一种石墨烯吸附材料、其制备方法及其应用和卷烟过滤嘴的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及吸附技术领域，尤其涉及一种石墨烯吸附材料、其制备方法及其应用 和卷烟过滤嘴。
【背景技术】
[0002] 卷烟燃烧过程中产生C0、苯酚和苯并芘等稠环芳烃类有害成分，在抽吸时随烟气 进入人体造成危害。过滤嘴是指卷烟的上部分，是香烟主流烟气与人体的桥梁，主要用来滤 除一部分吸入烟气中的焦油等有害物质，可减小吸烟对人体的危害。为了达到要求的功能， 卷烟过滤嘴逐渐从普通的单一醋酸纤维过滤嘴向多重滤嘴，以及多种材料制成的过滤嘴方 向发展。
[0003] 现有技术公开了多种卷烟过滤嘴，如授权公告号为CN 2872872Y的中国专利文献 公开了一种膨胀石墨复合型香烟过滤嘴，其由过滤纤维段、膨胀石墨段以及包纸构成，过滤 纤维段和膨胀石墨过滤段对接，包纸包裹在两者的外部。该申请方案采用在香烟过滤嘴中 加入一段含有膨胀石墨的过滤段，制得膨胀石墨复合型过滤嘴，可以有效地过滤香烟烟气 中的烟碱气、煤油和尼古丁等有害物质，但是不能吸附苯并芘。
[0004] 申请公布号为CN 104815630 A的中国专利文献公开了一种选择性吸附苯并芘和 苯酚的滤嘴纤维的制备方法，该方法主要以氧化石墨烯水溶液或者氧化石墨烯与壳聚糖水 溶液的混合溶液为特定的修饰液，对纤维进行喷涂等处理，处理时间5~20分钟，处理温度 25~50°C，然后将处理后的纤维置于80°C真空条件下，干燥6小时，制备得到经修饰液处理 后的滤嘴纤维。
[0005] 上述申请将所得滤嘴纤维制成香烟滤嘴，可降低烟气中的苯并芘含量，但是，一方 面该申请涉及到壳聚糖等其他添加物且制备工艺繁琐，另一方面其对苯并芘的吸附效果仍 有待改善。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本申请提供一种石墨烯吸附材料、其制备方法及其应用和卷烟过滤嘴， 本发明提供的卷烟过滤嘴能选择性地吸附过滤烟气中的苯并芘等稠环芳烃类物质的同时， 保留烟气中的尼古丁及其它无害物质，进而不影响烟气的香吸味。
[0007] 本发明提供一种石墨烯吸附材料，包括：
[0008] 纤维载体；
[0009] 和负载在所述纤维载体上的石墨烯及掺杂元素；
[0010] 所述矿质元素包括Al、Si和Fe中的一种或几种。
[0011]本发明所述的石墨烯可通过不同制备方法得到，例如机械剥离法、外延生长法、化 学气相沉淀法，石墨氧化还原法，还可以是通过对生物质资源水热碳化法，以及现有技术中 其他方法制备的石墨烯。但是，无论哪种方法都很难实现大规模制备得到严格意义理论上 的石墨烯，例如现有技术制备得到的石墨烯中会存在某些杂质元素、碳元素的其他同素异 形体或层数非单层甚至多层的石墨烯结构(例如3层、5层、10层、20层等），本发明所利用的 石墨烯也包括上述非严格意义理论上的石墨烯。
[0012] 优选地，所述纤维载体包括天然纤维、半合成纤维和合成纤维中的一种或几种。 [0013] 优选地，所述石墨稀含量占纤维载体的0.1~10wt%。
[0014] 优选地，所述石墨烯具有多孔结构，孔隙率为2%~10%。
[0015] 上述的石墨烯具有多孔结构，为石墨烯片层平面上具有多孔分布结构。
[0016] 优选地，所述石墨烯为生物质多孔石墨烯。
[0017] 优选地，所述掺杂元素含量占纤维载体的0.002~Iwt %。
[0018] 优选地，所述掺杂元素还包括1(、他、0&、1%、？、111和(：〇中的一种或几种。
[0019] 本发明提供一种石墨烯吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
[0020] 将纤维与石墨烯物料接触，进行负载，得到石墨烯吸附材料；
[0021 ] 所述石墨烯物料包括石墨烯和掺杂元素，所述掺杂元素包括Al、Si和Fe中的一种 或几种。
[0022I优选地，具体包括：
[0023]将纤维浸没在石墨烯溶液中10~60min，经洗涤、干燥，得到石墨烯吸附材料；
[0024] 所述石墨烯溶液由石墨烯物料在溶剂中分散制成，所述石墨烯物料为生物质多孔 石墨稀；
[0025] 优选地，所述石墨烯溶液还溶解有偶联剂。
[0026] 进一步优选地，所述的偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和锆类偶联剂等的 一种或几种;偶联剂用量可为石墨烯质量的1%~10%。
[0027] 本发明还提供一种上述石墨烯吸附材料在烟气过滤中的应用。
[0028] 进一步的，上述石墨烯吸附材料在卷烟过滤烟嘴、空调滤芯或汽车尾气排气装置 中的应用，即所述烟气过滤的装置包括卷烟过滤嘴、空调滤芯或汽车尾气排气装置。
[0029] 本发明还提供一种卷烟过滤嘴，其包括由上文所述的石墨烯吸附材料制成的纤维 段。
[0030] 与现有技术相比，本发明提供的石墨烯吸附材料包括纤维载体和负载在纤维载体 上的石墨烯和掺杂元素，所述掺杂元素包括Al、Si和Fe中的一种或几种。本发明通过纤维载 体中石墨烯和掺杂元素的引入，能特异性地吸附并过滤除去烟气中苯并芘等稠环芳烃类有 害物质，同时保留尼古丁及其它无害物质，不影响烟气的吸味。本发明提供的卷烟过滤嘴能 有效吸附烟气中的苯并芘等稠环芳烃类致癌物质，减小吸烟危害；同时不影响烟气的吸味， 不减少吸烟者的快感。
[0031] 此外，本发明提供的石墨烯吸附材料还能防止因环境潮湿等因素烟嘴发霉的现 象。
【具体实施方式】
[0032] 下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例 仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技 术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范 围。
[0033 ]本发明提供了 一种石墨烯吸附材料，包括：
[0034] 纤维载体;和负载在所述纤维载体上的石墨烯及掺杂元素;所述掺杂元素包括AU Si和Fe中的一种或几种。
[0035] 本发明提供的石墨烯吸附材料可选择性吸附烟气中的苯并芘，吸附效率高，烟气 吸味较好。
[0036] 本发明提供的石墨烯吸附材料包括纤维载体，所述纤维载体可以是天然纤维、人 造纤维和合成纤维中的一种或几种混合，优选包括半合成纤维和合成纤维中的一种或几 种。在本发明的实施例中，所述天然纤维包括植物纤维和动物纤维，植物纤维包括由植物上 种籽、果实、茎、叶等处获得的纤维，如棉纤维、麻纤维，动物纤维包括动物毛发类或蚕丝类。 在本发明的实施例中，人造纤维也称半合成纤维，包括粘胶纤维、醋酸纤维、铜氨纤维及现 有技术中的其他半合成纤维;合成纤维包括聚丙烯纤维(丙纶）、聚丙烯腈纤维(腈纶）、聚乙 烯醇缩甲醛纤维(维尼纶）、聚酰胺纤维(锦纶）、聚对苯二甲酸乙二酯(涤纶)等。在本发明的 一些实施例中，所述纤维载体的技术指标如下：
[0037] 纤维长度5mm以上，细度不限；
[0038] 纤维含水率5%~10%;
[0039]纤维强度1克力以上。
[0040] 在本发明中，所述纤维载体可以是任意纤维纤度，进一步优选的纤度范围为0.13-10D。纤维长度可以是任意纤维长度，进一步优选的纤维长度为5mm以上。纤维含水率不限， 进一步优选的纤维含水率为5%~10%。纤维强度不限，进一步优选的纤维强度为1克力以 上。
[0041] 在本发明的实施例中，粘胶纤维、醋酸纤维、铜氨纤维、聚丙烯纤维(丙纶）、聚丙烯 腈纤维（腈纶）、聚乙烯醇缩甲醛纤维（维尼纶）、聚酰胺纤维（锦纶）、聚对苯二甲酸乙二酯 (涤纶)或者其他合成纤维可为市售产品，也可以采用现有技术中的方法制备得到。
[0042]在本发明具体的实施例中，纤维载体市售产品的上述纤维规格可以包括：1.5D* 38mm或1 · ro*51mm;含水率为7 %，纤维强度为1 · 5克力。
[0043] 采用现有技术中的制备方法制得的纤维以下举例说明：
[0044] 以制备粘胶纤维为例，本发明中使用的粘胶液是现有技术熟知的粘胶液，其制备 方法是，以浆柏为原料，进行浸渍、压榨、粉碎、老化、黄化、溶解、熟成、过滤、脱泡等工序。浆 柏经浓度为18%左右的氢氧化钠水溶液浸渍，使纤维素转化成碱纤维素，半纤维素溶