纳米材料在卷烟烟气CO中的应用概述

摘 要 纳米材料因结构特殊，具有不同于传统材料的物理和化学性质，如比表面积大、选择性强、吸附能力强等，已成为烟草行业降焦减害的重要手段。按纳米材料种类可分为矿物类纳米材料、炭基纳米材料、金属纳米材料、氧化物纳米材料。本文综述了纳米材料在卷烟烟气CO中的应用现状，展望了纳米材料在卷烟烟气中的应用前景。

关键词 纳米材料;CO;降焦减害

前言

吸烟与健康问题一直是烟草工作者关注的焦点，而如何有效减少甚至去除烟气中有害成分已成为烟草行业降焦减害的重点研究方向。一氧化碳（CO），卷烟烟气中有害物质之一，主要存于烟支燃烧过程形成的主流烟气和侧流烟气中。CO被吸入人体后，易与血红蛋白结合，形成稳定的碳氧血红蛋白，而碳氧血红蛋白的解离难度大，使得氧难以结合血红蛋白，从而造成人体组织内缺氧，严重时还会危及生命。

近年来，纳米材料因有大的比表面积、催化活性和选择性高、表面存在大量不饱和键及合成具有可控性等优点而为卷烟降焦减害带来了新机遇。本文从纳米材料的分类综述了其在卷烟烟气CO中的应用现状，还对未来纳米材料在卷烟中的应用前景进行了展望。

1 纳米材料在烟气CO中的应用现状

1.1 矿物类纳米材料

纳米矿物材料主要是由非金属矿物构成的具备纳米结构特征的材料，如沸石、凹凸棒、蒙脱石等，它们具有纳米材料大比表面积，高吸附容量等特性，故在烟草行业得到了广泛的应用。赵素琴等[1]发明了一种用于去除香烟烟气中有害成分的沸石分子筛吸附剂，该吸附剂添加到卷烟滤嘴中能有效去除烟气中CO、醛类及芳烃，并且使得烟气烟碱和焦油量分别降低42%和31%以上。李东亮等[2]报道了在卷烟滤嘴中添加凹凸棒石，利用其矿物特性可选择性降低卷烟烟气中的焦油、CO，且烟支原来的吸味不受影响。

1.2 炭基纳米材料

炭基纳米材料是人们研究较早、最普遍的一种烟用添加剂，其中活性炭纤维材料（ACF）由于自身优异性能而被广泛研究。活性炭纤维是以有机纤维为原料经高温炭化形成的新型炭质材料，相比活性炭孔径小、比表面积大、吸附能力强等。许爱琴[3]比较了不同种类的ACF对烟气CO的吸附性能，结果发现粘胶基ACF降害性能优于聚丙烯基ACF，且ACF置于距离滤嘴烟丝端10 mm处降低CO的效果最佳，降低率达6.52%。之后探讨了负载改性ACF对烟气CO的含量以及烟气安全性的影响，研究表明Cu-Pd负载改性ACF对CO的去除能力最佳，且不会对吸出的烟气产生不利影响。但是此类添加剂易对卷烟感官质量带来不利的影响，所以相关报道较少。

1.3 金属纳米材料

负载金属型纳米材料能在常温下催化氧化CO，早在20世纪七八十年代国外就申请了用金、银、钯等金属纳米颗粒负载的碳纳米管添加到烟丝中用于降低CO、多环芳烃等有害成分的专利，因此开发降低CO排放量的负载型催化剂在国内也得到了广泛的探索。吕功煊等[4]首次研制出适合烟草行业的含纳米贵金属催化材料复合滤嘴，确定了降低烟气CO的最佳工艺参数，使得CO的释放量降低26.9%，且卷烟感官质量不被影响。El-Shall等[5]在滤嘴中添加了负载钯的纳米催化剂，研究表明钯型纳米催化剂可使主流烟气中CO催化为CO2，从而达到去除烟气有害成分的目的。刘楠等[6]以烟草花叶病毒为模板，通过引入SO32-、SCN-，制备了贵金属纳米催化剂，并将其添加到滤嘴中制成新型滤棒，结果表明此新型滤棒使CO释放量减少27.43%。

1.4 氧化物纳米材料

虽然金属纳米材料在催化氧化CO上有很好的功效，但制备条件苛刻、成本较高，催化剂稳定性低，故在降焦减害工作上存在一定的局限性。为了克服这种局限性，人们开始探究金属氧化物在卷烟减害方面的应用。Li P等[7]将纳米复合氧化物催化剂MnO2用于催化氧化CO，显著降低了烟气中CO的含量。该催化剂既能加到卷烟烟丝中，也能置于卷烟纸中。此外，缪应菊等人[8]采用湿法将不同尺寸的纳米氧化铁加入到再造烟叶中，研究显示再造烟叶中加入纳米氧化铁能降低CO释放量，然而随着纳米氧化铁粒径尺寸增大，CO释放量降低的幅度减少。

2 结束语

纳米材料作为烟用添加剂在降焦减害方面取得显著进展，但纳米材料的添加常对烟气感官质量带来不良影响。此外在实际应用中的安全性和环保性有待深究。因此研发改善烟气品质和安全无毒低廉、普适性的复合纳米材料将是未来发展的趋势。

参考文献

[1] 赵素琴，汪耀慧.一种脱除香烟烟气中有害物质用吸附剂[P].中国专利：1125078A，1996-06-26.

[2] 李东亮，王玉堂，樊杰，等.凹凸棒石吸附剂在卷烟滤嘴中的应用实验[J].烟草科技，2003（4）：6-8.

[3] 许爱琴. 应用改性ACF选择性降低卷烟烟气中的CO[D]. 南京：南京师范大学，2007.

[4] 吕功煊，聂聪，赵明月，等.应用含纳米贵金属催化材料降低卷烟烟气中CO技术研究[J].中国烟草学报，2003（9）：17-27.

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

[6] 刘楠，唐纲岭，陈再根，等.基于烟草花叶病毒模板高密度纳米金的制备及其对卷烟烟气CO的影响[J].烟草科技，2012（8）：66-69.

[7] Li P，Firooz 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] 繆应菊，刘维涓，王亚明，等. 纳米氧化铁对再造烟叶烟气CO释放量的影响及其机制[J]. 河南农业科学，2014，43（10）：146-149.

作者简介

朱艳艳（1991-），女，河南周口人;现就职单位：河南中烟工业有限责任公司驻马店卷烟厂，研究方向：烟草工艺。