CN102293447A - 一种降低卷烟主流烟气中一氧化碳释放量的催化剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低卷烟主流烟气中一氧化碳释放量的催化剂，所述催化剂由SiO₂、Al₂O₃、助剂MgO及活性组分CuO组成，所述SiO₂∶Al₂O₃∶MgO的摩尔比为2∶0.5∶0.1，所述活性组分CuO占SiO₂的质量百分比为0～15％。本发明的催化剂可以降低主流烟气一氧化碳释放量2-5mg/支，降低率最高可达46％。

Description

一种降低卷烟主流烟气中一氧化碳释放量的催化剂

技术领域：

本发明涉及一种降低卷烟主流烟气中一氧化碳释放量的催化剂。

背景技术：

CO是存在于卷烟烟气气相中的一种对人体有害的主要成分，卷烟主流烟气中CO的含量约为10～23mg/支，其中烟草热裂解产生的CO约30％，烟草燃烧产生的CO约36％，约23％以上的CO是由CO₂与烟草反应而形成。CO与血红蛋白(Hb)的亲合力是氧的250倍，吸入体内进入血液中的CO与Hb结合形成稳定的碳氧血红蛋白(COHb)使血红蛋白不能再与O₂结合，血液携氧能力降低，引起组织和器官缺氧，引起心血管疾病，增加中风和心脏病等的发病机率。CO不仅是导致吸烟者血液及心脏病变的一个重要因素，同时也是除烟碱外的另一个诱使吸烟成瘾的原因。

在降低CO含量的研究中，是通过在滤嘴中添加有低温催化氧化作用的添加剂，将卷烟烟气中的CO催化转化为CO₂，去除CO等有害物质，采用催化氧化方法降低卷烟烟气中CO等有害物质将是提高卷烟产品安全性的主要发展方向。烟草行业目前主要使用Pd、Pt、Au等贵金属、贵金属复合材料催化材料等负载于多孔载体上用于降低烟气CO含量。如在多孔Al₂O₃载体上负载催化剂钯盐、铜盐等，添加在卷烟滤嘴中(日本专利2000210069)，负载Pd-Cu催化剂(日本专利60-224483)，以及负载Pt系金属和过渡金属成分的催化材料(美国专利5211684)。长沙卷烟厂刘建福等用含纳米贵金属Au，Pt，Pd元素和过渡金属助剂催化材料制成的复合滤嘴，可使卷烟主流烟气中CO降低20-45％(中国专利03121750.8)。

综上所述，目前应用在香烟中用来降低烟气中一氧化碳量的催化剂的都是含有贵金属元素的，增加香烟的成本；使用的载体也都是制备好成品的多孔材料，通过浸渍在多孔材料表面负载助剂、活性成分，这样往往会减小多孔载体的比表面积，甚至会阻塞一些孔道，从而影响催化效能。

发明内容：

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种催化剂，用以降低卷烟主流烟气中一氧化碳释放量，提出一步法制备多孔硅铝氧化物复合材料，材料中只使常见的硅、铝、镁、钙、铜等，没有使用Au，Pt，Pd等贵金属元素。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种降低卷烟主流烟气中一氧化碳释放量的催化剂，所述催化剂由SiO₂、Al₂O₃、助剂MgO及活性组分CuO组成，所述SiO₂∶Al₂O₃∶MgO的摩尔比为2∶0.5∶0.1，所述活性组分CuO占SiO₂的质量百分比为0～15％。催化剂的介孔孔径为3-5nm，表面积不小于300m²/g，粒度为20-200目。

催化剂的制备方法按以下步骤进行：

称取24g分子量为600的聚乙二醇溶解于50ml乙醇中，加入50ml正硅酸乙酯，形成溶液A；根据固体组成的摩尔比SiO₂∶Al₂O₃∶MgO＝2∶0.5∶0.1，以及催化剂中CuO的百分比含量X称取相应质量的镁、铝、铜的无机盐溶解于蒸馏水中形成溶液B，然后将A、B两种溶液混合搅拌2h后，在60℃条件静置凝胶，干燥后在300-600℃焙烧2-6小时，冷却至室温后粉碎至20-200目。

根据上述的催化剂制作的二元复合滤棒，由加催化剂醋酸纤维段和普通醋酸纤维段复合而成，所述加催化剂醋酸纤维段是由催化剂均匀分散在松散的醋酸纤维丝束中形成，催化剂添加量为5-30mg；

普通醋酸纤维段与加催化剂醋酸纤维段进行复合形成二元复合滤棒，复合时普通醋酸纤维段和加催化剂醋酸纤维段交替排列；且醋酸纤维段与加催化剂醋酸纤维段的长度比为1.5∶1，其中普通醋酸纤维段在滤棒的末端，加催化剂醋酸纤维段在滤棒的前端即接触烟丝。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

采用GB/T5606.5-2005标准测定，添加了本发明的催化剂的滤棒应用于卷烟，可以降低主流烟气一氧化碳释放量2-5mg/支，降低率最高可达46％。按照范围来讲，本发明的催化剂应用于卷烟中可以降低主流烟气中一氧化碳释放量20-45％。

具体实施方式：

实施例：按重量比分别称取24g分子量为600的PEG溶解于50ml乙醇中，缓慢加入50ml TEOS，形成溶液A；根据固体组成的摩尔比SiO₂∶Al₂O₃∶MgO＝2∶0.5∶0.1，分别称取41g硝酸铝(Al(NO₃)₃·9H₂O)，2.56g硝酸镁(Mg(NO₃)₂·6H₂O)溶解于40ml蒸馏水中，形成溶液B，CuO占SiO₂的质量百分比X(X＝0，5％，10％，15％)分别称取相应质量的硝酸铜(Cu(NO₃)₂·3H₂O)溶解与溶液B中，完全溶解后将A、B两种溶液混合，搅拌2h后，放入60℃烘箱中一天后形成凝胶，100℃干燥后在300-600℃焙烧2-6小时，冷却至室温后粉碎至20-200目备用。上述催化剂经氮气吸附脱附分析，结果见表1：

表1制备样品的结构参数

应用上述催化剂加工成二元复合滤棒，加料醋酸纤维段是使催化剂均匀分散在松散的醋酸纤维丝束中，并将添加了催化剂的丝束进行成型加工成指定长度的滤嘴，催化剂添加量为5-30mg。最后普通醋酸纤维段与加料醋酸纤维段进行复合制出二元复合滤嘴，复合时普通醋酸纤维段和加料醋酸纤维段交替排列。二元复合滤嘴分切用于卷烟中，其中的普通醋酸纤维段在卷烟中接触口腔，加料醋酸纤维段在卷烟中接触烟丝。其中在每支卷烟中醋酸纤维段与加料醋酸纤维段的长度比为1.5∶1。

将二元复合滤棒进行卷烟的接装，按照GB/T5606.5-2005的标准进行主流烟气中一氧化碳含量的测试。结果见表2。本发明的卷烟与对照烟相比，可以有效降低卷烟主流烟气中的一氧化碳释放量。

表2试验卷烟的检测结果

Claims (6)

1.一种降低卷烟主流烟气中一氧化碳释放量的催化剂，其特征在于所述催化剂由SiO₂、Al₂O₃、助剂MgO及活性组分CuO组成，所述SiO₂∶Al₂O₃∶MgO的摩尔比为2∶0.5∶0.1，所述活性组分CuO占SiO₂的质量百分比为0～15％。

2.根据权利要求1所述的一种降低卷烟主流烟气中一氧化碳释放量的催化剂，其特征在于，所述催化剂的介孔孔径为3-5nm。

3.根据权利要求1所述的一种降低卷烟主流烟气中一氧化碳释放量的催化剂，其特征在于，所述催化剂的比表面积不小于300m²/g。

4.根据权利要求1所述的一种降低卷烟主流烟气中一氧化碳释放量的催化剂，其特征在于，所述催化剂的粒度为20-200目。

5.根据权利要求1所述的一种降低卷烟主流烟气中一氧化碳释放量的催化剂的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：

称取24g分子量为600的聚乙二醇溶解于50ml乙醇中，加入50ml正硅酸乙酯，形成溶液A；根据固体组成的摩尔比SiO₂∶Al₂O₃∶MgO＝2∶0.5∶0.1，以及催化剂中CuO的百分比含量X称取相应质量的镁、铝、铜的无机盐溶解于蒸馏水中形成溶液B，然后将A、B两种溶液混合搅拌2h后，在60℃条件静置凝胶，干燥后在300-600℃焙烧2-6小时，冷却至室温后粉碎至20-200目。

6.根据权利要求1所述催化剂制作的二元复合滤棒，其特征在于：所述二元复合滤棒由加催化剂醋酸纤维段和普通醋酸纤维段复合而成，所述加催化剂醋酸纤维段是由催化剂均匀分散在松散的醋酸纤维丝束中形成，催化剂添加量为5-30mg；

普通醋酸纤维段与加催化剂醋酸纤维段进行复合形成二元复合滤棒，复合时普通醋酸纤维段和加催化剂醋酸纤维段交替排列；且醋酸纤维段与加催化剂醋酸纤维段的长度比为1.5∶1，其中普通醋酸纤维段在滤棒的末端，加催化剂醋酸纤维段在滤棒的前端即接触烟丝。