降焦減害?環(huán)保過濾嘴研究進展

孫小華 葉娟

摘要簡單介紹了國內(nèi)外各種卷煙過濾嘴。主要綜述了紙過濾嘴、醋酸纖維過濾嘴、聚丙烯纖維過濾嘴、改進型醋酸纖維過濾嘴及環(huán)保過濾嘴在降焦減害、環(huán)保方面的研究進展。研究結果表明，具有高降害、環(huán)保性能的多功能復合過濾嘴有很好的應用前景和市場需求，應積極進行研制。

關鍵詞過濾嘴；降焦減害；環(huán)保

中圖分類號S509.9文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）29-299-03

卷煙過濾嘴能濾除主流煙氣中的部分有害物質(zhì)，降低主流煙氣對人體、環(huán)境的危害。隨著世界反煙運動的日益高漲、消費者對吸煙與健康及環(huán)境保護的關注增強。市場對卷煙的要求越來越高，煙草業(yè)面臨的壓力越來越大。因此，降焦減害以及環(huán)境保護是國內(nèi)外煙草業(yè)的發(fā)展趨勢。如何使卷煙有害成分顯著降低，且抽吸后的廢棄物（過濾嘴）快速降解，同時又保持卷煙吸味使消費者得到生理滿足是卷煙設計面臨的最大挑戰(zhàn)。卷煙過濾嘴研究與開發(fā)顯得十分重要，科研工作者對此作了大量工作。筆者將介紹降焦減害、環(huán)保卷煙過濾嘴的研究進展。

1紙質(zhì)過濾嘴

紙質(zhì)過濾嘴是以木漿纖維為原材料，有以下2種生產(chǎn)方式，濕法壓紋紙嘴棒利用原紙經(jīng)過回潮、壓紋干燥、成型、成品工藝得到；純木漿纖維嘴棒經(jīng)過開松、粘合、干燥制成紙片，再卷成紙過濾嘴棒。紙過濾嘴棒的優(yōu)缺點見表1。

作為卷煙過濾嘴材料，醋酯纖維熱穩(wěn)定性好，能有效地截留卷煙中的焦油和其他有害顆粒而不改變煙的口感，而且成絲性能優(yōu)越，易于加工，生產(chǎn)效率高。但由于纖維素分子鏈上的羥基被乙?；?，醋酯纖維素的性質(zhì)穩(wěn)定，很難降解。

3聚丙烯纖維

20世紀70年代末，歐美等國家將聚丙烯絲束作為卷煙過濾嘴材料，使用在低檔卷煙中，其主要優(yōu)缺點見表3。

4改進型醋酸纖維過濾嘴

中國國家煙草專賣局于2004年已經(jīng)禁止銷售焦油量超過15 mg的卷煙，這無疑對卷煙過濾嘴棒的降焦減害功能提出了更高的要求。所以，眾多的科研工作者探索進行改進型醋酸纖維嘴棒的研究，以降低卷煙主流煙氣中的焦油量和某些特定有毒有害物質(zhì)的含量。

4.1添加劑過濾嘴

4.1.1礦物添加劑嘴棒。目前嘗試加入醋酸纖維嘴棒中的礦物材料有：沸石、海泡石、蒙脫石、凹凸棒石、麥飯石等。李東亮等將3%的凹凸棒石均勻加入醋酸纖維絲束中，制成復合卷煙過濾嘴，測試結果顯示焦油量降到13.2 mg/支，CO含量降低到16.3 mg/支，煙堿含量保持不變。這類材料都具有較大的比表面積，所以具備較高的吸附效率；而且它們具有極性，能大幅度降低主流煙氣中的極性氣體化合物。

4.1.2中草藥添加劑嘴棒。中草藥和煙草屬同源植物，根據(jù)相似相容的原理，中草藥可以吸附卷煙煙氣。將二者結合起來，可以制成具有保健功效的過濾嘴棒。北京卷煙廠將濃度1.5%的SRM溶液加入到醋酸纖維中，制成了低焦油量、低自由基濃度的“中南海卷煙”，焦油量降低至5 mg，主流煙氣中氣相自由基濃度下降了41.2%。馬宇平利用索氏抽提法從茶葉中提取了茶多酚和香味物質(zhì)，將其溶于三醋酸甘油酯，作為增塑劑加入到醋酸纖維中，制成新型嘴棒。結果表明，主流煙氣中有害成分顯著下降。

4.1.3生物添加劑嘴棒。已經(jīng)證明某些生物材料添加到醋酸纖維嘴棒中可以顯著降低主流煙氣中的焦油量或者選擇性地降低特定有毒物質(zhì)的含量。國際和國內(nèi)的研究者們做了大量的探索。目前使用的生物材料有：血紅蛋白、殼聚糖、維生素C和E、DNA等。楊俊將動物細胞中提取的血紅蛋白和血紅素添加入卷煙嘴棒中，顯著地降低了主流煙氣中有毒有害物質(zhì)的含量。M.Lodovici等將DNA溶液添加到醋酸纖維過濾嘴棒中可以顯著降低主流煙氣中稠環(huán)芳烴的含量，約40%左右。殼聚糖因其側鏈上帶有大量的氨基，可以選擇性地吸附CO、焦油、重金屬等有害物質(zhì)。維生素C和E因其具有較強的還原性，可以猝滅煙氣中的氣相和粒相自由基[12]。

4.1.4納米添加劑嘴棒。納米材料是最近研究的熱點，因其極小尺寸的微結構，所以具備極高的比表面積。一些研究者將金屬納米材料涂布到醋酸纖維上制成新型嘴棒，取得了較好的效果。張悠金等將納米Al2O3、TiO2、SiO2干法加入到卷煙嘴棒中，焦油量下降4.2%～45.3%，尼古丁降低1.7%～28.4%，其中Al2O3降焦減害效果最為明顯。

4.1.5其他材料添加劑嘴棒。在醋酸纖維嘴中添催化劑、硅酸鋁物質(zhì)[14]等對卷煙主流煙氣有害物質(zhì)有一定的吸附能力。20世紀80年代，日本學者市川清司將浸漬的化合物加入過濾嘴中，制成卷煙過濾嘴，發(fā)現(xiàn)它可有效地濾除主流煙氣中的苯并芘及其衍生物等[15]。

此類添加劑改進型醋酸纖維過濾嘴降焦減害作用增強，減小了煙氣對人體的危害，但是過濾嘴還是以醋酸纖維為基材，降解性能并無改善，仍會對環(huán)境造成污染。

4.2復合型過濾嘴復合型嘴棒有二元復合嘴棒和三元復合嘴棒2種。二元復合嘴棒分為2個部分，外段是普通的二醋酸纖維，靠近煙絲的內(nèi)段是對煙氣有特定吸附能力的物質(zhì)。這種嘴棒生產(chǎn)工藝較為簡單，是最流行的復合過濾嘴棒。三元復合嘴棒分為3個部分，外段是醋酸纖維，中段為選擇性吸附物質(zhì)，內(nèi)段為醋酸纖維或者加入了添加物的醋酸纖維。目前研究應用大多數(shù)為活性炭復合過濾嘴。

4.2.1活性炭復合過濾嘴。20世紀60年代，美國首先將活性炭添加到醋酸纖維素中，制成卷煙過濾嘴[16]（27-37），后來，歐美許多煙草公司緊隨其后生產(chǎn)并銷售活性炭過濾嘴卷煙，市場逐步擴大[17-18]。活性炭過濾嘴能夠吸附卷煙主流煙氣中氣相有害成分，能夠降低主流煙氣中90%左右的氣相中的有害物質(zhì)，但是不能吸附CO?；钚蕴窟^濾嘴一般都是與醋酸纖維絲束制成復合過濾嘴，目前有二元復合過濾嘴、三元復合過濾嘴等[16]（27-37）。Filtrona公司對活性炭研究較多且比較深入，相繼推出多種活性炭過濾嘴及多功能、多類型的活性炭片濾嘴等[19]。

4.2.2其他材料復合過濾嘴。聶聰?shù)燃伴L沙卷煙廠研究發(fā)現(xiàn)，加入中等粒度的含有助劑納米Au催化劑（35 mg/支）的二元復合濾嘴，可使卷煙煙氣中的CO量降低44.6%，同時還使卷煙煙氣焦油和煙堿各降低39.8%和5.8%，并基本上保持了卷煙原有的風格和吸味。

吉林大方經(jīng)貿(mào)有限公司和鄭州煙草研究院合作[22-23]對李紹民的NaY分子篩進行了應用試驗，結果顯示，與對照相比，含改性NaY分子篩的二元復合濾嘴不僅使卷煙焦油和煙堿降低，同時還使煙氣中的苯系物、BaP、3種PAHs、酚類和TSNAs總量均降低。

深圳卷煙廠利用進口三元復合生物濾嘴研制出“金尊好日子”牌卷煙。該濾嘴的近嘴段為普通醋纖濾嘴，近煙支段是加入活性炭的醋纖濾嘴，二者中間的空腔中裝滿浸漬血紅蛋白的活性炭。該過濾嘴棒能使BaP、亞硝胺、甲醛、乙醛、丙烯醛和其他苯類、有害金屬元素等有害成分大幅度降低。

此類復合改進型醋酸纖維過濾嘴降焦減害作用增強，減小了煙氣對人體的危害，醋酸纖維過濾嘴使用量減少，但是過濾嘴還是以醋酸纖維主材，降解性能并無改善，仍會對環(huán)境造成污染。

5環(huán)保過濾嘴

不少科研工作者也嘗試了利用其他材料制備卷煙過濾嘴棒。袁繼發(fā)等于2011年以黏土、高嶺土等作為原料，高溫燒制了陶瓷過濾嘴棒。此類材料為天然礦物材料，具有良好的環(huán)保性。田保忠等以蠶絲纖維制成卷煙過濾嘴，對卷煙主流煙氣中的稠環(huán)芳烴有較好的吸附效果。蠶絲纖維具有良好的降解性能，對環(huán)境無污染。金海燕等對聚丙烯進行改性，得到的絲束吸附性能、切斷性都有了明顯的改善，同時絲束實現(xiàn)了可降解，降低了白色污染對環(huán)境的危害，絲束外觀接近醋酸纖維。周丹等采用植物多糖為原料制作的植物多糖干凝膠。且具有低度小，比表面積大，吸附能強等特點，具有很好的環(huán)保性[27]，具有作為高降害、環(huán)保、安全新型過濾嘴的潛能。趙群對價廉物美、可生物降解聚乳酸PLA進行了研究[28]。通過燃燒試驗、紅外光譜、分子量測定等，發(fā)現(xiàn)醋酸纖維和聚乳酸纖維的某些物理和化學性能是相似的，通過紫外光譜、可見光分光光度計、SEM的測定發(fā)現(xiàn)聚乳酸纖維可以吸收一部分焦油，具有作為卷煙過濾嘴的潛能。J·羅克斯等以熱塑性淀粉及其聚合物混合物為基的生物聚合物制成的長絲與纖維形成的過濾絲束或過濾材料，并按照經(jīng)過修訂的ASTM D5338—92“在受控堆肥條件下對包裝材料等額最大需氧可生物降解性和分解的評價——釋放二氧化碳分析法”的試驗條件下，所發(fā)明的材料45 d后有96.6%發(fā)生礦化，降解性能良好[29]。

6結語

目前市場上的過濾嘴主要有4種類型：醋纖濾嘴、聚丙烯濾嘴、純纖維素濾嘴（紙過濾嘴）以及含有添加劑的濾嘴。醋纖濾嘴是世界濾材市場的主流，占有68%的市場份額；聚丙烯濾嘴則占有世界卷煙市場21%的市場份額（幾乎全部都是我國使用）；含有添加劑的濾嘴（活性炭濾嘴居多）占有10%的市場份額；環(huán)保性純纖維素濾嘴占有不到1%的市場份額[30]。總之，隨著各國政府對卷煙的限制越來越嚴格，以及消費者對吸煙與健康及環(huán)境保護的關注日益增強，今后開發(fā)出具有理想降焦減害效果、環(huán)保等多功能的濾嘴，才能適應市場的需求。

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