DE2460650A1

DE2460650A1 - Tabakrauchfilter

Info

Publication number: DE2460650A1
Application number: DE19742460650
Authority: DE
Inventors: John Emery Urbanic
Original assignee: Calgon Corp
Current assignee: Calgon Corp
Priority date: 1973-12-21
Filing date: 1974-12-20
Publication date: 1975-06-26
Also published as: CH583530A5; FR2255021A1; US3889691A; SE7415061L; JPS5134919B2; CA1026184A; DE2460650B2; JPS5095500A; SE407508B; IT1029636B; FR2255021B1; BR7410654D0; GB1458480A; DE2460650C3

Description

Dr. Sng, Walter Äbitz

Dr. Dieter R Morf t& w. taft '"

Dr. Hans-A £:suns . °-¹⁰5° -

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CALGON CORPORATION

Route 60-Campbell's Run Road, Robinson Township, Allegheny

County, Pennsylvania, V.St.A.

Tabakrauchfilter

Die Erfindung betrifft ein !Filtermaterial, das sich zur Entfernung schädlicher und reizender bzw. störender Stoffe aus Tabakrauch, eignet, ein Verfahren zur Herstellung solchen Filtermaterial und die Verwendung solchen Filtermaterials zur Entfernung von HCH aus Tabakrauch.

Im Tabakrauch vorliegende, während des Rauchens von Zigaretten, Zigarren, Pfeifen und dergleichen entstehende Bestandteile werden bekanntlich von Verbrennungsprodukten gebildet, die aus dem Tabak herrühren und im allgemeinen aus einer gasförmigen Phase bestehen, die Flüssigkeitströpfchen und/oder Feststoffpartikel suspendiert mitführt. Viele der chemischen Komponenten der gasförmigen Phase und der Flüssigkeitströpfchen und Feststoffpartikel gelten als für den Rauchenden gesundheitsschädlich, und zur Klärung des Tabakrauchs und zur Entfernung von Komponenten, die als schädlich gelten, aus

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diesem ist schon eine Vielfalt von Filterelementen empfohlen worden.

Zu den vielen Materialien, die als Zigarettenfiltermaterial empfohlen worden sind,, gehören verschiedene celluloseartige Materialien, einschlisslich Cellulose, Celluloseacetat, Baumwolle, Papier, Stärke, Viskosereyon und dergleichen. Diese Materialien sind zu einer Vielfalt rauchfilternder, auf den Einsatz bei Zigaretten, Zigarren und Pfeifen ausgelegter Elemente verarbeitet worden, und zwar entweder allein für sich oder in Kombination mit einer Vielfalt von Adsorbern, wie Kieselgel, Ionenaustauschharzen, Aluminiumoxid, Aktivkohle und natürlichen und künstlichen Tonen. Keines der im Handel verfügbaren Filtermaterialien hat sich Jedoch als voll zufriedenstellend erwiesen.

Zu zylinderförmigen Eingen geformte Filterelemente aus Cellulosefasern haben sich als wirksam erwiesen, . aus Tabakrauch einen wesentlichen Anteil der Flüssigkeitströpfchen und Feststoffpartikel zu entfernen, die normalerweise in diesem vorliegen. Solche Filter sind aber bezüglich einer Entfernung gasförmiger Komponenten, notorisch von HCN, aus Tabakrauch relativ univirksam. Versuche, die Gasadsorptxonseigenschaften solcher Filter zu verbessern, indem man diesen adsorbierende Stoffe, wie die obengenannten, einverleibt, haben zwar gewisse Verbesserungen erbracht, sich aber bezüglich der Entfernung von Gasphase-Verunreinigungen, wie HCN, auf Grund einer Vielfalt von Faktoren als nur partiell wirksam erwiesen. Zu diesen Faktoren gehört auch eine partielle Adsorptionsmittel-Sättigung oder -Entaktivierung während der Herstellung des Filterelements und bei der folgenden Handhabung im Zuge der Zigarettenherstellung.

In jüngerer Zeit sind Tabakrauchfiltermaterialien empfohlen worden, die von gasadsorptionsfähigen Materialien grosser Oberfläche, wie Aktivkohle, Aluminiumoxid, natürliche und

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künstliche Tone und Kieselgel, gebildet werden, die mit einer Mischung der Oxide des Eisens und Zinks imprägniert worden sind. Diese Tabakrauchfiltermaterialien haben sich als wirksam erwiesen, aus Tabakrauch gasförmige Verunreinigungen, einschliesslich HCN, zu entfernen (vgl. US-PS 3 251 365).

Die vorliegende Erfindung gibt die Lehre, -dass Tabakrauchfiltermaterialien, die HCN aus Tabakrauch in hochwirksamer Weise zu entfernen vermögen, erhältlich sind, indem man körnigen, aktivierten Kohlenstoff mit einer Wirkmenge an Kupfer(I)-chlorid imprägniert.

Dem Stoffprodukt nach liegt die vorliegende Erfindung somit in der Schaffung eines Tabakrauchfiltermaterials, das von mit Kupfer(I)-chlorid imprägnierter, körniger Aktivkohle gebildet wird. Solches Filtermaterial kann erfindungsgemäss Zigarettenfiltern oder Zigaretten- und/oder Zigarrenhaltern oder in das Pfeifenrohr einzusetzenden Filtern zur Entfernung von HCN aus Tabakrauch einverleibt werden.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass Aktivkohle, die 0,5 bis 15 Gew.% Kupfer(I)-chlorid enthält,- HCN aus Tabakrauch mit hoher Wirksamkeit zu entfernen vermag. Dieses Ergebnis ist durch praktische Prüfung unter Anwendung von Laboratoriums-Standardtechniken bestätigt worden. Ein typischer Versuch ist nachfolgend beschrieben.

Nach der später beschriebenen Methode wurde Aktivkohle mit einem Gehalt von 2,0 Gew.% an Kupfer(I)-chlorid hergestellt und in 85-mm-Standardzigaretten eingebracht, die zwischen zwei Filterpfropfen aus Celluloseacetat 20-mm-Filterhohlräume aufwiesen. In jede Zigarette wurden zur Ausbildung einer Kohlenstoff-Filterstrecke von etwa 4- mm ungefähr 100 mg imprägnierte Aktivkohle eingebracht.

Dieser Rauchartikel des Kohlenstoffilterzigarettentyps wurde

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geraucht und der Rauch, auf HCN-Gehalt analysiert. Weiter wurde eine Kontrollzigarette ohne Aktivkohlefilter und eine Zigarette abgeraucht, die das gleiche Aktivkohlefilter, aber ohne Kupfer(I)-chlorid-Imprägniermittel, enthielt, und auch der Rauch dieser Zigaretten wurde unter Anwendung der gleichen Techniken auf HCN-Gehalt analysiert.

Das Abrauchen von Proben der drei Prüfzigaretten erfolgte auf einer automatischen Abrauchvorrichtung. Der Rauch wurde von der Zigarette über eine Injektionsspritze durch eine Glasfaserfilterscheibe und durch 75 nil 2%iger, wässriger Natronlauge in einem 100-ml-Messzylinder abgesaugt, der zur Ausbildung eines guten Gas/Flüssigkeits-Kontaktes mit einem Tauchrohr mit verengter Spitze versehen war. In 58-Sekunden-Abständen erfolgte ein 2-Sekunden/4-O-mm-Ab rauchzug. Nach Abrauchen der Zigarette auf eine Stummellänge von 35 nrm (was gewöhnlich 7 bis 9 Züge erforderte) wurde der Rauchvorgang abgebrochen, die Adsorptionslösung entnommen und mit weiterer 2%iger Natronlauge auf 100 ml verdünnt und zur HCN-Analyse ein ungefähr aliquoter Anteil entnommen.

Der Cyanidgehalt der oben erhaltenen Natriumhydroxid-Lösungen wurde unter Abänderung der Pyridin/Pyrazolon-Methode nach Epstein ("Analytical Chemistry", Vol. 19, Nr. 4·, S. 272 bis 274-, 194-7) bestimmt, die colorimetry sch arbeitet ,wobei das Cyanid mit Chloramin-T-Reagenz (Natrium-p-toluolsulfonchloramid) in Chlorcyan übergeführt wird. Das Chlorcyan reagiert mit Pyridin unter Bildung von Glutaconaldehyd, der sich mit 1-Phenyl-3-methyl-5-pyrazolon zu einem blaugefärbten Komplex vereinigt. Die Prüfmethode ist nachfolgend beschrieben.

Der aliquote Anteil wurde mit verdünnter Essigsäure auf einen pH-Wert von 7 eingestellt und quantitativ in einen 50-ml-Messkolben überführt. In einer Menge von 0,2 ml wurde -1%iges, wässriges Chloramin-T-Reagenz hinzugefügt. Die Lösung wurde 2 Minuten stehengelassen und mit 5 ^i Pyridin-Pyrazolonlösung

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versetzt. Der Kolbeninhalt wurde nun mit destilliertem. Wasser auf 50 ml verdünnt und zur Farbausbildung 20 Minuten stehengelassen. Mittels eines mit einem Bleisulfid-Detektor ausgerüsteten Spektrofotometers (Bauart Beckman DK-2) wurde die Absorption bestimmt. Als Bezug diente destilliertes Wasser. Unter Einsatz 2%iger, wässriger Natriumhydroxid-Lösungen, die Kaliumcyanid in bekannten Konzentrationen enthielten, wurde eine Kurve der Absorption als Funktion der HCN-Konzentration gewonnen. Ergebnisse:

Kein Kohlen- Nichtimpräg- CuCl-imprägstoff nierter Koh- nierter Kohlenstoff lenstoff

Abgegebenes HGN,

g χ 10~⁶, je Zigarette 240 61 10

Wie hierdurch bestätigt, war das kupfer(I)-chlorid-imprägnierte Aktivkohlefilter dem keinen Kohlenstoff enthaltenden Filter und dem nichtimprägnierten Kohlenstoffilter weit überlegen; es ergab die bei weitem geringste Abgabe von HCIi an den das Filter passierenden Rauch je Zigarette.

Die aktivierten Kohlenstoffe oder Aktivkohlen für die Herstellung der Tabakrauchfiltermaterialien gemäss der Erfindung sind vorzugsweise körnige bzw. granuläre Aktivkohlen mit einer Korngrösse zwischen 4-,76 und 0,42 mm (entsprechend Sieben der US-Sieve Series mit 4- bzw. 40 Maschen, d. h. jenen lichten Maschenweiten). Besonders gut sind Aktivkohlen mit einer Korngrösse zwischen 1,68 und 0,42 mm (12 bzw. 40 Maschen). Solche Aktivkohlen können sehr unterschiedliche Oberflächen haben. Wie sich gezeigt hat, können Aktivkohle-Trägermaterialien Oberflächen zwischen 250 und 1200 m /g haben, ohne dass sich die Wirksamkeit wesentlich verändert. Die Kupfer(I)-chlorid-Imprägnierung ergibt, wie oben erwähnt, eine wirksame HCN-Entfernung aus Tabakrauch im Bereich von 0,5 bis 15 % vom

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Gewicht der Aktivkohle. Durch Erhöhungen des Imprägnierungsgrades wird die HCN-Entfernung nicht proportional verstärkt. Eine gute Wirksamkeit wird mit Filterlängen zwischen etwa 2 und 6 mm erhalten, wobei ein Bereich von 4 bis 6 mm bevorzugt wird.

Die Tabakrauchfiltermaterialien gemäss der Erfindung lassen sich bequem herstellen, indem man die Aktivkohle vor oder nach Klassierung auf die gewünschte Korngrösse in einer wässrigen Lösung von Kupfer(I)-chlorid und Ammoniumhydroxid tränkt. Man belässt die Aktivkohle im Kontakt mit der Imprägnierlösung (ohne oder unter Rühren), bis sie gründlich gesättigt ist. Gewöhnlich stellen etwa 1 bis 4 Stunden zufrieden. Dann wird die benetzte Aktivkohle von der Imprägnierlösung getrennt und bei etwa 100 bis 150° C getrocknet, um überschüssiges Wasser und Ammoniak abzutreiben und das Kupfer(I)-chlorid-Imprägniermittel in der Aktivkohle abzuscheiden. Ein solcher Trocknungsvorgang erfordert gewöhnlich etwa 3 bis 12 Stunden. Die Menge an Kupfer(I)-chlorid in der Imprägnierlösung wird so gewählt, dass sich der Anteil an Kupfer(I)-chlorid einstellt, dessen Abscheidung auf der Aktivkohle gewünscht wird.-

Bei einer typischen Darstellung wurden 100 g Aktivkohle von 1,00 - 0,84 mm (18 χ 20 Maschen) Korngrösse in ein Becherglas gegeben. Weiter wurde eine Lösung von 2 g Kupfer(I)-Chlorid in 50 ml Ammoniumhydroxid angesetzt und mit destilliertem Wasser auf 100 ml verdünnt. Dann wurde die abgewogene Aktivkohle in die Kupfer(I)-chlorid-Lösung eingerührt und die nächsten 3 Stunden gelegentlich gerührt, worauf der benetzte Kohlenstoff von der Imprägnierlösung abgetrennt und übernacht bei 100° C getrocknet wurde. Der hierbei anfallende, kupfer(I)-chlorid-imprägnierte Kohlenstoff kann dann als Tabakrauchfiltermaterial gemäss der Erfindung Verwendung finden.

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Claims

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Patentansprüche

f\*) Tabakrauchfiltermaterial, das HCN aus Tabakrauch zu ent- ^^^ fernen vermag, dadurch gekennzeichnet, dass es von körniger, mit einer Wirkmenge an Kupfer(I)-chlorid imprägnierter Aktivkohle gebildet wird. -
2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivkohle mit 0,5 bis 15 Gew.% an Eupfer(l)-chlorid imprägniert ist.
3. Material nach Anspruch 1 und/oder 2, gekennzeichnet durch eine Korngrösse der Aktivkohle im Bereich von 4,76 bis 0,42 mm. .
4. Material nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Korngrösse der Aktivkohle im Bereich von 1,68 bis 0,42 mm.
5- Verfahren zum Entfernen von HCN aus Tabakrauch, dadurch gekennzeichnet, dass man Tabakrauch durch ein Tabakrauchfiltermaterial gemäss Anspruch 1 bis 4 führt.
6. Rauchartikel, bei dem zwischen einer brennfähigen Tabakcharge und dem Mundende ein Filter eingeschaltet ist, insbesondere Zigarette, wobei das Filter von Filtermaterial gemäss Anspruch 1 bis 4 gebildet wird.

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