福建省“大学生创新创业训练计划”
结题论文
新型活性炭香烟过滤嘴的研究
目录
摘要
第一章 绪论
1.1.课题研究的背景和意义„„„„„„„„„„„„„„1
1.2.香烟烟雾中有害成分的及其对人体器官的损害„„„„1
1.2.1香烟烟雾中有机物„„„„„„„„„„„„„2
1.2.2香烟烟雾中无机物„„„„„„„„„„„„„2
1.3.香烟烟雾对生物体的主要危害„„„„„„„„„„„4
1.3.1直接毒杀生命„„„„„„„„„„„„„„„4
1.3.2破坏人体的营养成分„„„„„„„„„„„„4
1.3.3诱发多种疾病„„„„„„„„„„„„„„„4
第二章 实验部分 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
2.1 实验材料 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
2.1.1实验样品 „„„„„„„„„„„„„„„„„5
2.1.2实验仪器 „„„„„„„„„„„„„„„„„5
2.1.3实验试剂 „„„„„„„„„„„„„„„„„5
2.2 实验方法 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
2.2.1高中孔活性炭的制备 „„„„„„„„„„„„5
2.2.2高中孔活性炭的“中毒”„„„„„„„„„„„6
2.2.3高中孔活性炭对苯、甲苯、丙酮的吸附效率 „„6
2.2.4高中孔活性炭对烟气烟雾中甲苯、苯乙烯和
苯酚的吸附效率„„„„„„„„„„„„„„„8
第三章 结果分析与讨论 „„„„„„„„„„„„„„„„9
3.1吸附实验数据处理„„„„„„„„„„„„„„„„9
3.1.1苯吸附实验 „„„„„„„„„„„„„„„„9
3.1.2甲苯吸附实验 „„„„„„„„„„„„„„„12
3.1.3丙酮吸附实验 „„„„„„„„„„„„„„„15
3.2吸附实验数据分析讨论 „„„„„„„„„„„„„18
3.2.1分组数据分析 „„„„„„„„„„„„„„„18
3.2.2整体分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„20
3.3抽滤实验数据处理 „„„„„„„„„„„„„„„20
3.3.1原始数据（峰面积） „„„„„„„„„„„„20
3.3.2吸附效果 „„„„„„„„„„„„„„„„„21
3.4抽滤实验数据分析 „„„„„„„„„„„„„„„22
3.4.1分组分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„22
3.4.2整体分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„23
第四章 结论与反思„„„„„„„„„„„„„„„„„„23
4.1课题结论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„23
4.2反思 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23
参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24
新型活性炭香烟过滤嘴的研究
项目名称：新型活性炭香烟过滤嘴的研究
项目编号：6 项目负责人：谭祖耀 班级：10环工
项目组成员：苏芮 谭祖耀 安鸿彬 吴妙 陈游 董娟娟
指导教师：宋磊
摘要：
近年来，越来越多的人意识到香烟对健康的危害。但由于种种原因，戒烟失败的案例比比皆是。在香烟滤嘴中放置活性炭可以去除香烟烟气中的大部分有害物质，但是醋酸纤维滤嘴中普遍含有增塑剂三醋酸甘油酯，三醋酸甘油酯会使活性炭中毒，吸附性能大大降低。本项目旨在研制出对三醋酸甘油酯稳定的新型碳材料，为健康加分。
关键词：活性炭；三醋酸甘油酯；吸附
第一章 绪论
1.1课题研究的背景和意义
众所周知，吸烟有害自身健康，香烟点燃后所释放的焦油、尼古丁、一氧化碳等化学物质会刺激呼吸道，损伤血管内膜，降低红血球输送氧气的能力，严重的，会导致器官癌变。同时，烟雾所造成的环境污染会危害他人。目前市场所销售的含有过滤嘴的香烟产品，良莠不齐，其在一定程度上降低了香烟烟气的有害成分，然而大部分的致癌物质并不能被消除。目前卷烟滤嘴的材质主要为醋酸纤维，可除去部分有害物质，如焦油、尼古丁，但是吸收能力有限，并不安全。故研制出新型安全的卷烟，对人体健康和空气污染改善具有重要意义。
研制颗粒活性炭过滤嘴为本次研究的主要目的，活性炭可以除去香烟烟气中的大部分有害物质，然而由于目前市场上广泛使用的醋酸纤维过滤嘴普遍含有增塑剂三醋酸甘油酯，如果将活性炭置于过滤嘴中，活性炭会受到三醋酸甘油酯的影响而中毒，降低其对烟气中的有害物质的吸附性能。故本项目旨在研制出对三醋酸甘油酯稳定的新型碳材料，改善卷烟品质。
国内有前人进行过活性炭过滤嘴的研究，然而对于放置于过滤嘴中，可以稳定保持其吸附性的颗粒活性碳过滤嘴的研究并不多见。鉴于国内的活性炭过滤嘴的应用还不普遍，然而国外活性炭过滤嘴已经有了很大的市场普及率，因此对于国内市场来说，此项目具有一定创新性，同时兼具实用性及相当大的发展空间。同时，向香烟滤嘴中添加活性炭不同于制作普通不便携带及使用的金属滤嘴，更加卫生，满足广大消费者的需要，适应市场需求。
1.2.香烟烟雾中有害成分的分析
烟草燃烧时释放的烟雾中含有3800多种已知的化学物质,绝大部分对人体有害.香烟点燃后对人体有害物质分为6大类。
1.2.1香烟烟雾中有机物
（1）醛类、氮化类、烯烃类。这些物质对呼吸道有刺激作用。
（2）尼古丁类。可刺激交感神经，引起血管内膜损害，可造成血压升高、心跳加快并诱发心脏病。
（3）胺类、氰化物和重金属。这些均属于毒性物质，能够破坏支气管和肺粘膜。
（4）苯并芘、砷、镉、甲基肼、氨基酚、其他放射性物质，均有致癌作用。
（5）酚类化合物和甲醛等。这些物质会加速癌变作用。
1.2.2香烟烟雾中无机物
（1）一氧化碳。减低红血球将氧输送到全身去的能力，造成组织和器官缺氧，进而使大脑、心脏等多种器官产生损伤。
1.3.香烟烟雾对生物体的主要危害
1.3.1直接毒杀生命
有人通过动物实验获得了下列惊人的结果：在大的马也经不住注射尼古丁，就会很快死亡；活蹦乱跳的狗，用不了一滴尼古丁注射到静脉里就可以将它置于死地；另外，使某些动物长期吸烟后，可以发现有血管收缩甚至硬化的明显趋向。
1.3.2破坏人体的营养成分
吸烟可以阻止人体对维生素丙的吸收，尼古丁对维生素C有直接的破坏作用。人体如果长期缺乏维生素C，就有的坏血病的可能。
1.3.3诱发多种疾病
由于吸入体内的烟对呼吸道、消化道等器官有恶性刺激作用，因而有人认为它是胃及十二指肠溃疡、呼吸道感染甚至为口、唇、舌、食道、呼吸道费等癌症的诱发因素。
第二章 实验部分
2.1实验材料
2.1.1实验样品
改性活性炭（经过不同浓度的Ca(NO3)2溶液活化、炭化处理）活性炭
2.1.2实验仪器
、原始
基本仪器：烧杯（100ml、250ml、500ml）、酒精灯、石棉网、电子天平、容量瓶、移液管、漏斗、玻璃棒、滤纸、转子流量计、恒温水浴箱、氮气瓶、广口瓶、秒表、针筒
表2.2 实验仪器
Table 2.2 Experimental apparatus
2.1.3 实验试剂 表2.1 实验试剂
Table 2.1 Laboratory reagents
2.2实验方法 2.2.1高中孔活性炭的制备
1.配置质量分数为0.5%、2.5%、5%、7.5%、10%的Ca(NO3)2溶液20ml。称取3g活性炭，将溶液与活性炭置于称量瓶内，并依次从0--4编号，室温下浸渍24h，过滤后干燥12h。
2.将活性炭置于管式炉中。通入氮气（流速为0.4L/min)，以10摄氏度每分钟的升温速度提升至450摄氏度，炭化30min,再升温至800摄氏度进行水蒸气（流速为0.4L/min)活化1h。
3.冷却至室温，加入去离子水煮沸30min,过滤，用蒸馏水冲洗数次，干燥保存。
4.测定所制备的活性炭的氮气吸附等温线，分析活性炭孔结构。 （注：1.在活性炭制备过程中加入Ca催化剂可以通过选择性气体而使活性炭的中孔加强
2.通过Ca催化剂制备的活性炭需酸洗进一步使中孔增加）
2.2.2高中孔活性炭的“中毒”
1.将0-4号高中孔活性炭分别称量出一半,不参与 “中毒”（即经过三醋酸甘油酯处理） 处理的活性炭标记为0W 、1W、 2W、 3W、
4W，参与如下步骤处理的分别标记为0C、 1C、 2C、 3C、 4C。
2.将0C、 1C、 2C、 3C、 4C分别放进一个小干燥瓶子中，不盖盖子。
3.在瓷质大碗中倾注约3cm高的三醋酸甘油酯，再在液面2cm以上处平铺一张特制的铁丝网，将装有活性炭的小干燥瓶？？？？放到铁丝网上面。
4.瓷质大碗外面盖好盖子，并用保鲜膜密封住，放到冰箱中，温度调至4摄氏度，保存14天。
图2.1 改性活性炭吸附三醋酸甘油酯
2.2.3高中孔活性炭对苯、甲苯、丙酮的吸附效率
组装实验装置如下:
尾气排
空
氮气转子流量计VOCS混合室吸附柱吸收管
图2.2动态吸附挥发性有机物装置
对苯的吸附效率:
1. 如图所示，连接好装置，并注意在连接各个玻璃仪器之间的导管
处用生胶带密封好。
2. 在瓶3中注入2cm的分析纯苯溶液，将导管没入液面之下
3. 支管4处于不放置任何物品，以作空白对照
4. 把比色皿（5）移走，整个装置先通入10min氮气（流速控制在
0.8L/Min），使得瓶2和瓶3处于氮气充盈的状态
5. 把比色皿（5）放到气流末端进行吸附VOCs内加入环己烷（分
析纯）吸附气流的时间分别为10s、 20 s、 30 s、 40 s、 50 s、 60 s、 1min、 2min、 3min、 4min、 5min、 6min
6. 在苯的最大吸收峰波长处测定比色皿内溶液的分光光度，并转换
为对应的浓度
7. 在支管4中放入0W号活性炭,重复步骤5、6
8. 在支管4中放入1W号活性炭,重复步骤5、6
9. 在支管4中放入2W号活性炭,重复步骤5、6
10. 在支管4中放入3W号活性炭,重复步骤5、6
11. 在支管4中放入4W号活性炭,重复步骤5、6
12. 在支管4中放入0C号活性炭,重复步骤5、6
13. 在支管4中放入1C号活性炭,重复步骤5、6
14. 在支管4中放入2C号活性炭,重复步骤5、6
15. 在支管4中放入3C号活性炭,重复步骤5、6
16. 在支管4中放入4C号活性炭,重复步骤5、6
17. 在瓶3中注入2cm的分析纯甲苯溶液，将导管没入液面之下，
密封好各个连接处
18. 重复步骤3—16
19. 在瓶3中注入2cm的分析纯丙酮溶液，将导管没入液面之下，
密封好各个连接处
20. 重复步骤3—16
21.在0C、1C、2C、3C、4C中选择吸附效果最佳的活性炭，用作综合烟气的吸附实验
2.2.4高中孔活性炭对烟气烟雾中甲苯、苯乙烯和苯酚的吸附效率
1. 在普通香烟的过滤嘴中间加入200mg已制备的活性炭，用注射
器以25ml/s的速度抽取烟气，每支抽取5次，收集250 ml的烟气进行抽烟试验，溶解于1 mL环己烷（色谱纯）中，待分析。
2. 采用气相色谱-质谱联用仪检测卷烟烟气中的挥发性有机物。 色谱条件：色谱柱：Rtx-5MS(30.0 m*250 μm*0.25 μm)；
程序升温条件：初始35 ℃，保持5 min，以10 ℃/min升至80 ℃，保持2 min，以30 ℃/min升至150 ℃；
质谱条件：离子源(EI源)，接口温度280 ℃，溶剂延迟3 min，开始时间4 min。
3. 计算0号和1和改性的活性炭对各种不同香烟的综合吸附效率
图2.3 带活性炭过滤嘴的香烟结构图
注：白色部分为烟丝；橙黄色部分为醋酸纤维过滤嘴(12 mm长)；黑色部分为活性炭颗粒。
第三章 结果分析与讨论
3.1吸附实验数据处理
3.1.1苯吸附试验
表3.1.1a：每个型号的活性炭吸附苯后的原始浓度（mg/L,由测出
的吸光度转换得到）
对以上数据作如下处理：
将每个型号的活性炭吸附浓度与空白对照组的浓度相减，得到数据
见下表：
表3.1.1b：每个型号的活性炭的苯吸附效率
为方便作图并统计，求出每克活性炭对苯的吸附效率见下表：
表3.1.1c：每克活性炭的苯吸附效率
3.1.2甲苯吸附实验
表3.1.2a：每个型号的活性炭吸收甲苯后原始浓度
表3.1.2b：每个型号的活性炭的甲苯吸附效率
表3.1.2c：每克活性炭的甲苯吸附效率
3.1.3丙酮吸附实验
表3.1.3a 每个型号的活性炭的丙酮原始吸附浓度
表3.1.3b每个型号的活性炭的丙酮吸附效率
表3.1.3c每克活性炭的丙酮吸附效率
3.2吸附实验数据分析讨论 3.2.1分组数据分析
根据表3.1.1c、3.1.2c、3.1.3c可以做出如下折线
图3.2.1a苯吸附效率曲线 由图可知：
在经“中毒”处理过的活性炭中，处理效果由高到低分别为C1、C0、C3、C2。
未经“中毒”处理过的活性炭中，处理效果由高到底分别为W1、W2、W3、W0。
综合上述对比结果可以得知，不论是否经过“中毒”处理，1号活性炭对苯的吸附效果都是最好的。
就整体效果而言，W组的处理效果明显优于C组。
W0号的曲线与其他几组的趋势差异较大，考虑存在偶然误差，但是由于实验样品的数量有限，没有进行多次实验的条件，无法进行验证。
C组曲线400秒后突然升高，考虑存在误差。然而就实际抽烟时间
而言，抽一根烟的平均时间大约是5分钟，即300秒，所以400秒后的误差暂时不考虑。
图3.2.1b甲苯吸附效率曲线
由图可知：
在经“中毒”处理过的活性炭中，处理效果由高到低分别为：C0、C1、C2、C3、C4。
未经“中毒”处理过的活性炭中，处理效果由高到低分别为：W1、W0、W2、W4、W3，其中W1与W0的差异不大，曲线重合部分较多。
综合上述结果可知，0号与1号的吸附效果较好。
W组与C组的处理效果整体差异不明显，无法得出明确的对比结论。
图3.2.1c丙酮吸附效率曲线
由图可知：
在经“中毒”处理过的活性炭中，处理效果由高到低分别为：C1、C3、C0、C2。
未经“中毒”处理过的活性炭中，处理效果由高到低分别为：W1、W0、W3、W2。
综合上述结果可知，1号的吸附效果最好。
对C组与W组进行整体吸附效果对比，W组略优，但二者差异不明显。
3.2.2整体分析
对3.2.1的每组结论进行整合分析，可以得出结论：1号活性炭的处理效果最好，0号次之。故选取1号和0号活性炭进行接下来的烟气抽滤实验。
3.3抽滤实验数据处理 3.3.1原始数据（峰面积）
本部分实验采用的活性炭皆为未经“中毒”处理的。由于仪器及实验条件限制，实验药品与吸附试验有一定差异。
记红塔山为T，黄鹤楼为H，五叶神为W，活化改性为G。
表3.3.1a抽滤实验空白对照数据
表3.3.1b抽滤实验未活化改性组数据
表3.3.1c抽滤实验活化改性组数据
3.3.2吸附效果
吸附效果为0号及1号活性炭与空白组对比得到的，即被吸附值除以原有值，以百分比记。
表3.3.2a经活化改性的活性炭的吸附效果
表3.3.2未经活化改性的活性炭的吸附效果
3.4抽滤数据分析 3.4.1分组分析
由表3.3.2a可作如下柱状图：
图3.4.1a 经活化改良的活性炭吸附效果分析
由图可得如下结论：
1）两组活性炭对苯乙烯的吸收效果都达到了百分之百，对甲苯的吸收效果都在百分之九十以上，效果较好；
2）两组活性炭对苯酚的吸附效果都不太理想，甚至出现了负值，即劣于空白对照组；
3）0号活性炭吸附效果略优于1号，但二者差异不大；
4）就香烟而言，吸附效果有高到低依次为五叶神、黄鹤楼、红塔山。
由表3.3.2b可作如下柱状图：
图3.4.1b 未经活化改良的活性炭吸附效果分析
由图可得如下结论：
1）0号与1号的吸附效果都不理想；
2）苯酚的吸附效果最差，苯乙烯吸附效果最好； 3）整体数据凌乱，基本无规律可循。
3.4.2整体分析
综合对比图3.4.1a和图3.4.1b，可以得到如下结论
1）经过活化改良的活性炭吸附效果明显优于未经活化改良的； 2）活性炭对苯乙烯的吸附效果最好；
3）苯酚吸附效果最差，且部分数据不符合常理，可能存在仪器误差；
4）0号活性炭吸附效果略优于1号活性炭；
5）活性炭对烟气中挥发性有机物的去除具有一定的选择性，但对大部分有机物去除效果明显。
第四章 结论与反思 4.1课题结论
1）经质量分数为0.5%的硝酸钙溶液活化改良后的活性炭对烟气中的有机物的吸附效果最理想，经质量分数为2.5%的硝酸钾同业活化改良的活性炭对烟气中的有机物的吸附效果次之，二者差异不大，此结论可为日后新型活性炭过滤嘴的开发提供理论支持； 2）当用浓度较高的硝酸钙溶液进行活化时，容易产生活化过度的现象，使活性炭原有的孔径结构被损坏，吸附效果大大降低； 3）活性炭对于烟气中的挥发性有机物的去除有一定的选择性，对少数挥发性有机物无效，甚至会产生负面影响，但对大多数有机物的去除效果明显；
4）活化改良可以一定程度上减少活性炭“中毒”，但无法完全阻止。经“中毒”处理的改良活性炭的吸附效果微劣于未经“中毒”处理的活性炭的吸附效果。 4.2反思
1）实验前困难准备不足，活性炭样品准备的较少，导致实验过程中出现可疑数据时无法进行多次重复实验进行论证；
福建省“大学生创新创业训练计划”结题论文 新型活性炭香烟过滤嘴的研究
2）实验方案的撰写没有充分考虑到实验室现有的可使用仪器情况，许多步骤无法顺利完成；
3）数据处理及结果分析能力有待提高；
4）由于等仪器等客观及主观原因，实验周期拖得太长。
参考文献
【1】 沈曾民, 张文辉, 张学军. 活性炭的制备与应用. 北京: 化学工业出版社, 2006.
【2】 Zhigang Chen, Lisha Zhang, Yiwen Tang, Zhijie Jia. Adsorption of nicotine and tar from the mainstream smoke of cigarettes by oxidized carbon nanotubes. Surface Science 252(2006) 2933-2937
【3】 施音锐. 活性炭的性质及其在卷烟滤嘴中的应用. 中国林业科学院林产化工研究所.1993
【4】 胡成文. 过滤嘴中活性炭吸附性能的研究. 林产化工通讯.1993
【5】 吴敏，李胜荣. 矿物材料应用于香烟过滤嘴降害的研究现状与展望. A. 岩石矿物学杂志.2007.3
【6】 袁淑霞，吕春祥，李永红，梁栋. 活性炭改性对滤嘴吸附性能的影响. 太原理工大学学报. 2007.6
【7】 胡群，马静，刘志华，杨兵，张成敏，王理珉. 活性炭在低焦油卷烟滤嘴设计中的研究.2010
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新型活性炭香烟过滤嘴的研究
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摘要
第一章 绪论
1.1.课题研究的背景和意义„„„„„„„„„„„„„„1
1.2.香烟烟雾中有害成分的及其对人体器官的损害„„„„1
1.2.1香烟烟雾中有机物„„„„„„„„„„„„„2
1.2.2香烟烟雾中无机物„„„„„„„„„„„„„2
1.3.香烟烟雾对生物体的主要危害„„„„„„„„„„„4
1.3.1直接毒杀生命„„„„„„„„„„„„„„„4
1.3.2破坏人体的营养成分„„„„„„„„„„„„4
1.3.3诱发多种疾病„„„„„„„„„„„„„„„4
第二章 实验部分 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
2.1 实验材料 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
2.1.1实验样品 „„„„„„„„„„„„„„„„„5
2.1.2实验仪器 „„„„„„„„„„„„„„„„„5
2.1.3实验试剂 „„„„„„„„„„„„„„„„„5
2.2 实验方法 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
2.2.1高中孔活性炭的制备 „„„„„„„„„„„„5
2.2.2高中孔活性炭的“中毒”„„„„„„„„„„„6
2.2.3高中孔活性炭对苯、甲苯、丙酮的吸附效率 „„6
2.2.4高中孔活性炭对烟气烟雾中甲苯、苯乙烯和
苯酚的吸附效率„„„„„„„„„„„„„„„8
第三章 结果分析与讨论 „„„„„„„„„„„„„„„„9
3.1吸附实验数据处理„„„„„„„„„„„„„„„„9
3.1.1苯吸附实验 „„„„„„„„„„„„„„„„9
3.1.2甲苯吸附实验 „„„„„„„„„„„„„„„12
3.1.3丙酮吸附实验 „„„„„„„„„„„„„„„15
3.2吸附实验数据分析讨论 „„„„„„„„„„„„„18
3.2.1分组数据分析 „„„„„„„„„„„„„„„18
3.2.2整体分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„20
3.3抽滤实验数据处理 „„„„„„„„„„„„„„„20
3.3.1原始数据（峰面积） „„„„„„„„„„„„20
3.3.2吸附效果 „„„„„„„„„„„„„„„„„21
3.4抽滤实验数据分析 „„„„„„„„„„„„„„„22
3.4.1分组分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„22
3.4.2整体分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„23
第四章 结论与反思„„„„„„„„„„„„„„„„„„23
4.1课题结论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„23
4.2反思 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23
参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24
新型活性炭香烟过滤嘴的研究
项目名称：新型活性炭香烟过滤嘴的研究
项目编号：6 项目负责人：谭祖耀 班级：10环工
项目组成员：苏芮 谭祖耀 安鸿彬 吴妙 陈游 董娟娟
指导教师：宋磊
摘要：
近年来，越来越多的人意识到香烟对健康的危害。但由于种种原因，戒烟失败的案例比比皆是。在香烟滤嘴中放置活性炭可以去除香烟烟气中的大部分有害物质，但是醋酸纤维滤嘴中普遍含有增塑剂三醋酸甘油酯，三醋酸甘油酯会使活性炭中毒，吸附性能大大降低。本项目旨在研制出对三醋酸甘油酯稳定的新型碳材料，为健康加分。
关键词：活性炭；三醋酸甘油酯；吸附
第一章 绪论
1.1课题研究的背景和意义
众所周知，吸烟有害自身健康，香烟点燃后所释放的焦油、尼古丁、一氧化碳等化学物质会刺激呼吸道，损伤血管内膜，降低红血球输送氧气的能力，严重的，会导致器官癌变。同时，烟雾所造成的环境污染会危害他人。目前市场所销售的含有过滤嘴的香烟产品，良莠不齐，其在一定程度上降低了香烟烟气的有害成分，然而大部分的致癌物质并不能被消除。目前卷烟滤嘴的材质主要为醋酸纤维，可除去部分有害物质，如焦油、尼古丁，但是吸收能力有限，并不安全。故研制出新型安全的卷烟，对人体健康和空气污染改善具有重要意义。
研制颗粒活性炭过滤嘴为本次研究的主要目的，活性炭可以除去香烟烟气中的大部分有害物质，然而由于目前市场上广泛使用的醋酸纤维过滤嘴普遍含有增塑剂三醋酸甘油酯，如果将活性炭置于过滤嘴中，活性炭会受到三醋酸甘油酯的影响而中毒，降低其对烟气中的有害物质的吸附性能。故本项目旨在研制出对三醋酸甘油酯稳定的新型碳材料，改善卷烟品质。
国内有前人进行过活性炭过滤嘴的研究，然而对于放置于过滤嘴中，可以稳定保持其吸附性的颗粒活性碳过滤嘴的研究并不多见。鉴于国内的活性炭过滤嘴的应用还不普遍，然而国外活性炭过滤嘴已经有了很大的市场普及率，因此对于国内市场来说，此项目具有一定创新性，同时兼具实用性及相当大的发展空间。同时，向香烟滤嘴中添加活性炭不同于制作普通不便携带及使用的金属滤嘴，更加卫生，满足广大消费者的需要，适应市场需求。
1.2.香烟烟雾中有害成分的分析
烟草燃烧时释放的烟雾中含有3800多种已知的化学物质,绝大部分对人体有害.香烟点燃后对人体有害物质分为6大类。
1.2.1香烟烟雾中有机物
（1）醛类、氮化类、烯烃类。这些物质对呼吸道有刺激作用。
（2）尼古丁类。可刺激交感神经，引起血管内膜损害，可造成血压升高、心跳加快并诱发心脏病。
（3）胺类、氰化物和重金属。这些均属于毒性物质，能够破坏支气管和肺粘膜。
（4）苯并芘、砷、镉、甲基肼、氨基酚、其他放射性物质，均有致癌作用。
（5）酚类化合物和甲醛等。这些物质会加速癌变作用。
1.2.2香烟烟雾中无机物
（1）一氧化碳。减低红血球将氧输送到全身去的能力，造成组织和器官缺氧，进而使大脑、心脏等多种器官产生损伤。
1.3.香烟烟雾对生物体的主要危害
1.3.1直接毒杀生命
有人通过动物实验获得了下列惊人的结果：在大的马也经不住注射尼古丁，就会很快死亡；活蹦乱跳的狗，用不了一滴尼古丁注射到静脉里就可以将它置于死地；另外，使某些动物长期吸烟后，可以发现有血管收缩甚至硬化的明显趋向。
1.3.2破坏人体的营养成分
吸烟可以阻止人体对维生素丙的吸收，尼古丁对维生素C有直接的破坏作用。人体如果长期缺乏维生素C，就有的坏血病的可能。
1.3.3诱发多种疾病
由于吸入体内的烟对呼吸道、消化道等器官有恶性刺激作用，因而有人认为它是胃及十二指肠溃疡、呼吸道感染甚至为口、唇、舌、食道、呼吸道费等癌症的诱发因素。
第二章 实验部分
2.1实验材料
2.1.1实验样品
改性活性炭（经过不同浓度的Ca(NO3)2溶液活化、炭化处理）活性炭
2.1.2实验仪器
、原始
基本仪器：烧杯（100ml、250ml、500ml）、酒精灯、石棉网、电子天平、容量瓶、移液管、漏斗、玻璃棒、滤纸、转子流量计、恒温水浴箱、氮气瓶、广口瓶、秒表、针筒
表2.2 实验仪器
Table 2.2 Experimental apparatus
2.1.3 实验试剂 表2.1 实验试剂
Table 2.1 Laboratory reagents
2.2实验方法 2.2.1高中孔活性炭的制备
1.配置质量分数为0.5%、2.5%、5%、7.5%、10%的Ca(NO3)2溶液20ml。称取3g活性炭，将溶液与活性炭置于称量瓶内，并依次从0--4编号，室温下浸渍24h，过滤后干燥12h。
2.将活性炭置于管式炉中。通入氮气（流速为0.4L/min)，以10摄氏度每分钟的升温速度提升至450摄氏度，炭化30min,再升温至800摄氏度进行水蒸气（流速为0.4L/min)活化1h。
3.冷却至室温，加入去离子水煮沸30min,过滤，用蒸馏水冲洗数次，干燥保存。
4.测定所制备的活性炭的氮气吸附等温线，分析活性炭孔结构。 （注：1.在活性炭制备过程中加入Ca催化剂可以通过选择性气体而使活性炭的中孔加强
2.通过Ca催化剂制备的活性炭需酸洗进一步使中孔增加）
2.2.2高中孔活性炭的“中毒”
1.将0-4号高中孔活性炭分别称量出一半,不参与 “中毒”（即经过三醋酸甘油酯处理） 处理的活性炭标记为0W 、1W、 2W、 3W、
4W，参与如下步骤处理的分别标记为0C、 1C、 2C、 3C、 4C。
2.将0C、 1C、 2C、 3C、 4C分别放进一个小干燥瓶子中，不盖盖子。
3.在瓷质大碗中倾注约3cm高的三醋酸甘油酯，再在液面2cm以上处平铺一张特制的铁丝网，将装有活性炭的小干燥瓶？？？？放到铁丝网上面。
4.瓷质大碗外面盖好盖子，并用保鲜膜密封住，放到冰箱中，温度调至4摄氏度，保存14天。
图2.1 改性活性炭吸附三醋酸甘油酯
2.2.3高中孔活性炭对苯、甲苯、丙酮的吸附效率
组装实验装置如下:
尾气排
空
氮气转子流量计VOCS混合室吸附柱吸收管
图2.2动态吸附挥发性有机物装置
对苯的吸附效率:
1. 如图所示，连接好装置，并注意在连接各个玻璃仪器之间的导管
处用生胶带密封好。
2. 在瓶3中注入2cm的分析纯苯溶液，将导管没入液面之下
3. 支管4处于不放置任何物品，以作空白对照
4. 把比色皿（5）移走，整个装置先通入10min氮气（流速控制在
0.8L/Min），使得瓶2和瓶3处于氮气充盈的状态
5. 把比色皿（5）放到气流末端进行吸附VOCs内加入环己烷（分
析纯）吸附气流的时间分别为10s、 20 s、 30 s、 40 s、 50 s、 60 s、 1min、 2min、 3min、 4min、 5min、 6min
6. 在苯的最大吸收峰波长处测定比色皿内溶液的分光光度，并转换
为对应的浓度
7. 在支管4中放入0W号活性炭,重复步骤5、6
8. 在支管4中放入1W号活性炭,重复步骤5、6
9. 在支管4中放入2W号活性炭,重复步骤5、6
10. 在支管4中放入3W号活性炭,重复步骤5、6
11. 在支管4中放入4W号活性炭,重复步骤5、6
12. 在支管4中放入0C号活性炭,重复步骤5、6
13. 在支管4中放入1C号活性炭,重复步骤5、6
14. 在支管4中放入2C号活性炭,重复步骤5、6
15. 在支管4中放入3C号活性炭,重复步骤5、6
16. 在支管4中放入4C号活性炭,重复步骤5、6
17. 在瓶3中注入2cm的分析纯甲苯溶液，将导管没入液面之下，
密封好各个连接处
18. 重复步骤3—16
19. 在瓶3中注入2cm的分析纯丙酮溶液，将导管没入液面之下，
密封好各个连接处
20. 重复步骤3—16
21.在0C、1C、2C、3C、4C中选择吸附效果最佳的活性炭，用作综合烟气的吸附实验
2.2.4高中孔活性炭对烟气烟雾中甲苯、苯乙烯和苯酚的吸附效率
1. 在普通香烟的过滤嘴中间加入200mg已制备的活性炭，用注射
器以25ml/s的速度抽取烟气，每支抽取5次，收集250 ml的烟气进行抽烟试验，溶解于1 mL环己烷（色谱纯）中，待分析。
2. 采用气相色谱-质谱联用仪检测卷烟烟气中的挥发性有机物。 色谱条件：色谱柱：Rtx-5MS(30.0 m*250 μm*0.25 μm)；
程序升温条件：初始35 ℃，保持5 min，以10 ℃/min升至80 ℃，保持2 min，以30 ℃/min升至150 ℃；
质谱条件：离子源(EI源)，接口温度280 ℃，溶剂延迟3 min，开始时间4 min。
3. 计算0号和1和改性的活性炭对各种不同香烟的综合吸附效率
图2.3 带活性炭过滤嘴的香烟结构图
注：白色部分为烟丝；橙黄色部分为醋酸纤维过滤嘴(12 mm长)；黑色部分为活性炭颗粒。
第三章 结果分析与讨论
3.1吸附实验数据处理
3.1.1苯吸附试验
表3.1.1a：每个型号的活性炭吸附苯后的原始浓度（mg/L,由测出
的吸光度转换得到）
对以上数据作如下处理：
将每个型号的活性炭吸附浓度与空白对照组的浓度相减，得到数据
见下表：
表3.1.1b：每个型号的活性炭的苯吸附效率
为方便作图并统计，求出每克活性炭对苯的吸附效率见下表：
表3.1.1c：每克活性炭的苯吸附效率
3.1.2甲苯吸附实验
表3.1.2a：每个型号的活性炭吸收甲苯后原始浓度
表3.1.2b：每个型号的活性炭的甲苯吸附效率
表3.1.2c：每克活性炭的甲苯吸附效率
3.1.3丙酮吸附实验
表3.1.3a 每个型号的活性炭的丙酮原始吸附浓度
表3.1.3b每个型号的活性炭的丙酮吸附效率
表3.1.3c每克活性炭的丙酮吸附效率
3.2吸附实验数据分析讨论 3.2.1分组数据分析
根据表3.1.1c、3.1.2c、3.1.3c可以做出如下折线
图3.2.1a苯吸附效率曲线 由图可知：
在经“中毒”处理过的活性炭中，处理效果由高到低分别为C1、C0、C3、C2。
未经“中毒”处理过的活性炭中，处理效果由高到底分别为W1、W2、W3、W0。
综合上述对比结果可以得知，不论是否经过“中毒”处理，1号活性炭对苯的吸附效果都是最好的。
就整体效果而言，W组的处理效果明显优于C组。
W0号的曲线与其他几组的趋势差异较大，考虑存在偶然误差，但是由于实验样品的数量有限，没有进行多次实验的条件，无法进行验证。
C组曲线400秒后突然升高，考虑存在误差。然而就实际抽烟时间
而言，抽一根烟的平均时间大约是5分钟，即300秒，所以400秒后的误差暂时不考虑。
图3.2.1b甲苯吸附效率曲线
由图可知：
在经“中毒”处理过的活性炭中，处理效果由高到低分别为：C0、C1、C2、C3、C4。
未经“中毒”处理过的活性炭中，处理效果由高到低分别为：W1、W0、W2、W4、W3，其中W1与W0的差异不大，曲线重合部分较多。
综合上述结果可知，0号与1号的吸附效果较好。
W组与C组的处理效果整体差异不明显，无法得出明确的对比结论。
图3.2.1c丙酮吸附效率曲线
由图可知：
在经“中毒”处理过的活性炭中，处理效果由高到低分别为：C1、C3、C0、C2。
未经“中毒”处理过的活性炭中，处理效果由高到低分别为：W1、W0、W3、W2。
综合上述结果可知，1号的吸附效果最好。
对C组与W组进行整体吸附效果对比，W组略优，但二者差异不明显。
3.2.2整体分析
对3.2.1的每组结论进行整合分析，可以得出结论：1号活性炭的处理效果最好，0号次之。故选取1号和0号活性炭进行接下来的烟气抽滤实验。
3.3抽滤实验数据处理 3.3.1原始数据（峰面积）
本部分实验采用的活性炭皆为未经“中毒”处理的。由于仪器及实验条件限制，实验药品与吸附试验有一定差异。
记红塔山为T，黄鹤楼为H，五叶神为W，活化改性为G。
表3.3.1a抽滤实验空白对照数据
表3.3.1b抽滤实验未活化改性组数据
表3.3.1c抽滤实验活化改性组数据
3.3.2吸附效果
吸附效果为0号及1号活性炭与空白组对比得到的，即被吸附值除以原有值，以百分比记。
表3.3.2a经活化改性的活性炭的吸附效果
表3.3.2未经活化改性的活性炭的吸附效果
3.4抽滤数据分析 3.4.1分组分析
由表3.3.2a可作如下柱状图：
图3.4.1a 经活化改良的活性炭吸附效果分析
由图可得如下结论：
1）两组活性炭对苯乙烯的吸收效果都达到了百分之百，对甲苯的吸收效果都在百分之九十以上，效果较好；
2）两组活性炭对苯酚的吸附效果都不太理想，甚至出现了负值，即劣于空白对照组；
3）0号活性炭吸附效果略优于1号，但二者差异不大；
4）就香烟而言，吸附效果有高到低依次为五叶神、黄鹤楼、红塔山。
由表3.3.2b可作如下柱状图：
图3.4.1b 未经活化改良的活性炭吸附效果分析
由图可得如下结论：
1）0号与1号的吸附效果都不理想；
2）苯酚的吸附效果最差，苯乙烯吸附效果最好； 3）整体数据凌乱，基本无规律可循。
3.4.2整体分析
综合对比图3.4.1a和图3.4.1b，可以得到如下结论
1）经过活化改良的活性炭吸附效果明显优于未经活化改良的； 2）活性炭对苯乙烯的吸附效果最好；
3）苯酚吸附效果最差，且部分数据不符合常理，可能存在仪器误差；
4）0号活性炭吸附效果略优于1号活性炭；
5）活性炭对烟气中挥发性有机物的去除具有一定的选择性，但对大部分有机物去除效果明显。
第四章 结论与反思 4.1课题结论
1）经质量分数为0.5%的硝酸钙溶液活化改良后的活性炭对烟气中的有机物的吸附效果最理想，经质量分数为2.5%的硝酸钾同业活化改良的活性炭对烟气中的有机物的吸附效果次之，二者差异不大，此结论可为日后新型活性炭过滤嘴的开发提供理论支持； 2）当用浓度较高的硝酸钙溶液进行活化时，容易产生活化过度的现象，使活性炭原有的孔径结构被损坏，吸附效果大大降低； 3）活性炭对于烟气中的挥发性有机物的去除有一定的选择性，对少数挥发性有机物无效，甚至会产生负面影响，但对大多数有机物的去除效果明显；
4）活化改良可以一定程度上减少活性炭“中毒”，但无法完全阻止。经“中毒”处理的改良活性炭的吸附效果微劣于未经“中毒”处理的活性炭的吸附效果。 4.2反思
1）实验前困难准备不足，活性炭样品准备的较少，导致实验过程中出现可疑数据时无法进行多次重复实验进行论证；
福建省“大学生创新创业训练计划”结题论文 新型活性炭香烟过滤嘴的研究
2）实验方案的撰写没有充分考虑到实验室现有的可使用仪器情况，许多步骤无法顺利完成；
3）数据处理及结果分析能力有待提高；
4）由于等仪器等客观及主观原因，实验周期拖得太长。
参考文献
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