來源：韓研活性炭網(wǎng) 作者：韓研活性炭網(wǎng) 2017-12-01
活性炭過濾香煙中的有害物煙霧，香煙中的羰基化合物是主流香煙煙霧(MSS)中的有害和潛在有害成分(HPHCs)。羰基化合物(包括甲醛和丙烯醛)以劑量依賴性方式致癌或致突變。過去的研究表明通過炭過濾顯著減少HPHC。然而，活性炭過濾和香煙濾嘴中加入活性炭的設(shè)計在市面上很少，今天我們來研究下活性炭是如何過濾香煙中的有害物的吧。
香煙煙霧含有超過7000種化學成分，其中包括近70種已知致癌物質(zhì)，以成分存在或在燃燒過程中產(chǎn)生。這些化合物和其他化學物質(zhì)對吸煙者的心臟和呼吸系統(tǒng)疾病，中風，癌癥和其他嚴重疾病有關(guān)系。早在20世紀50年代，卷煙設(shè)計的改變就是為了減少因主流香煙煙霧而引起的死亡和疾病。為了實現(xiàn)這個目標，香煙過濾嘴已經(jīng)被改造成選擇性地過濾煙霧中的有害化合物。影響煙霧選擇性過濾的因素包括過濾介質(zhì)的材料特性和吸附能力，煙氣成分的揮發(fā)性和化學特性以及過濾介質(zhì)和煙氣成分彼此之間的親和力。已經(jīng)實現(xiàn)了煙霧的選擇性過濾，以與一系列過濾介質(zhì)(包括活性炭或其未激活的活性炭)，合成聚合物碳，離子交換樹脂和基于聚合物的吸附劑。毒理學測定和人類生物標志物研究證明了選擇性過濾在選擇性過濾介質(zhì)中選擇性過濾與單獨過濾香煙相比的有效性。
活性炭具有高比表面積和孔隙率的特點，促進了煙霧中揮發(fā)性和半揮發(fā)性化學物質(zhì)的吸附，包括醛類，脂肪族胺和單環(huán)芳香化合物。卷煙制造商已經(jīng)嘗試在原型香煙使用活性炭過濾，活性炭對揮發(fā)性煙霧成分的過濾效果受活性炭的活性，組成，結(jié)構(gòu)和負載的影響。具有較高活性的活性炭降低了煙霧的HPHC產(chǎn)率，而木炭的活性較低。合成炭過濾降低了毒物與非炭過濾香煙的口腔接觸含量。已經(jīng)用活性炭過濾證明了基因毒性和細胞毒性的降低，當人類轉(zhuǎn)換為活性炭過濾香煙時，能明顯觀察到有害物質(zhì)大范圍降低。此外，活性炭過濾的煙霧與非炭過濾的香煙相比導致煙霧生物活性降低，并且證據(jù)表明使用炭過濾器與傳統(tǒng)過濾器相比降低了癌癥死亡率。
活性炭已被包括在各種形式的香煙過濾嘴中，包括分散在醋酸纖維素(on-tow)中的木炭顆粒，或者包含在中心腔體。活性炭過濾器設(shè)計還沒有系統(tǒng)地進行優(yōu)化，但是過濾器的設(shè)計可能比其他過濾器設(shè)計更有效地去除HPHC，并且隨著活性炭數(shù)量的增加，HPHC的減少程度更大。因此，較低的活性炭裝載量對于煙霧中HPHC的減少量也會比較低除非活性炭質(zhì)量過硬，吸附效果好，比表面積大。例如，含有45mg活性炭的卷煙與不含活性炭的卷煙相比，丙烯醛降低了7%至22%。然而，含有120mg活性炭的卷煙含量較高，使丙烯醛降低了73%，表明成分降低是隨著炭過濾的劑量反應(yīng)。
圖、1活性炭改裝香煙濾嘴的示意圖。醋酸纖維素塞(CA1和CA2)具有相同的長度。無孔膠帶(未示出)纏繞在整個過濾器結(jié)構(gòu)上以包含活性炭并阻塞任何通風孔。
TNCO去除
我們評估了對照和活性炭煙過濾嘴煙的TNCO產(chǎn)量，因為它們是香煙煙霧的重要屬性。正如預期的那樣，CO在任何負載下都不受木炭過濾的顯著影響，因為活性炭與氣態(tài)CO的去除沒有關(guān)系。盡管所有產(chǎn)品中焦油和尼古丁的產(chǎn)量均隨著木炭的增加而有所下降，但用焦炭去除焦油和尼古丁的效果并不理想。由于活性炭的非選擇性，炭黑和尼古丁的適度去除并不令人驚訝。在沒有比例的TNCO降低的情況下羰基化合物的大量減少表明，尤其是對于較低的木炭加載條件，羰基化物的顯著減少是必然的，而不會影響尼古丁遞送。
香煙吸引阻力
盡管改性香煙旨在為煙霧中的羰基化合物的炭過濾提供概念證明，但我們分析了吸取阻力以確定木炭包合物是否會導致改性香煙的技術(shù)設(shè)計限制。我們觀察到統(tǒng)計上顯著的增加，以提高活性炭負荷(300毫克和400毫克)的阻力。活性炭過濾的一個公認的限制是吸取阻力增加的可能性，使消費者不喜歡香煙。50支流行目前銷售香煙的抽吸阻力為83之間毫米水柱2和毫米水柱?194 2O(未發(fā)表的數(shù)據(jù))。在這種情況下，幾種含活性炭香煙具有在目前銷售的香煙中沒有過濾器改進的吸引阻力范圍內(nèi)的阻力值。例如，用100mg活性炭改性的產(chǎn)品a，d和j具有139mmH 2 O，130mmH 2 O和133mmH 2 O的拉伸阻力值，每個拉伸阻力值處于目前銷售香煙。因此，與目前市場銷售的香煙相比，幾支含有100毫克，有些情況下含有200毫克和300毫克活性炭的卷煙表現(xiàn)出顯著的羰基減少，而僅僅產(chǎn)生中等程度的增加以提高抗性。
這項研究表明，活性炭具有大幅度選擇性減少有害煙霧成分的能力，同時不會對其他卷煙設(shè)計參數(shù)作出大改動。綜合起來，這些數(shù)據(jù)表明，一個可實現(xiàn)的香煙設(shè)計修改，會減少吸入一些羰基的效果。在較高的活性炭載量下，香煙的羰基產(chǎn)率提高了我們對可燃卷煙中活性炭過濾性能的理解以及與這種改性相關(guān)的限制，因為在高載量下幾種羰基幾乎完全從煙霧中去除。這里所獲得的知識也可能被用來為可能進一步降低卷煙煙霧中其他HPHC產(chǎn)量的技術(shù)提供信息。
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