本发明属于卷烟工艺技术领域，尤其涉及一种卷烟过滤嘴及其制备方法。
背景技术：
卷烟是用卷烟纸将烟丝卷制成条状的燃吸食品。卷烟在吸食的瞬间，燃烧的烟丝及卷烟纸会产生无数碳粒、烟灰及不完全燃烧的微粒，并在高温作用下裂解成无数挥发、半挥发及不挥发的有机物。这些混合物在通过未燃烧烟丝条的短暂时间内迅速冷却，除了部分吸附在微粒表面上，大部分保留在烟气中并进入人体。烟气中对人体有害成分的主要包括：烟焦油、烟碱、一氧化碳、醛类等。
烟焦油中含有多种致癌和促癌物质，其中蕴含的苯并芘具有强烈致癌作用，它是含碳物质燃烧时热解产物。
烟碱，也称作尼古丁，本身带有毒性，即使黏在皮肤表面也会渗透到人体中，并会引起人体的许多反应如：四肢末梢血管收缩、心跳加快、血压上升、呼吸变快、精神兴奋等，并促进血小板凝集，是造成心脏血管堵塞、高血压、中风等心脏血管性疾病的主要帮凶。另外，烟碱对人体的危害还表现在成瘾性：烟碱能刺激人的中枢神经系统，使人体对其产生一定的依赖性。
一氧化碳主要是与人体血液中的血红蛋白结合，阻碍血红蛋白与氧气的结合，使血液携带氧的能力下降，间接损害心血管系统。
甲醛等刺激性化学物质能够破坏支气管黏膜，并减弱肺泡巨噬细胞的功能，使肺和支气管易发生感染。
目前，卷烟生产厂家为了使烟民避免吸入过多的有害物质，选择在烟支尾部设置过滤嘴，其作用主要是截留烟气中对人体有害的组分，并保留吸烟者所嗜好的烟碱组分。市售的过滤嘴普遍采用醋酯纤维和聚丙烯纤维等材料制成：聚丙烯纤维制作原料便宜，但可纺性较差，所制成的过滤嘴综合性能较差且无法生物降解，使用完后会造成二次污染；醋酯纤维所制成的过滤嘴只能截留部分微粒、减少大部分有害的半挥发组分并保留或者改进卷烟的口味，但是其醋酯纤维之间间隙较大，达到30-100微米，而烟气溶胶中微粒直径较小，仅有0.1-1微米，因此醋酸纤维过滤嘴的吸附性能还有待提高。而且当烟支吸食长度达到三分之二时，起过滤作用的醋酯纤维就已经由纯白色变成了深黄色，并无法过滤烟支后续燃烧生成的有害物质。
现有技术中为了提高过滤嘴的吸附性能，本领域技术人员对过滤嘴的结构进行了多种改进，如在过滤嘴中填充了各种吸附性能的物质以及具有吸附性能的过滤芯。但是过度提高过滤嘴的吸附效果也产生了一些的弊端，即生产成本较高、过滤嘴生产时造成严重污染、过滤嘴吸食阻力增大以及将烟碱过度吸附从而导致烟民一次吸食多根烟支解瘾从而摄入更多的有害物质等。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种卷烟过滤嘴及其制备方法，本发明所述过滤嘴采用添加纳米碳晶素的醋酯纤维丝制成，与现有技术相比，不仅吸附性能较强，而且降低吸阻并对烟碱截留效果较小，降低吸烟者的吸烟危害。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种卷烟过滤嘴，包括醋酸纤维丝，所述醋酸纤维丝中掺杂设有纳米碳晶素。
优选的，所述纳米碳晶素由下述方法制得：
1）将纳米碳晶素加入到质量配比为1:2-5的HNO3、H2SO4混合液中并加热至260-280℃，再经过回流、离心后取沉淀物，HNO3和H2SO4的浓度分别为2.6 -3.2 mol·L-1 、2.8-3.8 mol·L-1；
2）用去离子水洗涤沉淀物至其pH为5.0-6.0，再依次用0.1-0.5mol·L-1Na2SiO3·9H2O溶液和0.1-0.5mol·L-1HCl溶液洗涤，每次洗涤后超声分散1-2h，最后用去离子水洗涤至pH为7.0；
3)将步骤2）所得沉淀物以2℃/min的升温速度，由常温升温至300℃，自然冷却即得所述纳米碳晶素。
具体的，所述纳米碳晶素在步骤3）的升温过程中，分别在75℃、95℃、120℃和300℃时保温30min。
经过活化处理的纳米碳晶素，其表面C原子与内部的C原子构成了一种C原子的二聚体结构，这两个C原子是非对称分布的，这使得纳米碳晶素具有很高的表面活性，很容易与不同基团进行复合，所以具有很强的吸附能力。
所述卷烟过滤嘴的制备方法，步骤如下：
一、纳米碳晶素的活化处理：
1）将纳米碳晶素加入到质量配比为1:2-5的HNO3、H2SO4的混合液中并加热至260-280℃，再经过回流、离心后取沉淀物；
2）用去离子水洗涤沉淀物至其pH为5.0-6.0，再依次用0.1-0.5mol·L-1Na2SiO3·9H2O溶液和0.1-0.5mol·L-1HCl溶液洗涤，每次洗涤后超声分散1-2h，最后用去离子水洗涤至pH为7.0；
3)将步骤2）所得沉淀物以2℃/min的升温速度，由常温升温至300℃后自然冷却并待用；升温过程中分别在75℃、95℃、120℃和300℃时保温30min；升温烘干的目的是沉淀物中的水分以及灰分去除。
二、 醋酸纤维丝的制备
1）按质量配比65-75:2-5:22-28：0.15-0.25分别取三氯乙烷溶液、蒸馏水、醋酸纤维和助滤剂纤维素；首先将三氯乙烷溶液和蒸馏水混合并加热至45-50℃，然后搅拌加入醋酸纤维，搅拌时间为2-3h；搅拌后将混合物升温至50-55℃并再次搅拌3-4h，最终加入助滤剂纤维素并搅拌至其完全溶解得混合液；
2）在50-55℃的保温温度下，将混合液依次通过0.4㎡和0.28m2的烛芯滤器的过滤得滤液；
3）将滤液在室温下脱泡3-4h，然后加入滤液质量1-10%的步骤一所得纳米碳晶素并搅拌30min，再进行超声分散20-30min得浆液，将浆液升温至50-55℃后开始纺丝并制得丝束；
4）将丝束卷曲后通过包卷纸包装并剪切后，即得卷烟过滤嘴。
优选的，醋酸纤维丝的制备步骤1）在夹套不锈钢溶解釜中进行。
优选的，醋酸纤维丝的制备步骤1）中，醋酸纤维的醋化值为55-60%。
具体的，醋酸纤维丝的制备步骤2）中，混合液在0.8-1.5MPa的压力下泵送入0.4㎡的烛芯滤器中过滤，滤出液汇入不锈钢夹套中，然后在0.3-0.5MPa的压力下泵至0.28m2的烛芯滤器中再次过滤得滤液。
优选的，醋酸纤维丝的制备步骤3）中，滤液在0.2MPa的压力下进入搪玻贮缸中静止脱泡。
具体的，醋酸纤维丝的制备步骤3）中，纺丝时入口气压为0.7MPa、喷丝速度为120-600m/min、卷绕速度为300-600m/min。
具体的，醋酸纤维丝的制备步骤4）中，丝束分别经过卷曲机卷曲和干燥机的干燥处理，干燥温度为80-110℃，干燥时间为20-30min。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
与现有技术相比较，本发明的过滤嘴的有益效果如下：
1）添加纳米碳晶素的卷烟过滤嘴的生产成本低且在生产过程中不会对环境产生污染；
2）经过活化处理的纳米碳晶素具有超高的比表面积，使其拥有优秀的吸附能力，而且其对苯并芘、醛类、CO、焦油和烟碱的吸附顺序不同，这造成了其对不同组分吸附能力不同的结果：不仅可以提高吸附烟气中对人体有害物质的能力，而且保留吸烟者所嗜好的烟碱组分；
3)添加纳米碳晶素的卷烟过滤嘴不会增大香烟的吸阻，而且纳米碳晶素对人体无毒，在高温下也不会额外产生对人体有害的成分。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
卷烟过滤嘴的制备方法，步骤如下：
一、纳米碳晶素的活化处理：
1）将纳米碳晶素加入到质量配比为1:3.5的HNO3、H2SO4混合液中并加热至270℃，再经过回流、离心后取沉淀物，HNO3和H2SO4的浓度分别为3 mol·L-1、3.5 mol·L-1；
2）用去离子水洗涤沉淀物至其pH为6.0，再依次用0.3mol·L-1Na2SiO3·9H2O溶液和0.3mol·L-1HCl溶液洗涤，每次洗涤后超声分散1.5h，最后用去离子水洗涤至pH为7.0；
3)将步骤2）所得沉淀物以2℃/min的升温速度，由常温升温至300℃后自然冷却并待用；升温过程中分别在75℃、95℃、120℃和300℃时保温30min；
二、 醋酸纤维丝的制备
1）按质量配比70:3:26.8：0.2分别取三氯乙烷标准溶液、蒸馏水、醋化值为60%的醋酸纤维和助滤剂纤维素；首先将三氯乙烷溶液和蒸馏水在夹套不锈钢溶解釜中混合并加热至50℃，然后搅拌加入醋酸纤维，搅拌时间为3h；搅拌后将混合物升温至55℃并再次搅拌4h，最终加入助滤剂纤维素并搅拌至其完全溶解得混合液；
2）在50℃的保温温度下，混合液在1.5MPa的压力下泵送入0.4㎡的烛芯滤器中过滤，滤出液汇入不锈钢夹套中，然后在0.5MPa的压力下泵至0.28m2的烛芯滤器中再次过滤得滤液；
3）将滤液在0.2MPa的压力下注入搪玻贮缸中，并在室温条件下静止脱泡4h，然后加入滤液质量9%的步骤一所得纳米碳晶素并搅拌30min，再进行超声分散30min得浆液，将浆液升温至55℃后开始纺丝并制得丝束，纺丝时入口气压为0.7MPa、喷丝速度为600m/min、卷绕速度为600m/min；
4）将丝束分别经过卷曲机卷曲和干燥机的干燥处理，干燥温度为110℃，干燥时间为30min，然后将丝素通过包卷纸包装并剪切后，即得卷烟过滤嘴。
实施例2
卷烟过滤嘴的制备方法，步骤如下：
一、纳米碳晶素的活化处理：
1）将纳米碳晶素加入到质量配比为1:2的HNO3、H2SO4混合液中并加热至260℃，再经过回流、离心后取沉淀物，HNO3和H2SO4的浓度分别为2.6mol·L-1、2.8 mol·L-1；
2）用去离子水洗涤沉淀物至其pH为5.0，再依次用0.1mol·L-1Na2SiO3·9H2O溶液和0.1mol·L-1HCl溶液洗涤，每次洗涤后超声分散1h，最后用去离子水洗涤至pH为7.0；
3)将步骤2）所得沉淀物以2℃/min的升温速度，由常温升温至300℃后自然冷却并待用；升温过程中分别在75℃、95℃、120℃和300℃时保温30min；
二、 醋酸纤维丝的制备
1）按质量配比65:2:22：0.15分别取三氯乙烷标准溶液、蒸馏水、醋化值为55%的醋酸纤维和助滤剂纤维素；首先将三氯乙烷溶液和蒸馏水在夹套不锈钢溶解釜中混合并加热至45℃，然后搅拌加入醋酸纤维，搅拌时间为2h；搅拌后将混合物升温至50℃并再次搅拌3h，最终加入助滤剂纤维素并搅拌至其完全溶解得混合液；
2）在50℃的保温温度下，混合液在0.8MPa的压力下泵送入0.4㎡的烛芯滤器中过滤，滤出液汇入不锈钢夹套中，然后在0.3MPa的压力下泵至0.28m2的烛芯滤器中再次过滤得滤液；
3）将滤液在0.2MPa的压力下注入搪玻贮缸中，并在室温条件下静止脱泡3h，然后加入滤液质量1%的步骤一所得纳米碳晶素并搅拌30min，再进行超声分散20min得浆液，将浆液升温至50℃后开始纺丝并制得丝束，纺丝时入口气压为0.7MPa、喷丝速度为120m/min、卷绕速度为300m/min；
4）将丝束分别经过卷曲机卷曲和干燥机的干燥处理，干燥温度为80℃，干燥时间为20min，然后将丝素通过包卷纸包装并剪切后，即得卷烟过滤嘴。
实施例3
卷烟过滤嘴的制备方法，步骤如下：
一、纳米碳晶素的活化处理：
1）将纳米碳晶素加入到质量配比为1:5的HNO3、H2SO4混合液中并加热至280℃，再经过回流、离心后取沉淀物，HNO3和H2SO4的浓度分别为3.2 mol·L-1、3.8 mol·L-1；
2）用去离子水洗涤沉淀物至其pH为6.0，再依次用0.5mol·L-1Na2SiO3·9H2O溶液和0.5mol·L-1HCl溶液洗涤，每次洗涤后超声分散2h，最后用去离子水洗涤至pH为7.0；
3)将步骤2）所得沉淀物以2℃/min的升温速度，由常温升温至300℃后自然冷却并待用；升温过程中分别在75℃、95℃、120℃和300℃时保温30min；
二、 醋酸纤维丝的制备
1）按质量配比75: 5: 28：0.25分别取三氯乙烷标准溶液、蒸馏水、醋化值为60%的醋酸纤维和助滤剂纤维素；首先将三氯乙烷溶液和蒸馏水在夹套不锈钢溶解釜中混合并加热至50℃，然后搅拌加入醋酸纤维，搅拌时间为3h；搅拌后将混合物升温至55℃并再次搅拌4h，最终加入助滤剂纤维素并搅拌至其完全溶解得混合液；
2）在55℃的保温温度下，混合液在1.5MPa的压力下泵送入0.4㎡的烛芯滤器中过滤，滤出液汇入不锈钢夹套中，然后在0.5MPa的压力下泵至0.28m2的烛芯滤器中再次过滤得滤液；
3）将滤液在0.2MPa的压力下注入搪玻贮缸中，并在室温条件下静止脱泡4h，然后加入滤液质量10%的步骤一所得纳米碳晶素并搅拌30min，再进行超声分散30min得浆液，将浆液升温至55℃后开始纺丝并制得丝束，纺丝时入口气压为0.7MPa、喷丝速度为600m/min、卷绕速度为600m/min；
4）将丝束分别经过卷曲机卷曲和干燥机的干燥处理，干燥温度为110℃，干燥时间为30min，然后将丝素通过包卷纸包装并剪切后，即得卷烟过滤嘴。
实施例4
除了醋酸纤维丝的制备步骤3）中，步骤一所得纳米碳晶素的加入量为滤液质量2%，其他同实施例1。
实施例5
除了醋酸纤维丝的制备步骤3）中，步骤一所得纳米碳晶素的加入量为滤液质量3%，其他同实施例1。
实施例6
除了醋酸纤维丝的制备步骤3）中，步骤一所得纳米碳晶素的加入量为滤液质量4%，其他同实施例1。
实施例7
除了醋酸纤维丝的制备步骤3）中，步骤一所得纳米碳晶素的加入量为滤液质量5%，其他同实施例1。
实施例8
除了醋酸纤维丝的制备步骤3）中，步骤一所得纳米碳晶素的加入量为滤液质量6%，其他同实施例1。
实施例9
除了醋酸纤维丝的制备步骤3）中，步骤一所得纳米碳晶素的加入量为滤液质量7%，其他同实施例1。
实施例10
除了醋酸纤维丝的制备步骤3）中，步骤一所得纳米碳晶素的加入量为滤液质量8%，其他同实施例1。
效果例：
分别取实施例1、3、7、8、9和10所述技术方案制得的过滤嘴进行卷烟烟气过滤试验测评，对照例采用市售醋酸纤维制成的过滤嘴。
一、所述过滤试验包括：
①过滤后烟气中烟碱含量，其测试方法为烟草行业标准YC/T 156-2001所采用的气相色谱法。气相色谱法是一种在有机化学中对易于挥发而不发生分解的化合物进行分离与分析的色谱技术。
②过滤后烟气中CO含量，其测试方法为烟草行业标准YC/T 30-1996所采用的非散射红外法。非散射红外法是利用非分散红外吸收法气体分析仪，在现场直接测试并显示测试结果的方法。
③过滤后烟气中的醛类含量，其的测试方法为烟草行业标准YC/T 254-2008所采用高效液相色谱法。高效液相色谱法又叫做高压或高速液相色谱、高分离度液相色谱或近代柱色谱,以液体为流动相，采用高压输液系统，是色谱法的一个重要分支。
④过滤后烟气中的苯并芘含量，其测试方法为国标GB/T 22509-2008所采用反相高效液相色谱法。 由非极性固定相和极性流动相所组成的液相色谱体系。它正好与由极性固定相和弱极性流动相所组成的液相色谱体系(正相色谱)相反。RP-HPLC的典型的固定相是十八烷基键合硅胶，典型的流动相是甲醇和乙腈。RP-HPLC是当今液相色谱的最主要的分离模式，几乎可用于所有能溶于极性或弱极性溶剂中的有机物的分离。 反相色谱法适于分离非极性，极性或离子型化合物，大部分的分析任务皆由反相色谱法完成。
⑤过滤后烟气中的焦油含量，其测试方法为国标GB/T 19609-2004所采用的常规分析用吸烟机测定。
⑥过滤嘴的吸阻，其测量方法为国标GB/T 18767-2002所采用真空法测定。测试原理：在标准状况下，当一个流量为17.5mL/s的稳定气流流经卷烟试样时，试样两端的压力差即为试样的吸阻。
二、试验材料
①未加过滤嘴的烟支选择如下：
将数支成品卷烟（不含过滤嘴）在温度为(22±1)℃，相对湿度为(60±2)%的恒稳恒湿箱内平衡48h，选取平均重量±0.02g范围内的烟支为合格烟支；测定合格烟支的吸阻，选取平均吸阻±49Pa范围内的烟支为样品卷烟。
②将上述样品卷烟随机分成若干组，并分别安装对照组，实施例1、3、7、8、9和10所述技术方案制得的过滤嘴，且其中一组样品卷烟不安装过滤嘴，然后将分组后的卷烟放入吸烟机中，设置吸烟机的抽吸间隔时间，其他条件符合ISO4387：2000规定且相同。抽吸后收集烟气中的TPM，然后分别按照上述方法测定各组卷烟的焦油、烟碱、醛类、CO和苯并芘的物质的量，并测量卷烟吸阻。
③以不安装过滤嘴的卷烟烟气中有害物的物质的量和吸阻数据为基础进行比较，实验数据见表1：
由表1可得：
1）添加了纳米碳晶素的过滤嘴对各有害组分的吸附能力均比对照组过滤嘴有所提升，随着纳米碳晶素添加量的提升，过滤嘴的吸附性能也得到提升。
2）添加了纳米碳晶素后，过滤嘴对醛类和苯并芘组分的吸附性能得到增强，对比对照组过滤嘴36%和24.6%的降低率，当添加纳米碳晶素量为8%-10%时，过滤嘴对醛类和苯并芘的吸附性能提升约为61.1%和33.7%。
3）添加了纳米碳晶素后，过滤嘴对焦油和CO组分的吸附效果也得以提升。相比对照组的过滤嘴，当添加纳米碳晶素量为8%-10%时，过滤嘴对醛类和苯并芘的吸附性能提升约为61.1%和33.7%。
4）添加了纳米碳晶素后，过滤嘴对烟碱的降低率提升并不明显，当添加纳米碳晶素量为8%-10%时，过滤嘴对烟碱的降低率约16.4%，对吸食的口感没有影响。
5）当纳米碳晶素添加量为5%-9%时，过滤嘴吸阻的上升较为平缓，当添加量提高到10%时，吸阻有较大幅度的提高，约为26.2%，为了不影响吸烟者的吸食口感，过滤嘴中纳米碳晶素的添加量的最佳值为9%。