一种石墨烯-聚合物复合气凝胶的滤嘴高效吸附棒及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有高效吸附效果的石墨烯-聚合物复合气凝胶的滤嘴吸附棒 及其制备方法，属于卷烟技术领域。
【背景技术】
[0002] 卷烟烟气中有6000余种化合物，其中已有部分被鉴定是有害的，如一氧化碳、 氮氧化合物、醛类、酚类、自由基、亚硝胺及多环芳烃等被认为是可能致癌或促进致癌的物 质。如何使卷烟的焦油及其有害成分显著降低，同时又保持卷烟吸味使消费者得到生理满 足，是卷烟设计面临的最大挑战。卷烟滤棒是吸烟者与烟丝之间的一座桥梁，它不仅可以 使卷烟抽吸起来更加方便，还能过滤卷烟主流烟气中的有害成分，减小卷烟的危害性因而 得到了广泛的重视与应用。此外，随着时代的发展，人们对卷烟的外观也要求越来越高。因 此制备具有高效截留效果，并且外观新颖的滤嘴也成为了卷烟材料发展的趋势。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种石墨烯-聚合物复合气凝胶的滤嘴高效吸附棒及其制 备方法，该高效吸附棒可以大幅提高滤嘴棒的截留效果，并改善滤嘴棒外观。
[0004] 石墨烯是由单层碳原子以SP2杂化方式连接，具有二维蜂窝状晶体结构的新型纳 米碳材料。因其具有超大的理论比表面积、优异的电学、热学、力学等性能，近几年在全世界 范围内掀起了 一股石墨稀的研究热潮。以石墨稀为基本结构单兀的石墨稀气凝I父是一种低 密度固体材料，具有高比表面积、丰富的纳米孔结构和良好的力学及电学性能。
[0005] 本发明的技术方案如下： 一种石墨烯-聚合物复合气凝胶的滤嘴高效吸附棒的制备方法： 1、 氧化石墨烯的制备：取46mL的浓硫酸于500mL的三颈烧瓶中，并将其置于冰水浴锅 中，温度控制在〇°C左右，取2g石墨粉加入到三颈烧瓶中，充分搅拌，然后缓慢地向三颈烧 瓶中加入Ig硝酸钠和6g高锰酸钾，控制反应温度不超过20°C，反应2h左右；之后，移去冰 浴装置，将温度控制在35°C左右，再反应约30min后，向三颈烧瓶中缓慢加入92mL的去离子 水，温度控制在98°C左右，并保持15min ;之后，用温水将上述悬浮液稀释至280mL，向三颈 烧瓶中缓慢加入体积浓度5%双氧水稀溶液至悬浮液颜色变为亮黄色为止；过滤上述悬浮 液，并用体积浓度5%HC1稀溶液充分洗涤，直至滤液中无硫酸根检出（用氯化钡溶液检测)， 得到黄褐色滤饼，将滤饼溶解于去离子水中，充分揽拌后用高速离心机(转速8000r/min) 离心分离，重复此过程，直至上层清液呈中性为止；得到的底物转移到表面皿上，并置于鼓 风干燥箱中充分干燥，再置于真空干燥箱中干燥24h后取出、研磨，过200目筛，得到氧化石 墨烯； 2、 将1重量份的丙烯酸或丙烯酰胺或它们的混合物、0. 001-0. 01重量份的Ν，Ν' -亚 甲基双丙烯酰胺、〇. 05-0. 005重量份的引发剂、0. 005-0. 05重量份的氧化石墨烯、加入 10-50重量份的去离子水中，搅拌均匀，20°C下超声处理20min，加入模具中，通氮气保护， 在50-70°C的水浴中反应0. 5-6小时； 所述的引发剂为过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾、亚硫酸钠-饱和双氧水、偶氮二异丁 咪唑盐酸盐中的一种； 3、将步骤2得到的产物取出，加入溶剂清洗溶胀平衡12-48小时，然后在-50至-KTC 下冷冻干燥1-6小时；或二氧化碳超临界干燥，超临界条件为30-100°C，7-20兆帕，干燥 10-48小时，即得到石墨烯-聚合物复合气凝胶的滤嘴高效吸附棒。
[0006] 上述步骤2所述的模具形状为圆形，五角形，三角形，十字形，多边形等。
[0007] 上述步骤3所述的溶剂包括水、乙醇、甲醇、丙酮等中的一种。
[0008] 本发明的石墨烯-聚合物复合气凝胶的滤嘴高效吸附棒为多孔网络结构，具有较 高的比表面积，其气凝胶结构与烟气气凝胶接触充分，对烟气具有很好的截留效果。同时， 由于石墨烯材料具有优异的物理及化学性能，对于烟气有害成分的截留具有很大的促进作 用。此外，由于嘴棒中加入该吸附棒，破坏了原有烟气通路，增加了烟气的横向运动，进一步 改善了滤嘴棒的截留效果。此外，使用不同的模具，得到不同外观的吸附棒，加入滤嘴中，可 以得到外观新颖的差异化滤嘴棒产品。此外，本发明使用的原料便宜、操作简单、外观新颖， 截留效果优异，具有良好的市场应用前景。
[0009]
【附图说明】： 图1为本发明的滤嘴高效吸附棒的结构示意图。
[0010] 图2为添加了滤嘴高效吸附棒的滤嘴结构示意图。
【具体实施方式】
[0011] 氧化石墨烯的制备：取46mL的浓硫酸于500mL的三颈烧瓶中，并将其置于冰水浴 锅中，温度控制在〇°C左右，取2g石墨粉加入到三颈烧瓶中，充分搅拌，然后缓慢地向三颈 烧瓶中加入Ig硝酸钠和6g高锰酸钾，控制反应温度不超过20°C，反应2h左右；之后，移 去冰浴装置，将温度控制在35°C左右，再反应约30min后，向三颈烧瓶中缓慢加入92mL的 去离子水，温度控制在98°C左右，并保持15min ;之后，用温水将上述悬浮液稀释至280mL， 向三颈烧瓶中缓慢加入体积浓度5%双氧水稀溶液至悬浮液颜色变为亮黄色为止；过滤上 述悬浮液，并用体积浓度5%HC1稀溶液充分洗涤，直至滤液中无硫酸根检出（用氯化钡溶液 检测)，得到黄褐色滤饼，将滤饼溶解于去离子水中，充分揽拌后用高速离心机(转速SOOOr/ min)离心分离，重复此过程，直至上层清液呈中性为止；得到的底物转移到表面皿上，并置 于鼓风干燥箱中充分干燥，再置于真空干燥箱中干燥24h后取出、研磨，过200目筛，得到氧 化石墨烯。
[0012] 实施例1 将1克的丙烯酸，〇. 05克的过硫酸钠，0. 001克Ν，Ν'-亚甲基双丙烯酰胺，0. 005克氧化 石墨烯，加入10克水中，搅拌均匀，20°C下超声处理20min，加入圆形模具中，通氮气保护， 加热至50°C，反应6小时，取出，加入水清洗溶胀平衡48小时，然后于-50摄氏度下冷冻干 燥1小时；即得石墨烯-聚合物复合气凝胶的滤嘴高效吸附棒。将所得的圆形吸附棒加入 滤嘴中制备成卷烟，其烟气焦油量减低21%。
[0013] 实施例2 将1克丙烯酰胺，0. 005克过硫酸铵，0. Ol克Ν，Ν' -亚甲基双丙烯酰胺，0. 005克氧化 石墨烯，加入50克水中，搅拌均匀，20°C下超声处理