介孔固体碱、介孔功能材料的制备方法技术

一种介孔固体碱、功能材料，其特征是含有稀土金属或过渡金属原子的、孔径为４～１０ｎｍ介孔硅分子筛，具有９．３～２２．５碱强度的介孔硅分子筛。本发明专利技术的介孔固体碱、功能材料可以用作降低卷烟烟气中亚硝胺含量的烟丝添加剂。烟丝中添加本发明专利技术的介孔固体碱、功能材料后，卷烟的阴燃烟气中亚硝基化合物总含量减少３０～４７％。本发明专利技术公开了其制法。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功能介孔分子筛材料。卷烟燃烧产生的N-亚硝基化合物(以亚硝胺为代表)具有强烈的致癌性，直接散布于人群之中，污染环境并伤害公众健康，因此卷烟降害已经成为生态保护中亟待解决的问题。使用分子筛作为添加剂选择性去除卷烟烟气中的致癌物是个引人注目的新举措。本专利技术的技术方案如下一种介孔固体碱、功能材料，它是含有稀土金属或过渡金属原子的、孔径为4～10nm的介孔硅分子筛，具有9.3～22.5的碱强度介孔硅分子筛。上述的介孔固体碱、功能材料，它含有的稀土金属或过渡金属可以是镁、钙、铜、锌、铁、铬、镍、钼或锰等金属。优选的是镁、铜、锌、铁、铬或镍。上述的介孔固体碱、功能材料，它的含碱量为0.01～12mmol/g。一种制备上述介孔固体碱、功能材料的方法，它由下列步骤组成步骤一、将稀土金属或过渡金属的含氧酸盐溶于水，得到溶液1，步骤二、将P123(EO20PO70EO20)溶解在2M的盐酸中，使溶液保持pH小于2，得到溶液2，步骤三、将溶液1和溶液2混合均匀，以正硅酸乙酯(TEOS)与P123的物质的量之比为1∶0.02，在25～80℃下边搅拌边缓慢加入正硅酸乙酯，继续搅拌，在密闭容器内于80～120℃静置，然后将混合物中的液体蒸干，在500～600℃焙烧，即得本专利技术的介孔固体碱、功能材料。上述的制备方法的步骤一中的含氧酸盐可以是乙酸、盐硝酸盐、碳酸盐、柠檬酸盐或苹果酸盐等可溶性盐。优选的是乙酸盐或硝酸盐。本专利技术的介孔固体碱、功能材料可以用作降低卷烟烟气中亚硝胺含量的烟丝添加剂。烟丝中添加本专利技术的介孔固体碱、功能材料后，卷烟的阴燃烟气中亚硝基化合物总含量减少30～47％。本专利技术的介孔固体碱、功能材料，将分子筛的“合成”与“改性”结合在一起，在分子筛合成的过程里同时完成其“改性”处理，从而直接合成出介孔分子筛功能材料。在SBA-15的强酸性合成条件下，加入醋酸镁等易分解的碱土金属或过渡金属含氧酸盐作为改性剂，通过原位镀饰的方法吸附/沉积在合成产物微粒的表面。在随后的溶液蒸发、干燥和焙烧过程中，形成高分散的金属氧化物类纳米粒子。本专利技术的制备介孔固体碱、功能材料的方法，不仅直接在强酸溶液里合成出固体强碱新材料，而且达到“快速、高效、简便和环境友好”等要求。本专利技术的方法利用某些含氧酸盐类不干扰强酸性合成体系、却易分解成碱性氧化物的特点，将它们以助剂形式“无害地”加入合成体系、在溶液中悄然吸附/沉积于硅分子筛表面上，但是在样品焙烧时却能立即转变成强碱或超强碱材料。这种需要焙烧才“活化”的固体碱材料，平时可以不转变成碱而避免大气中水汽、二氧化碳对碱位的毒害，在使用前只要一焙烧即可显示强碱性；给储存和运输带来极大的便利，有利于在工业上的应用。本专利技术的介孔固体碱、功能材料是一种碱强度(H-)可以高达22的高比表面的介孔固体碱、功能材料，孔径为4-10nm，其中包含高分散的过渡金属氧化物如氧化铜、氧化锌等纳米粒子。它可以用作催化新材料或者烟草降害高效新添加剂。它作为烟草添加剂其特点在于在添加量为3wt.-％左右，就能明显降低卷烟烟气中的N-亚硝基化合物总量。具体实施例方式实施例1.介孔固体碱、功能材料的合成室温下，一定量的醋酸镁完全溶解在15g H2O中，同时将2g P123(EO20PO70EO20)溶解在60g 2M的HCl里，两份溶液混合后，在25℃下边搅拌边缓慢加入4.25g正硅酸乙酯(TEOS)，25℃下继续搅拌24h，随后于80℃静置24h。取出后，将混合物中的液体在80℃下蒸干，得到的白色样品于80℃干燥后焙烧。产物先在氮气流中于500℃焙烧1h，接着在空气流中500℃焙烧5h，所得样品记作X％MgO/SBA，X表示MgO在样品中的百分比含量。不同的MgO负载量下，合成体系的物质的量之比如下10％1 TEOS∶0.02 P123∶6 HCl∶0.2 Mg(OAC)2∶192 H2O；20％1 TEOS∶0.02 P123∶6 HCl∶0.4 Mg(OAC)2∶192 H2O；30％1 TEOS∶0.02 P123∶6 HCl∶0.6 Mg(OAC)2∶192 H2O。所得到的白色产品样品经X射线衍射(XRD)和电子显微镜及低温氮吸附等技术确认为SBA-15介孔分子筛，其孔结构和碱性数据列在下列表1和表2中。表1 直接法合成的MgO/SBA的孔道结构数据比表面 孔体积 孔径*晶胞常数 壁厚样品(m2/g) (cm3/g)(nm)a0(nm)(nm)SBA-15 902 1.258.8 11.9 3.110％MgO/SBA 629 0.999.0 11.7 2.720％MgO/SBA 481 0.839.1 11.9 2.830％MgO/SBA 336 0.639.0 11.4 2.4*由氮气吸附等温线的吸附支计算出。表2 直接法合成的MgO/SBA样品的碱量碱量(mmol/g)样品 理论值滴定法 碱强度(A) (B)SBA-15---- --------10％MgO/SBA5.00 3.1422.520％MgO/SBA10.006.6922.530％MgO/SBA15.0012.06 22.5 实施例2.介孔固体碱、功能材料的合成室温下，一定量的硝酸铜完全溶解在15g H2O中，同时将2g P123(EO20PO70EO20)溶解在60g 2M HCl，两份溶液混合后，在50℃下边搅拌边缓慢加入4.25g正硅酸乙酯，50℃下继续搅拌24h，随后于密闭容器内100℃静置24h。取出后，将混合物中的液体在80℃下蒸干，得到的白色样品于80℃干燥后焙烧得到灰褐色合成产品。所得产物先在氮气流中于550℃焙烧1h，接着在空气流中550℃焙烧5h，所得样品记作X％CuO/SBA，X＝1，3，5和10。1％1 TEOS∶0.02 P123∶6 HCl∶0.008Cu(NO3)2∶192 H2O；3％1 TEOS∶0.02 P123∶6 HCl∶0.023Cu(NO3)2∶192 H2O；5％1 TEOS∶0.02 P123∶6 HCl∶0.039Cu(NO3)2∶192 H2O；10％1 TEOS∶0.02 P123∶6 HCl∶0.081Cu(NO3)2∶192 H2O。所得样品经X射线衍射(XRD)和电子显微镜及低温氮吸附等技术确认为SBA-15介孔分子筛，其孔结构数据列在下列表3中。表3 水热合成的CuO/SBA其孔道结构数据比表面 孔体积 孔径*晶胞常数a0样品壁厚(nm)(m2/g) (cm3/g)(nm)(nm)SBA-159021.258.8 11.9 3.11％CuO/SBA8441.178.6 11.6 3.03％CuO/SBA8161.119.2 11.7 2.55％CuO/SBA7061.049.2 11.7 2.5*由氮气吸附等温线的吸附支计算出。实施例3.介孔固体碱、功能材料的合成室温下，一定量的醋酸锌完全溶解在15g H2O中，同时2g P123(EO20PO70EO20)溶解在60g 2M HCl，两份溶液混合后，在50℃下边搅拌边缓慢加入4.25g正硅酸乙酯，50℃下继续搅拌24h，随后于100℃静置2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种介孔固体碱、功能材料，其特征是含有稀土金属或过渡金属原子的、孔径为４～１０ｎｍ的介孔硅分子筛，具有９．３～２２．５的碱强度介孔硅分子筛。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱建华，王英，魏一伦，徐杨，王一萌，吴正颖，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]