。步驟如下取烘干后煙梗顆粒置于納米球磨機中球磨4h，球磨室內(nèi)溫度不高于60℃；將煙梗納米球磨料100g與1％甲殼胺醋酸溶液10ml進(jìn)行混配，用高速攪拌器攪拌5min；加入30ml純凈水和10ml乳化劑持續(xù)攪拌呈糊狀；轉(zhuǎn)移至噴槍噴壺中，用空氣壓縮機均勻噴涂于面板上，將噴涂好的面板轉(zhuǎn)移至紅外鼓風(fēng)烘箱中，105℃烘干30min，冷卻至室溫后將膜與面板分離；將成品膜置于恒濕箱中，濕度控制35％；將水份平衡好的煙梗納米膜切絲、切粒；納米化梗絲直接與煙絲混合用于卷煙生產(chǎn)，納米化梗粒添加到濾棒中制備復(fù)合濾嘴。
文檔編號A24B5/16GK102172297SQ20111006726
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者馮廣林, 宋光富, 戴亞, 曾建, 李東亮, 李剛, 黃馨 申請人:川渝中煙工業(yè)公司