本發明屬于卷煙工藝技術領域，尤其涉及一種卷煙過濾嘴及其制備方法。
背景技術：
卷煙是用卷煙紙將煙絲卷制成條狀的燃吸食品。卷煙在吸食的瞬間，燃燒的煙絲及卷煙紙會產生無數碳粒、煙灰及不完全燃燒的微粒，并在高溫作用下裂解成無數揮發、半揮發及不揮發的有機物。這些混合物在通過未燃燒煙絲條的短暫時間內迅速冷卻，除了部分吸附在微粒表面上，大部分保留在煙氣中并進入人體。煙氣中對人體有害成分的主要包括：煙焦油、煙堿、一氧化碳、醛類等。
煙焦油中含有多種致癌和促癌物質，其中蘊含的苯并芘具有強烈致癌作用，它是含碳物質燃燒時熱解產物。
煙堿，也稱作尼古丁，本身帶有毒性，即使黏在皮膚表面也會滲透到人體中，并會引起人體的許多反應如：四肢末梢血管收縮、心跳加快、血壓上升、呼吸變快、精神興奮等，并促進血小板凝集，是造成心臟血管堵塞、高血壓、中風等心臟血管性疾病的主要幫兇。另外，煙堿對人體的危害還表現在成癮性：煙堿能刺激人的中樞神經系統，使人體對其產生一定的依賴性。
一氧化碳主要是與人體血液中的血紅蛋白結合，阻礙血紅蛋白與氧氣的結合，使血液攜帶氧的能力下降，間接損害心血管系統。
甲醛等刺激性化學物質能夠破壞支氣管黏膜，并減弱肺泡巨噬細胞的功能，使肺和支氣管易發生感染。
目前，卷煙生產廠家為了使煙民避免吸入過多的有害物質，選擇在煙支尾部設置過濾嘴，其作用主要是截留煙氣中對人體有害的組分，并保留吸煙者所嗜好的煙堿組分。市售的過濾嘴普遍采用醋酯纖維和聚丙烯纖維等材料制成：聚丙烯纖維制作原料便宜，但可紡性較差，所制成的過濾嘴綜合性能較差且無法生物降解，使用完后會造成二次污染；醋酯纖維所制成的過濾嘴只能截留部分微粒、減少大部分有害的半揮發組分并保留或者改進卷煙的口味，但是其醋酯纖維之間間隙較大，達到30-100微米，而煙氣溶膠中微粒直徑較小，僅有0.1-1微米，因此醋酸纖維過濾嘴的吸附性能還有待提高。而且當煙支吸食長度達到三分之二時，起過濾作用的醋酯纖維就已經由純白色變成了深黃色，并無法過濾煙支后續燃燒生成的有害物質。
現有技術中為了提高過濾嘴的吸附性能，本領域技術人員對過濾嘴的結構進行了多種改進，如在過濾嘴中填充了各種吸附性能的物質以及具有吸附性能的過濾芯。但是過度提高過濾嘴的吸附效果也產生了一些的弊端，即生產成本較高、過濾嘴生產時造成嚴重污染、過濾嘴吸食阻力增大以及將煙堿過度吸附從而導致煙民一次吸食多根煙支解癮從而攝入更多的有害物質等。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種卷煙過濾嘴及其制備方法，本發明所述過濾嘴采用添加納米碳晶素的醋酯纖維絲制成，與現有技術相比，不僅吸附性能較強，而且降低吸阻并對煙堿截留效果較小，降低吸煙者的吸煙危害。
為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：
一種卷煙過濾嘴，包括醋酸纖維絲，所述醋酸纖維絲中摻雜設有納米碳晶素。
優選的，所述納米碳晶素由下述方法制得：
1）將納米碳晶素加入到質量配比為1:2-5的HNO3、H2SO4混合液中并加熱至260-280℃，再經過回流、離心后取沉淀物，HNO3和H2SO4的濃度分別為2.6 -3.2 mol·L-1 、2.8-3.8 mol·L-1；
2）用去離子水洗滌沉淀物至其pH為5.0-6.0，再依次用0.1-0.5mol·L-1Na2SiO3·9H2O溶液和0.1-0.5mol·L-1HCl溶液洗滌，每次洗滌后超聲分散1-2h，最后用去離子水洗滌至pH為7.0；
3)將步驟2）所得沉淀物以2℃/min的升溫速度，由常溫升溫至300℃，自然冷卻即得所述納米碳晶素。
具體的，所述納米碳晶素在步驟3）的升溫過程中，分別在75℃、95℃、120℃和300℃時保溫30min。
經過活化處理的納米碳晶素，其表面C原子與內部的C原子構成了一種C原子的二聚體結構，這兩個C原子是非對稱分布的，這使得納米碳晶素具有很高的表面活性，很容易與不同基團進行復合，所以具有很強的吸附能力。
所述卷煙過濾嘴的制備方法，步驟如下：
一、納米碳晶素的活化處理：
1）將納米碳晶素加入到質量配比為1:2-5的HNO3、H2SO4的混合液中并加熱至260-280℃，再經過回流、離心后取沉淀物；
2）用去離子水洗滌沉淀物至其pH為5.0-6.0，再依次用0.1-0.5mol·L-1Na2SiO3·9H2O溶液和0.1-0.5mol·L-1HCl溶液洗滌，每次洗滌后超聲分散1-2h，最后用去離子水洗滌至pH為7.0；
3)將步驟2）所得沉淀物以2℃/min的升溫速度，由常溫升溫至300℃后自然冷卻并待用；升溫過程中分別在75℃、95℃、120℃和300℃時保溫30min；升溫烘干的目的是沉淀物中的水分以及灰分去除。
二、 醋酸纖維絲的制備
1）按質量配比65-75:2-5:22-28：0.15-0.25分別取三氯乙烷溶液、蒸餾水、醋酸纖維和助濾劑纖維素；首先將三氯乙烷溶液和蒸餾水混合并加熱至45-50℃，然后攪拌加入醋酸纖維，攪拌時間為2-3h；攪拌后將混合物升溫至50-55℃并再次攪拌3-4h，最終加入助濾劑纖維素并攪拌至其完全溶解得混合液；
2）在50-55℃的保溫溫度下，將混合液依次通過0.4㎡和0.28m2的燭芯濾器的過濾得濾液；
3）將濾液在室溫下脫泡3-4h，然后加入濾液質量1-10%的步驟一所得納米碳晶素并攪拌30min，再進行超聲分散20-30min得漿液，將漿液升溫至50-55℃后開始紡絲并制得絲束；
4）將絲束卷曲后通過包卷紙包裝并剪切后，即得卷煙過濾嘴。
優選的，醋酸纖維絲的制備步驟1）在夾套不銹鋼溶解釜中進行。
優選的，醋酸纖維絲的制備步驟1）中，醋酸纖維的醋化值為55-60%。
具體的，醋酸纖維絲的制備步驟2）中，混合液在0.8-1.5MPa的壓力下泵送入0.4㎡的燭芯濾器中過濾，濾出液匯入不銹鋼夾套中，然后在0.3-0.5MPa的壓力下泵至0.28m2的燭芯濾器中再次過濾得濾液。
優選的，醋酸纖維絲的制備步驟3）中，濾液在0.2MPa的壓力下進入搪玻貯缸中靜止脫泡。
具體的，醋酸纖維絲的制備步驟3）中，紡絲時入口氣壓為0.7MPa、噴絲速度為120-600m/min、卷繞速度為300-600m/min。
具體的，醋酸纖維絲的制備步驟4）中，絲束分別經過卷曲機卷曲和干燥機的干燥處理，干燥溫度為80-110℃，干燥時間為20-30min。
本發明與現有技術相比，具有如下優點：
與現有技術相比較，本發明的過濾嘴的有益效果如下：
1）添加納米碳晶素的卷煙過濾嘴的生產成本低且在生產過程中不會對環境產生污染；
2）經過活化處理的納米碳晶素具有超高的比表面積，使其擁有優秀的吸附能力，而且其對苯并芘、醛類、CO、焦油和煙堿的吸附順序不同，這造成了其對不同組分吸附能力不同的結果：不僅可以提高吸附煙氣中對人體有害物質的能力，而且保留吸煙者所嗜好的煙堿組分；
3)添加納米碳晶素的卷煙過濾嘴不會增大香煙的吸阻，而且納米碳晶素對人體無毒，在高溫下也不會額外產生對人體有害的成分。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
實施例1
卷煙過濾嘴的制備方法，步驟如下：
一、納米碳晶素的活化處理：
1）將納米碳晶素加入到質量配比為1:3.5的HNO3、H2SO4混合液中并加熱至270℃，再經過回流、離心后取沉淀物，HNO3和H2SO4的濃度分別為3 mol·L-1、3.5 mol·L-1；
2）用去離子水洗滌沉淀物至其pH為6.0，再依次用0.3mol·L-1Na2SiO3·9H2O溶液和0.3mol·L-1HCl溶液洗滌，每次洗滌后超聲分散1.5h，最后用去離子水洗滌至pH為7.0；
3)將步驟2）所得沉淀物以2℃/min的升溫速度，由常溫升溫至300℃后自然冷卻并待用；升溫過程中分別在75℃、95℃、120℃和300℃時保溫30min；
二、 醋酸纖維絲的制備
1）按質量配比70:3:26.8：0.2分別取三氯乙烷標準溶液、蒸餾水、醋化值為60%的醋酸纖維和助濾劑纖維素；首先將三氯乙烷溶液和蒸餾水在夾套不銹鋼溶解釜中混合并加熱至50℃，然后攪拌加入醋酸纖維，攪拌時間為3h；攪拌后將混合物升溫至55℃并再次攪拌4h，最終加入助濾劑纖維素并攪拌至其完全溶解得混合液；
2）在50℃的保溫溫度下，混合液在1.5MPa的壓力下泵送入0.4㎡的燭芯濾器中過濾，濾出液匯入不銹鋼夾套中，然后在0.5MPa的壓力下泵至0.28m2的燭芯濾器中再次過濾得濾液；
3）將濾液在0.2MPa的壓力下注入搪玻貯缸中，并在室溫條件下靜止脫泡4h，然后加入濾液質量9%的步驟一所得納米碳晶素并攪拌30min，再進行超聲分散30min得漿液，將漿液升溫至55℃后開始紡絲并制得絲束，紡絲時入口氣壓為0.7MPa、噴絲速度為600m/min、卷繞速度為600m/min；
4）將絲束分別經過卷曲機卷曲和干燥機的干燥處理，干燥溫度為110℃，干燥時間為30min，然后將絲素通過包卷紙包裝并剪切后，即得卷煙過濾嘴。
實施例2
卷煙過濾嘴的制備方法，步驟如下：
一、納米碳晶素的活化處理：
1）將納米碳晶素加入到質量配比為1:2的HNO3、H2SO4混合液中并加熱至260℃，再經過回流、離心后取沉淀物，HNO3和H2SO4的濃度分別為2.6mol·L-1、2.8 mol·L-1；
2）用去離子水洗滌沉淀物至其pH為5.0，再依次用0.1mol·L-1Na2SiO3·9H2O溶液和0.1mol·L-1HCl溶液洗滌，每次洗滌后超聲分散1h，最后用去離子水洗滌至pH為7.0；
3)將步驟2）所得沉淀物以2℃/min的升溫速度，由常溫升溫至300℃后自然冷卻并待用；升溫過程中分別在75℃、95℃、120℃和300℃時保溫30min；
二、 醋酸纖維絲的制備
1）按質量配比65:2:22：0.15分別取三氯乙烷標準溶液、蒸餾水、醋化值為55%的醋酸纖維和助濾劑纖維素；首先將三氯乙烷溶液和蒸餾水在夾套不銹鋼溶解釜中混合并加熱至45℃，然后攪拌加入醋酸纖維，攪拌時間為2h；攪拌后將混合物升溫至50℃并再次攪拌3h，最終加入助濾劑纖維素并攪拌至其完全溶解得混合液；
2）在50℃的保溫溫度下，混合液在0.8MPa的壓力下泵送入0.4㎡的燭芯濾器中過濾，濾出液匯入不銹鋼夾套中，然后在0.3MPa的壓力下泵至0.28m2的燭芯濾器中再次過濾得濾液；
3）將濾液在0.2MPa的壓力下注入搪玻貯缸中，并在室溫條件下靜止脫泡3h，然后加入濾液質量1%的步驟一所得納米碳晶素并攪拌30min，再進行超聲分散20min得漿液，將漿液升溫至50℃后開始紡絲并制得絲束，紡絲時入口氣壓為0.7MPa、噴絲速度為120m/min、卷繞速度為300m/min；
4）將絲束分別經過卷曲機卷曲和干燥機的干燥處理，干燥溫度為80℃，干燥時間為20min，然后將絲素通過包卷紙包裝并剪切后，即得卷煙過濾嘴。
實施例3
卷煙過濾嘴的制備方法，步驟如下：
一、納米碳晶素的活化處理：
1）將納米碳晶素加入到質量配比為1:5的HNO3、H2SO4混合液中并加熱至280℃，再經過回流、離心后取沉淀物，HNO3和H2SO4的濃度分別為3.2 mol·L-1、3.8 mol·L-1；
2）用去離子水洗滌沉淀物至其pH為6.0，再依次用0.5mol·L-1Na2SiO3·9H2O溶液和0.5mol·L-1HCl溶液洗滌，每次洗滌后超聲分散2h，最后用去離子水洗滌至pH為7.0；
3)將步驟2）所得沉淀物以2℃/min的升溫速度，由常溫升溫至300℃后自然冷卻并待用；升溫過程中分別在75℃、95℃、120℃和300℃時保溫30min；
二、 醋酸纖維絲的制備
1）按質量配比75: 5: 28：0.25分別取三氯乙烷標準溶液、蒸餾水、醋化值為60%的醋酸纖維和助濾劑纖維素；首先將三氯乙烷溶液和蒸餾水在夾套不銹鋼溶解釜中混合并加熱至50℃，然后攪拌加入醋酸纖維，攪拌時間為3h；攪拌后將混合物升溫至55℃并再次攪拌4h，最終加入助濾劑纖維素并攪拌至其完全溶解得混合液；
2）在55℃的保溫溫度下，混合液在1.5MPa的壓力下泵送入0.4㎡的燭芯濾器中過濾，濾出液匯入不銹鋼夾套中，然后在0.5MPa的壓力下泵至0.28m2的燭芯濾器中再次過濾得濾液；
3）將濾液在0.2MPa的壓力下注入搪玻貯缸中，并在室溫條件下靜止脫泡4h，然后加入濾液質量10%的步驟一所得納米碳晶素并攪拌30min，再進行超聲分散30min得漿液，將漿液升溫至55℃后開始紡絲并制得絲束，紡絲時入口氣壓為0.7MPa、噴絲速度為600m/min、卷繞速度為600m/min；
4）將絲束分別經過卷曲機卷曲和干燥機的干燥處理，干燥溫度為110℃，干燥時間為30min，然后將絲素通過包卷紙包裝并剪切后，即得卷煙過濾嘴。
實施例4
除了醋酸纖維絲的制備步驟3）中，步驟一所得納米碳晶素的加入量為濾液質量2%，其他同實施例1。
實施例5
除了醋酸纖維絲的制備步驟3）中，步驟一所得納米碳晶素的加入量為濾液質量3%，其他同實施例1。
實施例6
除了醋酸纖維絲的制備步驟3）中，步驟一所得納米碳晶素的加入量為濾液質量4%，其他同實施例1。
實施例7
除了醋酸纖維絲的制備步驟3）中，步驟一所得納米碳晶素的加入量為濾液質量5%，其他同實施例1。
實施例8
除了醋酸纖維絲的制備步驟3）中，步驟一所得納米碳晶素的加入量為濾液質量6%，其他同實施例1。
實施例9
除了醋酸纖維絲的制備步驟3）中，步驟一所得納米碳晶素的加入量為濾液質量7%，其他同實施例1。
實施例10
除了醋酸纖維絲的制備步驟3）中，步驟一所得納米碳晶素的加入量為濾液質量8%，其他同實施例1。
效果例：
分別取實施例1、3、7、8、9和10所述技術方案制得的過濾嘴進行卷煙煙氣過濾試驗測評，對照例采用市售醋酸纖維制成的過濾嘴。
一、所述過濾試驗包括：
①過濾后煙氣中煙堿含量，其測試方法為煙草行業標準YC/T 156-2001所采用的氣相色譜法。氣相色譜法是一種在有機化學中對易于揮發而不發生分解的化合物進行分離與分析的色譜技術。
②過濾后煙氣中CO含量，其測試方法為煙草行業標準YC/T 30-1996所采用的非散射紅外法。非散射紅外法是利用非分散紅外吸收法氣體分析儀，在現場直接測試并顯示測試結果的方法。
③過濾后煙氣中的醛類含量，其的測試方法為煙草行業標準YC/T 254-2008所采用高效液相色譜法。高效液相色譜法又叫做高壓或高速液相色譜、高分離度液相色譜或近代柱色譜,以液體為流動相，采用高壓輸液系統，是色譜法的一個重要分支。
④過濾后煙氣中的苯并芘含量，其測試方法為國標GB/T 22509-2008所采用反相高效液相色譜法。 由非極性固定相和極性流動相所組成的液相色譜體系。它正好與由極性固定相和弱極性流動相所組成的液相色譜體系(正相色譜)相反。RP-HPLC的典型的固定相是十八烷基鍵合硅膠，典型的流動相是甲醇和乙腈。RP-HPLC是當今液相色譜的最主要的分離模式，幾乎可用于所有能溶于極性或弱極性溶劑中的有機物的分離。 反相色譜法適于分離非極性，極性或離子型化合物，大部分的分析任務皆由反相色譜法完成。
⑤過濾后煙氣中的焦油含量，其測試方法為國標GB/T 19609-2004所采用的常規分析用吸煙機測定。
⑥過濾嘴的吸阻，其測量方法為國標GB/T 18767-2002所采用真空法測定。測試原理：在標準狀況下，當一個流量為17.5mL/s的穩定氣流流經卷煙試樣時，試樣兩端的壓力差即為試樣的吸阻。
二、試驗材料
①未加過濾嘴的煙支選擇如下：
將數支成品卷煙（不含過濾嘴）在溫度為(22±1)℃，相對濕度為(60±2)%的恒穩恒濕箱內平衡48h，選取平均重量±0.02g范圍內的煙支為合格煙支；測定合格煙支的吸阻，選取平均吸阻±49Pa范圍內的煙支為樣品卷煙。
②將上述樣品卷煙隨機分成若干組，并分別安裝對照組，實施例1、3、7、8、9和10所述技術方案制得的過濾嘴，且其中一組樣品卷煙不安裝過濾嘴，然后將分組后的卷煙放入吸煙機中，設置吸煙機的抽吸間隔時間，其他條件符合ISO4387：2000規定且相同。抽吸后收集煙氣中的TPM，然后分別按照上述方法測定各組卷煙的焦油、煙堿、醛類、CO和苯并芘的物質的量，并測量卷煙吸阻。
③以不安裝過濾嘴的卷煙煙氣中有害物的物質的量和吸阻數據為基礎進行比較，實驗數據見表1：
由表1可得：
1）添加了納米碳晶素的過濾嘴對各有害組分的吸附能力均比對照組過濾嘴有所提升，隨著納米碳晶素添加量的提升，過濾嘴的吸附性能也得到提升。
2）添加了納米碳晶素后，過濾嘴對醛類和苯并芘組分的吸附性能得到增強，對比對照組過濾嘴36%和24.6%的降低率，當添加納米碳晶素量為8%-10%時，過濾嘴對醛類和苯并芘的吸附性能提升約為61.1%和33.7%。
3）添加了納米碳晶素后，過濾嘴對焦油和CO組分的吸附效果也得以提升。相比對照組的過濾嘴，當添加納米碳晶素量為8%-10%時，過濾嘴對醛類和苯并芘的吸附性能提升約為61.1%和33.7%。
4）添加了納米碳晶素后，過濾嘴對煙堿的降低率提升并不明顯，當添加納米碳晶素量為8%-10%時，過濾嘴對煙堿的降低率約16.4%，對吸食的口感沒有影響。
5）當納米碳晶素添加量為5%-9%時，過濾嘴吸阻的上升較為平緩，當添加量提高到10%時，吸阻有較大幅度的提高，約為26.2%，為了不影響吸煙者的吸食口感，過濾嘴中納米碳晶素的添加量的最佳值為9%。