專利名稱：一種石墨烯類纖維卷煙濾嘴及其制備方法
技術領域：
本發明涉及卷煙技術領域，具體涉及ー種石墨烯類纖維卷煙濾嘴及其制備方法。
背景技術：
卷煙燃燒過程中產生順3、CO、苯酚、苯并[a]芘、HCN、巴豆醛、甲基亞硝胺吡啶基丁酮(NNK)等有害物質，在抽吸時隨煙氣進入人體造成危害。卷煙濾嘴可以在一定程度上阻止這些物質進入人體。最初，卷煙濾嘴以單ー的纖維材料為主，對有害物質的吸附效率低；后來，隨著材料技術的發展，體相復合纖維、離子交換纖維、金屬或金屬氧化物摻雜的纖維材料、納米碳溶膠等被用于以不同方式來制作卷煙濾嘴。如在CN101019692A中，公開了ー種在醋酸纖維素中均勻地摻混占其一定比重的活性炭纖維的濾嘴，提高了濾棒或濾嘴對主流煙氣中揮發和半揮發性有害物質的吸附效率；在CN1652703A中，公開了ー種濾嘴，該濾嘴含有一束能負載顆粒物、小球或者粉末的纖維，來幫助降低煙氣組分。這些方法都在一定程度上減少了卷煙主流煙氣中的有害成分，但由于傳統高分子材料或金屬化學材料本身具有選擇性差、極性低、活性共軛位點少等特點，對有害物質的吸附方式以物理吸附為主，對煙氣中有害成分的吸附效率較低。隨著納米技術的發展，納米材料逐漸被應用到生產生活的各個領域。納米復合材料被應用于選擇性吸附卷煙主流煙氣中有害成分的研究已嶄露頭角，雖然十分有限，但都取得了很好的效果。馮守愛等(馮守愛等，納米SiO2選擇性吸附卷煙主流煙氣中有害成分的研究，材料導報，2011，25，44-46)于2011年底報道了將納米SiO2制成分散液注入到嘴棒中，結果表明煙氣中苯并[a]芘、苯酚和巴豆醛的含量降低了 8%以上；許以華用納米碳溶膠制成高效卷煙濾芯(專利No. 200810063747. 6)，認為效果很好。納米碳溶膠雖然具有較多的吸附活性位點，但同時也具有組分復雜，表面原子數與總原子數之比并未達到最佳，以及對吸附組分的選擇性差等缺點。石墨烯(Graphene)是ー種由碳原子以sp2雜化軌道組成蜂窩狀正六邊形晶格的全新的ニ維納米材料，除具有普通納米材料的特性外，還具有獨特的P鍵共軛吸附作用和化學催化活性。其被發現后迅速激起了全世界的研究熱潮，發現者也于2010年獲得諾貝爾物理學獎。其獲獎的根源在于石墨烯在吸附、催化等眾多方面具有極其優良的性質。氧化 石墨烯(Graphene oxide)是石墨烯的直接衍生物，且相對石墨烯具有改良的性質，比如表面富有豐富的羥基和羧基官能團，比石墨烯具有更好的水溶性。此外，除保留了非氧化石墨烯的良好P吸附作用(包括H-p作用,p-p作用,pcation-p作用，陽離子-p作用，陰離子-p作用，和非極性氣體-P作用)和催化性質外，還易與羥基、氨基、羧基等極性基團形成氫鍵，對極性分子具有更好的吸附特性。因此石墨烯和氧化石墨烯對共軛分子、堿基、P卜啉、醛酮分子等具有很好的選擇性吸附作用。此外，B. Huang等(B. Huang, Z. Li, Z. Liu, G. Zhou,S. Hao,J. ffu,B. Gu,ff. Duan，J. Phys. Chem. C 2008，112，13443。)報道石墨烯的正六邊形晶格與NH3分子大小匹配，可吸附氮氧化物等氣體小分子。
目前，石墨烯和氧化石墨烯已在多個領域被應用于各個領域，但截至目前，石墨烯和氧化石墨烯在卷煙減害降焦領域尚未見有相關專利和文獻報道，還并未得到引進和應用。本發明以石墨烯為代表的新一代ニ維納米材料應用于卷煙減害降焦必將為卷煙技術帶來新的突破
發明內容
發明目的針對現有技術中存在的不足，本發明的目的是提供ー種石墨烯類纖維卷煙濾嘴及其制備方法，高效選擇性吸附卷煙抽吸時煙氣中產生的有害物質，在不影響卷煙內在感官質量的同時，減少吸煙對人體的危害。技術方案為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下
ー種石墨烯類纖維卷煙濾嘴，所述濾嘴包括纖維載體，在所述的纖維載體上設有用于吸附煙氣中有害組分的石墨烯類材料；所述石墨烯類材料分散在所述纖維載體上。所述的纖維載體包括炭纖維、醋酸纖維、海泡石纖維，動植物纖維以及分子篩等各種有機、無機、高分子材料，且制備反應條件不一定是簡單混合，也可以是水熱法、固相合成法、活性官能團偶聯法等其它合成方法。所述的石墨烯類材料為石墨烯和氧化石墨烯中的一種或其混合。所述濾嘴為ニ元復合濾嘴，接觸煙絲端緊連負載著石墨烯類材料的纖維載體段，載體的厚度為mm，然后連接普通醋酸纖維段。在所述每支卷煙中，負載石墨烯類材料的纖維載體重量為5 20 mg。一種制備石墨烯類纖維卷煙濾嘴的方法，包括以下步驟
1)將石墨烯類材料均勻分散到溶劑中，配成0.riO mg/mL的石墨烯類溶液；
2)將纖維載體進行預活化處理，去除載體本身含有的雜質、雜氣，烘干；
3)將活化好的纖維載體浸沒到石墨烯類溶液中10飛0min，烘干；石墨烯類材料的質量為纖維載體質量的0. 5"!5% ；
4)采用常規ニ元濾嘴制作方法，將負載了上述石墨烯類材料的纖維載體添加到濾嘴中，制成復合濾嘴；
步驟(I)中，所述石墨烯類溶液的溶劑為こ醇、水或二者的混合液。步驟(I)中，所述分散的方式為超聲分散。步驟(2)中，所述活化處理方式為沸水煮沸25 min。步驟(3)中，浸沒方式是先超聲，后震蕩，再靜置。有益效果與現有技術相比，本發明具有以下特點
(I)與傳統體相材料和三維納米材料相比，石墨烯和氧化石墨烯具有更大的表面原子比例、獨特的P吸附性能和化學催化活性，通過在卷煙濾嘴中添加石墨烯和氧化石墨烯進行改性，能夠大大提高對煙氣中有害物質的吸附效率，同時石墨烯類材料在水或こ醇中具有很好的分散性，且很容易與炭纖維和醋酸纖維載體復合，不易脫落，因此無論對環境還是對人體，都不產生附加毒害，綠色環保。(2)在用量很少的情況下既能達到很高的選擇性吸附效率，不影響卷煙的內在感官質量。經分析檢測，本發明通過在卷煙濾嘴中添加石墨烯類材料改性，提高了卷煙濾嘴的過濾性能，能夠明顯的降低卷煙煙氣中有害成分的釋放量，煙氣中苯并[a]芘、苯酚、HCN、巴豆醛和NH3的含量都明顯下降，同時對煙氣中的香氛物質影響很小。經過行業具有評吸資格的人員評吸后確認，應用石墨烯類材料改性過后的卷煙內在質量沒有明顯變化添加效果明顯優于使用金屬或氧化物等方法改性濾嘴的卷煙。(3)濾嘴的制作エ藝為行業現有成熟技術，因此本發明エ藝簡單，操作十分便捷，大規模生產時成本低廉。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明做進ー步的說明。實施例1
1)配制0.2 mg/mL的氧化石墨烯水溶液；
2)將醋酸纖維置于水中煮沸25min進行活化處理，后浸沒到含有醋酸纖維質量1. 0%的氧化石墨烯水溶液中，超聲10 min (80 W)，靜置10 min，于110°C烘干；
3)采用行業現有的ニ元嘴棒制作方式將負載了上述氧化石墨烯的醋酸纖維載體添加到嘴棒中，制成復合濾嘴，醋酸纖維載體厚度為2 mm，每支卷煙中負載氧化石墨烯的醋酸纖維重量為10 mg。4)將復合濾嘴制成卷煙，采用國家標準對主流煙氣中的有害成分進行檢測。分析結果見表I。實施例2
1)配制0.5 mg/mL的氧化石墨烯水溶液；
2)將醋酸纖維置于水中煮沸25min進行活化處理，后浸沒到含有醋酸纖維質量2. 5%的氧化石墨烯水溶液中，超聲10 min (80 W)，震蕩20 min (160 W)，靜置10 min，于110°C烘干；
3)采用行業現有的ニ元嘴棒制作方式將負載了上述氧化石墨烯的醋酸纖維載體添加到嘴棒中，制成復合濾嘴，醋酸纖維載體厚度為1.5 mm，每支卷煙中負載氧化石墨烯的醋酸纖維重量為8 mg。4)將復合濾嘴制成卷煙，采用國家標準對主流煙氣中的有害成分進行檢測。分析結果見表I。實施例3
1)配制0.2 mg/mL的石墨烯こ醇溶液；
2)將醋酸纖維置于水中煮沸25min進行活化處理，后浸沒到含有醋酸纖維質量1. 0%的石墨烯こ醇溶液中，超聲20 min (80 W)，震蕩20 min (160 W)，靜置10 min，于110°C烘干;
3)采用行業現有的ニ元嘴棒制作方式將負載了上述石墨烯的醋酸纖維載體添加到嘴棒中，制成復合濾嘴，醋酸纖維載體厚度為2 mm，每支卷煙中負載石墨烯的醋酸纖維重量為10 mg。4)將復合濾嘴制成卷煙，采用國家標準對主流煙氣中的有害成分進行檢測。分析結果見表I。實施例4
I)配制0. 2 mg/mL的氧化石墨烯水溶液；2)將炭纖維置于水中煮沸25min進行活化處理，后浸沒到含有炭纖維質量1. 0%的氧化石墨烯水溶液中，超聲10 min (80 W)，震蕩20 min (160 W)，靜置10 min，于110°C烘干;
3)采用行業現有的ニ元嘴棒制作方式將負載了上述氧化石墨烯的炭纖維載體添加到嘴棒中，制成復合濾嘴，炭纖維載體厚度為2 mm，每支卷煙中負載氧化石墨烯的炭纖維重量為 10 mg。4)將復合濾嘴制成卷煙，采用國家標準對主流煙氣中的有害成分進行檢測。分析結果見表I。實施例5 1)配制0.4 mg/mL的氧化石墨烯水溶液和0. 4 mg/mL的石墨烯こ醇溶液，等體積混合制得氧化石墨烯和石墨烯的混合溶液；
2)將炭纖維置于水中煮沸25min進行活化處理，后浸沒到含有炭纖維質量2. 0%的混合石墨烯溶液中，超聲20 min (80 W)，震蕩20 min (160 W)，靜置10 min，于110°C烘干；
3)采用行業現有的ニ元嘴棒制作方式將負載了上述石墨烯和氧化石墨烯的活性炭纖維載體添加到嘴棒中，制成復合濾嘴，炭纖維載體厚度為1.5 mm，每支卷煙中負載石墨烯和氧化石墨烯的炭纖維重量為8 mg。4)將復合濾嘴制成卷煙，采用國家標準對主流煙氣中的有害成分進行檢測。分析結果見表I。實施例6
采用國家標準，分別對由實施例廣5的復合濾嘴制成卷煙中的主流煙氣進行有害成分檢測，結果見表I。表I卷煙煙氣有害成分釋放量降低結果
權利要求
1.一種石墨烯類纖維卷煙濾嘴，其特征在于所述濾嘴包括纖維載體，在所述的纖維載體上設有用于吸附煙氣中有害組分的石墨烯類材料；所述石墨烯類材料分散在所述纖維載體上。
2.根據權利要求1所述的石墨烯類纖維卷煙濾嘴，其特征在于所述的纖維載體包括炭纖維、醋酸纖維、海泡石纖維，動植物纖維以及分子篩。
3.根據權利要求1所述的石墨烯類纖維卷煙濾嘴，其特征在于所述的石墨烯類材料為石墨烯和氧化石墨烯中的一種或其混合。
4.根據權利要求1所述的石墨烯類纖維卷煙濾嘴，其特征在于所述濾嘴為二元復合濾嘴，接觸煙絲端緊連負載著石墨烯類材料的纖維載體段，載體的厚度為廣4 _，然后連接普通醋酸纖維段。
5.根據權利要求1所述的石墨烯類纖維卷煙濾嘴，其特征在于在所述每支卷煙中，負載石墨烯類材料的纖維載體重量為5 20 mg。
6.一種制備權利要求1所述的石墨烯類纖維卷煙濾嘴的方法，其特征在于，包括以下步驟 1)將石墨烯類材料均勻分散到溶劑中，配成O.Γ10 mg/mL的石墨烯類溶液； 2)將纖維載體進行預活化處理，去除載體本身含有的雜質、雜氣，烘干； 3)將活化好的纖維載體浸沒到石墨烯類溶液中1(T60min，烘干；石墨烯類材料的質量為纖維載體質量的O. 5 15% ； 4)采用常規二元濾嘴制作方法，將負載了上述石墨烯類材料的纖維載體添加到濾嘴中，制成復合濾嘴。
7.根據權利要求6所述的制備石墨烯類纖維卷煙濾嘴的方法，其特征在于，步驟(I)中，所述石墨烯類溶液的溶劑為乙醇、水或二者的混合液。
8.根據權利要求6所述的制備石墨烯類纖維卷煙濾嘴的方法，其特征在于，步驟(I)中，所述分散的方式為超聲分散。
9.根據權利要求6所述的制備石墨烯類纖維卷煙濾嘴的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述活化處理方式為沸水煮沸25 min。
10.根據權利要求6所述的制備石墨烯類纖維卷煙濾嘴的方法，其特征在于，步驟(3)中，浸沒方式是先超聲，后震蕩，再靜置。
全文摘要
本發明公開了一種石墨烯類纖維卷煙濾嘴及其制備方法，所述濾嘴包括纖維載體，在所述的纖維載體上設有用于吸附煙氣中有害組分的石墨烯類材料。該濾嘴將石墨烯類材料負載到炭纖維或者醋酸纖維載體上，采用行業現有的二元濾嘴制作方式將該載體添加到濾嘴中，制成復合濾嘴，吸附卷煙抽吸時產生的煙氣中的有害物質。該濾嘴應用新型二維納米材料獨特的π吸附特性和極高的表面活性原子比例，在添加量極少的情況下即可對苯并[a]芘、揮發性醛酮類促癌分子、苯酚、HCN進行高效吸附，綠色環保，無附加毒害，由于量少高效，在不影響卷煙內在感官質量的同時減少了卷煙對人體的危害。同時該方法工藝簡單，大規模生產成本低廉，在卷煙減害降焦領域有著廣闊的應用前景。
文檔編號A24D3/14GK103005712SQ201310001588
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月4日 優先權日2013年1月4日
發明者朱懷遠, 盛金, 莊亞東, 尤曉娟, 劉獻軍, 沈曉晨, 張媛, 曹毅, 張映, 熊曉敏 申請人:江蘇中煙工業有限責任公司