降低卷烟烟气中醛类物质的改性硅胶颗粒及其制备方法技术

本发明专利技术提供了降低卷烟烟气中醛类物质的改性硅胶颗粒及其制备方法，具体涉及一种可降低卷烟烟气中醛类物质含量的改性硅胶颗粒，其表面经硅烷偶联剂处理形成含有氨基的单分子层，所述改性硅胶颗粒添加在卷烟滤棒丝束基材中能够有效降低醛类物质尤其是巴豆醛的含量，对于降低卷烟危害性，提升卷烟抽吸品质具有重要作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卷烟材料领域，具体涉及一种降低卷烟烟气中醛类物质的改性硅胶颗粒及其制备方法。
技术介绍
硅胶是具有固体特性的一种胶态体系，其由形成凝集结构的胶体粒子构成。胶体粒子是多硅酸的缩聚物，属于非晶态物质。胶体粒子集合体的间隙形成了硅胶颗粒内部的微孔隙结构。因此，硅胶是一种具有丰富的微孔结构，高比表面积、高纯度以及高活性的优质的吸附材料。其中柱层层析硅胶主要用于石油产品精制，脱除芳烃物质或用于中草药有效成分的分离提纯，高纯物质的制备等。卷烟滤嘴作为卷烟的一个重要组成部分，可以截留、吸附、去除或稀释来自叶组端的主流烟气，有效降低卷烟主流烟气中的有害成分，成为行业内卷烟降害的有效途径，也是技术创新的突破口。专利CN103752260A以120～300目的微粉硅胶粉末为原料，羧甲基淀粉钠作为粘合剂，采用流化床顶喷工艺制备得到微粉硅胶多孔颗粒，该颗粒能够选择性吸附卷烟烟气中的氰化氢。专利CN103120927A公开了一种氨基功能化硅胶吸附材料制备及其应用，其采用浸渍法将有机物中的氨基官能团负载在介孔硅胶的内表面，该复合材料中有机胺有效负载量在20～60％之间，能够满足工业过程二氧化碳气体捕集对吸附剂材料的要求。专利CN104026736A公开了一种有序介孔二氧化硅颗粒的减害型二元复合滤棒，包括滤芯(1)和包裹在所述滤芯(1)上的包裹层，所述滤芯为二元复合滤芯，是由醋酸纤维段(1a)和有序介孔二氧化硅颗粒醋酸纤维段(1b)相间接合构成。但通过硅胶表面改性以实现选择性吸附醛类物质仍鲜有报道。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人经过大量实验发现对柱层析用硅胶作表面改性处理并将之应用于卷烟滤棒中，可选择性吸附主流烟气中醛类物质尤其是巴豆醛的含量，本专利技术即是基于以上发现而完成。本专利技术的第一方面提供一种改性硅胶颗粒，其表面具有氨基烃基的单分子层。在本专利技术的一个实施方案中，所述氨基烃基为氨基烷基，例如为氨基C1-6烷基、氨基C1-3烷基；优选地，所述氨基烷基选自氨甲基、1-氨乙基、2-氨乙基、1-氨丙基、2-氨丙基和3-氨丙基。在本专利技术的一个实施方案中，所述硅胶颗粒表面经硅烷偶联剂处理形成表面具有氨基烃基的单分子层。在本专利技术的一个实施方案中，所述硅胶颗粒与氨基烃基通过-Si-O-键连接。在本专利技术的一个实施方案中，所述硅烷偶联剂选自氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、2-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷和氨乙基氨丙基甲基二甲氧基硅烷。本专利技术第一方面任一项的改性硅胶颗粒，其含氮量为1-4％。本专利技术第一方面任一项的改性硅胶颗粒，其堆积体积为2cm3/g。本专利技术第一方面任一项的改性硅胶颗粒，其为60-80目。本专利技术第二方面提供本专利技术第一方面任一项所述改性硅胶颗粒的制备方法，其包括以下步骤：(1)将硅胶颗粒与硅烷偶联剂反应，得到偶联后的硅胶颗粒；(2)将上述偶联后的硅胶颗粒加入稀酸处理，过滤，并分别用碱液、水和醇洗涤；(3)将洗涤后的硅胶颗粒干燥，即得所述改性硅胶颗粒；任选地，硅胶颗粒与硅烷偶联剂反应前还包括活化硅胶颗粒的步骤。本专利技术第二方面任一项的方法，其特征在于以下的一项或多项：1)步骤(1)中硅胶颗粒与硅烷偶联剂溶液的体积比为1：(1.5-3)；2)步骤(1)中硅烷偶联剂的浓度为5-30％，优选10-20％，更优选10％；3)步骤(1)中反应温度为60-80℃或回流；4)步骤(1)中反应时间为6-8小时；5)步骤(1)中反应完毕的硅胶颗粒还经冷却、过滤的操作；6)步骤(2)中所述稀酸为5％-15％的醋酸，例如5％；7)步骤(2)中硅胶颗粒与稀酸的体积比为1：(1.5-2)，例如1:2；8)步骤(2)中稀酸处理时间为2-4小时；9)步骤(2)中所述碱液质量分数为1％-15％(例如10％)，优选地，所述碱液选自NaHCO3溶液、KHCO3溶液、Na2HPO4溶液等；10)步骤(2)中碱液、水洗涤操作分别使滤液呈碱性和中性；11)步骤(2)中所述醇选自甲醇、乙醇和异丙醇；12)步骤(3)中干燥温度为100-120℃；13)硅胶颗粒活化方法为：用1.5-3倍体积的浓度为1-5％的十二烷基磺酸钠溶液室温处理0.5-2小时，过滤，100-120℃干燥，即得。在本专利技术的一个实施方案中，所述硅烷偶联剂选自氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、2-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷和氨乙基氨丙基甲基二甲氧基硅烷。本专利技术第三方面提供一种卷烟滤棒或单元滤棒，其包含本专利技术第一方面任一项所述的改性硅胶颗粒。本专利技术第三方面任一项的卷烟滤棒或单元滤棒，其由所述改性硅胶颗粒添加在滤棒丝束基材中而制成。本专利技术第三方面任一项的卷烟滤棒或单元滤棒，所述改性硅胶颗粒的添加量为1-3mg/mm，优选1mg/mm、2mg/mm和3mg/mm。本专利技术第四方面提供一种复合滤棒，其由本专利技术第三方面任一项的卷烟滤棒或单元滤棒与醋纤单元滤棒或沟槽单元滤棒复合而成。本专利技术第五方面提供本专利技术第一方面任一项的改性硅胶在降低卷烟烟气中醛类物质中的用途。在本专利技术的一个实施方案中，所述醛类物质选自甲醛、乙醛、丙醛、丙烯醛、丁醛、巴豆醛，优选巴豆醛。本专利技术第六方面提供一种降低卷烟烟气中醛类物质的方法，其包含向卷烟滤棒中添加本专利技术第一方面任一项所述的改性硅胶颗粒的步骤。以下对本专利技术各个方面的特点作进一步的描述。在本专利技术的实施方案中，如无特别说明，浓度均指质量浓度。本专利技术的改性硅胶颗粒其表面偶联有氨基烃基的单分子层，所述单分子层上的氨基作为选择性吸附卷烟烟气中醛类气体物质的主要官能团。对于携带氨基的烃基部分，优选烷基，例如C1-6烷基，例如C1-3烷基。这主要是出于市场易得性和可操作性等方面的考虑，当然基于本专利技术的思想，对于其它可提供氨基的基团也在本专利技术的保护之列，只要其能实现本专利技术所述的技术效果。在本专利技术的一个实施方案中，所述单分子层通过硅烷偶联剂与硅胶表面的羟基脱水形成的。因此，在本专利技术的一个实施方案中，所述硅胶与单分子层中的氨基烃基是通过-Si-O-键连接的。本领域技术人员对硅烷偶联剂的偶联机理主要提出了化学键合和物理吸附解释。其中化学键合模型对硅烷偶联剂的作用过程提出了四步反应模型，即(1)与Si相连的3个Si-X基水解成Si-OH；(2)Si-OH之间脱水缩合成含Si-OH的低聚硅氧烷；(3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性硅胶颗粒，其表面具有氨基烃基的单分子层。

【技术特征摘要】
1.一种改性硅胶颗粒，其表面具有氨基烃基的单分子层。
2.权利要求1的改性硅胶颗粒，其中所述氨基烃基为氨基烷基，
例如为氨基C1-6烷基、氨基C1-3烷基；优选地，所述氨基烷基选自氨
甲基、1-氨乙基、2-氨乙基、1-氨丙基、2-氨丙基和3-氨丙基。
3.权利要求1的改性硅胶颗粒，其含氮量为0.5-5％，优选0.8-5％，
更优选1-4％。
4.权利要求1的改性硅胶颗粒，其堆积体积为2cm3/g。
5.权利要求1的改性硅胶颗粒，其为60-80目。
6.权利要求1-5任一项所述的改性硅胶颗粒的制备方法，其包括
以下步骤：
(1)将硅胶颗粒与硅烷偶联剂反应，得到偶联后的硅胶颗粒；
(2)将步骤(1)所得的偶联后的硅胶颗粒加入稀酸处理，过滤，
并分别用碱液、水和醇洗涤；
(3)将洗涤后的硅胶颗粒干燥即得所述改性硅胶颗粒；
任选地，硅胶颗粒与硅烷偶联剂反应前还包括活化硅胶颗粒的步
骤。
7.权利要求6的方法，所述硅烷偶联剂选自氨丙基三乙氧基硅烷、
氨丙基三甲氧基硅烷、2-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷和氨乙基氨丙基
甲基二甲氧基硅烷。
8.权利要求6的方法，其特征在于以下的一项或多项：
1)步骤(1)中硅胶颗粒与硅烷偶联剂溶液的体积比为1：(1.5-3)；
2)步骤(1)中硅烷偶联剂的浓度为5-30％，优选10-20％，更
优选10％；
3)步骤(1)中反应温度为60-80℃或回流；
4)步骤(1)中反应时间为6-8小时；

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建荣，余玉梅，黄朝章，李桂珍，刘雯，林凯，熊珊珊，尧珍玉，沈靖轩，肖维毅，
申请(专利权)人：福建中烟工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：福建;35