本發(fā)明屬于卷煙材料領(lǐng)域，涉及卷煙用濾嘴，具體涉及一種選擇吸附卷煙煙氣中苯并芘和苯酚的濾嘴。
背景技術(shù)：
一般濾嘴可以過濾掉煙氣中的總顆粒物，減少卷煙焦油的攝入量。研究表明，在過濾嘴中加入一定量的活性炭、海泡石、沸石、活性氧化鋁、粘土、硅膠等吸附劑，可以選擇性地過濾掉部分氣相物和沸點(diǎn)低的揮發(fā)性有害物質(zhì)，而對(duì)非揮發(fā)性和沸點(diǎn)較高的揮發(fā)性物質(zhì)(如強(qiáng)致癌物質(zhì)苯并芘)則不能選擇性濾除。
殼聚糖是一種天然高分子聚合物，我國在卷煙生產(chǎn)上每年都使用幾十噸的殼聚糖，但主要作為煙草薄片加工制作的膠黏劑，也有一些研究者將殼聚糖用于濾嘴以考察對(duì)卷煙煙氣中煙堿和焦油的濾除效果。由于殼聚糖側(cè)鏈上帶陽離子的氨基，能選擇性地吸附焦油、一氧化碳、重金屬等有害物質(zhì)，但煙堿不會(huì)同步降低，因此可減少側(cè)流煙氣有害成份，減少刺激性，從而有效地降低吸煙對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)吸煙者的危害。
目前，事實(shí)上，將殼聚糖用于清除污水環(huán)境中的苯酚類物質(zhì)已有報(bào)道，由聚乙烯醇/殼聚糖/明膠制備的復(fù)合水凝膠對(duì)苯酚的吸附量可達(dá)40.1mg/g。由于殼聚糖含有活性的羥基、氨基、富電子的吡喃環(huán)等功能基團(tuán)，能對(duì)煙氣中的化學(xué)成分形成物理吸附和化學(xué)吸附，尤其對(duì)降低苯酚類有害物效果顯著。
石墨烯作為一種具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和特性的納米材料，用于煙草的降焦減害極具優(yōu)勢(shì)。納米材料是一種新型材料，近年來發(fā)展迅速，用在卷煙上時(shí)，其降焦減害的幅度也較大，具有極大的發(fā)展?jié)摿Γ壳耙讶〉昧穗A段性成果。石墨烯是一種由碳原子通過sp2雜化軌道成鍵而成，具有六邊形蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的二維原子晶體材料，其獨(dú)特而完美的結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的吸附及催化降解特性。
最新的研究表明，碳納米管和石墨烯具有清除自由基的功能，這歸因于此類納米碳材料分子中存在很大的π共軛結(jié)構(gòu)，可以為自由基提供電子。通過理論模擬發(fā)現(xiàn)，石墨烯對(duì)于氧自由基、烷烴自由基、羥基自由基、氮烯自由基等具有清除作用，起到抗氧劑的功能，這為石墨烯用于香煙濾嘴清除煙氣中的有害自由基提供了可能。
國內(nèi)外對(duì)于卷煙過濾嘴的研究，在現(xiàn)有的技術(shù)中，中國專利授權(quán)公開號(hào)CN2872872Y，授權(quán)公開日2007.2.28，發(fā)明名稱為“膨化石墨復(fù)合型香煙過濾嘴”，該申請(qǐng)方案采用在香煙過濾嘴中加入一段含有膨脹石墨的過濾段，制得膨化石墨復(fù)合型過濾嘴，可以有效的過濾香煙中的煙堿氣、煤油和尼古丁等有害物質(zhì)，但是不能吸附苯并芘。中國專利授權(quán)公開號(hào)CN201349521Y，授權(quán)公開日2009.11.25，發(fā)明名稱為“含納米碳材料的高效香煙過濾嘴”，該申請(qǐng)方案是將納米采材料負(fù)載在纖維上制成過濾芯，制得含納米碳材料的高效香煙過濾嘴，可以有效的吸附煙氣中的有毒物質(zhì)，造價(jià)低廉。中國專利授權(quán)公開號(hào)CN201813833U，授權(quán)公開日2011.05.04，發(fā)明名稱為“活性炭過濾嘴卷煙”，該申請(qǐng)方案采用的煙體的過濾嘴上均勻分布著活性炭，制得活性炭過濾嘴卷煙，活性炭可以吸附一氧化碳、尼古丁、氮氧化物和胺類等有害物質(zhì)。中國專利授權(quán)公開號(hào)CN201797987U，授權(quán)公開日2011.04.20，發(fā)明名稱為“帶有活性炭顆粒的香煙過濾嘴”，該申請(qǐng)方案采用過濾嘴是由兩段過濾棒組合而成，它包括靠近煙絲端的過濾棒，以及靠近煙支端的過濾棒，靠近煙支端的過濾棒中噴有活性炭，從而制得帶有活性炭顆粒的香煙過濾嘴，該過濾嘴是的煙中有害物質(zhì)的含量得到降低，吸附效果好。中國專利授權(quán)公開號(hào)CN201393643Y，授權(quán)公開日2010.02.03，發(fā)明名稱為“活性氧化鋁球及椰殼活性炭過濾的香煙過濾嘴”，該申請(qǐng)方案是將活性氧化鋁球及椰殼活性炭過濾復(fù)合在過濾嘴中，制得活性氧化鋁球及椰殼活性炭過濾的香煙過濾嘴，通過吸附凈化較強(qiáng)的活性氧化鋁球和優(yōu)質(zhì)椰殼活性炭進(jìn)行二次截留，使之有效過濾除去尼古丁和焦油等有害物質(zhì)?？傊@些卷煙過濾嘴都無法選擇性吸附苯并芘。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種選擇吸附卷煙煙氣中苯并芘和苯酚的濾嘴，即將石墨烯或石墨烯和殼聚糖均勻分布在濾嘴纖維表面，從而改性過濾嘴纖維，制得一種石墨烯或石墨烯和殼聚糖修飾的纖維，最后將其制成香煙濾嘴，能夠更好地彌補(bǔ)原有濾嘴的不足，由于殼聚糖含有活性的羥基、氨基、富電子的吡喃環(huán)等功能基團(tuán)，能對(duì)煙氣中的化學(xué)成分形成物理吸附和化學(xué)吸附，尤其對(duì)降低苯酚類有害物效果顯著，同時(shí)氧化石墨烯不僅對(duì)卷煙煙氣中氧自由基、烷烴自由基、羥基自由基、氮烯自由基等具有清除作用，而且可有效降低煙氣中的苯并芘含量，但對(duì)煙堿的含量影響不大。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種選擇吸附卷煙煙氣中苯并芘和苯酚的濾嘴，包括吸端和卷煙端，吸端濾材為纖維，該纖維表面均布有石墨烯，具體過程為先將石墨預(yù)氧化得到氧化石墨烯，再將氧化石墨烯分散到去離子水中，得到氧化石墨烯水溶液，然后將制得的氧化石墨烯水溶液對(duì)纖維進(jìn)行噴涂處理，最后制得經(jīng)修飾液處理后的纖維，經(jīng)修飾液處理后的纖維中的氧化石墨烯的質(zhì)量含量為0.02-0.04％；卷煙端濾材為纖維，該纖維表面均布有石墨烯和殼聚糖，具體過程為先將石墨預(yù)氧化得到氧化石墨烯，再將氧化石墨烯與殼聚糖水溶液混合，配制成混合溶液，最后將氧化石墨烯和殼聚糖水溶液對(duì)聚乳酸纖維進(jìn)行噴涂處理，制得經(jīng)修飾液處理后的纖維，經(jīng)修飾液處理后的纖維中的氧化石墨烯和殼聚糖的質(zhì)量含量為0.03-0.07％；其中，氧化石墨烯與殼聚糖的質(zhì)量濃度比為0.2-0.8:1；
其中，吸端和卷煙端濾材的纖維為醋酸纖維、聚丙烯纖維、聚乳酸纖維、黏膠纖維和Lyocell纖維中的一種。
本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明采用纖維表面均布有石墨烯和殼聚糖，由于石墨烯具有清除自由基的功能，這歸因于此類納米碳材料分子中存在很大的π共軛結(jié)構(gòu)，因此石墨烯對(duì)于氧自由基、烷烴自由基、羥基自由基、氮烯自由基等具有清除作用，起到抗氧劑的功能，這為石墨烯用于卷煙濾嘴清除煙氣中的有害自由基提供了可能。同時(shí)由于石墨烯片層結(jié)構(gòu)分布在濾嘴纖維的表面，由于苯并芘與石墨烯強(qiáng)烈的π-π相互作用，使得石墨烯選擇性吸附苯并芘，而煙氣中的煙堿等成分不能有效吸附。同時(shí)由于殼聚糖含有活性的羥基、氨基、富電子的吡喃環(huán)等功能基團(tuán)，能對(duì)煙氣中的化學(xué)成分形成物理吸附和化學(xué)吸附，尤其對(duì)降低苯酚類有害物效果顯著。
本發(fā)明采用纖維表面均布有石墨烯，由于石墨烯是一種由碳原子通過sp2雜化軌道成鍵而成，具有六邊形蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的二維原子晶體材料，因此通過石墨烯改性的纖維過濾嘴，因?yàn)槭┆?dú)特而完美的結(jié)構(gòu)，使得過濾嘴具有優(yōu)異的吸附及催化降解特性。同時(shí)由于殼聚糖側(cè)鏈上帶陽離子的氨基，能選擇性地吸附焦油、一氧化碳、重金屬等有害物質(zhì)，但煙堿不會(huì)同步降低，因此可減少側(cè)流煙氣有害成份，減少刺激性，從而有效地降低吸煙對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)吸煙者的危害。
本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單，各組份材材料價(jià)格不貴，低成本、低污染。該工藝制備的選擇性吸附苯并芘和苯酚的濾嘴纖維，過濾效果更佳。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種選擇吸附卷煙煙氣中苯并芘和苯酚的濾嘴，包括吸端和卷煙端；
吸端濾材為醋酸纖維，該醋酸纖維表面均布有石墨烯，吸端濾材的制備方法為：
第一步，預(yù)氧化，得到預(yù)氧化的石墨烯；
第二步，二次氧化，得到氧化石墨烯；
第三步，將氧化石墨烯分散去離子水中，配制濃度為5mg/ml的氧化石墨烯分散液，得到均一、穩(wěn)定的氧化石墨烯水溶液；
第四步，將制得的氧化石墨烯水溶液對(duì)醋酸纖維進(jìn)行噴涂處理，干燥后，制得石墨烯修飾的醋酸纖維；其中，石墨烯占醋酸纖維質(zhì)量的0.012％；
卷煙端濾材為醋酸纖維，該醋酸纖維表面均布有石墨烯和殼聚糖，卷煙端濾材的制備方法為：
第一步，將石墨預(yù)氧化得到氧化石墨烯；
第二步，將氧化石墨烯與殼聚糖水溶液混合，配制成混合溶液；
第三步，將氧化石墨烯和殼聚糖水溶液對(duì)醋酸纖維進(jìn)行噴涂處理，制得石墨烯/殼聚糖復(fù)合修飾的醋酸纖維；其中，殼聚糖占醋酸纖維質(zhì)量的0.012％；
經(jīng)檢測(cè)，殼聚糖/石墨烯修飾的濾嘴對(duì)苯并芘和苯酚的吸附分別提高了11.9％和6.2％；這種改性后的濾嘴使得苯并芘只能選擇性吸附煙氣中的苯并芘和苯酚，而煙氣中的煙堿等成分不能有效吸附；
吸端為抽煙者嘴部接觸的一端，卷煙端為直接與卷煙本體連接的一端。
實(shí)施例2
一種選擇吸附卷煙煙氣中苯并芘和苯酚的濾嘴，包括吸端和卷煙端；
吸端濾材為聚丙烯纖維，該聚丙烯纖維表面均布有石墨烯，吸端濾材的制備方法為：
第一步，預(yù)氧化，得到預(yù)氧化的石墨烯；
第二步，二次氧化，得到氧化石墨烯；
第三步，將氧化石墨烯分散去離子水中，配制濃度為5mg/ml的氧化石墨烯分散液，得到均一、穩(wěn)定的氧化石墨烯水溶液；
第四步，將制得的氧化石墨烯水溶液對(duì)聚丙烯纖維進(jìn)行噴涂處理，干燥后，制得石墨烯修飾的聚丙烯纖維；其中，石墨烯占聚丙烯纖維質(zhì)量的0.028％；
卷煙端濾材為聚丙烯纖維，該聚丙烯纖維表面均布有石墨烯和殼聚糖，卷煙端濾材的制備方法為：
第一步，將石墨預(yù)氧化得到氧化石墨烯；
第二步，將氧化石墨烯與殼聚糖水溶液混合，配制成混合溶液；
第三步，將氧化石墨烯和殼聚糖水溶液對(duì)聚丙烯纖維進(jìn)行噴涂處理，制得石墨烯/殼聚糖復(fù)合修飾的聚丙烯纖維；其中，殼聚糖占聚丙烯纖維質(zhì)量的0.028％；
經(jīng)檢測(cè)，殼聚糖/石墨烯修飾的濾嘴對(duì)苯并芘和苯酚的吸附分別提高了21.3％和8.6％；這種改性后的濾嘴使得苯并芘只能選擇性吸附煙氣中的苯并芘和苯酚，而煙氣中的煙堿等成分不能有效吸附。
實(shí)施例3
一種選擇吸附卷煙煙氣中苯并芘和苯酚的濾嘴，包括吸端和卷煙端；
吸端濾材為聚乳酸纖維，該聚乳酸纖維表面均布有石墨烯，吸端濾材的制備方法為：
第一步，預(yù)氧化，得到預(yù)氧化的石墨烯；
第二步，二次氧化，得到氧化石墨烯；
第三步，將氧化石墨烯分散去離子水中，配制濃度為5mg/ml的氧化石墨烯分散液，得到均一、穩(wěn)定的氧化石墨烯水溶液；
第四步，將制得的氧化石墨烯水溶液對(duì)聚乳酸纖維進(jìn)行噴涂處理，干燥后，制得石墨烯修飾的聚乳酸纖維；其中，石墨烯占聚乳酸纖維質(zhì)量的0.046％；
卷煙端濾材為聚乳酸纖維，該聚乳酸纖維表面均布有石墨烯和殼聚糖，卷煙端濾材的制備方法為：
第一步，將石墨預(yù)氧化得到氧化石墨烯；
第二步，將氧化石墨烯與殼聚糖水溶液混合，配制成混合溶液；
第三步，將氧化石墨烯和殼聚糖水溶液對(duì)聚乳酸纖維進(jìn)行噴涂處理，制得石墨烯/殼聚糖復(fù)合修飾的聚乳酸纖維；其中，殼聚糖占聚乳酸纖維質(zhì)量的0.046％；
經(jīng)檢測(cè)，殼聚糖/石墨烯修飾的濾嘴對(duì)苯并芘和苯酚的吸附分別提高了29.3％和12.3％；這種改性后的濾嘴使得苯并芘只能選擇性吸附煙氣中的苯并芘和苯酚，而煙氣中的煙堿等成分不能有效吸附。
實(shí)施例4
一種選擇吸附卷煙煙氣中苯并芘和苯酚的濾嘴，包括吸端和卷煙端；
吸端濾材為黏膠纖維，該黏膠纖維表面均布有石墨烯，吸端濾材的制備方法為：
第一步，預(yù)氧化，得到預(yù)氧化的石墨烯；
第二步，二次氧化，得到氧化石墨烯；
第三步，將氧化石墨烯分散去離子水中，配制濃度為5mg/ml的氧化石墨烯分散液，得到均一、穩(wěn)定的氧化石墨烯水溶液；
第四步，將制得的氧化石墨烯水溶液對(duì)黏膠纖維進(jìn)行噴涂處理，干燥后，制得石墨烯修飾的黏膠纖維；其中，石墨烯占黏膠纖維質(zhì)量的0.058％；
卷煙端濾材為黏膠纖維，該黏膠纖維表面均布有石墨烯和殼聚糖，卷煙端濾材的制備方法為：
第一步，將石墨預(yù)氧化得到氧化石墨烯；
第二步，將氧化石墨烯與殼聚糖水溶液混合，配制成混合溶液；
第三步，將氧化石墨烯和殼聚糖水溶液對(duì)黏膠纖維進(jìn)行噴涂處理，制得石墨烯/殼聚糖復(fù)合修飾的黏膠纖維；其中，殼聚糖占黏膠纖維質(zhì)量的0.058％；
經(jīng)檢測(cè)，殼聚糖/石墨烯修飾的濾嘴對(duì)苯并芘和苯酚的吸附分別提高了26.1％和11.2％；這種改性后的濾嘴使得苯并芘只能選擇性吸附煙氣中的苯并芘和苯酚，而煙氣中的煙堿等成分不能有效吸附。
實(shí)施例5
一種選擇吸附卷煙煙氣中苯并芘和苯酚的濾嘴，包括吸端和卷煙端；
吸端濾材為L(zhǎng)yocell纖維，該Lyocell纖維表面均布有石墨烯，吸端濾材的制備方法為：
第一步，預(yù)氧化，得到預(yù)氧化的石墨烯；
第二步，二次氧化，得到氧化石墨烯；
第三步，將氧化石墨烯分散去離子水中，配制濃度為5mg/ml的氧化石墨烯分散液，得到均一、穩(wěn)定的氧化石墨烯水溶液；
第四步，將制得的氧化石墨烯水溶液對(duì)Lyocell纖維進(jìn)行噴涂處理，干燥后，制得石墨烯修飾的Lyocell纖維；其中，石墨烯占Lyocell纖維質(zhì)量的0.063％；
卷煙端濾材為L(zhǎng)yocell纖維，該Lyocell纖維表面均布有石墨烯和殼聚糖，卷煙端濾材的制備方法為：
第一步，將石墨預(yù)氧化得到氧化石墨烯；
第二步，將氧化石墨烯與殼聚糖水溶液混合，配制成混合溶液；
第三步，將氧化石墨烯和殼聚糖水溶液對(duì)Lyocell纖維進(jìn)行噴涂處理，制得石墨烯/殼聚糖復(fù)合修飾的Lyocell纖維；其中，殼聚糖占Lyocell纖維質(zhì)量的0.063％；
經(jīng)檢測(cè)，殼聚糖/石墨烯修飾的濾嘴對(duì)苯并芘和苯酚的吸附分別提高了24.5％和8.9％；這種改性后的濾嘴使得苯并芘只能選擇性吸附煙氣中的苯并芘和苯酚，而煙氣中的煙堿等成分不能有效吸附；
Lyocell纖維，即溶解性纖維，被譽(yù)為21世紀(jì)綠色纖維，它是以N-甲基嗎啉-N-氧化物為溶劑，用于濕法紡制的再生纖維素纖維。廢棄物可自然降解，生產(chǎn)過程中的氧化胺溶劑可99.5％回收再用."毒性極低，且不污染環(huán)境"。
實(shí)施例6
一種選擇吸附卷煙煙氣中苯并芘和苯酚的濾嘴，該濾嘴的濾材為二醋酸纖維，該二醋酸纖維中摻有活性炭纖維，并且該二醋酸纖維表面均布有石墨烯和殼聚糖；
其中，活性炭纖維素占二醋酸纖維質(zhì)量的0.05％，石墨烯占二醋酸纖維質(zhì)量的0.08％，殼聚糖占二醋酸纖維質(zhì)量的0.063％；
經(jīng)檢測(cè)，活性炭纖維/殼聚糖/石墨烯修飾的濾嘴對(duì)苯并芘和苯酚的吸附分別提高了29.6％和15.7％；這種改性后的濾嘴使得苯并芘只能選擇性吸附煙氣中的苯并芘和苯酚，而煙氣中的煙堿等成分不能有效吸附。
本發(fā)明采用噴涂的技術(shù)將石墨烯或石墨烯和殼聚糖分步依次噴涂在纖維的表面，真空干燥后制得經(jīng)石墨烯/殼聚糖修飾的纖維，修飾后的纖維含有一定量的殼聚糖，由于殼聚糖含有活性的羥基、氨基、富電子的吡喃環(huán)等功能基團(tuán)，能對(duì)煙氣中的化學(xué)成分形成物理吸附和化學(xué)吸附，尤其對(duì)降低苯酚類有害物效果顯著。同時(shí)由于纖維中含有石墨烯，石墨烯不僅對(duì)卷煙煙氣中氧自由基、烷烴自由基、羥基自由基、氮烯自由基等具有清除作用，而且可有效降低煙氣中的苯并芘含量，但對(duì)煙堿的含量影響不大。由于石墨烯片層結(jié)構(gòu)分布在濾嘴纖維的表面，苯并芘與石墨烯強(qiáng)烈的π-π鍵相互作用，使得苯并芘選擇性吸附在石墨烯表面，而煙氣中的煙堿等成分不能有效吸附。
以上內(nèi)容僅僅是對(duì)本發(fā)明所作的舉例和說明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。