降焦减害?环保过滤嘴研究进展

孙小华 叶娟

摘要简单介绍了国内外各种卷烟过滤嘴。主要综述了纸过滤嘴、醋酸纤维过滤嘴、聚丙烯纤维过滤嘴、改进型醋酸纤维过滤嘴及环保过滤嘴在降焦减害、环保方面的研究进展。研究结果表明，具有高降害、环保性能的多功能复合过滤嘴有很好的应用前景和市场需求，应积极进行研制。

关键词过滤嘴；降焦减害；环保

中图分类号S509.9文献标识码A文章编号0517-6611（2015）29-299-03

卷烟过滤嘴能滤除主流烟气中的部分有害物质，降低主流烟气对人体、环境的危害。随着世界反烟运动的日益高涨、消费者对吸烟与健康及环境保护的关注增强。市场对卷烟的要求越来越高，烟草业面临的压力越来越大。因此，降焦减害以及环境保护是国内外烟草业的发展趋势。如何使卷烟有害成分显著降低，且抽吸后的废弃物（过滤嘴）快速降解，同时又保持卷烟吸味使消费者得到生理满足是卷烟设计面临的最大挑战。卷烟过滤嘴研究与开发显得十分重要，科研工作者对此作了大量工作。笔者将介绍降焦减害、環保卷烟过滤嘴的研究进展。

1纸质过滤嘴

纸质过滤嘴是以木浆纤维为原材料，有以下2种生产方式，湿法压纹纸嘴棒利用原纸经过回潮、压纹干燥、成型、成品工艺得到；纯木浆纤维嘴棒经过开松、粘合、干燥制成纸片，再卷成纸过滤嘴棒。纸过滤嘴棒的优缺点见表1。

作为卷烟过滤嘴材料，醋酯纤维热稳定性好，能有效地截留卷烟中的焦油和其他有害颗粒而不改变烟的口感，而且成丝性能优越，易于加工，生产效率高。但由于纤维素分子链上的羟基被乙酰化，醋酯纤维素的性质稳定，很难降解。

3聚丙烯纤维

20世纪70年代末，欧美等国家将聚丙烯丝束作为卷烟过滤嘴材料，使用在低档卷烟中，其主要优缺点见表3。

4改进型醋酸纤维过滤嘴

中国国家烟草专卖局于2004年已经禁止销售焦油量超过15 mg的卷烟，这无疑对卷烟过滤嘴棒的降焦减害功能提出了更高的要求。所以，众多的科研工作者探索进行改进型醋酸纤维嘴棒的研究，以降低卷烟主流烟气中的焦油量和某些特定有毒有害物质的含量。

4.1添加剂过滤嘴

4.1.1矿物添加剂嘴棒。目前尝试加入醋酸纤维嘴棒中的矿物材料有：沸石、海泡石、蒙脱石、凹凸棒石、麦饭石等。李东亮等将3%的凹凸棒石均匀加入醋酸纤维丝束中，制成复合卷烟过滤嘴，测试结果显示焦油量降到13.2 mg/支，CO含量降低到16.3 mg/支，烟碱含量保持不变。这类材料都具有较大的比表面积，所以具备较高的吸附效率；而且它们具有极性，能大幅度降低主流烟气中的极性气体化合物。

4.1.2中草药添加剂嘴棒。中草药和烟草属同源植物，根据相似相容的原理，中草药可以吸附卷烟烟气。将二者结合起来，可以制成具有保健功效的过滤嘴棒。北京卷烟厂将浓度1.5%的SRM溶液加入到醋酸纤维中，制成了低焦油量、低自由基浓度的“中南海卷烟”，焦油量降低至5 mg，主流烟气中气相自由基浓度下降了41.2%。马宇平利用索氏抽提法从茶叶中提取了茶多酚和香味物质，将其溶于三醋酸甘油酯，作为增塑剂加入到醋酸纤维中，制成新型嘴棒。结果表明，主流烟气中有害成分显著下降。

4.1.3生物添加剂嘴棒。已经证明某些生物材料添加到醋酸纤维嘴棒中可以显著降低主流烟气中的焦油量或者选择性地降低特定有毒物质的含量。国际和国内的研究者们做了大量的探索。目前使用的生物材料有：血红蛋白、壳聚糖、维生素C和E、DNA等。杨俊将动物细胞中提取的血红蛋白和血红素添加入卷烟嘴棒中，显著地降低了主流烟气中有毒有害物质的含量。M.Lodovici等将DNA溶液添加到醋酸纤维过滤嘴棒中可以显著降低主流烟气中稠环芳烃的含量，约40%左右。壳聚糖因其侧链上带有大量的氨基，可以选择性地吸附CO、焦油、重金属等有害物质。维生素C和E因其具有较强的还原性，可以猝灭烟气中的气相和粒相自由基[12]。

4.1.4纳米添加剂嘴棒。纳米材料是最近研究的热点，因其极小尺寸的微结构，所以具备极高的比表面积。一些研究者将金属纳米材料涂布到醋酸纤维上制成新型嘴棒，取得了较好的效果。张悠金等将纳米Al2O3、TiO2、SiO2干法加入到卷烟嘴棒中，焦油量下降4.2%～45.3%，尼古丁降低1.7%～28.4%，其中Al2O3降焦减害效果最为明显。

4.1.5其他材料添加剂嘴棒。在醋酸纤维嘴中添催化剂、硅酸铝物质[14]等对卷烟主流烟气有害物质有一定的吸附能力。20世纪80年代，日本学者市川清司将浸渍的化合物加入过滤嘴中，制成卷烟过滤嘴，发现它可有效地滤除主流烟气中的苯并芘及其衍生物等[15]。

此类添加剂改进型醋酸纤维过滤嘴降焦减害作用增强，减小了烟气对人体的危害，但是过滤嘴还是以醋酸纤维为基材，降解性能并无改善，仍会对环境造成污染。

4.2复合型过滤嘴复合型嘴棒有二元复合嘴棒和三元复合嘴棒2种。二元复合嘴棒分为2个部分，外段是普通的二醋酸纤维，靠近烟丝的内段是对烟气有特定吸附能力的物质。这种嘴棒生产工艺较为简单，是最流行的复合过滤嘴棒。三元复合嘴棒分为3个部分，外段是醋酸纤维，中段为选择性吸附物质，内段为醋酸纤维或者加入了添加物的醋酸纤维。目前研究应用大多数为活性炭复合过滤嘴。

4.2.1活性炭复合过滤嘴。20世纪60年代，美国首先将活性炭添加到醋酸纤维素中，制成卷烟过滤嘴[16]（27-37），后来，欧美许多烟草公司紧随其后生产并销售活性炭过滤嘴卷烟，市场逐步扩大[17-18]。活性炭过滤嘴能够吸附卷烟主流烟气中气相有害成分，能够降低主流烟气中90%左右的气相中的有害物质，但是不能吸附CO。活性炭过滤嘴一般都是与醋酸纤维丝束制成复合过滤嘴，目前有二元复合过滤嘴、三元复合过滤嘴等[16]（27-37）。Filtrona公司对活性炭研究较多且比较深入，相继推出多种活性炭过滤嘴及多功能、多类型的活性炭片滤嘴等[19]。

4.2.2其他材料复合过滤嘴。聂聪等及长沙卷烟厂研究发现，加入中等粒度的含有助剂纳米Au催化剂（35 mg/支）的二元复合滤嘴，可使卷烟烟气中的CO量降低44.6%，同时还使卷烟烟气焦油和烟碱各降低39.8%和5.8%，并基本上保持了卷烟原有的风格和吸味。

吉林大方经贸有限公司和郑州烟草研究院合作[22-23]对李绍民的NaY分子筛进行了应用试验，结果显示，与对照相比，含改性NaY分子筛的二元复合滤嘴不仅使卷烟焦油和烟碱降低，同时还使烟气中的苯系物、BaP、3种PAHs、酚类和TSNAs总量均降低。

深圳卷烟厂利用进口三元复合生物滤嘴研制出“金尊好日子”牌卷烟。该滤嘴的近嘴段为普通醋纤滤嘴，近烟支段是加入活性炭的醋纤滤嘴，二者中间的空腔中装满浸渍血红蛋白的活性炭。该过滤嘴棒能使BaP、亚硝胺、甲醛、乙醛、丙烯醛和其他苯类、有害金属元素等有害成分大幅度降低。

此类复合改进型醋酸纤维过滤嘴降焦减害作用增强，减小了烟气对人体的危害，醋酸纤维过滤嘴使用量减少，但是过滤嘴还是以醋酸纤维主材，降解性能并无改善，仍会对环境造成污染。

5环保过滤嘴

不少科研工作者也尝试了利用其他材料制备卷烟过滤嘴棒。袁继发等于2011年以黏土、高岭土等作为原料，高温烧制了陶瓷过滤嘴棒。此类材料为天然矿物材料，具有良好的环保性。田保忠等以蚕丝纤维制成卷烟过滤嘴，对卷烟主流烟气中的稠环芳烃有较好的吸附效果。蚕丝纤维具有良好的降解性能，对环境无污染。金海燕等对聚丙烯进行改性，得到的丝束吸附性能、切断性都有了明显的改善，同时丝束实现了可降解，降低了白色污染对环境的危害，丝束外观接近醋酸纤维。周丹等采用植物多糖为原料制作的植物多糖干凝胶。且具有低度小，比表面积大，吸附能强等特点，具有很好的环保性[27]，具有作为高降害、环保、安全新型过滤嘴的潜能。赵群对价廉物美、可生物降解聚乳酸PLA进行了研究[28]。通过燃烧试验、红外光谱、分子量测定等，发现醋酸纤维和聚乳酸纤维的某些物理和化学性能是相似的，通过紫外光谱、可见光分光光度计、SEM的测定发现聚乳酸纤维可以吸收一部分焦油，具有作为卷烟过滤嘴的潜能。J·罗克斯等以热塑性淀粉及其聚合物混合物为基的生物聚合物制成的长丝与纤维形成的过滤丝束或过滤材料，并按照经过修订的ASTM D5338—92“在受控堆肥条件下对包装材料等额最大需氧可生物降解性和分解的评价——释放二氧化碳分析法”的试验条件下，所发明的材料45 d后有96.6%发生矿化，降解性能良好[29]。

6结语

目前市场上的过滤嘴主要有4种类型：醋纤滤嘴、聚丙烯滤嘴、纯纤维素滤嘴（纸过滤嘴）以及含有添加剂的滤嘴。醋纤滤嘴是世界滤材市场的主流，占有68%的市场份额；聚丙烯滤嘴则占有世界卷烟市场21%的市场份额（几乎全部都是我国使用）；含有添加剂的滤嘴（活性炭滤嘴居多）占有10%的市场份额；环保性纯纤维素滤嘴占有不到1%的市场份额[30]。总之，随着各国政府对卷烟的限制越来越严格，以及消费者对吸烟与健康及環境保护的关注日益增强，今后开发出具有理想降焦减害效果、环保等多功能的滤嘴，才能适应市场的需求。

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