卷烟烟气中有害成分去除研究进展

宋笑颖，丁奂俊，蔡 毅

(白山市农产品质量检验监测中心，吉林 白山 134300)

1 卷烟烟气中的有害成分

研究发现，卷烟烟气中有149种对人有害的成分，其中烟碱、氰化物、稠环芳烃、N-亚硝胺以及重金属对人体的危害比较严重。

1.1 烟碱

烟碱也称尼古丁，其化学式为C10H14N2，室温下为油状液体。烟碱随卷烟烟气进入人体到达大脑所需时间极短。烟碱在人体内将作用于交感神经，使人在短暂的兴奋后会产生抑制。烟碱的作用还在于使吸烟者产生烟瘾。一般来讲，烟叶中烟碱含量越大，吸烟者的吸烟愉悦感则会越强烈。烟碱会对人体的生理产生不可逆的影响，导致人体的生理功能紊乱，新陈代谢不协调。人体中烟碱的含量过高会损坏脑细胞，对中枢神经系统也可能产生严重危害，而且随着含量的增大，对人体的危害也不断增强，累积到一定量时甚至可以致死。

1.2 稠环芳烃

稠环芳烃(简称“PAH”)是指两个苯环共用两个相邻碳原子的化合物。烟草中稠环芳烃的含量极少，但在高温缺氧条件下，经过一系列自由基反应，如烟草中的植物甾醇(如豆甾醇)、氨基酸、糖等组分会聚合形成稠环芳烃。研究结果表明，在卷烟燃烧的温度达到400℃～600℃时，会产生正构烷烃与烯烃；随着温度的升高，会产生萘；当温度继续升高至800°C以上时，会产生稠环芳烃。卷烟烟气中已鉴别出多种稠环芳烃，最典型的就是苯并[a]芘(BaP)，因其严重危害而备受重视。另外，其他稠环芳烃如二苯并[a,h]蒽，其危害也不容忽视。[1]

1.3 亚硝胺

烟草本身含的含氮物质是烟气中产生N-亚硝胺的主要原因。同时烟草特有的亚硝胺类化合物(TSNA)是烟草致癌的首要原因。

目前的研究仍然不能证明烟草特有的亚硝胺的具体形成过程，但观点一致认为烟叶中几乎不存在TSNA，而TSNA是在后续过程中产生。烟草特有的亚硝胺的形成有两种可能方式：一种方式是微生物代谢与降解等作用生成TSNA；而另一种方式是烟碱与亚硝酸盐或氮氧化物的相互作用生成TSNA。

1.4 重金属

尽管生物体内由于自身需要或者一些潜在的毒理作用存在痕量的重金属成分，但重金属污染对人类甚至是生物圈造成的危害却不容忽视。常见的有毒重金属包括钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、砷(As)、铅(Pb)和镉(Cd)等，而其中Ni、Pb、Cd是卷烟烟气中最主要的重金属组分，被列为烟草危害元素黑名单。Ni由于在环境中无法被生物或化学降解，是一种稳定且顽固的环境污染物；As对人体的危害由来已久，古代砒霜的主要组分就是As，少量即会使人中毒，稍微多量就会使人死亡；Cd会引起各种心脑血管疾病，破坏骨骼和肝肾，甚至导致肾衰竭；Pb也是毒性较强的一种重金属，其较易在人体内沉积且难以排出体外，会对人的神经系统造成严重的损害。

2 卷烟中的添加剂

2.1 活性炭和离子交换树脂

活性炭是最早应用于卷烟中降焦减害的添加材料之一。目前，新型活性炭过滤嘴产业也呈现快速发展态势，将活性炭作为添加剂应用于过滤嘴中，可实现对烟气中包括重金属组分等20多种有害物质的选择性去除。娄性义[2]首次将活性炭应用于卷烟过滤嘴，其将炭纸经压纹成型得炭纸棒，并与醋酸纤维棒接成二元复合滤棒用于烟气减害。刘颖涛等[3]将活性炭纤维素应用于卷烟中降低烟气中的焦油和尼古丁。2002年美国布朗-威廉姆森公司推出了新型活性炭滤嘴——三元复合滤嘴，通过在滤嘴中的特定部位添加活性炭颗粒和离子交换树脂，从而大大降低了主流烟气中有害物质的含量。Branton等[4]选用氨基改性了离子交换树脂，并将其添加到卷烟过滤嘴中，实现了对烟气中的醛类和HCN的有效去除。

2.2 聚合物类

聚合物吸附剂，已经广泛应用于卷烟烟气中有害成分的去除。壳聚糖，由于富含活性氮，可以固定重金属组分。因此也越来越多地用于卷烟烟气中重金属组分的去除。郭立民、李八方等制成二元复合滤嘴，探究了壳聚糖作为添加材料在卷烟减害中的应用。[5,6]王进等[7]将过滤嘴浸渍壳聚糖溶液并应用于卷烟烟气中的烟碱和焦油等成分的去除。硅胶经过改性后，可提高吸附性能，实现对烟气中苯酚的有效去除。[8]

2.3 天然材料

沸石等天然材料可以实现烟气中有害物质的去除。Afzali等[9]将沸石固定到卷烟的过滤嘴内，降低了卷烟烟气中Pb和Cd两种金属的含量。Wey等[10]将沸石用于去除垃圾焚烧过程所产生废气中的有机物和重金属等有害组分。凹凸棒石也可以作为吸附剂。[11]在保持烟碱含量不变的前提下，将卷烟滤嘴的醋酸纤维均匀浸渍到一定浓度的凹凸棒石悬浊液中降低卷烟焦油量，同时保持了香烟原本的口感。金属碳点掺杂的分子筛，可用于催化降解亚硝胺。[12]研究还表明，修饰金属氧化物的沸石可以提高对烟气中亚硝胺选择性吸附的能力。[13]

2.4 纳米多孔材料

目前，纳米材料作为卷烟中的添加剂为卷烟烟气的降焦减害提供了新的思路。将纳米Al2O3、SiO2、TiO2等添加到了卷烟烟丝及过滤嘴中[14,15]，其对卷烟烟气中焦油、尼古丁等有害物质的去除已得到了广泛研究。杨宇铭等[16]将经过不同处理方式得到的碳纳米管分别添加到香烟过滤嘴中制成二元复合过滤嘴，都可以实现对卷烟主流烟气中酚类化合物的去除。Chen等[17]将酸化后的碳纳米管填充到卷烟过滤嘴中，可有效地去除主流烟气中的尼古丁和焦油。

3 结 论

社会文明飞速发展，人们生活质量在不断提高，消费者的健康和环保意识也在不断增强，烟草行业对烟草的安全性也愈加重视。烟草行业为了保障消费者的健康和安全，已经在烟叶的生产、加工流程、烟纸、包装、过滤嘴以及一些添加香料和保湿剂等领域加大了研究力度。同时，在卷烟降焦减害研究方面不断取得了突破，彰显出了烟草行业的未来。

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