一种通过置换电渗析系统降低烟草提取液中NH4+离子的方法与流程

本发明涉及一种新型的置换电渗析系统，应用于烟草提取液的品质控制过程中，属于烟草化学领域。

背景技术：

1、烟草提取液的品质是影响造纸法再造烟叶产品质量的关键因素，通过对烟草提取液的化学组分进行调控能够有效地调整造纸法再造烟叶的品质特性，从而进一步提升再造烟叶在卷烟产品中的使用特性。由于烟草本身具有大量由nh4+离子组成的化合物，在不充分燃烧的情况下将会产生对感官有刺激性的nh3分子，这对于再造烟叶在高端卷烟产品中的应用具有不利影响。

2、利用电场作为驱动的电渗析(ed)技术能够通过带电荷组分在电场中的移动、基于具有选择性分离功能的膜材料实现料液中nh4+组分的分离，从而能够有效地降低燃烧后烟气中氨气的释放量。但是，普通的电渗析技术会同时导致带正负电荷的组分从烟草提取液中分离，不利于对提取液中单一组分的调控。

技术实现思路

1、为了不影响/增强再造烟叶产品的燃烧性质，需要对nh4+组分选择性脱除的同时引入或保留其它已知不影响/增强燃烧性的离子，从而有效地改善造纸法再造烟叶的品质特性。基于此，本发明利用一种新型置换电渗析系统，通过改变膜堆中膜的种类、排列方式实现烟草提取液中特定离子的选择性分离和去除，并将其用于烟草提取液的品质调控，旨在对烟草提取液中的nh4+离子进行选择性地去除，从而实现对烟草提取液的品质调控，提升烟草提取液的价值，降低成品造纸法再造烟叶的有害成分释放量。

2、为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种通过置换电渗析系统降低烟草提取液中nh4+离子的方法，其特点在于：通过置换电渗析系统实现烟草提取液中的nh4+离子的选择性地去除，同时向其中替换入烟草领域常见的、烟草所需的带正电的离子，从而实现对烟草提取液的品质调控，提升烟草提取液的价值，进而降低成品造纸法再造烟叶燃烧时主流烟气中氨气的释放量。

4、进一步地，所述置换电渗析系统中膜堆的排列方式为阳极板-阳极室-[阴离子交换膜-淡化室-阳离子交换膜-置换室-阳离子交换膜-浓缩室]n-阴离子交换膜-阴极室-阴极板，n为重复单元数。

5、进一步地，在置换电渗析系统的膜堆中，将烟草提取液通入置换室，向淡化室通入包含烟草所需的带正电的离子的盐溶液，向浓缩室通入稀的盐溶液或去离子水，向阳极室和阴极室通入强电解质溶液；在直流电场的作用下，阴极室中的阴离子通过阴离子交换膜向浓缩室迁移、置换室中的nh4+离子通过阳离子交换膜向浓缩室迁移，同时淡化室中含较大离子半径的烟草所需的带正电的离子通过阳离子交换膜向置换室中迁移以补充置换室中被迁移的nh4+离子。

6、进一步地，所述阳极板和阴极板的材料为耐腐蚀的钛包覆钌材料或铂材料；相邻离子交换膜之间的隔室均由带有流道和格网的垫片构成，垫片厚度为0.8mm；所述膜堆中重复单元数n为1-1000。

7、进一步地，所述烟草所需的带正电的离子的盐溶液是由硫酸根、苹果酸根、乳酸根、乙酸根、葡萄糖酸根、柠檬酸根中的至少一种与钠离子、钾离子、镁离子、钙离子中的至少一种组成的盐溶液，盐浓度为0.005-2.0mol/l。

8、进一步地，将阳极室和阴极室串联，从而实现阳极液和阴极液中的阳离子总量不变，并使用所述淡化室中加入的带正电的离子替换置换室内的nh4+离子，维持膜堆正常运行。

9、进一步地，所述阳极室和阴极室串联后通入的强电解质溶液可为硫酸钠溶液、硫酸钾溶液、硝酸钠溶液或硝酸钾溶液，浓度为0.005-2.0mol/l。

10、进一步地：所述置换电渗析系统的膜堆运行时，先将各隔室料液通过蠕动泵循环5-30分钟，排出膜堆中的气泡；运行过程中，通过蠕动泵控制各室溶液流动的线流速为1-10cm/s，避免浓差极化现象发生；运行过程中，可采用恒电压或恒电流操作，优选恒电流操作，电流密度为5-30ma/cm2。

11、与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

12、本发明利用了一种新型的置换电渗析系统，通过设置膜堆的排布方式可实现烟草提取液的品质调控，即选择性去除烟草提取液中的nh4+离子，同时向其中替换入烟草所需的带正电的离子如k+，提升了提取液的k+/cl-比，增加了卷烟的燃烧特性，实现了使用烟草提取液生产的再造烟叶燃烧特性的针对性调控，从两方面减少了卷烟主流烟气中nh3的释放量，对再造烟叶感官品质有一定的提升。

技术特征：

1.一种通过置换电渗析系统降低烟草提取液中nh4+离子的方法，其特征在于：通过置换电渗析系统实现烟草提取液中的nh4+离子的选择性地去除，同时向其中替换入烟草所需的带正电的离子。

2.根据权利要求1所述的一种通过置换电渗析系统降低烟草提取液中nh4+离子的方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种通过置换电渗析系统降低烟草提取液中nh4+离子的方法，其特征在于：

4.根据权利要求2或3所述的一种通过置换电渗析系统降低烟草提取液中nh4+离子的方法，其特征在于：所述阳极板和阴极板的材料为钛包覆钌材料或铂材料；相邻离子交换膜之间的隔室均由带有流道和格网的垫片构成；所述膜堆中重复单元数n为1-1000。

5.根据权利要求3所述的一种通过置换电渗析系统降低烟草提取液中nh4+离子的方法，其特征在于：所述烟草所需的带正电的离子的盐溶液是由硫酸根、苹果酸根、乳酸根、乙酸根、葡萄糖酸根、柠檬酸根中的至少一种与钠离子、钾离子、镁离子、钙离子中的至少一种组成的盐溶液，盐浓度为0.005-2.0mol/l。

6.根据权利要求3所述的一种通过置换电渗析系统降低烟草提取液中nh4+离子的方法，其特征在于：将阳极室和阴极室串联，从而实现阳极液和阴极液中的阳离子总量不变，并使用所述淡化室中加入的带正电的离子替换置换室内的nh4+离子，维持膜堆正常运行。

7.根据权利要求3所述的一种通过置换电渗析系统降低烟草提取液中nh4+离子的方法，其特征在于：所述强电解质溶液为硫酸钠溶液、硫酸钾溶液、硝酸钠溶液或硝酸钾溶液，浓度为0.005-2.0mol/l。

8.根据权利要求3所述的一种通过置换电渗析系统降低烟草提取液中nh4+离子的方法，其特征在于：所述置换电渗析系统的膜堆运行时，先将各隔室料液通过蠕动泵循环5-30分钟，排出膜堆中的气泡；运行过程中，通过蠕动泵控制各室溶液流动的线流速为1-10cm/s。

9.根据权利要求3所述的一种通过置换电渗析系统降低烟草提取液中nh4+离子的方法，其特征在于：所述置换电渗析系统的膜堆运行时采用恒电流操作，电流密度为5-30ma/cm2。

技术总结本发明公开了一种通过置换电渗析系统降低烟草提取液中NH<subgt;4</subgt;<supgt;+</supgt;离子的方法，通过置换电渗析系统实现烟草提取液中的NH<subgt;4</subgt;<supgt;+</supgt;离子的选择性地去除，同时向其中替换入烟草所需的带正电的离子，从而实现对烟草提取液的品质调控，提升烟草提取液的价值。使用该处理后的烟草提取液制备的成品造纸法再造烟叶，其主流烟气有害成分氨气释放量显著降低，且再造烟叶感官品质得到有效地改善。技术研发人员：葛少林,陈明曦,王健,彭晓萌,孙丽莉,孔俊,徐冰霞,朱欣潮,田振峰,黄兰,徐志强,张朝,朱栋梁,谢映松,汪华受保护的技术使用者：安徽中烟工业有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/1/22