[发明专利]一种石墨烯吸附材料在降低卷烟烟气中有害成分中的应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯吸附材料在降低卷烟烟气中有害成分中的应用，石墨烯吸附材料是氧化石墨烯用KOH活化后，以水合肼为还原剂还原制得，将石墨烯吸附材料添加到卷烟滤嘴中，实现降低卷烟中有害成分的目的；本发明石墨烯吸附材料对烟气中苯并[a]芘、氰化氢、氨、巴豆醛、苯酚、CO具有良好的吸附效果，且该石墨烯烟气吸附材料制备方法简单，反应条件温和，制得的吸附材料比表面积大，具有稳定的正六边形晶格结构，易与酚类化合物形成酸碱共轭相互作用。另外，该方法制备的石墨烯烟气吸附材料表面的化学官能团羧基、羟基等能与酚类化合物形成氢键。用于卷烟滤嘴添加剂能有效降低烟气中的有害成分，降焦减害效果明显。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯吸附材料在降低卷烟烟气中有害成分中的应用，属于卷烟技术领域。

背景技术

卷烟烟气是由烟草制品在抽吸过程中通过高温燃烧、裂解、蒸馏等过程产生的一种成分极其复杂的混合物。降焦减害一直是国际烟草界研究的重点和热点。

目前，世界公认的6种主要有害物质苯并[a]芘、氰化氢、氨、巴豆醛、苯酚、CO对人体健康有较大的影响。氰化氢是一种纤维毒素，会影响人体呼吸道细胞，当人体摄入一定量的氰化氢时，最终因细胞窒息导致死亡；苯酚是一种常见的杀菌剂，可经呼吸道、皮肤和消化道吸收，低浓度苯酚能使蛋白质变性，高浓度能使蛋白质沉淀，对皮肤和粘膜具有强烈的腐蚀作用，也可抑制中枢神经系统损害肝肾功能；氨气会引起肝脂肪变性、肾脏间质性炎症及心肌损害，低浓度氨对黏膜有刺激作用，高浓度氨气可造成组织蛋白变性、脂肪组织皂化等组织溶解性坏死（即皂化作用）。已有相关报道说明多孔材料单独应用于卷烟滤嘴中，对卷烟烟气中有害成分去除效果不佳，选择性低。

现有技术中针对去除卷烟烟气有害成分的研究较多，主要是两个方面，一种是卷烟加工工艺方面，如专利201110241462.9在卷烟滤棒中添加SiO₂，巴豆醛和苯酚的降低率分别为10.3%和20.1%；另一种是制备卷烟添加剂，将其添加到滤嘴中达到吸附目的，如专利200710034453.6通过添加改性活性炭纤维到香烟滤嘴中，苯酚的降低率也仅能达到31%；孙玉峰等以MMM为卷烟滤嘴添加剂，对苯并[a]芘、巴豆醛和苯酚的降低率分别为：26.25%、8.15%、43.40%，显然，降低率有待提高。除此之外，专利CN201410134481中对氨气吸附能达到30%以上，但是该专利中的材料添加量为40mg以上，添加在滤嘴中的材料的量太多会影响抽吸阻力，也不利于抽吸。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种石墨烯吸附材料的新用途，即其在降低卷烟烟气中有害成分中的应用，本发明在不改变烟支配方组分的前提下，石墨烯吸附材料是氧化石墨烯用KOH活化后，以水合肼为还原剂还原制得，将该材料作为吸附剂添加于卷烟滤嘴2/3处，本发明石墨烯吸附材料比表面积大，孔径可调，具有稳定的正六边形晶格结构，易与酚类化合物形成酸碱共轭相互作用，使之对卷烟烟气有害成分苯并[a]芘、氰化氢、氨、巴豆醛、苯酚、CO有明显的吸附，苯并[a]芘降低率能达到20%以上、氰化氢降低率能达到58%以上、氨降低率能达到37%以上、巴豆醛降低率能达到37%以上、苯酚降低率能达到50%以上、CO降低率能达到11%以上。

本发明石墨烯吸附材料的制备方法如下：

（1）将鳞片石墨加入盐酸-氢氟酸混合液中，搅拌反应2~5h，固液分离，固体洗涤干燥后得到预处理的石墨，用含有五氧化二磷和过硫酸钾的浓硫酸对预处理的石墨在50~80℃下进行氧化、脱水处理，固液分离，固体洗涤干燥后得到预氧化的石墨，在浓硫酸中依次加入预氧化的石墨、硝酸钠、高锰酸钾，然后置于0~35℃水浴中搅拌反应4~10h，固液分离，固体依次用盐酸、去离子水洗涤至pH为7，干燥，固体加水经超声分散得到氧化石墨烯悬浮液；

所述盐酸-氢氟酸混合液是盐酸和氢氟酸按体积比（0.5~1）:1的比例混合制得；