[发明专利]一种复合纤维、及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种复合纤维，所述复合纤维包括纤维载体，及包覆在所述纤维载体外侧的石墨烯气凝胶层。本发明提供的复合纤维表面包覆有较薄的石墨烯气凝胶层，克服了现有石墨烯气凝胶自身表面屏蔽作用，提高了吸附速率和单位体积石墨烯气凝胶的吸附效率；本发明提供的复合纤维的纤维载体对石墨烯气凝胶提供了支架，增强了机械强度；将本发明用作吸附材料时，可以直接与现有的香烟制作工艺能够无缝对接，替代现有的吸附纤维，能够实现对苯并芘稠环芳烃类有害物质的特异性吸附，同时保留烟气中的其他香吸味物质从而不影响香烟的风味和香气。

技术领域

本发明属于功能性纤维制备领域，具体涉及一种具有吸附功能的复合纤维、及其制备方法和用途，特别涉及一种包覆有石墨烯气凝胶的复合纤维、及其制备方法和用途。

背景技术

石墨烯是一种由单层sp2杂化碳原子组成的蜂窝状结构的二维材料，具有许多优异的性能。自从2004年被发现起，石墨烯就成为了科学界的一大研究热点。石墨烯的理论比表面积高达2600m²/g，具有良好的导热性和力学性能。气凝胶，是一种超低密度、大孔体积、高比表面积的纳米多孔固态材料，这些特征都归因其纳米颗粒相连所构成的三维网状结构。石墨烯气凝胶继承了石墨烯和气凝胶高比表面积、高孔隙率、高导电率以及良好的热导率等优点。

CN104815630A发明了一种选择性吸附苯并芘和苯酚的滤嘴纤维的制备方法，其是将氧化石墨烯喷涂到纤维表面。该方法指示将氧化石墨烯简单修饰到纤维表面，无法避免氧化石墨烯的自身团聚作用，因此无法完全体现石墨烯的高吸附特性。

CN102674315A公开了一种石墨烯-碳纳米管复合全碳超轻弹性气凝胶及其制备方法，所述石墨烯-碳纳米管复合全碳超轻弹性气凝胶属于自支撑的气凝胶，具有机械强度低的问题。

所谓“自支撑的气凝胶”是指在气凝胶内部没有其他成分来支撑气凝胶，仅靠气凝胶自身的框架来起到支撑作用。而对于自支撑的石墨烯气凝胶，其很容易塌陷，影响使用。

CN105130380A公开了一种石墨烯-氧化锆纤维复合气凝胶的制备方法，该石墨烯-氧化锆纤维复合气凝胶是石墨烯与纤维形成复合体，在石墨烯气凝胶宏观体中，分布较多的纤维作为骨架，而并非是单根纤维表面形成表面形成气凝胶。属于较大体积的石墨烯气凝胶。

当石墨烯气凝胶用于吸附领域时，对于较大体积的石墨烯气凝胶而言，当待吸附物质被石墨烯气凝胶吸附一段时间后，表面的纳米孔被待吸附物质填满，形成障碍层，出现自身表面屏蔽作用，而待吸附物无法进一步到达石墨烯气凝胶的内部，造成吸附速率低，石墨烯气凝胶单位体积的吸附能力有限，石墨烯气凝胶的利用率低的问题。

稠环芳烃(PAHs，polycyclic aromatic hydrocarbon)是指具有两个或两个以上苯环的一类有机化合物。稠环芳烃是分子中含有两个以上苯环的碳氢化合物，包括萘、蒽、菲、芘等150余种化合物。有些多环芳烃还含有氮、硫和环戊烷，常见的多环芳烃具有致癌作用的多环芳烃多为四到六环的稠环化合物。国际癌研究中心(IARC)(1976年)列出的94种对实验动物致癌的化合物中15种属于多环芳烃，由于苯并a芘是第一个被发现的环境化学致癌物，而且致癌性很强，故常以苯并(α)芘作为多环芳的代表，它占全部致癌性多环芳烃1％～20％。

苯并芘又称苯并(α)芘(BaP)，是一种常见的高活性间接致癌物和突变原。3,4-苯并芘释放到大气中以后，总是和大气中各种类型微粒所形成的气溶胶结合在一起，在8μm以下的可吸入尘粒中，吸入肺部的比率较高，经呼吸道吸入肺部，进入肺泡甚至血液，导致肺癌和心血管疾病，是多环芳烃中毒性最大的一种强烈致癌物，空气中的BaP是导致肺癌的最重要的因素之一。