EA008073B1

EA008073B1 - Катализатор для уменьшения содержания оксида углерода в основном потоке дыма сигареты

Info

Publication number: EA008073B1
Application number: EA200600033A
Authority: EA
Inventors: Кент Б. Коллер; Сароджини Диви
Original assignee: Филип Моррис Продактс С.А.
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2007-02-27
Also published as: ES2293263T3; EP1635655A1; CA2527551C; IL172084A0; AU2004246880B2; DE602004009682T2; BRPI0411441B1; DE602004009682D1; US20040250827A1; KR20060026876A; MA27849A1; EP1635655B1; CN100455221C; PL1635655T3; US20150335063A1; KR101145081B1; EA200600033A1; JP2007527698A; BRPI0411441A; NO20060103L

Abstract

Предоставлены композиции табачной мешки, сигаретная бумага, сигаретные фильтры, сигареты и способы получения сигарет, использующие катализатор, способный к конверсии оксида углерода в диоксид углерода. Катализатор содержит наномерные частицы металла и/или оксида металла на частицах носителя с высокой площадью поверхности. Катализатор может быть получен посредством объединения раствора предшественника металла с частицами носителя с высокой площадью поверхности для образования смеси или посредством объединения раствора предшественника металла с коллоидным раствором для образования смеси и далее термообработкой смеси.

Description

Изобретение в целом относится к способам снижения содержания таких компонентов, как оксид углерода, в основном потоке дыма сигареты во время курения. Конкретнее, изобретение относится к композициям табачной мешки, сигаретам, способам изготовления сигарет и способам курения сигарет, которые используют добавление наночастиц, способных уменьшить количество различных компонентов табачного дыма.

В последующем в описании приведены ссылки на некоторые структуры и способы, которые необязательно являются уровнем техники, как это определено законодательством. Заявители сохраняют за собой право продемонстрировать, что любой из упомянутых объектов не относится к уровню техники.

Курительные изделия, такие как сигареты или сигары, производят как основной поток дыма во время затяжки, так и побочный дым во время статического горения. Одной из компонентов и основного потока дыма, и побочного дыма является оксид углерода (СО). Является желательным снижение оксида углерода в дыме.

Катализаторы, сорбенты и/или оксиданты для курительных изделий раскрыты в следующих документах: патенты США 6371127 8шбет е! а1., 6286516 Во\тсп е! а1., 6138684 Уатахак! е! а1., 5671758 Коидуеб, 5386838 Риису, III е! а1., 5211684 Зйаииои е! а1., 4744374 Оейеуек е! а1., 4453553 Сойи, 4450847 Отеик, 4182348 ЗеейоГег е! а1., 4108151 Майш е! а1., 3807416 и 3720214. Публикации АО 02/24005, АО 87/06104, АО 00/40104 и опубликованные заявки США 2002/0002979 А1, 2003/0037792 А1 и 2002/0062834 А1 также относятся к катализаторам, сорбентам и/или оксидантам.

Описано использование железа и/или оксида железа в табачных изделиях (см., например, патенты США 4197861; 4489739 и 57284 62). Оксид железа описан как окрашивающее вещество (например, патенты США 4119104; 4195645; 5284166) и как регулятор горения (например, патенты США 3931824; 4109663 и 4195645), и использовался для улучшения вкуса, цвета и/или внешнего вида (например, патенты США 6095152; 5598868; 5129408; 5105836 и 5101839).

Несмотря на предыдущие разработки, сохраняется потребность в улучшенных и более эффективных способах и композициях для снижения содержания оксида углерода в основном потоке дыма курительных изделий во время курения.

Предлагаются композиции табачной мешки, сигаретная бумага, сигаретные фильтры, способы изготовления сигарет и способы курения сигарет с катализаторами для конверсии оксида углерода в диоксид углерода.

Один объект изобретения касается композиции табачной мешки, содержащей табак и катализатор конверсии оксида углерода в диоксид углерода, причем катализатор содержит наномерные частицы металла и/или оксида металла на частицах носителя с высокой площадью поверхности.

Еще один объект изобретения касается сигареты, содержащей табачную мешку, причем табачная мешка содержит катализатор, способный к конверсии оксида углерода в диоксид углерода, а указанный катализатор содержит наномерные частицы металла и/или оксида металла на частицах носителя с высокой площадью поверхности. Сигарета может дополнительно содержать фильтр, в котором катализатор диспергирован на материале фильтра и/или внутри него. Еще один объект касается сигаретного фильтра, содержащего катализатор, способный к конверсии оксида углерода в диоксид углерода, причем катализатор содержит наномерные частицы металла и/или оксида металла на частицах носителя с высокой площадью поверхности.

Сигареты по изобретению предпочтительно содержат до около 200 мг катализатора на сигарету и предпочтительнее от около 10 до около 100 мг катализатора на сигарету. Катализатор предпочтительно образуется перед курением сигареты.

Еще один объект изобретения касается способа изготовления сигареты, предусматривающего (ί) добавление катализатора к табачной мешке, причем катализатор содержит наномерные частицы металла и/или оксида металла на частицах носителя с высокой площадью поверхности; (ίί) подачу табачной мешки в машину для изготовления сигарет для образования табачного стержня; и (ίίί) помещение бумажной обертки вокруг табачного стержня для образования сигареты.

В предпочтительном варианте выполнения наномерные частицы металла и/или оксида металла содержат металлы и металлоиды группы ΙΙΙΒ и группы 1УВ, металлы с высокой температурой плавления и переходные, тугоплавкие, редкоземельные и драгоценные металлы, например В, Мд, А1, 8ί, Τί, Ее, Со, N1, Си, Ζη, Ое, Ζτ, N6, Мо, Ки, Кй, Рб, Ад, 8и, Се, Н£, Та, А, Ке, Ок, 1г, Р!, Аи и их смеси, а частицы носителя с высокой площадью поверхности содержат зерна силикагеля, активированный уголь, молекулярные сита, оксид магния, оксид алюминия, оксид кремния, оксид титана, оксид циркония, оксид железа, оксид кобальта, оксид никеля, оксид меди, оксид иттрия, возможно, с добавлением циркония, оксид марганца, возможно, с добавлением палладия, оксид церия и их смеси.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом наномерные частицы металла и/или оксида металла содержат Си, Ζπ, Со, Ее и/или Аи, а частицы носителя с высокой площадью поверхности содержат зерна силикагеля, оксид железа и/или активированный уголь в количестве, эффективном для конверсии по меньшей мере около 10%, предпочтительно по меньшей мере около 25% оксида углерода в диоксид углерода. Например, катализатор может содержать от около 0,1 до 25 вес.% наномерных частиц Си, Ζιτ Со и/или Ее на частицах носителя с высокой площадью поверхности.

- 1 008073

В соответствии с одним способом сигарету производят посредством объединения предшественника металла и растворителя для образования раствора предшественника металла; объединения раствора предшественника металла с частицами носителя с высокой площадью поверхности для образования смеси; нагревания смеси до температуры, достаточной для термического разложения предшественника металла для образования наномерных частиц внутри и/или на частицах носителя с высокой площадью поверхности и высушивания смеси. Дисперсия наномерных частиц может быть добавлена к раствору предшественника металла.

Наномерные частицы могут иметь средний размер частиц менее чем около 100 нм, предпочтительно менее чем 50 нм, предпочтительнее менее чем около 10 нм и наипредпочтительнее менее чем 7 нм. Наномерные частицы могут также содержать углерод, полученный в результате частичного разложения органических или неорганических компонентов, присутствующих в металле и/или растворителе. Предпочтительно, наномерные частицы металла и/или оксида металла могут содержать магнитные частицы. Частицы носителя с высокой площадью поверхности предпочтительно имеют площадь поверхности, равную около от 20 до 2500 м²/г и могут содержать миллиметровые, микронные, субмикронные и/или наномерные частицы.

В соответствии с дополнительным способом, предшественник металла представляет собой один или боле компонентов из (3-дикетонатов, дионатов, оксалатов и гидроксидов и металл включает по меньшей мере один элемент, выбранный из В, Мд, А1, δί, Τι, Ее, Со, N1, Си, Ζη, Се, Ζτ, N6. Мо, Ви, Ей, Рб, Ад, δη, Се, Н£, Та, ^, Ее, 08, 1г, Р1 и Аи. Растворитель может включать по меньшей мере один растворитель, выбранный из дистиллированной воды, метилового спирта, этилового спирта, хлороформа, альдегидов, кетонов, ароматических углеводородов и их смесей. Предпочтительно, смесь нагревают до температуры от около 200 до 400°С. Наномерные частицы предпочтительно осаждаются внутри полостей, пор и/или на поверхности частиц носителя с высокой площадью поверхности. Размер пор в носителе с высокой площадью поверхности может быть равен менее 50 нм.

Частицы носителя с высокой площадью поверхности могут быть получены из коллоидного раствора и могут содержать оксид магния, оксид алюминия, оксид кремния, оксид титана, оксид иттрия, оксид циркония и/или оксид церия, причем концентрация коллоидов в коллоидном растворе может составлять от около 10 до 60 вес.%. Вязкость коллоидного раствора может быть увеличена посредством повышения рН коллоидного раствора. Стадия увеличения вязкости коллоидного раствора может включать добавление разбавленной кислоты или разбавленного основания к коллоидному раствору. Разбавленная кислота может включать НС1. В соответствии с предпочтительным способом вязкость коллоидного раствора увеличивают для образования геля перед стадией нагревания смеси. Предпочтительно гель промывают. Стадия сушки смеси может включать воздушную сушку.

Еще один вариант предоставляет способ курения сигареты, описанной выше, который включает поджигание сигареты для образования дыма и втягивание дыма через сигарету, причем во время курения катализатор преобразует оксид углерода в диоксид углерода.

На фиг. 1-4 представлены изображения ТЭМ катализатора, полученные в соответствии с вариантом, в котором частицы золота осаждены на частицах носителя из оксида железа.

На фиг. 5 изображена температурная зависимость свободной энергии Гиббса и энтальпии для реакции окисления оксида углерода в диоксид углерода.

На фиг. 6 изображена температурная зависимость процента конверсии оксида углерода в диоксид углерода.

Фиг. 7 показывает сравнение между каталитической активностью наномерных частиц Ее₂0₃(NАN0САΤ® δиρе^Γ^ηе 1гоп 0х1бе (δΕΙΟ) от МАСН I, 1пс., Ктд о£ Рти881а, РА), имеющих средний размер частиц, составляющий около 3 нм, и порошка Ее₂О₃ (от А1бпс11 Сйет1са1 Сотрапу), имеющих средний размер частиц, составляющий около 5 мкм.

На фиг. 8 показана температурная зависимость для степеней конверсии наномерных частиц СиО и Ее₂0₃в качестве катализаторов для окисления оксида углерода кислородом с получением диоксида углерода.

Предлагаются композиции табачной мешки, сигаретная бумага, материал сигаретного фильтра, сигареты, способы изготовления сигарет и способы курения сигарет, в которых используются катализаторы, содержащие наномерные частицы металла и/или оксида металла на частицах носителя с высокой площадью поверхности, способные к конверсии оксида углерода в диоксид углерода.

Курение сигареты означает нагревание или сгорание сигареты для образования дыма, который может быть втянут через сигарету. Обычно, курение сигареты включает зажигание одного конца сигареты и, в то время как содержащийся в ней табак подвергается реакции сгорания, втягивание сигаретного дыма через мундштучный конец сигареты. Сигарету можно также выкуривать посредством других средств. Например, сигарету можно выкуривать посредством нагревания сигареты и/или нагревания с применением средств электрического нагрева, как описано в патентах США с общей переуступкой прав №№ 605317 6; 593428 9; 5591368 или 5322075.

Термин основной поток дыма относится к смеси газов, проходящей через концевой фильтр, т.е. количество дыма, выпускаемое или втягиваемое из мундштучного конца сигареты во время курения сигареты.

- 2 008073

В дополнение к компонентам табака, температура и концентрация кислорода являются факторами, влияющими на образование и реакцию оксида углерода и диоксида углерода. Общее количество оксида углерода, образованное во время курения, получают в результате сочетания трех основных источников: термического разложения (около 30%), сгорания (около 36%) и восстановления диоксида углерода обуглившимся табаком (по меньшей мере 23%). Образование оксида углерода в результате термического разложения, которое в значительной степени контролируется химической кинетикой, начинается при температуре около 180°С и заканчивается при около 1050°С. Образование оксида углерода и диоксида углерода во время сгорания в значительной степени контролируется диффузией кислорода к поверхности (к_а) и через поверхностную реакцию (к_й). При около 250°С к_а и к являются одинаковыми. При около 400°С реакция становится контролируемой диффузией. Окончательно, восстановление диоксида углерода обуглившимся табаком или активированным углем происходит при температурах вблизи 390°С и выше.

Во время курения в сигарете существуют три четко различимых области: зона сгорания, зона пиролиза/возгонки и зона конденсации/фильтрации. Не желая быть связанными теорией, авторы полагают, что катализаторы из наномерных частиц металла и/или оксида металла на частицах носителя с высокой площадью поверхности могут ускорять различные реакции, которые происходят в различных областях сигареты во время курения.

Первой является зона сгорания, которая представляет собой зону горения сигареты, получаемую при курении сигареты, обычно на ее зажженном конце. Температура в зоне сгорания составляет от около 700 до около 950°С, а скорость нагревания может достигать 500°С в секунду. Поскольку кислород потребляется при сгорании табака с получением оксида углерода, диоксида углерода, водяного пара и различных органических соединений, концентрация кислорода в зоне сгорания является низкой. Низкая концентрация кислорода в сочетании с высокой температурой приводит к восстановлению диоксида углерода до оксида углерода обуглившимся табаком. В этой области катализатор может обеспечить конверсию оксида углерода в диоксид углерода посредством механизмов как катализа, так и окисления. Зона сгорания является в высокой степени экзотермичной и генерируемое тепло поступает в зону пиролиза/возгонки.

Зона пиролиза представляет собой зону, следующей за зоной сгорания и температура которой составляет от около 200 до около 600°С. В зоне пиролиза продуцируется наибольшее количество оксида углерода. Основной реакцией является пиролиз (т.е. термическое разложение) табака, который производит оксид углерода, диоксид углерода, компоненты дыма, древесный уголь и/или углерод с использованием тепла, генерируемого в зоне сгорания. В данной области присутствует некоторое количество кислорода, и, таким образом, катализатор может действовать в качестве катализатора окисления для окисления оксида углерода до диоксида углерода. Каталитическая реакция начинается при 150°С и достигает максимальной активности вблизи 300°С.

В зоне конденсации/фильтрации температура составляет от температуры окружающей среды до около 150°С. Основной процесс в данной зоне представляет собой конденсацию/фильтрацию компонентов дыма. Некоторое количество оксида углерода и диоксида углерода диффундирует из сигареты и некоторое количество кислорода диффундирует в сигарету. Парциальное давление кислорода в зоне конденсации/фильтрации обычно не восстанавливается до атмосферного уровня.

Катализатор содержит наномерные частицы металла и/или оксида металла на частицах носителя с высокой площадью поверхности. Частицы носителя с высокой площадью поверхности могут содержать пористые гранулы и зерна, которые могут включать или не включать взаимосвязанные каналы, которые проходят от одной поверхности носителя до другой. В дополнение частицы носителя с высокой площадью поверхности могут содержать наномерные частицы. Носитель с высокой площадью поверхности предпочтительно содержит частицы, имеющие площадь поверхности более чем около 20, предпочтительно более чем около 50 м²/г. Носитель может представлять собой каталитически активный носитель.

Наномерные частицы представляют собой класс материалов, отличительный признак которых состоит в том, что их средний диаметр, размер частицы или другого структурного домена составляет менее чем около 100 нм. Наномерные частицы могут иметь средний размер частиц менее чем около 100 нм, предпочтительно менее чем около 50 нм, предпочтительнее менее чем около 10 нм и наипредпочтительнее менее 7 нм. Наномерные частицы обеспечивают очень высокое отношение площади поверхности к объему, что делает их привлекательными для каталитических приложений.

Синергическая комбинация каталитически активных наномерных частиц с каталитически активным носителем с высокой площадью поверхности может производить более эффективный катализатор. Таким образом, наномерные частицы, расположенные на носителе с высокой площадью поверхности, преимущественно позволяют использовать небольшие количества материала для катализа, например окисления СО в СО2.

Катализатор содержит частицы металла и/или оксида металла и носитель с высокой площадью поверхности. Носитель может содержать частицы неорганического оксида, такие как зерна силикагеля, активированный уголь, молекулярные сита, оксид магния, оксид алюминия, оксид кремния, оксид титана, оксид циркония, оксид железа, оксид кобальта, оксид никеля, оксид меди, оксид иттрия, возможно, с добавлением циркония, оксид марганца, возможно, с добавлением палладия, оксид церия и их смеси. Также

- 3 008073 носитель может содержать частицы активированного угля, такого как углерод Р1СА (Р1СА еагЬоп, Ьеуа11о18, Ргапее). Носители предпочтительно характеризуются площадью поверхности ВЕТ большей, чем около 50 м²/г, например от 100 до 2500 м²/г, с порами, имеющими размер пор более чем около 3 А, например от 10 А до 10 мкм.

Примером непористого носителя с высокой площадью поверхности являются наномерные частицы оксида железа. Например, МАСН I, 1пс., Ктд о£ Ргн551а. РА поставляет наномерные частицы Ее₂О₃ под товарными наименованиями ΝΛΝ0ί.ΆΤ^κ' 8ирегйпе 1гоп Охйе (8ЕЮ) и ЫАМОСАТ® Мадпейе 1гоп Охйе. ЫАЫОСАТ® 8ирегйпе 1гоп Охйе (8ΕΙ0) представляет собой аморфный оксид железа в виде свободно текучего порошка с размером частиц, составляющим около 3 нм, удельной площадью поверхности, составляющей около 250 м²/г, и насыпной плотностью, составляющей около 0,05 г/мл. NАNОСАΤ® 8ирегйпе 1гоп Охйе (8Е1О) синтезируют парофазным способом, который делает его свободным от примесей, которые могут присутствовать в общепринятых катализаторах, и является пригодным для использования в пище, напитках и косметических средствах. NΛNОСАΤ® Мадпейе 1гоп Охйе представляет собой свободно текучий порошок с размером частиц, составляющим около 25 нм и площадью поверхности, составляющей около 40 м²/г. В соответствии с предпочтительным вариантом наномерные частицы металла, например частицы благородных металлов, таких как золото, могут быть нанесены на частицы оксида железа с высокой площадью поверхности.

Примером пористого носителя с высокой площадью поверхности являются зерна силикагеля. ЕнрЗйуыа Щакатига-ка, 1арап) поставляет зерна силикагеля с размером в интервале от около 5 до 30 мкм, которые имеют интервал средних размеров пор от около 2,5 до 100 нм. Площадь поверхности зерен силикагеля находится в интервале от около 30 до 800 м²/г.

Примерные классы пористых керамических материалов, которые могут использоваться в качестве носителя с высокой площадью поверхности, включают молекулярные сита, такие как цеолиты, микропористые фосфаты алюминия, фосфаты силикоалюминия, силикоферраты, силикобораты, силикотитанаты, магнийалюминатные шпинели и алюминаты цинка.

В соответствии с предпочтительным способом, как наномерные частицы, так и носитель с высокой площадью поверхности могут быть образованы на месте при нагревании смеси подходящих соединений предшественников металла. Например, предшественник металла, такой как гидроксид золота, пентандионат серебра, пентандионат меди (II), оксалат меди-оксалат цинка или пентандионат железа, может быть растворен в подходящем растворителе, таком как спирт, и смешан со вторым предшественником металла, таким как пентандионат титана. Смесь предшественников металла может быть нагрета до относительно низкой температуры, например около 200-400°С, причем термическое разложение предшественников металла приводит к образованию наномерных частиц металла или оксида металла, осажденных на пористых частицах оксида титана, размер которых находится в интервале от около 100 до 500 нм.

Альтернативно, наномерные частицы могут быть образованы на месте при нагревании смеси подходящего соединения предшественника металла и носителя с высокой площадью поверхности. Посредством примера, соединения предшественника металла, такие как гидроксид золота, пентандионат серебра, пентандионат меди (II), оксалат меди-оксалат цинка или пентандионат железа, могут быть растворены в подходящем растворителе, таком как спирт, и смешаны с дисперсией материала носителя, таким как коллоидный оксид кремния, который может быть подвергнут гелеобразованию в присутствии кислоты или основания и высушен, например, воздушной сушкой. Кислоты и основания, которые могут использоваться для гелеобразования коллоидной смеси, включают хлористо-водородную кислоту, уксусную кислоту, муравьиную кислоту, гидроксид аммония и т.п. Когда используют кислоту, содержащую хлор, для гелеобразования коллоидной смеси, предпочтительно гель промывают в деионизованной воде, чтобы снизить концентрацию хлорид-ионов в геле. Коллоидный материал носителя может иметь любую подходящую концентрацию, например от 10 до 60 вес.%, например может представлять собой 15 вес.% дисперсию или 40 вес.% дисперсию. Во время или после гелеобразования смесь «предшественник металлаколлоидный оксид кремния» может быть нагрета до относительно низкой температуры, например 200400°С, причем термическое разложение предшественника металла приводит к образованию наномерных частиц металла или оксида металла на частицах носителя оксида кремния. Вместо коллоидного оксида кремния, коллоидный оксид титана или смесь коллоидных оксида кремния-оксида титана может использоваться в качестве носителя. Коллоидные частицы носителя могут иметь размер в интервале от около 10 до 500 нм.

Гидрогель оксида кремния, так же известный, как аквагель оксида кремния, представляет собой силикагель, образованный в воде. Поры гидрогеля оксида кремния заполнены водой. Ксерогель представляет собой гидрогель с удаленной водой. Аэрогель представляет собой ксерогель, из которого жидкость удаляют таким образом, чтобы минимизировать разрушение или изменение структуры по мере удаления воды.

Силикагель может быть получен общепринятыми средствами, такими как смешивание водного раствора силиката щелочного металла (например, силиката натрия) с сильной кислотой, такой как азотная или серная кислота, причем смешивание осуществляют в подходящих условиях встряхивания для образования прозрачного золя оксида кремния, который переходит в гидрогель. Полученный гель может быть

- 4 008073 промыт. Концентрация 8ί0₂ в гидрогеле обычно находится в интервале от около 10 до 60 вес.%, и рН геля может быть равно от около 1 до 9.

Промывка может осуществляться простым погружением заново образованного гидрогеля в непрерывно движущийся поток воды, который вымывает нежелательные соли, оставляя, по существу, чистый оксид кремния (810₂). рН, температура и продолжительность водной промывки может влиять на физические свойства частиц оксида кремния, такие как площадь поверхности и объем пор.

Молекулярная органическая декомпозиция (МОД) может применяться для получения наномерных частиц. Процесс МОД начинается с предшественника металла, содержащего желательный металлический элемент, растворенный в подходящем растворителе. Например, процесс может включать единичный предшественник металла, несущий один или более атомов металла, или процесс может включать множество единичных предшественников металла, которые объединяются в растворе с образованием растворной смеси. Как описано выше, МОД может использоваться для получения наномерных частиц металла и/или наномерных частиц оксида металла, включающих частицы носителя.

Температура декомпозиции (разложения) предшественника металла представляет собой температуру, при которой лиганды существенно диссоциируют (или улетучиваются) из атомов металла. Во время данного процесса связи между лигандами и атомами металла разрушаются таким образом, что лиганды испаряются или иным образом отделяются от металла. Предпочтительно все лиганды разлагаются. Однако наномерные частицы могут также содержать углерод, полученный в результате частичного разложения органических или неорганических компонентов, присутствующих в предшественнике металла и/или растворителе. Предпочтительно наномерные частицы, по существу, свободны от углерода.

Предшественники металлов, используемые для МОД-обработки, предпочтительно являются высокочистыми, нетоксичными и простыми при манипуляциях (с длительными сроками хранения). Желательные физические свойства включают растворимость в системах растворителей, совместимость с другими предшественниками для многокомпонентного синтеза и летучесть для низкотемпературной обработки.

Наномерные частицы могут быть получены из смесей предшественников металла или из молекул предшественника металла из единственного источника, в которых один или более металлических элементов являются химически связанными. Желательная стехиометрия полученных в результате частиц может выравнивать стехиометрию раствора предшественника металла.

Аспект способа МОД для получения катализатора состоит в том, что может быть получена промышленно желательная стехиометрия. Например, желательное атомное соотношение в катализаторе может быть достигнуто посредством выбора предшественника металла или смеси предшественников металла, имеющих соотношение первых атомов металла ко вторым атомам металла, которое равно желательному атомному соотношению.

Соединения предшественника металла предпочтительно представляют собой органические соединения металлов, которые имеют центральную основную группу, атом или атомы переходного металла, лантанида или актинида, связанные с мостиковым атомом (например, Ν, О, Р или 8), который, в свою очередь, связан с органическим радикалом. Примеры атома металла основной группы включают, но не ограничены В, Мд, А1, 8ί, Τι, Ре, Со, N1, Си, Ζη, Се, Ζτ, N6, Мо, Ки, Кй, Рб, Ад, 8п, Се, Н£, Та, ^, Ке, 08, 1г, Р1 и Аи. Такие соединения могут включать алкоксиды металлов, β-дикетонаты, карбоксилаты, оксалаты, цитраты, гидриды металлов, тиолаты, амиды, нитраты, карбонаты, цианаты, сульфаты, бромиды, хлориды и их гидраты. Предшественник металла может также представлять собой так называемое металлоорганическое соединение, в котором центральный атом связан с одним или более атомов углерода органической группы. Аспекты обработки с данными предшественниками металлов обсуждаются ниже.

Предшественники для синтеза наномерных оксидов представляют собой молекулы, имеющие предварительно существующие связи металл-кислород, такие как алкоксиды металлов М(0К)_п или оксоалкоксиды М0(0К)_п, К=насыщенная или ненасыщенная органическая группа, алкил или арил), β-дикетонаты, М(в-дикетонат)_п(в-дикетонат=КС0СНС0К') и карбоксилаты металлов М(0₂СК)_п. Алкоксиды металлов имеют как хорошие растворимость, так и летучесть, и являются легко применимыми при МОДобработке. Обычно, однако, данные соединения являются высокогигроскопичными и требуют хранения под инертной атмосферой. В противоположность алкоксидам кремния, которые являются жидкостями и мономерными, алкоксиды, основанные на большинстве металлов, являются твердыми веществами. С другой стороны, высокая реакционная способность связи металл-алкоксид может делать данные вещества предшественников металлов применимыми в качестве исходных соединений для различных гетеролептических видов (т.е. видов с различными типами лигандов), таких как М(0К)_п-,%,_: ^=в-дикетонат или 02СК).

Алкоксиды металлов М(0К)_п легко взаимодействуют с протонами множества различных молекул. Данный факт позволяет проводить простую химическую модификацию и, таким образом, контроль стехиометрии посредством использования, например, органических гидроксисоединений, таких как спирты, силанолы (К₃810Н), гликоли ОН(СН₂)ОН, карбоновых и гидроксикарбоновых кислот, гидроксильных поверхностно-активных веществ и т. д.

Фторированные алкоксиды М(0К_Р)_п (К_Р=СН(СР₃)₂, С₆Н₅, ...) являются легко растворимыми в орга

- 5 008073 нических растворителях и менее подверженными гидролизу, чем классические алкоксиды. Данные вещества могут использоваться в качестве предшественников для фторидов, оксидов или оксидов с добавлением фторида, таких как Е-дополненного оксида олова, которые могут использоваться в качестве наномерных частиц оксида металла и/или в качестве носителя с высокой площадью поверхности.

Модификация алкоксидов металлов снижает количество связей М-ОК, доступных для гидролиза и, таким образом, восприимчивость к гидролизу. Таким образом, является возможным контролировать химию в растворе на месте посредством применения, например, β-дикетонатов (например, ацетилацетона) или карбоновых кислот (например, уксусной кислоты) в качестве модификаторов для или вместо алкоксида.

β-дикетонаты металлов [М(КСОСНСОК')_п]_т являются привлекательными предшественниками для МОД-обработки вследствие их летучести и высокой растворимости. Их летучесть регулируется в значительной степени объемом групп К и К', а также природой металла, которые будут определять степень ассоциации, т, представленную в формуле выше. Ацетилацетонаты (К=К'=СН₃) являются преимущественными, поскольку они могут обеспечить хорошие выходы.

β-дикетонаты металлов демонстрируют тенденцию к хелатированию, которое может приводить к уменьшению нуклеарности данных предшественников. Данные лиганды могут действовать в качестве реагентов, закрывающих поверхность, и ингибиторов полимеризации. Таким образом, небольшие частицы могут быть получены после гидролиза М(ОК)_п-х(в-дикетоната)_х. Ацетилацетон может, например, стабилизировать наномерные коллоиды. Таким образом, предшественники β-дикетонатов металлов являются предпочтительными для получения наномерных частиц.

Карбоксилаты металлов, такие как ацетаты (М(О₂)СМе)_п), коммерчески доступны в виде гидратов, которые могут быть обезвожены посредством нагревания с уксусным ангидридом или с 2-метоксиэтанолом. Многие карбоксилаты металлов обычно плохо растворимы в органических растворителях и, поскольку карбоксилатные лиганды действуют, в основном, в качестве мостиковых-хелатирующих лигандов, легко образуют олигомеры или полимеры. Однако 2-этилгексаноаты (М(О₂ССНЕ1_пВи)_п), которые являются карбоксилатами с наименьшим количеством углеродных атомов, в общем случае растворимы в большинстве органических растворителей. Большое количество карбоксилатных производных доступно для алюминия. Наномерные макромолекулы алюминий-кислород и кластеры (алюмоксаны) могут применяться в качестве каталитических материалов. Например, формат А1(О₂СН)₃(Н₂О) и карбоксилаталюмоксаны [А1О_х(ОН)_у(О₂СК)_х]_т могут быть получены из недорогих минералов гибсита или бемита.

Многокомпонентные материалы могут быть получены из смешанных металл(гетерометаллических) предшественников или, альтернативно, из смеси единичных (гомометаллических) предшественников.

Применение множества отдельных предшественников обеспечивает преимущество, состоящее в гибкости при проектировании реологии предшественника, а также стехиометрии продукта. Гетерометаллические предшественники, с другой стороны, могут предложить доступ к металлическим системам, чьи единичные предшественники металла имеют нежелательные растворимость, летучесть или совместимость.

Смешаннометаллические виды могут быть получены посредством реакций кислота Льюисаоснование или реакций замещения смешением алкоксидов и/или других предшественников металлов, таких как ацетаты, β-дикетонаты или нитраты. Поскольку реакции объединения управляются термодинамикой, однако стехиометрия выделенного гетеросоединения может не отражать композиционные соотношения в смеси, из которой его выделяют. С другой стороны, большинство алкоксидов металлов могут быть объединены для получения гетерометаллических видов, которые часто являются более растворимыми, чем исходные материалы.

Растворитель (растворители), применяемый при МОД-обработке, выбирают на основании ряда критериев, включающих высокую растворимость для соединений предшественников металла; химическую инертность к соединениям предшественников металлов; релогическую совместимость с используемым методом осаждения (например, желательная вязкость, смачиваемость и/или совместимость с другими регуляторами реологии); температура кипения; давление пара и скорость испарения; и экономические факторы (например, стоимость, извлекаемость, токсичность и т. д).

Растворители, которые могут применяться в обработке МОД, включают пентаны, гексаны, циклогексаны, ксилены, этилацетаты, толуол, бензолы, тетрагидрофуран, ацетон, дисульфид углерода, дихлорбензолы, нитробензолы, пиридин, метиловый спирт, этиловый спирт, бутиловый спирт, хлороформ и минеральные спирты.

В соответствии с предпочтительным вариантом наномерные частицы металлов или оксидов металлов могут быть образованы на носителе из оксида железа с высокой площадью поверхности. Подходящие соединения предшественников для металла, оксида металла или оксида железа являются такими, которые термически разлагаются при относительно низких температурах, таких как обсуждаются выше. В соответствии с вариантом раствор предшественника металла может быть объединен с дисперсией частиц оксида железа. Носитель может представлять собой коммерчески доступные частицы, такие как частицы оксида железа ИАИОСАТ®, или носитель может быть получен из коллоидного раствора или раствора предшественника металла, как описано выше.

- 6 008073

Наномерные частицы металлов могут быть введены в носитель посредством различных способов, таких как ионный обмен, импрегнирование или физическое смешивание. Например, предшественник металла может быть растворен или суспендирован в жидкости, и носитель с высокой площадью поверхности может быть смешан с жидкостью, имеющей диспергированный или суспендированный предшественник металла. Растворенный или суспендированный предшественник металла может быть адсорбирован на поверхности носителя или абсорбирован в носителе. Предшественник металла может также быть осажден на поверхности носителя посредством удаления жидкости, такого как испарение, чтобы предшественник металла оставался на носителе. Жидкость может по существу удаляться из носителя во время или перед термической обработкой предшественника металла, такой как нагревание носителя при температуре выше температуры кипения жидкости или посредством снижения давления атмосферы, окружающей носитель.

Добавление металла к молекулярным, например, может осуществляться через смешивание молекулярных сит с раствором, предпочтительно водным, соответственного предшественника металла. Смешивание может проводиться при температуре, приблизительно соответствующей температуре окружающей среды или при повышенных температурах, например, через кипячение с обратным холодильником. После введения предшественника металла, но перед нагреванием, смесь раствора предшественника металла молекулярное сито может необязательно быть отфильтрована и промыта водой.

Термическая обработка вызывает разложение предшественника металла для диссоциации на составляющие атомы металла, причем атомы металла могут объединяться для образования наномерных частиц металла или оксида металла, имеющих атомное соотношение, приблизительно соответствующее стехиометрическому отношению металлов в растворе предшественника металла.

Термическая обработка может осуществляться в различных атмосферах. Например, носитель может быть приведен в контакт с раствором предшественника металла и контактирующий носитель может нагреваться в инертной или восстанавливающей атмосфере для образования активированных наномерных частиц металла. Альтернативно, носитель может контактировать с раствором предшественника металла и контактирующий носитель может нагреваться в присутствии окисляющей атмосферы и далее нагрет при по существу отсутствии окисляющей атмосферы для образования активированных наномерных частиц оксида металла.

Носитель, контактирующий с предшественником металла, предпочтительно нагревают до температуры, равной или выше температуры разложения предшественника металла.

Предпочтительная температура нагревания будет зависеть от конкретных используемых лигандов, а также от температуры разложения металлов и любых других желательных групп, которые остаются. Однако предпочтительная температура составляет от около 200 до 400°С, например 300 или 350°С. Нагревание носителя, контактирующего с предшественником металла, может происходить в окисляющей и/или восстанавливающей атмосфере.

В качестве примера, частицы оксида железа менее 100 нм могут использоваться в качестве носителя для наномерных частиц золота. Катализатор Аи-Ре₂О₃ может быть получен из гидроксида золота, который растворяется в спирте и смешивается с частицами оксида железа. Разложение гидроксида в наномерные частицы золота, которые могут быть тщательно нанесены/смешаны с частицами оксида железа, может быть вызвано нагреванием смеси до около 300 или 400°С. Изображения ТЭМ наномерных частиц золота, нанесенных на наномерные частицы оксида железа, показаны на фиг. 1-4.

В качестве дополнительного примера, наномерные частицы меди могут осаждаться на субстрате с высокой площадью поверхности, таком как зерна силикагеля, активированный уголь, молекулярные сита, оксид магния, оксид алюминия, оксид кремния, оксид титана, оксид циркония, оксид железа, оксид кобальта, оксид никеля, оксид меди, оксид иттрия, возможно, с добавлением циркония, оксид марганца, возможно, с добавлением палладия, оксид церия и их смеси. Например, пентандионат меди, оксалат меди или другие соединения меди, которые подвергаются низкотемпературному разложению, могут объединяться с материалом субстрата, таким как углерод Р1СА или зерна силикагеля, и нагреты до температуры, выше температуры разложения предшественника для осаждения наномерных частиц меди на материале субстрата.

Табл. 1 иллюстрирует различные примеры. Как показано в табл. 1, соединения предшественников металлов, смеси соединений предшественников металлов и/или смеси наномерных частиц и соединений предшественников металлов используют для получения наномерных частиц металла и/или оксида металла на носителях с высокой площадью поверхности. В каждом из примеров дисперсию материала субстрата объединяют с раствором, содержащим соединения предшественников металлов и/или наномерные частицы. В примерах 1-4 применяют как силикагель, так и углерод Р1СА. Пример 5 получают только на субстрате из пористого силикагеля. Смеси нагревают под потоком аргона до температуры, составляющей приблизительно 300-400°С. Продукт представляет собой наномерные частицы металла и/или оксида металла, обычно в интервале размеров от около 300 до 500 нм на частицах носителя с высокой площадью поверхности. Обнаружено, что наномерные частицы оксида кобальта-оксида железа примера 4 являются магнитными.

- 7 008073

Таблица 1. Получение наномерных частиц на носителях с высокой площадью поверхности

Пример	\| Смесь предшественник/порошок	\|Растворитель	Наномерные \| частицы
1	пентандионат меди пентандионат цинка	Хлороформ	Си+ΖηΟ
2	пентандионат меди	Хлороформ	Си
3	пентандионат меди (50 вес.%) пентандионат кобальта (50 вес.%)	Этиловый спирт	Си+СиО
4	пентандионат кобальта пентандионат железа	Хлороформ	СоО+оксид железа
5	Наномерный порошок СиО оксалат цинка	Хлороформ	СиО+ΖηΟ

В общем случае, предшественник металла и носитель могут быть объединены в любом подходящем соотношении с получением желательной загрузки частиц металла на носитель. Гидроксид золота и оксид железа могут быть объединены, например, для получения от прииблизительно 0,1 до 25 вес.%, например 2, 5 или 15 вес.% на оксиде железа.

Носитель может включать по существу любой материал, который при нагревании до температуры, при которой предшественник металла преобразуется в металл на его поверхности, не плавится, полностью испаряется или иным образом становится неспособным к нанесению на него наномерных частиц.

Во время конверсии СО в СО₂ наномерные частицы и/или носитель с высокой площадью поверхности могут стать восстановленными. Например, Ре₂0з, который может содержать носитель или частицы, расположенные на носителе, может быть восстановлен до Ре₃0₄, Ре0 или Ре во время реакции СО в СО₂.

Оксид железа является предпочтительным компонентом в катализаторе, поскольку он имеет двойную функцию как катализатор СО или Ν0_χ в присутствии кислорода и в качестве окислителя СО для прямого окисления СО в отсутствие кислорода. Катализатор, который также может быть использован в качестве окислителя, является особенно полезным для некоторых применений, таких как внутри горящей сигареты, причем парциальное давление кислорода может быть очень низким.

Катализатор способен воздействовать на скорость химической реакции, например, увеличивая скорость окисления оксида углерода в диоксид углерода без участия в качестве реагента или продукта реакции. Окислитель способен окислять реагент, например, выступая донором кислорода для реагента, таким образом, что сам окислитель восстанавливается.

При выборе катализатора могут учитываться различные термодинамические соображения для обеспечения эффективного протекания катализа, что будет очевидным для специалиста в данной области. Например, на фиг. 5 показан термодинамический анализ температурной зависимости свободной энергии Гиббса и Энтальпии для окисления оксида углерода в диоксид углерода. На фиг. 6 показана температурная зависимость процентной конверсии диоксида углерода с углеродом с образованием оксида углерода.

На фиг. 7 показано сравнение между каталитической активностью наномерных частиц Ре₂О₃(ΝΛΝ00ΛΤ® Зирегйпе 1гоп 0х1бе (8Р10) от МАСН I, 1пс., Κίπ§ о£ Рги881а, РА), имеющих средний размер частиц, составляющий около 3 нм, и порошка Ре₂0₃ (от А1бг1сЬ Сйеш1са1 Сотрапу), имеющего средний размер частиц, составляющий около 5 мкм. Наномерные частицы Ре₂О₃ показывают значительно более высокий процент конверсии оксида углерода в диоксид углерода, чем более крупные частицы Ре203.

Как упоминается выше, наномерные частицы Ре₂0₃ обладают способностью действовать как окислитель для конверсии оксида углерода в диоксид углерода, так и в качестве катализатора для конверсии оксида углерода в диоксид углерода. Наномерные частицы могут действовать в качестве катализатора для конверсии оксида углерода в диоксид углерода в зоне пиролиза и в качестве окислителя для конверсии оксида углерода в диоксид углерода в области сгорания.

Для иллюстрации эффективности наномерного оксида металла фиг. 8 иллюстрирует сравнение между температурной зависимостью степени конверсии для наномерных частиц СиО (кривая А) и Ре₂0₃(кривая В), с использованием 50 мг частиц СиО и 50 мг наномерных частиц Ре₂0₃ в качестве катализатора в кварцевом трубчатом реакторе. Скорость потока газа (3,4% СО, 21% 0₂, баланс Не) составляет 1000 мл/мин и скорость нагревания составляет 12,4 К/мин. Несмотря на то, что наномерные частицы СиО обеспечивают более высокие степени конверсии при низких температурах, при более высоких температурах СиО и Ре203 обеспечивают сравнимые степени конверсии.

- 8 008073

В табл. 2 показано сравнение соотношения оксида углерода к диоксиду углерода и процент уменьшения кислорода при использовании наномерных частиц СиО и Ее₂О₃.

Таблица 2. Сравнение между наномерными частицами СиО и Ре₂О₃

Наномерная частица	со/со₂	Уменьшение О₂ (%)
Нет	0,51	48
СиО	0,29	67
Ге₂0з	0,23	100

В отсутствие наномерных частиц, отношение оксида углерода к диоксиду углерода равно около 0,51 и уменьшение кислорода составляет около 48%. Данные в табл. 2 иллюстрируют улучшение, полученное при использовании наномерных частиц. Отношение оксида углерода к диоксиду углерода падает до 0,29 и 0,23 для наномерных частиц СиО и Ре₂О₃ соответственно.

Катализаторы будут предпочтительно распределены по всей части табачного стержня сигареты. Посредством предоставления катализаторов по всему табачному стержню возможно снизить количество оксида углерода, втягиваемого через сигарету, и конкретно как в зоне сгорания, так и в зоне пиролиза.

Катализаторы, как описано выше, могут быть предоставлены вдоль длины табачного стержня посредством распределения катализатора на табаке или введения их в табачную мешку с применением любого пригодного способа. Катализаторы могут быть предоставлены в виде порошка, или в растворе, или в виде дисперсии. Катализаторы в виде сухого порошка могут быть насыпаны на табачную мешку и/или материал сигаретного фильтра, или материал катализатора может быть добавлен к бумажному исходному сырью машины для изготовления сигаретной бумаги.

Катализаторы могут быть также представлены в виде дисперсии и распылены на табачную мешку, сигаретную бумагу и/или материал сигаретного фильтра. Альтернативно, табак и/или материал сигаретного фильтра могут быть покрыты дисперсией, содержащей катализаторы. Катализатор может также добавляться к исходной табачной мешке, подаваемой в машину для изготовления сигареты или добавлен к табачному столбику перед обертыванием сигаретной бумаги вокруг табачного столбика. Стадию нагревания смеси, содержащей раствор предшественника металла до температуры, достаточной для термического разложения предшественника металла в наномерные частицы, предпочтительно осуществляют перед добавлением катализатора к сигарете.

Количество катализатора может быть выбрано таким образом, чтобы количество оксида углерода в основном потоке дыма снижалось во время курения сигареты. Предпочтительно количество катализатора является каталитически эффективным количеством, например, приблизительно от нескольких миллиграммов, например 5 мг на сигарету, до около 200 мг на сигарету. Предпочтительнее количество катализатора составляет от около 10 до около 100 мг/сигарету.

Один вариант предоставляет композицию табачной мешки, содержащую табак и по меньшей мере один катализатор, обладающий способностью к превращению оксида углерода в диоксид углерода, в которой катализатор находится в виде наномерных частиц металла и/или оксида металла на частицах носителя с высокой площадью поверхности.

Для табачной мешки может использоваться любая подходящая табачная смесь. Примеры пригодных типов табачных материалов включают табак огневой сушки сортов Виг1еу, Магу1апб или Опеп1а1, редкие или специальные сорта табака и их смеси. Табачный материал может быть в виде табачных листьев, обработанных табачных материалов, например, расширенных или вспученных, обработанных средних жилок табачного листа, таких как резаные скрученные или резаные вспученные средние жилки табачного листа, регенерированные табачные материалы или их смеси. Табак может также включать заменители табака.

В производстве сигарет табак обычно используют в форме табачной мешки, т.е. в форме волокон или жгутов, разрезанных на кусочки, ширина которых составляет от около 1/10 до около 1/20 дюйма, или даже 1/40 дюйма. Длины жгутов находятся в диапазоне от около 0,25 до около 3,0 дюйма. Сигареты могут также содержать одно или более ароматизирующих веществ или других добавок (например, горючих добавок, модификаторов горения, связующих, и т.д.), известных в данной области техники.

Еще один вариант предлагает сигарету, содержащую табачный стержень, причем табачный стержень включает табачную мешку, имеющий по меньшей мере один катализатор, как описано выше, который обладает способностью к конверсии оксида углерода в диоксид углерода. Другой вариант касается способа изготовления сигареты, предусматривающего: (ΐ) добавление катализатора к табачной мешке; (ίί) подачу табачной мешки в машину для изготовления сигарет для образования табачного столбика; и (ΐΐΐ) помещение бумажной обертки вокруг табачного столбика для образования сигареты.

Методы производства известны в данной области. Любой общепринятый или модифицированный метод производства сигарет может применяться для введения катализаторов. Полученные в результате сигареты могут изготавливаться по любым известным спецификациям с использованием стандартных

- 9 008073 или модифицированных методов получения сигарет и оборудования. Обычно композицию табачной мешки, возможно, объединяют с другими сигаретными добавками и направляют в машину для изготовления сигарет для получения табачного стержня, который далее обертывают в сигаретную бумагу и к которому, возможно, присоединяют наконечники в виде фильтров.

Длина сигареты может находиться в интервале от около 50 до около 120 мм. В общем случае нормальная сигарета имеет длину около 70 мм, Кинг сайз имеет длину около 85 мм, Супер кинг сайз имеет длину около 100 мм, и Длинная обычно имеет длину около 120 мм. Длина окружности составляет от около 15 до около 30 мм по окружности и предпочтительно вблизи 25 мм.

Плотность упаковки табака обычно находится в интервале между около 100 до около 300 мг/см³ и предпочтительно от 150 до 275 мг/см³.

Еще один вариант предоставляет способ курения сигареты, описанный выше, который включает зажигание сигареты для образования дыма и втягивание дыма через сигарету, причем во время курения сигареты катализатор действует в качестве катализатора для конверсии оксида углерода в диоксид углерода.

Хотя изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты выполнения, специалисту в данной области будут очевидны дополнительные варианты и модификации изобретения, находящиеся в объеме прилагаемой формулы изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Композиция табачной мешки, содержащая табак и катализатор для превращения оксида углерода в диоксид углерода, в которой катализатор содержит наномерные частицы металла и/или оксида металла на частицах носителя с высокой площадью поверхности.
2. Композиция табачной мешки по п.1, в которой наномерные частицы металла и/или оксида металла содержат В, Мд, А1, δί, Τι, Бе, Со, N1, Си, Ζη, Се, Ζτ, N6. Мо, Ви, Р11. Рб, Ад, δη, Се, Н£, Та, А. Не, 08, 1г, Р1, Аи и их смеси.
3. Композиция табачной мешки по п.1, в которой частицы носителя с высокой площадью поверхности содержат зерна силикагеля, активированный уголь, молекулярные сита, оксид магния, оксид алюминия, оксид кремния, оксид титана, оксид циркония, оксид железа, оксид кобальта, оксид никеля, оксид меди, оксид иттрия, возможно, с добавлением циркония, оксид марганца, возможно, с добавлением палладия, оксид церия и их смеси.
4. Композиция табачной мешки по п.1, в которой наномерные частицы металла и/или оксида металла содержат Си, Ζη, Со и/или Бе и носитель с высокой площадью поверхности содержит зерна силикагеля и/или активированный уголь.
5. Композиция табачной мешки по п.1, в которой катализатор содержит от около 0,1 до 25 вес.% наномерных частиц на частицах носителя с высокой площадью поверхности.
6. Композиция табачной мешки по п.1, в которой частицы носителя с высокой площадью поверхности получают из коллоидного раствора.
7. Композиция табачной мешки по п.1, в которой наномерные частицы металла и/или оксида металла имеют средний размер частиц менее чем около 50 нм.
8. Композиция табачной мешки по п.1, в которой наномерные частицы металла и/или оксида металла имеют средний размер частиц менее чем около 10 нм.
9. Композиция табачной мешки по п.1, в которой площадь поверхности частиц носителя с высокой площадью поверхности составляет от около 20 до 2500 м²/г.
10. Композиция табачной мешки по п.1, в которой частицы носителя с высокой площадью поверхности содержат миллиметровые, микронные, субмикронные и/или наномерные частицы.
11. Композиция табачной мешки по п.1, в которой наномерные частицы металла и/или оксида металла содержат углерод, полученный в результате частичного разложения металлического предшественника и/или растворителя.
12. Композиция табачной мешки по п.1, в которой наномерные частицы металла и/или оксида металла содержат магнитные частицы.
13. Сигарета, содержащая табак и катализатор, способный к конверсии оксида углерода в диоксид углерода, в которой катализатор содержит наномерные частицы металла и/или оксида металла на частицах носителя с высокой площадью поверхности.
14. Сигарета по п.13, в которой наномерные частицы металла и/или оксида металла содержат В, Мд, А1, δί, Τι, Бе, Со, N1, Си, Ζη, Се, Ζτ, N6, Мо, Ви, ВЪ, Рб, Ад, δη, Се, Н£, Та, А, Ве, 0§, 1г, Р1, Аи и их смеси.
15. Сигарета по п.13, в которой частицы носителя с высокой площадью поверхности содержат зерна силикагеля, активированный уголь, молекулярные сита, оксид магния, оксид алюминия, оксид кремния, оксид титана, оксид циркония, оксид железа, оксид кобальта, оксид никеля, оксид меди, оксид иттрия, возможно, с добавлением циркония, оксид марганца, возможно, с добавлением палладия, оксид церия и их смеси.
16. Сигарета по п.13, в которой наномерные частицы металла и/или оксида металла содержат Си, Ζη, Со и/или Бе и носитель с высокой площадью поверхности содержит зерна силикагеля и/или активи

- 10 008073 рованный уголь.
17. Сигарета по п.13, в которой катализатор содержит от около 0,1 до 25 вес.% наномерных частиц на частицах носителя с высокой площадью поверхности.
18. Сигарета по п.13, в которой частицы носителя с высокой площадью поверхности получают из коллоидного раствора.
19. Сигарета по п.13, в которой наномерные частицы металла и/или оксида металла имеют средний размер частиц менее чем около 50 нм.
20. Сигарета по п.13, в которой наномерные частицы металла и/или оксида металла имеют средний размер частиц менее чем около 10 нм.
21. Сигарета по п.13, в которой площадь поверхности частиц носителя с высокой площадью поверхности составляет от около 20 до 2500 м²/г.
22. Сигарета по п.13, в которой частицы носителя с высокой площадью поверхности содержат миллиметровые, микронные, субмикронные и/или наномерные частицы.
23. Сигарета по п.13, в которой наномерные частицы металла и/или оксида металла содержат углерод, полученный в результате частичного разложения металлического предшественника и/или растворителя.
24. Сигарета по п.13, в которой наномерные частицы металла и/или оксида металла содержат магнитные частицы.
25. Сигарета по п.13, в которой наномерные частицы металла и/или оксида металла, по существу, не содержат углерода.
26. Сигарета по п.13, причем сигарета содержит от около 5 до около 200 мг катализатора на сигарету.
27. Сигарета по п.13, причем сигарета содержит от около 10 до около 100 мг катализатора на сигарету.
28. Сигарета по п.13, дополнительно содержащая фильтр и сигаретную бумагу, причем фильтр и/или сигаретная бумага включают катализатор.
29. Сигаретный фильтр, содержащий катализатор, способный к превращению оксида углерода в диоксид углерода, в котором катализатор содержит наномерные частицы металла и/или оксида металла на частицах носителя с высокой площадью поверхности.
30. Способ получения сигареты, предусматривающий:

(ί) добавление катализатора к табачной мешке, сигаретной бумаге и/или сигаретному фильтру, причем катализатор содержит наномерные частицы металла и/или оксида металла на частицах носителя с высокой площадью поверхности;

(й) подачу табачной мешки в машину для изготовления сигарет для образования табачного столбика;

(ΐϊϊ) помещение бумажной обертки вокруг табачного столбика для образования табачного стержня и (ίν) присоединение фильтра к табачному стержню для образования сигареты.
31. Способ по п.30, в котором наномерные частицы металла и/или оксида металла, содержащие В, Мд, ΑΙ, 8ΐ, Τι, Ре, Со, N1, Си, Ζη, Се, Ζγ, N6. Мо, Ви, Ей, Рб, Ад, 8и, Се, Н£, Та, А. Не, 08, 1г, Р1, Аи и их смеси, и частицы носителя с высокой площадью поверхности, содержащие зерна силикагеля, активированный уголь, молекулярные сита, оксид магния, оксид алюминия, оксид кремния, оксид титана, оксид циркония, оксид железа, оксид кобальта, оксид никеля, оксид меди, оксид иттрия, возможно, с добавлением циркония, оксид марганца, возможно, с добавлением палладия, оксид церия и их смеси, добавляют к табачной мешке.
32. Способ по п.30, в котором наномерные частицы металла и/или оксида металла, содержащие Си, Ζη, Со и/или Ре, и частицы носителя с высокой площадью поверхности, содержащие зерна силикагеля и/или активированный уголь, добавляют к табачной мешке.
33. Способ по п.30, в котором к табачной мешке добавляют от около 0,1 до 25 вес.% наномерных частиц на частицах носителя с высокой площадью поверхности.
34. Способ по п.30, в котором наномерные частицы металла и/или оксида металла содержат Аи и частицы носителя с высокой площадью поверхности содержат оксид железа.
35. Способ по п.30, в котором катализатор добавляют к табачной мешке в количестве, эффективном для конверсии по меньшей мере около 10% оксида углерода в диоксид углерода.
36. Способ по п.30, в котором на сигарету добавляют от около 5 до около 200 мг катализатора.
37. Способ по п.30, в котором на сигарету добавляют от около 10 до около 100 мг катализатора.
38. Способ по п.30, дополнительно предусматривающий образование катализатора посредством объединения предшественника металла и растворителя для образования раствора предшественника металла;

объединения раствора предшественника металла с частицами носителя с высокой площадью поверхности для образования смеси;

нагревание смеси до температуры, достаточной для термического разложения предшественника металла для образования наномерных частиц внутри и/или на носителе с высокой площадью поверхности и

- 11 008073 высушивание смеси.
39. Способ по п.38, дополнительно предусматривающий добавление дисперсии наномерных частиц к раствору предшественника металла.
40. Способ по п.39, в котором наномерные частицы, имеющие средний диаметр менее чем около 7 нм, добавляют к раствору предшественника металла.
41. Способ по п.39, в котором наномерные частицы расположены внутри полостей или пор частиц носителя с высокой площадью поверхности.
42. Способ по п.38, в котором частицы носителя с высокой площадью поверхности получают из коллоидного раствора.
43. Способ по п.42, в котором вязкость коллоидного раствора увеличивают для образования геля перед стадией нагревания смеси.
44. Способ по п.43, в котором гель промывают перед стадией нагревания смеси.
45. Способ по п.42, в котором стадия увеличения вязкости коллоидного раствора включает изменение рН смеси.
46. Способ по п.42, в котором стадия увеличения вязкости коллоидного раствора включает добавление разбавленной кислоты или разбавленного основания к смеси.
47. Способ по п.46, в котором разбавленная кислота представляет собой НС1.
48. Способ по п.42, в котором концентрация коллоидов в коллоидном растворе составляет от около 10 до 60 вес.%.
49. Способ по п.38, в котором частицы носителя с высокой площадью поверхности, включающие по меньшей мере один из компонентов, представляющих собой зерна силикагеля, активированный уголь, молекулярные сита, оксид магния, оксид алюминия, оксид кремния, оксид титана, оксид циркония, оксид железа, оксид кобальта, оксид никеля, оксид меди, оксид иттрия, возможно, с добавлением циркония, оксид марганца, возможно, с добавлением палладия, оксид церия и их смеси объединяют с раствором предшественника металла.
50. Способ по п.38, в котором предшественник металла выбранный из группы, состоящей из βдикетонатов, дионатов, оксалатов и гидроксидов, объединяют с растворителем.
51. Способ по п.38, в котором предшественник металла, содержащий по меньшей мере один из В, Мд, А1, 81, Τι, Ве, Со, N1, Си, Ζη, Се, Ζγ, N6, Мо, Ки, КВ, Рб, Ад, 8п, Се, Ηί, Та, Ш, Ке, Οδ, 1г, Ρΐ и Аи, объединяют с растворителем.
52. Способ по п.38, в котором растворитель, содержащий по меньшей мере одно из следующего: дистиллированная вода, этиловый спирт, метиловый спирт, хлороформ, альдегиды, кетоны и ароматические углеводороды, объединяют с предшественником металла.
53. Способ по п.38, в котором смесь нагревают до температуры от около 200 до 400°С.
54. Способ по п.38, в котором частицы носителя с высокой площадью поверхности, включающие миллиметровые, микронные, субмикронные и/или наномерные частицы, объединяют с раствором предшественника металла.
55. Способ по п.38, в котором наномерные частицы металла дополнительно включают углерод, полученный в результате частичного разложения предшественника металла и/или растворителя.
56. Способ по п.42, в котором раствор предшественника, включающий Си, Ζη, Со и/или Ве, и коллоидный раствор, включающий оксид магния, оксид алюминия, оксид кремния, оксид титана, оксид иттрия, оксид циркония и/или церия, объединяют.