专利名称：一种石墨烯类纤维卷烟滤嘴及其制备方法
技术领域：
本发明涉及卷烟技术领域，具体涉及ー种石墨烯类纤维卷烟滤嘴及其制备方法。
背景技术：
卷烟燃烧过程中产生順3、CO、苯酚、苯并[a]芘、HCN、巴豆醛、甲基亚硝胺吡啶基丁酮(NNK)等有害物质，在抽吸时随烟气进入人体造成危害。卷烟滤嘴可以在一定程度上阻止这些物质进入人体。最初，卷烟滤嘴以单ー的纤维材料为主，对有害物质的吸附效率低；后来，随着材料技术的发展，体相复合纤维、离子交换纤维、金属或金属氧化物掺杂的纤维材料、纳米碳溶胶等被用于以不同方式来制作卷烟滤嘴。如在CN101019692A中，公开了ー种在醋酸纤维素中均匀地掺混占其一定比重的活性炭纤维的滤嘴，提高了滤棒或滤嘴对主流烟气中挥发和半挥发性有害物质的吸附效率；在CN1652703A中，公开了ー种滤嘴，该滤嘴含有一束能负载颗粒物、小球或者粉末的纤维，来帮助降低烟气组分。这些方法都在一定程度上減少了卷烟主流烟气中的有害成分，但由于传统高分子材料或金属化学材料本身具有选择性差、极性低、活性共轭位点少等特点，对有害物质的吸附方式以物理吸附为主，对烟气中有害成分的吸附效率较低。随着纳米技术的发展，纳米材料逐渐被应用到生产生活的各个领域。纳米复合材料被应用于选择性吸附卷烟主流烟气中有害成分的研究已崭露头角，虽然十分有限，但都取得了很好的效果。冯守爱等(冯守爱等，纳米SiO2选择性吸附卷烟主流烟气中有害成分的研究，材料导报，2011，25，44-46)于2011年底报道了将纳米SiO2制成分散液注入到嘴棒中，结果表明烟气中苯并[a]芘、苯酚和巴豆醛的含量降低了 8%以上；许以华用纳米碳溶胶制成高效卷烟滤芯(专利No. 200810063747. 6)，认为效果很好。纳米碳溶胶虽然具有较多的吸附活性位点，但同时也具有组分复杂，表面原子数与总原子数之比并未达到最佳，以及对吸附组分的选择性差等缺点。石墨烯(Graphene)是ー种由碳原子以sp2杂化轨道组成蜂窝状正六边形晶格的全新的ニ维纳米材料，除具有普通纳米材料的特性外，还具有独特的P键共轭吸附作用和化学催化活性。其被发现后迅速激起了全世界的研究热潮，发现者也于2010年获得诺贝尔物理学奖。其获奖的根源在于石墨烯在吸附、催化等众多方面具有极其优良的性质。氧化 石墨烯(Graphene oxide)是石墨烯的直接衍生物，且相对石墨烯具有改良的性质，比如表面富有丰富的羟基和羧基官能团，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，阳离子-p作用，阴离子-p作用，和非极性气体-P作用)和催化性质外，还易与羟基、氨基、羧基等极性基团形成氢键，对极性分子具有更好的吸附特性。因此石墨烯和氧化石墨烯对共轭分子、碱基、P卜啉、醛酮分子等具有很好的选择性吸附作用。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。)报道石墨烯的正六边形晶格与NH3分子大小匹配，可吸附氮氧化物等气体小分子。
目前，石墨烯和氧化石墨烯已在多个领域被应用于各个领域，但截至目前，石墨烯和氧化石墨烯在卷烟减害降焦领域尚未见有相关专利和文献报道，还并未得到引进和应用。本发明以石墨烯为代表的新一代ニ维纳米材料应用于卷烟减害降焦必将为卷烟技术带来新的突破
发明内容
发明目的针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供ー种石墨烯类纤维卷烟滤嘴及其制备方法，高效选择性吸附卷烟抽吸时烟气中产生的有害物质，在不影响卷烟内在感官质量的同时，減少吸烟对人体的危害。技术方案为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下
ー种石墨烯类纤维卷烟滤嘴，所述滤嘴包括纤维载体，在所述的纤维载体上设有用于吸附烟气中有害组分的石墨烯类材料；所述石墨烯类材料分散在所述纤维载体上。所述的纤维载体包括炭纤维、醋酸纤维、海泡石纤维，动植物纤维以及分子筛等各种有机、无机、高分子材料，且制备反应条件不一定是简单混合，也可以是水热法、固相合成法、活性官能团偶联法等其它合成方法。所述的石墨烯类材料为石墨烯和氧化石墨烯中的一种或其混合。所述滤嘴为ニ元复合滤嘴，接触烟丝端紧连负载着石墨烯类材料的纤维载体段，载体的厚度为mm，然后连接普通醋酸纤维段。在所述每支卷烟中，负载石墨烯类材料的纤维载体重量为5 20 mg。一种制备石墨烯类纤维卷烟滤嘴的方法，包括以下步骤
1)将石墨烯类材料均匀分散到溶剂中，配成0.riO mg/mL的石墨烯类溶液；
2)将纤维载体进行预活化处理，去除载体本身含有的杂质、杂气，烘干；
3)将活化好的纤维载体浸没到石墨烯类溶液中10飞0min，烘干；石墨烯类材料的质量为纤维载体质量的0. 5"!5% ；
4)采用常规ニ元滤嘴制作方法，将负载了上述石墨烯类材料的纤维载体添加到滤嘴中，制成复合滤嘴；
步骤(I)中，所述石墨烯类溶液的溶剂为こ醇、水或二者的混合液。步骤(I)中，所述分散的方式为超声分散。步骤(2)中，所述活化处理方式为沸水煮沸25 min。步骤(3)中，浸没方式是先超声，后震荡，再静置。有益效果与现有技术相比，本发明具有以下特点
(I)与传统体相材料和三维纳米材料相比，石墨烯和氧化石墨烯具有更大的表面原子比例、独特的P吸附性能和化学催化活性，通过在卷烟滤嘴中添加石墨烯和氧化石墨烯进行改性，能够大大提高对烟气中有害物质的吸附效率，同时石墨烯类材料在水或こ醇中具有很好的分散性，且很容易与炭纤维和醋酸纤维载体复合，不易脱落，因此无论对环境还是对人体，都不产生附加毒害，绿色环保。(2)在用量很少的情况下既能达到很高的选择性吸附效率，不影响卷烟的内在感官质量。经分析检测，本发明通过在卷烟滤嘴中添加石墨烯类材料改性，提高了卷烟滤嘴的过滤性能，能够明显的降低卷烟烟气中有害成分的释放量，烟气中苯并[a]芘、苯酚、HCN、巴豆醛和NH3的含量都明显下降，同时对烟气中的香氛物质影响很小。经过行业具有评吸资格的人员评吸后确认，应用石墨烯类材料改性过后的卷烟内在质量没有明显变化添加效果明显优于使用金属或氧化物等方法改性滤嘴的卷烟。(3)滤嘴的制作エ艺为行业现有成熟技术，因此本发明エ艺简单，操作十分便捷，大規模生产时成本低廉。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明做进ー步的说明。实施例1
1)配制0.2 mg/mL的氧化石墨烯水溶液；
2)将醋酸纤维置于水中煮沸25min进行活化处理，后浸没到含有醋酸纤维质量1. 0%的氧化石墨烯水溶液中，超声10 min (80 W)，静置10 min，于110°C烘干；
3)采用行业现有的ニ元嘴棒制作方式将负载了上述氧化石墨烯的醋酸纤维载体添加到嘴棒中，制成复合滤嘴，醋酸纤维载体厚度为2 mm，每支卷烟中负载氧化石墨烯的醋酸纤维重量为10 mg。4)将复合滤嘴制成卷烟，采用国家标准对主流烟气中的有害成分进行检測。分析结果见表I。实施例2
1)配制0.5 mg/mL的氧化石墨烯水溶液；
2)将醋酸纤维置于水中煮沸25min进行活化处理，后浸没到含有醋酸纤维质量2. 5%的氧化石墨烯水溶液中，超声10 min (80 W)，震荡20 min (160 W)，静置10 min，于110°C烘干；
3)采用行业现有的ニ元嘴棒制作方式将负载了上述氧化石墨烯的醋酸纤维载体添加到嘴棒中，制成复合滤嘴，醋酸纤维载体厚度为1.5 mm，每支卷烟中负载氧化石墨烯的醋酸纤维重量为8 mg。4)将复合滤嘴制成卷烟，采用国家标准对主流烟气中的有害成分进行检測。分析结果见表I。实施例3
1)配制0.2 mg/mL的石墨烯こ醇溶液；
2)将醋酸纤维置于水中煮沸25min进行活化处理，后浸没到含有醋酸纤维质量1. 0%的石墨烯こ醇溶液中，超声20 min (80 W)，震荡20 min (160 W)，静置10 min，于110°C烘干;
3)采用行业现有的ニ元嘴棒制作方式将负载了上述石墨烯的醋酸纤维载体添加到嘴棒中，制成复合滤嘴，醋酸纤维载体厚度为2 mm，每支卷烟中负载石墨烯的醋酸纤维重量为10 mg。4)将复合滤嘴制成卷烟，采用国家标准对主流烟气中的有害成分进行检測。分析结果见表I。实施例4
I)配制0. 2 mg/mL的氧化石墨烯水溶液；2)将炭纤维置于水中煮沸25min进行活化处理，后浸没到含有炭纤维质量1. 0%的氧化石墨烯水溶液中，超声10 min (80 W)，震荡20 min (160 W)，静置10 min，于110°C烘干;
3)采用行业现有的ニ元嘴棒制作方式将负载了上述氧化石墨烯的炭纤维载体添加到嘴棒中，制成复合滤嘴，炭纤维载体厚度为2 mm，每支卷烟中负载氧化石墨烯的炭纤维重量为 10 mg。4)将复合滤嘴制成卷烟，采用国家标准对主流烟气中的有害成分进行检測。分析结果见表I。实施例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，等体积混合制得氧化石墨烯和石墨烯的混合溶液；
2)将炭纤维置于水中煮沸25min进行活化处理，后浸没到含有炭纤维质量2. 0%的混合石墨烯溶液中，超声20 min (80 W)，震荡20 min (160 W)，静置10 min，于110°C烘干；
3)采用行业现有的ニ元嘴棒制作方式将负载了上述石墨烯和氧化石墨烯的活性炭纤维载体添加到嘴棒中，制成复合滤嘴，炭纤维载体厚度为1.5 mm，每支卷烟中负载石墨烯和氧化石墨烯的炭纤维重量为8 mg。4)将复合滤嘴制成卷烟，采用国家标准对主流烟气中的有害成分进行检測。分析结果见表I。实施例6
采用国家标准，分别对由实施例广5的复合滤嘴制成卷烟中的主流烟气进行有害成分检测，结果见表I。表I卷烟烟气有害成分释放量降低结果
权利要求
1.一种石墨烯类纤维卷烟滤嘴，其特征在于所述滤嘴包括纤维载体，在所述的纤维载体上设有用于吸附烟气中有害组分的石墨烯类材料；所述石墨烯类材料分散在所述纤维载体上。
2.根据权利要求1所述的石墨烯类纤维卷烟滤嘴，其特征在于所述的纤维载体包括炭纤维、醋酸纤维、海泡石纤维，动植物纤维以及分子筛。
3.根据权利要求1所述的石墨烯类纤维卷烟滤嘴，其特征在于所述的石墨烯类材料为石墨烯和氧化石墨烯中的一种或其混合。
4.根据权利要求1所述的石墨烯类纤维卷烟滤嘴，其特征在于所述滤嘴为二元复合滤嘴，接触烟丝端紧连负载着石墨烯类材料的纤维载体段，载体的厚度为广4 _，然后连接普通醋酸纤维段。
5.根据权利要求1所述的石墨烯类纤维卷烟滤嘴，其特征在于在所述每支卷烟中，负载石墨烯类材料的纤维载体重量为5 20 mg。
6.一种制备权利要求1所述的石墨烯类纤维卷烟滤嘴的方法，其特征在于，包括以下步骤 1)将石墨烯类材料均匀分散到溶剂中，配成O.Γ10 mg/mL的石墨烯类溶液； 2)将纤维载体进行预活化处理，去除载体本身含有的杂质、杂气，烘干； 3)将活化好的纤维载体浸没到石墨烯类溶液中1(T60min，烘干；石墨烯类材料的质量为纤维载体质量的O. 5 15% ； 4)采用常规二元滤嘴制作方法，将负载了上述石墨烯类材料的纤维载体添加到滤嘴中，制成复合滤嘴。
7.根据权利要求6所述的制备石墨烯类纤维卷烟滤嘴的方法，其特征在于，步骤(I)中，所述石墨烯类溶液的溶剂为乙醇、水或二者的混合液。
8.根据权利要求6所述的制备石墨烯类纤维卷烟滤嘴的方法，其特征在于，步骤(I)中，所述分散的方式为超声分散。
9.根据权利要求6所述的制备石墨烯类纤维卷烟滤嘴的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述活化处理方式为沸水煮沸25 min。
10.根据权利要求6所述的制备石墨烯类纤维卷烟滤嘴的方法，其特征在于，步骤(3)中，浸没方式是先超声，后震荡，再静置。
全文摘要
本发明公开了一种石墨烯类纤维卷烟滤嘴及其制备方法，所述滤嘴包括纤维载体，在所述的纤维载体上设有用于吸附烟气中有害组分的石墨烯类材料。该滤嘴将石墨烯类材料负载到炭纤维或者醋酸纤维载体上，采用行业现有的二元滤嘴制作方式将该载体添加到滤嘴中，制成复合滤嘴，吸附卷烟抽吸时产生的烟气中的有害物质。该滤嘴应用新型二维纳米材料独特的π吸附特性和极高的表面活性原子比例，在添加量极少的情况下即可对苯并[a]芘、挥发性醛酮类促癌分子、苯酚、HCN进行高效吸附，绿色环保，无附加毒害，由于量少高效，在不影响卷烟内在感官质量的同时减少了卷烟对人体的危害。同时该方法工艺简单，大规模生产成本低廉，在卷烟减害降焦领域有着广阔的应用前景。
文档编号A24D3/14GK103005712SQ201310001588
公开日2013年4月3日 申请日期2013年1月4日 优先权日2013年1月4日
发明者朱怀远, 盛金, 庄亚东, 尤晓娟, 刘献军, 沈晓晨, 张媛, 曹毅, 张映, 熊晓敏 申请人:江苏中烟工业有限责任公司