Сигареты с нанотрубным фильтром

Горящая сигарета - это целая химическая фабрика, производящая более 4 тыс. различных соединений, в том числе мутагенных, токсичных и около 60 известных или предполагаемых канцерогенов. К газовым компонентам табачного дыма относятся окись и диокись углерода, цианистый водород, аммоний, изопрен, ацетальдегид, акролеин, нитробензол, ацетон, сероводород.

Фаза табачного дыма, содержащая твердые частицы, включает в основном никотин, воду и смолу - табачный деготь. В составе смолы - полициклические ароматические углеводороды, вызывающие рак, в том числе нитрозоамины, ароматические амины, изопреноиды, пирен, антрацен. Кроме того, смола содержит простые и сложные фенолы, крезолы, нафтолы, нафталены. В состав твердой фазы входят также такие компоненты как ртуть, кадмий, стронций, полоний, таллий, свинец, мышьяк.

Когда курящий затягивается, он вдыхает так называемый главный поток дыма (побочный поток дыма идет между затяжками), причем, при курении сигарет без фильтра 32%, а с фильтром - 23% от этого главного потока. Большая часть дыма выделяется в окружающую среду, где его вдыхают некурящие - так называемые пассивные курильщики. Производство сигарет с фильтром дает возможность вводить добавки (активированный уголь, цеолиты), в какой-то мере сорбирующие вредные вещества. Однако постоянное ужесточение требований к качеству сигарет вызывает необходимость повышения эффективности сорбентов. Китайские ученые предложили использовать в качестве фильтров углеродные нанотрубки. В экспериментах использовали оксидированные углеродные нанотрубки, полученные при каталитическом пиролизе пропилена и последующей обработке в концентрированной азотной кислоте. Для сравнения были взяты стандартные сорбенты – цеолит NaY и активированный уголь.

Все сорбенты были помещены в фильтрующий мундштук сигарет. Процесс "курения" проводили автоматически в стандартных условиях. Главный поток дыма проходил через сорбенты, затем конденсат собирали на фильтрах и взвешивали. Анализ на никотин и смолу проводили методами газовой хроматографии и масс-спектрометрии. Нанотрубки оказались наиболее эффективными сорбентами никотина (до 0.56 мг/сигарета, что соответствует 50 % эффективности "удаления" никотина) и смолы (до 13 мг/сигарета, что соответствует 80 % эффективности "удаления" смолы), несмотря на то, что их удельная поверхность гораздо меньше, чем у цеолита или активированного угля. На рис.1 приведены полученные с помощью электронной микроскопи изображения углеродных нанотрубок до и после адсорбции. Искривленные нанотрубки длиной от сотен нанометров до микрон образуют агрегированные поры размером 3 - 40 нм, которые подходят для сорбции всех типов молекул табачного дыма. Обработка азотной кислотой приводит к открытию нанотрубок, благодаря чему они используются как контейнеры, внутренние каналы и межслоевые пространства которых заполняются никотином и смолой. Часть вредных веществ адсорбируется на внутренней поверхности стенок нанотрубок, многие соединения (главным образом, полициклические ароматические углеводороды) сорбируется или конденсируется на внешней поверхности, как видно на рис. 1b.

Необходимое для наиболее эффективного удаления и никотина количество оксидированных углеродных нанотрубок в фильтре сигареты, и смолы по оценкам китайских ученых, равно 20 - 30 мг. Даже если стоимость сигареты с таким фильтром немного возрастет, польза для здоровья будет гораздо больше затрат. Таким образом, найдена новая область применения углеродных нанотрубок. Может быть, производители сигарет станут теперь спонсорами соответствующих научных исследований и разработок?.