烟梗基改性多孔材料的制备及在卷烟中的应用

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　　摘要：以烟梗提取后残渣为原料，先发酵预处理，微波干燥后制粒，经半碳化、KOH改性制备出一种新型改性多孔材料。采用扫描电镜、比表面积及孔隙分析仪对半碳化多孔材料表面形貌、比表面积及孔隙结构进行表征。结果表明，材料表面是以大量空腔和孔洞为主多孔形貌，并具有较高的比表面积和孔容;将改性多孔材料添加到卷烟滤棒中进行卷烟应用分析，发现改性多孔材料复合滤棒不仅可以降低卷烟主流烟气中的焦油和7种有害物质的含量，还可以使烟气更柔和、细腻。
　　关键词：烟梗;残渣;改性;多孔材料;吸附;感官质量
　　中图分类号：TS452+4         文献标识码：A
　　文章编号：0439-8114（2019）23-0168-03
　　DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.23.042           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　Preparation of tobacco stem based modified porous materials
　　and application in cigarette smoke
　　ZHANG Ling，YANG Jian-yun，ZHU Long，TIAN Meng-yu，ZHANG Wei，TANG Dan-yu，
　　GAO Rui，LI Zhen-jie，ZHAO Ying-liang，WEI Ke-yi
　　（China Tobacco Yunnan Industrial Co.，Ltd.，Kunming 650231，China）
　　Abstract： Using the residue of tobacco stem which had extracted as material，a new modified porous material was prepared by fermentation pretreatment， microwave drying and granulation， semi-carbonation and KOH modification. The surface morphology， specific surface area and pore structure of semi-carbonized porous materials were characterized by scanning electron microscope （SEM）， specific surface area and pore analyzer. The results showed that the surface of the modified porous materials was typical porous structure which mainly was based on a large number of cavities and pores. The material had high specific surface area and pore volume. Compared to the control cigarettes， the filter rod with modified porous material can reduce the tar and the seven hazardous substances of the cigarette smoke. The sensory quality showed that the material could make the cigarette smoke soften and finer.
　　Key words： tobacco stem; residue; modification; porous material; adsorption; sensory quality
　　多孔材料具有可觀的比表面积和丰富的孔结构，吸附能力强，广泛应用于污水处理、空气净化等[1]。常用的多孔材料有活性碳、海泡石、分子筛、沸石等[2，3]，另外还有针对某种组分选择性吸附而研制的多孔材料[4]。对于以生物质制备活性碳材料已多有报道，徐仁扣等[5]以稻壳、花生壳、大豆秸秆等制得对亚甲基蓝具有较强吸附性能的生物质碳;Alabadi等[6]以淀粉和明胶为原料采用干法化学改性制备出具有较好CO2吸附能力的活性碳;Dawson等[7]以椰壳为原料，采用氢氧化钠水溶液改性制备出具有一定比例微孔和介孔的活性碳。
　　随着消费者健康意识的提高，低危害卷烟也随之成为烟草行业必然的发展趋势。低危害卷烟通常采用掺配烟草薄片、掺配膨胀烟丝和膨胀梗丝、滤棒打孔通风稀释、滤棒中添加吸附材料、应用高透气度卷烟纸等方法来实现降焦减害。其中，在嘴棒中添加吸附材料是一种比较直接、有效的方法，近年来国内外烟草行业对滤棒添加的吸附材料进行了大量的研究。目前活性碳是应用最广泛且最有效的一种卷烟滤嘴添加剂，在降焦减害方面具有较好的效果，但同时也存在一些缺点，即活性碳对卷烟吸食口感有影响[8]。
　　为改善滤棒吸附材料对卷烟抽吸品质的影响，研究者们将吸附材料的原料转移到了环境友好的天然香料植物，将其粉碎后直接制备成一定粒度的颗粒材料[9-11]，并应用于卷烟滤棒中，虽有不同程度的增香作用，但其降焦减害效果不是很明显。目前对于该类材料的研究主要集中于特色的单种植物材料，而以植物提取后的残渣制备半碳化改性多孔材料还少见报道。本文选择以烟梗提取后的残渣为原料，将其发酵预处理，微波干燥后经半碳化、KOH改性制备出一种半碳化多孔材料。采用SEM、BET、FTIR方法测定材料表面结构和特性，研究改性多孔材料对烟气有害成分的吸附效果。该多孔材料原料来源广泛，成本低廉，制备工艺简单易操作，对卷烟烟气有选择性的吸附过滤作用，具有较强的工业应用前景。 　　2）改性多孔材料因具有多孔特性和弱碱性，对卷烟的7种有害物质中的苯酚、B（a）P和HCN具有较好的降低作用，特别是对苯酚的降低较为显著。经分析，改性多孔材料丰富的-OH和-CH等官能团可与酚类物质发生氢键作用或是改变表面极性，增加对苯酚的活位点，因此显著降低了烟气中的苯酚含量。
　　3）经卷烟感官评价，改性多孔材料复合滤嘴与对照样相比，其感官评吸得分提高了1.21分，且在保持卷烟风格不变的同时，烟气更加柔和、细腻。
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