[发明专利]一种氧化石墨表面接枝Schiff碱化合物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化石墨表面接枝Schiff碱高分子化合物及其制备方法和应用，属于新型卷烟降焦和降重金属吸附材料领域。

背景技术

卷烟烟气中的重金属主要来源于烟草本身，而烟草中的重金属元素主要来源于烟草种植环境中含有重金属污染的土壤、水和空气等。烟草中的铅、砷、镉、铬、汞等重金属元素能以气溶胶或金属氧化物的形式通过烟气进入人体，在形成累积后，可能给人体造成伤害。研究发现一支卷烟的烟气中，最容易被吸收的重金属是镉。对于烟草中重金属含量的控制，目前主要采用两种思路，一方面是对烟叶产地环境重金属的有效控制，研究的重点集中在烟叶品种筛选和生物技术方面。产烟区土壤中重金属的含量及存在形态直接影响着烟叶对重金属的吸收率,一般土壤中可溶性重金属的含量越高,烟叶对重金属的吸收率也越高,其吸收率受到土壤pH、粘粒、有机质和阳离子代换量等因素的影响。另一方面是在卷烟生产过程中采用一些技术来降低主流烟气中重金属含量，研究的重点集中在滤嘴吸附截留技术。一般认为滤嘴可吸附烟气中的重金属颗粒物,减少其对人体的危害。现在已研制出活性炭滤嘴及其它一些效果较好的新型复合滤嘴，对有毒有害的微量元素(镉、镍、砷)及有机化合物等具有吸附作用，有研究结果表明活性炭滤嘴对Cd、Ni和As的吸附能力分别为醋酸纤维滤嘴的4.25、3.58和1.61倍,吸附效果明显增强。醋酸纤维与黄苓制备的复合滤嘴，能有效减少香烟主流烟气中镉和铅的诱变物，对于减少吸烟者吸入重金属铅、镉的累积接触剂量与在肺内沉积具有积极意义。此外，含壳聚糖的活性炭复合滤嘴对烟气中的重金属和其他有害物质有着更强的选择吸收能力。周国俊等的研究结果表明，将叶绿素铜和叶绿酸钠中的一种或者两种加入到醋酸甘油三酯，喷洒到丝束中，或者制备成40-80目颗粒添加到嘴棒中，能够有效截留重金属。王莹等的研究表明，碳纳米管对Cd、Pb等重金属有比较强的选择性吸附作用。但是现有技术中的这些重金属吸附剂的添加量大，且吸附效果不明显。

发明内容

本发明针对现有技术中的重金属吸附剂的存在添加量大，且吸附效果不明显的缺陷，目的是在于提供一种对卷烟烟气中重金属具有吸附容量大、吸附作用强的氧化石墨表面接枝Schiff碱化合物。

本发明的第二个目的是在于提供一种所述的氧化石墨表面接枝Schiff碱化合物的应用，将少量氧化石墨表面接枝Schiff碱化合物添加在卷烟滤棒中，就可达到有效选择性降低卷烟烟气中的重金属释放量的作用。

本发明的第三个目的是在于提供一种过程简单、易操作制备所述的氧化石墨表面接枝Schiff碱化合物的方法，该方法有利于工业化生产。

本发明提供了一种氧化石墨表面接枝Schiff碱化合物，该化合物是由氧化石墨表面接枝具有式1结构的基团构成；

其中，n为2～4；

R为或取代基团中一种；

R₁、R₂和R₃各自独立地选自氢原子、甲基或叔丁基中一种。

优选的氧化石墨表面接枝Schiff碱化合物，R₁和R₂为相同取代基团。

所述的氧化石墨是由改进Hummers法氧化鳞片石墨制得。

所述的改进Hummers法氧化鳞片石墨是将鳞片石墨分散在硫酸溶液中，先用鳞片石墨质量3～4倍的KMNO₄在不大于5℃的条件下氧化1～2h后，升温到30～40℃继续氧化1.5～2.5h，再用双氧水溶液在90～100℃进一步氧化，直到反应液变成金黄色。

本发明还提供了一种所述的氧化石墨表面接枝Schiff碱化合物的应用，该应用是将所述的氧化石墨表面接枝Schiff碱化合物作为吸附剂添加在卷烟滤棒中应用于选择性降低卷烟主流烟气中重金属的释放量。

所述的氧化石墨表面接枝Schiff碱化合物在卷烟滤棒中的添加量为1～10mg/支；优选为2～6mg/支。

所述的氧化石墨表面接枝Schiff碱化合物添加在卷烟二元复合滤棒的靠近烟丝段，或者三元复合滤棒的中间段。

本发明还提供了一种所述的氧化石墨表面接枝Schiff碱化合物的制备方法，该制备方法是，将鳞片石墨采用改进hummers法氧化成表面含羧基的氧化石墨，再将含羧基的氧化石墨和脂肪烃二胺进行酰胺化反应，得到氧化石墨表面接枝氨基化合物；所得氧化石墨表面接枝氨基化合物和具有式2结构的Schiff碱发生取代反应，即得；所述的脂肪烃二胺包括乙二胺、1,3-丙二胺或1,4-丁二胺；