一种香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的制备方法及其用途技术

本发明专利技术公开了一种香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的制备方法，将回收的香烟过滤嘴在氧化石墨烯‑乙醇分散液中浸泡若干次，烘干，然后碳化，即得到香烟过滤嘴/石墨烯复合材料。本发明专利技术还公开了所制备材料的用途。本发明专利技术通过控制氧化石墨烯在乙醇溶液中的分散浓度，使氧化石墨烯掺杂进废烟头的过滤嘴中。碳化后氧化石墨烯被热还原为石墨烯且掺杂在其中，并含有氮等微量元素。得到的复合材料多孔，且具有高的比表面、优异的导电性以及离子传输性。因此可用作超级电容器的电极材料。本发明专利技术还具有工艺简单、成本低、速度快的优点，可将废弃烟头直接回收利用，具有良好的环境效益与经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的制备方法及其用途
本专利技术属于复合材料
，涉及一种香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的制备方法，本专利技术还涉及上述方法制得的香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的用途。
技术介绍
据世界卫生组织预测，2025年全球烟民的人数将上升至17亿人。中国是世界上最大的香烟生产国家以及最大的香烟消费国家，据统计，中国的抽烟人数已经将近4亿左右，每年人数都在不断上升。这些废弃烟头对环境造成了很大的负面影响，因此对废弃烟头的回收利用有重要的应用价值。废烟头的回收利用主要是指对过滤嘴以及里面所吸附的尼古丁、茄尼醇等物质的回收。过滤嘴的主要原材料为醋酸纤维，多用于纺织品的制造、板材、片材等。尼古丁又称烟碱，是烟草的主要成分，其化学式为C10H14N2，可溶于水、乙醇、氯仿、乙醚、油类，主要应用于医药与农作物的防虫害等方面。茄尼醇分子式为C45H74O，不溶于水，微溶于甲醇、乙醇，溶于丙酮、氯仿、己烷，其应用主要为医学、抗菌等领域。目前，我国对烟头的回收利用并不成熟，还没有真正的做到回收利用。一般来说，废烟头在回收利用的第一步就是对可回收物质的提取和分离，即对废弃烟头中含有的尼古丁和茄尼醇的回收，需要经过多次过滤，工艺虽简单但回收率并不高。多孔材料是目前超级电容器电极材料的一个研究热点，其多孔性有利于离子的传输。石墨烯具有高比表面积，优异的导电性，其复合材料多用于电极材料。由于废烟头过滤嘴为多孔结构，里面残留氮元素等微量元素，其碳化产物中残留的氮元素具有提高电化学性能的作用。因此，将废烟头过滤嘴与石墨烯复合不仅可以直接回收废烟头，将其应用在储能领域也具有广泛的前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的制备方法，为香烟过滤嘴的回收利用提供了一种新方法。本专利技术的另一目的是提供上述方法制得的香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的用途。本专利技术所采用的技术方案是，一种香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的制备方法，将回收的香烟过滤嘴在氧化石墨烯-乙醇分散液中浸泡若干次，烘干，然后碳化，即得到香烟过滤嘴/石墨烯复合材料。本专利技术的特点还在于，回收的香烟过滤嘴为使用过的过滤嘴，其中含有烟丝燃烧后，被吸附产生的物质。氧化石墨烯-乙醇分散液的浓度为0.2g/L～1g/L。浸泡过程为：先将回收的香烟过滤嘴在氧化石墨烯-乙醇分散液中浸泡、静置，然后再次浸泡，此过程重复10～20次，每次浸泡时间为20～60s。香烟过滤嘴与氧化石墨烯-乙醇分散液的质量体积比为0.01～0.15g/ml。烘干温度为70～100℃，烘干时间为1～2h。碳化具体为：将烘干的香烟过滤嘴放入管式炉中后，通入氮气，炉温升温至800℃～900℃后保温120～180min，待炉子冷却到室温关闭氮气。升温速率10～20℃/min。氮气流量为40～100sccm。本专利技术所采用的另一技术方案是，采用一种香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的制备方法制得的香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的用途，用作超级电容器的电极材料。本专利技术的有益效果是，本专利技术选取废烟头过滤嘴，由于烟头过滤嘴的材料为醋酸纤维，其高温碳化后成为碳材料。且具有多孔结构，利于离子的传输。废烟头过滤嘴中含有尼古丁等物质，也就是含有氮元素，对于吸附离子有很好的作用。将石墨烯与废弃烟头过滤嘴复合后，将废烟头过滤嘴的多孔结构与石墨烯高的比表面有效的结合，得到的复合材料多孔，且具有高的比表面，优异的导电性以及离子传输性。因此可用作超级电容器的电极材料。此外本专利技术还具有工艺简单、成本低、速度快的优点，可将废弃烟头直接回收利用，具有良好的环境效益与经济效益。附图说明图1是实施例1制备的香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的扫描电子显微镜图；图2是实施例2制备的香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的扫描电子显微镜图；图3是实施例3制备的香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的扫描电子显微镜图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的制备方法，首先将氧化石墨烯在乙醇溶液中超声分散，然后将回收的香烟过滤嘴加入石墨烯的乙醇溶液浸泡几次，在烘箱中烘干。最后将烘干的香烟过滤嘴放入管式炉中碳化，即得到香烟过滤嘴/石墨烯复合材料。具体按照以下步骤实施：步骤1，将氧化石墨烯分散在乙醇中，得到浓度为0.2g/L～1g/L的氧化石墨烯-乙醇分散液；步骤2，按照香烟过滤嘴与分散液的质量体积比为0.01～0.15g/ml，将香烟过滤嘴在步骤1得到的分散液中浸泡20～60s，然后放置在培养皿上静置1～3min，再浸泡在氧化石墨烯的乙醇分散液中。此过程重复10～20次。然后在烘箱中烘干1～2h，烘干温度为70～100℃。步骤3，将步骤2烘干后的香烟过滤嘴放入管式炉中后，通入氮气，流量为40～100sccm，炉温升温至800℃～900℃后保温120～180min，升温速率10～20℃/min，待炉子冷却到室温关闭氮气，得到香烟过滤嘴/石墨烯复合材料。本专利技术选取废香烟过滤嘴，由于香烟过滤嘴的材料为醋酸纤维，其高温碳化后成为碳材料。且具有多孔结构，利于离子的传输。废香烟过滤嘴中含有尼古丁等物质，也就是含有氮元素，对于吸附离子有很好的作用。目前，石墨烯基复合材料多用于电极材料，因为其具有高的比表面和良好的导电性。将石墨烯与香烟过滤嘴复合后，将香烟过滤嘴的多孔结构与石墨烯高的比表面有效的结合，得到的材料有利于离子的传输。本专利技术将氧化石墨烯在乙醇中超声分散，然后香烟过滤嘴在分散液中浸泡数次，通过控制氧化石墨烯在乙醇溶液中的浓度，使氧化石墨烯掺杂进废烟头的过滤嘴中。碳化后表现为该复合材料多孔，氧化石墨烯被热还原为石墨烯且掺杂在其中，并含有氮等微量元素。得到的材料多孔，且具有高的比表面、优异的导电性以及离子传输性。因此可用作超级电容器的电极材料。本专利技术还具有的优点是工艺简单、成本低，速度快，可将废弃烟头直接回收利用，具有良好的环境效益与经济效益。实施例1将8mg石墨烯分散于40ml的乙醇中，超声分散30min。按照香烟过滤嘴与分散液的质量体积比为0.01g/ml，将废香烟过滤嘴在石墨烯的乙醇分散液中浸泡20s，然后捞出放置在培养皿上搁置3min。随后又浸泡在分散液中，此过程重复10次。将浸泡后的香烟过滤嘴在烘箱中烘干，温度为70℃，时间为2h。将烘干后的香烟过滤嘴放在坩埚中，在管式炉中碳化。首先通入氮气，流量为40sccm，炉温升温至800℃～820℃后保温180min，升温速率10～20℃/min，待炉子冷却到室温关闭氮气。得到的香烟过滤嘴/石墨烯复合材料SEM图片如图1所示，可以清楚看到复合材料的多孔结构，由于石墨烯浓度低，在其表面不能明显发现石墨烯掺杂其中。实施例2将20mg石墨烯分散于40ml的乙醇中，超声分散30min。按照香烟过滤嘴与分散液的质量体积比为0.15g/ml，将废香烟过滤嘴在石墨烯的乙醇分散液中浸泡60s，然后捞出放置在培养皿上搁置3min。随后又浸泡在乙醇的分散液中，此过程重复15次。将浸泡后的香烟过滤嘴在烘箱中烘干，温度为100℃，时间为1h。将烘干后的香烟过滤嘴放在坩埚中，在管式炉中碳化。首先通入氮气，流量为70sccm，炉温升温至840℃～860℃后保温160min，升温速率10～20℃/min，待炉子冷却本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，将回收的香烟过滤嘴在氧化石墨烯‑乙醇分散液中浸泡若干次，烘干，然后碳化，即得到香烟过滤嘴/石墨烯复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，将回收的香烟过滤嘴在氧化石墨烯-乙醇分散液中浸泡若干次，烘干，然后碳化，即得到香烟过滤嘴/石墨烯复合材料。2.根据权利要求1所述的一种香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述回收的香烟过滤嘴为使用过的过滤嘴，其中含有烟丝燃烧后，被吸附产生的物质。3.根据权利要求1所述的一种香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯-乙醇分散液的浓度为0.2g/L～1g/L。4.根据权利要求1所述的一种香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述浸泡过程为：先将回收的香烟过滤嘴在氧化石墨烯-乙醇分散液中浸泡、静置，然后再次浸泡，此过程重复10～20次，每次浸泡时间为20～60s。5.根据权利要求1-4任一项所述的一种香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述香烟过滤嘴与氧化石墨烯-乙醇分...

【专利技术属性】
技术研发人员：程有亮，张庆玲，方长青，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61