專利名稱：一種用以降低卷煙煙氣中co含量的一維金納米材料的制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)-無機(jī)復(fù)合功能材料與煙草減害研究領(lǐng)域，具體說是一種用以降低卷煙煙氣中CO含量的一維金納米材料的制備方法及其應(yīng)用。利用本發(fā)明所制備的材料添加到卷煙濾嘴中，在用量很少的情況下，就能夠有效降低卷煙煙氣中CO的含量。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，吸煙與健康問題受到全社會(huì)的強(qiáng)烈關(guān)注，在此背景下，進(jìn)行煙草減害的研究工作，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。CO是卷煙煙氣的主要有害成分之一，進(jìn)行降低卷煙煙氣中 CO含量的研究工作，是一項(xiàng)非常急迫的任務(wù)。利用納米金在常溫下將卷煙煙氣中的CO催化氧化為CO2，是非常有效的降低卷煙煙氣中CO含量的手段，在此類研究中，保持納米金在使用中的高度均勻分散，是得到較好催化效果的重要前提，為此尋找一種合適的模板材料進(jìn)行納米金的生長(zhǎng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)納米金顆粒的穩(wěn)定定位與高效負(fù)載，是非常必要的。病毒可成為構(gòu)筑新材料的理想模板(R. Tsukamoto,M. Muraoka,M. Seki,H. Tabata, I. Yamashita. Synthesis of CoPt and FePt3 Nanowires Usingthe Central Channel of Tobacco Mosaic Virus as a Biotemplate [J] · Chem. Mater.，2007，19 :2389.)。除了可以在納米和分子層次上對(duì)材料進(jìn)行微觀組裝，病毒外殼蛋白還擁有規(guī)律分布的空間結(jié)合點(diǎn)， 可以使得以它為模板構(gòu)筑的材料有序化，這些都會(huì)對(duì)材料的性能產(chǎn)生積極的影響。TMV是一種可被用來構(gòu)筑低維材料的模板，該病毒具有納米管狀結(jié)構(gòu)，管長(zhǎng)為300nm，管內(nèi)徑為4·， 外徑為18nm。TMV內(nèi)、外表面有多種活性基團(tuán)，通過改變反應(yīng)條件，就可能使不同物質(zhì)結(jié)合在TMV納米管的內(nèi)、外表面上，從而得到具有不同功能的新型材料以TMV為模板進(jìn)行納米晶、線的制備，是TMV模板在材料領(lǐng)域的重要應(yīng)用 (R. J. Tseng, C. Tsai, L. Ma, J. Ouyang, C. S. Ozkan, Y. Yang. Digitalmemory device based on tobacco mosaic virus conjugated withnanoparticles[J]. Nature Nanotechnology, 2006,1 :72. 。 M. Knez, M. Sumser, A. M. Bittner, C. Wege, H. Jeske, T. P. Martin, K. Kern. Spatially selective nucleation of metal clusters on the tobacco mosaicvirus[J]. Adv. Funct. Mater. , 2004,14 :116.。E. Dujardin, C. Peet, G. Stubbs, J. N. Culver, S. Mann. Organization of metallicnanoparticles using tobacco mosaic virus templates [J]. Nano Lett.，2003，3 :413.)。目前，已經(jīng)在TMV納米管表面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多種貴金屬納米晶、線的生長(zhǎng)。當(dāng)前的研究集中于基于TMV模板的納米晶、線的生長(zhǎng)上，涉及材料性能的研究非常罕見，為基于TMV模板的納米材料找到相關(guān)的潛在應(yīng)用，是此領(lǐng)域研究的當(dāng)務(wù)之急。中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院，曾開展了利用納米貴金屬材料降低卷煙煙氣中 CO含量的研究，研制得到了適合于煙草工業(yè)應(yīng)用的含納米貴金屬活性組分的催化材料、助劑和二元催化材料復(fù)合濾棒(呂公煊，聶聰，趙明月，劉建福，丁彥，應(yīng)用含納米貴金屬催化材料降低卷煙煙氣中CO技術(shù)研究[J]，中國(guó)煙草學(xué)報(bào)，2003,9 18)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是為了提供了一種工藝較為簡(jiǎn)單、對(duì)設(shè)備要求較低的可用以降低卷煙煙氣中CO含量的一維金納米材料的制備方法及其。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的不同之處在于在一種有機(jī)模板TMV上直接進(jìn)行金納米晶的有效生長(zhǎng)，以TMV與納米晶之間的相互作用來實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)納米晶顆粒的穩(wěn)定定位與高效負(fù)載，從而在使用過程中保持金納米晶在TMV 模板上的高度均勻分散，力求在材料用量較低的情況下，即得到較好的CO去除效果。本發(fā)明的方法以煙草花葉病毒(TMV)為模板材料，通過TMV模板與含金元素基團(tuán)的靜電作用，以化學(xué)沉積的方法，在TMV模板表面進(jìn)行了納米金的生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了 TMV與納米金的復(fù)合。在酸性介質(zhì)中，TMV模板對(duì)含金元素的負(fù)離子基團(tuán)具有較強(qiáng)的吸附作用，且該吸附作用具有較高的選擇性，這使得TMV模板對(duì)納米金的負(fù)載率較高且作用較強(qiáng)。本發(fā)明的方法包括以下步驟a、將煙草花葉病毒TMV分散于去離子水中，得到TMV濃度約為0. 1-0. 3mg/mL的懸浮液；b、將IOmL步驟a所得懸浮液、5mL乙酸溶液、0. 5mL氯金酸溶液一同置于反應(yīng)容器中，在避光條件下攪拌3- ；其中乙酸溶液的質(zhì)量濃度為5%，氯金酸溶液濃度為0. OlM ；C、再將ImL的水合胼溶液加入到b步驟所述的反應(yīng)容器中，室溫下靜置池；其中水合胼溶液濃度為IO3M ；d、用去離子水以離心的方法對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行多次洗滌、提純，得到深棕色絮狀產(chǎn)物，將該產(chǎn)物再次分散于去離子水中，得到含有目標(biāo)產(chǎn)物的懸浮液，備用。本發(fā)明中所得一維金納米材料在卷煙中的應(yīng)用方法如下將所得到的含目標(biāo)產(chǎn)物的懸浮液采用注射的方法注入卷煙濾嘴中，每支注射量為0. 3-0. 5mL，之后將卷煙放置于樣品平衡間內(nèi)平衡2天以上即可。本發(fā)明充分利用了 TMV模板具有一維納米結(jié)構(gòu)及表面活性強(qiáng)且可調(diào)控的優(yōu)點(diǎn)，通過TMV模板與含金元素基團(tuán)的靜電作用，以化學(xué)沉積的方法，在TMV模板表面進(jìn)行了納米金的生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了 TMV與納米金的復(fù)合。在酸性介質(zhì)中，TMV模板對(duì)含金元素的負(fù)離子基團(tuán)具有較強(qiáng)的吸附作用，且該吸附作用具有較高的選擇性，這使得TMV模板對(duì)納米金的負(fù)載率較高且作用較強(qiáng)。這樣，TMV-納米金復(fù)合材料可望在用量較低的情況下，即可有效去除卷煙煙氣中的CO。


附圖為基于TMV模板的一維金納米材料透射電鏡(TEM)照片。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明以下將結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步描述實(shí)施例1將煙草花葉病毒TMV分散于去離子水中得到濃度為0. lmg/mL的懸浮液，將IOmL 此懸浮液、5mL乙酸溶液(5wt% )、0. 5mL氯金酸溶液(0. 01M) 一同置于反應(yīng)容器中，在避光條件下攪拌3h，再加入ImL的水合胼溶液(10-3M)，室溫下將反應(yīng)物靜置池，用去離子水、以離心的方法對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行多次洗滌，最終得到深棕色的絮狀產(chǎn)物。將此產(chǎn)物再分散于去離子水中，得到含目標(biāo)產(chǎn)物的懸浮液，以0. ImL的注射器將含目標(biāo)產(chǎn)物的懸浮液添加入卷煙濾嘴中，每支卷煙添加量為0. 3mL，每支卷煙約含目標(biāo)產(chǎn)物0. 05mg。以未添加含目標(biāo)產(chǎn)物懸浮液的同牌號(hào)卷煙為對(duì)照樣品，來評(píng)價(jià)基于TMV模板的一維金納米材料對(duì)卷煙主流煙氣中CO含量的影響，結(jié)果如下表所示
對(duì)照樣品添加目標(biāo)產(chǎn)物的樣品CO (mg/支)10. 839. 21ACO (mg/支)1. 62ACO (%)14. 96結(jié)果表明，本發(fā)明所得到的目標(biāo)產(chǎn)物在添加量較低的情況下(0. 05mg)，可將卷煙主流煙氣中CO含量由10. 83mg降至9. 21mg,降低1. 62mg,降低幅度14. 96%。實(shí)施例2將煙草花葉病毒TMV分散于去離子水中得到濃度為0. 3mg/mL的懸浮液，將IOmL 此懸浮液、5mL乙酸溶液(5wt% )、0. 5mL氯金酸溶液(0. 01M) 一同置于反應(yīng)容器中，在避光條件下攪拌池，再加入ImL的水合胼溶液(10_3M)，室溫下將反應(yīng)物靜置池，用去離子水、以離心的方法對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行多次洗滌，最終得到深棕色的絮狀產(chǎn)物。將此產(chǎn)物再分散于去離子水中，得到含目標(biāo)產(chǎn)物的懸浮液，以0. ImL的注射器將含目標(biāo)產(chǎn)物的懸浮液添加入卷煙濾嘴中，每支卷煙添加量為0. 3mL，每支卷煙約含目標(biāo)產(chǎn)物0. Ilmg0以未添加含目標(biāo)產(chǎn)物懸浮液的同牌號(hào)卷煙為對(duì)照樣品，來評(píng)價(jià)基于TMV模板的一維金納米材料對(duì)卷煙主流煙氣中CO含量的影響，結(jié)果如下表所示
對(duì)照樣品添加目標(biāo)產(chǎn)物的樣品CO (mg/支)10.819.06ACO (mg/支)1. 75ACO (%)16. 19結(jié)果表明，本發(fā)明所得到的目標(biāo)產(chǎn)物在添加量較低的情況下(0. Ilmg)，可將卷煙主流煙氣中CO含量由10. 8Img降至9. 06mg,降低1. 75mg,降低幅度16. 19%。實(shí)施例3將煙草花葉病毒TMV分散于去離子水中得到濃度為0. 3mg/mL的懸浮液，將IOmL 此懸浮液、5mL乙酸溶液(5wt% )、0. 5mL氯金酸溶液(0. 01M) 一同置于反應(yīng)容器中，在避光條件下攪拌證，再加入ImL的水合胼溶液(10_3M)，室溫下將反應(yīng)物靜置池，用去離子水、以離心的方法對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行多次洗滌，最終得到深棕色的絮狀產(chǎn)物。將此產(chǎn)物再分散于去離子水中，得到含目標(biāo)產(chǎn)物的懸浮液，以0. ImL的注射器將含目標(biāo)產(chǎn)物的懸浮液添加入卷煙濾嘴中，每支卷煙添加量為0. 3mL，每支卷煙約含目標(biāo)產(chǎn)物0. Ilmg0以未添加含目標(biāo)產(chǎn)物懸浮液的同牌號(hào)卷煙為對(duì)照樣品，來評(píng)價(jià)基于TMV模板的一維金納米材料對(duì)卷煙主流煙氣中CO含量的影響，結(jié)果如下表所示
權(quán)利要求
1.一種用以降低卷煙煙氣中CO含量的一維金納米材料的制備方法，其特征在于所述方法包括下述步驟a、將煙草花葉病毒TMV分散于去離子水中，得到TMV濃度約為0.1-0. 3mg/mL的懸浮液；b、將IOmL步驟a所得懸浮液、5mL乙酸溶液、0.5mL氯金酸溶液一同置于反應(yīng)容器中， 在避光條件下攪拌3- ；其中乙酸溶液的質(zhì)量濃度為5%，氯金酸溶液濃度為0. OlM ；c、再將ImL的水合胼溶液加入到b步驟所述的反應(yīng)容器中，室溫下靜置池；其中水合胼溶液濃度為IO3M ；d、用去離子水以離心的方法對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行多次洗滌、提純，得到深棕色絮狀產(chǎn)物，將該產(chǎn)物再次分散于去離子水中，得到含有目標(biāo)產(chǎn)物的懸浮液，備用。
2.—種權(quán)利要求1所述一維金納米材料在卷煙中的應(yīng)用，其特征在于將所得到的含目標(biāo)產(chǎn)物的懸浮液采用注射的方法注入卷煙濾嘴中，每支注射量為0. 3-0. 5mL，之后將卷煙放置于樣品平衡間內(nèi)平衡2天以上即可。
全文摘要
一種用以降低卷煙煙氣中CO含量的一維金納米材料的制備方法及其應(yīng)用，所述方法包括下述步驟a、將煙草花葉病毒TMV分散于去離子水中，得到TMV濃度約為0.1-0.3mg/mL的懸浮液；b、將10mL步驟a所得懸浮液、5mL乙酸溶液、0.5mL氯金酸溶液一同置于反應(yīng)容器中，在避光條件下攪拌3-5h；其中乙酸溶液的質(zhì)量濃度為5％，氯金酸溶液濃度為0.01M；c、再將1mL的水合肼溶液加入到b步驟所述的反應(yīng)容器中，室溫下靜置2h；其中水合肼溶液濃度為10-3M；d、用去離子水以離心的方法對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行多次洗滌、提純，得到深棕色絮狀產(chǎn)物，將該產(chǎn)物再次分散于去離子水中，得到含有目標(biāo)產(chǎn)物的懸浮液，之后將含目標(biāo)產(chǎn)物的懸浮液注入卷煙濾嘴中即可。
文檔編號(hào)A24D3/06GK102578695SQ20101020456
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者侯宏衛(wèi), 劉楠, 唐綱嶺, 姜興益, 張洪非, 李中皓, 李雪, 胡清源, 陳再根, 陳歡 申請(qǐng)人:中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院