一种选择性吸附苯并芘和苯酚的滤嘴纤维的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合材料的制备方法，更具体地说一种选择性吸附苯并芘和苯酚的滤嘴纤维的制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，探索新材料、新技术在卷烟过滤嘴中的应用越来越多，制备优质安全的低焦油低危害卷烟是国际卷烟产品发展的总趋势。一般滤嘴可以过滤掉烟气中的总颗粒物，减少卷烟焦油的摄入量。研宄表明，在过滤嘴中加入一定量的活性炭、海泡石、沸石、活性氧化铝、粘土、硅胶等吸附剂，可以选择性地过滤掉部分气相物和沸点低的挥发性有害物质，而对非挥发性和沸点较高的挥发性物质(如强致癌物质苯并芘)则不能选择性滤除。
[0003]壳聚糖是一种天然高分子聚合物，我国在卷烟生产上每年都使用几十吨的壳聚糖，但主要作为烟草薄片加工制作的胶黏剂，也有一些研宄者将壳聚糖用于滤嘴以考察对卷烟烟气中烟碱和焦油的滤除效果。由于壳聚糖侧链上带阳离子的氨基，能选择性地吸附焦油、一氧化碳、重金属等有害物质，但烟碱不会同步降低，因此可减少侧流烟气有害成份，减少刺激性，从而有效地降低吸烟对环境的污染和对吸烟者的危害。
[0004]目前，事实上，将壳聚糖用于清除污水环境中的苯酚类物质已有报道，由聚乙烯醇/壳聚糖/明胶制备的复合水凝胶对苯酚的吸附量可达40.lmg/go由于壳聚糖含有活性的羟基、氨基、富电子的吡喃环等功能基团，能对烟气中的化学成分形成物理吸附和化学吸附，尤其对降低苯酚类有害物效果显著。
[0005]石墨烯作为一种具有独特结构和特性的纳米材料，用于烟草的降焦减害极具优势。纳米材料是一种新型材料，近年来发展迅速，用在卷烟上时，其降焦减害的幅度也较大，具有极大的发展潜力，目前已取得了阶段性成果。石墨烯是一种由碳原子通过SP2杂化轨道成键而成，具有六边形蜂窝状晶格结构的二维原子晶体材料，其独特而完美的结构使其具有优异的吸附及催化降解特性。
[0006]最新的研宄表明，碳纳米管和石墨烯具有清除自由基的功能，这归因于此类纳米碳材料分子中存在很大的π共轭结构，可以为自由基提供电子。通过理论模拟发现，石墨烯对于氧自由基、烷烃自由基、羟基自由基、氮烯自由基等具有清除作用，起到抗氧剂的功能，这为石墨烯用于香烟滤嘴清除烟气中的有害自由基提供了可能。
[0007]国内外对于卷烟过滤嘴的研宄，在现有的技术中，中国专利授权公开号CN2872872Y，授权公开日2007.2.28，发明名称为“膨化石墨复合型香烟过滤嘴”，该申请方案采用在香烟过滤嘴中加入一段含有膨胀石墨的过滤段，制得膨化石墨复合型过滤嘴，可以有效的过滤香烟中的烟碱气、煤油和尼古丁等有害物质，但是不能吸附苯并芘。中国专利授权公开号CN201349521Y，授权公开日2009.11.25，发明名称为“含纳米碳材料的高效香烟过滤嘴”，该申请方案是将纳米采材料负载在纤维上制成过滤芯，制得含纳米碳材料的高效香烟过滤嘴，可以有效的吸附烟气中的有毒物质，造价低廉。中国专利授权公开号CN201813833U，授权公开日2011.05.04，发明名称为“活性炭过滤嘴卷烟”，该申请方案采用的烟体的过滤嘴上均匀分布着活性炭，制得活性炭过滤嘴卷烟，活性炭可以吸附一氧化碳、尼古丁、氮氧化物和胺类等有害物质。中国专利授权公开号CN201797987U，授权公开日2011.04.20，发明名称为“带有活性炭颗粒的香烟过滤嘴”，该申请方案采用过滤嘴是由两段过滤棒组合而成，它包括靠近烟丝端的过滤棒，以及靠近烟支端的过滤棒，靠近烟支端的过滤棒中喷有活性炭，从而制得带有活性炭颗粒的香烟过滤嘴，该过滤嘴是的烟中有害物质的含量得到降低，吸附效果好。中国专利授权公开号CN201393643Y，授权公开日2010.02.03，发明名称为“活性氧化铝球及椰壳活性炭过滤的香烟过滤嘴”，该申请方案是将活性氧化铝球及椰壳活性炭过滤复合在过滤嘴中，制得活性氧化铝球及椰壳活性炭过滤的香烟过滤嘴，通过吸附净化较强的活性氧化铝球和优质椰壳活性炭进行二次截留，使之有效过滤除去尼古丁和焦油等有害物质。总之这些卷烟过滤嘴都无法选择性吸附苯并芘。
[0008]本发明制备的一种滤嘴纤维，采用喷涂的技术将石墨烯或石墨烯和壳聚糖分步依次喷涂在纤维的表面，真空干燥后制得经石墨烯/壳聚糖修饰的纤维，修饰后的纤维含有一定量的壳聚糖，由于壳聚糖含有活性的羟基、氨基、富电子的吡喃环等功能基团，能对烟气中的化学成分形成物理吸附和化学吸附，尤其对降低苯酚类有害物效果显著。同时由于纤维中含有石墨烯，石墨烯不仅对卷烟烟气中氧自由基、烷烃自由基、羟基自由基、氮烯自由基等具有清除作用，而且可有效降低烟气中的苯并芘含量，但对烟碱的含量影响不大。由于石墨烯片层结构分布在滤嘴纤维的表面，苯并芘与石墨烯强烈的π -31键相互作用，使得苯并芘选择性吸附在石墨烯表面，而烟气中的烟碱等成分不能有效吸附。因此研发性能更好好、成本低、低污染的优质香烟过滤嘴势在必行。
【发明内容】
[0009]针对现有技术的不足，克服原有卷烟纤维过滤材料存在的问题，本发明的目的在于提供了一种选择性吸附苯并芘和苯酚的滤嘴纤维的制备方法，即将石墨烯或石墨烯和壳聚糖有效的均匀的分布在滤嘴纤维表面，从而改性过滤嘴纤维，制得一种石墨烯或石墨烯和壳聚糖修饰的纤维，最后将其制成香烟滤嘴，能够更好地弥补原有滤嘴的不足，使得由于壳聚糖含有活性的羟基、氨基、富电子的吡喃环等功能基团，能对烟气中的化学成分形成物理吸附和化学吸附，尤其对降低苯酚类有害物效果显著，同时氧化石墨烯不仅对卷烟烟气中氧自由基、烷烃自由基、羟基自由基、氮烯自由基等具有清除作用，而且可有效降低烟气中的苯并芘含量，但对烟碱的含量影响不大，为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为:
一种选择性吸附苯并芘和苯酚的滤嘴纤维的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤:
a配制浓度为l~10mg/ml的修饰液，超声分散时间l~2h，得到均匀的修饰液，其中，超声设备功率为100~200W ；
b采用经a步骤制得的修饰液对纤维进行喷涂或刷涂或浸涂或挤压涂布处理，处理时间5~20 min，处理温度25~50°C，然后将处理后的纤维置于80°C真空条件下，干燥6h，制得经修饰液处理后的纤维。
[0010]所述的纤维为醋酸纤维或聚丙烯纤维或聚乳酸纤维或黏胶纤维或Lyocell纤维的一种。
[0011]所述的修饰液为氧化石墨烯水溶液或者氧化石墨烯与壳聚糖水溶液的混合溶液的一种。
[0012]所述的氧化石墨烯与壳聚糖水溶液的混合溶液，混合溶液中氧化石墨烯与壳聚糖的质量浓度比为0.l~l:lo
[0013]所述的经修饰液处理后的纤维中的氧化石墨烯的质量含量为0.01-0.06%O
[0014]所述的经修饰液处理后的纤维中的氧化石墨烯与壳聚糖的质量含量为0.01-0.08%ο
[0015]由于采用了以上技术方案，本发明的选择性吸附苯并芘和苯酚的滤嘴纤维的制备方法具有以下优点:
I本发明的选择性吸附苯并芘和苯酚的滤嘴纤维的制备方法，由于石墨烯是一种由碳原子通过SP2杂化轨道成键而成，具有六边形蜂窝状晶格结构的二维原子晶体材料，因此通过石墨烯改性的纤维过滤嘴，因为石墨烯独特而完美的结构，使得过滤嘴具有优异的吸附及催化降解特性。同时由于壳聚糖侧链上带阳离子的氨基，能选择性地吸附焦油、一氧化碳、重金属等有害物质，但烟碱不会同步降低，因此可减少侧流烟气有害成份，减少刺激性，从而有效地降低吸烟对环境的污染和对吸烟者的危害。
[0016]2本发明的选择性吸附苯并芘和苯酚的滤嘴纤维的制备方法，由于石墨烯具有清除自由基的功能，这归因于此类纳米碳材料分子中存在很大的π共轭结构，因此石墨烯对于氧自由基、烷烃自由基、羟基自由基、氮烯自由基等具有清除作用，起到抗氧剂的功能，这为石墨烯用于香烟滤嘴清除烟气中的有害自由基提供了可能。同时由于石墨烯片层结构分布在滤嘴纤维的表面，由于苯并芘与石墨烯强烈的相互作用，使得石墨烯选择性吸附苯并芘，而烟气中的烟碱等成分不能有效吸附。同时由于壳聚糖含有活性的羟基、氨基、富电子的吡喃环等功能基团，能对烟气中的化学成分形成物理吸附和化学吸附，尤其对降低苯酚类有害物效果显著。
[0017]3本发明的选择性吸附苯并芘和苯酚的滤嘴纤维的制备方法，本发明的制备工艺简单，各组份材材料价格不贵，低成本、低污染。该工艺制备的选择性吸附苯并芘和苯酚的滤嘴纤维，过滤效果更佳。
【具体实施方式】
[0018]下面结合具体实施例对本发明做进一步详细描述。
[0019]一种选择性吸附苯并芘和苯酚的滤嘴纤维的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤:
a石墨预氧化:取30ml的浓硫酸加入到500ml的三口烧瓶中，接着称取5g过硫酸钾缓慢加入到浓硫酸中，再加入5g的五氧化二磷，升温至80°C，然后加入3g的石墨粉，反应6h，反应结束过滤洗涤致经检验无硫酸根离子，然后再80°C