CN1324999C - 降低香烟烟雾中一氧化碳和一氧化氮数量的纳米颗粒添加剂 - Google Patents

降低香烟烟雾中一氧化碳和一氧化氮数量的纳米颗粒添加剂 Download PDF

Info

Publication number
CN1324999C
CN1324999C CNB038099055A CN03809905A CN1324999C CN 1324999 C CN1324999 C CN 1324999C CN B038099055 A CNB038099055 A CN B038099055A CN 03809905 A CN03809905 A CN 03809905A CN 1324999 C CN1324999 C CN 1324999C
Authority
CN
China
Prior art keywords
partial reduction
cigarette
additive
catalyst
carbon monoxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB038099055A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1649519A (zh
Inventor
李平
F·拉索里
M·哈加利戈尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Philip Morris Products SA
Original Assignee
Philip Morris Products SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Philip Morris Products SA filed Critical Philip Morris Products SA
Publication of CN1649519A publication Critical patent/CN1649519A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1324999C publication Critical patent/CN1324999C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24B—MANUFACTURE OR PREPARATION OF TOBACCO FOR SMOKING OR CHEWING; TOBACCO; SNUFF
    • A24B15/00—Chemical features or treatment of tobacco; Tobacco substitutes, e.g. in liquid form
    • A24B15/18—Treatment of tobacco products or tobacco substitutes
    • A24B15/28—Treatment of tobacco products or tobacco substitutes by chemical substances
    • A24B15/287—Treatment of tobacco products or tobacco substitutes by chemical substances by inorganic substances only
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24B—MANUFACTURE OR PREPARATION OF TOBACCO FOR SMOKING OR CHEWING; TOBACCO; SNUFF
    • A24B15/00—Chemical features or treatment of tobacco; Tobacco substitutes, e.g. in liquid form
    • A24B15/18—Treatment of tobacco products or tobacco substitutes
    • A24B15/28—Treatment of tobacco products or tobacco substitutes by chemical substances
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24B—MANUFACTURE OR PREPARATION OF TOBACCO FOR SMOKING OR CHEWING; TOBACCO; SNUFF
    • A24B15/00—Chemical features or treatment of tobacco; Tobacco substitutes, e.g. in liquid form
    • A24B15/18—Treatment of tobacco products or tobacco substitutes
    • A24B15/28—Treatment of tobacco products or tobacco substitutes by chemical substances
    • A24B15/285—Treatment of tobacco products or tobacco substitutes by chemical substances characterised by structural features, e.g. particle shape or size
    • A24B15/286—Nanoparticles

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Cigarettes, Filters, And Manufacturing Of Filters (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Manufacture Of Tobacco Products (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Abstract

本发明提供了去筋烟叶组合物，香烟，香烟的制造方法和吸烟方法，它们涉及使用能够用作将一氧化碳转化为二氧化碳的氧化剂和/或用作将一氧化碳转化为二氧化碳的催化剂的部分还原的纳米颗粒添加剂。本发明的组合物、制品和方法能够用来减少存在于主流烟雾中的一氧化碳和/或一氧化氮的量。该部分还原的添加剂可以通过部分还原Fe2O3来形成，获得了各种还原形式比如Fe3O4，FeO和/或Fe以及未还原的Fe2O3的混合物。

Description

降低香烟烟雾中一氧化碳和 一氧化氮数量的纳米颗粒添加剂
发明领域
本发明一般涉及降低在吸烟过程中香烟的主流烟雾中的一氧化碳和/或一氧化氮数量的方法。更具体地说，本发明涉及去筋烟叶组合物，香烟，香烟的制造方法和吸烟方法，它们包括使用纳米颗粒形式的部分还原的添加剂，该添加剂用作将一氧化碳转化为二氧化碳的催化剂和/或用作将一氧化氮转化为氮的催化剂。
背景技术
已经有人提出了减少在吸烟过程中香烟的主流烟雾中的一氧化碳和/或一氧化氮的量的多种方法。例如，英国专利No.863,287描述了用于在烟草制品的制造之前处理烟草，使得不完全燃烧产物在烟草制品的抽烟过程中被去除或改性的方法。这据说通过将氧化钙或氧化钙前体加入到烟草中来实现。氧化铁也被作为烟草的添加剂提及。
包括吸收剂(一般在过滤嘴中)的香烟已经被提出用来物理吸收一些一氧化碳，但这些方法通常不是完全有效的。用于去除在抽烟过程中形成的副产物的卷烟过滤嘴描述在US再公告专利No.RE 31,700中，其中该卷烟过滤嘴包括干燥和活性绿藻类，任选具有无机多孔吸附剂比如氧化铁。英国专利No.973,854描述了用于除去气体副产物，比如氰化氢和硫化氢的其它过滤材料和过滤嘴。这些过滤材料和过滤嘴含有气体吸附材料的吸收颗粒，掺杂了细微的铁和锌的氧化物。在另一个实例中，美国专利No.4,193,412描述了吸用烟草产品和它们的过滤元件的添加剂，它包含至少两种高度分散的金属氧化物或金属氢氧化物的精细混合物。这种添加剂据说对于烟草烟雾中的有毒物质具有协同提高的吸收能力。英国专利No.685,822描述了据说将烟草烟雾中的一氧化碳氧化为碳酸气的过滤剂。该过滤剂例如含有二氧化锰和氧化铜，以及熟石灰。添加少量的氧化铁据说改进了产品的效率。
将氧化剂或催化剂加入到过滤嘴中已经被描述为用于降低到达吸烟者的一氧化碳的浓度的策略。使用普通催化剂的此类方法的缺点包括常常需要将大量的氧化剂引入到过滤嘴中，以便显著减少一氧化碳。另外，如果多相反应的无效被考虑进去的话，所需的氧化剂的量将甚至更大。例如，US专利No.4,317,460描述了用于将一氧化碳低温氧化为二氧化碳的在吸烟产品过滤嘴中使用的担载催化剂。此类催化剂包括担载于微孔载体上的锡或锡化合物例如与其它催化材料的混合物。用于吸烟制品的另一过滤嘴描述在瑞士专利609,217中，其中该过滤嘴包含含络合铁的四吡咯颜料(例如血红蛋白或血绿蛋白)，以及任选的能够固定一氧化碳或将其转化为二氧化碳的金属或金属盐或氧化物。在另一个实例中，英国专利No.1,104,993涉及由吸附剂颗粒和热塑性树脂制造的烟油滤芯。虽然活性炭是用于吸附剂颗粒的优选材料，但据说金属氧化物，比如氧化铁可以代替活性炭，或者可以与活性炭一起使用。然而，此类催化剂具有缺陷，因为在吸烟的正常情况下，催化剂例如被在吸烟过程中形成的各种副产物和/或被热快速钝化。另外，由于这种局限的催化活性，此类过滤嘴常常在吸烟过程中加热到不可接受的温度。
用于将一氧化碳转化为二氧化碳的催化剂例如描述在美国专利Nos.4,956,330和5,258,330中。用于将一氧化碳和氧氧化反应为二氧化碳的催化剂组合物例如描述在美国专利No.4,956,330中。另外，美国专利No.5,050,621描述了具有含用于将一氧化碳氧化为二氧化碳的材料的催化装置的吸烟制品。该催化剂材料可以是氧化铜和/或二氧化锰。制备该催化剂的方法描述在英国专利No.1,315,374中。最后，美国专利No.5,258,340描述了用于将一氧化碳氧化为二氧化碳的混合过渡金属氧化物催化剂。该催化剂据说可用于引入到吸烟制品中。
金属氧化物，比如氧化铁也因为各种目的而被引入到香烟中。例如，WO 87/06104描述了将少量的氧化锌或氧化铁加入到烟草中的方法，目的是减少或消除某些副产物，比如氮-碳化合物的产生，以及去除与香烟有关的陈旧的余味。氧化铁以颗粒形式提供，使得在燃烧条件下，以颗粒形式微量存在的氧化铁或氧化锌被还原为铁。铁据称能将水蒸汽离解为氢气和氧，并且引起氮与氢比氮与氧和碳优先燃烧，从而优先形成了氨，而不是氮-碳化合物。
在另一个实例中，US专利No.3,807,416描述了包括复原烟叶和氧化锌粉末的吸烟材料。此外，美国专利No.3,720,214涉及包括烟草和主要地由微细氧化锌组成的催化剂的吸烟制品组合物。该组合物被描述为导致了在吸烟过程中多环芳族化合物的量的减少。降低一氧化碳的浓度的另一种方法描述在WO 00/40104中，它描述了将烟草与作为添加剂的黄土和任选的氧化铁化合物结合使用。黄土中的成分的氧化物以及氧化铁添加剂据说减低了一氧化碳的浓度。
另外，氧化铁还因为各种其它目的而被建议引入到烟草制品中。例如，氧化铁已经作为颗粒无机填料(例如美国专利Nos.4,197,861；4,195,645；和3,931,824)，作为着色剂(例如美国专利No.4,119,104)和以粉末形式作为燃烧调节剂(例如美国专利No.4,109,663)进行了描述。另外，几个专利描述了用粉状氧化铁处理填料的方法，以便改进味道，颜色和/或外观(例如美国专利Nos.6,095,152；5,598,868；5,129,408；5,105,836和5,101,839)。CN 1312038描述了包括铁和氧化铁(包括FeO，Fe2O3，Fe3O4，和铁氧体在内)作为用于减少刺激剂和烟的异常气味和减少烟的某些组分的添加剂的香烟。然而，制备引入了金属氧化物，比如FeO或Fe2O3的香烟的现有尝试没有导致主流烟雾中的一氧化碳的有效减少。
尽管开发至今，但对于降低在吸烟过程中香烟的主流烟雾中的一氧化碳和/或一氧化氮的量的改进和更有效的方法和组合物仍然存在很大的兴趣。优选，此类方法和组合物不应该牵涉昂贵或费时的制造和/或加工步骤。更优选，它应该不仅可以催化或氧化香烟的过滤嘴部位的一氧化碳和/或一氧化氮，而且可以催化或氧化在吸烟过程中沿香烟的整个长度分布的一氧化碳和/或一氧化氮。
概述
本发明提供了去筋烟叶(cut filler)组合物，香烟，香烟的制造方法和吸烟方法，它们涉及使用能够用作将一氧化碳转化为二氧化碳的氧化剂和/或用作将一氧化氮转化为氮的催化剂的部分还原的纳米颗粒添加剂。
在一个实施方案中，本发明涉及去筋烟叶组合物，其含有烟草和能够用作将一氧化碳转化为二氧化碳的催化剂和/或将一氧化氮转化为氮的催化剂的至少一种部分还原的添加剂。该部分还原的添加剂以纳米颗粒的形式存在。
在另一个实施方案中，本发明涉及包括含去筋烟叶组合物的烟丝条的香烟，该组合物含有烟草和能够用作将一氧化碳转化为二氧化碳的催化剂和/或将一氧化氮转化为氮的催化剂的至少一种部分还原的添加剂。该部分还原的添加剂以纳米颗粒的形式存在。该香烟优选具有大约5mg部分还原的添加剂/香烟到大约100mg部分还原的添加剂/香烟，或者该香烟可以更优选具有大约40mg部分还原的添加剂/香烟到大约50mg部分还原的添加剂/香烟。
在另一个实施方案中，本发明涉及制造香烟的方法，包括：
(i)用还原气体处理Fe2O3纳米颗粒，以便形成能够用作将一氧化碳转化为二氧化碳的催化剂和/或将一氧化氮转化为氮的催化剂的至少一种部分还原的添加剂，其中该部分还原的添加剂以纳米颗粒的形式存在；
(ii)将该部分还原的添加剂加入到去筋烟叶组合物中；
(iii)将包括该部分还原的添加剂的去筋烟叶组合物提供给卷烟机，从而形成烟丝条；和
(iv)在烟丝条周围包上包装纸，从而形成香烟。
在本发明的又一个实施方案中，本发明涉及吸烟方法，包括点燃香烟，形成烟雾，以及从香烟中吸出烟雾，其中该香烟包括含去筋烟叶组合物的烟丝条，该组合物含有烟草和能够用作将一氧化碳转化为二氧化碳的催化剂和/或将一氧化氮转化为氮的催化剂的至少一种部分还原的添加剂。该部分还原的添加剂以纳米颗粒的形式存在。
优选，在本发明的各种实施方案中使用的部分还原的添加剂能够同时用作将一氧化碳转化为二氧化碳的催化剂和将一氧化氮转化为氮的催化剂。该部分还原的添加剂可以通过部分还原选自金属氧化物、掺杂的金属氧化物和它们的混合物中的化合物来形成。例如，该部分还原的化合物可以选自Fe2O3，CuO，TiO2，CeO2，Ce2O3，Al2O3，掺杂锆的Y2O3，掺杂钯的Mn2O3和它们的混合物。优选，该部分还原的添加剂包括已经用还原气体处理，从而形成部分还原的添加剂的Fe2O3纳米颗粒。在此情况下，Fe2O3可以另外在去筋烟叶或香烟的吸烟过程中进一步就地还原，从而形成选自Fe3O4，FeO或Fe中的至少一种还原物质。
在一个实施方案中，该部分还原的纳米颗粒添加剂以有效将至少50％的一氧化碳转化为二氧化碳和/或将至少50％的一氧化氮转化为氮的量，或者有效将至少80％的一氧化碳转化为二氧化碳和/或将至少80％的一氧化氮转化为氮的量存在。
该部分还原的纳米颗粒添加剂具有优选小于约500nm，更优选小于约100nm，还更优选小于约50nm，以及最优选小于约5nm的平均粒度。优选，该部分还原的纳米颗粒添加剂具有约20m2/g到约400m2/g，或更优选约200m2/g到约300m2/g的表面积。
附图简述
图1描绘了一氧化碳至二氧化碳的氧化反应的吉布斯自由能和焓的温度依赖性。
图2描绘了二氧化碳被碳还原形成一氧化碳时二氧化碳至一氧化碳的转化率的温度依赖性。
图3描绘了具有约3nm的平均粒度的Fe2O3纳米颗粒(NANOCATSuperfine Iron Oxide(SFIO)，购自MACH I，Inc.，King of Prussia，PA)与具有约5μm的平均粒度的Fe2O3粉(购自Aldrich ChemicalCompany)之间的催化活性的对比。
图4A和4B描绘了在香烟中的热解区(其中Fe2O3纳米颗粒用作催化剂)和燃烧区(其中Fe2O3纳米颗粒用作氧化剂)。
图5描绘了石英流管反应器的示意图。
图6说明当使用Fe2O3纳米颗粒作为一氧化碳用氧氧化为二氧化碳的反应的催化剂时一氧化碳，二氧化碳和氧的产量的温度依赖性。
图7说明当使用Fe2O3纳米颗粒作为Fe2O3与一氧化碳反应，生成二氧化碳和FeO的氧化剂时一氧化剂、二氧化碳和氧的相对产量。
图8A和8B说明了用Fe2O3作为催化剂的一氧化碳和二氧化碳的反应级数。
图9描绘了生成二氧化碳的一氧化碳与氧的反应的活化能和指前因子的测量，其中使用Fe2O3纳米颗粒作为该反应的催化剂。
图10描绘了分别对于300mL/min和900mL/min的流速的一氧化碳转化率的温度依赖性。
图11描绘了对于水的污染和钝化研究，其中曲线1表示3％H2O的条件和曲线2表示没有H2O的条件。
图12描绘了作为一氧化碳用氧氧化，生成二氧化碳的反应的催化剂的CuO和Fe2O3纳米颗粒的转化率的温度依赖性。
图13描绘了在评价不同纳米颗粒催化剂中模拟香烟的流管反应器。
图14描绘了不存在催化剂的一氧化碳和二氧化碳产生的相对量。
图15描绘了存在催化剂的一氧化碳和二氧化碳产生的相对量。
图16描绘了具有数字流量计和多气体分析仪的流管反应器***。
图17描绘了CO2的产量和CO的消耗。
图18描绘了CO的消耗和CO2的产量，以及如用虚线表示的在CO消耗和CO2产生之间的差。
图19描绘了O2的净损耗和CO2的产量，以及在氧的量和二氧化碳的量之间的差。
图20描绘了NANOCATFe2O3的预期分段还原。
图21描绘了一氧化碳和一氧化氮至二氧化碳和氮的转化。
图22描绘了在没有氧的2CO+2NO2CO2+N2反应中的CO，NO和CO2的浓度。
图23描绘了当在低浓度的氧下进行时在2CO+2NO2CO2+N2反应中的CO，NO和CO2的浓度。
图24描绘了当在高浓度的氧下进行时在2CO+2NO2CO2+N2反应中的CO，NO和CO2的浓度。
详细说明
通过本发明，能够减少在主流烟雾中的一氧化碳和/或一氧化氮的量，因此还减少了到达吸烟者或作为间接烟雾放出的一氧化碳和/或一氧化氮的量。尤其，本发明提供了去筋烟叶组合物，香烟，香烟的制造方法和吸烟方法，它们涉及使用部分还原的纳米颗粒添加剂，后者被部分还原，形成用于将一氧化碳转化为二氧化碳的催化剂和/或用作将一氧化氮转化为氮的催化剂。优选，该部分还原的纳米颗粒添加剂催化下列反应：
2CO+2NO  2CO+N2
优选，该部分还原的添加剂包括已经用还原气体处理，形成部分还原的添加剂的Fe2O3纳米颗粒，它一般包括Fe3O4，FeO和/或Fe以及任何未还原的Fe2O3的混合物。在此情况下，Fe2O3另外可以在去筋烟叶或香烟的吸烟过程中进一步就地还原，从而形成选自Fe3O4，FeO或Fe中的至少一种还原物质。
术语”主流”烟雾是指向下通过烟丝条并从过滤嘴末端放出的气体的混合物，即在吸烟过程中从香烟的口端放出或吸出的烟雾量。主流烟雾含有通过点燃区以及通过卷烟纸吸入的烟雾。
在吸烟过程中形成的一氧化碳的总量来自三个主要来源的总和：热分解(约30％)，燃烧(约36％)和二氧化碳用碳化烟草的还原(至少23％)。来自热分解的一氧化碳的形成起始于约180℃的温度，以及在大约1050℃结束，并且很大程度受化学动力学的控制。在燃烧过程中一氧化碳和二氧化碳的形成很大程度受氧至表面的扩散(ka)和表面反应(kb)的控制。在250℃下，ka和kb是大约相同的。在400℃下，反应变成扩散控制的反应。最后，在大约390℃和更高的温度下发生了二氧化碳被碳化烟草或炭还原的反应。
一氧化氮虽然产生的量少于一氧化碳，但也通过相似的热分解，燃烧和还原反应产生。
除该烟草成分之外，温度和氧浓度是影响一氧化碳和二氧化碳的形成和反应的两种最重要的因素。虽然不希望受理论制约，但据信该部分还原的纳米颗粒添加剂能够对准在吸烟过程中在香烟的不同区域发生的各种反应。在吸烟过程中，在香烟中存在三个不同区域：燃烧区，热解/蒸馏区和冷凝/过滤区。首先，”燃烧区”是在吸烟过程中形成的香烟的燃烧区，通常在香烟的点火端。燃烧区的温度是约700℃到约950℃，而加热速率能够高达500℃/秒。在该区域中的氧的浓度是低的，因为它在烟草的燃烧中被消耗，生成一氧化碳，二氧化碳，水蒸汽和各种有机物。该反应是高度放热的，这里所产生的热被气体携带至热解/蒸馏区。与高温结合的低氧浓度导致了二氧化碳被碳化烟草还原为一氧化碳。在该区域中，该部分还原的纳米颗粒添加剂用作将一氧化碳转化为二氧化碳的氧化剂。作为氧化剂，该部分还原的纳米颗粒添加剂在缺乏氧的情况下氧化一氧化碳。该氧化反应在大约150℃下开始，并且在高于大约460℃的温度下达到最大活性。
“热解区”是在燃烧区后面的区域，其中温度范围是约200℃到约600℃。这是大部分一氧化碳产生的地方。在该区域中的主要反应是使用在燃烧区产生的热产生一氧化碳，二氧化碳，烟雾组分和炭的烟草的热解(即热降解)。在该区中存在一些氧，因此该部分还原的纳米颗粒添加剂可以用作将一氧化碳氧化为二氧化碳的催化剂。作为催化剂，该部分还原的纳米颗粒添加剂催化一氧化碳被氧氧化的反应，生成二氧化碳。该催化反应在150℃下开始和在大约300℃下达到最大活性。该部分还原的纳米颗粒添加剂优选在其作为催化剂使用之后仍保持其氧化剂能力，以便它还同时能够在燃烧区中用作氧化剂。
第三，具有冷凝/过滤区，其中温度范围是环境温度到约150℃。主要过程是烟雾的组分的冷凝/过滤。一些量的一氧化碳，二氧化碳，一氧化氮和/或氮从香烟中扩散出来和一些氧扩散到该香烟中。然而，一般说来，该氧含量不会恢复到大气水平。
如上所述，该部分还原的纳米颗粒添加剂可以用作将一氧化碳转化为二氧化碳的催化剂和/或将一氧化氮转化为氮的催化剂。在本发明的优选实施方案中，该部分还原的纳米颗粒添加剂能够同时用作将一氧化碳转化为二氧化碳的催化剂和将一氧化氮转化为氮的催化剂。
所谓“纳米颗粒”是指具有小于1微米的平均粒度的颗粒。该部分还原的纳米颗粒添加剂具有优选小于约500nm，更优选小于约100nm，还更优选小于约50nm，以及最优选小于约5nm的平均粒度。优选，该部分还原的纳米颗粒添加剂具有约20m2/g到约400m2/g，或更优选约200m2/g到约300m2/g的表面积。
用于制备该部分还原的纳米颗粒添加剂的纳米颗粒可以使用任何适用技术制备，或者从商品供应商那里购买。优选，适当的部分还原的添加剂的选择应该考虑诸如在储存条件下的稳定性和活性的保持，低成本和供应充裕之类的因素。优选，该部分还原的添加剂是良性材料。例如，MACHI，Inc.，King of Prussia，PA以NANOCATSuperfine IronOxide(SFIO)和NANOCATMagnetic Iron Oxide的商品名出售Fe2O3纳米颗粒。NANOCATSuperfine Iron Oxide(SFIO)是易流动性粉末形式的无定形氧化铁，具有约3nm的粒度，约250m2/g的比表面积，以及约0.05g/mL的堆积密度。NANOCATSuperfine Iron Oxide(SFIO)通过汽相法来合成，这使得它不含可以存在于普通催化剂中的杂质，并且适合用于食品，药物和化妆品。NANOCATMagnetic Iron Oxide是具有约25nm的粒度和约40m2/g的表面积易流动性粉末。
该部分还原的纳米颗粒添加剂优选通过让化合物经受还原环境，从而形成能够用作将一氧化碳转化为二氧化碳的催化剂和/或将一氧化氮转化为氮的催化剂的一种或多种化合物来生产。例如，起始化合物可以在足以形成部分还原混合物的时间、温度和/或压力条件下经受还原性气体比如CO，H2或CH4的作用。例如，Fe2O3纳米颗粒可以部分还原，形成部分还原的纳米颗粒添加剂，它一般包括Fe3O4，FeO和/或Fe的混合物以及任何未还原的Fe2O3。该Fe2O3部分还原的纳米颗粒能够在合适的还原环境，即还原性气体或还原剂中处理，以便获得该部分还原的纳米颗粒添加剂。该部分还原的纳米颗粒添加剂还可以在去筋烟叶或香烟的吸烟过程中进一步就地还原，尤其在吸烟过程中形成的一氧化碳或一氧化氮反应时。
非晶质相，协同效应和纳米级的尺寸效应是能够改进一氧化碳或一氧化氮催化剂的特性的三个因素。一些纳米颗粒也具有无定形结构。有关NANOCATSuperfine Fe2O3的结构的实验使用连接于数字流量计和多气体分析仪的石英流管反应器(长度：50cm，I.D：0.9cm)。试验装置的示意图在图16中示出。将撒上了已知量的Fe2O3的一件石英棉置于流管的中间，用另外两件洁净的石英棉夹在当中。该石英流管然后放置在用程序升温器控制的Thermcraft炉内部。样品温度用***到撒粉石英棉中的ΩK-型热电偶监测。另一个热电偶放置在该炉的中部，在流管的外部，以便监测和记录炉温。温度数据用Labview型程序记录。入口气体用Hastings数字流量计控制。气体在进入该流管之前混合。通过取样毛细管用NLT2000多气体分析仪(用于CO和CO2的非色散近红外探测器，用于O2的顺磁性检测器)，或者Blazer ThermalStar四极质谱仪分析排出气体。当使用质谱仪作为监测器时，由CO2(m/e＝44)***为CO(m/e＝28)导致的15％的贡献已经被计算在内。
NANOCATSuperfine Fe2O3(具有3nm的粒度)从Mach I Inc.那里购买。样品不用进一步处理而直接使用。全部用氦气补偿的CO(3.95％)和O2(21.0％)气体从具有检定分析的BOC Gases购买。对于HRTEM(高分辨率透射电子显微镜术)，样品稍微破碎和悬浮在甲醇中。将所得悬浮液施加于lacey碳格栅上，并使之蒸发。样品用在200KV下操作的Philips-FEI Technai场致发射透射电子显微镜检验。图像用Gatan慢扫描照相机(GIF)数字记录。EDS谱用薄窗EDAX分光光度计收集。
NANOCATSuperfine Fe2O3是具有仅0.05g/cm3的堆密度的棕色、自由流动的粉末。NANOCATSuperfine Fe2O3的粉末X射线衍射图显示了仅仅宽的不清楚的反射，表明该材料是无定形的或者具有对于该方法来说太小而不能分辩的粒度。另一方面，高分辨透射电镜术能够分辨原子晶格，不管粒度如何，并且在这里用于直接使晶格成像。HRTM分析指示，NANOCATSuperfine Fe2O3由不同粒径的至少两个独立相组成。构成大部分颗粒的一颗粒组具有3到5nm的直径。另一粒级由具有至多24nm的直径的更大的颗粒组成。NANOCATFe2O3纳米颗粒的HTEM图像同时显示了结晶和非晶形畴。更大颗粒组的高分辨率晶格象显示它们是充分结晶的，具有磁赤铁矿(Fe2O3)的结构。较小颗粒的HRTM图像显示了玻璃状(无定形的)结构和结晶颗粒的混合物。这些结晶相可能是三价铁相FeOOH和/或Fe(OH)3。NANOCATFe2O3的无定形组分还可以有助于它的高催化活性。
在纳米级材料之中，具有在O2的存在下作为CO或NO催化剂和在没有O2的情况下作为CO的直接氧化的CO氧化剂的双重功用的过渡金属氧化物，如氧化铁是特别优选的。还能够用作氧化剂的催化剂对于其中O2是最少的和催化剂的再使用没有必要的某些应用来说是特别有用的，比如在燃烧的香烟内。例如，由Mach I，Inc.生产的NANOCATSuperfine Fe2O3是CO氧化的催化剂和氧化剂。
在部分还原的纳米颗粒添加剂的选择中，可以考虑各种热力学因素，以确保氧化和/或催化将有效地发生，这对于熟练技术人员来说是显而易见的。例如，图1显示了一氧化碳至二氧化碳的氧化反应的吉布斯自由能和焓温度依赖性的热力学分析。图2显示了二氧化碳被碳还原形成一氧化碳时二氧化碳的转化率的温度依赖性。
在优选的实施方案中，使用至少部分还原金属氧化物纳米颗粒。可以使用纳米颗粒形式的任何合适的金属氧化物。任选地，一种或多种金属氧化物还可以作为混合物或结合使用，其中各金属氧化物可以是不同的化学实体或相同金属氧化物的不同形式。
优选的至少部分还原的纳米颗粒添加剂包括金属氧化物，比如Fe2O3，CuO，TiO2，CeO2，Ce2O3，或Al2O3，或掺杂金属氧化物比如掺杂锆的Y2O3，掺杂钯的Mn2O3。还可以使用部分还原的纳米颗粒添加剂的混合物。尤其，至少部分还原的Fe2O3是优选的，因为它能够在反应之后被还原为FeO或Fe。此外，当使用至少部分还原的Fe2O3作为部分还原的纳米颗粒添加剂时，它不会转化为环境有害物质。另外，能够避免使用贵金属，因为还原Fe2O3纳米颗粒是经济的，并且易于获得。尤其，如上所述的NANOCATSuperfine Iron Oxide(SFIO)和NANOCATMagnetic Iron Oxide的部分还原形式是优选的部分还原的纳米颗粒添加剂。
取决于O2的可利用性，NANOCATSuperfine Fe2O3能够用作CO氧化的催化剂或氧化剂。图3显示了在具有约3nm的平均粒度的Fe2O3纳米颗粒(NANOCATSuperfine Iron Oxide(SFIO)，购自MACHI，Inc.，King of Prussia，PA)与具有约5um的平均粒度的Fe2O3粉(购自AldrichChemical Company)之间的催化活性的对比。与具有约5μm的平均粒度的Fe2O3相比，Fe2O3纳米颗粒显示了更高的一氧化碳至二氧化碳的转化率。如图3所示，50mg的NANOCATFe2O3能够在400℃下将在1000ml/min的3.4％CO和20.6％O2的进气混合物中的超过98％CO催化为CO2。在相同条件下，相同量的具有5μm的粒度的Fe2O3粉末只能将约10％CO催化为CO2。除此之外，NANOCATFe2O3的初始点火温度比Fe2O3粉末低100℃以上。与非纳米颗粒相比的纳米颗粒的显著的改进的理由有两个。第一，纳米颗粒的BET表面积是更高的(250m2/g对3.2m2/g)。第二，在纳米颗粒表面上具有更多的配位不饱和位点。这些是催化活性位点。因此，即使没有改变化学组成，催化剂的性能能够通过将催化剂的粒度减小到纳米级来增加。
部分还原的Fe2O3纳米颗粒能够同时用作将一氧化碳转化为二氧化碳和将一氧化氮转化为氮的氧化剂和催化剂。如在图4A中所示，Fe2O3纳米颗粒用作在热解区中的催化剂，以及用作在燃烧区中的氧化剂。图4B显示了在点燃香烟中的各种温度带。该氧化剂/催化剂双重功用和该反应温度范围使部分还原的Fe2O3纳米颗粒可用于在吸烟过程中的一氧化碳和/或一氧化氮的还原。还有，在吸烟过程中，Fe2O3纳米颗粒可以首先用作催化剂(即在热解区中)，然后用作氧化剂(即在燃烧区中)。
进一步研究各种催化剂的热力学和动力学的各种实验使用石英流管反应器进行。控制这些反应的动力学方程式如下所示：
ln(1-x)＝-Aoe-(Ea/RT)·(s·1/F)
其中各变量定义如下：
x＝转化为二氧化碳的一氧化碳的百分比
Ao＝指前因子，5×10-6s-1
R＝气体常数，1.987×10-3kcal/(mol·K)
Ea＝活化能，14.5kcal/mol
s＝流管的横截面，0.622cm2
l＝催化剂的长度，1.5cm
F＝流速，cm3/s
在图5中示出了适于进行此类研究的石英流管反应器的示意图。氦，氧/氦和/或一氧化碳/氦混合物可以在该反应器的一端引入。将撒上了Fe2O3纳米颗粒的石英棉放置在反应器的内部。产物从反应器的第二个端口排出，后者包括排气管道和连接四极质谱仪(“QMS”)的毛细管道。因此能够测定各种反应条件的产物的相对量。
图6是其中Fe2O3纳米颗粒用作生成二氧化碳的一氧化碳与氧的反应的催化剂的试验的温度对QMS强度的曲线图。在该试验中，在石英流管反应器中装载约82mg的Fe2O3纳米颗粒。一氧化碳以在氦气中的4％浓度和大约270mL/分钟的流速提供，而氧以在氦气中的21％浓度和大约270ml/分钟的流速提供。加热速率是大约12.1K/min。如在该图中所示，Fe2O3纳米颗粒可在大约225℃以上的温度下有效将一氧化碳转化为二氧化碳。
图7是其中Fe2O3纳米颗粒作为Fe2O3与一氧化碳反应，生成二氧化碳和FeO的氧化剂研究的试验的时间对QMS强度的曲线图。在该试验中，在石英流管反应器中装载约82mg的Fe2O3纳米颗粒。一氧化碳以在氦气中的4％浓度和大约270mL/min的流速提供，以及加热速度是大约137K/min，达到460℃的最高温度。如在图6和7中所示的数据表明的那样，在类似于吸烟过程中的那些条件的条件下，Fe2O3纳米颗粒可有效将一氧化碳转化为二氧化碳。
图8A和8B是显示了用Fe2O3作为催化剂的一氧化碳和二氧化碳的反应级数的图。CO的反应级数在244℃下等温测量。在该温度下，CO-CO2转化率是大约50％。用400ml/min的总流速，进口O2保持恒定在11％，而进口CO浓度在0.5-2.0％的范围内变化。记录出口中的相应CO2浓度，数据在图8A中示出。在排放物CO2浓度和进口CO浓度之间的线性关系指示CO用NANOCAT的催化氧化是CO的一级反应。
O2的反应级数用类似方式测量。注意确保O2浓度不低于CO进口浓度的1/2，因为反应的化学计量需要。目的是防止由于O2不充分，CO被NANOCAT的任何直接氧化。如8B所示，O2浓度的提高对排放气体中的CO2产量具有非常小的影响。因此，能够得出结论，O2的反应级数是大约零。
因为该反应是CO的一级反应和是O2的零级反应，所以总反应是一级反应。在柱塞流管式反应器中，反应速度常数k(s-1)能够表示为：
k＝(u/v)ln(C0/C)
其中u是按mL/s计的流速，V是按cm3计的催化剂的总体积。C0是在气体进口中的CO的容积百分比，C是在气体出口中的CO的容积百分比。按照阿累尼厄斯方程式：
k＝Ae(Ea/RT)
其中A是按s-1计的指前因子，Ea是按kJ/mol计的表观活化能，R是气体常数和T是按°K计的绝对温度。合并这些方程式：
ln[-ln(1-x)]＝lnA+ln(v/u)-Ea/RT
其中x是CO-CO2的转化率，
x＝(Co-C)/Co
如在图9中所示，使用Fe2O3纳米颗粒作为反应的催化剂，通过绘制ln[-ln(1-X)]对1/T的曲线，表观活化能Ea有效由该斜率推演出，指前因子能够由生成二氧化碳的一氧化碳与氧的反应的截距计算出。
在表1中列出了A和Ea的测量值以及在文献中报道的值。14.5kcal/mol的平均Ea高于担载贵金属催化剂的典型活化能(＜10Kcal/mol)。然而，它小于非纳米颗粒Fe2O3(≈20Kcal/mol)的那些值。
表1、活化能和指前因子的总结
流速(mL/min)  CO％  O2％  Ao(s-1) Ea(kcal/mol)
1 300  1.32  1.34  9.0×107 14.9
2 900  1.32  1.34  12.3×106 14.7
3 1000  3.43  20.6  3.8×106 13.5
4 500  3.43  20.6  5.5×106 14.3
5 250  3.42  20.6  9.2×107 15.3
平均  8.0×106 14.5
气相1 39.7
2％Au/TiO2 2 7.6
2.2％Pd/Al2O3 3 9.6
Fe2O3 4 26.4
Fe2O3/TiO2 5 19.4
Fe2O3/Al2O3 6 20.0
1参看Bryden，K.M.和K.W.Ragland，Energy & Fuels，10，269(1996)。
2参看Cant，N.W.，N.J.Ossipoff，Catalysis Today，36，125，(1997)。
3参看Choi，K.I.和M.A.Vance，J.Catal.，131，1，(1991)。
4参看Walker，J.S.，G.I.Staguzzi，W.H.Manogue，和G.C.A.Schuit，J.Catal.，110，299(1988)。
5同上。
6同上。
图10描绘了分别对于300mL/min和900mL/min的流速，在石英管反应器中使用50mg Fe2O3纳米颗粒作为催化剂的一氧化碳转化率的温度依赖性。
图11描绘了在石英管反应器中使用50mg Fe2O3纳米颗粒作为催化剂的水的污染和钝化研究。能够从该图看出，与曲线1(没有水)相比，至多3％水的存在(曲线2)对Fe2O3纳米颗粒将一氧化碳转化为二氧化碳的能力具有很小的影响。
图12说明了在石英管反应器中使用50mg Fe2O3和50mg CuO纳米颗粒作为催化剂的CuO和Fe2O3纳米颗粒的转化率的温度依赖性之间的对比。虽然CuO纳米颗粒在较低温度下具有更高的转化率，但是在较高的温度下，CuO和Fe2O3具有相同的转化率。
图13显示了在评价不同纳米颗粒催化剂中模拟香烟的流管反应器。表2显示了当使用CuO，Al2O3，和Fe2O3纳米颗粒时在一氧化碳与二氧化碳的比率之间的比较以及氧气损耗的百分比。
表2、在CuO，Al2O3和Fe2O3纳米颗粒之间的比较
    纳米颗粒     CO/CO2     O2消耗(％)
    无     0.51     48
    Al2O3     0.40     60
    CuO     0.29     67
    Fe2O3     0.23     100
在缺乏纳米颗粒的情况下，一氧化碳与二氧化碳的比率是大约0.51和氧气损耗是大约48％。表2中的数据说明了通过使用纳米颗粒获得的改进。对于Al2O3，CuO和Fe2O3纳米颗粒，一氧化碳与二氧化碳的比率分别下降到0.40，0.29和0.23。对于Al2O3，CuO和Fe2O3纳米颗粒，氧气损耗分别提高到60％，67％和100％。
图14是在不存在催化剂的情况下显示一氧化碳和二氧化碳产生的量的试验中温度对QMS强度的曲线图。图15是在当使用Fe2O3纳米颗粒作为催化剂时显示一氧化碳和二氧化碳产生的量的试验中温度对QMS强度的曲线图。可以从图14和15中看出，Fe2O3纳米颗粒的存在提高了所存在的二氧化碳与一氧化碳的比率，以及降低了所存在的一氧化碳的量。
在缺乏O2的情况下，凭借Fe2O3的按序还原，生成还原相比如Fe3O4，FeO和Fe，Fe2O3也能够用作将CO氧化为CO2的试剂。该性能可用于某些潜在应用，比如燃烧香烟，其中O2不足以氧化所存在的全部CO。Fe2O3首先能够用作催化剂，然后再次用作氧化剂，再然后被破坏。这样，仅仅添加最小量的Fe2O3，就能够将最大量的CO转化为CO2。
在没有O2的情况下Fe2O3与CO的反应包括多个步骤。首先，当温度升高时，Fe2O3将被分步还原为Fe，
3Fe2O3+CO2Fe3O4+CO2  (5)
2Fe3O4+2CO6FeO+2CO2  (6)
6FeO+6CO6Fe+6CO2  (7)
总方程式是：
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2  (8)
在用方程式(5)，(6)和(7)描述的这三个步骤中消耗的CO的比例是1∶2∶6。新形成的Fe能够催化CO的不相称反应。反应产生了CO2和碳沉积物，
2COC+CO2  (9)
该碳还可以与Fe起反应，形成碳化铁，比如Fe3C，因此使Fe催化剂中毒。一旦Fe完全地转化为碳化铁或它的表面完全被碳化铁或碳沉积物覆盖，那么CO的不相称反应停止。
对于直接氧化实验，使用在图16中所示的石英流管反应器。在气体进口中使用仅4％CO，其余部分是氦。监测排出气体中的CO和CO2浓度，同时将温度从环境温度直线上升到800℃。如图17所示，CO2的产生和CO的消耗几乎是镜像。然而，图18的更仔细的对比显示，CO的消耗和CO2的产生没有精确地重叠。消耗的CO多于生成的CO2。如在图18中用虚线表示的在CO消耗和CO2生产之间的差异在300℃下开始出现，并且一直延伸到800℃。如用方程式(5)、(6)和(7)表示的与不同形式的铁氧化物的所有CO反应产生了与所消耗的CO量相同量的CO2。然而，对于如在方程式(9)中所示的用还原形式的铁氧化物催化的CO的歧化反应反应，所消耗的CO应该多于所产生的CO2，并且应该有碳沉积在表面上。
为了证实碳沉积物的存在，首先在氦气的惰性气氛下将反应器从800℃冷却到室温。然后，将进气转变为在氦气中的5％的O2，并再次将反应器温度直线上升到800℃。图19示出了O2的净损耗，CO2的产量以及在氧的量和二氧化碳的量之间的差。所发生的反应是：
C+O2CO2(10)
4Fe+3O22Fe2O3(11)和/或
4Fe3C+13026Fe2O3+4CO2(12)
CO2的产生证实了碳在样品中的存在。O2的净损耗和CO2的产量之间的差是用于将Fe重新氧化为Fe2O3的O2。这也得到了从黑色转变为鲜红色的样品颜色变化的支持。
作为进一步的检验，将在CO和He的存在下加热到800℃的样品骤冷，再通过能量色散光谱法用高分辨率的TEM检查。观察到了主要两个相，富铁相和碳。在CO的存在下加热到800℃的Fe2O3的HRTEM图像显示了包围碳化铁的石墨。该富铁相形成了用于沉淀碳的核。碳的晶格条纹具有3.4的间距，证明了该碳是石墨。该富铁核产生了仅仅指示铁和碳的存在的EDS谱。晶格条纹能够作为具有Pnma对称的亚稳定碳化铁Fe7C3的指示。在反应器放料盘的底部上发现了硬的物质。该材料用TEM检查的结果表明它由碳化铁，石墨和主要的纯铁的混合物组成。
CO歧化反应因此对于CO去除是有效的。在表3中给出了还原和氧化反应的详细的化学计量。
表3、CO+Fe2O3反应的化学计量(单位：毫摩尔)
Figure C0380990500221
在CO+Fe2O3反应中，0.524mmol的在总CO消耗(COTOTAL)和总CO2产量(CO2，TOTAL)之间的差能够归属于根据方程式(9)的碳沉积物和碳化铁的形成。这与通过反应残留物的氧化测定的0.564mmol基本吻合。由Fe2O3(CO2，Fe2O3)的还原产生的CO2是在CO2TOTAL和由CO歧化反应产生的CO2(CO2DISPROP)之间的差。1.027mmol的CO2Fe2O3与根据方程式(8)的由初始量的Fe2O3计算的1.032mmol非常一致。在O2+Fe，Fe3C和C氧化反应中，Fe物质氧化为Fe2O3时消耗的O2也与根据方程式(11)和(12)计算所需的O2量非常一致。
2.075mmol的总CO消耗(COTOTAL)大于根据方程式(8)的CO消耗(1.027mmol)的两倍。对于额外的CO消耗，50％变成碳沉积物和碳化物，另外50％变成CO2。因此，CO歧化反应对总CO去除量的贡献是显著的。
这些试验结果表明NANOCATFe2O3既是CO催化剂又是CO氧化剂。作为催化剂，反应级数是CO的一级和O2的零级。表观活化能是14.5Kcal/mol。由于它的粒度小，NANOCATFe2O3是CO氧化的有效催化剂，具有19s-1m-2的反应速率。在没有O2的情况下，NANOCATFe2O3是有效的CO氧化剂，因为它能够直接将CO氧化为CO2。另外，在直接氧化过程中，NANOCATFe2O3的还原形式催化CO的歧化反应，产生碳沉积物，碳化铁和CO2。该CO的歧化反应显著地有助于CO的总去除。
CO和NO的量因此能够通过三种潜在反应来减少：氧化，催化或歧化。在图20中示出了预期的NANOCATFe2O3的分段还原。根据方程式(5)，(6)和(7)，在这三个步骤中产生的CO2的比例是1∶2∶6。然而，在图20中，仅能发现两个步骤，具有大约1∶7的比率。显然，反应(6)和(7)没有充分分开。这与FeO不是稳定的物质的报道一致。
图21显示了一氧化碳和一氧化氮至二氧化碳和氮的反应的温度依赖性。图22-24显示了氧化铁纳米颗粒对含有CO、NO和He的气流的效应。图22描绘了在没有氧的2CO+2NO2CO2+N2反应中的CO，NO和CO2的浓度。图23描绘了当该反应在低浓度的氧下进行时这些物质的浓度和图24描绘了当该反应在高浓度的氧下进行时这些物质的浓度。在料流中没有任何氧的情况下(如在图22中所示)，NO浓度的下降在大约120℃下开始。通过增加氧浓度(图23)，NO浓度的降低转变至约260℃。在更高的氧含量下(图24)，NO浓度保持不变。在所有三种情况下，该催化剂可以有效降低CO浓度，但催化剂的还原形式可有效用于同时脱除CO和NO。
通过将该部分还原的纳米颗粒添加剂分配在烟草中和使用任何合适的方法将它们引入到去筋烟叶烟草中，可以沿烟丝条的长度提供如上所述的部分还原的纳米颗粒添加剂。纳米颗粒可以粉末的形式或在溶液中以分散体的形式提供。在优选的方法中，在去筋烟叶烟草中撒上干燥粉末形式的部分还原的纳米颗粒添加剂。该部分还原的纳米颗粒添加剂还可以溶液的形式的存在，并喷涂在去筋烟叶烟草上。另外地，该烟草可以含有该部分还原的纳米颗粒添加剂的溶液涂敷。该部分还原的纳米颗粒添加剂还可以加入到提供给卷烟机的去筋烟叶烟草原料中或加入到在香烟条周围包裹卷烟纸之前的烟丝条中。
该部分还原的纳米颗粒添加剂优选在整个香烟的烟丝条部分和任选的卷烟过滤嘴上分布。通过在整个烟丝条上提供该部分还原的纳米颗粒添加剂，可以减少在整个香烟中，尤其在燃烧区和热解区中的一氧化碳和/或一氧化氮的量。
应该选择该部分还原的纳米颗粒添加剂的量，使得减少在吸烟过程中在主流烟雾中的一氧化碳和/或一氧化氮的量。优选地，该部分还原的纳米颗粒添加剂的量是大约几毫克，例如，5mg/香烟，到约100mg/香烟。更优选，部分还原的纳米颗粒添加剂的量是约40mg/香烟到约50mg/香烟。
本发明的一个实施方案涉及去筋烟叶组合物，其含有烟草和如上所述的至少一种部分还原的纳米颗粒添加剂，该添加剂能够用作将一氧化碳转化为二氧化碳的催化剂和/或将一氧化氮转化为氮的催化剂。
任何合适的烟草混合物可以用于该去筋烟叶。合适的烟草材料的类型的实例包括薰制，白肋烟，马里兰或东方烟草，稀有或专业烟草，和它们的共混物。烟草材料能够以烟草叶片；加工烟草材料比如体积膨胀或疏松的烟草，加工烟草梗比如辊切(cut-rolled)或cut-puffed梗，复原烟叶材料；或它们的共混物的形式提供。烟草材料还可以包括烟叶代用品。
在香烟制造中，烟草通常地以去筋烟叶的形式，即以切割成约1/10英寸到约1/20英寸或甚至1/40英寸的碎片或细条的形式使用。细条的长度约0.25英寸到约3.0英寸。该香烟可以进一步包括本领域已知的一种或多种香料或其它添加剂(例如燃烧添加剂，燃烧改性剂，着色剂，粘结剂等等)。
本发明的另一个实施方案涉及包括烟丝条的香烟，其中烟丝条包括具有如上所述的至少一种部分还原的纳米颗粒添加剂的去筋烟叶，该添加剂能够用作将一氧化碳转化为二氧化碳的催化剂和/或将一氧化氮转化为氮的催化剂。本发明的另一个实施方案涉及制造香烟的方法，包括：(i)用还原气体处理Fe2O3纳米颗粒，以便形成能够用作将一氧化碳转化为二氧化碳的催化剂和/或将一氧化氮转化为氮的催化剂的至少一种部分还原的添加剂，其中该部分还原的添加剂以纳米颗粒的形式存在；(ii)将该部分还原的添加剂加入到去筋烟叶组合物中；(iii)将包括该部分还原的添加剂的去筋烟叶组合物提供给卷烟机，从而形成烟丝条；和(iv)在烟丝条周围包上包装纸，从而形成香烟。
香烟制造的技术在本领域中是已知的。任何普通或改良香烟制造技术可以用来引入该部分还原的纳米颗粒添加剂。所得香烟能够按照任何已知的技术规格使用标准或改良香烟制造技术和设备来制造。典型地，本发明的去筋烟叶组合物任选与其它香烟添加剂结合，以及提供给卷烟机，生产烟丝条，然后用卷烟纸包裹，再任选在顶端安装过滤嘴。
本发明的香烟可以具有约50mm到约120mm的长度。一般，常规香烟大约70mm长，“特大号”大约85mm长，“超特大号”大约100mm长，以及“长”是通常约120mm长。周长是约15mm到约30mm，以及优选25mm。充填密度典型地是约100mg/cm3到约300mg/cm3，优选150mg/cm3到约275mg/cm3。
本发明的又一个实施方案涉及抽吸上述香烟的方法，包括点燃香烟，形成烟雾，以及从香烟中吸出烟雾，其中在吸烟过程中，该部分还原的纳米颗粒添加剂用作将一氧化碳转化为二氧化碳的催化剂和/或将一氧化氮转化为氮的催化剂。
“吸”烟是指加热或点燃香烟，形成烟雾，该烟雾能够被吸入。一般，吸烟包括点燃香烟的一端和通过香烟的过滤嘴端吸出烟雾，同时其中含有的烟草经历燃烧反应。然而，香烟还可以用其它方式抽吸。例如，可以如在共同转让的US专利Nos.6,053,176；5,934,289；5,591,368或5,322,075中所述通过加热香烟和/或使用电热器方式加热来吸烟。
虽然参考优选实施方案描述了本发明，但毫无疑问的是，可以采取各种变化和改良，这对本领域的那些技术人员来说是显而易见的。此类变化和改进将被认为是在如所附权利要求书定义的本发明的范围和权限内。
所有上述参考文献在本文中全面引入供参考，就好像各参考文献被特定和单独地被指出在本文中全面引入供参考一样。

Claims (17)

1、去筋烟叶组合物，包含烟草和能够用作将一氧化碳转化为二氧化碳的催化剂和/或将一氧化氮转化为氮的催化剂的至少一种部分还原的添加剂，其中该部分还原的添加剂以纳米颗粒的形式存在。
2、权利要求1的去筋烟叶组合物，其中该部分还原的添加剂能够同时用作将一氧化碳转化为二氧化碳的催化剂和将一氧化氮转化为氮的催化剂。
3、权利要求1的去筋烟叶组合物，其中该部分还原的添加剂通过将选自Fe2O3，CuO，TiO2，CeO2，Ce2O3，Al2O3，掺杂锆的Y2O3，掺杂钯的Mn2O3和它们的混合物中的化合物部分还原来形成。
4、权利要求3的去筋烟叶组合物，其中Fe2O3被部分还原，形成部分还原的添加剂。
5、权利要求3的去筋烟叶组合物，其中该部分还原的添加剂包括Fe3O4，FeO和/或Fe。
6、权利要求1的去筋烟叶组合物，其中该部分还原的添加剂具有低于50nm的平均粒度。
7、权利要求6的去筋烟叶组合物，其中该部分还原的添加剂具有低于5nm的平均粒度。
8、包括含有去筋烟叶组合物的烟丝条的香烟，该组合物含有烟草和能够用作将一氧化碳转化为二氧化碳的催化剂和/或将一氧化氮转化为氮的催化剂的至少一种部分还原的添加剂，其中该部分还原的添加剂以纳米颗粒的形式存在。
9、权利要求8的香烟，其中该部分还原的添加剂能够同时用作将一氧化碳转化为二氧化碳的催化剂和将一氧化氮转化为氮的催化剂。
10、权利要求8的香烟，其中该部分还原的添加剂通过将选自Fe2O3，CuO，TiO2，CeO2，Ce2O3，Al2O3，掺杂锆的Y2O3，掺杂钯的Mn2O3和它们的混合物中的化合物部分还原来形成。
11、权利要求10的香烟，其中该部分还原的添加剂包括已经用还原气体处理，从而形成部分还原的添加剂的Fe2O3纳米颗粒。
12、权利要求10的香烟，其中该部分还原的添加剂以有效将至少50％的一氧化碳转化为二氧化碳和/或将至少50％的一氧化氮转化为氮的量存在。
13、权利要求8的香烟，其中该部分还原的添加剂具有低于50nm的平均粒度。
14、权利要求8的香烟，其中该部分还原的添加剂具有低于5nm的平均粒度。
15、权利要求8的香烟，其中该香烟具有每根香烟5mg部分还原的添加剂到100mg部分还原的添加剂。
16、权利要求15的香烟，其中该香烟具有每根香烟40mg部分还原的添加剂到50mg部分还原的添加剂。
17、制造香烟的方法，包括(i)用还原气体处理Fe2O3纳米颗粒，以便形成能够用作将一氧化碳转化为二氧化碳的催化剂和/或将一氧化氮转化为氮的催化剂的至少一种部分还原的添加剂，其中该部分还原的添加剂以纳米颗粒的形式存在；(ii)将该部分还原的添加剂加入到去筋烟叶组合物中；(iii)将包括该部分还原的添加剂的去筋烟叶组合物提供给卷烟机，从而形成烟丝条；和(iv)在烟丝条周围包上包装纸，从而形成香烟。
CNB038099055A 2002-04-12 2003-04-07 降低香烟烟雾中一氧化碳和一氧化氮数量的纳米颗粒添加剂 Expired - Fee Related CN1324999C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US37172902P 2002-04-12 2002-04-12
US60/371,729 2002-04-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1649519A CN1649519A (zh) 2005-08-03
CN1324999C true CN1324999C (zh) 2007-07-11

Family

ID=29250732

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB038099055A Expired - Fee Related CN1324999C (zh) 2002-04-12 2003-04-07 降低香烟烟雾中一氧化碳和一氧化氮数量的纳米颗粒添加剂

Country Status (17)

Country Link
US (1) US7168431B2 (zh)
EP (1) EP1494551A4 (zh)
JP (1) JP4388379B2 (zh)
KR (1) KR100961605B1 (zh)
CN (1) CN1324999C (zh)
AR (1) AR039296A1 (zh)
AU (1) AU2003226302B2 (zh)
BR (1) BR0309194B8 (zh)
CA (1) CA2481287C (zh)
EA (1) EA005980B1 (zh)
EG (1) EG23501A (zh)
MY (1) MY137152A (zh)
PL (1) PL204274B1 (zh)
TW (1) TWI328430B (zh)
UA (1) UA82063C2 (zh)
WO (1) WO2003086115A1 (zh)
ZA (1) ZA200408011B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103110182A (zh) * 2013-02-18 2013-05-22 华东理工大学 用于降低卷烟燃烧温度的烟丝添加剂及其制备方法

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7651875B2 (en) * 1998-06-08 2010-01-26 Borealis Technical Limited Catalysts
BR0114463B1 (pt) 2000-09-18 2012-05-29 cigarro com baixo nìvel de fumaça de escoamento lateral, cigarro e papel de tratamento de cigarro.
JP2004520818A (ja) * 2000-11-10 2004-07-15 ベクター、タバコ、リミテッド タバコの煙から発癌性物質を除去する方法および製品
US6769437B2 (en) * 2002-04-08 2004-08-03 Philip Morris Incorporated Use of oxyhydroxide compounds for reducing carbon monoxide in the mainstream smoke of a cigarette
US6857431B2 (en) * 2002-12-09 2005-02-22 Philip Morris Usa Inc. Nanocomposite copper-ceria catalysts for low temperature or near-ambient temperature catalysis and methods for making such catalysts
US20050005947A1 (en) 2003-07-11 2005-01-13 Schweitzer-Mauduit International, Inc. Smoking articles having reduced carbon monoxide delivery
US20050166935A1 (en) * 2003-10-27 2005-08-04 Philip Morris Usa Inc. Reduction of carbon monoxide in smoking articles using transition metal oxide clusters
US7677254B2 (en) * 2003-10-27 2010-03-16 Philip Morris Usa Inc. Reduction of carbon monoxide and nitric oxide in smoking articles using iron oxynitride
US8051859B2 (en) * 2003-10-27 2011-11-08 Philip Morris Usa Inc. Formation and deposition of sputtered nanoscale particles in cigarette manufacture
US7934510B2 (en) * 2003-10-27 2011-05-03 Philip Morris Usa Inc. Cigarette wrapper with nanoparticle spinel ferrite catalyst and methods of making same
US7640936B2 (en) * 2003-10-27 2010-01-05 Philip Morris Usa Inc. Preparation of mixed metal oxide catalysts from nanoscale particles
US8006703B2 (en) 2003-10-27 2011-08-30 Philip Morris Usa Inc. In situ synthesis of composite nanoscale particles
US20050274390A1 (en) * 2004-06-15 2005-12-15 Banerjee Chandra K Ultra-fine particle catalysts for carbonaceous fuel elements
US7549427B2 (en) 2004-07-20 2009-06-23 Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College Nanolayer catalysts useful in promoting oxidation, and their manufacture and use
WO2006046145A2 (en) * 2004-10-25 2006-05-04 Philip Morris Products S.A. Gold-ceria catalyst for oxidation of carbon monoxide
US7856992B2 (en) * 2005-02-09 2010-12-28 Headwaters Technology Innovation, Llc Tobacco catalyst and methods for reducing the amount of undesirable small molecules in tobacco smoke
US7803201B2 (en) 2005-02-09 2010-09-28 Headwaters Technology Innovation, Llc Organically complexed nanocatalysts for improving combustion properties of fuels and fuel compositions incorporating such catalysts
US7744846B2 (en) * 2005-03-11 2010-06-29 Philip Morris Usa Inc. Method for forming activated copper oxide catalysts
US7357903B2 (en) * 2005-04-12 2008-04-15 Headwaters Heavy Oil, Llc Method for reducing NOx during combustion of coal in a burner
US7878209B2 (en) * 2005-04-13 2011-02-01 Philip Morris Usa Inc. Thermally insulative smoking article filter components
MY143942A (en) * 2006-01-17 2011-07-29 Philip Morris Prod Cigarette components having encapsulated catalyst particles and methods of making and use thereof
US7758660B2 (en) 2006-02-09 2010-07-20 Headwaters Technology Innovation, Llc Crystalline nanocatalysts for improving combustion properties of fuels and fuel compositions incorporating such catalysts
US8808655B2 (en) 2007-02-12 2014-08-19 The Regents Of The University Of California Bifunctional active sites for adsorption of NOx
EP2134395B1 (en) 2007-03-30 2020-03-18 Philip Morris Products S.A. Device for delivery of a medicament
JP2009189915A (ja) * 2008-02-13 2009-08-27 Hitachi Ltd 窒素酸化物浄化触媒及び窒素酸化物浄化方法
WO2009123023A1 (ja) * 2008-04-01 2009-10-08 日本たばこ産業株式会社 シガレットフィルター
US20100104555A1 (en) * 2008-10-24 2010-04-29 The Scripps Research Institute HCV neutralizing epitopes
BRPI1012702B1 (pt) * 2009-03-17 2021-07-06 Philip Morris Products S.A. Dispositivo para aplicar nicotina a um paciente, método de aplicação de nicotina em um paciente pela inalação e método de substituição do produto de tabaco
WO2010114096A1 (ja) 2009-04-03 2010-10-07 日本たばこ産業株式会社 喫煙物品用一酸化炭素低減触媒およびその製造方法
ES2593112T3 (es) 2009-04-03 2016-12-05 Japan Tobacco, Inc. Cigarrillo y método para tratar material para cigarrillos
IN2012DN02325A (zh) 2009-09-16 2015-08-21 Philip Morris Products Sa
FR2960133B1 (fr) * 2010-05-20 2012-07-20 Pvl Holdings Papier pour un article a fumer presentant des proprietes de reduction du potentiel incendiaire
BR112013008364A2 (pt) * 2010-10-06 2016-06-14 Celanese Acetate Llc filtros de fumaça para dispositivos de fumar com massas porosas tendo uma carga de partícula de carbono e uma queda de pressão encapsulada
US9004911B1 (en) * 2012-11-29 2015-04-14 U.S. Department Of Energy Apparatus and method for solid fuel chemical looping combustion

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4193412A (en) * 1976-12-23 1980-03-18 Rhodia Ag Additive for smoking tobacco products, filter elements thereof and process for the preparation thereof
US4317460A (en) * 1978-01-20 1982-03-02 Gallaher Limited Smoking products
WO1987006104A1 (en) * 1986-04-19 1987-10-22 Leonard Rhys Hardy Improvements in and relating to tobacco products
US5258340A (en) * 1991-02-15 1993-11-02 Philip Morris Incorporated Mixed transition metal oxide catalysts for conversion of carbon monoxide and method for producing the catalysts
CN1312038A (zh) * 2000-03-08 2001-09-12 于粤 一种采用铁和铁氧化物为添加剂的卷烟

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2003690A (en) * 1933-03-28 1935-06-04 Lucy O Lewton Tobacco product
GB685822A (en) 1951-05-22 1953-01-14 Mario Francone An improved filtering agent for tobacco smoke
GB863287A (en) 1957-12-13 1961-03-22 Lorillard Co P Smoking tobacco product
NL293155A (zh) 1963-03-04
NL6410187A (zh) 1963-09-03 1965-03-31
GB1315374A (en) 1970-04-20 1973-05-02 British American Tobacco Co Catalytic oxidation of carbon monoxide
US3720214A (en) 1970-12-03 1973-03-13 Liggett & Myers Inc Smoking composition
ZA723458B (en) 1971-06-11 1973-03-28 British American Tobacco Co Improvements relating to reconstituted-tobacco smoking materials
US3931824A (en) 1973-09-10 1976-01-13 Celanese Corporation Smoking materials
US4109663A (en) 1974-10-17 1978-08-29 Takeda Chemical Industries, Ltd. Tobacco product containing a thermo-gelable β-1,3-glucan-type polysaccharide
US4091822A (en) 1975-04-25 1978-05-30 Loews Theatres, Inc. Article for the selective removal of hydrogen cyanide from tobacco smoke
US4197861A (en) 1975-06-24 1980-04-15 Celanese Corporation Smoking material
CH609217A5 (en) 1975-09-29 1979-02-28 Neukomm Serge Filter for tobacco smoke
AU1871276A (en) 1975-11-11 1978-04-20 Brown & Williamson Tobacco Tobacco
US4195645A (en) 1978-03-13 1980-04-01 Celanese Corporation Tobacco-substitute smoking material
JPS5554888A (en) 1978-10-13 1980-04-22 Takeyoshi Yamaguchi Tobacco filter
GB8819291D0 (en) 1988-08-12 1988-09-14 British American Tobacco Co Improvements relating to smoking articles
US4956330A (en) 1989-06-19 1990-09-11 Phillips Petroleum Company Catalyst composition for the oxidation of carbon monoxide
US5101839A (en) 1990-08-15 1992-04-07 R. J. Reynolds Tobacco Company Cigarette and smokable filler material therefor
US5129408A (en) 1990-08-15 1992-07-14 R. J. Reynolds Tobacco Company Cigarette and smokable filler material therefor
US5105836A (en) 1989-09-29 1992-04-21 R. J. Reynolds Tobacco Company Cigarette and smokable filler material therefor
US5188130A (en) * 1989-11-29 1993-02-23 Philip Morris, Incorporated Chemical heat source comprising metal nitride, metal oxide and carbon
US5591368A (en) 1991-03-11 1997-01-07 Philip Morris Incorporated Heater for use in an electrical smoking system
US5246018A (en) * 1991-07-19 1993-09-21 Philip Morris Incorporated Manufacturing of composite heat sources containing carbon and metal species
US5322075A (en) 1992-09-10 1994-06-21 Philip Morris Incorporated Heater for an electric flavor-generating article
DE69534858D1 (de) 1994-09-07 2006-05-04 British American Tobacco Co Rauchartikel
US5560960A (en) * 1994-11-04 1996-10-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Polymerized phospholipid membrane mediated synthesis of metal nanoparticles
US5934289A (en) 1996-10-22 1999-08-10 Philip Morris Incorporated Electronic smoking system
KR20000047148A (ko) 1998-12-30 2000-07-25 최상구 황토분을 첨가한 담배와 그 제조방법
US6053176A (en) 1999-02-23 2000-04-25 Philip Morris Incorporated Heater and method for efficiently generating an aerosol from an indexing substrate
US7011096B2 (en) * 2001-08-31 2006-03-14 Philip Morris Usa Inc. Oxidant/catalyst nanoparticles to reduce carbon monoxide in the mainstream smoke of a cigarette
US20040025895A1 (en) * 2001-08-31 2004-02-12 Ping Li Oxidant/catalyst nanoparticles to reduce tobacco smoke constituents such as carbon monoxide
DE10146810A1 (de) * 2001-09-22 2003-04-10 Ufl Umweltanalytik Und Forschu Zigarette mit einem reduzierten Kohlenstoffmonoxidgehalt im Hauptstromrauch
US6769437B2 (en) * 2002-04-08 2004-08-03 Philip Morris Incorporated Use of oxyhydroxide compounds for reducing carbon monoxide in the mainstream smoke of a cigarette
US7165553B2 (en) * 2003-06-13 2007-01-23 Philip Morris Usa Inc. Nanoscale catalyst particles/aluminosilicate to reduce carbon monoxide in the mainstream smoke of a cigarette

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4193412A (en) * 1976-12-23 1980-03-18 Rhodia Ag Additive for smoking tobacco products, filter elements thereof and process for the preparation thereof
US4317460A (en) * 1978-01-20 1982-03-02 Gallaher Limited Smoking products
WO1987006104A1 (en) * 1986-04-19 1987-10-22 Leonard Rhys Hardy Improvements in and relating to tobacco products
US5258340A (en) * 1991-02-15 1993-11-02 Philip Morris Incorporated Mixed transition metal oxide catalysts for conversion of carbon monoxide and method for producing the catalysts
CN1312038A (zh) * 2000-03-08 2001-09-12 于粤 一种采用铁和铁氧化物为添加剂的卷烟

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103110182A (zh) * 2013-02-18 2013-05-22 华东理工大学 用于降低卷烟燃烧温度的烟丝添加剂及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
AR039296A1 (es) 2005-02-16
EP1494551A4 (en) 2011-01-19
EP1494551A1 (en) 2005-01-12
AU2003226302A1 (en) 2003-10-27
PL204274B1 (pl) 2009-12-31
WO2003086115A1 (en) 2003-10-23
BR0309194B1 (pt) 2012-10-30
JP4388379B2 (ja) 2009-12-24
CN1649519A (zh) 2005-08-03
EG23501A (en) 2006-01-22
BR0309194A (pt) 2005-02-09
US7168431B2 (en) 2007-01-30
CA2481287A1 (en) 2003-10-23
TW200306790A (en) 2003-12-01
US20040007241A1 (en) 2004-01-15
KR100961605B1 (ko) 2010-06-07
ZA200408011B (en) 2006-06-28
PL371847A1 (en) 2005-06-27
UA82063C2 (uk) 2008-03-11
EA005980B1 (ru) 2005-08-25
TWI328430B (en) 2010-08-11
EA200401361A1 (ru) 2005-04-28
JP2005522206A (ja) 2005-07-28
KR20040099435A (ko) 2004-11-26
CA2481287C (en) 2011-08-02
AU2003226302B2 (en) 2009-01-22
MY137152A (en) 2008-12-31
BR0309194B8 (pt) 2013-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1324999C (zh) 降低香烟烟雾中一氧化碳和一氧化氮数量的纳米颗粒添加剂
CN100353875C (zh) 切割填充烟草组合物、香烟和制造香烟的方法
US6782892B2 (en) Manganese oxide mixtures in nanoparticle form to lower the amount of carbon monoxide and/or nitric oxide in the mainstream smoke of a cigarette
US7878211B2 (en) Tobacco powder supported catalyst particles
US7017585B2 (en) Oxidant/catalyst nanoparticles to reduce tobacco smoke constituents such as carbon monoxide
US20070113862A1 (en) Oxidant/catalyst nanoparticles to reduce tobacco smoke constituents such as carbon monoxide

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20070711

Termination date: 20160407

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee