[发明专利]一种石墨烯类纤维卷烟滤嘴及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及卷烟技术领域，具体涉及一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NH₃、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，卷烟滤嘴以单一的纤维材料为主，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，公开了一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，公开了一种滤嘴，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减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）是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成蜂窝状正六边形晶格的全新的二维纳米材料，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，p_cation-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、卟啉、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.Wu，B. Gu，W. 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二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一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，减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：

一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。