[发明专利]降低卷烟烟气CO、NO热稳氧化锰分子筛催化剂的制备及应用

说明书

技术领域

本发明属于卷烟制备技术领域，具体地说涉及一种降低卷烟烟气有害物质CO、NO的热稳定分子筛催化剂，该催化剂的制备方法与应用。

背景技术

自从16世纪初烟草由美洲传入欧洲以后，人们对吸烟与健康问题产生了不同的意见和争论，特别是1954年英国皇家医学会正式发表了“吸烟与健康”的报告，综述了流行病学研究、烟草消耗趋势、烟草化学成分及其致癌性、吸烟对人和动物的制病机制等多方面的资料，明确提出吸烟对人体健康是有害的，如烟气CO能导致组织缺氧。2003年5月21日，第56届世界卫生大会上通过了WHO制定的、各成员国政府已签署的《烟草控制框架公约》不仅规定了各国政府要采取和实行有效的立法、行政或其它措施防止和减少烟草消费、烟碱成瘾和接触烟草烟气等，而且还要求对烟草制品成分进行限制。同时随着人们生活水平和生活质量的不断提高，消费者对吸烟的安全性和环境保护意识也越来越强，国际烟草面临前所未有的压力。开发低危害卷烟不仅是烟草行业发展和生存的必然趋势，也是国家烟草专卖局关于行业卷烟减害降焦的发展战略之一。

为了降低卷烟烟气中的有害物质，最初在卷烟滤嘴中使用了某些特殊的滤材，包括棉花、纤维素和一些人造纤维。但是，这些滤棒一般只能降低卷烟烟气粒相成份和烟气中可冷凝成份，而对卷烟烟气气相成分如CO、NO、和/或挥发性成分却没有降低去除效果。烟草科技工作者还尝试在卷烟滤嘴中使用各种吸附剂，以期达到对部分CO进行物理吸附。如美国专利No.4193412报导一种滤嘴吸附剂，它是两种高度分散的金属氧化物或金属氢氧化物的混合物。该吸附剂对提高吸附卷烟烟气某些物质有促进作用。美国专利No.3407820报导了一种含氧化锰物质的卷烟滤嘴，该滤嘴能降低卷烟烟气NOx的释放量。但很显然吸附剂吸附CO的效果并不理想。众所周知，对CO具有吸附能力的吸附剂同时亦能吸附O₂。当卷烟置放在空气中时，O₂先被牢牢吸附在吸附剂上，吸附剂上的吸附点达到吸附饱和后，不能再吸附CO。许多已报导的吸附剂实际上都可吸附CO₂气体，但是这意味着必须采取另外的方式将CO转化为CO₂，这样才能被吸附剂吸附。

另外一种降低CO的方法在滤嘴里添加氧化剂或者催化剂，将CO转化成CO₂。美国专利No.4317460描述了一种在低温下将CO氧化成CO₂的锡或锡的化合物催化剂，将这些催化剂和其他的催化材料负载在微孔载体上。但是，这种催化剂放在滤嘴中存在不可避免的缺陷，如在一般吸烟条件下，卷烟燃烧产生的各种各样的副产物会导致催化剂快速失活；催化剂即使不失活，但是催化剂上的CO催化氧化反应会导致滤嘴的温度大幅上升，消费者难以接受。

一种更有效的降低烟气CO的方法是在卷烟烟支段将CO催化转化为CO₂。此类催化剂如美国专利No.4956330、No.5050621、No.5258330、No.5050621描述了在卷烟烟支段添加铜的氧化物和/或二氧化锰催化降低CO。美国专利No.5258340描述了一种氧化CO的过渡金属氧化物催化剂，美国专利No.4125118陈述了卷烟燃烧产生的一些有害成份及其替代品，通过在卷烟燃烧位置添加少量过渡金属混合物催化降低技术。该技术的缺点是必须对该催化剂提供大量的氧化剂以达到对CO的有效降低，而且，到目前为止，在这种材料上的非均相反应仍不充分。另外，在近卷烟燃烧点的高温区内这些材料热稳定性差，非均相反应只能在远离燃烧区的小区域内发生，催化活性不充分。美国专利No.7165553报导了具有中孔/微孔结构的沸石催化剂，将CO转化为CO₂，和/或将NO转化为N₂，该中孔/微孔结构催化剂对烟气有害成分具有选择性降低效果。在这两项专利里采用了纳米氧化铁，这使得催化剂在卷烟中的添加量必须增大，不利于卷烟工艺。综上所述，如果一种材料既是催化剂又是氧化剂将是催化降低CO、NO的首选材料，显然上述专利中的材料皆不具备此功能。

降低CO、NO更多的催化剂、吸附剂和/或氧化剂见美国专利No.6371127、No.6286516、No.6138838、No.5211684、No.4744374、No.4453553、No.4450847、No.4182348、No.4108151、No.3807416、No.3720214等。除了现有的这些技术，降低卷烟烟气CO、NO迫切需要一种更先进和更有效的方法和材料。

发明内容