用于選擇性降低卷煙煙氣中亞硝胺的鎂鋁雙金屬氫氧化物納米片材料及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及用于選擇性降低卷煙煙氣中亞硝胺的鎂鋁雙金屬氫氧化物納米片材 料及其制備方法與應用，卷煙減害降焦功能材料領域。
【背景技術】
[0002] 普遍認為吸煙有害于健康，煙葉和煙氣中的一些有害成分，特別是具有致癌性的 煙草特有亞硝胺（TSNAs)更加引起各國科學家的極大關注，主要有N-亞硝基降煙堿（NNN)、 4-(甲基亞硝胺）-1-(3-吡啶基）-1- 丁酮（NNK)、N-亞硝基新煙堿（NAT)、N-亞硝基假木 賊堿（NAB)。一般認為NNK和NNN對動物有強烈的致癌性，生化研宄表明在新陳代謝活動 中，NNK使動物活體和立體的人體組織中的DNA甲基化從而引起腫瘤。為了減少煙草特有 亞硝胺對吸煙者和被動吸煙者健康可能帶來的危害，控制這幾種特有亞硝胺在煙草制品中 的釋放量已成為一項重要課題，降低卷煙煙氣中的TSNAs含量對提高卷煙安全性具有重要 意義。
[0003] 自20世紀50年代以來，減害技術一直都是國際煙草界研宄的重點和熱點。尤其是 近年來除廣泛研宄和采用常規的減害技術外，還對多種濾嘴添加劑（主要是吸附類物質）、 具有特殊減害作用的特種濾嘴、生物減害技術（血紅蛋白等）和采用新的可有效降低有害 成分的生成量（如TSNAs等）的煙葉調制技術等多種減害技術進行了研宄。
[0004] 希臘黃金濾嘴公司將血紅蛋白分散到活性炭中制成的三元復合濾嘴能有效過濾 煙氣中的TSNAs有害化學組分；南京大學朱建華將高吸附性能的介孔材料用作香煙濾棒 的添加材料，湖南中煙利用金屬氧化物改性活性炭纖維用于降低卷煙煙氣中的亞硝胺和酚 類，安徽中煙將合成的納米介孔納米材料應用于復合卷煙濾棒可以有效降低卷煙煙氣中的 特有N-亞硝胺；北京卷煙廠將合成的納米材料應用于制絲生產和復合濾棒的生產可以選 擇性降低卷煙煙氣中煙草特有亞硝胺。但是利用雙金屬氫氧化物納米材料選擇性降低卷煙 煙氣中煙草特有N-亞硝胺尚無報道。
[0005] 層狀雙金屬氫氧化物（LDHs)是一類具有層狀結構的由帶正電荷的主體層 片和層間陰離子通過非共價鍵之間的相互作用而組裝成的化合物。通常情況下在 LDHs層片之間還存在一些客體水分子。雙金屬氫氧化物具有較大的孔結構和特殊 的層狀結構，從而使它成為一種多用途的催化材料[Cavani F. ,Trifiro F. ,Vaccari A. Hydrotalcite-type anionic clays:preparation, properties and applications. Catalysis Today，1991，11:173-301]。同時由于LDHs中金屬離子具有同晶的可取 代性，人們能夠合成有不同金屬離子的多種雙金屬或三金屬氫氧化物，可以得到性能 優良的多用途催化材料。又由于該類雙金屬氫氧化物層間陰離子的相互可交換性， 通過離子交換可以引進雜多陰離子、同多陰離子以及一些有機陰離子等，引入這些較 大的陰離子可使水滑石層間距增大，從而調變其性質[Itaya K. ,Chang H.C., Uchida I.Anion-exchanged clay(hydrotalcite-like compounds)modified electrodes. Inorg Chem, 1987, 26(4):624-626 ；Reichle ff. T, Kang S.Υ. , Everhardt D.S. The Nature of the thermal decomposition of a catalytically active anionic clay mineral. J.Catal, 1986, 101 (2):352-359]。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于供一種用于選擇性吸附卷煙煙氣中特有亞硝胺的鎂鋁雙金屬 氫氧化物納米片材料及其制備方法和應用，將其作為濾嘴添加劑，其應用添加方便、使用量 少，本發明提供的制備方法獲得的鎂鋁雙金屬氫氧化物（LDHs)納米片作為吸附材料能有 有效降低主流煙氣中四種煙草特有亞硝胺的釋放量，減少卷煙煙氣中亞硝胺對人體的危 害。
[0007] 本發明是通過以下技術方案實現的：
[0008] 一種用于選擇性吸附卷煙煙氣中特有亞硝胺的鎂鋁雙金屬氫氧化物納米片材料 的制備方法，為：首先配制鎂鹽和鋁鹽的混合水溶液，并按照NaOH物質的量等于所述鎂鹽 和鋁鹽的混合水溶液中金屬陽離子物質的量的總和的2倍、碳酸鈉的物質的量等于所述鎂 鹽和鋁鹽的混合水溶液中Al 3+物質的量的一半的原則配制氫氧化鈉和碳酸鈉的混合水溶 液；然后將兩種溶液攪拌混合得到PH為9?10的混合體系，之后轉移至反應釜中進行共沉 淀-水熱反應；反應結束后冷卻、離心、洗滌至中性，再經干燥即制得所述的鎂鋁雙金屬氫 氧化物納米片材料。
[0009] 優選的，所述鎂鹽選自氯化鎂、硝酸鎂、硫酸鎂等可溶鹽。
[0010] 優選的，所述鋁鹽選自硝酸鋁、氯化鋁、硫酸鋁等可溶鹽。
[0011] 優選的，所述鎂鹽和鋁鹽的混合水溶液中，鎂離子和鋁離子的摩爾比例為2-4 : 1-2;更優選為2-4:1。
[0012] 優選的，所述鎂鹽和鋁鹽的混合水溶液中金屬陽離子的總濃度為l_2m〇l/L，更優 選為 lmol/L〇
[0013] 優選的，所述制備方法中所用的水均為去離子水。
[0014] 優選的，所述反應釜中的共沉淀-水熱反應的溫度為120_140°C，反應時間為 12-16小時。
[0015] 優選的，所述干燥的溫度為60_80°C，干燥12-24小時。
[0016] 所述共沉淀-水熱反應過程中，形成的生長基元[Mg-(0H)6rA面體與 [Al-(OH) 6PjV面體中的羥基[-(OH)]相互脫水通過八面體共棱的方式聚集成大維度的生 長基元，大維度的生長基元也是通過共棱的方式在同一平面內連接成金屬層板，這種結構 穩定難破壞且帶有正電荷，因此不會再發生沿著垂直于金屬層板的方向連接，而是通過與 陰離子或水結合后再和另一層金屬層板結合，因此就形成了層狀結構的晶體，表現為納米 片狀材料。
[0017] 由上述制備方法（共沉淀-水熱法）制備的鎂鋁雙金屬氫氧化物納米片是由無數 個小層板重疊，然后形成類似海綿狀的層狀結構；比表面積在60-80m 2/g。層板的大小與層 間距與制備過程的溫度以及PH值、晶化時間等條件有關。
[0018] 本發明的進一步提供上述方法制得的鎂鋁雙金屬氫氧化物納米片材料用于選擇 性吸附卷煙煙氣中亞硝胺的用途。將適量的鎂鋁雙金屬氫氧化物納米片材料粉碎，過篩，選 取40-60目顆粒添加到兩段式醋酸纖維濾棒的中間部分，使材料均勻分布于兩段濾棒中間 的截面上保證通過煙氣與材料的充分接觸。
[0019] 優選的，每只香煙濾嘴的濾棒中添加2-4mg，更優選為3mg。
[0020] 特別用于選擇性吸附卷煙煙氣中四種亞硝胺：N-亞硝基新煙草堿（NAT)、4-(N-甲 基亞硝胺基）-1- (3-吡啶基）-1- 丁酮（NNK)、N-亞硝基降煙堿（NNN)、N-亞硝基假木賊堿 (NAB)〇
[0021] 雙金屬氫氧化物是一類新型的二維納米材料，具有層狀結構的復合金屬氫氧化 物，引起具有層片組成的可調變性和層間陰離子的可交換性，使其在眾多領域具有