本发明属于卷烟材料领域，涉及卷烟用滤嘴，具体涉及一种用于吸附卷烟烟气中重金属的滤嘴。
背景技术：
随着生活水平的不断提高，消费者对自身的健康保护意识以及环保意识也在不断增强，对卷烟安全性的要求也越来越高。因此，开发低危害的卷烟产品是一种趋势。卷烟烟气中的重金属主要来源于烟草本身，而烟草中的重金属元素主要来源于烟草种植环境中含有重金属污染的土壤、水和空气等。烟草中的铅、砷、镉、铬、汞等重金属元素能以气溶胶或金属氧化物的形式通过烟气进入人体，在形成累积后，可能给人体造成伤害。研究发现一支卷烟的烟气中，最容易被吸收的重金属是镉。对于烟草中重金属含量的控制，目前主要采用两种思路，一方面是对烟叶产地环境重金属的有效控制，研究的重点集中在烟叶品种筛选和生物技术方面。产烟区土壤中重金属的含量及存在形态直接影响着烟叶对重金属的吸收率，一般土壤中可溶性重金属的含量越高，烟叶对重金属的吸收率也越高，其吸收率受到土壤ph、粘粒、有机质和阳离子代换量等因素的影响。另一方面是在卷烟生产过程中采用一些技术来降低主流烟气中重金属含量，研究的重点集中在滤嘴吸附截留技术。一般认为滤嘴可吸附烟气中的重金属颗粒物，减少其对人体的危害。现在已研制出活性炭滤嘴及其它一些效果较好的新型复合滤嘴，对有毒有害的微量元素(镉、镍、砷)及有机化合物等具有吸附作用，有研究结果表明活性炭滤嘴对cd、ni和as的吸附能力分别为醋酸纤维滤嘴的4.25、3.58和i.61倍，吸附效果明显增强。醋酸纤维与黄苓制备的复合滤嘴，能有效减少香烟主流烟气中镉和铅的诱变物，对于减少吸烟者吸入重金属铅、镉的累积接触剂量与在肺内沉积具有积极意义。此外，含壳聚糖的活性炭复合滤嘴对烟气中的重金属和其他有害物质有着更强的选择吸收能力。周国俊等的研究结果表明，将叶绿素铜和叶绿酸钠中的一种或者两种加入到醋酸甘油三酯，喷撒到丝束中，或者制备成40-80目颗粒添加到嘴棒中，能够有效截留重金属。王莹等的研究表明，碳纳米管对cd、pb等重金属有比较强的选择性吸附作用。硅胶表面多孔的存在增大了吸附剂的比表面积，减小了溶质的扩散阻力，利于快速达到吸附平衡。同时，通过表面修饰使吸附剂带上氨基、羧基等等功能性基团来鳌合或者络合重金属离子也是提高吸附性能的一个重要途径。聚乙烯亚胺是一种水溶性高分子聚合物，其分子链上拥有大量的胺基n原子，对重金属具有很强的鳌合能力。这种特性已引起了国内外学者的广泛关注，并已将其应用于众多研究领域。在实际的吸附应用中，由于聚乙烯亚胺的水溶性的特点，需要通过选用合适的载体将水溶性聚乙烯亚胺固定，保证其吸附废水中重金属离子的可操作性。载体的性能直接关系到吸附剂的应用效果，操作简便、修饰效果好且不破坏硅胶原有物理性状的聚乙烯亚胺修饰方法是一个重要的研究方向。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种用于吸附卷烟烟气中重金属的滤嘴，该滤嘴采用吸附效果良好的聚乙烯亚胺修饰的吸附剂，该吸附剂不仅吸附卷烟烟气中的重金属效果好，而且制作工艺简单、生产成本低廉且适于大规模生产。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种用于吸附卷烟烟气中重金属的滤嘴，该滤嘴滤材包括聚乙烯亚胺修饰的吸附剂，该聚乙烯亚胺修饰的吸附剂的制备方法具体包括以下步骤：
(1)将硅胶进行活化，使硅胶表面生成硅羟基；
(2)采用等体积浸渍法，将已活化后的硅胶浸渍在聚乙烯亚胺水溶液中，搅匀，然后置于红外灯下烘烤，最后在烘至淡黄色固体即可；
硅胶颗粒大小为45-55目，聚乙烯亚胺的分子量为65500或为12000，优选分子量为65500的高分子量聚乙烯亚胺，聚乙烯亚胺与硅胶的质量比为8-13:100，优选为12:100；
抽吸添加本发明吸附剂后的卷烟，分别收集烟气的粒相物与气相物，用icpms检测其中重金属含量，同时检测对照卷烟样品和试验卷烟样品主流烟气中的烟碱、焦油等常规成分。
本发明的有益效果：本发明采用聚乙烯亚胺均匀负载在活化后的硅胶上，通过表面修饰使吸附剂带上大量氨基与羧基等功能性基团，通过螯合或络合作用大大提高了吸附剂的吸附能力与吸附的选择性，并将该吸附剂首次添加到卷烟滤嘴中，取得了很好的吸附重金属的效果；
本发明聚乙烯亚胺修饰的重金属吸附剂的制备方法，操作简单、无需交联剂，降低了生产成本且适于大规模生产；
本发明聚乙烯亚胺修饰的重金属吸附剂在制备时，由于硅胶通过直接加热方法进行活化而没有通过酸处理进行活化，大大保持了硅胶的机械强度，避免了在合成中搅拌时被搅碎的情况，克服了吸附剂在制作过程中活化后硅胶的原有物理性状遭到破坏的缺点，从而避免了吸附剂制备完成后因为搅拌使将硅胶搅成粉末需要重新造粒的弊端，简化了实验操作且保留了硅胶的原有物理吸附属性；
本发明吸附剂可实现快速重金属吸附，水相中的重金属吸附一般反应时间可较长，而卷烟烟气中的重金属吸附反应时间非常短，卷烟抽吸时烟气与吸附剂的接触时间仅为毫秒级，要求吸附剂能实现快速的重金属吸附；
本发明选择的硅胶表面多孔的存在增大了吸附剂的比表面积，减小了溶质的扩散阻力，利于快速达到吸附平衡，比一般的载体更加适于与聚乙烯亚胺结合应用于气相中吸附重金属，总之，硅胶与聚乙烯亚胺两者的结合使得吸附剂在气相中重金属抓捕能力大大增强，从本发明实施例的数据可以看出，取得了意想不到的效果。
具体实施方式
一种用于吸附卷烟烟气中重金属的滤嘴，该滤嘴滤材包括聚乙烯亚胺修饰的吸附剂，该聚乙烯亚胺修饰的吸附剂的制备具体包括以下步骤：
(i)将硅胶置于115℃烘5.5-7h进行活化，使硅胶表面生成硅羟基；
(2)采用等体积浸溃法，将已活化后的硅胶浸溃在质量百分比45％-65％的聚乙烯亚胺水溶液中，搅匀，在95-105℃烘3-5小时，然后置于红外灯下烘烤4-6小时，最后在125℃烘至淡黄色固体即可；
硅胶颗粒大小为45-55目，聚乙烯亚胺分子量为65500或12000，优选分子量为65500的高分子量聚乙烯亚胺，聚乙烯亚胺与硅胶的质量比为8-13:100，优选为12:100。抽吸添加本发明吸附剂后的卷烟，分别收集烟气的粒相物与气相物，用icpms检测其中重金属含量，同时检测对照卷烟样品和试验卷烟样品主流烟气中的烟碱、焦油等常规成分。
实施例1
先将干燥至恒重的硅胶过45-55目筛，然后置于115℃烘箱中高温加热6h进行活化得到活化后的硅胶；
取1.6g分子量为12000的低分子量聚乙烯亚胺溶于50ml去离子水中，充分溶解后，称取20.0g活化后的硅胶置于该水溶液中，搅拌均匀。在烘箱中95℃烘3小时烘干水分，然后置于红外灯下烘烤4小时，最后在烘箱中125℃烘至淡黄色颗粒状固体，制得吸附剂中聚乙烯亚胺与硅胶的质量比为8:100的低分子量聚乙烯亚胺修饰吸附剂。
按照每支卷烟加入20mg吸附剂的标准将吸附剂加入到卷烟的过滤嘴中，制得一批卷烟，温湿度平衡24h，采用卷盘式吸烟机在静电捕集模式下抽吸卷烟，收集粒相物与气相物进行重金属检测，同时进行空白卷烟样品的对照试验。试验烟支与对照烟支的主流烟气常规成分和重金属镉、铅的降低率如下表所示。
实施例2
取0.9g分子量为12000的低分子量聚乙烯亚胺溶于50ml去离子水中，充分溶解后，称取10.0g活化后的硅胶置于该水溶液中，搅拌均匀。在烘箱中120℃烘4小时烘干水分，然后置于红外灯下烘烤6小时，最后在烘箱中120℃烘至淡黄色颗粒状固体。得到吸附剂中聚乙烯亚胺与硅胶的质量比为9:100的低分子量聚乙烯亚胺修饰吸附剂。
按照每支卷烟加入20mg吸附剂的标准将吸附剂加入到卷烟的过滤嘴中，制得一批卷烟，温湿度平衡24h，采用卷盘式吸烟机在静电捕集模式下抽吸卷烟，收集粒相物与气相物进行重金属检测，同时进行空白卷烟样品的对照试验。试验烟支与对照烟支的主流烟气常规成分和重金属镉、铅的降低率如下表所示。
实施例3
取1.20g分子量为12000的低分子量聚乙烯亚胺溶于25ml去离子水中，充分溶解后，称取10.0g活化后的硅胶置于该水溶液中，搅拌均匀。在烘箱中100℃烘4小时烘干水分，然后置于红外灯下烘烤6小时，最后在烘箱中125℃烘至淡黄色颗粒状固体。得到吸附剂中聚乙烯亚胺与硅胶的质量比为12:100的低分子量聚乙烯亚胺修饰吸附剂。
按照每支卷烟加入20mg吸附剂的标准将吸附剂加入到卷烟的过滤嘴中，制得一批卷烟，温湿度平衡24h，采用卷盘式吸烟机在静电捕集模式下抽吸卷烟，收集粒相物与气相物进行重金属检测，同时进行空白卷烟样品的对照试验。试验烟支与对照烟支的主流烟气常规成分和重金属镉、铅的降低率如下表所示。
实施例4
取2.00g分子量为65500的高分子量聚乙烯亚胺45％水溶液溶于50ml去离子水中，充分溶解后，称取10.0g活化后的硅胶置于该水溶液中，搅拌均匀。在烘箱中100℃烘5小时烘干水分，然后置于红外灯下烘烤6小时，最后在烘箱中125℃烘至淡黄色颗粒状固体。得到吸附剂中聚乙烯亚胺与硅胶的质量比为9:100的高分子量聚乙烯亚胺修饰吸附剂。
按照每支卷烟加入20mg吸附剂的标准将吸附剂加入到卷烟的过滤嘴中，制得一批卷烟，温湿度平衡24h，采用卷盘式吸烟机在静电捕集模式下抽吸卷烟，收集粒相物与气相物进行重金属检测，同时进行空白卷烟样品的对照试验。试验烟支与对照烟支的主流烟气常规成分和重金属镉、铅的降低率如下表所示。
实施例5
取2.40g分子量为65500的高分子量聚乙烯亚胺50％水溶液溶于50ml去离子水中，充分溶解后，称取10.0g活化后的硅胶置于该水溶液中，搅拌均匀。在烘箱中105℃烘4小时烘干水分，然后置于红外灯下烘烤5小时，最后在烘箱中125℃烘至淡黄色颗粒状固体。得到吸附剂中聚乙烯亚胺与硅胶的质量比为12:100的高分子量聚乙烯亚胺修饰吸附剂。
按照每支卷烟加入20mg吸附剂的标准将吸附剂加入到卷烟的过滤嘴中，制得一批卷烟，温湿度平衡24h，采用卷盘式吸烟机在静电捕集模式下抽吸卷烟，收集粒相物与气相物进行重金属检测，同时进行空白卷烟样品的对照试验。试验烟支与对照烟支的主流烟气常规成分和重金属镉、铅的降低率如下表所示。
实施例6
取2.00g分子量为65500的高分子量聚乙烯亚胺65％水溶液溶于25ml去离子水中，充分溶解后，称取10.0g活化后的硅胶置于该水溶液中，搅匀。在烘箱中105℃烘5小时烘干大部分水分，然后置于红外灯下烘烤6小时，最后在烘箱中125℃烘至淡黄色颗粒状固体。得到吸附剂中聚乙烯亚胺与硅胶的质量比为13:100的高分子量聚乙烯亚胺修饰吸附剂。
按照每支卷烟加入20mg吸附剂的标准将吸附剂加入到卷烟的过滤嘴中，制得一批卷烟，温湿度平衡24h，采用卷盘式吸烟机在静电捕集模式下抽吸卷烟，收集粒相物与气相物进行重金属检测，同时进行空白卷烟样品的对照试验。试验烟支与对照烟支的主流烟气常规成分和重金属镉、铅的降低率如下表所示。
实施例7
取2.00g分子量为65500的高分子量聚乙烯亚胺65％水溶液溶于25ml乙醇中，充分溶解后，称取10.0g活化后的硅胶置于该水溶液中，搅匀。在烘箱中105℃烘5小时烘干大部分水分，然后置于红外灯下烘烤6小时，最后在烘箱中125℃烘至淡黄色颗粒状固体。得到吸附剂中聚乙烯亚胺与硅胶的质量比为13:100的高分子量聚乙烯亚胺修饰吸附剂。
按照每支卷烟加入20mg吸附剂的标准将吸附剂加入到卷烟的过滤嘴中，制得一批卷烟，温湿度平衡24h，采用卷盘式吸烟机在静电捕集模式下抽吸卷烟，收集粒相物与气相物进行重金属检测，同时进行空白卷烟样品的对照试验。试验烟支与对照烟支的主流烟气常规成分和重金属镉、铅的降低率如下表所示。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。