FI67478B

FI67478B - Filter foer tobaksroek

Info

Publication number: FI67478B
Application number: FI803409A
Authority: FI
Inventors: David Allan Matkin
Original assignee: British American Tobacco Co
Priority date: 1979-11-13
Filing date: 1980-10-30
Publication date: 1984-12-31
Also published as: CH649007A5; AU6419980A; DE3041383A1; NO152032C; FI67478C; CA1138291A; NL8006172A; FR2469134A1; NO152032B; NO803389L; AR224550A1; US4363333A; IT8025815A0; IT1193987B; FR2469134B1; ATA555880A; SE8007879L; AU537261B2; BR8007475A; SE448053B

Description

1 67478

Tupakansavun suodatin - Filter för tobaksrök

Esillä olevan keksinnön kohteena on aktiivihiiltä sisältävä tupakkasavun suodattimiseen soveltuva typpioksidin suodatus-materiaali tai suodatin.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan suodatin- tai suoda-tusmateriaali, joka käytännöllisesti ja tehokkaasti poistaa savukkeiden tai muiden tupakkatuotteiden savussa olevan typpioksidin.

Keksinnön mukaisesti aktiivihiiltä sisältävälle typpioksidin suodatin- tai suodatusmateriaalille on tunnusomaista se, että mainittuun hiileen on adsorboitu C-nitrosoyhdistettä, joka sisältää ainakin yhden nitrosoryhmän, joka reagoi typpioksidin poistamiseksi.

C-nitrosoyhdiste on edullisesti aromaattinen yhdiste.

Aktiivihiili voi olla kuitumaisessa, säiemäisessä tai kangas-muodossa, mutta edullisesti se on hiukkasmaisessa muodossa ja edullisesti raemaista kivihiilipohjäistä hiiltä. Hiilen pitäisi olla tyypiltään huokoista, jotta sen kokonaispinta-ala olisi suhteellisen suuri. Hiukkaskoko voi olla edullisesti alueella 5 x 50 englantilaista standardiseulakokoa, edullisesti alueella 12 x 3. Hiili voi olla sidotussa tilassa, ainakin löysästi sidotussa tilassa mahdollistaen savun pääsyn hiileen.

C-nitrosoyhdisteen kuormitustaso hiileen on sopivasti alueella 2-15 painoprosenttia laskettuna käsittelemättömästä hiilestä ja edullisesti 5 - 7 %.

2 67478

Kun hyödylliseksi käsitetään sellainen suodatin, joka kykenee poistamaan ainakin 30 - 35 painoprosenttia typpioksidia tupakansavusta, voidaan paljon typpioksidia päästävällä savukkeella pitää käyttökelpoisena myös vähäisempää typpioksidin suodatustehokkuutta, esimerkiksi jopa niin alhaista kuin 20 %.

Aktiivihiileen adsorboitua C-nitrosoyhdiStettä voidaan suodat-timessa käyttää yhdistelmänä suodattimen tuuletuksen kanssa, jolloin saadaan aikaan synergistinen vaikutus. Joissain tapauksissa typpioksidin haluttu kokonaissuodatinteho (N0-suodatusteho) voidaan saavuttaa käytännöllisesti helposti ja/tai taloudellisesti käyttämällä mainittua yhdistelmää.

Typpioksidin suodatustehoa voidaan myös olennaisesti parantaa käyttämällä aktiivihiilenä sopivalla metallilla kuormattua hiiltä. Parhaiten tulosten saavuttamiseksi metallin pitää olla metalli- eli nollavalenssimuodossa. Metalli voi olla kuparia tai rautaa ja kuormitustaso laskettuna käsittelemättömästä hiilestä voi olla noin 10 painoprosenttia. Metallin kuormitustaso voi edullisesti olla alueella noin 1 - 5 %. Paitsi, että metalloimalla hiili voidaan saavuttaa paljon vähäisimmillä C-nitrosoyhdisteen kuormitustasoilla NO-suo-datustehoja, jotka ovat metalloimattomalla hiilellä saavutettavalla alueella, saadaan lisäksi vain vähäisillä metallin kuormitustasoilla ;sellaisia NO-suodatusarvoja, jötka ylittävät huomattavasti metalloimatonta hiiltä käyttämällä saavutettavat arvot. Tällöin C-nitrosoyhdisteen kuormitustaso metalloiduilla hiilillä voi olla alueella noin 2 - 5 % käsit-telmättömästä hiilestä.

Hiilen metalloinnista»>on myös se etu, että suodatusmateriaali kykenee tällöin poistamaan typpioksidin lisäksi muitakin tupakansavun ainesosia, kuten esimerkiksi vetysyanidia.

3 67478

Esimerkki I

Coleman et al-menetelmällä (Organic Syntheses Collective,

Voi- III, toimittanut E.C. Horning, ss. 668-70) valmistettiin nitrosobentseeniä ja nitrosobentseenin etanoliliuokseen kasteltiin perusteellisesti raemaista aktiivihiiltä, jota tava-ranimellä Anthrasorb CC 1236 toimittaa yhtiö nimeltä Cardian Chemical Co-, Cheltenham, Englanti. Liuoksen annettiin tämän jälkeen haihtua huoneen lämpötilassa. Hiileen absorboituneen nitrobobentseemin saatu kuormitustaso oli 7 %.

100 mg tällä tavoin käsiteltyä raemaista hiiltä sijoitettiin kolmoissuodattimen onteloon, jonka ontelon molemmissa päissä oli selluloosa-asetaattia oleva 5 mm pituinen suodatin. Suodatin kiinnitettiin savukkeeseen, jonka täyte oli savukaasu-kuivattua tupakkaa. Tällä tavoin muodostettua suodatinsavu- ketta poltettiin tämän jälkeen vakiotupakointiolosuhteissa, 3 eli tilavuudeltaan 35 cm 2 sekuntia kestävä imaisu minuutissa, kunnes savukkeen pituus oli 8 mm. Havaittiin, että suodatin poisti 63 painoprosenttia typpioksidia tupakansavusta.

Esimerkki II

Esimerkin I mukainen toiminta toistettiin käyttämällä nitrosobentseenin sijasta kuormitustason pysyessä samana 2-nitrosotolueenia, jota toimittaa yhtiö nimeltä Aldrich Chemical Co. Ltd., Gillingham, Dorset, Englanti. NO-suoda-tustehoksi todettiin 50 %.

Esimerkki III

Di Nunno'n (Journal of Chemical Society (osa C), 1970, s.

1423) menetelmällä valmistettiin 2,4,6-trimetyylinitroso-bentseeniä. Käyttämällä tällä tavoin valmistettua yhdistettä toistettiin jälleen esimerkin I mukainen toiminta. NO-suoda-tustehoksi havaittiin 40 %.

Esimerkki IV

4 67478

Esimerkki I toistettiin käyttämällä 2,4,6-tri-t-butyylinit-rosobentseeniä, jota valmistettiin 2,4,6-tri-t-butyyliani-liinista Di Nunno (ibid) menetelmän mukaisesti, jolloin välituote valmistettiin Bartlett'in menetelmällä (Journal of American Chemical Society, 1956, Voi. 76, 8. 2349). NO-suo-datustehoksi todettiin 65 *.

Esimerkki V

4-kloorianiliinista saatiin 4-kloorinitrosobentseeniä Di Nunno (ibid) menetelmällä ja esimerkki I toistettiin. NO-suo-datustehoksi havaittiin 62 %.

Esimerkki VI

Esimerkki I toistettiin muuten, mutta käytetty C-nitrosoyh-diste oli 2,4,6-trikloorinitrosobentseeni. Di Nunno (ibid) menetelmällä valmistettiin 2,4,6-tri-kloorinitrosobentseeniä, jolloin raakatuote uudelleenkiteytettiin kahdesti jääetikasta. Todettu NO-suodatusteho oli 38 %.

Esimerkki VII

Esimerkki I toistettiin käyttämällä Aldrich Chemical Co. Ltd. yhtiön 2-metyyli-2-nitrosopropaania. Todettu NO-suodatusteho oli 33 %.

Esimerkki VIII

Esimerkki I toistettiin käyttämällä 2-metyyli-2-nitrosopen-taani-4-onia, jota valmistettiin Harries et ai menetelmällä (Berichte, Voi. 3, 1898, se. 1399 ja 1808). Todettu NO-suodatusteho oli 59 %.

5

Esimerkki IX

67478

Valmistettiin 2,6-dimetyyli-6-nitrosohept-2-eeni-4-onia, käsittelemällä 4-okso-tetrametyyli-piperidino-l-oksyyli-bromidia vesipitoisen natriumhydroksidin ja hiilitetraklo-ridin seoksella. Tätä C-nitrosoyhdistettä käytettiin toistettaessa jälleen kerran esimerkki I. Typpioksidin todettu suodatusteho oli 55 %.

Esimerkki X

Esimerkki I toistettiin käyttämällä N,N-dimetyyli-4-nitroso-aniliinia, jota toimittaa Aldrich Chemical Co. Ltd. Todettu NO-suodatusteho oli 20 %.

Todettu NO-suodatusteho käyttämällä esimerkin X mukaista materiaalia on alhainen. Tämä johtuu siitä, että C-nitrosoyh-disteen molekyylirakenteessa läsnäoleva N,N,-dimetyyli-ami-noryhmä vaikuttaa epäedullisesti nitrosoryhmän integriteettiin. Kuitenkin yllä kuvatulla tavalla joissain tapauksissa voidaan hyväksyä materiaalille jopa niin alhainen NO-suodatusteho kuin 20 %. Edelleen materiaalia voitaisiin käyttää yhdessä suodattimen tuuletuksen kanssa. Eräs tapa muodostaa tällainen tuuletus selvitetään seuraavassa esimerkin XIII yhteydessä.

Esimerkki XI

Nitrosobentseeniä adsorboitiin eri kuormituksina useisiin eri aktiivihiiliin ja vastaavat typpioksidisuodatustehot määriteltiin esimerkin I tapaan, mutta käyttämällä savukkeita, joissa oli sekoitettua tupakkaa. Tulokset on esitetty seuraavassa taulukossa h β 67478 —^Kuormitus O | 2 } 5 j 7 IQ 15

Hiili ^ Typpioksidin suodatusteho (%) B.P.L. 5 33 47 48 50 55

Anthrasorb CC 1236 O 25 38 39 41 47 MF3 O 11 29 29 32 38

Actibon X 2 23 34 33 38 37

Picatif 60143 8 20 30 36 37 36 207C 7 23 33 39 44 43

Taulukko 1 B.P.L. ja Anthrasorb CC 1236 ovat antrasiittihiiliä, joista edellistä toimittaa yhtiö nimeltä Pittsburgh Activated Carbon Co., Pennsylvania, U.S.A. MF3, Picatif 60143 ja 207C ovat kookospohjäisiä hiiliä, joita vastaavassa järjestyksessä toimittavat seuraavat yritykset: Chemvirn Ltd., Brussel, Belgia; Societe Pica, Paris, Ranska; ja Sutcliffe-Speakman Ltd., Leigh, Lancashire, Englanti. Actibon X on puupohjainen hiili, jota toimittaa Hooker-Mexicana S.A., Mexico.

Yllä olevasta taulukosta voidaan havaita, että nitrosobentsee-nin kuormituksen noustessa 0 - 5 % NO-suodatustehot nousevat kaikilla hiilillä nopeasti, kun taas kuormitustasojen noustessa edelleen 15 %:iin nousevat NO-suodatustehot tasaisemmin. Nämä tulokset osoittavat, että paras mahdollinen kuormitus on alueella noin 5 - 7 %.

Esimerkki XII

Esimerkki I toistettiin käyttämällä nitrosobentseeniä kuormitustason ollessa 5 % ja hiili oli Anthrasorb CC 1844 rakeista aktiivihiiltä. Savukkeessa oli sekoitettua tupakkaa. Todettu NO-suodatueteho oli 53 %.

Esimerkki XIII

7 67478

Nitrosobentseeniä adsorboitiin 5 % kuormitustasolla B.P.L. rakeiseen aktiivihiileen. Oheisissa piirustuksissa on esitetty yksi kuvio, joka on kaaviomainen pitkittäisleikkaus suodattimesta. Sen mukaisesti kolmiosuodattimien 2 onteloon 1 sijoitettiin 100 mg käsiteltyä hiiltä ja ontelon 1 kummassakin päässä oli selluloosa-asetaattia oleva suodatin 3. Kukin suodatin käärittiin huokoiseen päällykseen 4, kiinnitettiin -savukkeeseen 5, jossa päällyksen 6 sisällä oli sekoitettua tupakkaa. Suodattimet 2 olivat muuten identtisiä, mutta ne kiinnitettiin savukkeisiin 5 päällyksillä 7, joissa oli muuttuva määrä laserilla muodostettuja pienois-perforointirivejä 8, jotka oli sijoitettu ontelon 1 keskialueen ympärille eriasteisten tuuletusten muodostamiseksi.

Tällä tavoin muodostettuja savukkeita sekä päästöltään samanlaisia vertailusavukkeita poltettiin vakiotupakointiolo-suhteissa savukepituuteen 8 mm ja kunkin savukkeen typpiok-sidipäästö määriteltiin. Vertailusavukkeet erosivat yllä kuvatuista savukkeista siinä mielessä, että niiden suodattimien ontelot sisälsivät 100 mg käsittelemätöntä rakeista B.P.L. aktiivihiiltä.

Tulokset on esitetty seuraavassa taulukossa 2: 8 67478

Tuule- Käsittelemätön 5 %:lla nitro- Nitroso- Nitroso- tus BPL-hiili sobentseeniä bentseenis- bentsee- (%) impregnoitu BPL tä johtu- nistä --- va pidät- johtuva Päästö Tuule- Päästö Tuuletuk- tyminen odotettu (pg/sa- tukses- (pg/sa- sesta + (%) pidätty- vuke) ta joh- vuke nitroso- minen tuva bentsee- (%) vähen- nistä joh- nys tuva ko- (%) konaisvä- hennys ______,___m___ 0 210 - 123 41 41 42 23 148 30 74 65 50 46 43 118 44 41 80 65 48 58 88 58 21 90 76 50 59 77 63 19 91 75 51

Taulukko 2

Nitrosobentseenistä johtuvat odotetut typpioksidin pidättymis-arvot saatiin pidättymisen ja typpioksidipäästön välisestä suhteesta, joka määriteltiin kiinnittämällä tuulettamattomia kolmoissuodattimia, joista kukin sisälsi 100 mg rakeista B.P.L. aktiivihiiltä ja 5 % kuormituksen nitrosobentseeniä, savukkeisiin, joilla oli erilaiset, ennalta määrätyt typpiok-sidipäästöt. Suhde havaittiin käytännöllisesti katsoen suoraksi suhteeksi.

Todellisten ja odotettujen typpioksidipidätysarvojen vertailu osoittaa, että tuuletuksen suuretessa itse pidättyminen kasvaa jatkuvasti verrattuna odotettuun pidättymiseen. Tämä tarkoittaa sitä, että saavutetaan synergistinen vaikutus.

Samanlainen synergistinen vaikutus typpioksidipidättymiseen todettiin sijoittamalla tuuletusperforoinnit selluloosa-ase-taattisuodattimien suunpuoleiseen päähän eikä onteloiden kohdalle. Kun perforoinnit sijoitettiin tupakan puoleisiin päihin suodattimia, oli synergismi vähemmän silmiinpistävä.

9

Esimerkki XIV

67478

Raemaisia B.P.L. aktiivihiiliä, joissa oli 0, 0,1 %, 1 %, 5 % ja 10 % kuormitustasoja kuparia impregnoitiin nitroso-bentseenillä kuormitustasojen ollessa O, 1%, 2 %, 5%, 10% ja 15 % laskettuna metalloidusta hiilestä.

100 mg määriä vastaavia hiiliä sijoitettiin kolmoissuodatti-mien onteloihin, jolloin kunkin suodattimen ontelon kummassakin päässä oli 5 mm pituinen selluloosa-asetaattisuodatin. Suodattimet kiinnitettiin savukkeisiin, joissa oli sekoitettua tupakkaa. Kukin savuke antoi noin 200 pg typpioksidipäästön, kun suodatin ei ollut paikallaan. Tämän jälkeen tällä tavoin muodostettuja suodatinsavukkeita poltettiin vakiotupakointi-olosuhteissä. Kussakin tapauksessa määriteltiin suodattimen NO-suodatusteho. Saadut tulokset on esitetty taulukossa 3.

Kuparikuormitus % 0 | 0,1 1,0 5,0 10,0

Nitrosobentsee- Typpioksidin suodatustehot (%) mkuormitus (%) ____ 0 <10 <10 <10 <10 <10 1.0 17 25 37 33 26 2.0 36 40 48 48 41 5.0 42 46 62,5 65 54,5 10.0 43 56,5 65 61 54 15.0 47 58 67,5 67 53

Taulukko 3

Taulukosta 3 voidaan havaita, että jopa niin alhainen kuparin kuormitustaso kuin 0,1 % parantaa NO-suodatustehoa kaikilla nitrosobentseenin kuormitustasoilla. 1 % kuparikuormitus parantaa vielä paremmin ja selvemmin NO-suodatustehoja. Korotettaessa kuparikuormitus 5 %:iin saadaan hyvin samanlaiset NO-suodatustehot kuin mitä saatiin 1 % kuormituksella. Lisäys 10 67478 10 % kuormitukseen antaa huonommat NO-suodatustehot kuin mitä saatiin 1 ja 5 % kuormituksilla ja käytettäessä suurempia nitrosobentseenikuormituksia suodatustehot muodostuvat jopa heikommiksi kuin mitä saatiin 0,1 %:lla kuparia. Voidaan siis päätellä, että käyttämällä nitrosobentseeniä C-nitroso-yhdisteenä ja valitsemalla B.P.L. aktiivihiileksi ovat opti-mikuparikuormitukset alueella noin 1 - 5 %. Voidaan myös todeta, että kuparin jokaisella kuormitustasolla tapahtuu jyrkkä NO-suodatustehon nousu korotettaessa nitrosobentsee-nin kuormitustaso nollasta 2 %:iin, mutta NO-suodatusteho kasvaa ainoastaan suhteellisen vähäisen mentäessä 5 %:sta 10 %:iin ja 10 %:sta 15 %:iin nitrosobentseenikuormitusta-soissa. Tästä syystä näyttää siltä, että ei ole mitään erityistä hyötyä käyttää suurempia hitrosobentseenin kuormitustasoja kuin noin 5 %, erityisesti silloin, kun kuparin kuormitustaso on alueella noin 1 - 5 %.

Esimerkki XV

Noudatettiin esimerkin XIV mukaista toimintaa paitsi, että käytettiin raudalla kuormitettuja aktiivihiiliä, jotka olivat jälleen B.'P.L. tyyppiä. Rautakuormitetuilla hiilillä saadut tulokset on esitetty seuraavassa taulukossa 4:

Rautakuormitus % 0 0,1 1,0 5,0 10,0

Nitrosobentsee- nikuormitus Typpioksidin suodatustehot (%) (%) ____ 0 10 10 10 10 10 1.0 17 21 26 25 25 2.0 36 30 41 37 40 5.0 42 40 50 48 44 10.0 43 45 58 50 42 15.0 47 52 61 54 51

Taulukko 4 67478

Taulukosta 4 voidaan havaita, että tulosten yleiskuva on samanlainen kuin kuparikuormitettuja hiiliä käyttämällä saatiin, vaikkakin NO-suodatustehojen paraneminen metalloimattomaan hiileen verrattuna ei ole aivan yhtä selvä kuin kuparimetal-loinnin yhteydessä. Tulokset osoittavat kuitenkin ehdottoman käyttökelpoista vaikutusta erityisesti otettaessa huomioon rautakuormitettujen hiilten suhteellisesti alhaisemmat kustannukset. Taulukosta IV voidaan lisäksi todeta, että N0-suodatustehot 5 % rautakuormitustasolla eivät ole läheskään samat kuin suodatustehot 1 % kuormitustasolla, kuten asianlaita oli kuparikuormitetuilla hiilillä, vaan kyseiset tehot ovat jonkin verran heikommat. Voidaan siis päätellä, että nitrosobentseenikäsitellyillä B.P.L. hiilillä optimirauta-kuormitukset ovat 1 % alueella.

Vaikka yllä kuvatuissa esimerkeissä kolmoissuodattimien onteloihin sijoitetaan C-nitrosokäsiteltyjä hiiliä, voitaisiin nämä hiilet luonnollisesti sijoittaa savukesuodattimiin muullakin tavoin. C-nitrosokäsitelty hiili voitaisiin esimerkiksi hajottaa koko selluloosa-asetaattisuodattimeen tai johonkin muuhun kuitumaiseen suodatusmateriaaliin.

Esimerkissä XIII on esitetty suodattimen tuuletus ja tätä voidaan käyttää myös suodattimien yhteydessä minkä tahansa muun esimerkin mukaisessa tapauksessa.

Claims

12 67478

1. Aktiivihiiltä sisältävä tupakkasavun suodattimiseen soveltuva typpioksidin suodatusmateriaali tai suodatin, tunnettu siitä, että mainittuun hiileen on adsorboitu C-nitrosoyhdistettä, joka sisältää ainakin yhden nitrosoryhmän, joka reagoi typpioksidin poistamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suodatusmateriaali tai suodatin, tunnettu siitä, että C-nitrosoyhdiste on aromaattinen yhdiste.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen suodatusmateriaali tai suodatin, tunnettu siitä, että C-nitrosoyhdiste on nitrosobentseeni.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen suodatusmateriaali tai suodatin, tunnettu siitä, että C-nitrosoyhdiste on 2-nitrosotolueeni.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen suodatusmateriaali tai suodatin, tunnettu siitä, että C-nitrosoyhdiste on 2,4,6-trimetyylinitrosobentseeni.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen suodatusmateriaali tai suodatin, tunnettu siitä, että aktiivihiili on sopivasti kivihiilipohjäinen hiili ja se on hiukkasmuodossa.

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen suodatusmateriaali tai suodatin, tunnettu siitä, että aktiivihiili on kuormattu metallilla, erityisesti kuparilla tai raudalla kuormitustason ollessa edullisesti alueella 0,1-5 paino-% käsittelemättömästä hiilestä. 13 67478

8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen suoda-tusmateriaali tai suodatin, tunnettu siitä, että C-nitrosoyhdisteen kuormitustaso on alueella 2 - 15, edullisesti 2-7 paino-% käsittelemättömästä hiilestä.

9. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen suodatin, tunnettu tuuletuselimistä, jotka on järjestetty syöttämään ilmaa suodattimeen.

10. Menetelmä typpioksidin suodattamiseksi kaasumaisesta väliaineesta, tunnettu siitä, että mainittu väliaine johdetaan yhteyteen jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukaisen suodatusmateriaalin kanssa. 67478