CN107895653B - 微波制备香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的方法及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了微波制备香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的方法，将回收的香烟过滤嘴在二茂铁‑甲苯溶液中浸泡若干次后，在微波炉中微波加热处理，即得到香烟过滤嘴/石墨烯复合材料。本发明将回收的香烟过滤嘴在二茂铁溶液中浸泡后经微波法加热处理，通过改变微波的功率和二茂铁溶液的浓度制备石墨烯，从而得到香烟过滤嘴/石墨烯的复合材料。制备的复合材料多孔，生成石墨烯后有效的提高了比表面，具有优异的电化学性能，因此可用作超级电容器的电极材料。本发明直接将香烟过滤嘴回收利用，可以有效的改善废烟头的污染问题，且利用微波法处理高效便捷，便于控制，可操作性性强。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，涉及微波制备香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的方法，本发明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。
背景技术
目前，香烟过滤嘴主要是由纤维材料制备而成。这些纤维材料可以划分为两大类。一类是植物纤维，另一类是非植物纤维。植物类纤维最主要就是纸质，选择用于过滤嘴的要求是疏松多孔，具有很好的透气性能以及吸附性能。非植物纤维类又包括醋酸纤维、聚丙烯纤维、活性炭纤维以及海泡石纤维。其中，醋酸纤维是香烟过滤嘴最主要的原材料。因为其本身无毒无味，吸附性强，并且弹性好，具有很好的热稳定性。因此，它可以称之为一种理想的香烟滤材。香烟的滤材都有一个比较好的特性就是多孔，具有比较好的吸附性能。而其多孔性正是目前电极材料的研究热点。因为多孔材料具有卓越的离子传输性以及高的比表面，被认为是电极材料的最优选择。而石墨烯基复合材料也可以作为电极材料，将其与香烟过滤嘴复合之后得到的复合材料具有超电容特性。制备复合材料的方法有很多，常见的有CVD等方法。但是不易控制容易产生杂质。
微波法是新型的纳米材料的复合方法，所制得的复合材料具有完好的结构，并且形态均一，因此成为了制备复合材料方法的研究热点。微波加热的原理就是在微波电磁场的作用下，极性分子从原来的热运动状态随电磁场方向的交变而排列取向。在这个过程中，能量进行了转换。交变电磁场能转化为热能。因此微波加热法相比于传统的加热具有速度快，均匀受热，高效便于控制等优点。
用微波法制备香烟过滤嘴/石墨烯的复合材料高效便捷，得到的复合材料具有多孔结构以及高的比表面，在储能领域具有广泛应用。同时，对香烟过滤嘴的回收利用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种微波制备香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的方法，为香烟过滤嘴的回收利用提供了一种新方法。
本发明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。
本发明所采用的技术方案是，微波制备香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的方法，将回收的香烟过滤嘴在二茂铁-甲苯溶液中浸泡若干次后，在微波炉中微波加热处理，即得到香烟过滤嘴/石墨烯复合材料。
本发明的特点还在于，
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。
二茂铁-甲苯溶液的浓度为1～2mol/L。
香烟过滤嘴与二茂铁-甲苯溶液质量体积比为0.01～0.15g/ml。
浸泡过程为：先将回收的香烟过滤嘴在二茂铁-甲苯溶液中浸泡，然后静置。
浸泡次数为5～10次，每次浸泡时间为30～60s。
微波加热的功率为1200～1800W。
微波加热时间为5～20s。
本发明所采用的另一技术方案是，采用微波制备香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的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。
本发明的有益效果是，本发明将回收的香烟过滤嘴在二茂铁溶液中浸泡后经微波法加热处理，通过改变微波的功率和二茂铁溶液的浓度制备石墨烯，从而得到香烟过滤嘴/石墨烯的复合材料。表现为石墨烯在香烟过滤嘴的表面以及空隙内部存在。制备的复合材料多孔，生成石墨烯后有效的提高了比表面，因此具有优异的电化学性能。
本发明还具有的优点是直接将香烟过滤嘴回收利用，可以有效的改善废烟头的污染问题。利用微波法处理高效便捷，便于控制，可操作性性强。
附图说明
图1是实施例1制备的香烟过滤嘴/石墨烯的复合材料的宏观形貌图；
图2是实施例4制备的香烟过滤嘴/石墨烯的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发明进行详细说明。
本发明微波制备香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的方法，首先将二茂铁溶于甲苯，将香烟过滤嘴在二茂铁的甲苯溶液中浸泡多次后，进行微波加热处理，在加热过程中，二茂铁既作为催化剂又作为碳源，制备出石墨烯，从而得到香烟过滤嘴/石墨烯的复合材料。
具体按照以下步骤实施：
步骤1，将二茂铁溶于甲苯中，得到浓度为1～2mol/L的二茂铁-甲苯溶液；
步骤2，按照香烟过滤嘴与二茂铁-甲苯溶液质量体积比为0.01～0.15g/ml，将回收的香烟过滤嘴在二茂铁-甲苯溶液中浸泡30～60s，然后将其放置在干净的培养皿上静置3～5min，随后再浸泡在二茂铁溶液中。此过程重复5～10次。重复多次的目的是为了可以让二茂铁充分的进入香烟过滤嘴中。
步骤3，将步骤2浸泡了二茂铁-甲苯溶液的香烟过滤嘴放入微波炉中，进行微波加热处理，加热功率为1200～1800w，处理时间为5～20s，即得到香烟过滤嘴/石墨烯复合材料。
本发明选取香烟过滤嘴，由于香烟过滤嘴的多有纤维制成，本身的结构疏松多孔，将其在二茂铁溶液中浸泡后，二茂铁可以充分的进入香烟过滤嘴的内部。在微波加热下，二茂铁既作为碳源又作为催化剂使石墨烯可以快速的在香烟过滤嘴的表面及其内部生成。所制备的复合材料既可以保持香烟过滤嘴本身的多孔结构，又由于石墨烯的生成大大的提高了其比表面。而多孔性以及高的比表面可以提高材料的电化学性能。
实施例1
将9.3g二茂铁溶于50ml甲苯中，随后按照香烟过滤嘴与二茂铁-甲苯溶液质量体积比为0.01g/ml，将香烟过滤嘴在二茂铁溶液中浸泡40s，浸泡后放置在干净的培养皿上静置3min，使二茂铁溶液可以充分的进入香烟过滤嘴内部。这个过程重复10次之后放置在微波炉中，进行微波加热处理。加热功率设置为1200w，加热时间为5s，得到香烟过滤嘴/石墨烯复合材料。复合材料的宏观形貌如图1所示，可以看出得到的复合材料完好的保持了烟头的结构。
实施例2
将13.95g二茂铁溶于50ml甲苯中，随后按照香烟过滤嘴与二茂铁-甲苯溶液质量体积比为0.15g/ml，将香烟过滤嘴在二茂铁溶液中浸泡50s，浸泡后放置在干净的培养皿上静置3min，使二茂铁溶液可以充分的进入香烟过滤嘴内部。这个过程重复8次之后放置在微波炉中，进行微波加热处理。加热功率设置为1200w，加热时间为10s，得到香烟过滤嘴/石墨烯复合材料。得到的复合材料多孔，且具有少量石墨烯。
实施例3
将18.6g二茂铁溶于50ml甲苯中，随后按照香烟过滤嘴与二茂铁-甲苯溶液质量体积比为0.1g/ml，将香烟过滤嘴在二茂铁溶液中浸泡60s，浸泡后放置在干净的培养皿上静置3min，使二茂铁溶液可以充分的进入香烟过滤嘴内部。这个过程重复5次之后放置在微波炉中，进行微波加热处理。加热功率设置为1200w，加热时间为15s，得到香烟过滤嘴/石墨烯复合材料。
实施例4
将9.3g二茂铁溶于50ml甲苯中，随后按照香烟过滤嘴与二茂铁-甲苯溶液质量体积比为0.01g/ml，将香烟过滤嘴在二茂铁溶液中浸泡30s，浸泡后放置在干净的培养皿上静置3min，使二茂铁溶液可以充分的进入香烟过滤嘴内部。这个过程重复10次之后放置在微波炉中，进行微波加热处理。功率设置为1500w，时间为20s。微波加热后得到香烟过滤嘴/石墨烯复合材料SEM图片如图2所示，可以看到石墨烯生长在其中，且其表面多孔。
实施例5
将9.3g二茂铁溶于50ml甲苯中，随后按照香烟过滤嘴与二茂铁-甲苯溶液质量体积比为0.01g/ml，将香烟过滤嘴在二茂铁溶液中浸泡30s，浸泡后放置在干净的培养皿上静置3min，使二茂铁溶液可以充分的进入香烟过滤嘴内部。这个过程重复10次之后放置在微波炉中，进行微波加热处理。功率设置为1800w，时间为10s。得到香烟过滤嘴/石墨烯复合材料。得到的复合材料有明显的孔分布。
Claims (5)
1.微波制备香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的方法，其特征在于，将回收的香烟过滤嘴在二茂铁-甲苯溶液中浸泡若干次后，在微波炉中微波加热处理，即得到香烟过滤嘴/石墨烯复合材料；
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；
所述浸泡过程为：先将回收的香烟过滤嘴在二茂铁-甲苯溶液中浸泡，然后静置；
所述二茂铁-甲苯溶液的浓度为1～2mol/L；
所述微波加热的功率为1200～1800W。
2.根据权利要求1所述的微波制备香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的方法，其特征在于，所述香烟过滤嘴与二茂铁-甲苯溶液质量体积比为0.01～0.15g/ml。
3.根据权利要求1所述的微波制备香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的方法，其特征在于，所述浸泡次数为5～10次，每次浸泡时间为30～60s。
4.根据权利要求1所述的微波制备香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的方法，其特征在于，所述微波加热时间为5～20s。
5.采用权利要求1-4任一项所述的微波制备香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的方法制得的香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的用途，其特征在于，用作超级电容器的电极材料。
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