凹凸棒石对卷烟焦油

凹凸棒石对卷烟焦油、有害物质和吃味的影响王兴国教授江南大学食品学院研究背景江苏省科技攻关项目：烟草专用凹凸棒石添加剂研究与开发（HB2004380）专利：凹凸棒石在烟草工业中作烟丝添加剂和/或过滤嘴添加剂（公开号CN1528214A）发表的文章：凹凸棒石在烟滤嘴中的应用研究烟草科技，2003年第1期，凹凸棒石吸附剂对烟气有害成分的影响烟草科技，2004年第10期报告内容一凹凸棒石简介二研究内容–卷烟滤嘴中添加凹凸棒石的研究–烟丝中添加凹凸棒石的研究三研究结论凹凸棒石介绍凹凸棒石又名坡缕石或坡缕缟石，是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物。1862年萨夫钦科发现于苏联乌拉尔，1913年，费父斯曼根据所发现的矿区把它命名为Palygorskite。后来在美国佐治亚洲的Attapulgus地区和法国的莫尔摩隆地区的漂白土中也发现了该种矿物，并由第拉白连特1935年采用Attapulgite之名。1976年，中国学者许冀泉根据凹凸堡之音同时兼顾该矿的晶体结构特征，译成“凹凸棒石”，近年来在国内传用。80年代初，在中国江苏省盱眙地区首次发现凹凸棒石粘土矿，其晶体形状为棒状、纤维状、针状，长0.5-5微米，宽0.05-0.15微米,为2:1型粘土矿物,即两层硅氧四面体,一层铝氧八面体。在内蒙古、四川、山东、贵州、甘肃、新疆和湖南等地也相继发现了凹凸棒石粘土。目前，我国凹凸棒石粘土生产和加工企业集中在江苏和安徽两个资源富集的产地。据统计，到2001年底，全国凹凸棒石粘土销售量达15万吨左右。凹凸棒土结构凹凸棒石元素组成Atomic%Compd%Formula3.737.15MgO4.9712.04Al2O323.7467.75SiO21.252.80K2O0.330.87CaO0.291.10TiO22.198.29Fe2O3凹凸棒石的理论化学式和化学成分凹凸棒石晶体的理论化学式为Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O凹凸棒石的化学成分质量分数为SiO253.61%，Al2O39.29%，Fe2O33.1%，TiO20.39%，MgO13.20%，CaO0.2%，Na2O0.04%，K2O0.25%，H2O19.8%凹凸棒石粘土细微结构凹凸棒石粘土DSC-TGA凹凸棒石参与反应的机理凹凸棒石对具极性基团的有机物吸附能力较强，吸附机理在于凹凸棒石特殊的结构所导致的对外电荷局部不平衡而产生出电吸附作用凸棒石晶体中Si4+、Mg2+可被Fe2+、Fe3+、Al3+替代，使凹凸棒石带少量负电荷，离子交换吸附阳离子凹凸棒石由无数平行管状孔道组合而成，结晶水位于孔道表面，结晶水分子易和进入孔道的吸附质形成氢键，因而孔道表面有许多活性吸附点，并优先吸附极性分子凹凸棒土的安全性项目及指标要求计量单位检测结果单项判定水分≤12.0%5.0合格重金属%砷≤0.0005%0.0005合格汞≤0.0005%0.0005合格铅≤0.005%0.005合格游离酸（以H2SO4计）≤0.20%0.09合格安全性卷烟降焦大势所趋焦油是由多种烃类及烃的氧化物、硫化物和氮化物等复杂物质混合而成的粒相物，含多种致癌物，如稠环芳烃类、N—亚硝胺类，焦油粒子直径一般在0.1-1μm卷烟降焦已成为关系到烟草行业生存与发展的焦点问题之一1997年1月1日起施行《卷烟》系列新国标，对卷烟烟气中焦油量档次及相应的焦油量作了明确规定从2001年开始，卷烟焦油量每年平均下降0.5mg以上；到2005年，全国平均降低到12mg左右从2001年起，高于17mg的卷烟不准上市；到2005年，高于15mg的卷烟不准上市国内、外降焦研究动态降焦技术存在的难题是：由于焦油和烟碱的相关性，降低焦油即意味着降低烟碱，从而影响卷烟的吃、香味，并使卷烟的整体风格发生改变改革烟叶配方结构，生产混合型卷烟接装滤嘴（新滤嘴材料、滤嘴结构、复合嘴棒、滤嘴通风稀释技术、滤嘴添加剂）使用高透气度和静燃速度快的卷烟纸掺用烟草薄片、膨胀烟丝和膨胀梗丝提高烟叶和卷烟中的有机钾含量研究内容卷烟滤嘴中添加凹凸棒石的研究烟丝中添加凹凸棒石的研究研究目的将凹凸棒石应用于烟草行业，在解决卷烟降焦保味难题方面进行探索滤嘴添加凹凸棒石对卷烟焦油、有害物和吃味的影响研究实验样品制备工艺研究利用现有实际生产工艺滤嘴中添加凹凸棒石对卷烟焦油含量的影响滤嘴中添加凹凸棒石对卷烟多环芳烃的影响添加凹凸棒石对卷烟吃味变化的影响烟丝中添加凹凸棒石对卷烟焦油、有害物和吃味的影响研究实验样品的制备工艺研究烟丝中添加凹凸棒石对焦油、烟碱的影响烟丝中添加凹凸棒石对焦油中有害物质的影响烟丝中添加凹凸棒石对卷烟吃味变化的影响凹凸棒石添加工艺研究滤嘴中添加凹凸棒石烟丝中添加凹凸棒石添加凹凸棒石对滤棒、烟丝和成品烟常规指标的影响工艺流程凹凸棒石制备采矿、选矿配料、预处理磨粉碾泥烘干焙烧分级、造粒处理、活化、改性精选及深加工均化、热化控制存储、计量、包装纤维丝束处理施加增塑剂展幅开松纤维丝束定向封口包装制棒收集滤棒切棒滤嘴棒制备滤嘴中添加凹凸棒石工艺配制凹凸棒石悬浊液滤嘴中添加凹凸棒石材料制备成品卷烟样品截取加香后成品烟丝10Kg，添加0.5‰凹凸棒石，卷制成成品烟支，然后包装成型（同时制备对照样品）。烟丝中添加凹凸棒石工艺滤嘴、烟丝中添加凹凸棒石对滤棒、烟丝和成品烟常规指标的影响嘴棒样品单支重量测定项目单支重（g）平均重（g）1%嘴棒0.6940.6940.6860.6870.6960.6913%嘴棒0.7100.6860.6950.6870.6970.6955%嘴棒0.6850.6880.7010.6810.6920.689嘴棒原样0.6980.6960.6980.6890.7030.6963%活性碳嘴0.7000.6880.6910.6920.6850.692滤嘴添加对滤棒常规指标影响嘴棒样品吸阻测定结果项目单支吸阻（Pa）平均吸阻（Pa）1%嘴棒2910298030602950298029763%嘴棒2960294031403120299030305%嘴棒297031202910313029503016嘴棒原样2900293029403010297029503%活性碳嘴295029202980299030102970嘴棒样品硬度测定结果项目单支硬度（%）平均硬度（%）1%嘴棒92.991.191.388.690.190.83%嘴棒91.191.990.891.490.491.15%嘴棒89.591.988.289.890.389.9嘴棒原样92.089.991.690.391.291.03%活性碳嘴91.291.389.690.891.690.9嘴棒样品圆度测定结果项目单支圆周（mm）平均圆周（mm）1%嘴棒24.04224.37224.14523.99724.12924.1373%嘴棒24.17923.86423.95224.02224.14724.0325%嘴棒24.23423.95924.28324.20924.02024.141嘴棒原样23.96724.04623.99424.10324.09224.0403%活性碳嘴24.28724.04123.99723.99424.16924.096滤嘴添加对成品烟支常规指标影响成品样品单支重量测定结果项目单支重量（g）平均重量（g）1%嘴棒烟支0.8790.8760.8760.8780.9040.8833%嘴棒烟支0.8700.8490.8780.8750.8710.8695%嘴棒烟支0.8750.8930.8740.8910.8920.885嘴棒原样烟支0.8960.8660.8920.8930.8690.8833%活性碳嘴烟支0.9070.8980.9080.8750.8780.893成品样品吸阻测定结果项目单支吸阻（Pa）平均吸阻（Pa）1%嘴棒烟支1020104011401120106010763%嘴棒烟支1020116011501060103010845%嘴棒烟支115012801130112010601148嘴棒原样烟支1120113010401100107010923%活性碳嘴烟支103010201140120010801094成品样品圆周测定结果项目单支圆周（mm）平均圆周（mm）1%嘴棒烟支24.19224.11224.14424.43224.24024.2243%嘴棒烟支24.11124.41324.24124.37624.12024.2515%嘴棒烟支24.19924.04624.34624.32624.34624.252嘴棒原样烟支24.13324.20124.17424.06224.02324.1183%活性碳嘴烟支24.34924.27024.27624.34924.06524.261成品样品硬度测定结果项目单支硬度（%）平均硬度（%）1%嘴棒烟支75.474.974.875.275.175.13%嘴棒烟支75.175.274.875.074.975.05%嘴棒烟支75.074.875.174.875.275.0嘴棒原样烟支74.975.175.075.174.874.93%活性碳嘴烟支75.375.175.175.274.875.1滤嘴添加对滤棒和成品烟常规指标的影响小结对滤嘴棒单支以及成品烟支重量、吸阻、硬度、圆周进行分析。结果均表明：在α=0.05水平上，其影响因子是不显著的，因此，在嘴棒中添加凹凸棒石相对于空白对照样来说，即可把重量、吸阻、圆周、硬度对卷烟焦油、有害物质的影响因素排除，使研究只突出凹凸棒石对焦油、有害物质的影响烟丝添加凹凸棒石对成品烟支指标影响样品单支重量项目单支重量（g）平均重量（g）烟丝原样烟支0.8900.8850.8990.8950.9030.894凹凸棒石烟支0.8840.8970.8880.8990.8990.893样品吸阻项目单支吸阻（Pa）平均吸阻（Pa）烟丝原样烟支105010201050101010601038凹凸棒石烟支102010701030102010101030样品硬度项目单支硬度（%）平均硬度（%）烟丝原样烟支81.086.880.681.381.282.2凹凸棒石烟支80.780.579.983.981.081.2样品圆周项目单支圆周（mm）平均圆周（mm）烟丝原样烟支24.96724.05624.99424.00324.00224.404凹凸棒石烟支24.50124.01024.36424.56624.99824.508对实验样品各指标（重量、吸阻、圆周、硬度）进行了检测，并运用单因子方差分析法验证了实验样品的合格性和可比性，排除了重量、吸阻、圆周、硬度等指标对卷烟焦油、卷烟吃味的影响烟丝添加对成品烟常规指标的影响小结滤嘴、烟丝中添加凹凸棒石对卷烟焦油、烟碱、一氧化碳影响滤嘴中添加凹凸棒石对焦油量的影响14.613.913.21413.212.51313.51414.515原样1%3%5%活性碳添加不同含量的试验样品焦油量（mg/支）加3%时，焦油下降最大，下降1.4mg/支，下降率9.59%1.141.121.141.181.081.021.041.061.081.11.121.141.161.181.2原样1%3%5%活性碳添加不同含量的试验样品烟碱量（mg/支）滤嘴中添加凹凸棒石对烟碱影响对烟碱影响很小滤嘴中添加凹凸棒石对焦油/烟碱指标的影响12.411.611.912.812.21111.211.411.611.81212.212.412.612.8131%3%5%嘴棒原样3%活性炭嘴棒焦油/烟碱滤嘴中添加凹凸棒石对一氧化碳影响17.417.516.316.917.215.51616.51717.518原样1%3%5%活性碳添加不同含量的试验样品一氧化碳量（mg/支）总粒相物各指标对比烟丝中添加凹凸棒石对烟气焦油、烟碱、一氧化碳的影响0510152025总粒相物水分烟碱焦油口数一氧化碳烟丝原样添加凹土添加料液烟丝中添加凹