JPH04229165A - 炭素質熱源からの一酸化炭素の触媒変換 - Google Patents
炭素質熱源からの一酸化炭素の触媒変換Info
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- JPH04229165A JPH04229165A JP3201238A JP20123891A JPH04229165A JP H04229165 A JPH04229165 A JP H04229165A JP 3201238 A JP3201238 A JP 3201238A JP 20123891 A JP20123891 A JP 20123891A JP H04229165 A JPH04229165 A JP H04229165A
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Classifications
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- A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
- A24B—MANUFACTURE OR PREPARATION OF TOBACCO FOR SMOKING OR CHEWING; TOBACCO; SNUFF
- A24B15/00—Chemical features or treatment of tobacco; Tobacco substitutes, e.g. in liquid form
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- A24C5/00—Making cigarettes; Making tipping materials for, or attaching filters or mouthpieces to, cigars or cigarettes
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- A24D1/00—Cigars; Cigarettes
- A24D1/22—Cigarettes with integrated combustible heat sources, e.g. with carbonaceous heat sources
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- Health & Medical Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】本発明は改良された炭素質熱源、及び炭素
質熱源の燃焼によって生成する一酸化炭素の如きガス状
副生成物の無害物質への接触変換に関する。本発明の方
法及び熱源は、1988年7月2日付米国出願第223
153号に記載されたものの如き喫煙物品に使用するの
に特に好適である。本発明の熱源は炭素及び重量基準で
少量の金属種を含有する。本発明の熱源は、喫煙者の吸
収のためのフレーバー床からフレーバー付けされたエア
ロゾルを放出する充分な熱を発生する高燃焼温度及び低
発火温度を有する。燃焼したとき、熱源の触媒成分は一
酸化炭素の実質的に全てを無害の物質に変換する。
質熱源の燃焼によって生成する一酸化炭素の如きガス状
副生成物の無害物質への接触変換に関する。本発明の方
法及び熱源は、1988年7月2日付米国出願第223
153号に記載されたものの如き喫煙物品に使用するの
に特に好適である。本発明の熱源は炭素及び重量基準で
少量の金属種を含有する。本発明の熱源は、喫煙者の吸
収のためのフレーバー床からフレーバー付けされたエア
ロゾルを放出する充分な熱を発生する高燃焼温度及び低
発火温度を有する。燃焼したとき、熱源の触媒成分は一
酸化炭素の実質的に全てを無害の物質に変換する。
【0002】本発明の方法によれば、炭素成分は金属種
と混合する。燃焼したとき、金属種は、熱源の燃焼によ
って形成された一酸化炭素副生成物を無害物質に変換す
る触媒をその場で発生する。好ましい実施態様において
、金属種及び炭素成分は混合し、次いで所望の造形物に
成形する。
と混合する。燃焼したとき、金属種は、熱源の燃焼によ
って形成された一酸化炭素副生成物を無害物質に変換す
る触媒をその場で発生する。好ましい実施態様において
、金属種及び炭素成分は混合し、次いで所望の造形物に
成形する。
【0003】一酸化炭素を二酸化炭素への酸化のための
触媒を提供することが従来より計画されて来た。これら
の計画は本発明の利点の有する触媒を作らなかった。
触媒を提供することが従来より計画されて来た。これら
の計画は本発明の利点の有する触媒を作らなかった。
【0004】例えばデールの米国特許第4317460
号には固体支持体上に吸着された酸化触媒が記載されて
いる。触媒は喫煙物品又はフイルターチップ内の何れか
に置くことができる。
号には固体支持体上に吸着された酸化触媒が記載されて
いる。触媒は喫煙物品又はフイルターチップ内の何れか
に置くことができる。
【0005】リアリー等はJournal of Ca
talysis101巻、301〜303頁(1986
年)に、内燃機関によって生成される一酸化炭素の酸化
のための触媒について述べている。しかしながらこれら
の触媒は高価な金属から誘導されている。
talysis101巻、301〜303頁(1986
年)に、内燃機関によって生成される一酸化炭素の酸化
のための触媒について述べている。しかしながらこれら
の触媒は高価な金属から誘導されている。
【0006】ハルタ等はJournal of Cat
alysis115巻、301〜309頁(1989年
)に一酸化炭素の低温変換のための酸化触媒の製造につ
いて述べている。
alysis115巻、301〜309頁(1989年
)に一酸化炭素の低温変換のための酸化触媒の製造につ
いて述べている。
【0007】ウオーカー等はJournal of C
atalysis110巻、298〜309頁(198
8年)に一酸化炭素及びプロパンの同時酸化のための酸
化鉄基触媒について述べている。
atalysis110巻、298〜309頁(198
8年)に一酸化炭素及びプロパンの同時酸化のための酸
化鉄基触媒について述べている。
【0008】一酸化炭素の酸化のための触媒を含有する
安価な熱源を提供することが望まれている。
安価な熱源を提供することが望まれている。
【0009】広い温度範囲、即ち室温から燃焼する炭素
質熱源中で到達する温度までで活性である酸化触媒を提
供することが望まれている。
質熱源中で到達する温度までで活性である酸化触媒を提
供することが望まれている。
【0010】高活性の酸化触媒が熱源の燃焼中その場で
発生する炭素質熱源を提供することが望ましい。
発生する炭素質熱源を提供することが望ましい。
【0011】通常のシガレットに代表される条件の下で
容易に点火することができる低い発火温度を有し、それ
と同時にフレーバー床からフレーバーを放出するに充分
な熱を与える炭素質熱源を提供することが望ましい。
容易に点火することができる低い発火温度を有し、それ
と同時にフレーバー床からフレーバーを放出するに充分
な熱を与える炭素質熱源を提供することが望ましい。
【0012】更に早すぎる自己消火性でない炭素質熱源
を提供することが望ましい。
を提供することが望ましい。
【0013】事実上一酸化炭素を遊離しない炭素質熱源
を提供することが望ましい。
を提供することが望ましい。
【0014】本発明の目的は一酸化炭素を無害物質に変
換するための安価な触媒を含有する熱源を提供すること
にある。ここで使用するとき、「無害物質」とは、熱源
によって生成される量で、二酸化炭素、炭酸塩又は炭素
の如き最小の毒性を有する物質である。
換するための安価な触媒を含有する熱源を提供すること
にある。ここで使用するとき、「無害物質」とは、熱源
によって生成される量で、二酸化炭素、炭酸塩又は炭素
の如き最小の毒性を有する物質である。
【0015】本発明の目的は、広い温度範囲、即ち室温
から燃焼する炭素質熱源で達する温度までの範囲で活性
である触媒を提供することにある。
から燃焼する炭素質熱源で達する温度までの範囲で活性
である触媒を提供することにある。
【0016】本発明の別の目的は、高活性の触媒を熱源
の燃焼中その場で発生する炭素質熱源を提供することに
ある。
の燃焼中その場で発生する炭素質熱源を提供することに
ある。
【0017】本発明の更に別の目的は、通常のシガレッ
トで代表される条件下で容易に点火できる低い発火温度
を有し、それと同時にフレーバー床からフレーバーを放
出するのに充分な熱を提供する炭素質熱源を提供するこ
とにある。
トで代表される条件下で容易に点火できる低い発火温度
を有し、それと同時にフレーバー床からフレーバーを放
出するのに充分な熱を提供する炭素質熱源を提供するこ
とにある。
【0018】又本発明の目的は早すぎる自己消火性でな
い炭素質熱源を提供することにある。
い炭素質熱源を提供することにある。
【0019】本発明の更に別の目的は実質的に一酸化炭
素を遊離しない炭素質熱源を提供することにある。
素を遊離しない炭素質熱源を提供することにある。
【0020】本発明によれば喫煙物品に特に有用である
熱源を提供することにある。熱源は実質的な炭素含有量
を有する材料から形成する。好ましくは熱源は少量の金
属種と共に炭素を含有する。完全燃焼を促進するため及
び他の望ましい燃焼特性を与えるため燃焼添加剤を加え
てもよい。
熱源を提供することにある。熱源は実質的な炭素含有量
を有する材料から形成する。好ましくは熱源は少量の金
属種と共に炭素を含有する。完全燃焼を促進するため及
び他の望ましい燃焼特性を与えるため燃焼添加剤を加え
てもよい。
【0021】本発明の熱源の燃焼時には、炭素成分が酸
化されて一酸化炭素及び二酸化炭素を形成する。同時に
金属種が酸化されて、熱を発生するばかりでなく、一酸
化炭素を無害な物質に変換することを促進する触媒を生
成する。
化されて一酸化炭素及び二酸化炭素を形成する。同時に
金属種が酸化されて、熱を発生するばかりでなく、一酸
化炭素を無害な物質に変換することを促進する触媒を生
成する。
【0022】本発明の方法によれば、炭素成分及び金属
種は結合剤を用い、そして所望によっては溶媒を用いて
混合する。好ましくは炭素成分/金属種混合物は所望さ
れる造形物に成形する。炭素成分/金属種混合物は加熱
して溶媒を蒸発させ、結合剤を脱蔵(脱気発性物化)さ
せる。加熱工程での生成物は、炭素成分/金属種混合物
の元の形を保有する熱源である。本発明の熱源は特に喫
煙具において有用であるが、それらはここに説明した特
性を有することが望まれる他の用途のための熱源として
も有用であることは理解すべきである。
種は結合剤を用い、そして所望によっては溶媒を用いて
混合する。好ましくは炭素成分/金属種混合物は所望さ
れる造形物に成形する。炭素成分/金属種混合物は加熱
して溶媒を蒸発させ、結合剤を脱蔵(脱気発性物化)さ
せる。加熱工程での生成物は、炭素成分/金属種混合物
の元の形を保有する熱源である。本発明の熱源は特に喫
煙具において有用であるが、それらはここに説明した特
性を有することが望まれる他の用途のための熱源として
も有用であることは理解すべきである。
【0023】本発明の上述した及びその他の目的及び利
点は添付図面との関係における以下の説明から明らかに
なるであろう、尚各図中同じ部分については同じ参照数
字を用いてある。
点は添付図面との関係における以下の説明から明らかに
なるであろう、尚各図中同じ部分については同じ参照数
字を用いてある。
【0024】図1は本発明の熱源の一実施態様の端面図
である。
である。
【0025】図2は本発明の熱源を使用しうる喫煙物品
の縦断面図である。
の縦断面図である。
【0026】図3は未加工棒体の化学変化のための熱対
時間の関係を示す。図3の原点は、炭素成分/金属種混
合物に熱を適用した点である。
時間の関係を示す。図3の原点は、炭素成分/金属種混
合物に熱を適用した点である。
【0027】喫煙物品10は、シガレット包装紙14で
包まれた活性素子11、膨張室チューブ12、及びマウ
スピース素子13からなる。活性素子11は炭素成分/
金属種熱源20及び熱源20を通って流れる熱ガスに接
触したときフレーバー蒸気を放出するフレーバー床21
を含む。蒸気は膨張室チューブ12中に通り、マウスピ
ース素子13に通ずるエアロゾルを形成し、そして喫煙
者の口に入る。
包まれた活性素子11、膨張室チューブ12、及びマウ
スピース素子13からなる。活性素子11は炭素成分/
金属種熱源20及び熱源20を通って流れる熱ガスに接
触したときフレーバー蒸気を放出するフレーバー床21
を含む。蒸気は膨張室チューブ12中に通り、マウスピ
ース素子13に通ずるエアロゾルを形成し、そして喫煙
者の口に入る。
【0028】熱源20は喫煙物品のための満足性を満す
ための多くの要件に合致すべきである。それは喫煙物品
10に嵌合するのに充分な小ささであるべきであり、更
に喫煙者にフレーバーを与えるためフレーバー床21か
ら充分なフレーバーを放出するのに充分にそれを通って
流れるガスを加熱することを確実にするに充分な熱さで
燃焼すべきである。熱源20は又熱源中で燃焼する炭素
がなくなるまで限定された量の空気で燃焼できるべきで
ある。燃焼したとき、熱源20は実質的に一酸化炭素を
生成すべきでない。
ための多くの要件に合致すべきである。それは喫煙物品
10に嵌合するのに充分な小ささであるべきであり、更
に喫煙者にフレーバーを与えるためフレーバー床21か
ら充分なフレーバーを放出するのに充分にそれを通って
流れるガスを加熱することを確実にするに充分な熱さで
燃焼すべきである。熱源20は又熱源中で燃焼する炭素
がなくなるまで限定された量の空気で燃焼できるべきで
ある。燃焼したとき、熱源20は実質的に一酸化炭素を
生成すべきでない。
【0029】熱源20は好ましくは約3m2 /g〜約
600m2 /g、更に好ましくは約10m2 /g〜
約200m2 /gの範囲の表面積を有すべきである。 更に本発明の熱源は粗孔(macrpore)(大きさ
において約1μ〜約5μの孔)間孔(mesopore
)(大きさにおいて約20オングストローム〜約500
オングストロームの孔)及び細孔(micropore
)(大きさにおいて約20オングストローム以下の孔
)を含有するとよい。
600m2 /g、更に好ましくは約10m2 /g〜
約200m2 /gの範囲の表面積を有すべきである。 更に本発明の熱源は粗孔(macrpore)(大きさ
において約1μ〜約5μの孔)間孔(mesopore
)(大きさにおいて約20オングストローム〜約500
オングストロームの孔)及び細孔(micropore
)(大きさにおいて約20オングストローム以下の孔
)を含有するとよい。
【0030】熱源20は適切な熱伝導性を有すべきであ
る。大きすぎると、熱は熱源の燃焼帯域から他の部分に
伝達し去り、その点での燃焼は、温度が熱源の消火温度
以下に下ったとき止まってしまい、点火することが困難
でかつ点火後早すぎる自己消火をする熱源をもたらす。 かかる消火は本質的に100%燃焼を受ける熱源を有せ
しめることによって防がれる。熱伝導性は熱源が燃焼し
たとき、装着構造体24に熱を伝導することなく、それ
を通って流れる空気に熱を伝達できるレベルであるべき
である。燃焼する熱源と接触するよう入って来る酸素は
熱源を殆ど完全に酸化し、膨張室チューブ12中に放出
する酸素を制限する。装着構造体24は、熱源20の後
部分を酸素が達するのを遅延させるべきであり、これに
よってフレーバー床が消費された後熱源を消火するのを
助ける。これは又熱源が喫煙物品の端から落下すること
も防ぐ。
る。大きすぎると、熱は熱源の燃焼帯域から他の部分に
伝達し去り、その点での燃焼は、温度が熱源の消火温度
以下に下ったとき止まってしまい、点火することが困難
でかつ点火後早すぎる自己消火をする熱源をもたらす。 かかる消火は本質的に100%燃焼を受ける熱源を有せ
しめることによって防がれる。熱伝導性は熱源が燃焼し
たとき、装着構造体24に熱を伝導することなく、それ
を通って流れる空気に熱を伝達できるレベルであるべき
である。燃焼する熱源と接触するよう入って来る酸素は
熱源を殆ど完全に酸化し、膨張室チューブ12中に放出
する酸素を制限する。装着構造体24は、熱源20の後
部分を酸素が達するのを遅延させるべきであり、これに
よってフレーバー床が消費された後熱源を消火するのを
助ける。これは又熱源が喫煙物品の端から落下すること
も防ぐ。
【0031】熱源の炭素成分は実質的に純粋な炭素の形
であるが、続いて炭素に変換されうる材料も使用できる
。好ましくは炭素成分はコロイドグラフアイトであり、
更に好ましくは活性炭である。
であるが、続いて炭素に変換されうる材料も使用できる
。好ましくは炭素成分はコロイドグラフアイトであり、
更に好ましくは活性炭である。
【0032】金属種は触媒特性を有する金属酸化物に変
換されうる任意の金属含有化合物であることができる。 好ましくは金属種はアルミニウム、チタン、タングステ
ン、マンガン、ニオブ又はそれらの混合物の炭化物から
なる群から選択する。更に好ましい金属炭化物は式Fe
xC(xは1〜3である)を有する炭化鉄である。最も
好ましくは炭化鉄は式Fe5C2 を有する。当業者は
、金属種は相と称される多形の形で存在することは判る
であろう。 選択は、触媒反応のコース又は本発明方法から逸脱する
ことなく個々の金属種の相の中でなしうる。
換されうる任意の金属含有化合物であることができる。 好ましくは金属種はアルミニウム、チタン、タングステ
ン、マンガン、ニオブ又はそれらの混合物の炭化物から
なる群から選択する。更に好ましい金属炭化物は式Fe
xC(xは1〜3である)を有する炭化鉄である。最も
好ましくは炭化鉄は式Fe5C2 を有する。当業者は
、金属種は相と称される多形の形で存在することは判る
であろう。 選択は、触媒反応のコース又は本発明方法から逸脱する
ことなく個々の金属種の相の中でなしうる。
【0033】金属炭化物は硬く、脆い材料であり、これ
は粉末の形に細くできる。炭化鉄は少なくとも二つの良
く特徴づけられた相、即ちヘーグ化合物として知られて
いるFe5C2 、及びセメンタイトと称されるFe3
Cからなる。炭化鉄は高度に安定な侵入型結晶分子であ
り、室温で強磁性である。Fe5C2 は11.5オン
グストローム×4、57オングストローム×5.06オ
ングストロームの格子寸法を有する単斜晶構造を有する
。角βは97.8°である。単位格子一つについてFe
5C2 の4分子がある。Fe3Cは4.52オングス
トローム×5.09オングストローム×6.74オング
ストロームの格子寸法を有する斜方晶系である。Fe5
C2 は約248℃のキューリー温度を有する。Fe3
Cのキューリー温度は約214℃であると報告されてい
る。Ann.Chem. 2巻、103頁(1967年
)のJ.P.Senateurの論文参照。
は粉末の形に細くできる。炭化鉄は少なくとも二つの良
く特徴づけられた相、即ちヘーグ化合物として知られて
いるFe5C2 、及びセメンタイトと称されるFe3
Cからなる。炭化鉄は高度に安定な侵入型結晶分子であ
り、室温で強磁性である。Fe5C2 は11.5オン
グストローム×4、57オングストローム×5.06オ
ングストロームの格子寸法を有する単斜晶構造を有する
。角βは97.8°である。単位格子一つについてFe
5C2 の4分子がある。Fe3Cは4.52オングス
トローム×5.09オングストローム×6.74オング
ストロームの格子寸法を有する斜方晶系である。Fe5
C2 は約248℃のキューリー温度を有する。Fe3
Cのキューリー温度は約214℃であると報告されてい
る。Ann.Chem. 2巻、103頁(1967年
)のJ.P.Senateurの論文参照。
【0034】炭素成分/金属種混合物は微粒子の形であ
るべきである。金属種及び炭素成分の粒度は好ましくは
約300μ以下であるべきである。更に好ましくは金属
種の粒度は約サブミクロン〜約20μの範囲であるべき
であり、一方炭素成分の粒度は約サブミクロン〜約40
μの範囲であるべきである。粒子は所望の大きさで作る
ことができ、或いは大きい大きさで作り、所望の粒度に
粉砕することができる。
るべきである。金属種及び炭素成分の粒度は好ましくは
約300μ以下であるべきである。更に好ましくは金属
種の粒度は約サブミクロン〜約20μの範囲であるべき
であり、一方炭素成分の粒度は約サブミクロン〜約40
μの範囲であるべきである。粒子は所望の大きさで作る
ことができ、或いは大きい大きさで作り、所望の粒度に
粉砕することができる。
【0035】金属種及び炭素成分粒子の表面積には厳密
な規制がある。表面積が大となればなる程、金属種と炭
素成分の反応性は大となり、より効果的な熱源及び触媒
種を生ぜしめる。好ましくは金属種粒子の表面積は約0
.2m2/g〜約400m2 /gの範囲である。更に
好ましくは、金属種粒子は約1m2 /g〜200m2
/gの表面積を有する。好ましくは炭素成分粒子は約
0.5m2 /g〜約2000m2 /gの表面積範囲
である。 更に好ましくは炭素成分粒子表面積は約100m2 /
g〜約600m2 /gの範囲である。
な規制がある。表面積が大となればなる程、金属種と炭
素成分の反応性は大となり、より効果的な熱源及び触媒
種を生ぜしめる。好ましくは金属種粒子の表面積は約0
.2m2/g〜約400m2 /gの範囲である。更に
好ましくは、金属種粒子は約1m2 /g〜200m2
/gの表面積を有する。好ましくは炭素成分粒子は約
0.5m2 /g〜約2000m2 /gの表面積範囲
である。 更に好ましくは炭素成分粒子表面積は約100m2 /
g〜約600m2 /gの範囲である。
【0036】炭素成分と金属種を混合するに当って、燃
焼中発生する一酸化炭素の実質的に全てを酸化するのに
充分な触媒を生ぜしめるのに充分な量の金属種を加える
べきである。好ましくは金属種は炭素成分/金属種の約
45重量%以下の範囲とすべきである、更に好ましくは
炭素成分/金属種混合物の約0.5〜約25重量%とす
べきである。
焼中発生する一酸化炭素の実質的に全てを酸化するのに
充分な触媒を生ぜしめるのに充分な量の金属種を加える
べきである。好ましくは金属種は炭素成分/金属種の約
45重量%以下の範囲とすべきである、更に好ましくは
炭素成分/金属種混合物の約0.5〜約25重量%とす
べきである。
【0037】炭素成分と金属種は溶媒中で混合してもよ
い。炭素成分/金属種混合物の流動性を増大し、炭素成
分の燃焼又は金属種の触媒への変換の何れにも影響を与
えない任意の溶媒を使用できる。好ましい溶媒はメタノ
ール、エタノールの如き極性溶媒であり、最も好ましく
は水である。
い。炭素成分/金属種混合物の流動性を増大し、炭素成
分の燃焼又は金属種の触媒への変換の何れにも影響を与
えない任意の溶媒を使用できる。好ましい溶媒はメタノ
ール、エタノールの如き極性溶媒であり、最も好ましく
は水である。
【0038】炭素成分/金属種混合物は、炭素成分/金
属種混合物により大なる機械的安定性を与える結合剤と
次いで混合するとよい。炭素成分/金属種混合物は当業
者に知られている通常の方法を用いて結合剤と混合でき
る。
属種混合物により大なる機械的安定性を与える結合剤と
次いで混合するとよい。炭素成分/金属種混合物は当業
者に知られている通常の方法を用いて結合剤と混合でき
る。
【0039】炭素成分/金属種混合物の粒子を結合する
ため任意の結合剤を使用できる。好ましい結合剤は有機
結合剤であり、これには炭水化物誘導体例えばカルボキ
シメチルセルロース、メチルセルロース、ナトリウムカ
ルボキシメチルセルロース、及びヒドロキシプロピルセ
ルロース;澱粉;アルギネート;ガム例えばグアーガム
;Konjac粉誘導体例えば米国ペンシルバニア州フ
イラデルフイアのフアクトリー・ミユチユアル・コーポ
レイシヨンから市販されているNutricolを含む
。更に好ましい結合剤には無機結合剤例えばカオリンク
レー、ボールクレー、ベントナイト、可溶性シリケート
、有機シリケート、可溶性ホスフエート及び可溶性アル
ミネートがある。最も好ましい結合剤はDow Che
mical Companyから入手できるXUS40
303.00Experimental Cerami
c Binder がある。結合剤材料は他の添加剤例
えばクエン酸カリウム、塩化ナトリウム、バーミキユラ
イト又は炭酸カルシウムと組合せて使用できる。
ため任意の結合剤を使用できる。好ましい結合剤は有機
結合剤であり、これには炭水化物誘導体例えばカルボキ
シメチルセルロース、メチルセルロース、ナトリウムカ
ルボキシメチルセルロース、及びヒドロキシプロピルセ
ルロース;澱粉;アルギネート;ガム例えばグアーガム
;Konjac粉誘導体例えば米国ペンシルバニア州フ
イラデルフイアのフアクトリー・ミユチユアル・コーポ
レイシヨンから市販されているNutricolを含む
。更に好ましい結合剤には無機結合剤例えばカオリンク
レー、ボールクレー、ベントナイト、可溶性シリケート
、有機シリケート、可溶性ホスフエート及び可溶性アル
ミネートがある。最も好ましい結合剤はDow Che
mical Companyから入手できるXUS40
303.00Experimental Cerami
c Binder がある。結合剤材料は他の添加剤例
えばクエン酸カリウム、塩化ナトリウム、バーミキユラ
イト又は炭酸カルシウムと組合せて使用できる。
【0040】炭素成分/金属種混合物は任意の形に成形
できる。所望の形に混合物を成形できる任意の方法を使
用できる。好ましい製造方法にはスリップ成形、射出成
形、及びダイ圧縮を含み、最も好ましいのは押出成形で
ある。
できる。所望の形に混合物を成形できる任意の方法を使
用できる。好ましい製造方法にはスリップ成形、射出成
形、及びダイ圧縮を含み、最も好ましいのは押出成形で
ある。
【0041】熱源を製造する方法は、炭素成分/金属種
混合物に加える結合剤の量を決定する。好ましくは燃焼
性材料の重量を基準にして約2〜約20%の結合剤を炭
素成分/金属種混合物に加える。更に好ましくは約3〜
10%の結合剤を炭素成分/金属種混合物に加える。
混合物に加える結合剤の量を決定する。好ましくは燃焼
性材料の重量を基準にして約2〜約20%の結合剤を炭
素成分/金属種混合物に加える。更に好ましくは約3〜
10%の結合剤を炭素成分/金属種混合物に加える。
【0042】本発明の方法において任意の形を使用でき
る。当業者には、特別の用途では特別の形が要求される
ことは判るであろう。好ましい実施態様においては、混
合物は細長棒体に成形する。好ましくは棒体は長さ約3
0cmである。熱源20のための直径約3.0〜約8.
0mmの範囲であるとよく、好ましくは熱源は約4.0
〜約5.0mmの直径を有する。約4.0mmの最終直
径が、喫煙物品の直径を通常のシガレットのそれより大
きくすることなく熱源の周囲に環状空気空間を可能にす
る。ベーキング前の棒体を未加工(green )棒体
と称する。棒体の直径の変動がベーキング中に生じうる
ため(後記説明参照)、熱源の最終直径より僅かに大き
い直径で未加工棒体を形成するのが好ましい。
る。当業者には、特別の用途では特別の形が要求される
ことは判るであろう。好ましい実施態様においては、混
合物は細長棒体に成形する。好ましくは棒体は長さ約3
0cmである。熱源20のための直径約3.0〜約8.
0mmの範囲であるとよく、好ましくは熱源は約4.0
〜約5.0mmの直径を有する。約4.0mmの最終直
径が、喫煙物品の直径を通常のシガレットのそれより大
きくすることなく熱源の周囲に環状空気空間を可能にす
る。ベーキング前の棒体を未加工(green )棒体
と称する。棒体の直径の変動がベーキング中に生じうる
ため(後記説明参照)、熱源の最終直径より僅かに大き
い直径で未加工棒体を形成するのが好ましい。
【0043】熱源からフレーバー床21への熱の伝達を
最大にするため、米国特許出願第223232号に記載
されている如く一つ以上の空気通路22を、熱源20の
円周に沿って又はその中を通して形成するとよい。空気
流通路は、熱源を通って流れる空気への熱伝達を改良す
るため、大きな幾何学的表面積を有すべきである。通路
の形状及び数は熱源20の内部幾何学的表面積を最大に
するよう選択すべきである。好ましくは、図1に示した
如き縦方向の空気流通路を使用するとき、多頂点星形の
形で各縦方向空気流通路22を形成することによって、
フレーバー床への熱伝達の最大化が達成される。更に好
ましくは、図1に示す如く、各多頂点星形は、長く狭い
頂点と星形の最内縁によって規制される小さい内側周囲
を有すべきである。これらの星形縦方向空気流通路は、
燃焼のために利用しうる熱源20の大なる面積を提供し
、燃焼において含まれる組成物のより大なる容積をもた
らし、従ってより熱い燃焼熱源を生ぜしめる。
最大にするため、米国特許出願第223232号に記載
されている如く一つ以上の空気通路22を、熱源20の
円周に沿って又はその中を通して形成するとよい。空気
流通路は、熱源を通って流れる空気への熱伝達を改良す
るため、大きな幾何学的表面積を有すべきである。通路
の形状及び数は熱源20の内部幾何学的表面積を最大に
するよう選択すべきである。好ましくは、図1に示した
如き縦方向の空気流通路を使用するとき、多頂点星形の
形で各縦方向空気流通路22を形成することによって、
フレーバー床への熱伝達の最大化が達成される。更に好
ましくは、図1に示す如く、各多頂点星形は、長く狭い
頂点と星形の最内縁によって規制される小さい内側周囲
を有すべきである。これらの星形縦方向空気流通路は、
燃焼のために利用しうる熱源20の大なる面積を提供し
、燃焼において含まれる組成物のより大なる容積をもた
らし、従ってより熱い燃焼熱源を生ぜしめる。
【0044】未加工棒体は次いで不銹鋼容器又は不銹鋼
フレーム中に他の上に一つを重ねてグラフアイトシート
上に置く。積重したグラフアイトシートを含有する容器
を次いでマツフル炉又はさや(sagger)の如き加
熱又はベーキング装置中に入れる。好ましくは、加熱装
置内に外側雰囲気からガスが拡散するのを防止するため
、加熱装置は一気圧より僅かに上に加圧する。
フレーム中に他の上に一つを重ねてグラフアイトシート
上に置く。積重したグラフアイトシートを含有する容器
を次いでマツフル炉又はさや(sagger)の如き加
熱又はベーキング装置中に入れる。好ましくは、加熱装
置内に外側雰囲気からガスが拡散するのを防止するため
、加熱装置は一気圧より僅かに上に加圧する。
【0045】未加工棒体の加工は熱を供給することによ
って達成できる。熱は次の如き種々の方法で供給すると
よい:(1) 一定温度を保つ;(2) 一連の間隔で
;(3) 一定か又は変化させてよい増大温度で;又は
(4) これらの組合せで供給する。棒体を冷却させる
如き工程を使用してもよい。しかしながら、多段ベーキ
ング法で図3に示す如く熱を供給するのが好ましい。
って達成できる。熱は次の如き種々の方法で供給すると
よい:(1) 一定温度を保つ;(2) 一連の間隔で
;(3) 一定か又は変化させてよい増大温度で;又は
(4) これらの組合せで供給する。棒体を冷却させる
如き工程を使用してもよい。しかしながら、多段ベーキ
ング法で図3に示す如く熱を供給するのが好ましい。
【0046】図3は、時間(t)に対する温度(T)を
プロットしたもので、ベーキング法の各工程を次の如く
示す。 S−溶媒の蒸発 B−結合剤の完全燃焼 P−不動態化
プロットしたもので、ベーキング法の各工程を次の如く
示す。 S−溶媒の蒸発 B−結合剤の完全燃焼 P−不動態化
【0047】当業者には、熱的処理(溶媒蒸発及び結合
剤燃焼の如き)は広く変化する温度及び圧力でなしうる
ことは判るであろう。
剤燃焼の如き)は広く変化する温度及び圧力でなしうる
ことは判るであろう。
【0048】結合剤燃焼は棒体中に存在する溶媒の蒸発
のみならず結合剤の脱揮発物化を含む。結合剤燃焼はヘ
リウム、窒素又はアルゴンの如き不活性雰囲気下に又は
減圧中で棒体に熱を徐々に供給することによって達成さ
れる。棒体への熱の供給は、最初低増大速度で、続いて
第二の大なる増大速度で行うのが好ましい。
のみならず結合剤の脱揮発物化を含む。結合剤燃焼はヘ
リウム、窒素又はアルゴンの如き不活性雰囲気下に又は
減圧中で棒体に熱を徐々に供給することによって達成さ
れる。棒体への熱の供給は、最初低増大速度で、続いて
第二の大なる増大速度で行うのが好ましい。
【0049】最初の温度増大の低速度は、棒体中に破壊
又は亀裂を形成することなく棒体中に存在する溶媒の蒸
発を可能にする。更に温度増大の低速度は棒体の反りや
曲げを最小にする。増大の初期速度は約0.1℃/分〜
約10℃/分、好ましくは約0.2℃/分〜約5℃/分
の範囲にすべきである。この増大速度は、約100℃〜
約200℃の範囲の温度、より好ましくは約125℃の
温度に達するまで、そして全溶媒が蒸発するまで維持す
る。
又は亀裂を形成することなく棒体中に存在する溶媒の蒸
発を可能にする。更に温度増大の低速度は棒体の反りや
曲げを最小にする。増大の初期速度は約0.1℃/分〜
約10℃/分、好ましくは約0.2℃/分〜約5℃/分
の範囲にすべきである。この増大速度は、約100℃〜
約200℃の範囲の温度、より好ましくは約125℃の
温度に達するまで、そして全溶媒が蒸発するまで維持す
る。
【0050】棒体中の溶媒が蒸発してしまったら、棒体
中の結合剤を更に蒸発させるため加熱速度を増大する。 存在するとき、炭素質結合剤は約200℃〜約300℃
の範囲の温度で分解し始め、一酸化炭素及び二酸化炭素
を含むガス状混合物になる。従って、加熱速度は、棒体
の構造的一体性に悪影響を与えることのあるガス状生成
物の微小な爆発を最小にするため、棒体からのガス状生
成物の発生を充分に遅くするようにすべきである。好ま
しくは温度増大速度は約1℃/分〜約20℃/分の範囲
にすべきであり、更に好ましくは約5℃/分〜約10℃
/分の範囲にすべきである。温度は、最高温度に達する
まで、そして結合剤が分解するまで、この速度で増大さ
せる。好ましくは最高温度は約400℃〜約700℃、
更に好ましくは約450℃〜約600℃の範囲である。
中の結合剤を更に蒸発させるため加熱速度を増大する。 存在するとき、炭素質結合剤は約200℃〜約300℃
の範囲の温度で分解し始め、一酸化炭素及び二酸化炭素
を含むガス状混合物になる。従って、加熱速度は、棒体
の構造的一体性に悪影響を与えることのあるガス状生成
物の微小な爆発を最小にするため、棒体からのガス状生
成物の発生を充分に遅くするようにすべきである。好ま
しくは温度増大速度は約1℃/分〜約20℃/分の範囲
にすべきであり、更に好ましくは約5℃/分〜約10℃
/分の範囲にすべきである。温度は、最高温度に達する
まで、そして結合剤が分解するまで、この速度で増大さ
せる。好ましくは最高温度は約400℃〜約700℃、
更に好ましくは約450℃〜約600℃の範囲である。
【0051】最高温度及び棒体が最高温度のままでいる
時間の長さは、棒体の強度及びその化学的組成を決定す
る。棒体の強度は個々の用途にマッチするように調整で
きるが、棒体の強度は高速製造工程に耐えるに充分とな
すべきである。
時間の長さは、棒体の強度及びその化学的組成を決定す
る。棒体の強度は個々の用途にマッチするように調整で
きるが、棒体の強度は高速製造工程に耐えるに充分とな
すべきである。
【0052】前述した如く、棒体の寸法における変動が
ベーキング中に生ずる。一般に結合剤燃焼の結果として
約10%〜約20%の変化が生ずるであろう。この容積
の変化は反り又は曲げを生ぜしめうる。棒体は又直径の
不一致にも悩まされることがある。従ってベーキングに
続いて、棒体は前述した寸法に成形加工又は研摩すると
よい。次に細長い棒体を約8mm〜約20mm、好まし
くは約10mm〜約14mmのセグメントに切断する。
ベーキング中に生ずる。一般に結合剤燃焼の結果として
約10%〜約20%の変化が生ずるであろう。この容積
の変化は反り又は曲げを生ぜしめうる。棒体は又直径の
不一致にも悩まされることがある。従ってベーキングに
続いて、棒体は前述した寸法に成形加工又は研摩すると
よい。次に細長い棒体を約8mm〜約20mm、好まし
くは約10mm〜約14mmのセグメントに切断する。
【0053】この方法で作った棒体は炭素及び少量の金
属種を含有する。炭素成分は、通常のシガレットを点火
するための条件下で点火できるよう充分に低い点火温度
を有する。熱源の燃焼時に、金属種はその場で高度に活
性な触媒に変換する。更に金属種の燃焼中発生した熱は
フレーバー床からフレーバーを放出させ、熱源の早期自
己消火を防止する。
属種を含有する。炭素成分は、通常のシガレットを点火
するための条件下で点火できるよう充分に低い点火温度
を有する。熱源の燃焼時に、金属種はその場で高度に活
性な触媒に変換する。更に金属種の燃焼中発生した熱は
フレーバー床からフレーバーを放出させ、熱源の早期自
己消火を防止する。
【0054】点火に続いて、熱源の炭素成分は燃焼して
生成物の中でも一酸化炭素を生ぜしめる。理論によって
拘束されるのは好まぬのであるが、燃焼したとき金属種
は金属酸化物そして殆ど完全に酸化された金属酸化物に
変換されると信ぜられる。金属酸化物は高度に多孔性で
あり、従って一酸化炭素を二酸化炭素、炭酸塩又は炭素
の如き無害な物質に変換する極度に反応性の触媒である
と信ぜられる。
生成物の中でも一酸化炭素を生ぜしめる。理論によって
拘束されるのは好まぬのであるが、燃焼したとき金属種
は金属酸化物そして殆ど完全に酸化された金属酸化物に
変換されると信ぜられる。金属酸化物は高度に多孔性で
あり、従って一酸化炭素を二酸化炭素、炭酸塩又は炭素
の如き無害な物質に変換する極度に反応性の触媒である
と信ぜられる。
【0055】触媒は接触酸化又は還元反応ができるのが
好ましい。例えば形成される金属酸化物が還元触媒であ
るとき、無害物質は炭素であろう。金属酸化物が酸化触
媒として機能するときには、物質は二酸化炭素であろう
。好ましい例において、触媒は酸化触媒である。触媒の
当業者は、金属触媒の正確な組成は殆ど知られていない
こと、及び「還元」及び「酸化」なる語が金属触媒を表
わすのに充分であることは判るであろう。
好ましい。例えば形成される金属酸化物が還元触媒であ
るとき、無害物質は炭素であろう。金属酸化物が酸化触
媒として機能するときには、物質は二酸化炭素であろう
。好ましい例において、触媒は酸化触媒である。触媒の
当業者は、金属触媒の正確な組成は殆ど知られていない
こと、及び「還元」及び「酸化」なる語が金属触媒を表
わすのに充分であることは判るであろう。
【0056】熱源の点火温度は約175〜約450℃で
あるのが好ましく、約190〜約400℃であるのが更
に好ましい。点火したとき、熱源は好ましくは約600
〜約950℃、更に好ましくは約650〜約850℃の
最高温度に達する。最高温度は、一部喫煙条件に、そし
て熱源と接触する材料及び酸素の有効利用度によって決
る。最高温度は熱源の組成によっても決る。例えば、金
属種が金属炭化物であるとき、点火温度は、金属炭化物
が通常の炭素熱源よりも点火するのに実質的に容易であ
り、自己消火性が少ないため、より低い温度でありうる
、しかし同時にそれは低温でくすぶるようになり得、こ
れによって火災の危険を最小にすることができる。
あるのが好ましく、約190〜約400℃であるのが更
に好ましい。点火したとき、熱源は好ましくは約600
〜約950℃、更に好ましくは約650〜約850℃の
最高温度に達する。最高温度は、一部喫煙条件に、そし
て熱源と接触する材料及び酸素の有効利用度によって決
る。最高温度は熱源の組成によっても決る。例えば、金
属種が金属炭化物であるとき、点火温度は、金属炭化物
が通常の炭素熱源よりも点火するのに実質的に容易であ
り、自己消火性が少ないため、より低い温度でありうる
、しかし同時にそれは低温でくすぶるようになり得、こ
れによって火災の危険を最小にすることができる。
【0057】本発明方法により作った熱源は広い範囲の
相対湿度条件及び老化期間で安定である。例えば約0%
の相対湿度から約100%の相対湿度の範囲の種々の相
対湿度条件下で3ケ月までの熱源の老化は燃焼生成物に
実質上の効果は有してはならない。更に熱源は老化した
とき寸法に実質的な変化を受けてはならない。
相対湿度条件及び老化期間で安定である。例えば約0%
の相対湿度から約100%の相対湿度の範囲の種々の相
対湿度条件下で3ケ月までの熱源の老化は燃焼生成物に
実質上の効果は有してはならない。更に熱源は老化した
とき寸法に実質的な変化を受けてはならない。
【0058】実施例 1
炭素質熱源材料からのCO発生についてのFe含有化合
物の効果を評価するため、活性炭とFe化合物の物理的
混合物を作り、燃焼中発生するガスを分析した。Fe5
C2 、Fe3C及びFe2O3 を活性炭に、炭素の
1,10及び50重量%で加えた。約25mgの混合物
を、試料源の直下においた熱電対を有するAl2O3
ボート中に置いた。試料ボートを、Au反射管炉内の石
英反応管中に挿入した。試料上に200ml/分で21
% O2 /Arガスを通した。管炉の温度は20℃/
分の速度で上昇させ、四極質量分析計の不活性毛細管中
に発生したガスを掃引させた。補正後、μg CO /
mg試料として報告されたCO発生を計算した。
物の効果を評価するため、活性炭とFe化合物の物理的
混合物を作り、燃焼中発生するガスを分析した。Fe5
C2 、Fe3C及びFe2O3 を活性炭に、炭素の
1,10及び50重量%で加えた。約25mgの混合物
を、試料源の直下においた熱電対を有するAl2O3
ボート中に置いた。試料ボートを、Au反射管炉内の石
英反応管中に挿入した。試料上に200ml/分で21
% O2 /Arガスを通した。管炉の温度は20℃/
分の速度で上昇させ、四極質量分析計の不活性毛細管中
に発生したガスを掃引させた。補正後、μg CO /
mg試料として報告されたCO発生を計算した。
【0059】
発生したCO、 μg/mg試料
熱源重量% Fe5C2
Fe3C Fe2O3
1% 452
541 487
10% 168 423
184 50%
28 ─
30
発生したCO、 μg/mg試料
熱源重量% Fe5C2
Fe3C Fe2O3
1% 452
541 487
10% 168 423
184 50%
28 ─
30
【0060】これらの結果は、熱源をFe3O2
で単に稀釈することによってなしうるよりも、CO発生
における減少が大であることを示している。Fe5C2
は燃焼工程に関与する利点を有し、しかもCO2 の
生成を容易にする利点を有する。
で単に稀釈することによってなしうるよりも、CO発生
における減少が大であることを示している。Fe5C2
は燃焼工程に関与する利点を有し、しかもCO2 の
生成を容易にする利点を有する。
【図1】本発明の熱源の一例の端面図である。
【図2】本発明の熱源を使用しうる喫煙物品の縦断面図
である。
である。
【図3】未加工棒体の化学変化のための熱対時間の関係
を示すグラフである。
を示すグラフである。
10 喫煙物品
11 活性素子
12 膨張室
13 マウスピース素子
14 シガレット包装紙
20 熱源
21 フレーバー床
Claims (30)
- 【請求項1】 炭素成分及び金属種を含有する熱源で
あって、金属種が触媒に変換されることができることを
特徴とする熱源。 - 【請求項2】 炭素成分及び式Fe5C2 の炭化鉄
を含有することを特徴とする請求項1の熱源。 - 【請求項3】 175〜450℃、好ましくは400
℃の発火温度を有することを特徴とする請求項1又は2
の熱源。 - 【請求項4】 燃焼したとき、600〜900℃、好
ましくは650〜850℃の最高温度に達することを特
徴とする請求項2又は3の熱源。 - 【請求項5】 喫煙物品に使用すべくなされたことを
特徴とする請求項1〜4の何れか1項の熱源。 - 【請求項6】 熱源がシリンダー状棒体の形であり、
それを通る一つ以上の流体通路を有することを特徴とす
る請求項5の熱源。 - 【請求項7】 シリンダー状棒体が3.0〜8.0m
mの直径、及び4.0〜20mmの長さ、好ましくは4
.0〜5.0mmの直径、及び10〜14mmの長さを
有することを特徴とする請求項6の熱源。 - 【請求項8】 流体通路が多頂点星形で形成されてい
ることを特徴とする請求項6又は7の熱源。 - 【請求項9】 流体通路がシリンダー状棒体の周囲に
溝として形成されていることを特徴とする請求項6又は
7の熱源。 - 【請求項10】 (a) 炭素成分、金属種及び結合
剤を混合し、(b)混合物を造形物に成形し、(c)
混合物に熱を供給することを特徴とする熱源の製造法。 - 【請求項11】 金属種が鉄種であることを特徴とす
る請求項10の方法。 - 【請求項12】 鉄種がFe5C2 であることを特
徴とする請求項11の方法。 - 【請求項13】 炭素成分がコロイドグラフアイト及
び/又は活性炭であることを特徴とする請求項10,1
1又は12の方法。 - 【請求項14】 熱を混合物に複数の間隔で供給する
ことを特徴とする請求項10〜13の何れか1項の方法
。 - 【請求項15】 熱を混合物に、場合に応じて全体に
わたり又は間隔内で一定の増大速度で供給することを特
徴とする請求項10〜14の何れか1項の方法。 - 【請求項16】 増大速度が20℃/分以下であるこ
とを特徴とする請求項15の方法。 - 【請求項17】 熱を、400〜700℃の温度に達
するまで混合物に供給することを特徴とする請求項15
又は16の方法。 - 【請求項18】 熱を二つの間隔で混合物に供給する
ことを特徴とする請求項14の方法。 - 【請求項19】 熱を混合物に、第一間隔においては
0.1〜10℃/分の第一増大速度で、第二間隔におい
ては第二増大速度で供給することを特徴とする請求項1
8の方法。 - 【請求項20】 熱を混合物に、第一間隔で100〜
200℃の温度に達するまで供給することを特徴とする
請求項19の方法。 - 【請求項21】 第一増大速度が0.2〜5℃/分で
あり、熱を混合物に、約125℃の温度に達するまで第
一間隔で供給することを特徴とする請求項19の方法。 - 【請求項22】 第二増大速度が1〜20℃/分であ
ることを特徴とする請求項19〜21の何れか1項の方
法。 - 【請求項23】 熱を混合物に、第二間隔で400〜
700℃の温度に達するまで供給することを特徴とする
請求項19〜22の何れか1項の方法。 - 【請求項24】 第二増大速度が、450〜600℃
の温度に達するまで5〜10℃/分であることを特徴と
する請求項19〜21の何れか1項の方法。 - 【請求項25】 工程(b) において、混合物のシ
リンダー状棒体に成形することを特徴とする請求項10
〜24の何れか1項の方法。 - 【請求項26】 金属種及び炭素成分を極性溶媒、好
ましくは水中で組合せることを特徴とする請求項10〜
25の何れか1項の方法。 - 【請求項27】 金属種が300μ以下、好ましくは
サブミクロン〜200μの粒度を有する微粒子の形であ
ることを特徴とする請求項10〜26の何れか1項の方
法。 - 【請求項28】 金属種が0.2〜400m2 /g
、好ましくは1〜200m2 /gの表面積を有するこ
とを特徴とする請求項10〜27の何れか1項の方法。 - 【請求項29】 炭素成分が300μ以下、好ましく
はサブミクロン〜40μの粒度を有する微粒子の形であ
ることを特徴とする請求項10〜28の何れか1項の方
法。 - 【請求項30】 炭素成分が0.5〜2000m2
/g、好ましくは100〜600m2 /gの表面積を
有することを特徴とする請求項10〜29の何れか1項
の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US556732 | 1983-11-30 | ||
US07/556,732 US5240014A (en) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | Catalytic conversion of carbon monoxide from carbonaceous heat sources |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04229165A true JPH04229165A (ja) | 1992-08-18 |
Family
ID=24222614
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3201238A Pending JPH04229165A (ja) | 1990-07-20 | 1991-07-15 | 炭素質熱源からの一酸化炭素の触媒変換 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5240014A (ja) |
EP (1) | EP0467658A3 (ja) |
JP (1) | JPH04229165A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008505990A (ja) * | 2004-06-15 | 2008-02-28 | アール・ジエイ・レイノルズ・タバコ・カンパニー | 炭素質燃料要素のための超微粒子触媒 |
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