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.     

乙酰乙酰化纤维素材料的合成及在降低卷烟主流烟气中醛类化合物的应用

为选择性降低卷烟主流烟气中醛类化合物的释放量,以微晶纤维素作为底物合成了乙酰乙酰化纤维素材料,根据材料的降醛效果优化合成条件,并将材料添加于卷烟滤嘴中考察降低醛类化合物的性能。结果表明:(1)乙酰乙酰化纤维素的最佳合成条件为:纤维素离子溶液质量百分比浓度为5%,衍生化试剂摩尔比为双乙烯酮纤维素=21,反应时间3h,反应温度110℃,催化剂为DMAP;(2)将乙酰乙酰化纤维素材料以30 mg/cig添加量制备成二元复合滤棒应用于卷烟后,卷烟主流烟气中醛类化合物释放量降低了21.6%,而烟气常规及感官质量变化较小,表明所制备的材料对卷烟主流烟气中的醛类化合物有良好的选择吸附性能。     

降低挥发性羰基化合物材料在卷烟滤嘴中的应用研究

为优化降低烟气中挥发性羰基化合物的功能材料(即降羰基物材料)在卷烟复合滤嘴中的应用工艺条件, 从功能材料添加量、滤嘴压降搭配、加料段长度等方面研究不同工艺条件对降羰基物材料的减害性能及其对卷烟感官质量的影响。结果表明, 当降羰基物材料在卷烟中的添加量为30 mg/支, 同时二元复合滤嘴为10 mm 加料段+15 mm 白段, 其中加料段压降为4000Pa/120 mm, 白段压降为2800 Pa/120 mm, 复合棒压降为2740 Pa/100 mm 时, 卷烟主流烟气中挥发性羰基物释放总量的选择性降低率达到32.3%, 且卷烟感官质量与对照卷烟相比无显著差异。      

凝胶涂覆卷烟纸对侧流烟气中挥发性化合物的影响

为了选择性地降低卷烟侧流烟气中一些挥发性化合物的含量,本研究采用溶胶凝胶法和常温自合成法制备了12种金属复合水凝胶材料。利用冷场发射式扫描电子显微镜（FESEM）、X射线衍射仪（XRD）对材料进行表征分析,水凝胶均匀涂覆在卷烟纸表面后,利用傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）评价其降低挥发性化合物的效果。结果表明,水凝胶材料具有均匀的多孔结构,有利于分散烟气,降低侧流烟气中挥发性化合物的含量;水凝胶材料对侧流烟气中挥发性羰基化合物的降低率达35%以上,效果显著。     

亚铜基修饰介孔二氧化硅吸附挥发性羰基化合物的性能

为降低卷烟烟气中挥发性羰基化合物的释放量,以聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物、盐酸、正硅酸乙酯和氯化亚铜为反应物,制备了亚铜基介孔二氧化硅(Cu-SBA-15)。通过SAXS图谱、TEM图谱和氮气吸附-脱附的表征,以正丁醛为羰基化合物的吸附模型,将Cu-SBA-15作为烟用滤嘴添加剂应用到卷烟滤嘴中对挥发性羰基化合物的吸附性能进行了评价。     

胺基修饰的介孔二氧化硅选择性降低卷烟烟气中的氢氰酸

为选择性降低卷烟主流烟气中氢氰酸(HCN)的释放量,制备了一种胺基功能化的介孔二氧化硅材料(MCM-41-NH2),运用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、比表面积孔径分析(BET)以及13C固体核磁共振谱(”C-NMR)对材料进行了表征,并将材料添加于卷烟滤嘴进行了烟气减害测试.结果表明:①与MCM-41材料相比,MCM-41-NH2的晶型无明显改变,但孔径和比表面积下降了50％.②该材料对卷烟主流烟气中HCN的选择性降低率达到25.7％,而烟支物理参数及烟气常规成分释放量与对照卷烟基本一致.     

部分国内外卷烟主流烟气气相和粒相中挥发性、半挥发性成分的分析

分析了18种国内外品牌卷烟主流烟气中48种挥发性、半挥发性成分,研究了挥发性半挥发性化合物在气粒相的分配关系,结果表明:①气相中释放量较高的化合物分别是甲苯、柠檬烯、间二甲苯、乙苯和糠醛;粒相中释放量较高的化合物分别是丙二醇、乙酸、柠檬烯、2-呋喃甲醇和糠醛;②卷烟主流烟气中同一类挥发性、半挥发性成分的气相/粒相分配比随着其沸点的升高而减小;沸点相近的不同种类挥发性、半挥发性成分的气相/粒相分配比随着其极性的减小而升高;③卷烟主流烟气中挥发性、半挥发性成分的气相/粒相分配比与卷烟的类型没有明显的相关关系;④卷烟主流烟气中,大多数挥发性、半挥发性成分的气相/粒相分配比随着主流烟气焦油释放量的降低而增加,挥发性、半挥发性成分更容易向气相物转移。      

均苯三甲酸合铁同时选择性降低卷烟主流烟气巴豆醛和氢氰酸

为选择性降低卷烟主流烟气中的巴豆醛和氢氰酸(HCN)的释放量,采用水热合成法制备了金属有机骨架(MOFs)多孔材料均苯三甲酸合铁(Ⅲ)(Fe-BTC),运用X射线粉末衍射(XPRD)、比表面积孔径分析(BET)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TG)等技术对合成材料的晶体结构、孔结构参数及热稳定性进行了表征,并将材料添加于卷烟滤嘴中进行了烟气减害测试。结果表明:1)Fe-BTC是一种典型的MOFs多孔材料,在419.7℃以下具有良好的热稳定性。2)与对照卷烟相比,Fe-BTC材料的试验卷烟主流烟气中巴豆醛的选择性降低率可达15.68%、HCN的选择性降低率可达14.44%,而烟气常规成分释放量与对照卷烟基本一致。     

滤嘴通风度对卷烟主流烟气中一些香味成分释放量的影响

为研究不同滤嘴通风度对卷烟主流烟气中香味成分释放量的影响,考察了滤嘴通风度分别为0,10％,25％,40％,54％和64％等6种卷烟主流烟气常规成分和气粒相中32种香味成分的释放量.结果表明:①卷烟主流烟气常规成分释放量随着滤嘴通风度的增加出现不同程度的降低;②30种香味成分的总释放量随着滤嘴通风度的增加而降低,同一类化合物,低沸点化合物的总释放量降低率较低,高沸点化合物的总释放量降低率较高;③30种香味成分的气相/粒相分配比随着滤嘴通风度的增加而升高,同一类化合物的气相/粒相分配比随着沸点升高而增加;④30种香味成分单位烟碱的气粒相释放总量与卷烟滤嘴通风度成负相关.     

高效液相色谱法测定卷烟燃烧生成的羰基化合物的分布

选择2,4-二硝基苯肼作为衍生化试剂,采用高效液相色谱(HPLC)法研究了7个卷烟燃烧后生成的8种羰基化合物的含量及在主流烟气、侧流烟气气相物、侧流烟气粒相物和滤嘴中的分布情况。结果表明:18种羰基化合物的总量为3 971.6~5 375.4μg/支,含量分布规律为侧流气相主流烟气侧流粒相滤嘴,主流烟气中羰基化合物以乙醛含量最高,丙酮次之;2随着焦油量的变化,主流烟气中羰基化合物的含量差别较大,而羰基化合物总量的差异不明显;一定程度上,主流烟气和滤嘴中的羰基化合物含量分别与焦油量成正比;3通过测定滤嘴中羰基化合物的含量,表明对于巴豆醛和甲醛的截留率相对较高,对于乙醛、丙酮和丙醛的截留率相对较低;滤嘴对于卷烟中的低级羰基类化合物的过滤效果并不明显。     

应用含纳米贵金属催化材料降低卷烟烟气中CO技术研究

本研究利用常温多相催化氧化CO为CO₂的原理,在国际上首次研制出了适合于烟草工业应用的含纳米贵金属催化材料和二元复合滤棒,进行了降低卷烟烟气中CO的试验研究。系统地研究了材料制备方法、活性组分、焙烧温度和活性组分担载量对催化材料催化性能的影响,确定了较佳的催化材料制备方法和条件。确定了二元复合滤棒是适合于降低卷烟烟气中CO的工艺添加方式。研究了催化材料粒度和添加量以及添加助剂对降低卷烟烟气中CO的影响,确定了较佳的催化材料的组成和工艺参数。应用最终确定的含纳米工具书催化材料制作的二元复合滤棒接装试验卷烟,与对照卷烟相比,普通卷烟的CO释放量可降低26.9%,低侧流卷烟的CO释放量可降低45.4%,并且卷烟感官质量基本保持不变。应用研究成果研制开发了一种低焦油、低CO烤烟型卷烟,焦油、CO和烟碱的释放量分别为10.0mg/支、9.1mg/支和0.93mg/支,符合欧盟对低释放量卷烟的规定。      

色谱法分析卷烟烟气中羰基化合物

比较研究了HPLC和GC测定卷烟主流烟气中挥发性羰基化合物的方法。采用吸附2,4-二硝基苯肼(DNPH)的剑桥滤片直接对卷烟烟气中的羰基化合物进行捕集,系统研究酸度、滤片使用张数等条件对衍生化反应及烟气捕集效率的影响;HPLC方法中,通过流动相的选择和洗脱条件的优化,实现了羰基化合物-DNPH衍生物的完全基线分离;GC方法中,通过对色谱柱、程序升温以及其它色谱条件的优化,实现了卷烟烟气中7种低级醛和酮的简便快速测定;对气相色谱和液相色谱法在分离效果和定性定量结果等方面进行了比较。      

Analysis of volatile organic compounds in mainstream cigarette smoke

Mainstream cigarette smoke is a complex aerosol containing more than 4400 chemicals. The proliferation of new brands has necessitated development of faster and more reliable methods capable of analyzing a wide range of compounds in cigarette smoke. Although the International Agency for Research on Cancer has classified whole cigarette smoke as a human carcinogen, many of the individual chemicals are themselves highly biologically active as carcinogens, teratogens, or have implications for cardiovascular disease. Among these chemicals are many volatile organic compounds (VOCs), e.g., benzene, ethylbenzene, and styrene. To analyze VOCs in mainstream cigarette smoke, we developed a novel headspace collection technique using polyvinylfluoride bags for sample collection followed by cannula transfer to evacuated standard 20-mL auto sampler vials. Coupling collection of the vapor-phase cigarette smoke with automated analysis by solid-phase microextraction and gas chromatography/mass spectrometry enabled us to routinely quantify selected VOCs in mainstream cigarette smoke. This technique has similar reproducibility to previous cold trap and impinger collection methods with significantly higher sample throughput and virtually no solvent waste. In this report we demonstrate the method's analytical capabilities by quantitatively analyzing 13 selected VOCs in mainstream cigarette smoke from top-selling domestic brands.     

卷烟烟气小动物口鼻暴露方法的建立及评价

  背景和目的  国际经济合作与发展组织（OECD）测试导则（TG）对化学物质暴露环境参数和浓度稳定性有明确要求,本文的目的是建立符合其要求的卷烟烟气小动物口鼻暴露方法。  方法  在小动物口鼻暴露系统中测定4种卷烟烟气在不同稀释倍数下颗粒物数量浓度和挥发性有机物浓度,以确定符合OECD要求的卷烟烟气稀释倍数等参数。在该参数条件下,对40小鼠口鼻暴露连续2周,用酶联免疫吸附方法（ELISA）检测小鼠肺灌洗液白细胞介素-10（IL-10）、白细胞介素-6（IL-6）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）水平变化,以进一步评估方法的稳定性。  结果  （1）4种卷烟主流烟气颗粒物浓度和总挥发性有机物（TVOC）在大于100倍稀释时,时间和空间变异系数均小于10%,符合OECD的要求,低于100倍则变异较大。（2）IL-10变异系数在6.9%~8.6%之间,TNF-α变异系数在13.4%~17.6%;IL-6变异系数在16.8%~23.2%之间。  结论  所建立的卷烟烟气口鼻暴露方法符合OECD导则要求,生物学效应指标检测结果可靠稳定。      

丙三醇和丙二醇热裂解生成羰基化合物研究

为了解保润剂对卷烟感官质量和有害性的影响,采用正交试验方案研究了热解温度、氮气流量和氧气浓度对丙三醇和丙二醇裂解生成的8种挥发性羰基化合物的影响。结果表明:①氮气流量是丙三醇和丙二醇裂解生成甲醛的主要影响因素,除丙二醇裂解生成丙烯醛和巴豆醛外,其他7种挥发性羰基化合物的主要影响因素都是裂解温度;②相同条件下丙三醇的甲醛、丙烯醛和巴豆醛产生量显著高于丙二醇,800℃下丙二醇裂解产生的丙酮、丙醛和甲乙酮量显著高于丙三醇;③丙二醇和丙三醇热裂解产物甲醛、乙醛、丙烯醛、丙醛和丙酮产生量的不同可能是其分子中的C-O和C-C键能的差别造成的;④就危害性和感官质量而言,丙二醇作卷烟保润剂的效果应好于丙三醇。     

Effect of charcoal-containing cigarette filters on gas phase volatile organic compounds in mainstream cigarette smoke

Of the chemicals identified to date in mainstream cigarette smoke with known toxicological properties, the volatile organic compounds (VOCs) are considered the most hazardous group owing to their high abundance and toxicity. In this research we evaluate a recently introduced line of cigarettes that contain charcoal in their filters. The amount of charcoal in these filters ranged from 45 mg to 180 mg and were either dispersed among the filter material or contained in a small cavity in the filter segment. Charcoal has long been used for removing VOCs from both water and air. Our findings indicate that these cigarettes reduce machine generated mainstream smoke deliveries of a wide range of VOCs compared to a similar, non-charcoal filtered, cigarette. However, this reduction is dependent not only on the amount of charcoal present but also on the volume of smoke being drawn through the filter. While a brand with 45 mg charcoal reduces VOC delivery under ISO smoking conditions, charcoal saturation and breakthrough occur under more intense smoking conditions. Breakthrough is minimised for brands with the most charcoal. Overall, the brands with the most charcoal are effective at reducing VOC deliveries under even intense smoking conditions.     

卷烟主流烟气中挥发性羰基化合物在醋纤滤嘴中的轴向截留效应

[目的] 研究醋纤滤嘴对挥发性羰基化合物的截留规律,为复合滤棒设计提供参考。 [方法] 将醋纤滤嘴轴向切分成段,在不同位置插入减害材料,考察截留情况。 [结果] 整支醋纤滤嘴对巴豆醛、丙醛、甲醛的截留率分别为53%、57.66%、38.35%,从烟丝端到嘴端,分段截留率均呈降低趋势;减害材料添加在滤嘴近嘴端,整支滤嘴对羰基化合物表现出更好的截留作用。 [结论] 为使整支滤嘴表现出更好的截留效果,在保障复合滤嘴安全性的前提下,应考虑将减害材料添加于滤嘴近嘴端。      

烤烟主流烟气中氢氰酸释放量的差异性及主要影响因素分析

为研究我国烤烟主产区烟叶卷烟主流烟气中氢氰酸释放量的差异及主要的影响因素,选取了我国5个主产区,上中下三部位的烤烟烟叶作为试验材料,测定了烟叶化学成分含量和卷烟主流烟气中氢氰酸释放量,并进行方差分析、相关性分析、多元线性回归与通径分析。结果表明,产区间氢氰酸释放量差异达显著性水平,其中黄淮烟区极显著高于其他4个产区;部位间氢氰酸释放量差异达极显著水平,表现为：上部叶>中部叶>下部叶。主流烟气中氢氰酸释放量与烟叶中总植物碱、挥发碱、氨、总氮以及氨基酸等含氮类物质以及丙二酸和氯呈显著性正相关;与总糖、还原糖以及钾氯比呈显著性负相关。回归分析和通径分析结果表明,影响主流烟气中氢氰酸释放量的主要因素为：总氮>总植物碱>脯氨酸>氨>氯。多元逐步回归分析建立了主流烟气中氢氰酸释放量的回归模型,该模型能够解释61.3%因变量的变化,准确预测仍需综合其他因素进一步优化模型。     

自成型复合材料的制备及其对卷烟主流烟气中巴豆醛的选择性吸附

在水热合成法制备介孔材料的过程中,通过使用醚类物质创造微乳环境,促进材料自成型,并在后期添加微孔沸石,制备了具有复合孔结构的吸附材料CTN/X（X= NaA,NaZSM-5,NaY）。通过选择卷烟主流烟气中巴豆醛为靶标分子,考察复合材料作为滤嘴添加剂对巴豆醛的吸附效果。结果表明:微乳环境可以促进复合材料自成型。CTN/NaY样品的比表面积达到832 m2/g,而CTN/NaZSM-5的最可几孔径达到4.3 nm。与对照卷烟相比,复合材料对试验卷烟的焦油和烟碱量改变较小,对主流烟气中巴豆醛则具有较好的选择性吸附作用。实测卷烟结果显示,CTN/NaY样品对主流烟气中巴豆醛的去除率达到30.4%,具有广阔的应用前景。