[发明专利]一种MOF-Cu@多孔淀粉复合材料及其制备方法和在卷烟中的应用

说明书

本发明属于卷烟滤嘴生产技术领域，具体涉及一种MOF‑Cu@多孔淀粉复合材料及其制备方法和在卷烟中的应用。本发明以乙醇水溶液为溶剂，将有机酸胺盐、可溶性铜盐以及活化后的多孔淀粉室温搅拌反应一定时间，冷却，分离，得到的产物即为MOF‑Cu@多孔淀粉复合材料。在滤棒成型加工时，将该复合材料添加于卷烟滤棒中，制成二元复合滤棒。采用本申请所提供复合滤棒，可选择性降低卷烟烟气中的HCN和苯酚的释放量，幅度分别可达35.4%和26.8%，从而达到选择性的降低主流烟气中HCN和苯酚的释放量的目的，表现出了较好的应用前景。

技术领域

本发明属于卷烟减害技术领域，具体涉及一种可选择性降低卷烟主流烟气中HCN和巴豆醛释放量的MOF-Cu@多孔淀粉复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着烟草行业“稳步降焦，重在减害”整体战略的逐步推进，通过选择性降低卷烟主流烟气中具有代表性的有害成分（CO、HCN、NNK、NH₃、苯并[a]芘、苯酚、巴豆醛）已经成为降低卷烟危害指数的重要课题。由于有害物质主要在卷烟燃吸过程中生成，所以对主流烟气过滤材料的改进和应用，仍是降低卷烟危害的最直接和有效的手段之一，而在卷烟滤嘴中添加吸附材料是降低卷烟焦油和有害成分的主要方法。在滤嘴中添加的传统吸附材料主要有纳米材料、介孔材料、生物材料、分子筛和活性炭等，这些吸附材料虽然对有害成分具有一定得截留作用，但也存在一些弊端：如活性炭吸附性能单一、选择性差，不仅吸附有害物质，而且吸附香味物质和水分，导致卷烟产品吸食性差，感官品质下降；分子筛材料易失活，真正转化为生产应用的并不多。

多孔淀粉是用物理、机械及生物方法使淀粉颗粒形成多孔性蜂窝状物质，由于其孔的容积占颗粒体积的50%左右，所以具有良好的吸附性能，可用作功能性物质如药剂、香料等的吸附载体。朱玉等将磷酸与玉米多孔淀粉交联，并将交联后的多孔淀粉应用于卷烟滤嘴中，结果显示，添加交联多孔淀粉的烟支，对NH₃和巴豆醛的降低率均达到30%以上（朱玉,郭丽,杜先锋,孙晓莉.变性多孔淀粉吸附卷烟烟气气相物的研究[J].中国粮油学报,2012,27(08):24-30.）。

金属－有机骨架化合物（MOFs）是近年来迅猛发展的一类新型多孔有机－无机杂化材料，是由金属阳离子与有机配体形成的高度有序的多维网状结构，具有较高的孔隙率、比表面积大的特点，且其本身结构及孔的大小、形状都易于调控，在气体储存、分离、药物缓释、催化等领域有着广泛的应用。MOF-Cu是由Cu²⁺作为中心金属，有机酸为配体连接而成的具有三维网络结构的化合物，并含有孔径为9Å×9Å的正方形孔道，由于其具有高的孔隙度，且中心Cu²⁺处于配位不饱和状态，易于络合氢氰酸和苯酚等带有富电子的分子。

MOF-Cu材料作为吸附剂单独添加于烟支中也存在一些缺陷。由于主流烟气中存在的扩散阻力，使得有害烟气成分只能在MOF-Cu的表面被吸附而不能进入到孔道的内部，导致孔道的利用率较低，为了解决这些问题，我们将MOF-Cu负载到吸附性能更强的多孔淀粉上，利用微米级多孔淀粉材料多孔性、比表面积大的特点，并通过多孔淀粉孔道限域作用，增大MOF-Cu的比表面积，增加多孔淀粉孔道中MOF-Cu的含量，使MOF-Cu结构中的活性位点更易裸露出来，提高吸附性能。

发明内容

本发明目的在于提供一种能选择性降低卷烟主流烟气中HCN和苯酚释放量的MOF-Cu@多孔淀粉复合材料。该材料以微米级的多孔淀粉为载体，以MOF-Cu（多孔金属-有机骨架）为活性位点，将MOF-Cu负载至多孔淀粉上，两者复合后得到具有多孔性，比表面积大，稳定性好的吸附材料。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种MOF-Cu@多孔淀粉复合材料的制备方法，包括以下步骤：