沸石可强效去除烟草中的致癌物——亚硝胺

研究人员发现，在烟草自身及烟雾中含有的强致癌物——亚硝胺，对人体危害性极大。对此，多个国家曾试图调整烟草配方，但是仍难以控制亚硝胺含量；若采用其他吸附材料作为香烟滤嘴，则会使烟味变淡，影响消费者口感，而且根本不能解决香烟阴燃时的侧流烟气对于被动吸烟者的吸烟问题。因此如何采用新材料选择性地去除烟气中的亚硝胺等有害物质，成为各国研究人员的主要目标。

近年来，国内外科研机构均发现沸石与亚硝胺有着“不平常”的关系，依托于沸石特殊的物理结构，将沸石作为烟草添加材料及滤嘴材料，可以有效降低烟雾中的亚硝胺含量，帮助人们抵御“二手烟”的侵害；同时最大程度上阻止亚硝胺进入人体，对人体产生危害。目前，沸石作为香烟制备材料，已被中国、美国、日本、韩国等国试验应用，证实其对亚硝胺具有超强的吸附过滤作用，并且不会降低烟草香味，因此具有非常好的市场需求与前景。

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烟草中亚硝胺的危害

世界卫生组织统计，自上世纪四五十年代尤其是七八十年代以来，因吸烟或被动吸烟而导致肺癌及其他与吸烟有关的疾病死亡的人数越来越多，人们已开始逐渐认识到吸烟对身体健康的害处。据统计，我国吸烟人数为3.5亿，居世界之首，而遭受被动吸烟危害的人数更高达5.4亿，其中15岁以下儿童有1.8亿。2000年由吸烟导致的死亡人数近100万，超过了艾滋病、结核、交通事故以及自杀死亡人数的总和。当前，我国吸烟和吸“二手烟”有关的疾病，如：脑中风、冠心病、糖尿病、肺癌和乳腺癌呈明显上升趋势，如不采取措施，预计到2021年底，死亡人数将达到200万。

卷烟烟气组成复杂，含有4800多种化合物，其中某些成份对环境和健康造成的负面影响而使之成为各国面临的难题之一。作为烟气有害物质的重要组成部分的亚硝胺，是一种强化学致癌物，也是吸烟导致癌症的主要因素。据统计，在美国、西欧由烟草中亚硝胺导致的癌症发病率超过30%，由吸烟导致的肺癌发病率高达80%。而亚硝胺发挥自身致癌作用必须先经过细胞色素 P450S的代谢活化，然后与脱氧核糖核酸或其它细胞大分子反应。因此，只要设法去除亚硝胺就能防止它参与新陈代谢，抵抗癌症的威胁。但是卷烟烟气含有化合物众多，要想从中选择性地吸附痕量的烟草特有亚硝胺难度较大，因此烟草添加材料及滤嘴材料不但要选择强吸附性材料，并且还需要对亚硝胺具有较强的分解作用。

（亚硝胺分子结构图）

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沸石选择性吸附去除烟草中亚硝胺

【吸附原理】

沸石因具有多规则的细微孔穴结构与强吸附性，因此对挥发性亚硝胺有着巨大的吸附容量；同时，沸石中的阳离子在吸附亚硝胺时扮演着重要的角色，它们围绕着骨架中的铝离子高速运动，使得沸石孔道中形成一个静电场。亚硝胺的分子结构以N–NO 官能团为特征，其中O带有负电荷，容易被沸石孔道里的阳离子通过静电引力相互吸引。因此，亚硝胺通常是先插入其N–NO官能团，然后再整体或部分地被吸附到沸石的细微孔道中。

【特殊选择性】

沸石对于亚硝胺的特殊选择性究竟能够到什么程度？南京大学化学化工学院万密密等人通过试验，采用孔径分别为0.2, 0.3, 0.4和 0.5nm的沸石研究了对亚硝胺吸附去除的效果。在试验中，仅在0.1s内，不同孔径的沸石对于亚硝胺的强竞争吸附力能够严重阻碍了亚硝胺的挥发。并且随着吸附环境温度逐渐上升，则能够让NNN分子愈容易在沸石孔口处被卡住，接着受到内外应力拉扯而被易于分解。

（亚硝胺在不同孔径沸石上的吸附降解模式）

【试验论证】

南京大学化学系恽之瑜等人开展了用沸石去除卷烟烟气中亚硝胺的试验，由下表结果可以看出，卷烟中添加沸石后，其烟草特有亚硝胺 (TSNA，属于亚硝胺总量的一部分 )在侧流烟气 (SS)中减少25%～32%，主流烟气 (MS)中减少35%～61%；而亚硝胺总含量在侧流烟气中减少43%～51% ,主流烟气中减少约70%。

（卷烟添加沸石前后所含烟草特有亚硝胺的热能测定数据）

试验结果表明，沸石添加方式不同净化效果亦不同：在卷烟滤嘴中加入沸石，主要利用了沸石的吸附功能将进入吸烟者口腔的主流烟气加以净化；而在烟支里添加沸石 ,由于沸石的吸附和催化双功能作用，使卷烟的主流和侧流烟气同时得到净化，亚硝胺下降了25~60%左右。因此，为了更好地达到对亚硝胺的吸附去除效果，需要在烟草和滤嘴材料中均添加沸石。

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沸石在各国卷烟工艺中的应用

【中国南京大学】

自2003年以来，中国南京大学的科学家们一直在探索沸石与亚硝胺之间的关系，并尝试在卷烟中添加沸石来吸附消除亚硝胺。其具体是汲取国外经验，用水浸泡烟草，再用处理过的沸石吸附溶液中的亚硝酸。经过净化后溶液用于烟草制品生产，可以显著降低亚硝酸含量。该团队在国家863计划支持下以沸石为原材料，发明“去除香烟烟气致癌物添加剂”，申报发明专利7项。该技术可应用于口含烟等不燃烟新产品及传统卷烟中，减少烟草对于环境和人体健康的负面影响。

（技术处理图）

（《英国化学》对该技术的介绍）

【美国】

2006年，美国烟草相关科学研究合作中心 (CORESTA) 会议上发表的一项研究比较了不同沸石在实验室和吸烟条件下吸附亚硝胺的效率。研究人员发现，即使不降低香烟中的焦油和尼古丁含量，香烟烟雾中的亚硝胺也能显著减少。

2019年，在新奥尔良举行的美国化学学会全国会议上，雷丁大学的Jane K. Parker教授在报告中提出一种添加沸石的滤嘴可以将烟雾中致癌的亚硝胺、多环芳烃含量降低多达93%，同时保留烟草理想的口味，美国雷诺士烟草公司也表示对该技术有很大的意向。

【韩国】

韩国烟草研究院用GC-TEA法检测了添加沸石材料的《阿诗玛》和《红塔山》香烟，发现烟气中的烟草特有亚硝胺（TSNA）含量减少30~50%；他们将添加剂应用在自己的烟草薄片和白肋烟里，卷烟检测表明效果明显。另外，韩国某烟草公司进行了一项研究，以利用沸石作为烟草过滤嘴的添加剂，将其与木炭混合并填充在三重过滤器的空腔部分时，尼古丁35%和TP.M减少22%。

（沸石添加剂对于韩国烟草的减害效果 ）

总之，随着人们健康意识的增强及全球性反烟运动的壮大，发达国家逐渐将烟草产业的重心转移到发展中国家，我国的烟草行业要生存和发展，必须要更有效地降低香烟燃吸的有害成分。沸石作为一种天然的环保新材料，其能够强效吸附去除烟草及烟气中的亚硝酸等有害物质。并且，沸石能够将人体的毒素吸附，因此在滤嘴中添加沸石后，可以使香烟成为有益而低害的公共消费品，甚至是治疗某些呼吸道、肺部疾病及人体排毒的良方。相信随着沸石研发技术的不断深入，沸石将成为医疗、保健 、药品行业与烟草行业的结合交叉“枢纽”，使其形成独具竞争力的新经济增长点！

当然，小国最后还是要说一句：吸烟有害健康！

素材整理自：知网、万方、维普、Base等

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