卷煙煙氣中有害成分去除研究進(jìn)展

宋笑穎，丁奐俊，蔡 毅

(白山市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)中心，吉林 白山 134300)

1 卷煙煙氣中的有害成分

研究發(fā)現(xiàn)，卷煙煙氣中有149種對(duì)人有害的成分，其中煙堿、氰化物、稠環(huán)芳烴、N-亞硝胺以及重金屬對(duì)人體的危害比較嚴(yán)重。

1.1 煙堿

煙堿也稱(chēng)尼古丁，其化學(xué)式為C10H14N2，室溫下為油狀液體。煙堿隨卷煙煙氣進(jìn)入人體到達(dá)大腦所需時(shí)間極短。煙堿在人體內(nèi)將作用于交感神經(jīng)，使人在短暫的興奮后會(huì)產(chǎn)生抑制。煙堿的作用還在于使吸煙者產(chǎn)生煙癮。一般來(lái)講，煙葉中煙堿含量越大，吸煙者的吸煙愉悅感則會(huì)越強(qiáng)烈。煙堿會(huì)對(duì)人體的生理產(chǎn)生不可逆的影響，導(dǎo)致人體的生理功能紊亂，新陳代謝不協(xié)調(diào)。人體中煙堿的含量過(guò)高會(huì)損壞腦細(xì)胞，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)也可能產(chǎn)生嚴(yán)重危害，而且隨著含量的增大，對(duì)人體的危害也不斷增強(qiáng)，累積到一定量時(shí)甚至可以致死。

1.2 稠環(huán)芳烴

稠環(huán)芳烴(簡(jiǎn)稱(chēng)“PAH”)是指兩個(gè)苯環(huán)共用兩個(gè)相鄰碳原子的化合物。煙草中稠環(huán)芳烴的含量極少，但在高溫缺氧條件下，經(jīng)過(guò)一系列自由基反應(yīng)，如煙草中的植物甾醇(如豆甾醇)、氨基酸、糖等組分會(huì)聚合形成稠環(huán)芳烴。研究結(jié)果表明，在卷煙燃燒的溫度達(dá)到400℃～600℃時(shí)，會(huì)產(chǎn)生正構(gòu)烷烴與烯烴；隨著溫度的升高，會(huì)產(chǎn)生萘；當(dāng)溫度繼續(xù)升高至800°C以上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生稠環(huán)芳烴。卷煙煙氣中已鑒別出多種稠環(huán)芳烴，最典型的就是苯并[a]芘(BaP)，因其嚴(yán)重危害而備受重視。另外，其他稠環(huán)芳烴如二苯并[a,h]蒽，其危害也不容忽視。[1]

1.3 亞硝胺

煙草本身含的含氮物質(zhì)是煙氣中產(chǎn)生N-亞硝胺的主要原因。同時(shí)煙草特有的亞硝胺類(lèi)化合物(TSNA)是煙草致癌的首要原因。

目前的研究仍然不能證明煙草特有的亞硝胺的具體形成過(guò)程，但觀點(diǎn)一致認(rèn)為煙葉中幾乎不存在TSNA，而TSNA是在后續(xù)過(guò)程中產(chǎn)生。煙草特有的亞硝胺的形成有兩種可能方式：一種方式是微生物代謝與降解等作用生成TSNA；而另一種方式是煙堿與亞硝酸鹽或氮氧化物的相互作用生成TSNA。

1.4 重金屬

盡管生物體內(nèi)由于自身需要或者一些潛在的毒理作用存在痕量的重金屬成分，但重金屬污染對(duì)人類(lèi)甚至是生物圈造成的危害卻不容忽視。常見(jiàn)的有毒重金屬包括鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋅(Zn)、砷(As)、鉛(Pb)和鎘(Cd)等，而其中Ni、Pb、Cd是卷煙煙氣中最主要的重金屬組分，被列為煙草危害元素黑名單。Ni由于在環(huán)境中無(wú)法被生物或化學(xué)降解，是一種穩(wěn)定且頑固的環(huán)境污染物；As對(duì)人體的危害由來(lái)已久，古代砒霜的主要組分就是As，少量即會(huì)使人中毒，稍微多量就會(huì)使人死亡；Cd會(huì)引起各種心腦血管疾病，破壞骨骼和肝腎，甚至導(dǎo)致腎衰竭；Pb也是毒性較強(qiáng)的一種重金屬，其較易在人體內(nèi)沉積且難以排出體外，會(huì)對(duì)人的神經(jīng)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的損害。

2 卷煙中的添加劑

2.1 活性炭和離子交換樹(shù)脂

活性炭是最早應(yīng)用于卷煙中降焦減害的添加材料之一。目前，新型活性炭過(guò)濾嘴產(chǎn)業(yè)也呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢(shì)，將活性炭作為添加劑應(yīng)用于過(guò)濾嘴中，可實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣中包括重金屬組分等20多種有害物質(zhì)的選擇性去除。婁性義[2]首次將活性炭應(yīng)用于卷煙過(guò)濾嘴，其將炭紙經(jīng)壓紋成型得炭紙棒，并與醋酸纖維棒接成二元復(fù)合濾棒用于煙氣減害。劉穎濤等[3]將活性炭纖維素應(yīng)用于卷煙中降低煙氣中的焦油和尼古丁。2002年美國(guó)布朗-威廉姆森公司推出了新型活性炭濾嘴——三元復(fù)合濾嘴，通過(guò)在濾嘴中的特定部位添加活性炭顆粒和離子交換樹(shù)脂，從而大大降低了主流煙氣中有害物質(zhì)的含量。Branton等[4]選用氨基改性了離子交換樹(shù)脂，并將其添加到卷煙過(guò)濾嘴中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煙氣中的醛類(lèi)和HCN的有效去除。

2.2 聚合物類(lèi)

聚合物吸附劑，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于卷煙煙氣中有害成分的去除。殼聚糖，由于富含活性氮，可以固定重金屬組分。因此也越來(lái)越多地用于卷煙煙氣中重金屬組分的去除。郭立民、李八方等制成二元復(fù)合濾嘴，探究了殼聚糖作為添加材料在卷煙減害中的應(yīng)用。[5,6]王進(jìn)等[7]將過(guò)濾嘴浸漬殼聚糖溶液并應(yīng)用于卷煙煙氣中的煙堿和焦油等成分的去除。硅膠經(jīng)過(guò)改性后，可提高吸附性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣中苯酚的有效去除。[8]

2.3 天然材料

沸石等天然材料可以實(shí)現(xiàn)煙氣中有害物質(zhì)的去除。Afzali等[9]將沸石固定到卷煙的過(guò)濾嘴內(nèi)，降低了卷煙煙氣中Pb和Cd兩種金屬的含量。Wey等[10]將沸石用于去除垃圾焚燒過(guò)程所產(chǎn)生廢氣中的有機(jī)物和重金屬等有害組分。凹凸棒石也可以作為吸附劑。[11]在保持煙堿含量不變的前提下，將卷煙濾嘴的醋酸纖維均勻浸漬到一定濃度的凹凸棒石懸濁液中降低卷煙焦油量，同時(shí)保持了香煙原本的口感。金屬碳點(diǎn)摻雜的分子篩，可用于催化降解亞硝胺。[12]研究還表明，修飾金屬氧化物的沸石可以提高對(duì)煙氣中亞硝胺選擇性吸附的能力。[13]

2.4 納米多孔材料

目前，納米材料作為卷煙中的添加劑為卷煙煙氣的降焦減害提供了新的思路。將納米Al2O3、SiO2、TiO2等添加到了卷煙煙絲及過(guò)濾嘴中[14,15]，其對(duì)卷煙煙氣中焦油、尼古丁等有害物質(zhì)的去除已得到了廣泛研究。楊宇銘等[16]將經(jīng)過(guò)不同處理方式得到的碳納米管分別添加到香煙過(guò)濾嘴中制成二元復(fù)合過(guò)濾嘴，都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)卷煙主流煙氣中酚類(lèi)化合物的去除。Chen等[17]將酸化后的碳納米管填充到卷煙過(guò)濾嘴中，可有效地去除主流煙氣中的尼古丁和焦油。

3 結(jié) 論

社會(huì)文明飛速發(fā)展，人們生活質(zhì)量在不斷提高，消費(fèi)者的健康和環(huán)保意識(shí)也在不斷增強(qiáng)，煙草行業(yè)對(duì)煙草的安全性也愈加重視。煙草行業(yè)為了保障消費(fèi)者的健康和安全，已經(jīng)在煙葉的生產(chǎn)、加工流程、煙紙、包裝、過(guò)濾嘴以及一些添加香料和保濕劑等領(lǐng)域加大了研究力度。同時(shí)，在卷煙降焦減害研究方面不斷取得了突破，彰顯出了煙草行業(yè)的未來(lái)。

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