一种羟基磷灰石复合多孔材料、其制备方法及用途技术

本发明专利技术公开了一种羟基磷灰石复合材料，其包括羟基磷灰石和魔芋葡甘聚糖，其中的羟基磷灰石的质量分数为66.7‑97.2，魔芋葡甘聚糖的质量分数为2.8‑33.3；所述羟基磷灰石复合材料为多孔结构；所述羟基磷灰石复合材料是以所述魔芋葡甘聚糖形成的三维网络为框架，以所述羟基磷灰石为填充料、且所述羟基磷灰石包裹在所述魔芋葡甘聚糖内。本发明专利技术还公开了所述羟基磷灰石复合材料的制备方法及用于烟草吸附除害的用途。

【技术实现步骤摘要】
一种羟基磷灰石复合多孔材料、其制备方法及用途
本专利技术属于材料制备
，具体涉及一种羟基磷灰石复合多孔材料、其制备方法及在烟草中吸附有害物质的用途。
技术介绍
随着吸烟与健康问题的日益凸显以及消费者对健康意识的提高，低危害卷烟也随之成为烟草行业必然的发展趋势。在开发低危害卷烟过程中，通常采用掺配烟草薄片、掺配膨胀烟丝和膨胀梗丝、滤棒打孔通风稀释、滤棒中添加吸附材料、应用高透气度卷烟纸等方法来实现降焦减害的目的。其中，在滤棒中添加吸附材料是一种比较有效的方法，近年来国内外烟草行业对滤棒添加的吸附材料进行了大量的研究。目前报道的滤棒用吸附材料如活性碳、海泡石、分子筛、沸石、硅胶等。研究发现，一般香烟在达到降焦减害效果上主要依靠以下两个因素：1、材料本身的多孔特性，利用的是其表面的介孔/微孔带来的物理吸附效果；2、由多孔材料构建的过滤装置，包括过滤膜，过滤棒(嘴)等，通过宏观聚集增强多孔材料的整体吸附能力。上述如活性碳、海泡石、分子筛、沸石、硅胶等材料在降焦油减伤害方面具有较好的效果，但会带来烟香衰减、引入不良气息及吸阻等问题。综合考虑吸附材料的减害降焦效果、以及吸阻性等方面，需要基础材料能够具备以下特性：1、具有一定的多孔结构，最好是能在原活性炭、海泡石、分子筛等基础上进一步寻找新型多孔材料；2、考虑二次造孔，即二次造孔的孔隙分布和孔径尺寸能够满足在增强的吸附效果的同时，不影响吸阻；3、二次造孔工艺能做到孔隙分布及孔径尺寸可调，同时造孔工艺能连续生产，生产的宏观过滤装置便于在过滤嘴生产线上进行装配操作。羟基磷灰石为多孔微球，其成分是羟基磷灰石(HAP)，HAP分子式为Ca10(PO4)6(OH)2，属于六方晶系，P63/m空间群；HAP是典型的生物医用材料，具有无毒、对环境友好、来源广泛、成本低等特性。表面多孔的HAP微球是制备HAP晶须时的一种中间形态，由未脱离形核生长点的片层或晶须向外发散构成，二次颗粒形貌类似于“花瓣”或“针刺”；片层或晶须间的缝隙形成了微球的多孔结构。另外，相互堆垛时微球形貌还能进一步创造新的孔隙。多孔HAP微球的基础单元片层或晶须其原子结构排列高度有序，结构完整性好，强度近似等于原子间价键力的理论强度，晶须形态下具有比强度高、比模量高、蠕变阻力较好等特性。另外，晶须的短纤维形貌能够赋予多孔HAP微球通过桥接、裂纹偏转和拔出效应吸收能量，消除裂纹尖端集中的应力来增强基体的韧性。由于其优异的结构和力学上的性能，HAP多孔微球表现出良好吸附性能。专利CN1720828A将羟基磷灰石用于烟草中，用于吸附烟气中的有害物质取得了较好的效果，但仍然吸阻效果仍然较差，不能满足用于卷烟滤嘴吸附除害的要求。魔芋葡甘聚糖(KGM)为有机生物质材料，是一种水溶性的天然多糖，其主链具有三级结构，一级结构是以葡萄糖和甘露糖为重复单元并且按照一定的摩尔比组合成的线性结构；二级结构是KGM分子链通过伸展而呈现出的两折的螺旋形结构；三级结构则是KGM分子在三维空间内进行旋转而呈现出的三维立体的结构；由于其独特的结构，KGM具有交联性好、成型简易、有一定强韧性等优点。另外其特殊的理化性质还具有以下的独特性能：a.增稠性，质量分数为1％的魔芋精粉溶胶的粘度可以达到几千mPa/s；b.胶凝性，KGM是一种非牛顿流体，较低的浓度下表现出较高的粘性，静置能够成胶；c.保水性，KGM含有大量的亲水基团，因此其保水量可高出自身重量的40倍，具有较好的保水润滑作用。KGM来源于中国特有物种天南星科的魔芋的根和块茎提取物；魔芋在云南种属最多且种植量大，具有原料来源广泛、成本低、易提取等优势。本专利技术以羟基磷灰石(HAP)多孔微球和魔芋葡甘聚糖(KGM)为原料，制备出HAP和KGM的复合多孔材料，将该复合多孔材料用于烟草中，在吸附降害方面取得优异的效果，且吸阻较小。同时为提高复合多孔材料的密度加入优选的增重剂。本专利技术的复合材料为首次制备得到。
技术实现思路
本专利技术首次制备出HAP和KGM的复合多孔材料，该复合多孔材料是一种具有良好孔隙结构、孔径尺寸和孔隙率的有机无机复合多孔材料。同时为使复合多孔材料的密度与普通卷烟滤棒的密度相适配，加入优选的增重剂。将该复合多孔材料颗粒用于烟草中，在吸附降害方面取得优异的效果，同时对吸阻没有影响，无不良气息的引入。本专利技术的技术方案如下：本专利技术第一方面公开了一种羟基磷灰石复合材料，其包括羟基磷灰石和魔芋葡甘聚糖，其中的羟基磷灰石的质量分数为66.7-97.2，魔芋葡甘聚糖的质量分数为2.8-33.3；所述羟基磷灰石复合材料为多孔结构；所述羟基磷灰石复合材料是以所述魔芋葡甘聚糖形成的三维网络为框架，以所述羟基磷灰石为填充料、且所述羟基磷灰石包裹在所述魔芋葡甘聚糖内。优选地，所述羟基磷灰石复合材料还含有增重剂，所述增重剂的质量分数为5.0–35.0；所述增重剂为粉状的硫酸钡、磷酸钡或二氧化锆中的一种或它们的组合。优选地，所述羟基磷灰石为多孔颗粒，其颗粒直径为10μm-100μm，孔径为1μm-50μm，孔隙率为10％-70％。优选地，所述羟基磷灰石复合材料为颗粒状，其颗粒直径为0.45mm-2mm，其孔隙率为10％-85％，孔径为0.05μm-225μm；其比表面积为0.1523m2/g-7.5482m2/g。本专利技术第二方面公开了一种羟基磷灰石复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)配置羟基磷灰石多孔颗粒和增重剂的悬浮液；(2)向步骤(1)的悬浮液中加入交联剂，混合均匀得到混合液；(3)向步骤(2)混合液中加入魔芋葡甘聚糖，混合使其变成凝胶状混合物；(4)将步骤(3)的凝胶状混合物在50℃-120℃下反应2h-8h；(5)将步骤(4)的反应产物冷冻干燥，直至脱水完全形成干凝胶；(6)将步骤(5)的干凝胶进行破碎、逐级分筛后得到颗粒尺寸为0.45mm-2mm的颗粒状，即为所述的羟基磷灰石复合材料。优选地，步骤(2)中所述交联剂为氨水、氢氧化钠、碳酸氢钠中的一种或它们的组合，所述交联剂的用量为步骤(1)中水量的0.5-5.0wt％；步骤(3)魔芋葡甘聚糖的加入量为步骤(1)中水量的1/50-1/10、且魔芋葡甘聚糖的加入量为其在所述羟基磷灰石复合材料中的质量百分比为2.8％-33.3％。优选地，步骤(4)的冷冻干燥温度为-20℃～-50℃。优选地，步骤(1)中所述羟基磷灰石多孔颗粒的制备步骤为：①将钙盐、磷盐、和沉淀剂混合形成混合液；②将步骤①混合溶液的pH值调配至1.50-3.50；③将步骤②的混合液进行水热反应；④将步骤③的混合液过滤，将固体清洗及干燥，即得到所述的羟基磷灰石多孔颗粒。优选地，步骤①中的所述钙盐为氯化钙、硝酸钙、磷酸氢钙中的一种或它们的组合，所述钙盐加入量为其浓度为0.01mol/L-1.67mol/L；所述磷盐为如磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵中的一种或它们的组合，所述磷盐加入量为其浓度为0.005mol/L-1mol/L；所述沉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种羟基磷灰石复合材料，其特征在于，其包括羟基磷灰石和魔芋葡甘聚糖，其中的羟基磷灰石的质量分数为66.7-97.2，魔芋葡甘聚糖的质量分数为2.8-33.3；所述羟基磷灰石复合材料为多孔结构；所述羟基磷灰石复合材料是以所述魔芋葡甘聚糖形成的三维网络为框架，以所述羟基磷灰石为填充料、且所述羟基磷灰石包裹在所述魔芋葡甘聚糖内。/n

【技术特征摘要】
1.一种羟基磷灰石复合材料，其特征在于，其包括羟基磷灰石和魔芋葡甘聚糖，其中的羟基磷灰石的质量分数为66.7-97.2，魔芋葡甘聚糖的质量分数为2.8-33.3；所述羟基磷灰石复合材料为多孔结构；所述羟基磷灰石复合材料是以所述魔芋葡甘聚糖形成的三维网络为框架，以所述羟基磷灰石为填充料、且所述羟基磷灰石包裹在所述魔芋葡甘聚糖内。


2.根据权利要求1所述的羟基磷灰石复合材料，其特征在于，所述羟基磷灰石复合材料还含有增重剂，所述增重剂的质量分数为5.0–35.0；所述增重剂为粉状的硫酸钡、磷酸钡或二氧化锆中的一种或它们的组合。


3.根据权利要求1或2所述的羟基磷灰石复合材料，其特征在于，所述羟基磷灰石为多孔颗粒，其颗粒直径为10μm-100μm，孔径为1μm-50μm，孔隙率为10％-70％。


4.根据权利要求1或2所述的羟基磷灰石复合材料，其特征在于，所述羟基磷灰石复合材料为颗粒状，其颗粒直径为0.45mm-2mm，其孔隙率为10％-85％，孔径为0.05μm-225μm；其比表面积为0.1523m2/g-7.5482m2/g。


5.一种羟基磷灰石复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)配置羟基磷灰石多孔颗粒和增重剂的悬浮液；
(2)向步骤(1)的悬浮液中加入交联剂，混合均匀得到混合液；
(3)向步骤(2)混合液中加入魔芋葡甘聚糖，混合使其变成凝胶状混合物；
(4)将步骤(3)的凝胶状混合物在50℃-120℃下反应2h-8h；
(5)将步骤(4)的反应产物冷冻干燥，直至脱水完全形成干凝胶；
(6)将步骤(5)的干凝胶进行破碎、逐级分筛后得到颗粒尺寸为0.45mm-2mm的颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玲，段焰青，汤丹瑜，孔维玲，刘晓敏，韦克毅，陈兴，裴梓烨，者为，赵英良，陈庆华，刘金坤，
申请(专利权)人：云南中烟工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：云南;53