卷煙煙氣中有害成分去除研究進展

宋笑穎，丁奐俊，蔡 毅

(白山市農產品質量檢驗監測中心，吉林 白山 134300)

1 卷煙煙氣中的有害成分

研究發現，卷煙煙氣中有149種對人有害的成分，其中煙堿、氰化物、稠環芳烴、N-亞硝胺以及重金屬對人體的危害比較嚴重。

1.1 煙堿

煙堿也稱尼古丁，其化學式為C10H14N2，室溫下為油狀液體。煙堿隨卷煙煙氣進入人體到達大腦所需時間極短。煙堿在人體內將作用于交感神經，使人在短暫的興奮后會產生抑制。煙堿的作用還在于使吸煙者產生煙癮。一般來講，煙葉中煙堿含量越大，吸煙者的吸煙愉悅感則會越強烈。煙堿會對人體的生理產生不可逆的影響，導致人體的生理功能紊亂，新陳代謝不協調。人體中煙堿的含量過高會損壞腦細胞，對中樞神經系統也可能產生嚴重危害，而且隨著含量的增大，對人體的危害也不斷增強，累積到一定量時甚至可以致死。

1.2 稠環芳烴

稠環芳烴(簡稱“PAH”)是指兩個苯環共用兩個相鄰碳原子的化合物。煙草中稠環芳烴的含量極少，但在高溫缺氧條件下，經過一系列自由基反應，如煙草中的植物甾醇(如豆甾醇)、氨基酸、糖等組分會聚合形成稠環芳烴。研究結果表明，在卷煙燃燒的溫度達到400℃～600℃時，會產生正構烷烴與烯烴；隨著溫度的升高，會產生萘；當溫度繼續升高至800°C以上時，會產生稠環芳烴。卷煙煙氣中已鑒別出多種稠環芳烴，最典型的就是苯并[a]芘(BaP)，因其嚴重危害而備受重視。另外，其他稠環芳烴如二苯并[a,h]蒽，其危害也不容忽視。[1]

1.3 亞硝胺

煙草本身含的含氮物質是煙氣中產生N-亞硝胺的主要原因。同時煙草特有的亞硝胺類化合物(TSNA)是煙草致癌的首要原因。

目前的研究仍然不能證明煙草特有的亞硝胺的具體形成過程，但觀點一致認為煙葉中幾乎不存在TSNA，而TSNA是在后續過程中產生。煙草特有的亞硝胺的形成有兩種可能方式：一種方式是微生物代謝與降解等作用生成TSNA；而另一種方式是煙堿與亞硝酸鹽或氮氧化物的相互作用生成TSNA。

1.4 重金屬

盡管生物體內由于自身需要或者一些潛在的毒理作用存在痕量的重金屬成分，但重金屬污染對人類甚至是生物圈造成的危害卻不容忽視。常見的有毒重金屬包括鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋅(Zn)、砷(As)、鉛(Pb)和鎘(Cd)等，而其中Ni、Pb、Cd是卷煙煙氣中最主要的重金屬組分，被列為煙草危害元素黑名單。Ni由于在環境中無法被生物或化學降解，是一種穩定且頑固的環境污染物；As對人體的危害由來已久，古代砒霜的主要組分就是As，少量即會使人中毒，稍微多量就會使人死亡；Cd會引起各種心腦血管疾病，破壞骨骼和肝腎，甚至導致腎衰竭；Pb也是毒性較強的一種重金屬，其較易在人體內沉積且難以排出體外，會對人的神經系統造成嚴重的損害。

2 卷煙中的添加劑

2.1 活性炭和離子交換樹脂

活性炭是最早應用于卷煙中降焦減害的添加材料之一。目前，新型活性炭過濾嘴產業也呈現快速發展態勢，將活性炭作為添加劑應用于過濾嘴中，可實現對煙氣中包括重金屬組分等20多種有害物質的選擇性去除。婁性義[2]首次將活性炭應用于卷煙過濾嘴，其將炭紙經壓紋成型得炭紙棒，并與醋酸纖維棒接成二元復合濾棒用于煙氣減害。劉穎濤等[3]將活性炭纖維素應用于卷煙中降低煙氣中的焦油和尼古丁。2002年美國布朗-威廉姆森公司推出了新型活性炭濾嘴——三元復合濾嘴，通過在濾嘴中的特定部位添加活性炭顆粒和離子交換樹脂，從而大大降低了主流煙氣中有害物質的含量。Branton等[4]選用氨基改性了離子交換樹脂，并將其添加到卷煙過濾嘴中，實現了對煙氣中的醛類和HCN的有效去除。

2.2 聚合物類

聚合物吸附劑，已經廣泛應用于卷煙煙氣中有害成分的去除。殼聚糖，由于富含活性氮，可以固定重金屬組分。因此也越來越多地用于卷煙煙氣中重金屬組分的去除。郭立民、李八方等制成二元復合濾嘴，探究了殼聚糖作為添加材料在卷煙減害中的應用。[5,6]王進等[7]將過濾嘴浸漬殼聚糖溶液并應用于卷煙煙氣中的煙堿和焦油等成分的去除。硅膠經過改性后，可提高吸附性能，實現對煙氣中苯酚的有效去除。[8]

2.3 天然材料

沸石等天然材料可以實現煙氣中有害物質的去除。Afzali等[9]將沸石固定到卷煙的過濾嘴內，降低了卷煙煙氣中Pb和Cd兩種金屬的含量。Wey等[10]將沸石用于去除垃圾焚燒過程所產生廢氣中的有機物和重金屬等有害組分。凹凸棒石也可以作為吸附劑。[11]在保持煙堿含量不變的前提下，將卷煙濾嘴的醋酸纖維均勻浸漬到一定濃度的凹凸棒石懸濁液中降低卷煙焦油量，同時保持了香煙原本的口感。金屬碳點摻雜的分子篩，可用于催化降解亞硝胺。[12]研究還表明，修飾金屬氧化物的沸石可以提高對煙氣中亞硝胺選擇性吸附的能力。[13]

2.4 納米多孔材料

目前，納米材料作為卷煙中的添加劑為卷煙煙氣的降焦減害提供了新的思路。將納米Al2O3、SiO2、TiO2等添加到了卷煙煙絲及過濾嘴中[14,15]，其對卷煙煙氣中焦油、尼古丁等有害物質的去除已得到了廣泛研究。楊宇銘等[16]將經過不同處理方式得到的碳納米管分別添加到香煙過濾嘴中制成二元復合過濾嘴，都可以實現對卷煙主流煙氣中酚類化合物的去除。Chen等[17]將酸化后的碳納米管填充到卷煙過濾嘴中，可有效地去除主流煙氣中的尼古丁和焦油。

3 結 論

社會文明飛速發展，人們生活質量在不斷提高，消費者的健康和環保意識也在不斷增強，煙草行業對煙草的安全性也愈加重視。煙草行業為了保障消費者的健康和安全，已經在煙葉的生產、加工流程、煙紙、包裝、過濾嘴以及一些添加香料和保濕劑等領域加大了研究力度。同時，在卷煙降焦減害研究方面不斷取得了突破，彰顯出了煙草行業的未來。

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