專利名稱：降低香煙主流煙霧內(nèi)一氧化碳的催化劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
0001 本發(fā)明一般地涉及降低在吸煙過程中香煙主流煙霧內(nèi)諸如一氧化碳之類成分的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及短切填料組合物，香煙，制造香煙的方法和吸煙的方法，其牽涉使用能降低煙草煙霧內(nèi)各種成分含量的納米顆粒添加劑。
背景技術(shù)：
0002 在以下的說明中，將參考一些結(jié)構(gòu)和方法，然而，這種參考不應(yīng)當(dāng)必然地解釋為根據(jù)合適的法定條款承認(rèn)這些結(jié)構(gòu)和方法作為現(xiàn)有技術(shù)是合格的。申請人保留權(quán)利證明任何參考的主題不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
0003 煙制品，例如香煙或雪茄煙，在一陣噴煙(puff)中產(chǎn)生主流煙霧和在靜態(tài)燃燒過程中產(chǎn)生側(cè)流煙霧。主流煙霧和側(cè)流煙霧二者中的一種成分是一氧化碳(CO)。降低煙霧中的一氧化碳是所需的。
0004 在下述中公開了用于煙制品的催化劑、吸附劑和/或氧化劑授予Snider等的美國專利No.6371127，授予Bowen等的美國專利No.6286516，授予Yamazaki等的美國專利No.6138684、授予Rongved的美國專利No.5671758、授予Quincy，III等的美國專利No.5386838，授予Shannon等的美國專利No.5211684、授予Deffeves等的美國專利No.4744374、授予Cohn的美國專利No.4453553、授予Owens的美國專利No.4450847，授予Seehofer等的美國專利No.4182348、授予Martin等的美國專利No.4108151、美國專利No.3807416和美國專利No.3720214。已公開的申請WO02/24005、WO87/06104、WO00/40104和美國專利申請公開Nos.2002/0002979A1、2003/0037792A1和2002/0062834A1也涉及催化劑、吸附劑和/或氧化劑。
0005 公開了鐵和/或氧化鐵用于香煙產(chǎn)品(參見，例如美國專利No.4197861、4489739和5728462)。公開了氧化鐵作為著色劑(例如美國專利Nos.4119104、4195645、5284166)和作為燃燒調(diào)節(jié)劑(例如美國專利Nos.3931824、4109663和4195645)，且氧化鐵已被用于改進(jìn)味道、顏色和/或外觀(例如美國專利Nos.6095152、5598868、5129408、5105836和5101839)。
0006 盡管到迄今為止的開發(fā)研究，但仍需要降低在吸煙過程中在煙制品的主流煙霧內(nèi)一氧化碳含量的改進(jìn)和更有效的方法和組合物。
發(fā)明概述0007 采用將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳的催化劑，提供了煙草短切填料組合物，卷煙紙，香煙過濾嘴，香煙，制造香煙的方法和吸煙的方法。
0008 一種實(shí)施方案提供煙草短切填料組合物，它包括煙草和將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳的催化劑，其中該催化劑包括承載在高表面積載體顆粒上的納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒。
0009 另一實(shí)施方案提供含短切填料的香煙，其中短切填料包括能將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳的催化劑，其中該催化劑包括承載在高表面積載體顆粒上的納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒。任選地，該香煙可進(jìn)一步包括過濾嘴，其中催化劑分散在過濾材料之上和/或以內(nèi)。進(jìn)一步的實(shí)施方案提供香煙過濾嘴，它包括能將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳的催化劑，其中該催化劑包括承載在高表面積載體顆粒上的納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒。
0010 根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的香煙優(yōu)選包括最多約200mg催化劑/根香煙，和更優(yōu)選約10mg-約100mg催化劑/根香煙。優(yōu)選在吸煙之前就形成催化劑。
0011 進(jìn)一步的實(shí)施方案提供制造香煙的方法，該方法包括(i)添加催化劑到煙草短切填料中，其中該催化劑包括承載在高表面積載體顆粒上的納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒；(ii)提供給制煙機(jī)短切填料，形成煙草棒；和(iii)繞煙草棒放置包裝紙，形成香煙。
0012 在優(yōu)選的實(shí)施方案中，納米級金屬顆粒和/或金屬氧化物顆粒包括第IIIB和第IVB族的金屬和準(zhǔn)金屬，高熔點(diǎn)金屬，和過渡金屬，耐高溫金屬、稀土金屬和貴金屬，例如B、Mg、Al、Si、Ti、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Sn、Ce、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au及其混合物，和高表面積載體顆粒包括硅膠珠、活性炭、分子篩、氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氧化鋯、氧化鐵、氧化鈷、氧化鎳、氧化銅、任選地用鋯摻雜的氧化釔，任選地用鈀摻雜的氧化錳，氧化鈰及其混合物。
0013 根據(jù)另一優(yōu)選的實(shí)施方案，納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒包括Cu、Zn、Co、Fe和/或Au，和高表面積載體顆粒包括有效地將至少約10％，優(yōu)選至少約25％的一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳的用量的硅膠珠、氧化鐵和/或活性炭。例如，催化劑可包括承載在高表面積載體顆粒上的約0.1-25wt％的Cu、Zn、Co和/或Fe納米級顆粒。
0014 根據(jù)一種方法，如下制煙金屬前體和溶劑混合成金屬前體溶液，該金屬前體溶液與高表面積載體顆?；旌铣苫旌衔?，加熱該混合物到足以熱分解該金屬前體的溫度，以在該高表面積載體顆粒之內(nèi)和/或之上形成納米級顆粒的溫度，并干燥該混合物。任選地，可將納米級顆粒的分散體加入到該金屬前體溶液中。
0015 納米級顆粒的平均粒度可以小于約100納米，優(yōu)選小于約50納米，更優(yōu)選小于約10納米，和最優(yōu)選小于約7納米。納米級顆粒也可含有由存在于該金屬前體和/或溶劑內(nèi)的有機(jī)或無機(jī)組分的部分分解得到的碳。優(yōu)選地，納米級顆?；旧喜缓?。納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒可包括磁性顆粒。高表面積載體顆粒的表面積優(yōu)選為約20-2500m2/g，和可包括毫米、微米、亞微米和/或納米級顆粒。
0016 根據(jù)進(jìn)一步的方法，金屬前體是β-二酮酸鹽，二酮化物(dionate)、草酸鹽和氫氧化物中的一種或多種，和金屬包括選自B、Mg、Al、Si、Ti、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Sn、Ce、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt和Au中的至少一種元素。溶劑可包括蒸餾水、甲醇、乙醇、氯仿、醛、酮、芳烴及其中的至少一種。優(yōu)選地，加熱該混合物到約200-400℃的溫度。納米級顆粒優(yōu)選沉積在空腔、孔隙內(nèi)和/或沉積在高表面積載體顆粒的表面上。在高表面積載體內(nèi)的孔隙尺寸可以小于約50納米。
0017 高表面積載體顆粒可衍生于膠態(tài)溶液，和可包括氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氧化釔、氧化鋯和/或氧化鈰，其中膠體在膠態(tài)溶液內(nèi)的粘度可以是約10-60wt％?？赏ㄟ^改變膠態(tài)溶液的pH來增加膠態(tài)溶液的粘度。增加膠態(tài)溶液粘度的步驟可包括添加稀酸或稀堿到膠態(tài)溶液中。稀酸可包括HCl。根據(jù)一種優(yōu)選的方法，在加熱混合物的步驟之前，增加膠態(tài)溶液的粘度，形成凝膠。優(yōu)選洗滌凝膠。干燥混合物的步驟可包括空氣干燥。
0018 再一實(shí)施方案提供對以上所述的香煙吸煙的方法，其牽涉點(diǎn)燃香煙，形成煙霧和通過該香煙抽吸煙霧，其中在香煙的吸煙過程中，催化劑將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳。
附圖簡述0019

圖1-4示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案制備的催化劑的TEM圖像，其中納米級金顆粒沉積在氧化鐵載體顆粒上。
0020 圖5描述了對于一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳的氧化反應(yīng)來說，吉布斯自由能和焓的溫度相關(guān)性。
0021 圖6描述了二氧化碳轉(zhuǎn)化成一氧化碳的百分轉(zhuǎn)化率的溫度相關(guān)性。
0022 圖7描述了平均粒度為約3納米的Fe2O3納米級顆粒(獲自MACH I，Inc.，King of Prussia，PA的NANOCATSuperfine IronOxide(SFfO))和平均粒度為約5微米的Fe2O3粉末(獲自AldrichChemical Company)的催化活性的比較。
0023 圖8描述了CuO和Fe2O3納米級顆粒作為用氧氣氧化一氧化碳產(chǎn)生二氧化碳的催化劑的轉(zhuǎn)化速度的溫度相關(guān)性。
詳細(xì)說明0024 提供煙草短切填料組合物，卷煙紙，香煙過濾材料，香煙，制造香煙的方法和吸煙的方法，它們使用納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒在高表面積載體顆粒上的催化劑，所述催化劑能將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳。
0025 香煙的“吸煙”意味著香煙加熱或燃燒形成通過吸煙產(chǎn)生的煙霧。一般來說，香煙的吸煙牽涉給香煙的一端點(diǎn)燃，且當(dāng)包含在其內(nèi)的煙草進(jìn)行燃燒反應(yīng)時(shí)，通過香煙的煙嘴端抽吸香煙煙霧。香煙也可通過其它方式吸煙。例如，可通過加熱香煙和/或使用電加熱器方式加熱，從而使香煙冒煙，例如如共同轉(zhuǎn)讓的美國專利Nos.6053176、5934289、5591368和5322075中所述。
0026 術(shù)語“主流”煙霧是指從煙草棒中向下流動(dòng)并通過過濾嘴端冒出的氣體混合物，即在香煙的吸煙過程中，從香煙的煙嘴端冒出或抽吸的煙霧量。
0027 除了在煙草內(nèi)的成分以外，溫度和氧氣濃度是影響一氧化碳和氮氧化物和二氧化碳的形成和反應(yīng)的因素。在冒煙過程中形成的一氧化碳的總量來自于三個(gè)主要來源的組合熱分解(約30％)、燃燒(約36％)和用碳化的煙草還原二氧化碳(至少23％)。由熱分解形成一氧化碳(其主要通過化學(xué)動(dòng)力學(xué)來控制)在約180℃的溫度下開始并在約1050℃下結(jié)束。在燃燒過程中形成一氧化碳和二氧化碳主要通過氧氣擴(kuò)散到表面(ka)和藉助表面反應(yīng)(kb)來控制。在250℃下，ka和kb接近相同。在400℃下，反應(yīng)變?yōu)閿U(kuò)散控制。最后，用碳化煙草或木炭還原二氧化碳在約390℃和更高的溫度下發(fā)生。
0028 在吸煙過程中，在香煙內(nèi)存在三個(gè)不同的區(qū)域燃燒區(qū)、熱解/蒸餾區(qū)和冷凝/過濾區(qū)。盡管不希望受到理論的束縛，據(jù)信納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒在高表面積載體顆粒上的催化劑可以以在吸煙過程中在香煙不同區(qū)域內(nèi)發(fā)生的各種反應(yīng)為目標(biāo)。
0029 首先，燃燒區(qū)是在香煙吸煙過程中產(chǎn)生的香煙燃燒區(qū)域，通常在香煙的點(diǎn)燃端。在燃燒區(qū)內(nèi)的溫度范圍為約700℃-約950℃，和加熱速度可高達(dá)500℃/秒。由于氧氣在煙草的燃燒中被消耗產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳、水蒸氣和各種有機(jī)化合物，因此在燃燒區(qū)內(nèi)氧氣濃度低。與高溫相結(jié)合的低氧氣濃度導(dǎo)致通過碳化煙草將二氧化碳還原成一氧化碳。在這一區(qū)域內(nèi)，催化劑可通過催化和氧化這兩種機(jī)理將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳，燃燒區(qū)高度放熱且所成的熱量被攜帶到熱解/蒸餾區(qū)。
0030 熱解區(qū)是在燃燒區(qū)后方的區(qū)域，在此處溫度范圍為約200℃-約600℃。熱解區(qū)是其中產(chǎn)生大多數(shù)一氧化碳的區(qū)域。主反應(yīng)是利用在燃燒區(qū)內(nèi)生成的熱量，使煙草熱解(即熱降解)，產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳、煙霧組分、焦炭和/或碳。在這一區(qū)域內(nèi)存在一些氧氣，因此催化劑可充當(dāng)將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳的氧化催化劑。催化反應(yīng)在150℃下開始并在約300℃下達(dá)到最大活性。
0031 在冷凝/過濾區(qū)內(nèi)，溫度范圍為環(huán)境溫度到約150℃。在這一區(qū)域內(nèi)的主要過程是煙霧組分的冷凝/過濾。一些量的一氧化碳和二氧化碳擴(kuò)散出香煙和一些氧氣擴(kuò)散到香煙內(nèi)。在冷凝/過濾區(qū)內(nèi)的氧氣分壓通常沒有恢復(fù)到大氣水平。
0032 催化劑包括承載在高表面積載體顆粒上的金屬和/或金屬氧化物納米級顆粒。高表面積載體顆?？砂ǘ嗫最w粒和粒珠，所述多孔顆粒和粒珠可以包括或者可以不包括從載體的一個(gè)表面延伸到達(dá)另一載體上的互連通路。另外，高表面積載體顆?？砂ū砻娣e大于約20，優(yōu)選大于約50m2/g的顆粒。載體可以是催化活性載體。
0033 納米級顆粒是其區(qū)別特征為其平均直徑、顆?；蚱渌Y(jié)構(gòu)微區(qū)尺寸低于約100納米的一組新材料。納米級顆粒的平均粒度可以小于約100nm，優(yōu)選小于約50nm，更優(yōu)選小于約10nm，和最優(yōu)選小于約7nm。納米級顆粒具有非常高的表面積對體積比，這使得它們對于催化應(yīng)用來說具有吸引力。
0034 催化活性的納米級顆粒與催化活性的高表面積載體顆粒的協(xié)同組合可產(chǎn)生更有效的催化劑。因此，布置在高表面積載體上的納米級顆粒有利地使得可使用小量的材料催化例如CO氧化成CO2。
0035 催化劑可包括金屬和/或金屬氧化物顆粒和該表面積的載體。載體可包括無機(jī)氧化物顆粒，例如硅膠珠、分子篩、氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氧化鋯、氧化鐵、氧化鈷、氧化鎳、氧化銅、任選地用鋯摻雜的氧化釔，任選地用鈀摻雜的氧化錳，氧化鈰及其混合物。此外，載體可包括活性炭顆粒，例如PICA碳(PICA碳，Levallois，法國)。載體的特征優(yōu)選在于BET表面積大于約50m2/g，例如100m2/g-2500m2/g，且孔隙的孔徑大小大于約3埃，例如10埃-10微米。
0036 無孔、高表面積載體的實(shí)例是納米級氧化鐵顆粒。例如，MACHI，Inc.，King of Prussia，PA以商品名NANOCATSuperfineIronOxide(SFIO)和NANOCAT Magnetic Iron Oxide銷售納米級顆粒。NANOCATSuperfine Iron Oxide(SFIO)是自由流動(dòng)的粉末形式的無定形氧化鐵，其粒度為約3nm，比表面積為約250m2/g，和堆積密度為約0.05g/ml。通過氣相法合成NANOCATSuperfine Iron Oxide(SFIO)，該方法使得它不含有可能存在于常規(guī)催化劑內(nèi)的雜質(zhì)，且適合于在食品、藥物和化妝品中使用。NANOCATMagnetic Iron Oxide是一種自由流動(dòng)粉末，其粒度為約25nm和比表面積為約40m2/g。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，納米級金屬顆粒，例如貴金屬顆粒，例如金，可承載在高表面積的氧化鐵顆粒上。
0037 多孔、高表面積載體的實(shí)例是硅膠珠。Fuji-Silysia(Nakamura-ka，日本)銷售尺寸范圍為約5-30微米且平均孔徑范圍為約2.5納米到100納米的硅膠珠。硅膠珠的表面積范圍為約30-800m2/g。
0038 可用作高表面積載體的一組例舉的多孔陶瓷材料包括分子篩，例如沸石、微孔磷酸鋁、磷酸硅鋁(silicoaluminum phosphate)、硅鐵酸鹽、硅硼酸鹽、硅鈦酸鹽、鋁酸鎂尖晶石和鋁酸鋅。
0039 根據(jù)一種優(yōu)選的方法，可加熱合適的金屬前體化合物，就地形成納米級顆粒和高表面積載體二者。例如，金屬前體，如氫氧化金、戊二酮化銀(silver pentane dionate)、戊二酮化銅(II)、草酸銅-草酸鋅或戊二酮化鐵可溶解在合適的溶劑，例如醇中，并與第二種金屬前體，例如戊二酮化鈦混合?？杉訜峤饘偾绑w混合物到相對低溫，例如約200-400℃，其中金屬前體的熱分解導(dǎo)致形成納米級金屬或金屬氧化物顆粒，所述納米級金屬或金屬氧化物顆粒沉積在尺寸范圍可以是約100納米-500納米的多孔氧化鈦載體顆粒上。
0040 或者，可通過加熱合適的金屬前體化合物和高表面積的載體，就地形成納米級顆粒。作為實(shí)例，金屬前體化合物，例如氫氧化金、戊二酮化銀、戊二酮化銅(II)、草酸銅-草酸鋅或戊二酮化鐵可溶解在合適的溶劑，例如醇中，并與載體材料，例如膠態(tài)氧化硅的分散體混合，其中所述膠態(tài)氧化硅的分散體在酸或堿存在下可膠凝，并使得例如通過在空氣中干燥可變干。可用于膠凝膠態(tài)混合物的酸和堿包括鹽酸、乙酸、甲酸、氫氧化銨和類似物。當(dāng)含氯的酸用于膠凝膠態(tài)混合物時(shí)，優(yōu)選在去離子水中洗滌凝膠，以降低凝膠內(nèi)氯離子的濃度。膠態(tài)載體材料可以是任何合適的濃度，例如10-60wt％，例如15wt％的分散體或者40wt％的分散體。在凝膠之中或者之后，金屬前體-膠態(tài)氧化硅混合物可加熱到相對低溫，例如200-400℃，其中金屬前體的熱分解導(dǎo)致形成沉積在氧化硅載體顆粒上的納米級金屬或金屬氧化物顆粒。膠態(tài)氧化鈦或膠態(tài)氧化硅-氧化鈦的混合物可替代膠態(tài)氧化硅用作載體。膠態(tài)載體顆粒的尺寸范圍可以是約10-500納米。
0041 硅膠(也被稱為二氧化硅水凝膠)，是在水中形成的硅膠。二氧化硅水凝膠的孔隙用水填充。干凝膠是水已被除去的水凝膠。氣凝膠是液體已從中除去的一類干凝膠，其方式使得當(dāng)水被除去時(shí)，在結(jié)構(gòu)體內(nèi)的坍塌或者變化最小。
0042 可通過常規(guī)方式，例如通過混合堿金屬硅酸鹽(例如硅酸鈉)的水溶液與強(qiáng)酸，例如硝酸或硫酸，制備硅膠，其中混合在合適的攪拌條件下進(jìn)行，以形成固化成水凝膠的透明的二氧化硅溶膠?？上礈焖媚z。在水凝膠內(nèi)SiO2的濃度范圍通常為約10-60wt％，和凝膠的pH范圍可以是約1-9。
0043 可簡單地通過在連續(xù)移動(dòng)的水流中浸漬最新形成的水凝膠，浸提出非所需的鹽，完成洗滌，從而留下基本上純的二氧化硅(SiO2)。洗滌水的pH、溫度和持續(xù)時(shí)間可影響二氧化硅顆粒的物理性能，例如表面積和孔隙體積。
0044 可使用分子有機(jī)分解(MOD)制備納米級顆粒。MOD方法以溶解在合適溶劑內(nèi)的含所需金屬元素的金屬前體為原料。例如，該方法可牽涉帶有一個(gè)或多個(gè)金屬原子的單一金屬前體，或者該方法可牽涉在溶液內(nèi)結(jié)合以形成溶液混合物的多種單一金屬前體。如上所述，可使用MOD，制備納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒，其中包括載體顆粒。
0045 金屬前體的分解溫度是配體基本上從金屬原子中解離(或者揮發(fā))時(shí)的溫度。在這一工藝過程中，在配體和金屬原子之間的化學(xué)鍵斷裂，結(jié)果配體揮發(fā)或者從金屬中分離。優(yōu)選所有配體分解。然而，納米級顆粒也可含有從存在于金屬前體和/或溶劑內(nèi)的有機(jī)或無機(jī)組分的部分分解而獲得的碳。優(yōu)選納米級顆?；旧喜缓肌?br> 0046 在MOD處理中使用的金屬前體優(yōu)選高純、無毒且容易處理和儲存(具有長的儲存壽命)。所需的物理性能包括在溶劑體系內(nèi)的溶解度，與多組分合成用的其它前體的相容性，和低溫處理時(shí)的揮發(fā)性。
0047 可由金屬前體的混合物或者由其中一種或多種金屬元素化學(xué)相連的單一來源的混合金屬前體分子獲得納米級顆粒。所得顆粒的所需化學(xué)計(jì)量量可與金屬前體溶液的化學(xué)計(jì)量量相匹配。
0048 制造催化劑的MOD方法的一個(gè)方面是可獲得商業(yè)所需的化學(xué)計(jì)量量。例如，可通過選擇第一金屬原子對第二金屬原子之比等于所需原子比的金屬前體或金屬前體的混合物來實(shí)現(xiàn)在納米級顆粒內(nèi)的所需原子比。
0049 金屬前體化合物優(yōu)選是金屬有機(jī)化合物，其具有鍵合到橋連原子(例如N、O、P或S)上的中心主要基團(tuán)，過渡金屬、鑭系或錒系金屬原子，而所述橋連原子反過來鍵合到有機(jī)基團(tuán)上。主要金屬的金屬原子的實(shí)例包括，但不限于，B、Mg、Al、Si、Ti、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Sn、Ce、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt和Au。這種化合物可包括金屬醇鹽、β-二酮酸鹽、羧酸鹽、草酸鹽、檸檬酸鹽、金屬氫化物、硫醇酸鹽、酰胺、硝酸鹽、碳酸鹽、氰酸鹽、硫酸鹽、溴化物、氯化物及其水化物。金屬前體也可以是所謂的有機(jī)金屬化合物，其中中心金屬原子鍵合到有機(jī)基團(tuán)的一個(gè)或多個(gè)碳原子上。以下將討論具有這些金屬前體的加工方面。
0050 合成納米級氧化物的前體是具有預(yù)存在的金屬-氧化學(xué)鍵的分子，例如金屬醇鹽M(OR)n或氧基醇鹽MO(OR)n(R＝飽和或不飽和的有機(jī)基團(tuán)，烷基或芳基)、β-二酮酸鹽、M(β-二酮酸根)n(β-二酮酸根＝RCOCHCOR′)和金屬羧酸鹽M(O2CR)n。金屬醇鹽兼有良好的溶解度和揮發(fā)性且容易適合于MOD處理。然而，一般來說，這些化合物是高度吸濕的且要求在惰性氛圍下儲存。與硅的醇鹽相反，它為液體且是單體，而基于大多數(shù)金屬的醇鹽是固體。另一方面，金屬醇鹽鍵的高度反應(yīng)性可使得這些金屬前體材料可用作各種heteroleptic物種(即具有不同類配體的物種)的起始化合物，如M(OR)n-xZx(Z＝β-二酮酸根或O2CR)。
0051 金屬醇鹽M(OR)n容易與許多分子的質(zhì)子反應(yīng)。這使得容易化學(xué)改性并因此通過使用例如有機(jī)羥基化合物，例如醇、硅烷醇(R3SiOH)、二元醇OH(CH2)nOH、羧酸和羥基羧酸、羥基表面活性劑等來控制化學(xué)計(jì)量。
0052 氟化醇鹽M(ORF)n(RF＝CH(CF3)2，C6F5，…)可容易溶于有機(jī)溶劑內(nèi)且對水解不如經(jīng)典醇鹽那么敏感。這些材料可用作氟化物、氧化物或氟化物摻雜的氧化物如F-摻雜的氧化錫的前體(它們可用作金屬氧化物納米級顆粒和/或用作高表面積載體)。
0053 金屬醇鹽的改性降低水解所獲得的M-OR鍵的數(shù)量并因此降低水解敏感度。因此，可通過使用例如金屬β-二酮酸鹽(例如，乙酰丙酮化物)或羧酸(例如乙酸)作為改性劑或者替代醇鹽，從而就地控制溶液化學(xué)。
0054 金屬β-二酮酸鹽[M(RCOCHCOR′)n]m因其揮發(fā)性和高溶解度，因此是用于MOD處理的具有吸引力的前體。其揮發(fā)性主要受到R和R′基團(tuán)的體積以及金屬的性質(zhì)控制，這些決定了在上式中表示的其解離度，m，乙酰丙酮化物(R＝R′＝CH3)因其可提供良好的產(chǎn)率，因此是有利的。
0055 金屬β-二酮酸鹽易于發(fā)生螯合行為，螯合行為可導(dǎo)致這些前體親核性的下降。這些配體可充當(dāng)表面封閉劑和聚合抑制劑。因此，在水解M(OR)n-x(β-二酮酸根)之后可獲得小的顆粒。乙酰丙酮例如可穩(wěn)定納米級膠體。因此，對于制備納米級顆粒來說，優(yōu)選金屬β-二酮酸鹽前體。
0056 金屬羧酸鹽，例如乙酸鹽(M(O2CMe)n)以水合物形式商購，可通過與乙酸酐一起或與2-甲氧基乙醇一起加熱，使得該水合物無水。許多金屬羧酸鹽通常在有機(jī)溶劑內(nèi)具有差的溶解度，這是因?yàn)轸人猁}配體大多數(shù)充當(dāng)橋連的螯合配體，容易形成低聚物或聚合物。然而，2-乙基己酸鹽(M(O2CCHEtnBu)n)(它是具有最小碳原子數(shù)的羧酸鹽)通?？扇苡诖蠖鄶?shù)有機(jī)溶劑內(nèi)。對于鋁來說，可獲得許多羧酸衍生物。納米級鋁-氧大分子和簇狀體(鋁氧烷)可用作催化劑材料。例如，可由便宜的材料三水縷石或勃姆石制備甲酸鹽Al(O2CH)3(H2O)和羧酸根鋁氧烷[AlOx(OH)y(O2CR)z]m。
0057 可由混合金屬(雜金屬)前體，或者由單一金屬(同種金屬)前體的混合物制備多組分材料。
0058 使用多種單一金屬前體的優(yōu)點(diǎn)是，在設(shè)計(jì)前體流變學(xué)以及產(chǎn)品化學(xué)計(jì)量時(shí)的靈活性。另一方面，雜金屬前體可提供得到其中單一金屬前體具有非所需的溶解度、揮發(fā)性或者相容性的金屬體系的途徑。
0059 可通過混合醇鹽和/或其它金屬前體，如乙酸鹽、β-二酮酸鹽或硝酸鹽，藉助路易斯酸堿反應(yīng)或者取代反應(yīng)獲得混合金屬物種。然而，由于通過熱動(dòng)力學(xué)控制組合反應(yīng)，因此一旦分離的雜化合物的化學(xué)計(jì)量不可能影響該化合物由其制備的混合物內(nèi)的組成比。另一方面，可結(jié)合大多數(shù)金屬醇鹽，生產(chǎn)比起始材料常常更加可溶的雜金屬物種。
0060 基于許多標(biāo)準(zhǔn)選擇可在MOD處理中使用的溶劑，所述標(biāo)準(zhǔn)包括對金屬前體化合物的高溶解度、對金屬前體化合物的化學(xué)惰性、與所使用的沉積技術(shù)的流變學(xué)相容性(例如所需的粘度、潤濕性和/或約其它流變學(xué)調(diào)節(jié)劑的相容性)、沸點(diǎn)、蒸汽壓和氣化速度以及經(jīng)濟(jì)因素(例如，成本，可回收性、毒性等)。
0061 可在MOD處理中使用的溶劑包括戊烷、己烷、環(huán)己烷、二甲苯、乙酸乙酯、甲苯、苯、四氫呋喃、丙酮、二硫化碳、二氯苯、硝基苯、吡啶、甲醇、乙醇、丁醇、氯仿和溶劑油。
0062 根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，可在高表面積的氧化鐵載體上形成金屬或金屬氧化物的納米級顆粒。金屬、金屬氧化物或氧化鐵的合適前體化合物是在相對低溫下熱分解的那些，例如如下所述。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，可結(jié)合金屬前體溶液與氧化鐵顆粒的分散體。載體可以是可商購的顆粒，例如NANOCAT氧化鐵顆粒，或者可由如上所述的膠態(tài)溶液或者金屬前體溶液制備載體。
0063 納米級金屬顆?？赏ㄟ^各種方法，如離子交換、浸漬、或者物理混合，摻入到載體內(nèi)。例如，金屬前體可溶解或懸浮在液體內(nèi)，和高表面積載體可與具有分散或懸浮金屬前體的液體一起混合。溶解或懸浮的金屬前體可吸附在載體表面上或者吸收在載體內(nèi)。通過除去液體，例如通過蒸發(fā)，以便金屬前體保留在載體上，從而也可以將金屬前體沉積在載體表面上?？稍跓崽幚斫饘偾绑w之中或者之前，例如通過在比液體的沸點(diǎn)高的溫度下，加熱載體，或者通過在載體周圍降低大氣壓力，從而基本上從載體上除去液體。
0064 可通過混合分子篩與合適的金屬前體的溶液，優(yōu)選含水溶液，實(shí)現(xiàn)將金屬添加到分子篩中。可在接近環(huán)境溫度下或者在升高的溫度下，例如通過回流，進(jìn)行混合。在摻入金屬前體之后，但在加熱之前，可任選地過濾金屬前體前體-分子篩并用水洗滌。
0065 熱處理引起金屬前體分解，使構(gòu)成的金屬原子分解，于是金屬原子可結(jié)合形成具有約等于金屬前體溶液內(nèi)金屬的化學(xué)計(jì)量比例的原子比的納米級金屬或金屬氧化物顆粒。
0066 可在各種氛圍內(nèi)進(jìn)行熱處理。例如，載體可與金屬前體溶液接觸，和可在惰性或者還原氛圍內(nèi)加熱接觸的載體，形成活化的納米級顆粒。或者，載體可與金屬前體溶液接觸，和可在氧化氛圍存在下加熱接觸的載體，然后在基本上不含氧化氛圍的情況下加熱，形成活化的納米級顆粒。
0067 優(yōu)選加熱與金屬前體接觸的載體到等于或大于金屬前體分解溫度的溫度。優(yōu)選的加熱溫度將取決于所使用的特定配體以及取決于金屬和將要保留的任何其它所需基團(tuán)的分解溫度。然而，優(yōu)選溫度為約200℃-400℃，例如300℃或350℃?？稍谘趸?或還原氛圍下加熱與金屬前體接觸的載體。
0068 作為實(shí)例，小于100nm的氧化鐵顆?？捎米骷{米級金顆粒的載體?？捎扇芙庠诖純?nèi)并與氧化鐵顆粒混合的氫氧化金生產(chǎn)Au-Fe2O3催化劑?？赏ㄟ^加熱混合物到約300或400℃，引起氫氧化物分解成納米級金顆粒，所述納米級金顆粒最初可用氧化鐵顆粒涂布或者與其混合。圖1-4示出了在納米級氧化鐵顆粒上承載的納米級金顆粒的TEM圖像。
0069 作為進(jìn)一步的實(shí)例，納米級銅顆?？沙练e在高表面積的基底，例如硅膠珠、活性炭、分子篩、氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氧化鋯、氧化鐵、氧化鈷、氧化鎳、氧化銅、任選地用鋯摻雜的氧化釔，任選地用鈀摻雜的氧化錳，氧化鈰及其混合物。例如，經(jīng)歷低溫分解的戊二酮化銅、草酸銅或其它銅化合物可與基底材料，例如PICA碳或者硅膠珠結(jié)合，并加熱到高于該前體的分解溫度，使納米級銅顆粒沉積在基底材料上。
0070 表1闡述了各種實(shí)施例。如表1所示，金屬前體化合物，金屬前體化合物的混合物，和/或納米級顆粒和金屬前體化合物的混合物，用于在高表面積載體上制備納米級金屬和/或金屬氧化物顆粒。在每一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)合基底材料的分散體與含金屬前體化合物和/或納米級顆粒的溶液。在實(shí)施例1-4中，使用硅膠和PICA碳基底這二者。僅僅在多孔硅膠基底上制備實(shí)施例5。在流動(dòng)的氬氣下加熱混合物到約300-400℃的溫度。產(chǎn)物是承載在高表面積載體顆粒上的納米級金屬和/或金屬氧化物顆粒，其尺寸范圍典型地為約300-500nm。實(shí)施例4的氧化鈷-氧化鐵納米級顆粒發(fā)現(xiàn)具有磁性。
表1.在高表面積載體上制備納米級顆粒

0071 可以以任何合適的比例結(jié)合金屬前體和載體，以得到在載體上金屬顆粒的所需負(fù)載?？山Y(jié)合氫氧化金和氧化鐵，例如產(chǎn)生約0.1-25wt％，例如2wt％，5wt％或15wt％在氧化鐵上的金。
0072 載體可包括基本上任何材料，當(dāng)加熱到金屬前體在其表面上轉(zhuǎn)化成金屬時(shí)的溫度下，所述材料沒有完全熔融、氣化或者沒有變得不能承載納米級顆粒。
0073 在CO轉(zhuǎn)化成CO2的過程中，納米級顆粒和/或高表面積載體可被還原。例如，在CO反應(yīng)成CO2的過程中，F(xiàn)e2O3(它可包括載體或者置于載體上的顆粒)可被還原成Fe3O4、FeO或Fe。
0074 氧化鐵是催化劑中的優(yōu)選成分，這是因?yàn)樗删哂须p重功能，在氧氣存在下，充當(dāng)CO或NOx催化劑，和在不存在氧氣時(shí)充當(dāng)CO的氧化劑以供直接氧化CO。也可用作氧化劑的催化劑特別地用于一些應(yīng)用，例如在其中氧氣的分壓可能非常低的燃燒香煙內(nèi)。
0075 催化劑能影響化學(xué)反應(yīng)的速度，例如增加一氧化碳氧化成二氧化碳的速度且不是作為反應(yīng)物或反應(yīng)產(chǎn)物參與反應(yīng)。氧化劑例如通過將氧供給反應(yīng)物，能氧化反應(yīng)物，以便氧化劑本身被還原。
0076 在選擇催化劑中，可考慮各種熱動(dòng)力學(xué)因素，以確保有效地發(fā)生催化，這對熟練本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。例如，圖5示出了對于一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳的氧化反應(yīng)來說，吉布斯自由能和焓的溫度相關(guān)性的熱動(dòng)力學(xué)分析。圖6示出了采用碳，二氧化碳轉(zhuǎn)化形成一氧化碳的轉(zhuǎn)化率百分?jǐn)?shù)的溫度相關(guān)性。
0077 圖7示出了平均粒度為約3納米的Fe2O3納米級顆粒(獲自MACH I，Inc.，King of Prussia，PA的NANOCATSuperfine IronOxide(SFIO))和平均粒度為約5微米的Fe2O3粉末(獲自AldrichChemical Company)的催化活性的比較。Fe2O3納米級顆粒顯示出比較大的Fe2O3顆粒高得多的一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳的轉(zhuǎn)化率百分?jǐn)?shù)。
0078 如上所述，F(xiàn)e2O3納米級顆粒能充當(dāng)氧化劑將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳和充當(dāng)催化劑將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳。Fe2O3納米級顆粒在熱解區(qū)內(nèi)可充當(dāng)催化劑將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳，和在燃燒區(qū)內(nèi)可充當(dāng)氧化劑將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳。
0079 為了闡述納米級金屬氧化物的有效性，圖8示出了在石英管反應(yīng)器內(nèi)使用50mgCuO顆粒和50mgFe2O3納米級顆粒作為催化劑，對于CuO(曲線A)和Fe2O3(曲線B)納米級顆粒來說，轉(zhuǎn)化速度與溫度的相關(guān)性的比較。氣體(3.4％CO、21％O2、余量He)流速為1000ml/min，和加熱速度為12.4K/min。盡管CuO納米級顆粒在較低溫度下具有較高的轉(zhuǎn)化速度，但在較高的溫度下，CuO和Fe2O3具有相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)化速度。
0080 表2示出了當(dāng)使用CuO和Fe2O3納米級顆粒時(shí)，一氧化碳對二氧化碳之比，和氧氣消耗的百分?jǐn)?shù)之間的比較。
表2.CuO和Fe2O3納米級顆粒之間的比較

0081 在不存在納米級顆粒時(shí)，一氧化碳對二氧化碳之比為約0.51，和氧氣的消耗率為約48％。表2闡述了通過使納米級顆粒獲得的改進(jìn)。對于CuO和Fe2O3納米級顆粒來說，一氧化碳對二氧化碳之比分別下降0.29和0.23。對于CuO和Fe2O3納米級顆粒來說，氧氣消耗率分別增加到67％和100％。
0082 催化劑優(yōu)選分布在整個(gè)香煙的煙草棒部分中。通過在整個(gè)煙草棒中提供催化劑，可降低通過香煙抽吸的一氧化碳量，和尤其在燃燒區(qū)和在熱解區(qū)二者內(nèi)的一氧化碳量。
0083 可使用任何合適的方法，通過在煙草上分布催化劑，或者通過把它們摻入到短切填料煙草中，沿著煙草棒的長度方向提供如上所述的催化劑?？梢砸苑勰┗蛘咴谌芤簝?nèi)以分散體形式提供催化劑。干燥粉末形式的催化劑可涂敷在短切填料煙草上和/或煙草過濾材料上，或者可將催化劑材料加入到卷煙紙制造機(jī)的紙料上。催化劑也可以以分散體形式存在并噴灑在短切填料煙草、卷煙紙和/或煙草過濾材料上?；蛘撸捎煤呋瘎┑姆稚Ⅲw涂布煙草和/或香煙過濾材料。也可在繞煙草柱包裹卷煙紙之前，將催化劑加入到短切填料煙草原料中，所述短切填料煙草原料將被供應(yīng)至制煙機(jī)或者加入到煙草柱上。優(yōu)選進(jìn)行下述步驟加熱含金屬前體溶液的混合物到足以使該金屬前體熱分解成納米級顆粒的溫度，之后將該催化劑加入到香煙中。
0084 可選擇催化劑的用量，以便在香煙的吸煙過程中，降低主流煙霧內(nèi)的一氧化碳含量。優(yōu)選地，催化劑的用量為催化有效量，例如約數(shù)毫克，例如約5mg/根香煙到約200mg/根香煙。更優(yōu)選，催化劑的用量為約10mg/根香煙到約100mg/根香煙。
0085 一個(gè)實(shí)施方案提供短切填料組合物，它包括煙草和能將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳的至少一種催化劑，其中所述催化劑為承載在高表面積載體上的納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒形式。
0086 任何合適的煙草混合物可用于短切填料中，煙草材料的合適類型的實(shí)例包括煙道處理(flue-cured)的、Burley、Maryland或Oriental煙草、稀有或?qū)Ｓ脽煵菁捌涔不煳??？梢砸詿煵荼∑⑻幚磉^的煙草材料，如體積膨脹的或puffed煙草、處理過的煙草莖，如切輥或cut-puffed莖，回用煙草材料或其共混物形式提供煙草材料。煙草也可包括煙草替代物。
0087 在香煙制造中，煙草通常以短切填料形式，即以切割成寬度范圍為約1/10英寸-約1/20英寸或者甚至1/40英寸的碎條或繩股形式使用。繩股的長度范圍可介于約0.25英寸-約3.0英寸。香煙可進(jìn)一步包括本領(lǐng)域已知的一種或多種調(diào)味劑或其它添加劑(例如燃燒添加劑、燃燒改性劑、著色劑、粘合劑等)。
0088 另一實(shí)施方案提供含煙草棒的香煙，其中該煙草棒包括具有如上所述的至少一種催化劑的煙草短切填料，該催化劑能將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳。進(jìn)一步的實(shí)施方案提供制造香煙的方法，該方法包括(i)添加催化劑到煙草短切填料中；(ii)提供給制煙機(jī)短切填料，形成煙草柱；和(iii)繞煙草柱放置包裝紙，形成香煙。
0089 香煙制造的技術(shù)是本領(lǐng)域已知的。可使用任何常規(guī)或改性的制煙技術(shù)摻入催化劑?？墒褂脴?biāo)準(zhǔn)或改性的制煙技術(shù)和設(shè)備，將所得香煙制成任何已知的規(guī)格。典型地，短切填料組合物任選地與其它香煙添加劑結(jié)合，并提供給制煙機(jī)，以產(chǎn)生煙草棒，然后在卷煙紙內(nèi)包裹，并任選地在尖頭裝上過濾嘴。
0090 香煙長度范圍可以是約50mm-約120mm。一般來說，規(guī)則的香煙為約70mm長，“King Size”為約85mm長，“Super King Size”為約100mm長，和“Long”為約12Omm長。周長為約15mm-約3Omm，和優(yōu)選約25mm。煙草的堆積密度范圍地介于約100mg/cm3-約300mg/cm3，和優(yōu)選150mg/cm3-約275mg/cm3。
0091 再一實(shí)施方案提供使以上所述的香煙冒煙的方法，其牽涉點(diǎn)燃香煙形成煙霧并通過香煙抽吸煙霧，其中在香煙的吸煙過程中，催化劑充當(dāng)將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳的催化劑。
0092 盡管參考優(yōu)選的實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但要理解，對于領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，作出各種改性和改變是顯而易見的。這種改變和改性被視為在所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種短切填料組合物，它包括煙草和使一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳的催化劑，其中該催化劑包括承載在高表面積載體顆粒上的納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒。
2.權(quán)利要求1的短切填料組合物，其中納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒包括B、Mg、Al、Si、Ti、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Sn、Ce、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au及其混合物。
3.權(quán)利要求1的短切填料組合物，其中高表面積載體顆粒包括硅膠珠、活性炭、分子篩、氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氧化鋯、氧化鐵、氧化鈷、氧化鎳、氧化銅、任選地用鋯摻雜的氧化釔，任選地用鈀摻雜的氧化錳，氧化鈰及其混合物。
4.權(quán)利要求1的短切填料組合物，其中納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒包括Cu、Zn、Co和/或Fe，和高表面積載體包括硅膠珠和/或活性炭。
5.權(quán)利要求1的短切填料組合物，其中催化劑包括約0.1-25wt％承載在高表面積載體顆粒上的納米級顆粒。
6.權(quán)利要求1的短切填料組合物，其中高表面積載體顆粒衍生于膠態(tài)溶液。
7.權(quán)利要求1的短切填料組合物，其中納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒的平均粒度小于約50納米。
8.權(quán)利要求1的短切填料組合物，其中納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒的平均粒度小于約10納米。
9.權(quán)利要求1的短切填料組合物，其中高表面積載體顆粒的表面積為約20-2500m2/g。
10.權(quán)利要求1的短切填料組合物，其中高表面積載體顆粒包括毫米、微米、亞微米和/或納米級顆粒。
11.權(quán)利要求1的短切填料組合物，其中納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒包括由金屬前體和/或溶劑的部分分解得到的碳。
12.權(quán)利要求1的短切填料組合物，其中納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒包括磁性顆粒。
13.一種香煙，它包括煙草和能將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳的催化劑，其中該催化劑包括承載在高表面積載體顆粒上的納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒。
14.權(quán)利要求13的香煙，其中納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒包括B、Mg、Al、Si、Ti、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Sn、Ce、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au及其混合物。
15.權(quán)利要求13的香煙，其中高表面積載體顆粒包括硅膠珠、活性炭、分子篩、氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氧化鋯、氧化鐵、氧化鈷、氧化鎳、氧化銅、任選地用鋯摻雜的氧化釔，任選地用鈀摻雜的氧化錳，氧化鈰及其混合物。
16.權(quán)利要求13的香煙，其中納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒包括Cu、Zn、Co和/或Fe，和高表面積載體包括硅膠珠和/或活性炭。
17.權(quán)利要求13的香煙，其中催化劑包括約0.1-25wt％承載在高表面積載體顆粒上的納米級顆粒。
18.權(quán)利要求13的香煙，其中高表面積載體顆粒衍生于膠態(tài)溶液。
19.權(quán)利要求13的香煙，其中納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒的平均粒度小于約50納米。
20.權(quán)利要求13的香煙，其中納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒的平均粒度小于約10納米。
21.權(quán)利要求13的香煙，其中高表面積載體顆粒的表面積為約20-2500m2/g。
22.權(quán)利要求13的香煙，其中高表面積載體顆粒包括毫米、微米、亞微米和/或納米級顆粒。
23.權(quán)利要求13的香煙，其中納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒包括由金屬前體和/或溶劑的部分分解得到的碳。
24.權(quán)利要求13的香煙，其中納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒包括磁性顆粒。
25.權(quán)利要求13的香煙，其中納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒基本上不含碳。
26.權(quán)利要求13的香煙，其中香煙包括約5mg催化劑/根香煙到約200mg催化劑/根香煙。
27.權(quán)利要求13的香煙，其中香煙包括約10mg催化劑/根香煙到約100mg催化劑/根香煙。
28.權(quán)利要求13的香煙，進(jìn)一步包括過濾嘴和卷煙紙，其中過濾嘴和/或卷煙紙摻入催化劑。
29.一種香煙過濾嘴，它包括能將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳的催化劑，其中該催化劑包括承載在高表面積載體顆粒上的納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒。
30.一種制造香煙的方法，該方法包括(i)添加催化劑到煙草短切填料、卷煙紙和/或香煙過濾嘴中，其中該催化劑包括承載在高表面積載體顆粒上的納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒；(ii)提供給制煙機(jī)短切填料，形成煙草柱；(iii)繞煙草柱放置包裝紙，形成香煙棒；和(iv)將過濾嘴連接到煙草棒上，形成香煙。
31.權(quán)利要求30的方法，其中將納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒和高表面積載體顆粒加入到煙草短切填料中，其中所述納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒包括B、Mg、Al、Si、Ti、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Sn、Ce、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au及其混合物，所述高表面積載體顆粒包括硅膠珠、活性炭、分子篩、氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氧化鋯、氧化鐵、氧化鈷、氧化鎳、氧化銅、任選地用鋯摻雜的氧化釔，任選地用鈀摻雜的氧化錳，氧化鈰及其混合物。
32.權(quán)利要求30的方法，其中將含Cu、Zn、Co和/或Fe的納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒和含硅膠珠和/或活性炭的高表面積載體加入到煙草短切填料中。
33.權(quán)利要求30的方法，其中將約0.1-25wt％承載在高表面積載體顆粒上的納米級顆粒加入到煙草短切填料中。
34.權(quán)利要求30的方法，其中納米級金屬顆粒和/或納米級金屬氧化物顆粒包括Au和高表面積載體顆粒包括氧化鐵。
35.權(quán)利要求30的方法，其中以有效地將至少10％的一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳的用量將催化劑加入到煙草短切填料中。
36.權(quán)利要求30的方法，其中每根香煙添加約5mg-約200mg催化劑。
37.權(quán)利要求30的方法，其中每根香煙添加約10mg-約100mg催化劑。
38.權(quán)利要求30的方法，進(jìn)一步包括通過下述步驟形成的催化劑結(jié)合金屬前體和溶劑，形成金屬前體溶液；結(jié)合金屬前體溶液與高表面積載體顆粒，形成混合物；加熱該混合物到足以使金屬前體熱分解的溫度，在高表面積載體內(nèi)和/或之上形成納米級顆粒，和干燥該混合物。
39.權(quán)利要求38的方法，進(jìn)一步包括將納米級顆粒的分散體加入到金屬前體溶液中。
40.權(quán)利要求39的方法，其中將平均直徑小于約7納米的納米級顆粒加入到金屬前體溶液中。
41.權(quán)利要求39的方法，其中納米級顆粒位于高表面積載體顆粒的空腔或孔隙內(nèi)。
42.權(quán)利要求38的方法，其中高表面積載體顆粒衍生于膠態(tài)溶液。
43.權(quán)利要求42的方法，其中在加熱混合物的步驟之前，增加膠態(tài)溶液的粘度，形成凝膠。
44.權(quán)利要求43的方法，其中在加熱混合物的步驟之前，洗滌凝膠。
45.權(quán)利要求42的方法，其中增加膠態(tài)溶液粘度的步驟包括改變混合物的pH。
46.權(quán)利要求42的方法，其中增加膠態(tài)溶液粘度的步驟包括添加稀酸或稀堿到混合物中。
47.權(quán)利要求46的方法，其中稀酸是HCl。
48.權(quán)利要求42的方法，其中在膠態(tài)溶液內(nèi)膠體的濃度為約10-60wt％。
49.權(quán)利要求38的方法，其中結(jié)合高表面積載體顆粒與金屬前體溶液，其中所述高表面積載體顆粒包括至少一種硅膠珠、活性炭、分子篩、氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氧化鋯、氧化鐵、氧化鈷、氧化鎳、氧化銅、任選地用鋯摻雜的氧化釔，任選地用鈀摻雜的氧化錳，氧化鈰及其混合物。
50.權(quán)利要求38的方法，其中結(jié)合選自β-二酮酸鹽，二酮化物(dionate)、草酸鹽和氫氧化物中的金屬前體與溶劑。
51.權(quán)利要求38的方法，其中結(jié)合含B、Mg、Al、Si、Ti、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Sn、Ce、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt和Au中的至少一種金屬前體與溶劑。
52.權(quán)利要求38的方法，其中結(jié)合含蒸餾水、乙醇、甲醇、氯仿、醛、酮和芳烴中的至少一種溶劑與金屬前體。
53.權(quán)利要求38的方法，其中加熱混合物到約200-400℃。
54.權(quán)利要求38的方法，其中結(jié)合含毫米、微米、亞微米和/或納米級顆粒的高表面積載體顆粒與金屬前體溶液。
55.權(quán)利要求38的方法，其中納米級顆粒進(jìn)一步包括由金屬前體和/或溶劑的部分分解得到的碳。
56.權(quán)利要求42的方法，其中結(jié)合含Cu、Zn、Co和/或Fe的前體溶液和含氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氧化釔、氧化鋯和/或氧化鈰中的膠態(tài)溶液。
57.權(quán)利要求13的香煙吸煙的方法，包括點(diǎn)燃香煙，形成煙霧，和通過香煙抽吸煙霧，其中在香煙的吸煙過程中，催化劑將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳。
全文摘要
提供短切填料組合物，卷煙紙，香煙過濾嘴，香煙，制造香煙的方法和吸煙的方法，其牽涉使用將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳的催化劑。該催化劑包括承載在高表面積載體顆粒上的納米級顆粒和/或金屬氧化物顆粒?？赏ㄟ^結(jié)合金屬前體溶液與高表面積載體顆粒，形成混合物，或者通過結(jié)合金屬前體溶液與膠態(tài)溶液，形成混合物，然后加熱該混合物，從而制備該催化劑。
文檔編號A24D3/06GK1805694SQ200480016481
公開日2006年7月19日 申請日期2004年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月13日
發(fā)明者K·B·科勒, S·迪維 申請人:菲利普莫里斯生產(chǎn)公司