CN105146722A - 一种造纸法再造烟叶萃取液中Hg含量的选择性降低方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种造纸法再造烟叶萃取液中Hg含量的选择性降低方法，其特征是：将按照造纸法再造烟叶生产工艺所制备的烟草萃取液引入电渗析装置的淡化室，进行电渗析处理降低Hg含量，在降低Hg含量过程中通过淡化室内电导率的变化或者Hg的实际含量来控制脱Hg程度；同时检测淡化室内烟碱含量及有机酸总量以考察脱除汞离子的选择性。本发明不仅能有效降低Hg含量，同时可避免烟碱和烟草主要有机酸的流失，最大程度地保证了再造烟叶的吸食品质。
Description
技术领域
本发明涉及一种造纸法再造烟叶Hg含量的选择性降低方法，属于造纸法再造烟叶生产技术领域。
背景技术
近年来，随着吸烟与健康矛盾的加剧，卷烟的吸食安全性已经成为烟草科学重要的研究方向，其中烟气中的铅、砷、鎘、铬、镍、汞等重金属元素被列为霍夫曼烟气有害成分名单。因此降低烟草及烟气中的Hg含量有助于提升卷烟吸食的安全性。
造纸法再造烟叶是一种重组的均值烟草，其具有燃烧速率快、焦油释放量低、填充值高以及耐加工性能好等特点，其化学组分与物理参数的可调控性是其最为重要的特点，然而当前尚缺乏有效降低再造烟叶自身及其烟气中的重金属元素的方法。目前降低卷烟中的Hg含量主要有吸附法、离子交换法等。中国专利CN103874432A公布了选择霍夫曼分析物模板分子制成分子印迹聚合物，从而用于分离烟气中的霍夫曼分析物，其中就包括汞，虽然可以实现重金属汞和其它风味物质的选择性分离，但需要针对不同类别的物质制作不同的分子印迹聚合物，操作繁琐，实施困难。中国专利CN102960850A公布了将改性后的红沸石用于造纸法烟草薄片抽提液中，利用红沸石与重金属进行离子交换，从而降低烟草薄片抽提液中重金属离子的含量，但没有给出具体重金属元素的去除效率。重金属的有效脱除方法还包括絮凝法、氧化还原法、电解法、溶剂萃取分离法、电渗析法以及新兴的生物处理技术等，其中絮凝法、氧化还原法、电解法、溶剂萃取分离法需要在待提纯溶液中加入其它化学物质，不适用于作为烟草萃取液中重金属离子的提纯技术；吸附法和离子交换法的处理效率有限；生物处理技术操作比较复杂，处理难度较大；而电渗析法具有能量消耗低、操作维修方便、环境污染小、步骤简单、处理周期短等优点，比较适于烟草萃取液中重金属离子的去除。关于用电渗析法去除烟草中汞的专利目前还未见报道。此外，电渗析技术作为一种高效的脱盐手段，其对烟草水提物中的离子化合物的脱除效率也较高，如CN103082394A、CN103330277A以及US4302308A、US4253929利用电渗析方法去除烟草提取液或再造烟叶萃取液中的氯离子、硝酸根离子。烟草萃取液中含有非离子型有效组分(如：果糖、葡萄糖、果胶等)和离子型有效组分(如烟碱)，其中烟碱是烟草最为重要的功效成分。虽然普通的电渗析技术可实现氯离子、硝酸根等离子化合物相对于非离子型化合物的选择性去除，但通常也导致烟草离子型有效组分(烟碱和有机酸)的大量流失，这必将导致卷烟吸食品质下降。向海英等使用IONSEPTM离子交换膜去除氯离子的同时，发现烟碱也降低50％以上(烟梗提取液中氯离子的电渗析法脱除，烟草科技，2015，1:72-75)。因此，在提高烟草萃取液中离子脱除效率的同时，如何有效保留烟草的有效成分(烟碱和有机酸)是电渗析处理烟草萃取液亟待解决的关键问题，也是电渗析技术在造纸法再造烟叶生产中应用的技术关键。
发明内容
本发明是针对上述现有电渗析技术所存在的烟碱大量流失问题而研制的一种生产工艺简单、可控性强的Hg选择性调控方法，可广泛应用于造纸法再造烟叶萃取液中，使Hg含量选择性降低，并有效避免烟碱和有机酸的流失，在降低Hg含量的同时，显著提高造纸法再造烟叶吸食品质。
本发明通过一价阴离子选择性透过膜的使用高效降低烟草萃取液中Hg含量，并有效避免了烟碱和有机酸的流失，实现了Hg含量降低的选择性。
本发明解决技术问题，采用如下技术方案：
本发明造纸法再造烟叶萃取液中汞离子的选择性调控方法，其特征是：
a、将按照造纸法再造烟叶生产工艺所制备的烟草萃取液引入电渗析装置的淡化室，并在浓缩室中加入水或电解质；所述烟草萃取液的固形物含量为7-10％。
所述电渗析装置的阴离子交换膜为一价阴离子选择性透过膜，阳离子交换膜优选均相阳离子交换膜。
按照造纸法再造烟叶生产工艺制备烟草萃取液的步骤为：将造纸法再造烟叶原料(烟梗烟叶和/或烟末)加入搅拌罐中，加入4-10倍重量的水，搅拌提取1小时，使用双螺旋挤浆机进行固液分离，所得到的烟草水溶液经过80-120目的振筛粗过滤，再在2500-3500rmb转速条件下离心分离，清液即为电渗析处理所需的烟草萃取液。
b、在恒定电流条件下对烟草萃取液进行电渗析处理脱除Hg离子，即进行脱汞处理；电渗析处理的流量为4-8L/min；恒定电流密度为10-20mA/cm2。
c、在脱汞处理过程中通过淡化室内电导率的变化或者Hg的实际含量来控制处理程度；同时检测淡化室内烟碱含量及有机酸总量(包括柠檬酸、草酸和苹果酸)以考察脱汞处理的选择性；
d、将脱汞后的烟草萃取液按照造纸法再造烟叶生产工艺继续进行处理，用于再造烟叶的加工。
通常状况下，烟草提取液呈酸性，其pH范围约为4.5-6.5，其中的烟碱主要以一价盐的形态存在。从理论上来说，烟碱可通过一价选择性离子交换膜，但实验发现：电渗析过程中烟碱并不通过一价阴离子选择性透过膜，这主要可能是因为烟碱阴离子的离子水合半径大，一价阴离子选择性透过膜对其有物理选择性。从而，本发明可以通过一价阴离子选择性透过膜的使用，高效降低烟草萃取液中Hg含量，并有效避免了烟碱和有机酸的流失，实现了Hg含量的选择性降低。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明不仅能有效降低Hg含量，同时可避免烟碱和烟草主要有机酸的流失，提升造纸法再造烟叶萃取液的品质，最大程度地保证了再造烟叶的吸食品质。
2、本发明生产工艺简单、可控性强、质量稳定，可广泛应用于造纸法再造烟叶萃取液中Hg含量的选择性降低。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明
实施例1：
以烟叶为原料制备烟草萃取液，将500mL固形物含量为7％的烟草萃取液装入安装有10对离子交换膜(其中阴膜为SelemionTM一价阴离子选择性透过膜，阳膜为SelemionTM一价阳离子选择性透过膜，有效面积为1平方米)的电渗析装置的淡化室中，并在浓缩室中加入500mL的自来水；在15mA/cm2的恒定电流密度条件下、5L/min的流量下进行电渗析处理40min。
经测试，处理后淡化室中烟草萃的电导率由初始的15.37mS/cm降低至8.03mS/cm。
在安装有10对普通离子交换膜(阴离子交换膜为均相阴离子交换膜CJA-2，阳离子交换膜为均相阳离子交换膜CJC-2，合肥科佳高分子材料科技有限公司制造)的电渗析装置中进行相同烟草萃取液的电渗析处理对比试验，试验参数除所用离子交换膜不同外，其它参数均相同。
经两种膜堆处理后，淡化室内烟草萃取液的化学分析结果见表1，结果表明：与普通的离子交换膜相比，一价离子选择性透过膜在实现Hg含量显著减少的前提下，可大幅提高Hg含量相对于烟碱的选择性，避免了烟碱的大量流失，同时有机酸(主要包括柠檬酸、草酸和苹果酸)也得到了较好的保留。
由使用两种电渗析膜堆处理后的烟草萃取液制备的造纸法再造烟叶的评价结果表明：与使用普通均相离子交换膜的非选择性去除对照相比，经一价离子选择性透过膜选择性去除后的造纸法再造烟叶的吸食劲头和燃烧速率都显著提升，且感官品质整体得到改善。
表1
实施例2：
以烟梗为原料制备烟草萃取液，将500mL固形物含量为8％的烟草萃取液装入安装有10对离子交换膜(其中阴膜为SelemionTM一价阴离子选择性透过膜；阳离子交换膜为CJC-2均相阳离子交换膜，合肥科佳高分子材料科技有限公司制造)的电渗析器淡化室中；浓缩室中加入500mL的1.0mol/L的硫酸钠作为起始电解质；在12mA/cm2的恒定电流密度条件下进行电渗析处理35min。经测试，处理后淡化室中烟草萃取液的电导率由初始的16.28mS/cm降低至4.98mS/cm。
在安装有10对普通离子交换膜(阴离子交换膜为均相阴离子交换膜CJA-2，阳离子交换膜为均相阳离子交换膜CJC-2，合肥科佳高分子材料科技有限公司制造)的电渗析器中进行相同烟草萃取液的电渗析处理对比试验，试验参数除离子交换膜外，其它参数均相同。
经两种膜堆处理后，淡化室内烟草萃取液的化学分析结果见表2，结果表明：与普通的均相阴离子交换膜相比，一价阴离子选择性透过膜在实现Hg含量显著减少的前提下，可大幅提高Hg含量相对于烟碱的选择性，避免了烟碱的大量流失，同时有机酸也得到了较好的保留。
由使用两种电渗析膜堆处理后的烟草萃取液制备的造纸法再造烟叶的评价结果表明：与使用普通均相阴离子交换膜的Hg离子非选择性去除对照相比，经一价阴离子选择性透过膜选择性去除后的造纸法再造烟叶的吸食劲头显著提升，且余味和刺激性等感官指标得到提高。
对比实施例1和实施例2还可知，在电渗析装置的阴离子交换膜选用一价阴离子选择性透过膜的情况下，阳离子交换膜选用均相阳离子交换膜比选用一价阳离子选择性透过膜的效果更好些，较一价阳离子选择性透过膜，均相阳离子交换膜的使用可提高Hg的脱除率及其选择性。
表2
Claims (4)
1.一种造纸法再造烟叶萃取液中Hg含量的选择性降低方法，其特征是：
a、将按照造纸法再造烟叶生产工艺所制备的烟草萃取液引入电渗析装置的淡化室，并在浓缩室中加入水或电解质；所述电渗析装置的阴离子交换膜为一价阴离子选择性透过膜；
b、在恒定电流密度条件下对烟草萃取液进行电渗析处理脱除Hg离子，即进行脱汞处理；
c、在脱汞处理过程中通过淡化室内电导率的变化或者Hg的实际含量来控制脱汞程度；同时检测淡化室内烟碱含量及有机酸总量以考察脱汞处理的选择性；
d、将脱汞后的烟草萃取液按照造纸法再造烟叶生产工艺继续进行处理，用于再造烟叶的加工。
2.根据权利要求1所述的造纸法再造烟叶萃取液中Hg含量的选择性降低方法，其特征是：所述烟草萃取液的固形物含量为7-10％。
3.根据权利要求1所述的造纸法再造烟叶萃取液中Hg含量的选择性降低方法，其特征是：所述电渗析装置的阳离子交换膜为均相阳离子交换膜。
4.根据权利要求1所述的造纸法再造烟叶萃取液中Hg含量的选择性降低方法，其特征是：步骤b中所述电渗析处理的流量为4-8L/min；恒定电流密度为10-20mA/cm2。
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