-
7erfahren zur Entgiftung von Tabak Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Verringerung der schädlichen Giftstoffe in Tabaken, Zigarren und Zigaretten.
-
Es ist seit langem bekannt, daß die Verbrennungsgase von Tabaken äußerst
gesundheitsschädlich sind, da in den Verbrennungsgasen von Tabak über tausend verschiedene
Giftstoffe enthalten sind. Es ist insbesondere bekannt, daß der Gehalt an Kohlenmonoxid
im Tabakrauch zu Herz- und Kreislsuferkrankungen führt, und zwar durch mangelnde
Sauerstoffversorgung der wichtigen Organe.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Entgiftung von Tabaken,
Zigarren und Zigaretten zu schaffen.
-
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß dem Tsbak
Stoffe zugesetzt werden, die bei der Verbrennung in geeigneter Menge einen Katalysator
zur 3rniedrigung des Gehalts sn Schadstoffen im Verbrennungsgas und im Rauch erzeugen,
die in einen solchen Kstalysstor
umgewandelt werden und/oder die
solche Katalysatoren sind und beim Verbrennen des Tabaks aktiviert werden.
-
Die Lehre der Erfindung unterscheidet sich vollständig und grundsätzlich
von allen bisher bekannten Gaskatalysen, bei denen der Katalysator an einem festen
Ort angeordnet ist, gegebenenfalls durch l?r ^ãheizlng auf die gewünschte Temperatur
erwärmt wird und bei denen dann das Gas über dan Katalysator geleitet wird. Nach
der Lehre der Erfindung dagegen wird der Katalysator dort, wo er gebraucht wird,
dann, wenn er gebraucht wird, erzeugt. Hinzu kommt der Unterschied, daß der Katalysator
genau durch den Vorgang erzeugt wird, auf den er katalytisch steuernd einwirken
soll und auch einwirkt.
-
Außerdem nuß mit Nachdruck auch darauf hingewiesen werden, daß bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren trotz Verwendung von Katalysatoren überhaupt keine
Katalyse im klassischen Sinne vorliegt. Jedem Chemiker ist nämlich die Arbeitsregel
in Fleisch und Blut eingegangen, daß katalytische Verfahren nur dann sinnvoll sein
können, wenn man den Katalysator bei diesem Verfahren stets wieder zurückerhält,
und daß Zweifel an dieser Grundregel oder gar die Erprobung von Verfahren, bei denen
diese Grundregel mißachtet wird, bestenfalls als Zeitvergeudung zu betrachten seien.
Es bedurfte der schöpferis^hen Phantasie und Tätigkeit des Erfinders, dieses festgefügte
und absolute Vorurteil zu überwinden, um zu der vorteilhaften und erfinderischen
Lehre des vorliegenden Verfahrens zu gelangen, bei welchem die aus den zugesetzten
Stoffen erzeugten bzw. gebildeten Katalysatoren als Einweg-oder Wegwerf-Katalysatoren
verwendet werden.
-
Mit der Erfindung werden erstaunlich viele Vorteile erzielt. Zunächst
erreicht man den Vorteil, daß wegen der Erzeugung des Katalysators durch die Verbrennung
des Tabaks der Katalysator aufgrund der hohen Brenntemperaturen und damit aufgrund
seiner hohen Eigentemperatur für viele Entgiftungsvorgänge besonders aktiv ist.
Selbstverständlich wird aber nicht nur direkt im Brenn- oder Glimmbereich ein Katalysator
bzw. ein Katalysatorgemisch erzeugt, sondern auch
in der Nähe des
Brennbereiches außerhalb desselben. Damit erhält man den weiteren Vorteil, daß die
Katalysatoren bzw. das Katalysatorgemisch je nach Lage im Brennbereich oder in einem
Abstand von diesem verschiedene Temperaturen aufweisen. Da für verschiedene Entgiftungsvorgänge
verschiedene Katalysatortemperaturen besonders günstig sind, wird mit der Erfindung
der weitere große Vorteil erreicht, daß wegen des Vorliegens von Katalysatoren mit
verschiedenen Temperaturen innerhalb eines Temperaturbereichs für verschiedene Entgiftungsvorgänge
zwangslWufig Katalysatoren mit der optimalen Temperatur vorhanden sind. Hinzu kommt
der weitere Vorteil, daß keine Vergiftung des Katalysators selber eintritt.
-
Ein ganz wesentlicher Vorteil der Erfindung ist auch darin zu sehen,
daß der Tabak nicht nur für den Raucher selber entgiftet wird, sondern auch für
Nichtraucher - die oft wider Willen zum passiven Mitrauchen gezwungen werden. Dieser
Entgiftungseffekt zu Gunsten der nicht aktiv rauchenden Personen und zur allgemeinen
Verringerung der Umweltverschmutzung ist völlig neu. Bisher gab es lediglich Pfeifen-oder
Zigarettenfilter, die ohnehin nur relativ wenige der vielen Schadstoffe in relativ
geringem Maße herausfilterten. Selbstverständlich konnten diese Filter die wenigen
Schadstoffe, die sie überhaupt auffingen, nur aus den Verbrennungsgasen und den
Tabaksrauch herausfiltern, der vom Raucher beim Ziehen an der Pfeife bzw. Zigarette
eingeatmet wurde. Dieser Rauch, der zumindest bei Rauchern, die über Lunge rauchen,
außer im Filter selber außerdem noch in der Lunge des Rauchers gefiltert wird, bildet
für die Umwelt und damit für die anwesenden anderen Persoren nur einen Teil der
Luftvergiftung. Da nämlich Zigaretten, wie jeder weiß, auch zwischen den Zügen des
Rauchers weiterglimmen, auch dann, wenn der Raucher sie nach wenigen Zügen vergißt
und achtlos im Aschenbecher weiterbrennen läßt, wird die Umwelt während der gesamten
Brenndauer des Tabaks vergiftet. Nach der Erfindung dagegen werden erstmals auch
das Verbrennungsgas und der Rauch entgiftet, der von dem Brenn- oder Glimmbereich
nicht durch den Tabak sondern direkt nach außen austritt. Auch bei der Entgiftung
dieses direkt austretenden Verbrennungsgases tritt wieder der über raschende Vorteil
auf, daß der Katalysator bzw. das Katalyeatorgemisch
für mehrere
verschiedene Entgiftungsvorgänge genau in der optimalen Temperatur vorliegen. Dieser
Erfolg tritt zwangsläufig deshalb ein, weil der Katalysator bzw. das Katalysatorgemisch
sich mit zunehmendem Abstand von dem Brennbereich abkühlen.
-
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß wegen der Erzeugung des
Katalysators,während der Tabak brennt, auch solche Katalysatoren verwendet werden
können, welche - zumindest über längere Zeiträume - nicht stabil sind.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden dem Tabak
Stoffe zugesetzt, die in der Flammzone und/oder durch die heissen Verbrennungsgase
einen Katalysator bilden, der den Gehalt der Schadstoffe erniedrigt.
-
Mit dieser Weiterbildung wird insbesondere auch der Vorteil erzielt,
daß dem Tabak auch solche Stoffe zugesetzt werden können, die bereits bei Temperaturen
erheblich unterhalb der Brenntemperatur erzeugt werden, die also in dem Tabak in
einem Bereich zwischen der Flamm- oder Brennzone und der Ansaugseite der Zigarette
bzw. der Pfeife erzeugt werden. Diese Weiterbildung der Erfindung ermöglicht somit
die Erzeugung von Katalysatoren in einem relativ weiten Bereich der Zigarette, der
Zigarre bzw. der Pfeife, so daß die Entgiftung während eines relativ langen Zeitraums
durchgeführt wird.
-
Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung werden dem Tabak Stoffe
zugesetzt, die in der Flamm- oder Brennzone und/oder durch die heißen Verbrennungsgase
eine Strukturänderung erfahren und dadurch aktive Katalysatoren werden bzw. aktive
Katalysatoren erzeugen.
-
Die Lehre dieser Weiterbildung gibt ein weiteres Merkmal zur Auswahl
von zuzusetzenden Stoffen, da die katalytische Wirkung während des Eintritts von
Strukturänderungen im allgemeinen besonders groß ist.
-
Dem Tabak können Stoffe zugesetzt werden, die durch Abspaltung von
Komponenten den Katalysator erzeugen. Es können aber auch zweckmäßigerweise solche
Stoffe verwendet werden, die durch Phasenuswendlung
den Katalysator
bilden. Selbstverständlich eignen sich zur Durchfühtung des erfindungsgemäßen Verfahrens
auch solche Stoffe, die durch Festkerperreaktionen von zwei oder mehr Komponenten
den Katalysator erzeugen.
-
Es wurde bereits ausgeführt, daß nach der Erfindung der Gehalt einer
Vielzahl von Giftstoffen aus dem Verbrennungsgas von Tabaken eliminie-t oder zumindest
stark reduziert werden kann. An erster Stelle und als ganz besonderer Vorteil der
vorliegenden Erfindung ist eine Wirkung zu nennen, die mit keinem der bisher bekannten
Filter auch nur in geringem Maße möglichwzar, nämlich die Verringerung des CO-Gehalts.
Dieser ganz überraschende Vorteil wird durch die meisten der in den Ansprüchen genannten,
dem Tabak zuzusetzenden Stoffe erreicht. Der Mechanismus dieses Vorgangs selber
ist noch nicht ganz geklärt. Vermutlich tritt eine Verschieburg des Gleichgewichts
zwischen CO- und CO2 zum C02 hin,bevorzugt bei Temperaturen unterhalb der Brenntemperatur,
d.h. sußerhalb der Brenn- oder Flammzone, ein.
-
Mit relativ vielen der gemaß der Erfindung dem Tabak zuzusetzenden
Stoffe kann das Reaktionsgleichgewicht zwischen dem Anteil an NO und N2in Richtung
auf N2hin verschoben werden.
-
Die vialen Vorteile der Erfindung beruhen aber nicht nur auf der Beeinflussung
der Reaktionagleichgewichte bei chemischen Verbindungen.
-
Der Gehalt vieler Schadstoffe im Verbrennungsgas wird auch durch Adsorption
und/oder Absorption verringert. Dieser Effekt ist bei der Erfindung sehr stark ausgeprägt,
weil die Zusätze bzw. die gatalysatoren beim Brennen des Tabaks in der Flamm- oder
Glimmzone und besonders auch dort, wo sie durch die heißen Verbrennungsgase erzeugt
werden, fein verteilt und damit hoch aktiv vorliegen.
-
Der Adsorptionseffekt und der Absorptionseffekt treten aber bei der
Erfindung auch deshalb besonders stark auf, weil, wie es oben
ausgeführt
wurde, die adsorbierenden und die absorbierenden Teilchen nicht nur mit einer bestimmten
Temperatur vorliegen, sondern praktisch mit Temperaturen im gesamten Temperaturbereich
zwischen der Brenntemperatur des Tabaks und der Raum- bzw. Umgebungstemperatur.
-
Durch Adsorption und/oder Absorption kann z.B. insbesondere der Nikotingehalt
des Tabaks verringert werden. Damit erzielt man den grossen Vorteil, daß der Nikotingehalt
des Tabaks nicht vor der Herstellung der Zigarette mühsam verringert werden muß.
Außerdem entfällt damit die Notwendigkeit, Tabake auf halbsynthetischer Basis herzustellen,
nur um den Nikotingehalt zu verringern. Besonders geeignet zur Entgiftung von Tabaken
sind selbstverständlich Zusatzstoffe, welche das Nikotin irreversibel binden.
-
Es wird aber darauf hingewiesen, daß diese Ausführungen bezüglich
der irreversiblen Bindung des Nikotins nur beispielhaft sind. Selbstverständlich
können auch zur Verringerung anderer Schadstoffe durch Absorption oder Adsorption
Zusatzstoffe entsprechend diesen tberlegungen der irreversiblen Bindung der jeweiligen
Stoffe ausgewählt werden.
-
Zur Durchführung der Erfindung eignen sich enorm viele Stoffe und
Stoffgemische, die nicht einmal alle im folgenden und in den Ansprechen aufgezählt
werden können. Es würde deshalb den Umfang der vorliegenden Beschreibung sprengen,
wollte man auch nur für die meisten der als Zusätze zum Tabak gesäß der Erfindung
geeigneten Stoffe oder gar Stoffgemische genauere Angaben über die zuzusetzenden
Mengen machen. Es wird stattdessen zum Zwecke der besseren Übersicht und Klarheit
der vorliegenden Beschreibung wegen ausgeführt, wie der Durchschnittsfachmann -
ohne jegliches erfinderisches Tun und ohne nähere eigene Überlegungen - unter Ausführung
der Vorschriften des erfinders die geeigneten Mengen der zuzusetzenden Stoffe ernitteln
kann.
-
Dabei kann der Durchschnittsfachmann zunächst von den im folgenden
und/oder in den Ansprüchen die als Zusätze geeigneten Stoffe nach
dem
Gesichtspunkt auswählen, welche besonders billig herstellbar oder auf dem !markt
erhältlich sind.
-
An dieser Stelle wird noch darauf hingewiesen, daß eine Anzahl der
in den Ansprüchen angegebenen Stoffe zur Zeit nicht besonders billig sein mag. Viele
dieser Stoffe können aber demnächst relativ billig im Handel erhältlich sein, sei
es, weil sie zur Durchführung anderer chemischer Prozesse ohnehin in großem Maßstab
hergestellt werden müssen, sei es, weil sie plötzlich als Abfallprodukt eines für
andere Zwecke durchgeführten Verfahrens abfallen. Außerdem muß auch der Skeptiker
berücksichtigen, daß viele der möglichen Zusatzstoffe, die beim Verbrennen des Tabaks
die geeigneten Katalysatoren liefern und die zur Zeit noch relativ teuer sind, zur
Anwendung gemäß der Erfindung in großem Maße hergestellt werden. Nachdem der Durchschnittsfachmann
sich entschieden hat, welche Stoffe er dem Tabak zusetzen will, kann er in einfacher
Weise bestimmen, welche Mengen von diesem Stoff er dem Tabak zusetzen will. Zu diesem
Zweck kann er zunächst in einem besonders einfachen Versuch diese Stoffe handelsüblichen
Zigaretten zusetzen. Hat er sich für einen wasserlöslichen Zusatzstoff entschieden,
so kann er diesen verdünnen und mit Hilfe einer einfachen InJektionsspritze dem
Tabak in der Zigarette zusetzen.und die Zigarette wieder trocknen lassen.
-
Danach kann er mit einem handelsüblicher. Co-Meßgerät, welches mit
einem Ansauggerät verbunden ist, oder mit einer ebenfalls handels-Ublichen Abrauchmaschine
die Wirkung der Zusätze messen. Er kann mehreren Tabaksorten zunächst verschiedene
Mengen des Stoffes zusetzen, z.B. 1/100 Gew.-%, 1/10 Gew.-%, 1 Gew.-% und 10 Gew.-%
des Tabaks. Nach Abrauchen und gleichzeitigem Messen dieser fünf Tabakproben, denen
jeweils unterschiedliche Mengen desselben Stoffes zugesetzt worden war, sieht er
sofort, welche Zusatzmengen besonders wirksam sind. Den Zusatzmengenbereich, in
welchem er besonders günstige Ergebnisse erhalten hat, kann er dann weiter unterteilen,
indem er weiteren Tabakproben verschiedene Mengen desgleichen Stoffes zusetzt, und
zwar Mengen, die innerhalb des Bereiches liegen, der sioh
beim ersten
Versuch als besonders günstig erwiesen hat. Bereits nach Durchführung von zwei oder
drei solchen Meßreihen mit jeweils fünf bis zehn Tabaksproben ist bereits die optimale
Zusatzmenge des ausgewählten Katalysators zur Verringerung des CO-Gehalts ermittelt.
-
In gleicher Weise kann in kurzer Zeit und ohne eigenes Nachdenken,
lediglich aufgrund der Ausführungen der vorliegenden Beschreibung, die optimale
Zusatzmenge eines ausgewählten Katalysators zur Verringerung von Giftstoffen durch
Adsorption oder Absorption ermittelt werden, z.B. zur Verringerung des Anteils an
Nikotin im Verbrennungsgas und im Rauch des Tabaks.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung können dem Tabak Stoffe zugesetzt
werden, die Metallionen der Hauptgruppen enthalten. Entgiftungen des Tabaks erhält
man aber auch durch Zusatz von Stoffen, die Metallionen der Nebengruppen enthalten.
Besonders günstige Ergebnisse wurden bei Zusatz von Stoffen erzielt, die Metallionen
der Nebengruppenelemente Ti, V, Cr, Iti, Fe, Co, Ni, Cu und/oder Zn enthielten.
-
Dem Tabak können nach der Erfindung Salze organischer Säuren mit einigen
oder mehreren der genannten Metallionen zugesetzt werden.
-
Aber auch Zusätze von Salzen anorganischer Säuren mit einigen oder
mehreren der genannten Metallionen verringern den Giftgehalt im Verbrennungsgas
von Zigaretten.
-
In Ergänzung der obigen Beschreibung der Ermittlung der optimalen
Zusatmenge eines Stoffes wird noch auf folgendes hingewiesen. Werden dem Tabak Stoffe
zugesetzt1 die Metallionen enthalten, so hängt die optimale Zusatzmenge bei der
Zugabe von Salzen dieser Mettallionen auch von dem I4olekulargewicht der Anionen
dieser Salze ab. In vielen Fällen wird man nach Ermittlung der optimalen Zusatzmenge
des Salzes . einer bestimmten organischen Säure mit einem bestimmten Metallion die
optimale Zusatzmenge des Salzes einer anderen organ4-schen Saure mit dem gleichen
Metallon durch einfache stöchiometrische Berechnung ermitteln können. In solchen
Fällen sind keine zusätzlichen Messungen erforderlich.
-
Gemäß der Erfindung körnern dem Tabak zu seiner Entgiftung auch Metalle
der Hauptgruppen und Metalle der Nebengruppen in Pulverform, gegebenenfalls mit
Bindemittel, zugesetzt werden.
-
Zur 5nntgiftung von Tabc-ken eignen sich aber auch Zusätze von Metalloxiden
der Hauptgruppen und/oder der Nebengruppen. Auchdiese Metalloxide können in Pulverform,
gegebenenfalls mit Bindemittel, zugesetzt werden.
-
Zur Entgiftung von Tabaken gemäß der Erfindung eignen sich auch Carbide
von Metallen der Hauptgruppen und/oder der Nebengruppen, Halogenide von Metallen
der Hauptgruppen und/oder der Nebengruppen, Metallkomplexe von Metallen der Nebengruppen,
metallorganische Verbindungen von Metallen der Hauptgruppen und/oder der Nebengruppen,
Metallnitride von Metallen der Hauptgruppen und/od?r der Nebengruppen, und Metalloxokomplexe
von Metallen der Hauptgruppen und/oder der Nebengruppen. Als Zusätze eignen sich
ferner auch Silicate von Metallen der Hauptgruppen.
-
Die zur Entgiftung zuzusetzenden Stoffe können in fein verteilter
Form zugesetzt werden. Sie können dem Tabak z.B. in Lösung oder elektrostatisch
aufgesprüht werden. Es ist auch möglich, den Tabak mit einer Lösung dieser Stoffe
naß zu imprägnieren. Schließlich ist es auch möglich, die Stoffe in fein gemahlenem
Zustand, gegebenenfalls mit einem Bindemittel oder Trägermaterial, auf den Tabak
aufzubringen.
-
In den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen auch die Tabake
selber, welchen Stoffe zugesetzt sind, die bei der Verbrennung in geeigneter Menge
einen Katalysator zur Erniedrigung des Gehalts an Schadstoffen im Verbrennungsgas
und im Rauch erzeugen, die in einen solchen Katalysator umgewandelt werden und/oder
die Katalysatoren sind und beim Verbrennen des Tabaks aktiviert werden.
-
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus den Unterensprüchen
hervor.
-
Die Erfindung ist im folgenden anhand einiger Ausfthrungsbei spiele
näher beschrieben.
-
Es wurden Abrauchversuche durchgeführt, bei denen die Reaktionsprodukte
gaschromatographisch analysiert wurden. Zunächst wurden normale Tabake abgeraucht
und gemessen. Anschließend wurden Tabake abgeraucht, die Zusätze enthielten, welche
bei der Verbrennung des Tabaks einen Katalysator zur Erniedrigung der Schadstoffe
im Verbrennungsgas erzeugten.
-
Dem Tabak wsren unterschiedliche Mengen von Metallnitrat zugesetzt
worden. Bei diesen Untersuchungen erhielt man überraschende Ergebnisse. Beim Abrauchen
eines normalen Tabaks wurden die CO-Werte und die NO-Werte im Abgas jeweils auf
den Wert 100 % normiert.
-
Die gleiche Tabakmenge wurde dann mit 5 % Bleinitrat imprägniert,
Beim Abrauchen dieses imprägnierten Tabaks enthielt das Abgas nur noch 42 % des
CO-Gehalts und nur noch 58 % des NO-Gehalts. Sowohl der CO-Gehalt als auch der NO-Gehalt
waren also um etwa 50 % niedriger als bei dem Abrauchversuch des nicht imprägnierten,
reinen Tabaks.
-
Die Versuche ergaben, daß die Reduzierung des Gehalts an Giftstoffen
sowohl mit dem Gewichtsprozentsatz der Zusätze als auch mit dem zugesetzten Stoff
bzw. mit den zuge setzten Stoffgemischen veränderlich sind.
-
Weitere Messungen ergaben, daß bei verschiedenen Zusätzen nicht der
CO-Gehalt und der NO-Gehalt gleichermaßen erniedrigt wurden, sondern daß bei einigen
dieser Zusätze das Verhältnis von CO-Gehalt zu NO-Gehalt verändert wurde.
-
Bei einigen Zusätzen wurde der NO-Gehalt auf etwa 40 % erniedrigt
und der CO-Gehalt auf etwa 120 % erhöht. Diese Wirkung war bei Eisennitrat in bestimmten
Zusatzmengen beobachtet worden. Bei einigen anderen Zusätzen wurde der CO-Gehalt
erniedrigt und der NO-Gehalt
erhöht. Diese Ergebnisse zeigen, daß
der Schadstoffgehalt insgesamt verringert werden kann, daß aber andererseits auch
das Verhältnis oder die Verhältnisse der Schadstoffe im Abgas relativ zueinander
gesteuert werden können.
-
Abschließend wird nochmals darauf hingewiesen, daß die Beschreibung
sämtlicher Ausführungsbeispiele den Rahmen der vorliegenden Anmeldung sprengen würde.
Es wurden deswegen lediglich diese wenigen Ausführungsbeispiele gebracht, die insbesondere
die Möglichkeit der Verringerung des Anteils an CO im Verbrennungsgas von Tabaken
beweisen. illit Hilfe der aufgeführten Ausführungsbeispiele und der weiter oben
angegebenen Anweisung zur Ermittlung der optimal zuzugebenden Menge des ausgewählten
Zusatzstoffes kann ohne eigenes Nach denken und in kürzester Zeit die optimal zuzusetzende
Menge des aus gewählten Katalysators für den gewünschten Entgiftungsvorgang bestimmt
werden.
-
Die Verwendung der Erfindung kann durch gesetzliche Bestimmungen,
insbesondere durch das Lebensmittelgesetz, beschränkt sein.