納米材料在卷煙煙氣CO中的應(yīng)用概述

摘 要 納米材料因結(jié)構(gòu)特殊，具有不同于傳統(tǒng)材料的物理和化學(xué)性質(zhì)，如比表面積大、選擇性強(qiáng)、吸附能力強(qiáng)等，已成為煙草行業(yè)降焦減害的重要手段。按納米材料種類(lèi)可分為礦物類(lèi)納米材料、炭基納米材料、金屬納米材料、氧化物納米材料。本文綜述了納米材料在卷煙煙氣CO中的應(yīng)用現(xiàn)狀，展望了納米材料在卷煙煙氣中的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞 納米材料;CO;降焦減害

前言

吸煙與健康問(wèn)題一直是煙草工作者關(guān)注的焦點(diǎn)，而如何有效減少甚至去除煙氣中有害成分已成為煙草行業(yè)降焦減害的重點(diǎn)研究方向。一氧化碳（CO），卷煙煙氣中有害物質(zhì)之一，主要存于煙支燃燒過(guò)程形成的主流煙氣和側(cè)流煙氣中。CO被吸入人體后，易與血紅蛋白結(jié)合，形成穩(wěn)定的碳氧血紅蛋白，而碳氧血紅蛋白的解離難度大，使得氧難以結(jié)合血紅蛋白，從而造成人體組織內(nèi)缺氧，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)危及生命。

近年來(lái)，納米材料因有大的比表面積、催化活性和選擇性高、表面存在大量不飽和鍵及合成具有可控性等優(yōu)點(diǎn)而為卷煙降焦減害帶來(lái)了新機(jī)遇。本文從納米材料的分類(lèi)綜述了其在卷煙煙氣CO中的應(yīng)用現(xiàn)狀，還對(duì)未來(lái)納米材料在卷煙中的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

1 納米材料在煙氣CO中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 礦物類(lèi)納米材料

納米礦物材料主要是由非金屬礦物構(gòu)成的具備納米結(jié)構(gòu)特征的材料，如沸石、凹凸棒、蒙脫石等，它們具有納米材料大比表面積，高吸附容量等特性，故在煙草行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。趙素琴等[1]發(fā)明了一種用于去除香煙煙氣中有害成分的沸石分子篩吸附劑，該吸附劑添加到卷煙濾嘴中能有效去除煙氣中CO、醛類(lèi)及芳烴，并且使得煙氣煙堿和焦油量分別降低42%和31%以上。李東亮等[2]報(bào)道了在卷煙濾嘴中添加凹凸棒石，利用其礦物特性可選擇性降低卷煙煙氣中的焦油、CO，且煙支原來(lái)的吸味不受影響。

1.2 炭基納米材料

炭基納米材料是人們研究較早、最普遍的一種煙用添加劑，其中活性炭纖維材料（ACF）由于自身優(yōu)異性能而被廣泛研究。活性炭纖維是以有機(jī)纖維為原料經(jīng)高溫炭化形成的新型炭質(zhì)材料，相比活性炭孔徑小、比表面積大、吸附能力強(qiáng)等。許愛(ài)琴[3]比較了不同種類(lèi)的ACF對(duì)煙氣CO的吸附性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)粘膠基ACF降害性能優(yōu)于聚丙烯基ACF，且ACF置于距離濾嘴煙絲端10 mm處降低CO的效果最佳，降低率達(dá)6.52%。之后探討了負(fù)載改性ACF對(duì)煙氣CO的含量以及煙氣安全性的影響，研究表明Cu-Pd負(fù)載改性ACF對(duì)CO的去除能力最佳，且不會(huì)對(duì)吸出的煙氣產(chǎn)生不利影響。但是此類(lèi)添加劑易對(duì)卷煙感官質(zhì)量帶來(lái)不利的影響，所以相關(guān)報(bào)道較少。

1.3 金屬納米材料

負(fù)載金屬型納米材料能在常溫下催化氧化CO，早在20世紀(jì)七八十年代國(guó)外就申請(qǐng)了用金、銀、鈀等金屬納米顆粒負(fù)載的碳納米管添加到煙絲中用于降低CO、多環(huán)芳烴等有害成分的專(zhuān)利，因此開(kāi)發(fā)降低CO排放量的負(fù)載型催化劑在國(guó)內(nèi)也得到了廣泛的探索。呂功煊等[4]首次研制出適合煙草行業(yè)的含納米貴金屬催化材料復(fù)合濾嘴，確定了降低煙氣CO的最佳工藝參數(shù)，使得CO的釋放量降低26.9%，且卷煙感官質(zhì)量不被影響。El-Shall等[5]在濾嘴中添加了負(fù)載鈀的納米催化劑，研究表明鈀型納米催化劑可使主流煙氣中CO催化為CO2，從而達(dá)到去除煙氣有害成分的目的。劉楠等[6]以煙草花葉病毒為模板，通過(guò)引入SO32-、SCN-，制備了貴金屬納米催化劑，并將其添加到濾嘴中制成新型濾棒，結(jié)果表明此新型濾棒使CO釋放量減少27.43%。

1.4 氧化物納米材料

雖然金屬納米材料在催化氧化CO上有很好的功效，但制備條件苛刻、成本較高，催化劑穩(wěn)定性低，故在降焦減害工作上存在一定的局限性。為了克服這種局限性，人們開(kāi)始探究金屬氧化物在卷煙減害方面的應(yīng)用。Li P等[7]將納米復(fù)合氧化物催化劑MnO2用于催化氧化CO，顯著降低了煙氣中CO的含量。該催化劑既能加到卷煙煙絲中，也能置于卷煙紙中。此外，繆應(yīng)菊等人[8]采用濕法將不同尺寸的納米氧化鐵加入到再造煙葉中，研究顯示再造煙葉中加入納米氧化鐵能降低CO釋放量，然而隨著納米氧化鐵粒徑尺寸增大，CO釋放量降低的幅度減少。

2 結(jié)束語(yǔ)

納米材料作為煙用添加劑在降焦減害方面取得顯著進(jìn)展，但納米材料的添加常對(duì)煙氣感官質(zhì)量帶來(lái)不良影響。此外在實(shí)際應(yīng)用中的安全性和環(huán)保性有待深究。因此研發(fā)改善煙氣品質(zhì)和安全無(wú)毒低廉、普適性的復(fù)合納米材料將是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙素琴，汪耀慧.一種脫除香煙煙氣中有害物質(zhì)用吸附劑[P].中國(guó)專(zhuān)利：1125078A，1996-06-26.

[2] 李東亮，王玉堂，樊杰，等.凹凸棒石吸附劑在卷煙濾嘴中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)[J].煙草科技，2003（4）：6-8.

[3] 許愛(ài)琴. 應(yīng)用改性ACF選擇性降低卷煙煙氣中的CO[D]. 南京：南京師范大學(xué)，2007.

[4] 呂功煊，聶聰，趙明月，等.應(yīng)用含納米貴金屬催化材料降低卷煙煙氣中CO技術(shù)研究[J].中國(guó)煙草學(xué)報(bào)，2003（9）：17-27.

[5] El-Shall M S，Deevi S.Palladium-containing nanoscale catalysts [P].US8020567，2011-09-20.

[6] 劉楠，唐綱嶺，陳再根，等.基于煙草花葉病毒模板高密度納米金的制備及其對(duì)卷煙煙氣CO的影響[J].煙草科技，2012（8）：66-69.

[7] Li P，F(xiàn)irooz R，Mohammad H.Manganese oxide mixtures in nanoparticle form to lower the amount of carbon monoxide and nitric oxide in the mainstream smoke of a cigarette[P].US6782892，2004-08-31.

[8] 繆應(yīng)菊，劉維涓，王亞明，等. 納米氧化鐵對(duì)再造煙葉煙氣CO釋放量的影響及其機(jī)制[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，43（10）：146-149.

作者簡(jiǎn)介

朱艷艷（1991-），女，河南周口人;現(xiàn)就職單位：河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司駐馬店卷煙廠，研究方向：煙草工藝。