一種石墨烯吸附材料、其制備方法及其應用和卷煙過濾嘴的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種石墨烯吸附材料、其制備方法及其應用，該吸附材料包括：纖維載體；和負載在所述纖維載體上的石墨烯及摻雜元素；所述摻雜元素包括Al、Si和Fe中的一種或幾種。本發(fā)明還提供了一種卷煙過濾嘴，其包括由上文所述的石墨烯吸附材料制成的纖維段。本發(fā)明通過纖維載體中石墨烯和摻雜元素的引入，能特異性地吸附并過濾除去煙氣中苯并芘等稠環(huán)芳烴類有害物質(zhì)，同時保留尼古丁及其它無害物質(zhì)，不影響煙氣的吸味。本發(fā)明提供的卷煙過濾嘴能有效吸附煙氣中的苯并芘等稠環(huán)芳烴類致癌物質(zhì)，減小吸煙危害；同時不影響吸煙的快感和煙氣的醇香吸味。此外，本發(fā)明提供的石墨烯吸附材料還能防止因環(huán)境潮濕等因素煙嘴發(fā)霉的現(xiàn)象。
【專利說明】
一種石墨烯吸附材料、其制備方法及其應用和卷煙過濾嘴
技術(shù)領域
[0001] 本發(fā)明涉及吸附技術(shù)領域，尤其涉及一種石墨烯吸附材料、其制備方法及其應用 和卷煙過濾嘴。
【背景技術(shù)】
[0002] 卷煙燃燒過程中產(chǎn)生C0、苯酚和苯并芘等稠環(huán)芳烴類有害成分，在抽吸時隨煙氣 進入人體造成危害。過濾嘴是指卷煙的上部分，是香煙主流煙氣與人體的橋梁，主要用來濾 除一部分吸入煙氣中的焦油等有害物質(zhì)，可減小吸煙對人體的危害。為了達到要求的功能， 卷煙過濾嘴逐漸從普通的單一醋酸纖維過濾嘴向多重濾嘴，以及多種材料制成的過濾嘴方 向發(fā)展。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)公開了多種卷煙過濾嘴，如授權(quán)公告號為CN 2872872Y的中國專利文獻 公開了一種膨脹石墨復合型香煙過濾嘴，其由過濾纖維段、膨脹石墨段以及包紙構(gòu)成，過濾 纖維段和膨脹石墨過濾段對接，包紙包裹在兩者的外部。該申請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，制得膨脹石墨復合型過濾嘴，可以有效地過濾香煙煙氣 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。
[0004] 申請公布號為CN 104815630 A的中國專利文獻公開了一種選擇性吸附苯并芘和 苯酚的濾嘴纖維的制備方法，該方法主要以氧化石墨烯水溶液或者氧化石墨烯與殼聚糖水 溶液的混合溶液為特定的修飾液，對纖維進行噴涂等處理，處理時間5~20分鐘，處理溫度 25~50°C，然后將處理后的纖維置于80°C真空條件下，干燥6小時，制備得到經(jīng)修飾液處理 后的濾嘴纖維。上述申請將所得濾嘴纖維制成香煙濾嘴，可降低煙氣中的苯并芘含量，但 是，一方面該申請涉及到殼聚糖等其他添加物且制備工藝繁瑣，另一方面其對苯并芘的吸 附效果仍有待改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N石墨烯吸附材料、其制備方法及其應用和卷煙過濾嘴， 本發(fā)明提供的卷煙過濾嘴能選擇性地吸附過濾煙氣中的苯并芘等稠環(huán)芳烴類物質(zhì)的同時， 保留煙氣中的尼古丁及其它無害物質(zhì)，進而不影響煙氣的香吸味。
[0006] 本發(fā)明提供一種石墨烯吸附材料，包括：
[0007] 纖維載體；
[0008] 和負載在所述纖維載體上的石墨烯及摻雜元素；
[0009] 所述礦質(zhì)元素包括Al、Si和Fe中的一種或幾種。
[0010] 本發(fā)明所述的石墨烯可通過不同制備方法得到，例如機械剝離法、外延生長法、化 學氣相沉淀法，石墨氧化還原法，還可以是通過對生物質(zhì)資源水熱碳化法，以及現(xiàn)有技術(shù)中 其他方法制備的石墨烯。但是，無論哪種方法都很難實現(xiàn)大規(guī)模制備得到嚴格意義理論上 的石墨烯，例如現(xiàn)有技術(shù)制備得到的石墨烯中會存在某些雜質(zhì)元素、碳元素的其他同素異 形體或?qū)訑?shù)非單層甚至多層的石墨烯結(jié)構(gòu)(例如3層、5層、10層、20層等），本發(fā)明所利用的 石墨烯也包括上述非嚴格意義理論上的石墨烯。
[0011] 優(yōu)選地，所述纖維載體包括天然纖維、半合成纖維和合成纖維中的一種或幾種。 [0012] 優(yōu)選地，所述石墨稀含量占纖維載體的0.1~10wt%。
[0013]優(yōu)選地，所述石墨烯具有多孔結(jié)構(gòu)，孔隙率為2 %~10 %。
[0014]上述的石墨烯具有多孔結(jié)構(gòu)，為石墨烯片層平面上具有多孔分布結(jié)構(gòu)。
[0015] 優(yōu)選地，所述石墨烯為生物質(zhì)多孔石墨烯。
[0016] 優(yōu)選地，所述摻雜元素含量占纖維載體的0.002~lwt%。
[0017] 優(yōu)選地，所述摻雜元素還包括1(、他、0&、1%、？111和(：〇中的一種或幾種。
[0018] 本發(fā)明提供一種石墨烯吸附材料的制備方法，包括以下步驟：
[0019] 將纖維與石墨烯物料接觸，進行負載，得到石墨烯吸附材料；
[0020] 所述石墨烯物料包括石墨烯和摻雜元素，所述摻雜元素包括Al、Si和Fe中的一種 或幾種。
[0021]優(yōu)選地，具體包括：
[0022]將纖維浸沒在石墨烯溶液中10~60min，經(jīng)洗滌、干燥，得到石墨烯吸附材料；
[0023] 所述石墨烯溶液由石墨烯物料在溶劑中分散制成，所述石墨烯物料為生物質(zhì)多孔 石墨稀；
[0024] 優(yōu)選地，所述石墨烯溶液還溶解有偶聯(lián)劑。
[0025] 進一步優(yōu)選地，所述的偶聯(lián)劑包括硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑和鋯類偶聯(lián)劑等的 一種或幾種;偶聯(lián)劑用量可為石墨烯質(zhì)量的1%~10%。
[0026] 本發(fā)明還提供一種上述石墨烯吸附材料在煙氣過濾中的應用。
[0027] 進一步的，上述石墨烯吸附材料在卷煙過濾煙嘴、空調(diào)濾芯或汽車尾氣排氣裝置 中的應用，即所述煙氣過濾的裝置包括卷煙過濾嘴、空調(diào)濾芯或汽車尾氣排氣裝置。
[0028] 本發(fā)明還提供一種卷煙過濾嘴，其包括由上文所述的石墨烯吸附材料而制成的纖 維段。
[0029] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的石墨烯吸附材料包括纖維載體和負載在纖維載體 上的石墨烯和摻雜元素，所述摻雜元素包括Al、Si和Fe中的一種或幾種。本發(fā)明通過纖維載 體中石墨烯和摻雜元素的引入，能特異性地吸附并過濾除去煙氣中苯并芘等稠環(huán)芳烴類有 害物質(zhì)，同時保留尼古丁及其它無害物質(zhì)，不影響煙氣的吸味。本發(fā)明提供的卷煙過濾嘴能 有效吸附煙氣中的苯并芘等稠環(huán)芳烴類致癌物質(zhì)，減小吸煙危害；同時不影響煙氣的吸味， 不減少吸煙者的快感。
[0030] 此外，本發(fā)明提供的石墨烯吸附材料還能防止因環(huán)境潮濕等因素煙嘴發(fā)霉的現(xiàn) 象。
【具體實施方式】
[0031] 下面對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例 僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技 術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范 圍。
[0032 ]本發(fā)明提供了 一種石墨烯吸附材料，包括：
[0033] 纖維載體;和負載在所述纖維載體上的石墨烯及摻雜元素;所述摻雜元素包括Al、 Si和Fe中的一種或幾種。優(yōu)選地，所述石墨烯和摻雜元素是通過生物質(zhì)石墨烯引入的。石墨 烯和摻雜元素可以單獨引入，也可以混合引入(混合引入包括提前混合引入，提前混合引入 又包括合成過程中引入和本身就自有的），而生物質(zhì)石墨烯就是含有石墨烯和摻雜元素的 混合體。
[0034] 本發(fā)明提供的石墨烯吸附材料可選擇性吸附煙氣中的苯并芘，吸附效率高，煙氣 吸味較好。
[0035] 本發(fā)明提供的石墨烯吸附材料包括纖維載體，所述纖維載體可以是天然纖維、人 造纖維和合成纖維中的一種或幾種混合，優(yōu)選包括半合成纖維和合成纖維中的一種或幾 種。在本發(fā)明的實施例中，所述天然纖維包括植物纖維和動物纖維，植物纖維包括由植物上 種籽、果實、莖、葉等處獲得的纖維，如棉纖維、麻纖維，動物纖維包括動物毛發(fā)類或蠶絲類。 在本發(fā)明的實施例中，人造纖維也稱半合成纖維，包括粘膠纖維、醋酸纖維、銅氨纖維及現(xiàn) 有技術(shù)中的其他半合成纖維;合成纖維包括聚丙烯纖維(丙綸）、聚丙烯腈纖維(腈綸）、聚乙 烯醇縮甲醛纖維(維尼綸）、聚酰胺纖維(錦綸）、聚對苯二甲酸乙二酯(滌綸)等。在本發(fā)明的 一些實施例中，所述纖維載體的技術(shù)指標如下：
[0036] 纖維長度5mm以上，細度不限；
[0037] 纖維含水率5%~10%;
[0038] 纖維強度1克力以上。
[0039] 在本發(fā)明中，所述纖維載體可以是任意纖維纖度，進一步優(yōu)選的纖度范圍為0.13-10D。纖維長度可以是任意纖維長度，進一步優(yōu)選的纖維長度為5mm以上。纖維含水率不限， 進一步優(yōu)選的纖維含水率為5%~10%。纖維強度不限，進一步優(yōu)選的纖維強度為1克力以 上。
[0040] 在本發(fā)明的實施例中，粘膠纖維、醋酸纖維、銅氨纖維、聚丙烯纖維(丙綸）、聚丙烯 腈纖維（腈綸）、聚乙烯醇縮甲醛纖維（維尼綸）、聚酰胺纖維（錦綸）、聚對苯二甲酸乙二酯 (滌綸)或者其他合成纖維可為市售產(chǎn)品，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的方法制備得到。
[0041] 在本發(fā)明具體的實施例中，纖維載體市售產(chǎn)品的上述纖維規(guī)格可以包括：1.5D* 38mm或1 ? ro*51mm;含水率為7 %，纖維強度為1 ? 5克力。
[0042] 采用現(xiàn)有技術(shù)中的制備方法制得的纖維以下舉例說明：
[0043]以制備粘膠纖維為例，本發(fā)明中使用的粘膠液是現(xiàn)有技術(shù)熟知的粘膠液，其制備 方法是，以漿柏為原料，進行浸漬、壓榨、粉碎、老化、黃化、溶解、熟成、過濾、脫泡等工序。漿 柏經(jīng)濃度為18%左右的氫氧化鈉水溶液浸漬，使纖維素轉(zhuǎn)化成堿纖維素，半纖維素溶出，聚 合度部分下降;再經(jīng)壓榨除去多余的堿液。塊狀的堿纖維素在粉碎機上粉碎后變?yōu)槭杷傻?絮狀體，由于表面積增大使以后的化學反應均勻性提高。堿纖維素在氧的作用下發(fā)生氧化 裂解使平均聚合度下降，這個過程稱為老化。老化后將堿纖維素與二硫化碳反應生成纖維 素黃酸酯稱黃化，使大分子間的氫鍵進一步削弱，由于黃酸基團的親水性，使纖維素黃酸酯 在稀堿液中的溶解性能大為提高。把固體纖維素黃酸酯溶解在稀堿液中，即是粘膠。剛制成 的粘膠因粘度和鹽值較高不易成形，必須在一定溫度下放置一定時間稱為熟成，使粘膠中 纖維素黃酸鈉逐漸水解和皂化，酯化度降低，粘度和對電解質(zhì)作用的穩(wěn)定性也隨著改變。在 熟成之后應進行脫泡和過濾，以除去氣泡和雜質(zhì)。
[0044]在本發(fā)明的實施例中，制備粘膠纖維長絲的工藝流程及條件具體如下：
[0045] 1.堿浸漬工藝條件:堿液(NaOH):濃度為240g/L，溫度為20°C，浸漬時間：120min;
[0046] 2.老成工藝條件:溫度為25°C、時間為34h;
[0047] 3 .黃化工藝條件：黃化方法為濕法黃化，其中，堿化包括：時間為30min，溫度為 21.0 ± 0.5 °C ;黃化包括：時間為120min，初始溫度為21.0 ± 0.5 °C，終止溫度為30.0 ± 0.5 °C ; CS2加入質(zhì)量為34.5% (對甲纖）；前溶解包括:時間為120min，溫度為16.5 ±0.5°C ;后溶 解包括:時為180min，溫度為16.5 ±0.5°C ;
[0048] 4.以質(zhì)量分散計，制得的粘膠原液組成包括：
[0049] 甲纖 8.30±0.10%;
[0050] NaOH 5.80 ±0.10%;
[0051] S 2.25±0.1%;
[0052] 5.粘膠熟成條件:時間為36h~38h，溫度為19.0±0.5°C ;
[0053] 6 .得到的紡絲膠指標：粘度為30~40秒（20 °C，落球法）；熟成度為7.8~8.6mL (10%NH4C1值）；
[0054] 7.紡絲工藝條件:紡速為82m/min;牽伸為25% ;緊張牽伸為4.12% ;
[0055] 8.凝固浴條件如下：
[0056]酸浴組成為：
[0057] H2SO4 132.0±1.0g/L;
[0058] ZnS〇4 10.5±0.5g/L;
[0059] Na2S〇4 265.0±5.0g/L;
[0060] 溫度為 52.0±1.0。(：；比重為1.270±0.005。
[0061] 在纖維載體上，本發(fā)明提供的石墨烯吸附材料包括負載的石墨烯和摻雜元素，所 述摻雜元素包括Al、Si和Fe中的一種或幾種。本發(fā)明通過纖維載體中石墨烯和摻雜元素的 引入，能進一步提高吸附材料過濾煙氣中苯并芘等有害物質(zhì)的效果，同時保證煙氣的吸味 良好。
[0062] 石墨烯是一種由單層sp2雜化碳原子組成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)的二維材料，具有許多優(yōu) 異的性能。所述石墨烯的結(jié)構(gòu)如式1所示：
[0064] 本發(fā)明所述石墨烯分散在纖維載體上，使纖維載體含有石墨烯。在本發(fā)明的優(yōu)選 實施例中，所述石墨稀含量占纖維載體的0.1~10wt %，優(yōu)選為1~4wt %，例如0.1 %、 0.3%、0.5%、0.7%、1%、3%、5%、6%、7.8%、8.9%、10% 等。在本發(fā)明的一些實施例中， 所述石墨烯具有多孔結(jié)構(gòu)，具體為經(jīng)過預處理具有不規(guī)則分布的微孔;孔隙率可為2 %~ 1〇%，優(yōu)選為3%~7%;孔徑范圍為1~2〇11111。
[0065] 在本發(fā)明中，所述石墨烯優(yōu)選為生物質(zhì)多孔石墨烯，或者說優(yōu)選地，所述石墨烯和 摻雜元素是通過生物質(zhì)石墨烯引入的；生物質(zhì)石墨烯含有10層以下石墨烯的片層結(jié)構(gòu)、碳 的SP3雜化結(jié)構(gòu)和礦質(zhì)元素;礦質(zhì)元素包括Fe、Si和A1元素。在本發(fā)明的實施例中，所述礦質(zhì) 元素元素含量為生物質(zhì)石墨烯的0.5wt %~6wt %，優(yōu)選為1.5wt %~5wt %。所述礦質(zhì)元素 優(yōu)選還包括？、〇8、似、附、]\111、1(、]\%、0、5和&3中的任意一種或多種;所述礦質(zhì)元素以單質(zhì)和/ 或化合物的形式存在，化合物包括氧化物、碳化物，它們吸附在生物質(zhì)石墨烯的表面或內(nèi) 部。在本發(fā)明的實施例中，所述生物質(zhì)石墨烯中碳元素含量多80wt %，優(yōu)選大于85wt %，再 優(yōu)選大于90wt %，最優(yōu)選大于95wt %。在本發(fā)明的實施例中，所述石墨稀為具有厚度在 lOOnm以下的碳的六元環(huán)蜂窩狀片層結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明實施例中，該多孔石墨烯一方面能提供 煙氣和空氣對流的通道，防止煙絲不完全燃燒，減少了不完全燃燒有害物的產(chǎn)生;另一方面 該多孔石墨烯具有大比表面積特性，能夠有效地對致癌的苯并芘等稠環(huán)芳烴類物質(zhì)(PAHs) 進行選擇性吸附。
[0066] 在本發(fā)明中，所述摻雜元素包括Al、Si和Fe中的一種或幾種，優(yōu)選包括Al、Si和Fe。 所述摻雜元素分散在纖維載體上，使纖維載體含有摻雜元素。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，所 述摻雜元素含量占纖維載體的0.002~lwt%，優(yōu)選為0.02~0.8wt%，更優(yōu)選為0.2~ 0.5wt%。此外，所述摻雜元素優(yōu)選還包括1(、他、〇3、]\%、？、]\111和&3中的一種或幾種。
[0067] 本發(fā)明提供的石墨烯吸附材料屬于碳納米材料產(chǎn)品，具有特異性吸附性能，能特 異性吸附煙氣中的苯并芘這類有害物質(zhì)，同時不影響煙氣的吸味。
[0068] 相應地，本發(fā)明提供了一種石墨烯吸附材料的制備方法，包括以下步驟:將纖維與 石墨烯物料接觸，進行負載，得到石墨烯吸附材料;所述石墨烯物料包括石墨烯和摻雜元 素，所述摻雜元素包括Al、Si和Fe中的一種或幾種。
[0069] 本發(fā)明制備出的石墨烯吸附材料能有效吸附煙氣中的苯并芘等有害物質(zhì)，且不影 響煙氣的吸味。此外，本發(fā)明制備石墨烯吸附材料的方法操作簡便，適于工業(yè)化推廣。
[0070] 本發(fā)明以纖維為載體，將石墨烯和摻雜元素負載在纖維載體上，得到石墨烯吸附 材料。其中，所述纖維載體的內(nèi)容如前文所述，在此不再贅述。
[0071] 在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，所述石墨稀含量占纖維載體的0.1~10wt%，優(yōu)選為1 ~4wt%，例如0? lwt%、0.3wt%、0.5wt%、0.7wt%、lwt%、3wt%、5wt%、6wt%、7.8wt%、 8.9wt%、10wt%等。在本發(fā)明的一些實施例中，所述石墨稀具有多孔結(jié)構(gòu)，具體為經(jīng)過預處 理具有不規(guī)則分布的微孔;孔隙率可為2%~10%，優(yōu)選為3%~7% ;孔徑范圍為1~20nm。 本發(fā)明對所述石墨烯的來源沒有特殊限制，可以采用市售產(chǎn)品，也可以制備獲得;所述的石 墨烯可通過機械剝離法、外延生長法、化學氣相沉淀法，石墨氧化還原法以及通過對生物質(zhì) 資源水熱碳化法制備得到。
[0072] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述石墨烯優(yōu)選為生物質(zhì)石墨烯。所述生物質(zhì)石墨烯 含有10層以下石墨烯的片層結(jié)構(gòu)、碳的SP3雜化結(jié)構(gòu)和礦質(zhì)元素;所述礦質(zhì)元素包括Fe、Si 和A1元素。在本發(fā)明的實施例中，所述礦質(zhì)元素元素含量為生物質(zhì)石墨烯的0.5wt %~ 6wt%，優(yōu)選為1.5wt%~5wt%。所述礦質(zhì)元素優(yōu)選還包括？、〇8、他、附、]\111、1(、]\%、0、3和〇〇 中的任意一種或多種;所述礦質(zhì)元素以單質(zhì)和/或化合物的形式存在，化合物包括氧化物、 碳化物，它們吸附在生物質(zhì)石墨烯的表面或內(nèi)部。在本發(fā)明的實施例中，所述生物質(zhì)石墨烯 中碳元素含量^80wt%，優(yōu)選大于85wt%，再優(yōu)選大于90wt%，最優(yōu)選大于95wt%。在本發(fā) 明的實施例中，所述石墨烯為具有厚度在l〇〇nm以下的碳的六元環(huán)蜂窩狀片層結(jié)構(gòu)。
[0073] 在本發(fā)明的實施例中，所述生物質(zhì)石墨烯可利用生物質(zhì)資源水熱碳化法制得。具 體地，以下僅舉例說明：
[0074] 方法 1:
[0075] (1)在催化劑的作用下，將生物質(zhì)碳源進行催化處理，得到前驅(qū)體；
[0076] (2)在保護性氣體的條件下，將所述前驅(qū)體在140 °C~180°C保溫1.5h~2.5h，得到 第一中間體；
[0077] (3)在保護性氣體的條件下，將所述第一中間體升溫至350°C~450°C保溫3h~4h， 得到第二中間體；
[0078] (4)在保護性氣體的條件下，將所述第二中間體升溫至1100°C~1300°C保溫2h~ 4h，得到第二中間體；
[0079] (5)將所述第三中間體依次堿洗、酸洗、水洗，得到石墨烯；
[0080] 所述步驟(3)、（4)中的升溫速率為14°C/min~18°C/min。
[0081] 上述方法1中制備得到的生物質(zhì)石墨烯(現(xiàn)有技術(shù)制備得到的石墨烯中會存在某 些雜質(zhì)元素、碳元素的其他同素異形體或?qū)訑?shù)非單層甚至多層的石墨烯結(jié)構(gòu)，而此生物質(zhì) 方法制備出的石墨烯也為混合物，即為石墨烯物料）中，含有石墨烯、無定形碳和非碳非氧 元素。
[0082] 具體地：
[0083] 首先混合生物質(zhì)碳源和催化劑，攪拌進行催化處理后，干燥得到前驅(qū)體；
[0084] 然后在保護性氣氛中，將前驅(qū)體在140~180°C，保溫1.5~2.5h，得到第一中間體； 在本發(fā)明的某些具體實施例中，所述溫度為142 °C、148 °C、155 °C、1600°C、172 °C或178 °C ;所 述保溫時間為 1.6h、1.8h、2h、2.2hS2.4h。
[0085] 之后程序升溫至350~450°C，保溫3~4h，得到第二中間體;在本發(fā)明的某些具體 實施例中，所述溫度為360 °C、370 °C、380 °C、390 °C、410 °C、420 °C、430 °C 或440 °C ;所述保溫 時間為 3.1h、3.3h、3.5h、3.8hS3.9h。
[0086] 然后再升溫至1100~1300°C，保溫2~4h，得到第三中間體，即產(chǎn)物粗品；在本發(fā)明 的某些具體實施例中，所述溫度為1130 °C、1170 °C、1210 °C或1280 °C ;所述時間為2.2h、 2?4h、2?6h、2?8h、3?0h、3?2h、3?4h、3?6h或3?8h。
[0087] 所述程序升溫的升溫速率為14°C/min~18°C/min，在本發(fā)明的某些具體實施例 中，所述升溫速率為15°C/min、16°C/min或17°C/min。
[0088] 最后將第三中間體(即產(chǎn)物粗品)堿洗、酸洗、水洗后，得到復合物。
[0089]本發(fā)明中，所述生物質(zhì)碳源和催化劑的質(zhì)量比為1: (0.5~5 )，優(yōu)選1: (1~3);在本 發(fā)明的某些具體實施例中，所述比例為1 :〇.5、1:1或1:3。
[0090] 本發(fā)明中，所述催化劑選自錳的鹵素化合物、含鐵化合物、含鈷化合物和含鎳化合 物中的任意1種或至少2種的組合。
[0091] 優(yōu)選地，所述含鐵化合物選自鐵的鹵素化合物、鐵的氰化物和含鐵酸鹽中的任意1 種或至少2種的組合。所述含鐵酸鹽為含有鐵元素的有機酸的鹽或含有鐵元素的無機酸的 鹽。所述鐵的鹵素化合物可以是氯化鐵和/或溴化鐵。
[0092] 優(yōu)選地，所述含鈷化合物選自鈷的鹵素化合物和含鈷酸鹽中的任意1種或至少2種 的組合。所述含鈷酸鹽為含有鈷元素的有機酸的鹽或含有鈷元素的無機酸的鹽。所述鈷的 鹵素化合物可以是氯化鈷和/或溴化鈷。
[0093]優(yōu)選地，所述含鎳化合物選自鎳的氯化鹽和含鎳酸鹽中的任意1種或至少2種的組 合。所述含鎳酸鹽為含有鎳元素的有機酸的鹽或含有鎳元素的無機酸的鹽。所述鎳的鹵素 化合物可以是氯化鎳和/或溴化鎳。
[0094]優(yōu)選地，所述催化劑選自氯化鐵、氯化亞鐵、硝酸鐵、硝酸亞鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、 鐵氰化鉀、亞鐵氰化鉀、三草酸合鐵酸鉀、氯化鈷、硝酸鈷、硫酸鈷、乙酸鈷、氯化鎳、硝酸鎳、 硫酸鎳和乙酸鎳中的任意1種或至少2種的組合。
[0095] 本發(fā)明所述催化劑的組合典型但非限制性的實例有氯化亞鐵和硫酸鐵的組合，鐵 氰化鉀和三草酸合鐵酸鉀的組合，氯化鈷、硝酸鈷和氯化鐵的組合，硫酸鈷、乙酸鈷和硝酸 鎳的組合，氯化鐵、氯化鈷和乙酸鎳的組合。
[0096] 所述攪拌進行催化處理的溫度為150°C~200°C，例如160°C、170°C、180°C、190°C 等，時間彡4h，優(yōu)選4h~14h，在本發(fā)明的某些具體實施例中，所述時間為4.2h、7h、9h、12h、 16h、19h、23h 〇
[0097]優(yōu)選地，所述前驅(qū)體中的水分含量為10wt%以下，在本發(fā)明的某些具體實施例中， 所述水分含量為lwt%、2wt%、3wt%、4wt%、5wt%、6wt%、7wt%、8wt%、10wt%等。
[0098] 優(yōu)選地，所述保護性氣氛為氮氣、氦氣、氬氣中的任意1種或至少2種的組合，優(yōu)選 氮氣。
[0099] 優(yōu)選地，所述酸洗使用濃度為3wt%~6wt%的鹽酸水溶液，進一步優(yōu)選濃度為 5wt %的鹽酸水溶液;所述水洗優(yōu)選使用去離子水和/或蒸餾水;所述堿洗使用濃度為5wt % ~15wt%的氫氧化鈉水溶液，進一步優(yōu)選濃度為10wt%的氫氧化鈉水溶液。
[0100] 優(yōu)選地，所述洗滌的溫度為55~65 °C，例如56 °C、57 °C、58 °C、60 °C、63 °C等，優(yōu)選60 °C。
[0101] 所述生物質(zhì)碳源為纖維素和/或木質(zhì)素，優(yōu)選纖維素，進一步優(yōu)選多孔纖維素。
[0102] 本發(fā)明所述多孔纖維素可以通過現(xiàn)有技術(shù)獲得，典型但非限制性的獲得多孔纖維 素的現(xiàn)有技術(shù)有：例如專利公開號CN104016341A公開的方法制備多孔纖維素，采用 CN103898782A公開的方法制備纖維素。
[0103] 優(yōu)選地，所述多孔纖維素通過如下方法獲得：
[0104]將生物質(zhì)資源進行酸水解得到木質(zhì)纖維素，之后經(jīng)過多孔化后處理得到多孔纖維 素;可選地，多孔纖維素經(jīng)漂白后使用。
[0105] 所述生物質(zhì)資源選自植物和/或農(nóng)林廢棄物中的任意1種或至少2種的組合;優(yōu)選 農(nóng)林廢棄物中的任意1種或至少2種的組合。
[0106] 優(yōu)選地，所述農(nóng)林廢棄物選自玉米桿、玉米芯、高粱桿、甜菜渣、甘蔗渣、糠醛渣、木 糖渣、木肩、棉桿和蘆葦中的任意1種或至少2種的組合，優(yōu)選玉米芯。
[0107] 本發(fā)明所述生物質(zhì)資源典型但非限制性的組合實例包括玉米桿和玉米芯的組合， 甘蔗渣、高粱桿和木肩的組合，甜菜渣、甘蔗渣和玉米芯的組合、高粱桿、甜菜渣和木糖渣的 組合等。
[0108] 還可以通過以下多種方法制備：
[0109] 方法2:CN104118873A公開的方法。
[0110] 方法3:CN104016341A公開的方法。
[0111] 方法4: CN104724696A公開的方法。
[0112] 方法5:CN104724699A公開的方法。
[0113] 方法6:CN105060289A公開的方法。
[0114] 在本發(fā)明中，所述摻雜元素包括Al、Si和Fe中的一種或幾種，優(yōu)選包括Al、Si和Fe。 所述摻雜元素分散在纖維載體上，使纖維載體含有摻雜元素。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，所 述摻雜元素含量占纖維載體的0.002~lwt%，優(yōu)選為0.02~0.8wt%，更優(yōu)選為0.2~ 0.5wt%。此外，所述摻雜元素優(yōu)選還包括1(、他、〇3、]\%、？、]\111和&3中的一種或幾種。
[0115] 在本發(fā)明中，所述摻雜元素可通過添加含有摻雜元素的納米材料引入，也可通過 石墨烯與摻雜元素的混合形式引入。所述混合形式可以為在常規(guī)制備石墨烯工藝過程中， 進行摻雜元素含量控制形成的混合物;優(yōu)選的，利用石墨通過氧化還原法制備石墨烯過程 中，由于石墨本身存在的礦質(zhì)元素，通過合理控制元素種類及含量，制備得到的含有礦質(zhì)元 素的石墨烯?；蛘呃蒙镔|(zhì)資源為原料制備石墨烯，并進行過程控制摻雜元素含量;本發(fā) 明優(yōu)選利用生物質(zhì)資源，通過水熱炭化工藝制備得到的含有礦質(zhì)元素的石墨烯。此處，礦質(zhì) 元素即為摻雜元素。
[0116] 具體地，本發(fā)明實施例將纖維浸沒在石墨稀溶液中一定時間如10~60min，經(jīng)洗 滌、干燥，得到石墨烯吸附材料;所述石墨烯溶液由石墨烯物料在溶劑中分散制成。所述石 墨烯物料可以由石墨烯和含有摻雜元素的材料組成，也可以是含有摻雜元素的石墨烯，優(yōu) 選為生物質(zhì)多孔石墨烯。
[0117] 在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，所述石墨烯溶液中還溶解有偶聯(lián)劑。所述的偶聯(lián)劑優(yōu) 選包括硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑和鋯類偶聯(lián)劑等的一種或幾種;所述偶聯(lián)劑的用量優(yōu)選 為石墨烯質(zhì)量的1%~10%。
[0118] 在本發(fā)明的一些實施例中，將生物質(zhì)多孔石墨烯均勻分散到溶劑中，配成石墨烯 溶液。在本發(fā)明的另一些實施例中，將石墨烯和含有摻雜元素的材料均勻分散到溶劑中，配 成石墨烯溶液。其中，摻雜元素至少為？6、31^1，還可含有1(、似丄 &、1%^11和(：0中的一種 或幾種。所述含有摻雜元素的材料具體可為納米五氧化二磷、納米硅粉、納米鋁粉、納米鐵、 納米鎂粉、納米碳酸鈉、納米碳酸鉀、納米碳酸媽、納米氧化猛和納米鈷等。
[0119] 本發(fā)明所述的石墨烯可通過不同制備方法得到，例如機械剝離法、外延生長法、化 學氣相沉淀法，石墨氧化還原法，還可以是通過對生物質(zhì)資源水熱碳化法，以及現(xiàn)有技術(shù)中 其他方法制備的石墨烯。但是，無論哪種方法都很難實現(xiàn)大規(guī)模制備得到嚴格意義理論上 的石墨烯，例如現(xiàn)有技術(shù)制備得到的石墨烯中會存在某些雜質(zhì)元素、碳元素的其他同素異 形體或?qū)訑?shù)非單層甚至多層的石墨烯結(jié)構(gòu)(例如3層、5層、10層、20層等），本發(fā)明所利用的 石墨烯也包括上述非嚴格意義理論上的石墨烯。例如，利用石墨礦為原料制備得到的石墨 烯中，可能含有石墨礦中自身存在的某些礦質(zhì)元素。所指的生物質(zhì)石墨烯是利用生物質(zhì)資 源為原料制備得到的石墨烯，可能也會存在植物因自身需要從土壤中吸收得到的礦質(zhì)元素 和碳的其他同素異形體。因此，本發(fā)明中所指的石墨烯具體為一種含有石墨烯的混合體。
[0120] 在本發(fā)明的實施例中，所述石墨烯溶液的溶劑優(yōu)選為乙二醇、二甲基甲酰胺 (DMF)、N_甲基吡咯烷酮(NMP)、乙醇和水中的一種或幾種混合。所述分散的方式優(yōu)選為超聲 分散，可配成石墨稀濃度為0.1~10mg/mL的石墨稀溶液，其濃度優(yōu)選為0.5~3mg/mL。
[0121] 本發(fā)明將纖維進行負載前，優(yōu)選還包括將纖維進行活化處理，去除載體本身含有 的雜質(zhì)、雜氣，經(jīng)烘干，得到活化好的纖維載體。在本發(fā)明的實施例中，所述活化處理的方式 可為沸水煮沸，優(yōu)選沸水煮沸25~30min。
[0122] 本發(fā)明實施例將活化好的纖維載體浸沒到石墨烯溶液中10~60min，經(jīng)洗滌、干 燥，得到石墨烯吸附材料。其中，所述浸沒的方式優(yōu)選包括先超聲、后震蕩、再靜置。在浸沒 和洗滌之間，本發(fā)明優(yōu)選還包括進行固定化處理;所述固定化處理可為化學法，使用的試劑 優(yōu)選包括無水乙醇、無水甲醇和稀硝酸中的一種或幾種的組合。
[0123] 本發(fā)明制備得到的石墨烯吸附材料包括:纖維載體;和負載在所述纖維載體上的 石墨烯及摻雜元素;所述摻雜元素包括Al、Si和Fe中的一種或幾種。本發(fā)明提供的石墨烯吸 附材料可選擇性吸附煙氣中的苯并芘等稠環(huán)類有害物質(zhì)，吸附效率高，煙氣吸味較好，可用 作卷煙過濾嘴。此外，本發(fā)明制得的石墨烯吸附材料還能防止因環(huán)境潮濕等因素煙嘴發(fā)霉 的現(xiàn)象。
[0124] 本發(fā)明還提供了一種上述石墨烯吸附材料在煙氣過濾中的應用。進一步的，上述 石墨烯吸附材料在卷煙過濾煙嘴、空調(diào)濾芯或汽車尾氣排氣裝置中的應用。所述煙氣過濾 的裝置包括卷煙過濾嘴、空調(diào)濾芯或汽車尾氣排氣裝置;本發(fā)明可采用上述石墨烯吸附材 料按常規(guī)方法制得煙氣過濾的裝置。
[0125] 具體的，本發(fā)明還提供了一種卷煙過濾嘴，簡稱濾嘴，其包括由上文所述的石墨烯 吸附材料制成的纖維段。本發(fā)明提供的卷煙過濾嘴能有效吸附煙氣中的苯并芘等有害物 質(zhì)，減小吸煙危害；同時保留尼古丁和無害物質(zhì)，保證煙氣的吸味良好，不減少吸煙者的快 感。
[0126] 本發(fā)明采用常規(guī)濾嘴制作方法，將上文所述的石墨烯吸附材料制成濾嘴。在本發(fā) 明的實施例中，由上文所述的石墨烯吸附材料制成的纖維段的厚度優(yōu)選為1~4mm，所述纖 維段的厚度為延過濾嘴軸向方向的厚度。在本發(fā)明的實施例中，所述濾嘴為二元復合濾嘴， 接觸煙絲端緊連負載著石墨烯和摻雜元素的纖維段，然后連接普通纖維段。
[0127] 本發(fā)明通過對相同重量的煙絲卷制成的香煙在吸煙機上進行相同操作條件下的 煙氣收集，將收集到的樣品經(jīng)過氣相-質(zhì)譜聯(lián)用測試儀進行分析，確定吸附前后煙氣中不同 成分峰形的變化。
[0128] 本發(fā)明對所述卷煙過濾嘴的煙氣吸味進行評價，具體是對其香氣，雜氣，刺激性和 余味的評價，每個實施例的評價選擇300個評價員進行盲樣測試。評價標準如下表1所示。
[0129] 表1卷煙過濾嘴的煙氣吸味評價標準
[0131]
[0132]結(jié)果顯示，本發(fā)明提供的卷煙過濾嘴能有效吸附煙氣中的苯并芘等有害物質(zhì)，減 小吸煙危害;同時不影響煙氣的吸味，不減少吸煙者的快感。
[0133] 為了進一步理解本申請，下面結(jié)合實施例對本申請?zhí)峁┑氖┪讲牧霞捌渲?備方法和卷煙過濾嘴進行具體地描述。
[0134] 通過以下方法來制備本發(fā)明的生物質(zhì)石墨烯：
[0135] (1)在催化劑的作用下，將生物質(zhì)碳源進行催化處理，得到前驅(qū)體；
[0136] (2)在保護性氣體的條件下，將所述前驅(qū)體在140 °C~180 °C保溫1.5h~2.5h，得到 第一中間體；
[0137] (3)在保護性氣體的條件下，將所述第一中間體升溫至350°C~450°C保溫3h~4h， 得到第二中間體；
[0138] (4)在保護性氣體的條件下，將所述第二中間體升溫至1100°C~1300°C保溫2h~ 4h，得到第二中間體；
[0139] (5)將所述第三中間體依次堿洗、酸洗、水洗，得到復合物；
[0140] 所述步驟(3)、（4)中的升溫速率為14°C/min~18°C/min。所述生物質(zhì)石墨稀含有 10層以下石墨烯的片層結(jié)構(gòu)、碳的sp3雜化結(jié)構(gòu)和礦質(zhì)元素;所述礦質(zhì)元素包括Fe、Si和A1 元素。在本發(fā)明的實施例中，所述礦質(zhì)元素元素含量為生物質(zhì)石墨烯的〇.5-6wt%，例如 lwt%、2wt%、3wt%、4wt%、5wt%等;所述礦質(zhì)元素主要可以包括？、3;[、03、41、？6、]\%元素。
[0141] 更具體地，通過以下制備例1-4來制備本申請中使用的生物質(zhì)石墨烯。
[0142] 制備例1
[0143] (1)在氯化亞鐵的作用下，將玉米芯纖維素進行催化處理，得到前驅(qū)體；
[0144] (2)在氮氣的條件下，將所述前驅(qū)體在150°C保溫2h，得到第一中間體；
[0145] (3)在氮氣的條件下，將所述第一中間體升溫至400°C保溫3.5h，得到第二中間體；
[0146] (4)在氮氣的條件下，將所述第二中間體升溫至1200°C保溫3h，得到第三中間體；
[0147] (5)將所述第三中間體經(jīng)過濃度為10wt %的氫氧化鈉溶液、4wt %的鹽酸酸洗、水 洗后，得到生物質(zhì)石墨烯；
[0148] 所述步驟(3)、（4)中的升溫速率為15°C/min~16°C/min。
[0149] 經(jīng)XRD檢測，在本發(fā)明的制備例1中制得的生物質(zhì)石墨烯中，礦質(zhì)元素的含量為該 生物質(zhì)石墨烯的4wt % ;并且，該生物質(zhì)石墨烯中的礦質(zhì)元素主要包括P、Si、Ca、Al、Fe、Mg元 素。
[0150] 制備例2
[0151] 通過與制備例1相同的方法來制備生物質(zhì)石墨烯，不同的是：步驟（1)中所用的催 化劑是氯化鐵和硝酸鎳的混合物(質(zhì)量比為3:1)，生物質(zhì)碳源為經(jīng)雙氧水漂白的玉米芯纖 維素;步驟(2)_(4)中所用的保護性氣體為氬氣，前驅(qū)體在140°C保溫2.5h，第一中間體升溫 至250 °C保溫4h，第二中間體升溫至1100 °C保溫2h;步驟（5)中所用的堿為5wt % NaOH水溶 液，所用的酸為3wt %的鹽酸水溶液。
[0152] 經(jīng)檢測，在本發(fā)明的制備例2中所制得的生物質(zhì)石墨烯中，礦質(zhì)元素的含量為該生 物質(zhì)石墨烯的2wt% ;并且，該生物質(zhì)石墨烯中的礦質(zhì)元素主要包括Si、A1、Fe元素。
[0153] 制備例3
[0154] 通過與制備例1相同的方法來制備生物質(zhì)石墨烯，不同的是：步驟（1)中所用的催 化劑是氯化亞鐵和硫酸鐵的混合物（質(zhì)量比為3:1)，生物質(zhì)碳源為木質(zhì)纖維素；步驟(2)_ (4)中，前驅(qū)體在180 °C保溫1.5h，第一中間體升溫至450 °C保溫4h，第二中間體升溫至1300 °C保溫4h;步驟(5)中所用的堿為15wt %的氫氧化鈉水溶液，所用的酸為6wt %的鹽酸水溶 液。在本發(fā)明的制備例3中所制得的生物質(zhì)石墨烯，其中礦質(zhì)元素的含量為該生物質(zhì)石墨烯 0.8wt % ;經(jīng)檢測，該生物質(zhì)石墨烯中的礦質(zhì)元素主要包括Si、Fe元素。
[0155] 制備例4
[0156] 通過與制備例1相同的方法來制備生物質(zhì)石墨烯，不同的是：步驟（1)中所用的催 化劑是硝酸鎳和硫酸鈷的混合物(質(zhì)量比為3:1)，生物質(zhì)碳源為蘆葦纖維素。
[0157] 在本發(fā)明的制備例3中所制得的生物質(zhì)石墨烯，其中礦質(zhì)元素的含量為該生物質(zhì) 石墨烯的6wt%;經(jīng)檢測，該生物質(zhì)石墨烯中的礦質(zhì)元素主要包括51及、他、1(元素。
[0158] 實施例1
[0159] 將制備例1所制得的生物質(zhì)石墨烯均勻分散到乙二醇中，配成0.5mg/mL的石墨烯 溶液；
[0160] 將纖維載體(使用醋酸纖維，現(xiàn)有技術(shù)中已市售的，技術(shù)指標包括：1.5D*38mm，含 水率為7%，纖維強度為1.5克力）進行沸水煮沸處理25min，去除載體本身含有的雜質(zhì)、雜 氣，烘干，得到活化處理好的纖維載體；
[0161] 將處理好的纖維載體浸沒到石墨烯溶液中l(wèi)Omin，浸沒包括先超聲、后震蕩、再靜 置;采用無水乙醇進行固定化處理，經(jīng)洗滌、干燥，得到石墨烯吸附材料;石墨烯的質(zhì)量為纖 維載體質(zhì)量的1%。即，石墨烯的含量為纖維載體的lwt%，摻雜元素的含量占纖維載體的 0.04wt% 〇
[0162] 實施例2
[0163] 將制備例1所制得的生物質(zhì)石墨烯均勻分散到乙二醇中，配成3mg/mL的石墨烯溶 液；
[0164] 將纖維載體（同實施例1)進行沸水煮沸處理25min，去除載體本身含有的雜質(zhì)、雜 氣，烘干，得到活化處理好的纖維載體；
[0165] 將處理好的纖維載體浸沒到石墨烯溶液中60min，浸沒包括先超聲、后震蕩、再靜 置;采用無水乙醇進行固定化處理，經(jīng)洗滌、干燥，得到石墨烯吸附材料;石墨烯的質(zhì)量為纖 維載體質(zhì)量的4%。即，石墨烯的含量為纖維載體的4wt%，摻雜元素的含量占纖維載體的 0.16wt% 〇
[0166] 實施例3
[0167] 將制備例1所制得的生物質(zhì)石墨烯均勻分散到乙二醇中，配成1.5mg/mL的石墨烯 溶液；
[0168] 將纖維載體（同實施例1)進行沸水煮沸處理25min，去除載體本身含有的雜質(zhì)、雜 氣，烘干，得到活化處理好的纖維載體；
[0169] 將處理好的纖維載體浸沒到石墨烯溶液中25min，浸沒包括先超聲、后震蕩、再靜 置;采用無水乙醇進行固定化處理，經(jīng)烘干，得到石墨烯吸附材料;石墨烯的質(zhì)量為纖維載 體質(zhì)量的2.5%。即，石墨烯的含量為纖維載體的2.5wt%，摻雜元素的含量占纖維載體的 0. lwt% 〇
[0170] 實施例4
[0171] 將制備例1所制得的生物質(zhì)石墨烯均勻分散到乙二醇中，配成0.5mg/mL的石墨烯 溶液；
[0172] 將纖維載體(使用醋酸纖維，現(xiàn)有技術(shù)中已市售的，技術(shù)指標包括：1.5D*38mm，含 水率為7%，纖維強度為1.5克力）進行沸水煮沸處理25min，去除載體本身含有的雜質(zhì)、雜 氣，烘干，得到活化處理好的纖維載體；
[0173] 將處理好的纖維載體浸沒到石墨烯溶液中l(wèi)Omin，浸沒包括先超聲、后震蕩、再靜 置;采用無水乙醇進行固定化處理，經(jīng)洗滌、干燥，得到石墨烯吸附材料。石墨烯的含量為纖 維載體的〇. lwt%，摻雜元素的含量占纖維載體的0.004wt%。
[0174] 實施例5
[0175] 與實施例4不同的是:配成3mg/mL的石墨烯溶液;將處理好的纖維載體浸沒到石墨 稀溶液中6 0 m i n ;石墨稀的含量為纖維載體的10 w t %，摻雜元素的含量占纖維載體的 0?4wt % 〇
[0176] 實施例6
[0177] 與實施例4不同的是:配成1.5mg/mL的石墨烯溶液;將處理好的纖維載體浸沒到石 墨烯溶液中25min;石墨烯的含量為纖維載體的5wt%，摻雜元素的含量占纖維載體的 0 ? 2wt% 〇
[0178] 實施例7
[0179] 與實施例4不同的是:采用制備例2所制得的生物質(zhì)石墨烯;摻雜元素的含量占纖 維載體的0.002wt%。
[0180] 實施例8
[0181] 與實施例5不同的是:采用制備例2所制得的生物質(zhì)石墨烯;摻雜元素的含量占纖 維載體的0.2wt%。
[0182] 實施例9
[0183] 與實施例6不同的是:采用制備例2所制得的生物質(zhì)石墨烯;摻雜元素的含量占纖 維載體的0. lwt%。
[0184] 實施例10
[0185] 與實施例4不同的是:采用制備例3所制得的生物質(zhì)石墨烯;摻雜元素的含量占纖 維載體的〇.〇〇〇8wt%。
[0186] 實施例11
[0187] 與實施例5不同的是:采用制備例3所制得的生物質(zhì)石墨烯;摻雜元素的含量占纖 維載體的0.08wt%。
[0188] 實施例12
[0189] 與實施例6不同的是:采用制備例3所制得的生物質(zhì)石墨烯;摻雜元素的含量占纖 維載體的0.04wt%。
[0190] 實施例13
[0191] 與實施例4不同的是:采用制備例4所制得的生物質(zhì)石墨烯;摻雜元素的含量占纖 維載體的0.006wt%。
[0192] 實施例14
[0193] 與實施例5不同的是:采用制備例4所制得的生物質(zhì)石墨烯;摻雜元素的含量占纖 維載體的0.6%。
[0194] 實施例15
[0195] 與實施例6不同的是:采用制備例4所制得的生物質(zhì)石墨烯;摻雜元素的含量占纖 維載體的0.3%。
[0196] 實施例16
[0197] 與實施例6相比采用氧化還原石墨稀與納米娃粉、納米三氧化二錯、納米鐵材料混 合替代生物質(zhì)石墨烯。
[0198] 比較例1
[0199] 將氧化還原石墨烯均勻分散到乙二醇中，配成0.5mg/mL的石墨烯溶液；
[0200]將纖維載體(使用醋酸纖維，現(xiàn)有技術(shù)中已市售的，技術(shù)指標包括：1.5D*38mm，含 水率為7%，纖維強度為1.5克力）進行沸水煮沸處理25min，去除載體本身含有的雜質(zhì)、雜 氣，烘干，得到活化處理好的纖維載體；
[0201] 將處理好的纖維載體浸沒到石墨烯溶液中l(wèi)Omin，浸沒包括先超聲、后震蕩、再靜 置;采用無水乙醇進行固定化處理，經(jīng)洗滌、干燥，得到石墨烯吸附材料。石墨烯的含量為纖 維載體的5 %。
[0202] 比較例2
[0203] 將天然石墨均勻分散到乙二醇中，配成0.5mg/mL的石墨溶液；
[0204]將纖維載體(使用醋酸纖維，現(xiàn)有技術(shù)中已市售的，技術(shù)指標包括：1.5D*38mm，含 水率為7%，纖維強度為1.5克力）進行沸水煮沸處理25min，去除載體本身含有的雜質(zhì)、雜 氣，烘干，得到活化處理好的纖維載體；
[0205]將處理好的纖維載體浸沒到石墨溶液中l(wèi)Omin，浸沒包括先超聲、后震蕩、再靜置； 采用無水乙醇進行固定化處理，經(jīng)洗滌、干燥，得到石墨吸附材料。石墨的含量為纖維載體 的5 %。
[0206] 比較例3
[0207]將竹炭均勻分散到乙二醇中，配成0.5mg/mL的竹炭溶液；
[0208]將纖維載體(使用醋酸纖維，現(xiàn)有技術(shù)中已市售的，技術(shù)指標包括：1.5D*38mm，含 水率為7%，纖維強度為1.5克力）進行沸水煮沸處理25min，去除載體本身含有的雜質(zhì)、雜 氣，烘干，得到活化處理好的纖維載體；
[0209]將處理好的纖維載體浸沒到竹炭溶液中l(wèi)Omin，浸沒包括先超聲、后震蕩、再靜置； 采用無水乙醇進行固定化處理，經(jīng)洗滌、干燥，得到竹炭吸附材料。竹炭的含量為纖維載體 的5 %。
[0210] 比較例4
[0211] 將市售的醋酸纖維采用常規(guī)過濾嘴制作方法，制成的普通的香煙過濾嘴。
[0212] 下面將實施例1~16和比較例1~4中制備的纖維吸附材料采用常規(guī)過濾嘴制作方 法制成長度為20mm的香煙過濾嘴，將以上實施例1~16和比較例1~4的香煙過濾嘴進行吸 附前后煙氣成分的檢測，具體方法如下：
[0213]煙支產(chǎn)品使用泰山牌，過濾嘴分別采用實施例1~16和比較例1~4制成的香煙過 濾嘴，煙支過濾嘴長為20mm，圓周為22~25mm;實驗前用Artikel-Nr9020-0039恒溫恒濕箱 在(22±1)°C、相對濕度(60±2)%條件下平衡48小時。應用8〇坪冊1丨扣-1((：吸煙機對檢測煙 支進行檢測，每口抽吸2秒，體積為35mL，每口間隔58秒，溫度為22 ± 2 °C、相對濕度為60 土 5%，進行煙氣收集，收集到的樣品經(jīng)過氣相-質(zhì)譜聯(lián)用測試儀進行分析。
[0214]將所制成的香煙過濾嘴進行煙氣評價，結(jié)果參見表2。
[0215]表2實施例1~16和比較例1~4的香煙過濾嘴的煙氣評價結(jié)果
[0218]實施例1~16的結(jié)果:通過吸煙機和氣相-質(zhì)譜聯(lián)用色譜儀進行煙氣成分分析，最 終得到的色譜數(shù)據(jù)表明，同等質(zhì)量煙絲產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過石墨烯負載纖維過濾后總粒相物和 苯并芘數(shù)據(jù)下降明顯，其他成分包括尼古丁等物質(zhì)的數(shù)據(jù)基本不變。且香煙吸感不受影響。
[0219] 通過實施例4、7、10對比，實施例5、8、11對比，實施例6、9、12對比，可以看出在同等 石墨烯含量的情況下，摻雜元素的含量在一定范圍內(nèi)越大，則越有利于總粒相物和苯并芘 的吸收。
[0220] 比較例1的數(shù)據(jù)表明，基本不吸收尼古丁，也不影響香煙吸收感覺，但是吸附總粒 相物和苯并芘效果不明顯。
[0221] 比較例2、3的數(shù)據(jù)表明，石墨和竹炭與纖維復合后制成的香煙吸附材料對尼古丁、 總粒相物和苯并芘吸收效果都很好，且香煙吸感受到嚴重影響。
[0222] 由以上實施例和比較例可知，本發(fā)明通過纖維載體中石墨烯和摻雜元素的引入， 能特異性地吸附并過濾除去煙氣中苯并芘等稠環(huán)芳烴類有害物質(zhì)，同時保留尼古丁及其他 無害物質(zhì)，不影響煙氣的吸味。本發(fā)明提供的卷煙過濾嘴能有效吸附煙氣中的苯并芘等稠 環(huán)芳烴類致癌物質(zhì)，減小吸煙危害;同時不影響煙氣的吸味，不減少吸煙者的快感。
[0223]
【申請人】聲明，本發(fā)明通過上述實施例來說明本發(fā)明的工藝方法，但本發(fā)明并不局 限于上述工藝步驟，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述工藝步驟才能實施。所屬技術(shù)領域的 技術(shù)人員應該明了，對本發(fā)明的任何改進，對本發(fā)明所選用原料的等效替換及輔助成分的 添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護范圍和公開范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種石墨烯吸附材料，包括： 纖維載體； 和負載在所述纖維載體上的石墨烯及摻雜元素； 所述摻雜元素包括Al、Si和Fe中的一種或幾種。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯吸附材料，其特征在于，所述纖維載體包括天然纖維、 半合成纖維和合成纖維中的一種或幾種。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯吸附材料，其特征在于，所述石墨烯含量占纖維載體的 0· 1 ~10wt% 〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯吸附材料，其特征在于，所述石墨烯具有多孔結(jié)構(gòu)，孔 隙率為2%~10%。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的石墨烯吸附材料，其特征在于，所述石墨烯為生物質(zhì)多孔石墨 稀。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯吸附材料，其特征在于，所述摻雜元素含量占纖維載體 的0.002~lwt%〇7. 根據(jù)權(quán)利要求1~6任一項所述的石墨烯吸附材料，其特征在于，所述摻雜元素還包 括1(、恥、〇3、]\%、？、]\111和(：0中的一種或幾種。8. -種石墨烯吸附材料的制備方法，包括以下步驟： 將纖維與石墨烯物料接觸，進行負載，得到石墨烯吸附材料； 所述石墨烯物料包括石墨烯和摻雜元素，所述摻雜元素包括Al、Si和Fe中的一種或幾 種。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，具體包括： 將纖維浸沒在石墨烯溶液中10~60min，經(jīng)洗滌、干燥，得到石墨烯吸附材料； 所述石墨烯溶液由石墨烯物料在溶劑中分散制成，所述石墨烯物料為生物質(zhì)多孔石墨 ?。? 優(yōu)選的，所述石墨烯溶液中還溶解有偶聯(lián)劑。 1 〇. -種權(quán)利要求1~7中任一所述的石墨烯吸附材料在煙氣過濾中的應用。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的應用，其特征在于，所述煙氣過濾的裝置包括卷煙過濾嘴、 空調(diào)濾芯或汽車尾氣排氣裝置。12. -種卷煙過濾嘴，其特征在于，包括由權(quán)利要求1~7中任一項所述的石墨烯吸附材 料或通過權(quán)利要求8或9所述的制備方法所制得的石墨烯吸附材料而制成的纖維段。
【文檔編號】B01J20/20GK106000316SQ201610591211
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月25日
【發(fā)明人】唐林, 唐一林, 張金柱, 張安, 劉頂
【申請人】濟南圣泉集團股份有限公司