收藏本站
《东华大学》 2006年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

改性醋酸纤维丝束及其在烟气过滤中的应用研究

曹建华  
【摘要】: 卷烟烟气中的成份相当复杂,达五千多种,其中的有害物质,如烟草特有亚硝胺、苯并[a]芘、自由基等,对吸烟者造成一定的健康危害。为提高卷烟烟气的品质,降低其有害成份,国内外的研究人员做了大量长期的工作,主要方法是采用复合滤嘴取代普通滤嘴,增加卷烟滤嘴的截留能力。虽然改进的复合滤嘴和传统的滤嘴相比,在降焦减害及改善卷烟吸味方面具有一定的优势,但在工业化实际应用中存在均匀性差、加工复杂、污染严重、成本高等缺点,因此未能在卷烟行业中普遍推广。 为了有效解决和克服复合滤嘴使用降焦减害添加剂过程中存在的各类问题,本文拟在常规烟用醋酸纤维丝束制备工艺的基础上,以醋酸纤维素/丙酮浆液和纺丝油剂作为研究对象,利用纳米技术及丝束表面改性的途径研制具有减少卷烟烟气中有害成分的改性醋酸纤维Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。本文研究的油剂添加复合技术及烟用二醋酸纤维生产过程中纳米复合技术的开发应用未见国内外任何公开报道。 在本论文中,研究了醋酸纤维滤材对烟气中粒相及气相物的过滤机制及过滤效率;建立了卷烟烟气中有害成份如焦油、烟碱、一氧化碳、亚硝胺、自由基等物质的测试方法。在此基础上探索烟用醋酸纤维改性的途径与方法,并研究了改性醋酸纤维对烟气中有害成份的作用机理。主要内容如下: 1降焦减害添加剂的筛选 多孔吸附剂、化学作用类、中草药类、生物类、纳米材料等各类添加剂在复合嘴棒中的研究报道较多,但其中能满足纺丝油剂添加要求及纺丝浆液添加要求的物质极少。其中,纺丝油剂添加剂要求无色、无味、食用安全级;易溶于水,不影响油剂体系的流动性能;pH值为6~8;热稳定性好,能耐120℃高温。浆液添加剂要求无色、无味、食用安全级;不溶于丙酮溶剂;粒度小于1微米,且在丙酮中的分散性能好,在高粘度浆液中不易聚集;热稳定性好,能耐120℃高温;有足够的机械强度。 在文献检索及大量前期工作的基础上,本文选择壳聚糖、聚乙烯醇、吡咯烷酮羧酸钠、山梨醇、改性淀粉作为纺丝油剂添加剂,在油剂乳化稳定性评价后确定了油剂体系的添加方式及添加量,并在试验装置上进行醋酸纤维改性实验。烟气分析结果表明,吡咯烷酮羧酸钠是一种适合于添加在纺丝油剂中的添加剂,该物质具有选择性清除烟气中焦油及亚硝胺的作用。 本文选择纳米二氧化硅、柠檬酸、纳米层状磷酸盐材料、分子筛微粉作为纺丝浆液的添加剂,将含有添加剂的母棒加工成复合嘴棒接成卷烟进行烟气预评价,以达到添加剂筛选的目的。结果表明,纳米二氧化硅(SiO_x)对焦油具有明显的清除作用。 2降焦减害添加剂的改性 在添加剂筛选的基础上,本文对医用级壳聚糖进行改性,研制了壳聚糖—g—β—环糊精作为纺丝油剂添加剂。实验结果表明,壳聚糖—g—β—环糊精兼具壳聚糖及β—环糊精的双重吸附效果,对烟气中焦油的吸附效果显著;采用壳聚糖—g—β—环糊精制备的改性醋酸纤维丝束Ⅱ对烟气中的稠环芳烃组份具有明显的去除作用。和常规醋酸纤维丝束空白样相比,卷烟烟气中稠环芳烃的总量同比下降48.1%。 此外,本文采用多孔淀粉为载体,通过交联—吸附的方式将生物活性酶固定在多孔淀粉上,研制成纺丝浆液添加剂。利用多孔淀粉的高吸附特性及固定的生物活性酶有效降低烟气中的焦油及自由基含量。结果表明,改性添加剂具备良好的酶活稳定性,且对自由基具有明显的抑制作用。 3改性醋酸纤维丝束的研制 本文利用醋酸纤维生产工艺流程的特点,提出通过油剂及纺丝浆液两种制备改性醋酸纤维的技术工艺。根据两种添加方式的要求,在分别进行多组添加剂的筛选后,选定吡咯烷酮羧酸钠、壳聚糖—g—β—环糊精作为油剂添加剂,纳米二氧化硅、改性多孔淀粉作为纺丝浆液添加剂。在突破烟用二醋酸纤维丝束生产过程中的添加点、添加量以及添加剂改性等一系列技术瓶颈难点后,在工业化设备上首次研制成功具有降焦油功能的纳米二氧化硅复合醋酸纤维丝束、及具有降焦油和降烟草特有亚硝胺功能的改性醋酸纤维丝束Ⅲ,初步实现了产品的工业化。 试验结果表明,采用吡咯烷酮羧酸钠改性的醋酸纤维丝束Ⅰ和普通醋酸纤维丝束相比,每支卷烟烟气中焦油含量下降2.55mg,同比下降16.4%;烟草特有亚硝胺总量下降25.7%,其中最具致癌性的N—亚硝基去甲基烟碱(NNN)含量下降67.6%。 通过对纳米二氧化硅的表面改性,使纳米二氧化硅颗粒在丙酮溶液中具有良好的分散性。并采用溶液共混法制备纺丝浆液,通过工业纺丝设备生产出含纳米二氧化硅的复合醋酸纤维Ⅲ。烟气分析结果表明,这种复合醋酸纤维Ⅲ对烟气中的焦油具有优良的截留能力,每支卷烟烟气中焦油含量下降4.94mg,同比下降31.7%。 通过对壳聚糖及多孔淀粉进行改性研究,发现壳聚糖—g—β—环糊精作为油剂添加剂对烟气中的焦油有明显的清除效果,采用壳聚糖—g—β—环糊精改性的醋酸纤维丝束Ⅱ对烟气中的稠环芳烃去除率达46.6%。同时,表明通过对添加剂的改性,能有效去除烟气中的稠环芳烃组份。 本文采用交联—吸附的方法将过氧化氢酶固定在多孔淀粉材料中制得改性浆液添加剂,经改性后的添加剂不仅对烟气中的焦油具有明显的吸附效果,而且具备生物活性,对自由基有明显的抑制效果。采用该改性醋酸纤维丝束Ⅳ加工的滤嘴经抽吸后,每支卷烟烟气中的焦油自由基含量同比下降21.34%,气相自由基含量同比下降25.07%。 4改性醋酸纤维的作用机理 本文通过研究认为,改性醋酸纤维对烟气中的粒相物的过滤机理有:直接拦截过滤、惯性碰撞过滤、扩散沉积过滤。此外,由于吡咯烷酮羧酸钠等富电性物质的加入,对烟气中的带电粒子还存在电荷吸附机理;由于纳米二氧化硅、壳聚糖—g—β—环糊精表面存在大量羟基和不饱和残键,对烟气组分形成分子间的氢键缔合机理。 本文首次采用BET方法测定醋酸纤维的比表面积及表征改性醋酸纤维的物理吸附能力。研究结果表明,由于纳米材料的表面效应,改性醋酸纤维的比表面积比普通醋酸纤维增加了104%。改性醋酸纤维表面存在2~3nm的纳米孔洞,及由于部分纳米颗粒在丝束表面团聚产生的20~100nm大小的孔洞。这种改性醋酸纤维表面状态与常规醋酸纤维相比所发生的很大改变,使改性纤维对烟气中的焦油等粒相物起到了明显的截留作用。 本文研究了改性醋酸纤维对亚硝胺的作用机理。富电子的吡咯烷酮羧酸钠与氨基N~+相结合,增加了亚硝胺在改性醋酸纤维表面的吸附量。此外,本文提出吡咯烷酮羧酸钠与氨基N~+形成共轭体系的作用机理: 吸附机理表明吡咯烷酮羧酸钠对具有平面结构的亚硝胺具有很强的作用,但由于烟碱既具有立体结构,又带有与吡咯烷酮羧酸钠相同的电性,所以改性醋酸纤维对烟碱不产生吸附作用,使得能够在保证烟气口味及劲头的前提下,实现了对烟气中有害物质的选择性吸附。 本文还研究了改性醋酸纤维对自由基的清除作用,提出了主流烟气中烷基自由基、烷氧基自由基和半醌自由基的催化衰变机理: 5本文研究课题的创新点及推广前景 本文主要创新点如下: (1)本论文采用纺丝油剂添加方式及纺丝浆液添加方式对常规烟用醋酸纤维进行改性。本文采用的改性途径及改性烟用二醋酸纤维研制过程中纳米技术的开发应用未见国内外任何公开报道。 (2)本论文的系列研究突出“选择性降焦减害”,即在保留烟碱及抽吸口感的基础上,选择性清除焦油、苯并[a]芘、烟草特有亚硝胺、自由基等有害成份,并成功研制出具有上述功能的系列化醋酸纤维丝束Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。 (3)本文研制的改性醋酸纤维丝束保证了单根纤维添加剂含量的均匀性,解决了复合滤嘴直接添加粉体均匀性较差的问题。 (4)本文研究的改性醋酸纤维丝束的成本比常规丝束仅增加2%左右,和复合嘴棒的成本增加30%相比具有明显的成本优势,具有行业内推广的广阔前景。 (5)本文深入研究了改性醋酸纤维对烟气的作用机理。首次采用BET方法有效表征了改性醋酸纤维的吸附能力。 通过对改性醋酸纤维丝束所制卷烟的烟气评吸,分析结果表明,采用改性醋酸纤维制备的卷烟在降低卷烟烟气中相关有害物质的同时能够较好地保留烟气的余味,并使烟气的刺激性降低,卷烟烟气口感变柔和,对香气的质和量无任何不良影响,,符合卷烟消费者的生理需求及中式卷烟发展的趋势。目前我国市售卷烟的焦油含量明显高于发达国家,卷烟行业“降焦减害”的压力日益增加,本文研究的改性醋酸纤维丝束清除烟气中焦油和亚硝胺含量等方面的性能突出,使得改性烟用二醋酸纤维丝束在替代普通烟用二醋酸纤维丝束上具有推广的应用前景。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;塞拉尼斯醋酸纤维宣布上调价格[J];上海化工;2010年10期
2 ;醋酸纤维香烟过滤咀[J];今日科技;1976年03期
3 刘海刚;;对我省发展酸纤烟用丝束产业的思考[J];青海科技;2008年04期
4 王石磊;张建波;张林;朱平;;醋酸纤维的染色性能研究[J];印染助剂;2009年11期
5 周雅文;邓宇;尚海萍;;烟蒂醋酸纤维在离子液体[AMIM]Cl中的溶解与回收[J];烟草科技;2010年02期
6 叶若铭;范雪荣;王强;郁魏魏;曹建华;陈昀;;脂肪酶Lipex 100L对醋酸纤维改性工艺探讨[J];印染助剂;2011年05期
7 孙友德;岑美柱;林列;石小华;冯中夫;汤战;;废醋酸纤维再生香烟嘴纤维[J];广州化学;1989年02期
8 张燮;罗明标;王志畅;周瑜芬;刘淑娟;李建强;杨新磊;;以芳香族重氮盐为电离试剂的常压热解化学电离质谱法的初步研究[J];东华理工学院学报(自然科学版);2005年04期
9 赵虹;;性能类同于聚苯乙烯的可降解醋酸纤维[J];现代塑料加工应用;2010年05期
10 杨德厚;;防止化肥结块[J];云南化工;1974年03期
11 А.奥斯达雪夫;高振榕;;海水淡化装置的防垢剂[J];机电设备;1976年02期
12 ;以GT为添加剂的锌酸盐镀锌[J];电镀与精饰;1976年04期
13 ;中华人民共和国石油化学工业部(试行标准)SY1576—77S置换型防锈油[J];材料保护;1977年Z2期
14 ;饲喂石油酵母动物的肉和脏器中苯并(a)芘的分析[J];上海农业科技;1977年S3期
15 陈念陔;苯稠环芳烃环电流的计算[J];黑龙江大学自然科学学报;1978年00期
16 ;尼龙612的合成[J];塑料工业;1979年04期
17 ;煤的流化床燃烧过程的添加剂——排烟脱SO_2的有效方法[J];煤炭转化;1979年03期
18 周绍民,张瀛洲,姚士冰,许家园,蔡加勒,陈秉彝,方加福,许书楷;某些光亮酸性镀铜添加剂的作用机理[J];厦门大学学报(自然科学版);1980年01期
19 吴显建;;对加入焦性没食子酸作用的看法——与滕周华同志商榷[J];爆破器材;1980年03期
20 邱竹贤 ,张明杰;铝电解中反电动势及过电压的研究[J];有色金属;1982年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄灿;李季;;减少畜禽粪便的污染——添加剂的使用[A];首届全国农业环境科学学术研讨会论文集[C];2005年
2 薛艳;赵升红;曹文杰;顾鹏翔;王树雷;;航空燃料阻燃添加剂研究现状及发展方向[A];2006全国阻燃学术年会论文集[C];2006年
3 黄刚;彭云涛;方昌荣;;添加剂对Al_2O_3-SiC-C铁沟浇注料性能的影响[A];2007年中小高炉炼铁学术年会论文集[C];2007年
4 张千玉;马晓华;;二甲苯用作锂离子电池过充保护添加剂的研究[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年
5 张千玉;马晓华;;新型锂离子电池过充保护添加剂的研究[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年
6 张小勇;王新伟;刘锐;郑明东;;煤基炭膜在处理高浓度焦化废水中的应用[A];中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛会议论文集(下)[C];2009年
7 丁津原;杨文通;马先贵;;润滑油粘度、添加剂对齿轮传动振动噪声的影响[A];第五届全国摩擦学学术会议论文集(上册)[C];1992年
8 史兵;雒建斌;路新春;秦力;温诗铸;魏秉庆;张华堂;梁吉;高志栋;吴德海;;巴基管做润滑油添加剂的摩擦学性能研究[A];第三届全国青年摩擦学学术会议论文集[C];1995年
9 王贵和;周辉峰;;添加剂对离心SHS陶瓷涂层影响的研究[A];岩土钻掘技术在资源、环境和工程建设中的应用与发展学术论文集[C];2001年
10 涂政文;李宏;徐建生;高万振;赵源;;二聚酸3-氯-2-羟基丙单酯的摩擦学性能研究[A];第七届全国摩擦学大会会议论文集(一)[C];2002年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 特约记者 张一峰;锦州石化添加剂产销创新纪录[N];中国石油报;2006年
2 记者谢玲;中国添加剂代表团将赴日举办“中国日”活动[N];中国食品报;2010年
3 吕纪增;用添加剂喂猪三注意[N];中国畜牧兽医报;2006年
4 安部司李波;猪肉+黏性材料+添加剂=廉价火腿[N];中国医药报;2007年
5 安部司李波;用良心把无添加剂食品做好[N];中国医药报;2007年
6 吕纪增;添加剂喂猪注意点[N];云南科技报;2006年
7 ;鸡常用饲料:营养性添加剂[N];中国畜牧兽医报;2009年
8 本报记者 罗兵;不是添加剂惹的祸[N];中国质量报;2010年
9 杨宁昱;欧盟对非法添加剂联盟开上亿罚单[N];粮油市场报;2010年
10 靖博;添加剂,想说爱你不容易[N];中国包装报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 曹建华;改性醋酸纤维丝束及其在烟气过滤中的应用研究[D];东华大学;2006年
2 杨伟祖;降低卷烟主要有害成份的研究[D];昆明理工大学;2005年
3 仝秋红;基于智能技术的内燃机油添加剂优选及配伍研究[D];长安大学;2004年
4 胡伟跃;锂离子电池非水电解液的行为研究[D];中南大学;2005年
5 陆新;利用生物活性材料降低卷烟主流烟气关键有害成分含量的研究[D];江南大学;2008年
6 张斌;添加剂强化拜耳法种分工艺与理论研究[D];中南大学;2003年
7 胡光辉;化学镀镍中添加剂作用和活化过程的机理研究[D];厦门大学;2004年
8 邓先德;添加剂不同组分对绵羊体增重、消化代谢及瘤胃消化影响的研究[D];新疆农业大学;2003年
9 岑超平;尿素添加剂湿法烟气同时脱硫脱氮研究[D];华南理工大学;2000年
10 汪黎东;烟气脱硫添加剂对正盐生成促进的实验研究[D];华北电力大学(河北);2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 谷夺魁;新型缓释氮肥研制及其肥效研究[D];河北农业大学;2005年
2 吕宏俊;流化床焚烧处理高浓度有机废液的结焦结渣特性研究[D];浙江大学;2005年
3 陈永强;直接结合镁铝砖的研究[D];河北理工大学;2005年
4 唐恒;二元冰蓄冷系统添加剂的研究[D];上海海事大学;2005年
5 徐彤;熔纺聚氨酯纤维改性研究[D];苏州大学;2005年
6 李华;抗热应激添加剂对泌乳水牛泌乳性能的影响[D];广西大学;2007年
7 温科;啤酒麦芽制造过程β-葡聚糖及DMS含量动态变化研究[D];甘肃农业大学;2008年
8 张丽;表面活性剂的合成及其在铜电解中的应用研究[D];昆明理工大学;2004年
9 崔智鑫;脉石成分对铁矿球团还原膨胀性能的影响[D];中南大学;2004年
10 余祖孝;铝-空电池负极及电解液的研究[D];重庆大学;2004年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978