Применение мезопористых молекулярных сит в качестве селективных добавок для фильтрации дыма
Изобретение относится к курительному изделию, содержащему фильтрующий элемент и/или курительный материал, содержащий высокоструктурированное мезопористое молекулярное сито. Курительное изделие включает фильтрующий элемент, содержащий МСМ-41 в качестве мезопористого молекулярного сита. Кроме того, курительное изделие включает курительный материал и оберточную бумагу, содержащую МСМ-41 в качестве мезопористого молекулярного сита. Мезопористое молекулярное сито может быть применено в комбинации с древесным углем или включать в него оксид меди. Курительное изделие способно отфильтровывать компоненты первой фазы, рентабельно в производстве и не имеет металлического вкуса. 7 н. и 40 з.п. ф-лы, 4 ил., 7 табл.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
По настоящей заявке в соответствии с Парижской конвенцией испрашивается приоритет по находящейся на рассмотрении заявке US 10/860775, поданной 03 июня 2004 г.
УКАЗАНИЕ НА ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКИ, ФИНАНСИРУЕМЫЕ ФЕДЕРАЛЬНЫМ ПРАВИТЕЛЬСТВОМ США
Отсутствует.
ССЫЛКА НА "ПЕРЕЧЕНЬ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ", ТАБЛИЦУ ИЛИ ЛИСТИНГ КОМПЬЮТЕРНОЙ ПРОГРАММЫ, ПРЕДСТАВЛЕННЫЕ В ВИДЕ ПРИЛОЖЕНИЯ НА КОМПАКТ-ДИСКЕ
Отсутствует.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к курительному изделию, содержащему фильтрующий элемент и/или курительный материал, содержащий высокоструктурированное мезопористое молекулярное сито, а точнее - к курительному изделию, содержащему фильтрующий элемент и/или курительный материал, содержащий высокопористый аморфный диоксид кремния (далее в настоящем определении обозначаемый, как "МСМ-41") в качестве высокоструктурированного мезопористого молекулярного сита для отфильтровывания компонентов паровой фазы, содержащихся в главной струе дыма.
2. Уровень техники
Типичные курительные изделия, такие как сигареты, содержат цилиндрический фильтрующий элемент, расположенный на одной оси с цилиндрическим стержнем, заполненным табаком. Фильтрующий элемент и даже стержень, заполненный табаком, включают различные материалы, которые удаляют определенные компоненты из главной струи дыма. Часто эти материалы являются неселективными, и поэтому удаляют из главной струи дыма компоненты, которые удалять не следует, и приводят к нежелательном вкусу.
Некоторые сигареты содержат фильтрующие элементы, которые включают такие материалы как уголь. Типичные сигареты и фильтры описаны в US Patent Pub. No.2003/0159703, выданном Yang, et al., и US Patent Pub. No.2003/0154993, выданном Paine, III et al. Обычно площадь поверхности обратно пропорциональна размеру частиц угля. Если размер частиц слишком велик, то площадь поверхности может быть недостаточной для осуществления необходимой фильтрации. Этот фактор необходимо тщательно учитывать при выборе конкретного размера частиц угля. Кроме того, фильтрующие элементы, которые содержат уголь, часто придают металлический вкус во время курения. В попытке замаскировать металлический вкус уголь часто пропитывают вкусовой добавкой, которая может засорить поры и воспрепятствовать фильтрации и определение предпочтительного содержания вкусовой добавки затруднительно и неэффективно. Кроме того, фильтрующие элементы, которые содержат уголь, различаются по соотношениям количества микропор к количеству мезопор, причем термин "микропористый" обычно относится к таким материалам, обладающим размером пор, равным примерно 20 Å или менее, а термин "мезопористый" обычно относится к таким материалам, обладающим размером пор, равным примерно 20-500 Å. Равномерное распределение пор по размерам является более предпочтительным. В случае более равномерного распределения пор по размерам можно гарантировать, что большее количество пор будет относиться к диапазону мезопористости (2-50 нм), что обеспечивает более эффективную фильтрацию дыма, чем при использовании микропористых материалов. В случае пор разного размера более вероятно отфильтровывание различных соединений и более желательны фильтры, предназначенные для конкретных анализируемых веществ.
Необходимо курительное изделие с фильтрующим элементом, способным отфильтровывать компоненты паровой фазы, которое рентабельно в изготовлении и не придает металлический вкус.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Вследствие известных затруднений, связанных с фильтрующими элементами предшествующих курительных изделий, разработано курительное изделие с мезопористым молекулярным ситом для отфильтровывания компонентов паровой фазы, содержащихся в главной струе табачного дыма.
Согласно изобретению установлено, что группа высокоупорядоченных мезопористых молекулярных сит, изготавливаемых фирмой Mobil Corporation, обозначаемых, как M41S, применима в фильтрующих элементах курительного изделия. Материалы M41S представляют собой некристаллический диоксид кремния, собранный с помощью матрицы из поверхностно-активного вещества, обладающий узким распределением пор по размерам. МСМ-41 представляет собой высокопористый силикагель, собранный с помощью матрицы из поверхностно-активного вещества, относящийся к группе M41S и включающий высокоупорядоченную гексагональную систему однородных пор с регулируемыми диаметрами, равными от примерно 15 до примерно 100 Å. Термин "гексагональный" включает материалы, которые обладают математически строгой гексагональной симметрией, и материалы со значительными наблюдающимися отклонениями от идеальности. МСМ означает Mobil Composition of Matter (композиция, выпускающаяся фирмой Mobil) или Mobil Crystalline Material (кристаллический материал, выпускающийся фирмой Mobil) и разработан фирмой Mobil в качестве подложки для катализаторов.
Поверхность кремнийсодержащего МСМ-41 включает силанольные группы (SiOH), которые могут быть синтезированы с помощью цетилтриметиламмонийхлорида (ЦТАХЛ), Н2О, Na2O и SiO2. Полученный МСМ-41 можно использовать в качестве мезопористого молекулярного сита в курительных изделиях. МСМ-41 обладает высококонденсированной поверхностью, содержащей меньше групп SiOH, чем диоксид кремния, и его особенностью является форма, которую он приобретает вокруг матрицы, которую затем удаляют. Применение мезопор для поглощения описано в US Patent No.5580370. выданном Kuma, et al. Кроме того, МСМ-41 обладает большой площадью поверхности и для него площадь поверхности БЭТ составляет примерно 1000 м2/г, поэтому он обладает большой сорбционной емкостью. ("БЭТ" означает Брунауэра, Эметта и Теллера, трех ученых, которые оптимизировали теорию измерения площади поверхности). МСМ-41 эффективен для уменьшения содержания спиртов, альдегидов, кетонов, нитрилов и нафталина.
Объектом настоящего изобретения является курительное изделие с фильтрующим элементом, содержащим мезопористое молекулярное сито, МСМ-41. Предпочтительным курительным изделием является сигарета, содержащая МСМ-41, находящийся в фильтрующем элементе.
Другим объектом является курительный материал в курительном стержне курительного изделия, содержащий мезопористое молекулярное сито, МСМ-41. Предпочтительным курительным изделием является сигарета и предпочтительным курительным материалом является табак. В этом варианте осуществления МСМ-41 расположен в курительном материале в стержне.
Еще одним объектом является фильтрующий элемент и курительный материал в курительном стержне курительного изделия, каждый из которых содержит мезопористое молекулярное сито, МСМ-41. В этом варианте осуществления МСМ-41 расположен в фильтрующем элементе и во всем курительном материале в стержне.
Еще одним объектом является фильтрующий элемент и/или курительный материал в курительном стержне курительного изделия, содержащий мезопористое молекулярное сито, МСМ-41, в комбинации с древесным углем и/или ионообменной смолой.
Еще одним объектом является фильтрующий элемент и/или курительный материал в курительном стержне курительного изделия, содержащий пропитанное мезопористое молекулярное сито, МСМ-41. В МСМ-41 можно включить оксид меди для лучшего удаления HCN и Н2S.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Объекты и преимущества настоящего изобретения будут лучше поняты из подробного описания предпочтительного варианта осуществления совместно с прилагаемыми чертежами, на которых представлено следующее:
На фиг.1 приведена зависимость для выраженного в процентах и нормированного на полное количество твердых частиц уменьшения содержания анализируемых веществ в паровой фазе при использовании МСМ-41 в фильтре сигареты.
На фиг.2 приведена зависимость для выраженного в процентах и нормированного на полное количество твердых частиц уменьшения содержания карбонильных соединений в главной струе дыма.
На фиг.3 приведена зависимость для выраженного в процентах уменьшения содержания некоторых анализируемых веществ в паровой фазе при использовании МСМ-41 и сорбита.
На фиг.4 приведена зависимость для выраженного в процентах уменьшения содержания карбонильных соединений в главной струе дыма при использовании МСМ-41 и сорбита.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Хотя для настоящего изобретения возможны самые разные варианты осуществления и на чертежах представлены и ниже будут подробно описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, настоящее описание следует рассматривать, как содержащие примеры принципов, положенных в основу настоящего изобретения, а не как ограничивающее общие объекты настоящего изобретения проиллюстрированными вариантами осуществления.
Настоящее изобретение относится к курительному изделию, содержащему мезопористое молекулярное сито, МСМ-41, к отфильтровыванию компонентов паровой фазы из главной струи табачного дыма. Компоненты паровой фазы, которые необходимо отфильтровать, взаимодействуют с МСМ-41 и удерживаются в порах и тем самым обеспечивается отделение нежелательных компонентов от остальной части пара. МСМ-41 обычно представляют собой черный или белый гранулированный материал, обладающий плотностью, равной ≈0,3 г/см3, и площадь поверхности БЭТ, равной ≈1000 м2/г. Хотя толщина стенок пор может меняться, МСМ-41 обычно обладает однородными диаметрами пор, равными ≈3,7 нм, если используется цетилтриметиламмонийбромид.
Представленные ниже примеры приведены только для иллюстрации и не предполагается, что они ограничивают объем настоящего изобретения.
Пример 1
Адсорбционные характеристики МСМ-41
Для определения адсорбционных характеристик МСМ-41 его исследуют в изготовленных вручную камерных фильтрах и проведено сопоставление с семолиной (инертные гранулы муки, использующиеся для имитации камеры, заполненной гранулами). Камерные фильтры можно изготовить вручную, сначала удалив ацетилцеллюлозный (АЦ) фильтр сигареты. Укороченные сегменты АЦ в конце фильтра сигареты, обращенного ко рту, образуют камеру для удерживания гранулированного материала.
Наборы образцов МСМ-41 получали по обычной методике синтеза с небольшими изменениями. МСМ-41 разработан фирмой Exxon/Mobil, но наборы образцов для проведения экспериментов разработаны в лаборатории. Воду, поверхностно-активное вещество цетилтриметиламмонийбромид (ЦТАБ) и терраэтилортосиликат (ТЭОС) последовательно смешивали в стеклянном флаконе объемом 250 мл до образования мутной белой суспензии. ЦТАБ и ТЭОС объединяли в молярном соотношении поверхностно-активное вещество: диоксид кремния, равном 1:2. Концентрация поверхностно-активного вещества в растворе в пересчете на полную массу равнялась 25%. По каплям прибавляли концентрированную серную кислоту, пока смесь не превращалась в прозрачную жидкость. Раствор перемешивали примерно при 400 оборотов/мин в течение 0,5 ч и затем выдерживали в автоклаве в статических условиях (121°С, 18 фунт-сила/дюйм) в течение 1 ч. Полученный гель извлекали из автоклава и охлаждали, а затем тщательно промывали деионизированной водой. Промытый материал нагревали на воздухе при 570°С в течение 6-8 ч и получали пористый материал, обладающий площадью поверхности БЭТ, составляющей ≈1300 м2/г.
Наборы образцов сигарет, содержащих 50 мг гранулированной добавки в изготовленном вручную камерном фильтре, готовили с использованием или МСМ-41, синтезированного так, как описано выше, или семолины. Для каждого набора образцов установлен перепад давлений, выбранный так, чтобы уменьшить изменение выделения дыма. Образцы кондиционировали (при относительной влажности 65% и 75°С в течение 48 ч) и путем анализа определяли полное количество выделившейся паровой фазы (ПВПФ), содержание HCN в главной струе дыма (ГСД) и карбонильных соединений в ГСД.
Для сигарет с камерами, содержащими 50 мг семолины или МСМ-41, анализировали выделяющийся с ПВПФ дым. В таблице А приведены данные для некоторых соединений, содержащихся в паровой фазе дыма, и проведено сопоставление семолины с МСМ-41:
| ТАБЛИЦА А. Данные анализа паровой фазы дыма (мкг/сигарета) | ||
| Анализируемое вещество | Семолина (50 мг/мундштук) | МСМ-41 (50 мг/мундштук) |
| Сероводород | 21,0 | 22,3 |
| Цианид водорода | 76,4 | 68,1 |
| Метанол | 79,5 | 30,4 |
| Ацетальдегид | 647,0 | 536,1 |
| Винилхлорид | 0,0 | 0,0 |
| 1,3-Бутадиен | 55,6 | 54,2 |
| Ацетонитрил | 69,6 | 33,6 |
| Пропиленоксид | 2,9 | 1,8 |
| Акролеин | 82,0 | 45,8 |
| Фуран | 27,9 | 22,4 |
| Пропионовый альдегид | 62,7 | 33,3 |
| Ацетон | 228,5 | 91,1 |
| Акрилонитрил | 10,3 | 6,0 |
| Сероуглерод | 3,8 | 4,0 |
| Изопрен | 396,4 | 371,5 |
| Пропионитрил | 11,6 | 4,5 |
| Изомасляный альдегид | 18,1 | 10,0 |
| Метакрилонитрил | 2,2 | 1,2 |
| н-Масляный альдегид | 6,5 | 3,5 |
| Метилэтилкетон | 48,3 | 15,0 |
| Кротоновый альдегид | 12,6 | 6,8 |
| Бензол | 35,1 | 33,3 |
| Толуол | 35,1 | 28,1 |
| Стирол | 3,0 | 1,3 |
| Всего ПВПФ | 1936,1 | 1424,3 |
| ПТЧ (мг/сигарета) | 13,1 | 12,7 |
| ПВПФ/ПТЧ (мкг/мг) | 147,8 | 112,1 |
МСМ-41 приводил к более значительному уменьшению содержания анализируемых веществ при значении ПВПФ/ПТЧ, равном 112,1 мкг/мг. В случае семолины значение ПВПФ/ПТЧ было большим (147,8 мкг/мг).
На фиг.1 приведено выраженное в процентах и нормированное на полное количество твердых частиц (ПТЧ) уменьшение содержания различных компонентов паровой фазы. Эти данные показывают, что образец МСМ-41 обладает большей эффективностью при отфильтровывании нитрилов, кетонов и альдегидов, чем контрольный образец семолины. Обнаружено большое уменьшение содержания анализируемых веществ пропионитрила (58%), метанола (59%), метилэтилкетона (66%) и пропионового альдегида (43%). В целом при использовании МСМ-41 содержание в ПВПФ снизилось на 24%.
Содержание карбонильных соединений в главной струе дыма (ГСД) после применения семолины и МСМ-41 сопоставлены в таблице В:
| ТАБЛИЦА В. Содержание карбонильных соединений в ГСД (мкг/сигарета) | ||
| Анализируемое вещество | Семолина (50 мг/мундштук) | МСМ-41 (50 мг/мундштук) |
| Ацетальдегид | 701,7 | 444,8 |
| Ацетон | 276,4 | 72,4 |
| Акролеин | 115,1 | 46,2 |
| Бутанон | 84,6 | 17,9 |
| Масляный альдегид | 45,8 | 14,1 |
| Кротоновый альдегид | 28,0 | 10,9 |
| Формальдегид | 55,7 | 34,4 |
| Пропионовый альдегид | 58,2 | 24,5 |
| Всего (мкг) | 1366,0 | 664,0 |
| ПТЧ (мг/сигарета) | 13,1 | 12,7 |
| Всего/ПТЧ (мкг/мг) | 104,3 | 52,3 |
МСМ-41 приводил к меньшему содержанию карбонильных соединений в главной струе дыма, чем семолина: 52,3 мкг/мг и 104,3 мкг/мг соответственно. Выраженное в процентах и нормированное на ПТЧ уменьшение содержания карбонильных соединений в главной струе дыма приведено на фиг.2. Данные показывают, что образец МСМ-41 обладает более значительным сродством к содержащимся в ГСД карбонильным соединениям, чем контрольный образец семолины. Образец МСМ-41 приводил к уменьшению содержания карбонильных соединений в главной струе дыма на 49% по сравнению с образцом семолины. Для анализируемых веществ акролеина, ацетона, бутанона и масляного альдегида по данным расчетов МСМ-41 снижал содержание по сравнению с контролем более чем на 50%. Измеренное содержание формальдегида уменьшилось на 34% по сравнению со случаем использования семолины.
В таблице С приведена сводка среднего содержания полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в фазе твердых частиц дыма:
| ТАБЛИЦА С. Среднее содержание ПАУ для образцов сигарет | ||
| Семолина | МСМ-41 | |
| Нафталин | 365,6 | 284,5 |
| Флуорен | 127,2 | 134,9 |
| Фенантрен | 103,4 | 113,7 |
| Антрацен | 40,3 | 43,6 |
| Флуорантен | 58,7 | 61,5 |
| Пирен | 38,4 | 39,1 |
| Бензофлуорен | 30,3 | 32,0 |
| Бензантрацен | 16,8 | 17,2 |
| Хризен | 17,2 | 18,2 |
| Бензофлуорантен | 7,0 | 7,3 |
| Бензо[е]пирен | 3,7 | 3,8 |
| Бензо[а]пирен (БАП) | 5,8 | 6,1 |
| Перилен | 0,6 | 0,7 |
| Дибензантрацен | 0,2 | 0,2 |
| Бензоперилен | 1,1 | 1,2 |
| Всего ПАУ (нг/сигарета) | 816,4 | 763,9 |
| ПТЧ (мг/сигарета) | 11,3 | 11,8 |
| Количество затяжек | 6,9 | 6,8 |
| ПАУ в пересчете на ПТЧ (нг/мг) | 72,0 | 64,6 |
| БАП в пересчете на ПТЧ (нг/мг) | 0,52 | 0,51 |
При сопоставлении семолины с МСМ-41 значения, нормированные на полное количество твердых частиц (ПТЧ), показывают, что содержание нафталина снижено на ≈29%. Этот эффект может быть обусловлен тем, что нафталин обладает самой маленькой молекулой и является наиболее летучим из исследованных ПАУ и показывает, что МСМ-41 обладает высоким сродством к обладающим небольшими молекулами и летучим соединениям. Для всех остальных исследованных ПАУ не обнаружено заметно улучшенного сродства по отношению к образцу МСМ-41 по сравнению с контрольным образцом.
В результате обнаружено, что образцы МСМ-41 являются эффективными адсорбентами для выбранных компонентов, обнаруживаемых в главной струе дыма. Обнаружено значительное уменьшение содержания нитрилов, альдегидов и кетонов. Кроме того, при исследовании ПАУ обнаружено значительное уменьшение содержания нафталина. МСМ-41 обладает сродством к молекулам, которые образуют прочные межмолекулярные связи и поэтому не обнаруживается уменьшение содержания анализируемых веществ 1,3-бутадиена, изопрена, фурана и бензола. Образцы МСМ-41 обладают большей эффективностью при отфильтровывании нитрилов, альдегидов и кетонов, чем контрольный образец семолины. Кроме того, МСМ-41 обнаруживает селективность по отношению к нафталину.
Пример 2
Сопоставление МСМ-41 с сорбитом в качестве добавки в фильтр сигареты
Для определения эффективности отфильтровывания для МСМ-41 его и сорбит, т.е. активированный уголь, полученный из полуантрацита и выпускающийся фирмой Calgon Carbons, помещали в изготовленные вручную сигареты с камерными фильтрами, характеристики которых рассмотрены выше, и сопоставлены их характеристики отфильтровывания. В качестве контроля использовали семолину. Высокопористая структура МСМ-41 побудила провести сопоставление с активированным углем, таким как сорбит. Образцы МСМ-41 готовили по указанной выше методике. Сорбит использовали без модификации.
Готовили три набора образцов с использованием изготовленных вручную сигарет с камерными фильтрами. В таблице D указаны добавки к фильтрам и их содержание для каждого образца.
| ТАБЛИЦА D. Содержание компонентов фильтров | |
| Компоненты фильтра | Содержание (мг) |
| МСМ-41/Семолина | 50/50 |
| Сорбит/Семолина | 50/50 |
| Семолина в качестве контроля | 100 |
Для образцов установлен перепад давлений, выбранный так, чтобы уменьшить изменение выделения аэрозолей. После кондиционирования для образцов определяли полное количество выделившейся паровой фазы (ПВПФ), содержание полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и карбонильных соединений в главной струе дыма (ГСД).
Для всех трех образцов исследовали ПВПФ. В таблице Е приведены содержания в паровой фазе после использования каждого образца:
| ТАБЛИЦА Е. Данные анализа паровой фазы дыма (мкг/сигарета) | |||
| Семолина | Сорбит/семолина | МСМ-41/семолина | |
| 1,3-Бутадиен | 69,8 | 69,8 | 69,7 |
| Ацетальдегид | 627,1 | 636,2 | 541,9 |
| Ацетон | 294,7 | 216,5 | 120,9 |
| Ацетонитрил | 84,2 | 69,6 | 45,2 |
| Акролеин | 75,9 | 50,6 | 43,4 |
| Акрилонитрил | 13,3 | 10,0 | 8,7 |
| Бензол | 58,9 | 31,6 | 41,2 |
| Сероуглерод | 4,1 | 3,9 | 3,9 |
| Кротоновый альдегид | 21,6 | 6,3 | 8,3 |
| Фуран | 41,4 | 39,1 | 38,9 |
| Цианид водорода | 78,0 | 73,3 | 70,7 |
| Сероводород | 20,0 | 15,1 | 19,9 |
| Изопрен | 551,4 | 426,2 | 473,7 |
| Метакрилонитрил | 2,5 | 1,5 | 1,3 |
| Метанол | 80,9 | 72,3 | 34,9 |
| Метилэтилкетон | 68,4 | 32,0 | 17,1 |
| Пропионовый альдегид | 58,2 | 45,7 | 39,4 |
| Пропионитрил | 13,6 | 8,1 | 5,2 |
| Пропиленоксид | 3,8 | 3,8 | 3,0 |
| Стирол | 5,8 | 2,5 | 3,6 |
| Толуол | 62,7 | 23,8 | 35,7 |
| Винилхлорид | НПО* | НПО | НПО |
| Изомасляный альдегид | 28,7 | 21,0 | 18,2 |
| н-Масляный альдегид | 8,7 | 5,3 | 4,4 |
| ПВПФ | 2273,1 | 1863,7 | 1648,7 |
| ПТЧ | 12,6 | 12,8 | 12,5 |
| ПВПФ/ПТЧ | 180,4 | 145,6 | 131,9 |
| *Ниже предела обнаружения. |
Прямое сопоставление парофазных данных для МСМ-41 и сорбита показывает, что, хотя активированный уголь является в целом хорошим адсорбентом для широкого диапазона анализируемых веществ, МСМ-41 является селективным для более полярных анализируемых веществ, таких как нитрилы, альдегиды, кетоны и спирты. Это сродство к полярным молекулам можно объяснить его сильным межмолекулярным связыванием с выступающими гидроксигруппами, находящимися на поверхности диоксида кремния, и фиг.3 демонстрирует селективность МСМ-41.
Для всех трех образцов также определяли содержание карбонильных соединений в главной струе дыма и результаты приведены в таблице F:
| ТАБЛИЦА F. Содержание карбонильных соединений в ГСД (мкг/сигарета) | |||
| Семолина | Сорбит/Sem* | MCM41/Sem* | |
| Ацетальдегид | 641,5 | 561,2 | 539,8 |
| Ацетон | 256,7 | 164,2 | 104,9 |
| Акролеин | 106,7 | 64,4 | 67,4 |
| Бутанон | 74,7 | 33,0 | 24,8 |
| Масляный альдегид | 40,8 | 19,8 | 18,5 |
| Кретоновый альдегид | 27,2 | 16,7 | 11,6 |
| Формальдегид | 51,8 | 43,6 | 40,1 |
| Пропионовый альдегид | 53,9 | 33,6 | 35,0 |
| Всего карбонильных соединений | 1253,3 | 936,6 | 842,0 |
| Всего карбонильных соединений/ПТЧ | 99,5 | 73,2 | 67,4 |
| *Sem = семолина |
В таблице F сопоставлено содержание карбонильных соединений в главной струе дыма после использования семолины, сорбита/семолины и МСМ-41/семолины. МСМ-41 приводит к полному содержанию карбонильных соединений, равному 842,0 мкг/сигарета, а сорбит пропускает большее количество карбонильных соединений: 936,6 мкг/сигарета. На фиг.4 приведены выраженные в процентах и нормированные уменьшения содержания карбонильных соединений в главной струе дыма после использования МСМ-41 и сорбита. Эти результаты согласуются с результатами анализов паровой фазы Уменьшения содержания, наблюдающиеся для диоксида кремния, собранного с помощью матрицы из поверхностно-активного вещества, являлись (как минимум) сопоставимыми с уменьшениями для образцов сорбита. Для некоторых анализируемых веществ, таких как ацетон и кротоновый альдегид, уменьшения было более значительными.
Поскольку при использовании образцов МСМ-41 наблюдается уменьшение содержания нафталина, также исследовано содержание полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). В таблице G приведен полный перечень результатов исследований для ПАУ:
| ТАБЛИЦА G. | |||
| Данные анализа полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) (мкг/сигарета) | |||
| ПАУ - FTC | Семолина | Сорбит/Sem | MCM41/Sem |
| Антрацен | 40,8 | 41,4 | 42,1 |
| Бензантрацен | 16,4 | 16,9 | 17,2 |
| Бензо[а]пирен | 6,2 | 6,2 | 6,2 |
| Бензо[е]пирен | 4,4 | 4,6 | 4,5 |
| Бензофлуорантен | 7,4 | 7,5 | 7,4 |
| Бензофлуорен | 28,5 | 28,7 | 30,6 |
| Бензоперилен | 1,2 | 1,2 | 1,2 |
| Хризен | 18,8 | 19,0 | 19,4 |
| Дибензантрацен | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
| Флуорантен | 47,0 | 45,8 | 49,4 |
| Флуорен | 130,0 | 126,0 | 131,5 |
| Нафталин | 453,0 | 198,0 | 271,0 |
| Перилен | 0,6 | 0,6 | 0,6 |
| Фенантрен | 111,0 | 110,5 | 111,0 |
| Пирен | 39,5 | 39,0 | 39,9 |
| ПАУ ПТЧ | 13,3 | 12,7 | 13,2 |
| Всего ПАУ | 904,9 | 645,3 | 732,0 |
| Всего ПАУ/ПТЧ | 68,3 | 50,7 | 55,4 |
Нормированное на полное количество твердых частиц (ПТЧ) уменьшение содержания нафталина по сравнению с контролем (семолиной) для МСМ-41 составляло ≈40% и для сорбита составляло ≈54%. Уменьшение содержания других ПАУ не наблюдалось. Хотя нафталин обладает самой маленькой молекулой и является наиболее летучим из исследованных ПАУ, уменьшение содержания нафталина, видимо, обусловлено его летучестью, а не размером молекулы. Диаметр пор МСМ-41 является большим по сравнению с размером молекулы антрацена, следующим по размеру молекулы исследованным анализируемым веществом, для которого уменьшение содержания не обнаружено. Эти данные характеризуют способность сорбита адсорбировать неполярные молекулы.
В результате обнаружено, что образцы МСМ-41 являются более селективными по отношению к полярным компонентам дыма и превосходят сорбит при удалении нитрилов, кетонов, спиртов и альдегидов. Образец сорбита являлся более эффективным по отношению к неполярным компонентам дыма, таким как бензол, толуол, стирол, изопрен и нафталин. МСМ-41 может дополнять сорбит и другие добавки, такие как ионообменная смола при его использовании в качестве вспомогательной добавки.
Пример 3
МСМ-41 с включением оксида меди
Образец МСМ-41 готовили по методике, описанной в примере 1. При приготовлении МСМ-41 в раствор реакционной смеси дополнительно вводили нитрат меди(II) при концентрации, равной 3%. Полученный гель прокаливали при 400°С и получали МСМ-41 с включением оксида меди, обладающий такой же большой площадью поверхности и способностью поглощать паровую фазу, что и чистый МСМ-41, но дополнительно обладающий способностью уменьшать содержание цианида водорода и сероводорода. По сравнению с семолиной в качестве контрольного образца МСМ-41 с включением оксида меди приводил к составляющему 56% уменьшению содержания HCN и составляющему 35% уменьшению содержания Н2S.
Представленное выше подробное описание приведено преимущественно для улучшения понимания и следует понимать, что из него не следуют наложения ненужных ограничений на изменения, которые должны быть очевидны для специалистов в данной области техники после ознакомления с настоящим описанием и которые могут быть внесены без отклонения от сущности настоящего изобретения и объема прилагаемой формулы изобретения.
1. Курительное изделие, включающее
курительный материал, окруженный оберточным материалом с образованием курительного стержня; и
расположенный на одной оси фильтрующий элемент, в котором указанный фильтрующий элемент включает мезопористое молекулярное сито, включающее МСМ-41.
2. Изделие по п.1, в котором указанное мезопористое молекулярное сито расположено в указанном фильтрующем элементе.
3. Изделие по п.1, в котором указанный фильтрующий элемент включает несколько фильтрующих камер, в котором одна или большее количество указанных фильтрующих камер включает мезопористое молекулярное сито.
4. Изделие по п.1, в котором указанное мезопористое молекулярное сито представляет собой силикагель, собранный с помощью матрицы из поверхностно-активного вещества, содержащий упорядоченную гексагональную структуру однородных пор.
5. Изделие по п.4, в котором указанные однородные поры обладают диаметрами, равными от примерно 15 до примерно 100 Å.
6. Курительное изделие, включающее
курительный материал, окруженный оберточным материалом с образованием курительного стержня; и
расположенный на одной оси фильтрующий элемент, в котором указанный курительный материал включает мезопористое молекулярное сито, включающее МСМ-41, указанное мезопористое молекулярное сито расположено в указанном курительном стержне.
7. Изделие по п.6, в котором указанный оберточный материал покрыт указанным мезопористым молекулярным ситом.
8. Изделие по п.6, в котором указанное мезопористое молекулярное сито представляет собой силикагель, собранный с помощью матрицы из поверхностно-активного вещества, содержащий упорядоченную гексагональную структуру однородных пор.
9. Изделие по п.8, в котором указанные однородные поры обладают диаметрами, равными от примерно 15 до примерно 100 Å.
10. Курительное изделие, включающее
курительный материал, окруженный оберточным материалом с образованием курительного стержня; и
расположенный на одной оси фильтрующий элемент, в котором указанный курительный материал, указанный оберточный материал, и указанный фильтрующий элемент включают мезопористое молекулярное сито, включающее МСМ-41, указанное мезопористое молекулярное сито расположено в указанном курительном материале и указанном фильтрующем элементе и нанесено на указанный оберточный материал.
11. Изделие по п.10, в котором указанное мезопористое молекулярное сито представляет собой силикагель, собранный с помощью матрицы из поверхностно-активного вещества, содержащий упорядоченную гексагональную структуру однородных пор.
12. Изделие по п.11, в котором указанные однородные поры обладают диаметрами, равными от примерно 15 до примерно 100 Å.
13. Сигарета, включающая
стержень из табака с прикрепленным к нему фильтрующим элементом; и мезопористое молекулярное сито, включающее МСМ-41.
14. Сигарета по п.13, в которой указанное мезопористое молекулярное сито расположено в указанном фильтрующем элементе.
15. Сигарета по п.13, в которой указанный фильтрующий элемент включает несколько фильтрующих камер.
16. Сигарета по п.15, в которой одна или большее количество указанных фильтрующих камер включает указанное мезопористое молекулярное сито.
17. Сигарета по п.13, в которой указанный фильтрующий элемент расположен на одной оси с заполненным табаком курительным стержнем, указанный курительный стержень включает расположенное в нем указанное мезопористое молекулярное сито.
18. Сигарета по п.17, в которой указанный фильтрующий элемент и указанный курительный стержень окружены оберточной бумагой, указанная оберточная бумага покрыта указанным мезопористым молекулярным ситом.
19. Сигарета по п.13, в которой указанное мезопористое молекулярное сито представляет собой силикагель, собранный с помощью матрицы из поверхностно-активного вещества, содержащий упорядоченную гексагональную структуру однородных пор.
20. Сигарета по п.19, в которой указанные однородные поры обладают диаметрами, равными от примерно 15 до примерно 100 Å.
21. Курительное изделие, включающее
курительный материал, окруженный оберточным материалом с образованием курительного стержня; и
расположенный на одной оси фильтрующий элемент, в котором указанное курительное изделие включает мезопористое молекулярное сито, включающее МСМ-41, и несколько добавок.
22. Изделие по п.21, в котором указанное мезопористое молекулярное сито и указанные добавки расположены в указанном курительном материале.
23. Изделие по п.21, в котором указанное мезопористое молекулярное сито и указанные добавки расположены в указанном фильтрующем элементе.
24. Изделие по п.21, в котором указанное мезопористое молекулярное сито и указанные добавки расположены в указанном курительном материале и в указанном фильтрующем элементе.
25. Изделие по п.21, в котором указанный фильтрующий элемент включает несколько фильтрующих камер и в котором одна или большее количество указанных фильтрующих камер включает указанное мезопористое молекулярное сито и указанные добавки.
26. Изделие по п.21, в котором указанное мезопористое молекулярное сито представляет собой силикагель, собранный с помощью матрицы из поверхностно-активного вещества, содержащий упорядоченную гексагональную структуру однородных пор.
27. Изделие по п.26, в котором указанные однородные поры обладают диаметрами, равными от примерно 15 до примерно 100 Å.
28. Изделие по п.21, в котором одна из указанных добавок представляет собой активированный уголь.
29. Изделие по п.28, в котором указанный активированный уголь представляет собой сорбит.
30. Изделие по п.21, в котором одна из указанных добавок представляет собой ионообменную смолу.
31. Курительное изделие, включающее
курительный материал, окруженный оберточным материалом с образованием курительного стержня; и
расположенный на одной оси фильтрующий элемент, в котором указанное курительное изделие включает мезопористое молекулярное сито, включающее МСМ-41, с включением оксида меди.
32. Изделие по п.31, в котором указанное мезопористое молекулярное сито с включением оксида меди расположено в указанном курительном материале.
33. Изделие по п.31, в котором указанный фильтрующий элемент включает расположенное в нем указанное мезопористое молекулярное сито с включением оксида меди.
34. Изделие по п.31, в котором указанный фильтрующий элемент включает несколько фильтрующих камер и в котором одна или большее количество указанных фильтрующих камер включает указанное мезопористое молекулярное сито с включением оксида меди.
35. Изделие по п.31, в котором указанное мезопористое молекулярное сито с включением оксида меди расположено в указанном курительном материале и в указанном фильтрующем элементе.
36. Изделие по п.31, в котором указанное мезопористое молекулярное сито представляет собой силикагель, собранный с помощью матрицы из поверхностно-активного вещества, содержащий упорядоченную гексагональную структуру однородных пор.
37. Изделие по п.36, в котором указанные однородные поры обладают диаметрами, равными от примерно 15 до примерно 100 Å.
38. Фильтр для курительного изделия, включающий
фильтрующий элемент, содержащий мезопористое молекулярное сито, включающее МСМ-41; и
несколько добавок, расположенных в указанном фильтрующем элементе.
39. Фильтр по п.38, в котором указанное мезопористое молекулярное сито и указанные добавки расположены в указанном фильтрующем элементе.
40. Фильтр по п.38, включающий несколько фильтрующих камер.
41. Фильтр по п.40, в котором по меньшей мере одна из указанных фильтрующих камер включает мезопористое молекулярное сито и по меньшей мере одна из указанных фильтрующих камер включает указанные добавки.
42. Фильтр по п.38, в котором указанное мезопористое молекулярное сито представляет собой силикагель, собранный с помощью матрицы из поверхностно-активного вещества, содержащий упорядоченную гексагональную структуру однородных пор.
43. Фильтр по п.42, в котором указанные однородные поры обладают диаметрами, равными от примерно 15 до примерно 100 Å.
44. Фильтр по п.38, в котором одна из указанных добавок представляет собой активированный уголь.
45. Фильтр по п.44, в котором указанный активированный уголь представляет собой сорбит.
46. Фильтр по п.38, в котором одна из указанных добавок представляет собой ионообменную смолу.
47. Фильтр по п.38, в котором указанное мезопористое молекулярное сито включает оксид меди.
