一種負載Ag二氧化鈦納米顆粒包覆的納米碳酸鈣催化劑及其制備方法和應(yīng)用
【專利說明】一種負載Ag 二氧化鈦納米顆粒包覆的納米碳酸鈣催化劑及其制備方法和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種具有催化煙氣反應(yīng)作用的催化劑，具體是一種負載Ag 二氧化鈦納米顆粒包覆的納米碳酸鈣催化劑，屬于無機材料復(fù)合物和食品技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]再造煙葉又稱煙草薄片、勻質(zhì)煙葉，它是利用卷煙生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生的廢棄物料(如煙梗、梗簽、煙末、煙草的碎片，以及部分低次煙葉等)，經(jīng)過不同的加工方法(輥壓法、稠槳法、造紙法)，制成性狀接近甚至優(yōu)于天然煙葉的再造煙葉。在我國，再造煙葉的發(fā)展與研究起步于1990年，比國外晚幾十年，所以長期進口國外的薄片，這種狀況持續(xù)到了2003年，國內(nèi)的技術(shù)有了一些進步，結(jié)束了對進口產(chǎn)品的依賴。
[0003]再造煙葉具有“低焦油、可調(diào)控性”的特點，在卷煙中添加適量的再造煙葉，可以有效降低卷煙的焦油產(chǎn)生量，并在一定程度上改善卷煙的物理性能和燃燒性能等。再造煙葉化學(xué)組分的調(diào)控技術(shù)一直以來都是國內(nèi)外煙草行業(yè)的一項前沿技術(shù)，其是通過添加一些化學(xué)成分來改善卷煙的品質(zhì)，使得卷煙從內(nèi)部降低不良成分。
[0004]造紙法再造煙葉的生產(chǎn)過程，涉及到廢棄原料的提取、提取后殘渣制漿料、提取液凈化濃縮成膏體、漿料抄造成片基、將膏體調(diào)配成涂布液涂布到片基上、烘干等主要工序。
[0005]揮發(fā)性羰基化合物(五個碳以下的醛和酮)是卷煙煙氣中主要有害成分之一，該類化合物是列入煙氣44種有害成分的“霍夫曼清單”的一類成分，具有較強的刺激性，影響卷煙的感官品質(zhì)。羰基化合物在卷煙中的含量很低，在卷煙煙氣中卻有較高的含量，是在卷煙燃吸的過程中由煙草中一些大分子化合物熱裂解而產(chǎn)生的。對再造煙葉的羰基化合物釋放量進行分析，發(fā)現(xiàn)再造煙葉的羰基化合物釋放量遠高于煙絲，國產(chǎn)再造煙葉的羰基化合物又遠高于國外先進企業(yè)的產(chǎn)品，在卷煙配方中應(yīng)用會導(dǎo)致羰基化合物釋放量偏高，增加煙氣的刺激性，影響卷煙的質(zhì)量，使其應(yīng)用受到一定的制約。降低再造煙葉的羰基化合物對于提高其質(zhì)量和應(yīng)用比例，進一步提高卷煙的質(zhì)量和經(jīng)濟效益具有重要意義。
[0006]隨著我國加入WTO和《煙草控制框架公約》的逐步試行，國家對煙草的吸食安全指標(biāo)控制將更加嚴(yán)格，按照《全國煙草科技大會中長期發(fā)展規(guī)劃》要求，到2020年國產(chǎn)低焦油卷煙比例達到20%以上，減害技術(shù)水平居世界同業(yè)領(lǐng)先地位。我國對造紙法再造煙葉的需求不久將達到每年50000t以上。所以，調(diào)整再造煙葉中的添加配方，提高卷煙品質(zhì)，減少煙氣中的不良成分，增強卷煙的吸食安全性極有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明是為提高國產(chǎn)再造煙葉的品質(zhì)，提供一種負載Ag 二氧化鈦納米顆粒包覆的納米碳酸鈣催化劑及其制備方法，旨在降低再造煙葉煙氣中羰基化合物的含量。
[0008]本發(fā)明解決技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案:
[0009]本發(fā)明負載Ag 二氧化鈦納米顆粒包覆的納米碳酸鈣催化劑，其特點在于:是在紡錘形納米碳酸鈣顆粒的表面包覆有負載Ag 二氧化鈦納米顆粒。其制備方法包括如下步驟:
[0010]步驟1:紡錘形納米碳酸鈣顆粒的制備
[0011]la、將氧化鈣粉碎后按質(zhì)量比1: (I?5)加入到80°C的水中，恒溫攪拌lh，然后靜置陳化12?24h，獲得石灰乳；
[0012]Ib、將石灰乳加入到碳酸化反應(yīng)器中，控制反應(yīng)溫度為30-40°C，從碳酸化反應(yīng)器底部通入二氧化碳氣體，攪拌，檢測反應(yīng)過程中反應(yīng)液PH值的變化，待pH = 7.0時反應(yīng)達到終點，倒出熟料、洗滌、干燥，獲得紡錘形納米碳酸鈣顆粒；
[0013]步驟2:負載Ag 二氧化鈦納米顆粒在納米碳酸鈣顆粒表面的生長
[0014]2a、將無水乙醇和去離子水按體積比1: (I?10)混合，然后溶入硝酸銀和聚乙烯吡咯烷酮，攪拌均勻，獲得溶液A ;
[0015]2b、將鈦酸丁酯和抗壞血酸溶于無水乙醇中，然后加入步驟I制備的所述紡錘形納米碳酸鈣顆粒，超聲分散均勻，獲得溶液B ;
[0016]2c、在攪拌的狀態(tài)下，控制反應(yīng)溫度為40°C，將溶液A緩慢的滴入溶液B中，繼續(xù)攪拌I?2h，獲得混合溶液；
[0017]2d、調(diào)節(jié)混合溶液的pH至9，然后在100?160°C水熱反應(yīng)I?4h，產(chǎn)物經(jīng)洗滌、干燥后，即獲得負載Ag 二氧化鈦納米顆粒包覆的納米碳酸鈣催化劑。
[0018]其中:步驟2中所述硝酸銀、鈦酸丁酯和碳酸鈣顆粒的摩爾比為(0.1?5):5:50 ;所述硝酸銀和所述抗壞血酸的摩爾比為(I?5):1 ;所述硝酸銀和聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為(I?2):1。
[0019]溶液A中硝酸銀的濃度為0.001?0.01mol/Lo
[0020]溶液B中鈦酸丁脂的濃度為0.05?0.5mol/Lo
[0021]本發(fā)明還公開了上述負載Ag 二氧化鈦納米顆粒包覆的納米碳酸鈣催化劑的應(yīng)用，其特點在于:用于加入到造紙法再造煙葉中，從而加入到含再造煙葉的卷煙中，以在卷煙燃吸過程中催化煙氣反應(yīng)，降低煙氣中羰基化合物含量。
[0022]具體的，催化劑是在造紙法再造煙葉生產(chǎn)過程中添加到涂布液中，從而加入到造紙法再造煙葉中。添加量為涂布液質(zhì)量的0.5?10%。此外，催化劑也可以摻入再造煙葉漿料中，從而在抄造片基時加入到再造煙葉。
[0023]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0024]本發(fā)明中，溶液A滴入溶液B中時，AgNO3的分解和鈦酸丁酯的水解同時發(fā)生，反應(yīng)生成了均勻的負載Ag的T12納米顆粒，并附著在紡錘形納米CaCO 3顆粒表面，形成了具有良好的催化性能的無機催化劑，可以有效降低煙氣中有害成分羰基化合物的含量，并且由于有紡錘形CaCO3顆粒的加入，使再造煙葉的物理性能有了很大改善。
[0025]本發(fā)明的制備工藝簡便經(jīng)濟，制備的催化劑顆粒催化效果顯著，成本低，適合于工業(yè)規(guī)模的應(yīng)用。
[0026]本發(fā)明的催化劑顆粒與造紙法再造煙葉填料的形狀和粒度相近，方便添加到再造煙葉中。
【附圖說明】
[0027]圖1為實施例1制備的催化劑的掃描電鏡照片，從圖中可以看出，負載Ag的T12納米顆粒附著在紡錘形納米CaCO3顆粒的表面，且比較均勻。
[0028]圖2為實施例1制備的催化劑的XRD圖，從圖中可以看出，復(fù)合粉末的衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)卡片能夠較好地吻合，說明反應(yīng)產(chǎn)生了 CaC03、T12, Ag幾種產(chǎn)物，只是產(chǎn)物中T1jP Ag和含量非常低，所以峰值不明顯。
[0029]圖3為實施例1制備的催化劑的能譜圖，經(jīng)計算，所制備樣品中各種物質(zhì)的摩爾百分?jǐn)?shù)分別為:Ag 1.77% ；Ti028.74% ；CaC0389.5% ;與加入原料的量非常吻合，說明本發(fā)明方法的原料利用率很高。
[0030]圖4為在樣品A中添加實施例1制備的催化劑前后，煙氣中羰基化合物含量的對比圖；白色代表不加催化劑的空白樣，灰色代表加入二氧化鈦納米顆粒包覆的納米碳酸鈣催化劑，黑色代表加入負載Ag 二氧化鈦納米顆粒包覆的納米碳酸鈣催化劑。橫坐標(biāo)1、2、3、4、5分別代表煙氣中的乙醛、丙酮、丙醛、巴豆醛和2-丁酮。由圖中可以看出添加催化劑后，煙氣中的幾種羰基化合物含量明顯降低。
[0031]圖5為在樣品B中添加實施例2催化劑前后，煙氣中羰基化合物含量的對比圖；白色代表不加催化劑的空白樣，灰色代表加入二氧化鈦納米顆粒包覆的納米碳酸鈣催化劑，黑色代表加入負載Ag 二氧化鈦納米顆粒包覆的納米碳酸鈣催化劑。橫坐標(biāo)1、2、3、4、5分別代表煙氣中的乙醛、丙酮、丙醛、巴豆醛和2-丁酮。由圖中可以看出添加催化劑后，煙氣中的幾種羰基化合物含量明顯降低。
【具體實施方式】
[0032]實施例1
[0033]本實施例按如下步驟制備負載Ag 二氧化鈦納米顆粒包覆的納米碳酸|丐催化劑:
[0034]1、將1g氧化鈣適當(dāng)粉碎后加入到30mL、80°C的水中，恒溫攪拌反應(yīng)Ih后，然后靜置陳化12h，得到石灰乳。
[0035]2、將他0)3塊體和稀鹽酸