2003年度国家烟草专卖局科学技术进步奖获奖项目简介(Ⅲ)

1　降低卷烟烟气中有害成分的技术研究该项目利用气相色谱 /质谱联用仪 (GC/MS)和气相色谱 /热能分析联用仪 (GC_TEA)分别测定了卷烟烟气中苯并 [a]芘和烟草特有亚硝胺 (TSNAs)的方法 ;确定了测定卷烟烟气中气相自由基和粒相自由基的较佳分析条件 ;利用多相催化原理研制出可在常温下将烟气中一氧化碳催化氧化为二氧化碳的含纳米贵金属活性组分的催化材料、助剂和二元催化材料复合滤棒 ;研制出适合于烟草工业应用的改性NaY型分子筛及其含此分子筛的二复合滤棒 ,并进行了卷烟降焦减害的实验研究 ;采用各种降低卷烟侧流烟气的技术手段和…     

聚甲基丙烯酸缩水甘油酯互通多孔材料选择性降低卷烟烟气中的苯酚

为选择性降低卷烟烟气中苯酚的释放量,制备了聚甲基丙烯酸缩水甘油酯互通多孔材料(PolyGMA材料),利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面及孔径分析仪对材料进行了表征,并分别考察了添加至二元复合滤棒和涂布卷烟纸2种应用方式对选择性降低卷烟烟气中苯酚释放量的影响。结果表明:①制备的材料具备环氧基团和互通多孔的结构,其比表面积为119.5 m2/g,平均孔径为17.3 nm;②该材料以添加二元复合滤棒形式在卷烟中应用效果较佳,与对照卷烟相比,试验卷烟苯酚释放量降低28.3%,苯酚选择性降低率为23.0%,且卷烟感官质量无明显差异。     

碱性功能SBA-15/聚醚砜复合材料降低卷烟烟气中的氰化氢

为选择性降低卷烟主流烟气中HCN释放量,采用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)对SBA-15介孔分子筛进行碱性功能化修饰,并与聚醚砜复合得到碱性功能化SBA-15/聚醚砜复合材料。利用低温氮气吸附脱附、扫描电镜、热重分析等手段对该材料孔结构、表面形貌及热稳定性进行表征,并将材料添加于卷烟滤嘴中考察降低HCN性能。结果表明:①经APTS修饰的SBA-15材料仍保持有序介孔孔道结构,且与聚醚砜复合后的材料具有不规则的海绵状多孔结构;②复合材料在200℃以下具有良好热稳定性;③将碱性功能化SBA-15/聚醚砜复合材料以20 mg/支添加量制成二元复合滤棒应用于卷烟后,卷烟主流烟气中HCN释放量降低29.6%,而焦油及感官质量变化较小,卷烟危害性评价指数(H)下降0.2。表明所制备材料对卷烟烟气HCN有良好选择性吸附性能。     

应用后合成法制备的胺基功能化材料降低卷烟主流烟气中挥发性羰基化合物研究

采用后合成方法将胺基嫁接到载体上制备降低卷烟主流烟气中挥发性羰基化合物的材料,通过考察载体、胺基试剂和胺基试剂的用量对降低卷烟主流烟气中挥发性羰基化合物性能的影响,确定了后合成材料的较佳条件,即以三氧化二铝为载体,以3-胺基丙基三乙氧基硅烷（APTES）为胺基化试剂,两者的比例是:1 g三氧化二铝:5 mmol APTES。卷烟应用试验结果表明,应用该材料制备的二元复合滤棒卷制试验卷烟,与对照卷烟相比,试验卷烟的烟碱和焦油释放量基本不变,甲醛释放量降低55.2％、乙醛释放量降低25.0％、丙醛释放量降低20.7％、巴豆醛释放量降低17.8％,评吸结果表明,两种卷烟总体风格特点和感官质量基本一致。      

应用后合成法制备的胺基功能化材料降低卷烟主流烟气中挥发性羰基化合物研究

采用后合成方法将胺基嫁接到载体上制备降低卷烟主流烟气中挥发性羰基化合物的材料,通过考察载体、胺基试剂和胺基试剂的用量对降低卷烟主流烟气中挥发性羰基化合物性能的影响,确定了后合成材料的较佳条件,即以三氧化二铝为载体,以3-胺基丙基三乙氧基硅烷(APTES)为胺基化试剂,两者的比例是:1 g三氧化二铝:5 mmol APTES.卷烟应用试验结果表明,应用该材料制备的二元复合滤棒卷制试验卷烟,与对照卷烟相比,试验卷烟的炯碱和焦油释放量基本不变,甲醛释放最降低55.2%、乙醛释放量降低25.0%、丙醛释放量降低20.7%、巴豆醛释放量降低17.8%.评吸结果表明,两种卷烟总体风格特点和感官质量基本一致.     

介孔复合体EDTA-4Na/γ-Al_2O_3降低卷烟主流烟气中铬和镉释放量的研究

以γ-Al_2O_3介孔固体、EDTA-4Na·4H_2O为原料,采用浸渍法制备了介孔复合体EDTA-4Na/γ-Al_2O_3,利用透射电子显微镜(TEM)、X-射线粉末衍射(XRD)及热重分析(TG)等对材料的结构和性能进行了表征,将介孔复合体EDTA-4Na/γ-Al_2O_3添加到滤棒中,制成介孔复合体二元复合滤棒,并制成卷烟,考察其对卷烟主流烟气Cr和Cd释放量的影响。结果表明:将介孔复合体EDTA-4Na/γ-Al_2O_3按每支滤嘴16.25mg的添加量添加到二元复合滤棒中,可使卷烟主流烟气中的Cr及Cd释放量分别降低33.2%和31.1%。同时,本文还对介孔复合体EDTA-4Na/γ-Al_2O_3降低卷烟主流烟气中Cr及Cd释放量的可能机理进行了探讨。     

功能化聚乙烯亚胺选择性降低卷烟烟气中的HCN

为选择性降低卷烟主流烟气中氰化氢(HCN)的释放量,制备了过渡金属离子改性的聚乙烯亚胺(PEI)液体功能材料,对材料进行了紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和热重分析(TG)表征。利用卷烟添加剂性能模拟评价装置考察了制备材料降低烟气中HCN的性能,并优化了材料的制备条件;将优化后制备的材料以涂布在纸-醋纤二元复合滤棒中的形式应用于卷烟。结果表明:1金属离子改性的PEI功能材料具有较好的水溶性,在280℃以下具有良好的热稳定性;2PEI重均分子量为600、溶液质量分数为20%、金属离子为Zn~(2+)且Zn~(2+)/PEI比值为2.93×10~(-4)mol/g时,所制备的功能材料对烟气HCN降低性能最好;3与对照卷烟相比,材料添加量为10.6 mg/支的试验卷烟主流烟气HCN的选择性降低率为40.2%,焦油和感官质量基本不变;材料添加量为19.9 mg/支时,HCN的选择性降低率高达72.1%,但卷烟感官质量有一定降低。     

琼脂-纳米SiO_2气凝胶的制备及在卷烟滤嘴中的应用

为开发卷烟减害新材料,向琼脂基质中加入不同量的纳米SiO_2,采用溶胶-凝胶法制备了系列琼脂-纳米SiO_2气凝胶材料,对材料形貌和微结构进行了表征;采用模拟烟气吸附试验考察了材料对巴豆醛的吸附效果,并通过二元复合滤棒的形式考察了Agar-SiO_2-60%(气凝胶中纳米SiO_2的质量分数为60%)在卷烟滤嘴中的应用效果。结果表明:(1)该材料呈三维网络多孔结构,比表面积为73.62～424.75m~2/g,平均孔径为23.46～10.38 nm。(2)当气凝胶中纳米SiO_2的质量分数从0依次增加到20%、40%、60%、80%时,琼脂-纳米SiO_2气凝胶对巴豆醛的吸附量从1.65 mg/g依次增加到3.13、4.35、8.91、13.80 mg/g。(3)卷烟滤棒中Agar-SiO_2-60%添加量为30 mg/支时,试验卷烟主流烟气常规指标基本无变化,有害成分NNK、NH_3以及巴豆醛释放量较对照卷烟分别降低12.8%、11.3%和9.5%,烟气危害性指数降低0.6,且感官品质未下降。     

胆碱-赖氨酸离子液体选择性降低卷烟烟气中的氰化氢和巴豆醛

为选择性降低卷烟主流烟气中氰化氢(HCN)和巴豆醛的释放量,采用滤嘴减害添加剂模拟测试装置对20种天然氨基酸进行了筛选,优选赖氨酸制备了气相二氧化硅固载的胆碱-赖氨酸离子液体([Ch][Lys]/SiO_2)颗粒材料(0.30~0.20 mm,60~80目),对材料进行了结构表征和减害性能模拟评价,并通过二元复合滤棒形式进行了卷烟应用效果考察和感官质量评价。减害性能测试结果显示:赖氨酸对降低HCN和巴豆醛有显著效果(P0.01);[Ch][Lys]/SiO_2的作用效果优于赖氨酸,可使对照卷烟烟气中HCN和巴豆醛的释放量分别降低83%和29%,降幅与添加量(0~0.3 mmol/支)线性正相关。卷烟应用效果表明:二元复合滤棒中[Ch][Lys]/SiO_2的添加量为0.08 mmol/支时,试验卷烟烟气中HCN和巴豆醛释放量较对照卷烟分别降低28%和10%;烟气常规成分及氨、NNK、B[a]P、苯酚等其他代表性有害成分的释放量变化较小;卷烟风格基本一致,感官质量无显著差异(P0.05)。     

利用改性Y型分子筛降低卷烟烟气中的有害成分

本文利用沸石分子筛选择性吸附的原理,首次研制出了适合于烟草工业应用的改性Y型分子筛和二元分子筛复合滤棒,进行了卷烟降焦减害的试验研究。筛选出了一种适用于改性Y型分子筛的机械强度改进剂,解决了分子筛复合滤棒成形过程中的扬尘问题,确定了较佳的改性Y型分子筛的技术参数和生产条件,有利于复合滤棒的工业化生产。应用二元分子筛复合滤棒接装的卷烟样品,不仅能在保持卷烟感官质量基本不变的情况下,显著降低卷烟烟气的焦油量,而且对卷烟烟气中的苯系物、稠环芳烃、酚类成分和烟草特有亚硝胺等有害成分均具有一定的选择性过滤效果。研究结果表明,与对照卷烟相比,试验卷烟降低焦油幅度达20%以上;苯系物降低幅度达30%以上,苯并[α]芘降低25%以上;尤其是对烟草特有亚硝胺具有显著性降低。      

卷烟降焦减害技术研究进展

回顾了近年来国内外卷烟降焦减害技术的科研动态与科研新成果,重点介绍了生物材料、纳米材料、分子筛、低温催化剂以及低危害烟叶调制技术、低侧流烟气技术等在卷烟降焦减害方面的应用研究进展。介绍了新型特殊功能滤嘴、新型滤嘴材料和多种滤嘴及卷烟添加剂在卷烟降焦减害上的应用现状,同时,还简要介绍了近期开发出的可有效降焦减害的几种烟草加工工艺与烟草处理技术。     

辅助材料设计参数对烤烟型卷烟烟气焦油、烟碱和CO释放量的影响

为探索辅助材料与卷烟烟气化学成分之间的关系,研究了卷烟纸定量、卷烟纸透气度、成形纸透气度、接装纸透气度和滤棒吸阻对卷烟主流烟气焦油、烟碱和CO释放量的影响,并通过辅材设计参数的组合设计,建立了辅材设计参数预测焦油、烟碱和CO释放量的数学模型.结果表明:①卷烟纸定量增加CO释放量增加;②卷烟纸透气度增加,焦油、烟碱和CO释放量降低;③滤棒吸阻增加,焦油和烟碱释放量降低;④接装纸透气度增加,焦油、烟碱和CO释放量显著降低;⑤成形纸透气度增加,焦油、烟碱和CO释放量降低,降低程度与配合使用的接装纸透气度有关;⑥焦油、烟碱和CO释放量预测模型的预测值与实测值基本吻合.     

Effects of low nicotine content cigarettes on smoke intake.

Cigarettes with selective reductions in nicotine delivery have been considered as potential tools to prevent or treat nicotine dependence or to reduce harm by virtue of reduced nicotine and nitrosamine delivery. An important question is whether individuals smoke these products more intensively, as has been shown to occur with ventilated-filter cigarettes. To investigate this issue, we compared conventional highly ventilated filter cigarettes, having very low tar and nicotine yields when smoked by Federal Trade Commission method (1 mg tar, 2 mg carbon monoxide [CO],.2 mg nicotine), with low nicotine content cigarettes, manufactured from a genetically modified strain of tobacco, which had higher tar but lower nicotine yield (14 mg tar, 13 mg CO,.02 mg nicotine). A total of 16 cigarette smokers participated in two 8-hr sessions (order counterbalanced) during which they smoked each type of cigarette ad libitum. Expired-air CO, plasma nicotine, and smoking topography measures were collected. Subjects showed significant increases in smoking when using the highly ventilated filter cigarettes, and puff volume was significantly greater than with the low nicotine content cigarettes. Subjects achieved an expired-air CO level 74% as high as with the low nicotine content cigarettes; the latter produced CO levels similar to those measured at baseline when subjects smoked their habitual brands of cigarettes. Plasma nicotine levels obtained when subjects smoked the highly ventilated filter cigarettes also were significantly higher than when they smoked the low nicotine content cigarettes. These results indicate that the delivery of substantial amounts of smoke, with selective reductions in nicotine yield, appears to prevent compensatory smoking behavior. Further studies should determine whether similar results are obtained in naturalistic environments.     

卷烟主流烟气中一氧化碳的研究

CO是卷烟的有害成分之一。通过测定国内44种卷烟烟气成分,确定烟气中CO产生量与卷烟烟气中焦油、总粒相物(TPM)的关系;同时通过外加助燃剂考察了燃烧状态对烟气中CO的影响。气相色谱法测定卷烟烟气中的水分和非散射红外法测定卷烟烟气中的CO,实验数据采用回归分析。结果表明:高焦油、高TPM的卷烟烟气中CO含量也高;添加助燃剂有助于降低卷烟烟气中的CO,且对烟气TPM和焦油影响较小。     

Determination of tar, nicotine, and carbon monoxide yields in the mainstream smoke of selected international cigarettes

Objective: Survey of nicotine, tar, and carbon monoxide (CO) smoke deliveries from 77 cigarette brands purchased in 35 countries was conducted using a standardised machine smoking method. The goal of this study was to determine regional variations and differences in the tar, nicotine, and CO smoke yields of a cigarette brand manufactured by a leading transnational corporation and of non-US locally popular cigarette brands.

Design: The majority of the cigarettes were purchased in each of the participating countries by delegate members of the World Health Organization and forwarded to the Centers for Disease Control and Prevention for analysis. Smoke deliveries were determined using a standardised smoking machine method and subsequent gravimetric and gas chromatography analysis.

Results: The smoke deliveries varied widely. Mainstream smoke deliveries varied from 6.8 to 21.6 mg tar/cigarette, 0.5 to 1.6 mg nicotine/cigarette, and 5.9 to 17.4 mg CO/cigarette. In addition to the smoke deliveries, the cigarettes were examined to determine physical parameters such as filter composition, length, and ventilation levels.

Conclusion: Analysis of the smoke deliveries suggested that cigarettes from the Eastern Mediterranean, Southeast Asia, and Western Pacific WHO regions tended to have higher tar, nicotine, and CO smoke deliveries than did brands from the European, American, or African WHO regions surveyed.

     

卷烟主流烟气中一氧化碳含量测量 不确定度的评定

目的评定卷烟主流烟气中一氧化碳含量的测量不确定度,为测定主流烟气中一氧化碳含量提供有效、可靠的测量数据。方法根据JJF(烟草)1-2007《卷烟主流烟气中烟碱、焦油和一氧化碳测量不确定度评定指南》的指导方法,对卷烟主流烟气中一氧化碳的测量过程进行研究,系统分析整个测量结果的不确定度来源,建立不确定度的数学模型,并确定测量结果的置信区间。结果结果表明一氧化碳测量的不确定度主要是由环境波动、示值、抽吸口数造成的,因此在检测过程中应尽量减小测试环境的波动性及提高示值的精度,才能进一步减小测量不确定度。结论该批卷烟样品的测定结果:一氧化碳含量为10.2 mg/支,扩展不确定度为0.7 mg/支。     

造纸法再造烟叶对卷烟CO释放量影响的研究进展

阐述和分析了造纸法再造烟叶对卷烟CO释放量影响的研究现状及机理,概述了降低卷烟CO释放量的一般方法,认为重点是降低造纸法再造烟叶自身的CO释放量;研究了影响造纸法再造烟叶CO释放量的关键因素并描述了卷烟的燃烧状态。     

叶组配方卷烟烟气预测模型的建立

利用多元回归分析方法建立了叶组配方焦油量、烟气烟碱量、一氧化碳量和抽吸口数的预测模型,并筛选出了与这4项指标关系密切的化学成分,包括总糖、还原糖、总氮、烟碱、挥发碱、钾、氯、硫酸根等。利用所建模型对4种卷烟产品叶组配方的烟气指标进行了预测,结果表明,其焦油量、烟气烟碱量、一氧化碳量和抽吸口数的预测误差范围分别为0.04～1.13mg/支、0.13～0.50mg/支、0.11～2.95mg/支和0.37～1.15口/支。     

马萨诸塞州基准研究简介

较详细地介绍了马萨诸塞州基准研究的目的、方法、结果、讨论和结论 ,为我国建立主流和侧流烟气中单种有害烟气成分产生量与常规卷烟烟气成分———烟碱、焦油和CO产生量之间的函数关系提供了参考。