CN101203149A - 吸烟过滤介质和使用其的香烟过滤器、香烟、吸烟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种吸烟过滤介质、具有所述吸烟过滤介质的香烟过滤器、香烟、使用该香烟的吸烟装置，在其中，抽烟过程中产生的有毒物质一氧化碳(CO)以及作为主要引起癌症的物质的焦油有机物被分解和吸收以抑制由于吸烟而将有毒物质吸入人体内。所述吸烟过滤介质是由斑脱土基矿石作为主要原料制成的。

Description

吸烟过滤介质和使用其的香烟过滤器、香烟、吸烟装置
技术领域
本发明涉及一种吸烟过滤介质、具有所述吸烟过滤介质的香烟过滤器、香烟、使用该香烟的吸烟装置。更具体地说，本发明涉及一种吸烟过滤介质，在其中，抽烟过程中产生的有毒物质一氧化碳(CO)以及作为主要引起癌症的物质的焦油有机物被分解和吸收以抑制由于吸烟而将有毒物质吸入人体内，以及具有所述吸烟过滤介质的香烟过滤器、香烟、使用该香烟的吸烟装置。
背景技术
一般地，当吸烟者吸烟时，烟草燃烧过程中会产生各种有毒物质。众所周知，香烟中含有超过4 000种有毒物质，其中有大约60种是致癌物。当吸烟者吸入这些有毒物质和致癌物时，这些物质就积累在吸烟者的身体中，并可引起各种疾病，例如癌症。
特别地，每只香烟含有2.0至3.3D焦油。由于焦油是烟草燃烧时主要的致癌物，需要去除或分解焦油。
另外，由于香烟的不完全燃烧，大约2到6％的香烟烟雾中含有一氧化碳(CO)，它与血红蛋白结合的能力是氧(O)的大约210倍，因此引起缺氧。所以需要采取合适的方法来防止CO被吸收到人体内。
此外，香烟引起有毒的挥发性有机化合物(volatile organic compounds，VOC)的产生，例如，苯和甲醛(HCHO)，并且含有重金属，例如，镉、铜、铅和锌。因此，当吸烟者受VOC和重金属毒害时，他们可能生病。
为了去除有毒物并解决上述问题，已经有各种方法。例如，现有技术在香烟过滤器中用活性炭、沸石和赭土来吸收有毒物质。然而，由于这些方法都是用多孔结构来过滤和吸收有毒物质，过滤效果具有特定的局限性。
发明内容
技术问题：
本发明提供一种吸烟过滤介质、具有所述吸烟过滤介质的香烟过滤器、香烟、使用该香烟的吸烟装置，在其中，在其中，抽烟过程中产生的有毒物质一氧化碳(CO)以及作为主要引起癌症的物质的焦油有机物被分解和吸收以抑制由于吸烟而将有毒物质吸入人体内。
同样，本发明提供一种吸烟过滤介质、带有该过滤介质的香烟和使用该香烟的吸烟装置，可通过吸收来过滤重金属。
技术方案：
根据本发明的一方面，本发明提供一种吸烟过滤介质，包括斑脱土基矿石作为主要材料。
根据本发明的另一方面，本发明提供一种包括有所述吸烟过滤介质的吸烟过滤器。
根据本发明的另一方面，本发明提供一种香烟和抽烟装置，包括位于吸入香烟烟雾的气流路径上的所述过滤介质。
有益效果：
根据上述的本发明，吸烟过程中产生的有毒物质CO和作为主要致癌物的焦油有机物，通过催化过程被分解掉并被吸收，使得吸烟引起的有毒物质的吸收减少。
同样，有机物通过催化过程被分解掉，因此氧气作为副产品产生并供应给吸烟者。
另外，在有机物被分解的过程中不能被分解的重金属，可通过吸收而被过滤掉。
附图说明
图1是根据的本发明一个实施例的带有过滤介质和香烟过滤器的香烟的截面示意图；
图2是根据的本发明另一个实施例的带有过滤介质和香烟过滤器的香烟的截面示意图；
图3是根据的本发明另一个实施例的带有过滤介质和香烟过滤器的香烟的截面示意图；
图4是根据的本发明一个实施例的带有过滤介质的吸烟装置的截面示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做出更详细的描述，附图中展示了示例性的实施例。
本发明提供的吸烟过滤介质，是用斑脱土基矿石制成的。
本发明所用的斑脱土基矿石是粘土矿，包括作为主要材料的蒙脱石(montmorillonite，MMT)。因为斑脱土基矿石具有多孔结构，它具有高度的吸附性并且膨胀能力和离子交换能力(CEC)都很好。因此，斑脱土基矿物与有机物充分反应而形成复合物。因此，斑脱土基矿物非常能够与香烟烟雾中的有毒有机物相结合或者分解有毒有机物。
特别地，根据作为斑脱土的主要原料的MMT的夹层阳离子类型，斑脱土可分为钙斑脱土和钠斑脱土。一般所含的钙斑脱土，可容易地应用到本发明中。然而，由于钠斑脱土具有较低的夹层结合性，比钙斑脱土更易起反应，钠斑脱土更适合用于本发明。钠斑脱土可自然采矿得到或用钙斑脱土制备。特别地，钠斑脱土的制备包括通过用碳酸钠(Na2CO3)来对钙斑脱土进行离子取代。
除了钙离子和钠离子，夹层阳离子可被下列离子取代或增加，包括钙、钠、铝、铁、钛、铬、锶和它们的氧化物。也就是说，MMT的夹层阳离子可被上述元素的离子取代并作为介质或吸收剂来分解或结合有机物。可选地，MMT的夹层阳离子可更改成上述元素的氢氧根离子并烧结，因此氢氧根离子的氧化物保持在柱形相。因此，氢氧根离子的氧化物可作为介质或吸收物来分解或结合烟草燃烧时产生的有机物。同样，上述元素的离子同时地或分别地添加，因此可在各层间由于插入的离子而产生良好的气腔，因此增加吸收效果。
一种制备斑脱土基矿物(具有高度反应性和吸收性)的方法可通过对钠斑脱土高温干燥或通过用球磨研磨纳斑脱土并烧结经研磨的钠斑脱土来得到。
由于钠斑脱土具有高反应性，当钠斑脱土在200至800℃干燥10分钟到12小时后，钠斑脱土有效地将有毒有机物分解掉或与之结合成简单的物质。因此，由于其与其高反应性相关的催化功能和其多孔结构，钠斑脱土提供了高反应性区域和高吸附性区域。
同样，在对钠斑脱土进行烧结之前，可用球磨机对其研磨，以增加烧结的效果。
斑脱土基矿石具有各种外形。如图1所示的优选实施例中，斑脱土基矿石是粉末状的、粒状或环状的，有利于斑脱土基矿石在香烟过滤器中的分散。在另外的情形，斑脱土基矿石是圆柱状的或马鞍状的外形，可增加反应区域。在另外的情形，斑脱土基矿石是对应于图2至图4的气流路径的片状。同样的，该片状外形可以有多孔结构来增加反应区域。
同样，以15∶85到20∶80的比率人工混合氧化铝(Al2O3)和氧化硅(SiO2)，并以高温烧结该混合物得到的材料可用来做吸烟过滤介质。优选地，该混合比率大约为18∶82，使得材料具有适当的结构。
为了得到氧化铝和氧化硅的混合物，氧化铝和氧化硅以上述的比率混合或以不足的比率加到含氧化铝和氧化硅的各种材料中。例如，莫来石(3 Al2O32 SiO2)和氧化硅(SiO2)以1∶8到1∶12的比率混合，优选比率为1∶10，因此该混合物具有与之前所述的混合物相同的氧化铝和氧化硅的比率，且可对其烧结。
同样，当在1300至1450℃烧结处理1至3小时后，混合物就可由于其高反应性相关的催化功能和其多孔结构，提供高反应性区域和吸附性区域。较优地，为了使过程平稳，当以5℃/分钟的速率将混合物加热到1400℃后，混合物在1400℃的恒温烧结2小时。
同样，混合物在高温烧结前，可用球磨机对其研磨混合，以增加烧结效果。较优地，混合物可用球磨机研磨8小时，使混合物和烧结物均匀。
发明实施例：
通过高温烧结处理得到的过滤介质具有各种外形。优选地，如图1所示，过滤介质具有粉末状、粒状或环状外形，以利于在香烟过滤器中分散。在另外的情形，过滤介质具有圆柱或马鞍状的外形来增加反应区。在另外的情形，过滤介质有片状的外形，对应于图2至图4所示的气流路径。同样，该片状外形也可具有多孔结构来增加反应区域。
阴离子产生粉末也可进一步加到过滤介质中。特别地，5至100份质量(每100份质量的过滤介质)的阴离子产生粉末可加到过滤介质中来溶解有毒物质并持续产生合适的阴离子。例如，阴离子产生粉末可用下列至少一种物质来形成，包括：P2O5、Ce2O3、La2O3、Nd2O3、ThO2、Pr2O3、SiO2、Sm2O3。优选地，该阴离子产生粉末可包括质量百分比为25％至35％的P2O5，20％至30％的Ce2O3，7％至15％的La2O3，8％至12％的Nd2O3，5％至10％的ThO2，4％至8％的Pr2O3，余下的为SiO2、Sm2O3、TiO2、ZrO2、Y2O3和Gd2O3。
上述的吸烟过滤介质可应用到如图1至图3中的各种类型的香烟和香烟过滤器中。因此，本发明提供一种包括上述吸烟过滤介质的香烟过滤器。香烟过滤器可以是现有的各种已知的香烟过滤器的一种，例如，为提高一般香烟过滤器的性能而含有分散的活性炭粉的过滤器和包含额外的活性炭层的脱碳过滤器。应用到香烟过滤器中的过滤介质可具有任何各种外形，能够过滤吸入的烟雾，包括但不限于图1至图3中所示的外形。或者，应用到香烟过滤器中的过滤介质可具有图1至图3的外形的组合。
另外，本发明提供一种香烟，其特征在于吸烟过滤介质位于香烟烟雾吸入的气流路径上。相应地，因为吸烟过滤介质在气流路径中有过滤作用，各种形状的吸烟过滤介质不仅可容置在上述的香烟过滤器内，还可容置在香烟中的烟草中。例如，吸烟过滤介质是粉末状的或粒状的，并分散开或具有片状的外形。
另外，本发明提供一种吸烟装置，其特征在于吸烟过滤介质位于香烟烟雾吸入的气流路径中。该吸烟装置是烟嘴口和烟管，并且上述的具有各种外形的吸烟过滤介质位于上述的香烟吸入的气流路径上。图4是吸烟装置的一个示例性实施例。
本发明的香烟过滤器使用一种可以分解有机物的介质，分解香烟中的有毒物质一氧化碳(CO)和作为主要致癌物的焦油有机物。通过使用本发明的香烟过滤器，可同时对香烟烟雾进行氧化分解和水解，因此有机物可被分解掉。结果，排出二氧化碳(CO2)、水(H2O)、甲烷(CH4)和氧气(O2)，水蒸汽被分解掉，因此产生氧气。
包含在介质过滤器中的有机物焦油的分解包括：开始，在香烟烟雾经过本发明的香烟过滤器时，香烟中的焦油和CO被吸收到介质过滤器中的大量的孔中。介质过滤器的气孔内的一组介质分子与一组吸附分子之间的强烈吸附作用，使得一些氧气化学变化成氧自由基(活性氧)，一些水蒸汽化学变化成氢自由基、氧自由基、氢氧根(-OH)自由基，并且一些有机物化学变化成各种分解后的自由基。因为在正常的环境下这些自由基非常不稳定，它们即刻又重新结合变成新的化合物。当有机物通过介质过滤器时，有机材料的分解和新化合物的合成不断地重复。在此过程中，有机材料分解成简单的化合物(即：CO2、H2O、CH4、O2)然后被释放出。
表1和表2列出了用本发明的实施例的过滤介质进行除臭测试的结果。该过滤介质是用斑脱土基矿石和Al2O3与SiO2以3∶7到5∶5的比率得到的混合物相混合得到的。
表1
项目     除臭测试(HCHO)
经过时间(分钟) 初始浓度(ppm) 样品浓度(ppm) 除臭率(％)
结果  0  81  81  -
 30  78  5  93.6
 60  75  3  96.0
 90  72  2  97.2
 120  70  1  98.6
参考表1，可以确知对甲醛(HCHO)的除臭率是极好的。
表2
项目     除臭测试(NH3)
经过时间(分钟) 初始浓度(ppm) 样品浓度(ppm) 除臭率(％)
结果  30  194  26  86.6
 60  152  15  90.1
 90  131  10  92.4
 120  116  8  93.1
参考表2，可以确知对氨气(NH3)的除臭率是极好的。
虽然本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明权利要求以及等效替换所定义的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种改变或等效替换。

Claims (18)

1.一种吸烟过滤介质，其特征在于，包括斑脱土基矿石作为主要材料。
2.根据权利要求1所述的吸烟过滤介质，其特征在于，所述斑脱土基矿石包括蒙脱石(MMT)，其夹层阳离子包括钙、钠、铝、铁、钛、铬、锶和它们的氧化物中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的吸烟过滤介质，其特征在于，所述斑脱土基矿石是通过高温干燥钠斑脱土或对钠斑脱土进行烧结制得。
4.根据权利要求3所述的吸烟过滤介质，其特征在于，高温干燥所述钠斑脱土包括在200℃至800℃干燥钠斑脱土10分钟到12小时。
5.根据权利要求1所述的吸烟过滤介质，其特征在于，所述斑脱土基矿石具有下列外形中的一种：粉末状的、粒状、环状、圆柱状、马鞍状、片状。
6.根据权利要求1所述的吸烟过滤介质，其特征在于，进一步包括以15∶85到20∶80的比率混合氧化铝(Al2O3)和氧化硅(SiO2)并对混合物进行研磨，然后对研磨后的混合物以1300至1450℃的高温烧结得到的烧结材料。
7.根据权利要求1所述的吸烟过滤介质，其特征在于，进一步包括以1∶8到1∶12的比率混合莫来石(3Al2O3 2SiO2)和氧化硅(SiO2)，对混合物进行研磨，然后对研磨后的混合物以1300至1450℃的高温烧结得到的烧结材料。
8.一种吸烟过滤介质，其特征在于，包括以15∶85到20∶80的比率混合氧化铝(Al2O3)和氧化硅(SiO2)，对混合物进行研磨，然后对研磨后的混合物以1300至1450℃的高温烧结得到的烧结材料。
9.根据权利要求8所述的吸烟过滤介质，其特征在于，所述烧结材料具有下列外形中的一种：粉末状的、粒状、环状、圆柱状、马鞍状、片状。
10.一种吸烟过滤介质，其特征在于，包括以1∶8到1∶12的比率混合莫来石(3Al2O3 2SiO2)和氧化硅(SiO2)，对混合物进行研磨，然后对研磨后的混合物以1300至1450℃的高温烧结得到的烧结材料。
11.根据权利要求10所述的吸烟过滤介质，其特征在于，所述烧结材料具有下列外形中的一种：粉末状的、粒状、环状、圆柱状、马鞍状、片状。
12.根据权利要求1至10中任意一项所述的吸烟过滤介质，其特征在于，进一步包括阴离子产生粉末。
13.一种包括根据权利要求1至11中任意一项所述的过滤介质的香烟过滤器。
14.一种包括根据权利要求12所述的过滤介质的香烟过滤器。
15.一种在香烟烟雾吸入的路径上包括有根据权利要求1至11中任意一项所述的香烟过滤介质的香烟。
16.一种在香烟烟雾吸入的路径上包括有根据权利要求12所述的香烟过滤介质的香烟。
17.一种在香烟烟雾吸入的路径上包括有根据权利要求1至11中任意一项所述的香烟过滤介质的吸烟装置。
18.一种在香烟烟雾吸入的路径上包括有根据权利要求12所述的香烟过滤介质的吸烟装置。
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