PL213105B1

PL213105B1 - Kompozycja cietego wypelniacza zawierajaca tyton i papieros zawierajacy pret tytoniowy

Info

Publication number: PL213105B1
Application number: PL372100A
Authority: PL
Inventors: Mohammad Hajaligol; Ping Li
Original assignee: Philip Morris Products
Priority date: 2002-04-08
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2013-01-31
Also published as: ZA200408010B; US20040159328A1; CN100353875C; TW200304778A; BR0309062A; EP1494549B1; EA007169B1; MY135128A; PL372100A1; TWI312666B; KR100960215B1; AU2003208997A1; EG23566A; KR20040097311A; WO2003086112A1; AU2003208997B2; US20030188758A1; AR038539A1; US6769437B2; BRPI0309062B1

Description

Przedmiotem wynalazku jest kompozycja ciętego wypełniacza zawierająca tytoń i papieros zawierający pręt tytoniowy. W szczególności, przedmiotem wynalazku jest kompozycja ciętego wypełniacza oraz papieros, które obejmują zastosowanie związków hydronadtlenkowych rozpadających się podczas palenia z wytworzeniem jednego albo więcej produktów zdolnych do działania jako utleniacz w konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla i/lub jako katalizator konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla.

Zaproponowano różnorodne sposoby zmniejszenia ilości tlenku węgla w głównym strumieniu dymu z papierosa podczas palenia. Na przykład, patent brytyjski nr GB 863,287 opisuje sposoby obróbki tytoniu przed wytwarzaniem wyrobów tytoniowych tak, że produkty niepełnego spalania są usuwane albo modyfikowane podczas palenia wyrobu tytoniowego. Dodatkowo, w celu fizycznego absorbowania części tlenku węgla zasugerowano papierosy zawierające absorbenty, ogólnie w ustniku papierosa z filtrem. Filtry papierosów i substancje filtrujące opisano, na przykład, we wznowieniu patentu amerykańskiego nr US RE 31,700; patencie US 4,193,412, patencie brytyjskim nr 973,854; patencie brytyjskim nr GB 685,822; patencie brytyjskim nr 1,104,993 i patencie szwajcarskim CH 609,217. Jednakże, takie sposoby są zwykle nie w pełni skuteczne. Opis patentowy nr US 4,193,412 ujawnia dodatek dla produktów tytoniowych do palenia składających się z dokładnej mieszaniny wysoce zdyspergowanych tlenków metali i/lub tlenowodorków metali, które posiadają dużą powierzchnię właściwą - co przejawia się właściwościami cieczo-podobnymi anomalnymi dla mieszaniny substancji stałych.

Katalizatory konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla są opisane, na przykład, w patencie nr US 4,317,460; 4,956,330; 5,258,330; 4,956,330; 5,050,621; i 5,258,340, jak również w patencie brytyjskim nr GB 1,315,374. Niekorzyści płynące z wprowadzenia typowego katalizatora do papierosa obejmują duże ilości utleniacza, które należy wprowadzić do filtra, aby osiągnąć znaczne zmniejszenie ilości tlenku węgla. Ponadto, jeśli rozważy się nieskuteczność reakcji heterogenicznej, ilość wymaganego utleniacza będzie nawet większa.

Tlenki metali, takie jak tlenek żelaza, zostały także wprowadzone do papierosów w różnych celach. Patrz, na przykład, zgłoszenia międzynarodowe WO 87/06104 i WO 00/40104, jak również patenty o nr US 3,807,416 i 3,720,214. Zaproponowano także wprowadzenie tlenku żelaza do wyrobów tytoniowych w różnych innych celach. Na przykład, tlenek żelaza opisano jako wypełniacz nieorganiczny w postaci cząstek stałych (np. patenty o nr US 4,197,861; 4,195,645; i 3,931,824), jako środek barwiący (np. patent nr US 4,119,104) i w postaci sproszkowanej jako regulator spalania (np. patent o nr US 4,109,663). Dodatkowo, niektóre patenty opisują obróbkę substancji wypełniacza za pomocą sproszkowanego tlenku żelaza w celu poprawienia smaku, koloru i/lub wyglądu (np. patenty o nr US 6,095,152; 5,598,868; 5,129,408; 5,105,836 i 5,101,839). Jednakże, uprzednie próby wytworzenia papierosów zawierających tlenki metali, takie jak FeO albo Fe2O3, nie prowadziły do skutecznego zmniejszenia ilości tlenku węgla w głównym strumieniu dymu. Opis patentowy nr US 4,874,00 ujawnia sposób i urządzenie do suszenia i chłodzenia wytłaczanych materiałów zawierających tytoń, gdzie wytłaczane materiały zawierające tytoń mogą zawierać jako filtr uwodnioną aluminę.

Pomimo osiągnięć dokonanych do chwili obecnej, pozostaje wciąż potrzeba opracowania ulepszonych i bardziej skutecznych kompozycji do zmniejszenia ilości tlenku węgla w głównym strumieniu dymu z papierosa podczas palenia. Korzystnie, takie kompozycje nie powinny pociągać za sobą kosztownej i czasochłonnej produkcji i/lub etapów obróbki. Korzystniej, powinno być możliwe katalizowanie albo utlenianie tlenku węgla nie tylko w obszarze filtra papierosa, ale także wzdłuż całej długości papierosa podczas palenia.

Niniejszy wynalazek dostarcza kompozycje ciętego wypełniacza i papierosy, gdzie wykorzystano związek FeOOH, który jest w stanie rozpadać się z utworzeniem Fe2O3 zdolnego do działania jako utleniacz w konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla i jako katalizator konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla.

A zatem, przedmiotem wynalazku jest kompozycja ciętego wypełniacza zawierająca tytoń w postaci strzępków albo nitek ciętych na szerokość w zakresie od 2,54 mm (1/10 cala) do 0,635 mm (1/40 cala) i długości w zakresie od 6,35 mm (0,25 cali) do 76,2 mm (3,0 cali), charakteryzująca się tym, że zawiera ponadto FeOOH, przy czym FeOOH posiada średni rozmiar cząstek mniejszy niż 500 nm, 22 a powierzchnia właściwa wynosi od 20 m²/g do 400 m²/g, i ewentualnie zawiera ponadto AlOOH zdolny do rozpadu podczas palenia papierosa z wytworzeniem Al2O3 i/lub TiOOH zdolny do rozpadu

PL 213 105 B1 podczas palenia papierosa z wytworzeniem TiO2, i przy czym podczas spalania kompozycji ciętego wypełniacza, FeOOH jest w stanie rozpadać się, tworząc Fe2O3 zdolny do działania jako utleniacz w konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla i jako katalizator konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla.

Korzystnie FeOOH i/lub Fe2O3 wytworzony z rozpadu hydronadtlenku żelaza podczas spalania kompozycji ciętego wypełniacza posiada średni rozmiar cząstek mniejszy od 100 nm, jeszcze korzystniej średni rozmiar cząstek mniejszy od 50 nm, a najkorzystniej średni rozmiar cząstek mniejszy od 5 nm.

Przedmiotem wynalazku jest także papieros zawierający pręt tytoniowy zawinięty w papierową obwolutę i ewentualnie zakończony filtrem, w którym pręt tytoniowy zawiera kompozycję ciętego wypełniacza, zawierającą tytoń w postaci strzępków albo nitek ciętych na szerokość w zakresie od 2,54 mm (1/10 cala) do 0,635 mm (1/40 cala) i długości w zakresie od 6,35 mm (0,25 cali) do 76,2 mm (3,0 cali), charakteryzujący się tym, że kompozycja ciętego wypełniacza zawiera ponadto FeOOH, przy czym FeOOH posiada średni rozmiar cząstek mniejszy niż 500 nm, i powierzchnię właściwą wy22 noszącą od 20 m²/g do 400 m²/g, i ewentualnie zawiera ponadto AlOOH zdolny do rozpadu podczas palenia papierosa z wytworzeniem Al2O3 i/lub TiOOH zdolny do rozpadu podczas palenia papierosa z wytworzeniem TiO2, przy czym papieros zawiera od 5 mg do 200 mg FeOOH, oraz tym że podczas palenia papierosa, FeOOH jest w stanie rozpadać się, tworząc Fe2O3 zdolny do działania jako utleniacz w konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla i jako katalizator konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla, i przy czym papieros ma długość od 50 mm do 120 mm i obwód w zakresie od 15 mm do 30 mm oraz ewentualnie zawiera ponadto jeden albo więcej środków poprawiających smak lub innych środków dodatkowych korzystnie wybranych spośród środków dodatkowych wspomagających palenie, środków modyfikujących spalanie, środków barwiących lub spoiw.

Według korzystnej postaci wykonania papierosa FeOOH i/lub Fe2O3 wytworzony z rozpadu FeOOH podczas palenia papierosa posiada średni rozmiar cząstek mniejszy od 100 nm, jeszcze korzystniej średni rozmiar cząstki mniejszy niż 50 nm, a najkorzystniej średni rozmiar cząstki mniejszy niż 5 nm.

Korzystnie, papieros zawiera od 40 mg do 100 mg FeOOH na papieros.

Jedna z postaci wykonania wynalazku dotyczy kompozycji ciętego wypełniacza, zawierającej tytoń i związek FeOOH, w której podczas spalania kompozycji ciętego wypełniacza, związek FeOOH jest w stanie rozpadać się, tworząc Fe2O3 zdolny do działania jako utleniacz w konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla i/lub jako katalizator konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla.

Inna postać wykonania wynalazku dotyczy papierosa zawierającego pręt tytoniowy, w którym pręt tytoniowy zawiera kompozycję ciętego wypełniacza, zawierającą tytoń i związek FeOOH. Podczas palenia papierosa, związek hydro-nadtlenkowy jest w stanie rozpadać się z utworzeniem co Fe2O3 zdolnego do działania jako utleniacz w konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla i/lub jako katalizator konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla. Papieros korzystnie zawiera od około 5 mg do około 200 mg związku FeOOH na papieros, i korzystniej od około 40 mg do około 100 mg związku FeOOH na papieros.

Według wynalazku, związek FeOOH jest w stanie rozpadać się z utworzeniem Fe2O3 zdolnego do działania zarówno jako utleniacz w konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla oraz jako katalizator konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla. Kompozycja ciętego wypełniacza ewentualnie zawiera także AlOOH zdolny do rozkładu podczas spalania ciętego wypełniacza z utworzeniem Al2O3 i/lub TiOOH zdolny do rozpadu podczas spalania ciętego wypełniacza z wytworzeniem TiO2. Korzystnie, Korzystnie, produkt wytworzony z rozpadu hydronadtlenku podczas spalania kompozycji ciętego wypełniacza jest obecny w ilości skutecznej do przetworzenia co najmniej 50% tlenku węgla w dwutlenek węgla.

FeOOH posiada średni rozmiar cząstki mniejszy niż około 500 nm. Według korzystnej postaci FeOOH i/lub Fe2O3 wytworzony z rozpadu FeOOH podczas spalania kompozycji ciętego wypełniacza posiada średni rozmiar cząstek mniejszy od około 100 nm, jeszcze korzystniej posiadających średni rozmiar cząstek mniejszy od około 50 nm, i najkorzystniej posiadających średni rozmiar cząstek mniejszy od około 5 nm.

Różnorodne cechy i korzyści niniejszego wynalazku staną się jasne po rozważeniu następującego szczegółowego opisu, wraz z załączonymi rysunkami, w których:

Figura 1 przedstawia zależność temperaturową swobodnej energii Gibbsa i entalpii reakcji utleniania tlenku węgla z wytworzeniem dwutlenku węgla.

PL 213 105 B1

Figura 2 przedstawia zależność temperaturową konwersji dwutlenku węgla do tlenku węgla na węglu.

Figura 3 przedstawia porównanie zmian energii Gibbsa różnorodnych reakcji pomiędzy węglem, tlenem, tlenkiem węgla, dwutlenkiem węgla, i gazowym wodorem.

Figura 4 przedstawia procent konwersji dwutlenku węgla do tlenku węgla w różnych temperaturach, przez, odpowiednio, węgiel i wodór.

Figura 5 przedstawia zmiany energii Gibbsa dla kilku reakcji z udziałem Fe(III) i/lub tlenkiem węgla.

Figura 6 przedstawia konwersję tlenku węgla do dwutlenku węgla, na, odpowiednio, Fe2O3 i Fe3O4, w danym zakresie temperatur.

Figura 7 przedstawia zmianę energii Gibbsa dla rozpadu FeOOH, w danym zakresie temperatur.

Figura 8 przedstawia zmiany entalpii rozpadu FeOOH i redukcji Fe2O3, odpowiednio, w danym zakresie temperatur.

Figura 9 przedstawia porównanie aktywności katalitycznej nanocząstek Fe₂O₃ (NANOCAT® Superfine Iron Oxide (SFIO) z MACH I, INC., King of Prussia, PA) posiadających średni rozmiar cząsteczek około 3 nm, ze sproszkowanym Fe2O3 (z Aldrich Chemical Company) posiadającym średni rozmiar cząsteczek około 5 gm.

Figura 10 przedstawia strefę spalania papierosa podczas palenia (gdzie nanocząstki Fe2O3 działają jako utleniacz) i obszar pirolizy papierosa podczas palenia (gdzie nanocząstki Fe2O3 działają jako katalizator), jak również odpowiednie reakcje, które przebiegają w tych obszarach.

Figura 11A przedstawia strefę spalania, strefę pirolizy/destylacji, i strefę kondensacji/filtracji, i Figury 11B, 11C i 11D przedstawiają względne poziomy, odpowiednio, tlenu, dwutlenku węgla i tlenku węgla, wzdłuż długości papierosa podczas palenia.

Figura 12 przedstawia schemat kwarcowego, rurowego reaktora przepływowego.

Figura 13 przedstawia zależność temperaturową wytwarzania tlenku węgla, dwutlenku węgla i tlenu, przy zastosowaniu nanocząstek Fe2O3 jako katalizatora do utleniania tlenku węgla przez tlen, z wytworzeniem dwutlenku węgla.

Figura 14 ilustruje względne wytwarzanie tlenku węgla, dwutlenku węgla i tlenu, przy zastosowaniu nanocząstek Fe2O3 jako utleniacza w reakcji Fe2O3 z tlenkiem węgla w celu wytworzenia dwutlenku węgla i FeO.

Figury 15A i 15B ilustrują rzędy reakcji tlenku węgla i dwutlenku węgla z Fe2O3 jako katalizatorem.

Figura 16 przedstawia pomiar energii aktywacji i współczynnika przedwykładniczego dla reakcji tlenku węgla z tlenem prowadzącej do wytworzenia dwutlenku węgla, przy zastosowaniu nanocząstek Fe2O3 jako katalizatora reakcji.

Figura 17 przedstawia zależność temperaturową szybkości konwersji tlenku węgla, dla szybkości przepływu, odpowiednio, 300 ml/min oraz 900 ml/min.

Figura 18 przedstawia badania zanieczyszczenia i dezaktywacji dla wody, na której krzywa 1 przedstawia warunki dla 3% H2O i krzywa 2 przedstawia warunki dla braku H2O.

Figura 19 przedstawia przygotowanie rurowego reaktora przepływowego do naśladowania papierosa, w oszacowaniu różnych katalizatorów i prekursorów katalizatorów.

Figura 20 przedstawia względne ilości tlenku węgla i dwutlenku węgla wytwarzane bez obecności katalizatora.

Figura 21 przedstawia względne ilości tlenku węgla i dwutlenku węgla wytwarzane w obecności nanocząstek Fe2O3 jako katalizatora.

Zaletą wynalazku jest dostarczanie kompozycji ciętego wypełniacza, i papierosów wykorzystujących użycie FeOOH, który jest w stanie rozpadać się podczas palenia, wytwarzając Fe2O3 zdolny do działania jako utleniacz w konwersji tlenku węgla dwutlenku węgla i jako katalizator konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla. Dzięki wynalazkowi, ilość tlenku węgla w głównym strumieniu dymu może być zmniejszona, zmniejszając w ten sposób również ilość tlenku węgla docierającego do palacza i/lub wydzielanego jako dym docierający do palaczy biernych.

Określenie „główny strumień” dymu dotyczy mieszaniny gazów przekazywanych przez pręt tytoniowy i wydostających się przez część zakończoną filtrem, to jest, ilość dymu wydostającego się albo zaciąganego przez ustnik papierosa podczas palenia papierosa. Główny strumień dymu zawiera dym, który jest wciągany przez zarówno zapalony obszar papierosa, jak również przez papierową obwolutę papierosa.

PL 213 105 B1

Całkowita ilość tlenku węgla obecna w głównym strumieniu dymu i wytwarzana podczas palenia pochodzi z połączenia trzech głównych źródeł: rozkładu termicznego (około 30%), spalania (około 36%) i redukcji dwutlenku węgla przez zwęglony tytoń (co najmniej 23%). Tworzenie się tlenku węgla z rozkładu termicznego zaczyna się w temperaturze około 450 K, i kończy się około 1320 K, i jest głównie kontrolowane przez kinetyki chemiczne. Tworzenie tlenku węgla i dwutlenku węgla podczas spalania jest kontrolowane głównie przez dyfuzję tlenu do powierzchni (ka) i reakcję powierzchniową (kb). W 520 K, ka i kb są w przybliżeniu takie same. W 670 K, reakcja staje się kontrolowana dyfuzyjnie. Wreszcie, redukcja tlenku węgla na zwęglonym tytoniu albo węglu przebiega w temperaturach około 660 K i wyższych. Poza składnikami tytoniu, temperatura i stężenie tlenu są dwoma najbardziej znaczącymi czynnikami wpływającymi na tworzenie i reakcje tlenku węgla i dwutlenku węgla.

Bez odniesienia do teorii, uważa się, że związki hydronadtlenkowe rozpadają się w warunkach spalania ciętego wypełniacza albo palenia papierosa, wytwarzając, zarówno katalizatory albo związki utleniające, których celem są różnorodne reakcje, które przebiegają w różnych obszarach papierosa podczas palenia. Podczas palenia istnieją trzy oddzielne obszary w papierosie: strefa spalania, strefa pirolizy/destylacji, i strefa kondensacji/filtracji. Po pierwsze, „obszar spalania” oznacza obszar palenia się papierosa, wytwarzany podczas palenia papierosa, zwykle na zapalonym końcu papierosa. Temperatura strefy spalania leży w zakresie od około 970 K do około 1220 K, i szybkość ogrzewania może być tak duża jak 500 K/s. Stężenie tlenu w tym obszarze jest niskie, ponieważ jest on zużywany w spalaniu tytoniu, wytwarzając tlenek węgla, dwutlenek węgla, parę wodną, i różne związki organiczne. Ta reakcja jest wysoce egzotermiczna i ciepło wytwarzane w niej jest przenoszone przez gaz do strefy pirolizy/destylacji. Niskie stężenia tlenu sprzężone z wysoką temperaturą w obszarze spalania prowadzą do redukcji dwutlenku węgla do tlenku węgla na zwęglonym tytoniu. W obszarze spalania, pożądane jest zastosowanie hydronadtlenku, który rozpada się, tworząc utleniacz in situ, który będzie przetwarzać tlenek węgla do dwutlenku węgla w nieobecności tlenu. Reakcja utleniania zaczyna się około 420 K, i osiąga aktywność maksymalną w temperaturach wyższych od około 730 K.

Następnie, „obszar pirolizy oznacza obszar za obszarem spalania, gdzie temperatury zmieniają się od około 470 K do około 870 K. To tu powstaje większość tlenku węgla. Główną reakcją w tym obszarze jest piroliza (to jest rozkład termiczny) tytoniu, która wytwarza tlenek węgla, dwutlenek węgla, składniki dymu, i węgiel, przy zastosowaniu ciepła wytworzonego w strefie spalania. W tym obszarze można stwierdzić obecność niewielkiej ilości tlenu, i dlatego też, pożądane jest zastosowanie hydronadtlenku, który rozpada się, wytwarzając katalizator in situ do utleniania tlenku węgla do dwutlenku węgla. Reakcja katalityczna zaczyna się przy 420 K i osiąga aktywność maksymalną około 570 K. W korzystnej postaci wykonania, katalizator może także zachować zdolność utleniającą po zastosowaniu jako katalizator tak, że może on równie dobrze działać jako utleniacz w obszarze spalania.

Wreszcie, istnieje obszar kondensacji/filtracji, gdzie temperatura zmienia się od pokojowej od około 420 K. Głównym procesem jest tu kondensacja/filtracja składników dymu. Pewna ilość tlenku węgla i dwutlenku węgla dyfunduje z papierosa i nieco tlenu dyfunduje do papierosa. Jednakże, ogólnie, poziom tlenu nie wraca do poziomu atmosferycznego.

W amerykańskim zgłoszeniu patentowym o numerze US 09/942,881, zgłoszonym 31 sierpnia 2001, do którego prawa zostały powszechnie przeniesione, a zatytułowanym „Nanocząstki utleniacza/katalizatora do zmniejszenia ilości tlenku węgla w głównym strumieniu dymu z papierosa”, opisano różne nanocząstki utleniacza/katalizatora do zmniejszenia ilości tlenku węgla w głównym strumieniu dymu. Ujawnienie tego zgłoszenia patentowego jest włączone do niniejszego zgłoszenia patentowego jako odnośnik w całej swej rozciągłości. Podczas gdy zastosowanie tych katalizatorów zmniejsza ilość tlenku węgla w głównym strumieniu dymu podczas palenia, dalej pożądane jest zmniejszenie albo zapobieżenie zanieczyszczeniu i/lub dezaktywacji katalizatorów zastosowanych w wypełniaczu papierosa, w szczególności podczas długich okresów magazynowania. Jednym, potencjalnym sposobem osiągnięcia tego wyniku jest zastosowanie związku hydronadtlenkowego do wytworzenia katalizatora albo utleniacza in situ podczas palenia papierosa. Na przykład, FeOOH rozpada się, tworząc Fe2O3 i wodę w temperaturach zwykle osiąganych podczas palenia papierosa, np. powyżej około 470 K.

Przez „hydronadtlenek” należy rozumieć związek zawierający grupę hydroperokso, to jest „-O-O-H”. Przykłady hydronadtlenków obejmują, ale nie są ograniczone do: FeOOH, AlOOH, i TiOOH. Można zastosować jakikolwiek odpowiedni hydronadtlenek, który jest w stanie rozpadać się, w warunkach temperatury osiąganej podczas palenia papierosa, wytwarzając związki, które działają jako utleniacz i/lub katalizator w przetwarzaniu tlenku węgla do dwutlenku węgla. W korzystnej postaci wykonania wynalazku, hydronadtlenek tworzy produkt, który jest zdolny do działania zarówno jako utleniacz

PL 213 105 B1 w konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla i jako katalizator konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla. W celu otrzymania tego efektu, możliwe jest także zastosowanie połączeń związków hydronadtlenkowych.

Korzystnie, przy wyborze odpowiedniego związku hydronadtlenkowego należy rozważyć takie czynniki jak stabilność i zachowanie aktywności w warunkach magazynowania, niski koszt i zasobność zaopatrzenia. Korzystnie, hydronadtlenek będzie substancją łagodną. Dalej, korzystne jest aby związek hydronadtlenkowy nie reagował albo nie tworzył niepożądanych produktów ubocznych podczas palenia.

Korzystne związki hydronadtlenkowe są stabilne w kompozycjach ciętego wypełniacza albo w papierosach, w typowej temperaturze pokojowej oraz ciśnieniu, jak również w warunkach przedłużonego magazynowania. Korzystne związki hydronadtlenkowe obejmują nieorganiczne związki hydronadtlenkowe, które rozpadają się podczas palenia papierosa, tworząc tlenki metalu. Na przykład, w następującej reakcji, M oznacza metal:

M-O-O-H M₂O₃ + H₂O

Ewentualnie, jeden albo więcej hydronadtlenek może także być zastosowany jako mieszanina albo w połączeniu, gdzie hydronadtlenki mogą być różnymi związkami chemicznymi albo różnymi postaciami tych samych hydronadtlenków metalu. Korzystne związki hydronadtlenkowe obejmują ale nie są ograniczone do: FeOOH, AlOOH, TiOOH, i ich mieszanin, przy czym FeOOH jest w szczególności korzystny. Inne korzystne związki hydronadtlenkowe obejmują te, które są zdolne do rozpadu z wytworzeniem co najmniej jednego produktu wybranego z grupy składającej się z Fe2O3, Al2O3,

TiO₂, i ich mieszanin. Hydronadtlenki obejmują FeOOH, w szczególności w postaci α-FeOOH (getyt); jednakże można także zastosować inne postacie FeOOH, takie jak γ-FeOOH (lepidocrocit), β-FeOOH (akageneit), i δ'-FeOOH (feroxyhit). Inne korzystne hydronadtlenki obejmują γ-AlOOH (bemit) i a-AlOOH (diaspor). Związek hydronadtlenkowy może być wytworzony przy zastosowaniu jakiejkolwiek odpowiedniej techniki, albo otrzymany od dostawcy handlowego, takiego jak Aldrich Chemical Company, Milwaukee, Wisconsin.

FeOOH jest korzystny ponieważ wytwarza Fe2O3 po rozpadzie termicznym. Fe2O3 jest korzystnym katalizatorem/utleniaczem ponieważ, wiadomo, że nie wytwarza żadnych niepożądanych produktów ubocznych, i będzie prosto redukować się do FeO albo Fe po reakcji. Dalej, gdy stosuje się Fe2O3 jako utleniacz/katalizator, nie będzie on ulegać przetworzeniu do substancji szkodliwych dla środowiska. Dodatkowo, można uniknąć stosowania metali szlachetnych jako że zarówno Fe2O3 jak i nanocząstki Fe2O3 są ekonomiczne i łatwo dostępne. Ponadto, Fe2O3 jest w stanie działać zarówno jako utleniacz w konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla i jako katalizator konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla.

Wybierając związek hydronadtlenkowy, można wziąć pod uwagę różne rozważania termodynamiczne, w celu zapewnienia, by utlenianie i/lub kataliza mogły przebiegać wydajnie, jak stanie się to jasne dla fachowca. Na przykład, Figura 1 przedstawia analizę termodynamiczną zależności temperaturowej swobodnej energii Gibbsa i entalpii utleniania tlenku węgla do dwutlenku węgla. Figura 2 pokazuje zależność temperaturową procentu konwersji dwutlenku węgla na węglu, z wytworzeniem tlenku węgla.

Następujące równania termodynamiczne są użyteczne do analizowania granic odpowiednich reakcji i ich zależności od temperatury:

dla p = 1 atm

C_p = a + b-y + c-y² + d-y² w J/ (mol-K)

H = 10³[H+ + a-y + (b/2)-y² - C-y^-1 + (d/3)-y³] w J/mol

S = S+ + a-ln(T/K) + b-y - (c/2)-y^-2 + (d/2)-y² w J/(mol-K)

G = 10³[H+ - S+-y - a-y-ln (T-1) - (b/2)-y² - (c/2)-y^-1 - (d/6)-y³] w J/mol gdzie y = 10^-3T, Cp oznacza ciepło właściwe, S oznacza entropię bezwzględną, G oznacza energię swobodną Gibbsa, a S⁺, H⁺ , a, b, c i d są stałymi dla poszczególnych substancji. Wartości S⁺, H⁺ , a, b, c i d podano dla wybranych substancji w tabeli 1.

Stałą równowagi K_e można obliczyć z AG: K_e = exp[- AG/(R-T)], gdzie AG oznacza energię swobodną Gibbsa reakcji i R oznacza stałą gazową. Dla niektórych reakcji, albo procentu konwersji, a, można obliczyć z K_e.

PL 213 105 B1

T a b e l a 1:

Parametry i stałe termodynamiczne

	a	b	c	d	H+	S+
C (grafit)	0,109	38,940	-0,146	-17,385	-2,101	-6,546
CO (gaz)	30,962	2,439	-0,280		-120,809	18,937
CO2 (gaz)	51,128	4,368	-1,469		-413,886	-87,937
O2 (gaz)	29,154	6,477	-0,184	-1,017	-9,589	36,116
FeO (ciało stałe)	48,794	8,372	-0,289		-281,844	-222,719
Fe3O4 (ciało stałe)	91,558	201,970			-1151,755	-435,650
Fe2O3 (ciało stałe)	98,278	77,818	-1,485		-861,153	-504,059
FeOOH (ciało stałe)	49,371	83,680			-576,585	-245,871
H2O (para)	34,376	7,841	-0,423		-253,871	-11,75
H2 (gaz)	26,882	3,568	0,105		-7,823	-22,966

Figura 3 przedstawia porównanie zmian swobodnej energii Gibbsa różnych reakcji z udziałem węgla, tlenku węgla, dwutlenku węgla, i tlenu. Jak pokazano na wykresie, zarówno reakcje utleniania węgla do tlenku węgla, i utleniania tlenku węgla do dwutlenku węgla są termodynamicznie korzystne.

Utlenianie węgla do dwutlenku węgla jest bardziej korzystne, zgodnie z AG reakcji. Utlenianie tlenku węgla do dwutlenku węgla jest także bardzo korzystne. Dlatego też, w strefie spalania, dwutlenek węgla powinien być głównym produktem, o ile nie występuje tam niedobór tlenu. Jak pokazano na Figurze 3, w warunkach deficytu tlenu, dwutlenek węgla może być redukowany do tlenku węgla przez węgiel. Istnieje także możliwość, że dwutlenek węgla może być redukowany do tlenku węgla przez wodór, ponieważ wodór jest także wytwarzany w procesie spalania.

Figura 4 przedstawia procent dwutlenku węgla przekształconego w tlenek węgla, przez, odpowiednio, węgiel i wodór, w warunkach deficytu tlenu w różnych temperaturach. Redukcja dwutlenku węgla przez węgiel zaczyna się około 700 K, co jest bardzo bliskie obserwacjom eksperymentalnym około 670 K. W strefie spalania, gdzie temperatura wynosi około 1070 K, jak pokazano na Figurze 4, około 80% dwutlenku węgla będzie redukować się do tlenku węgla. Podczas gdy dwutlenek węgla może być redukowany przez gazowy wodór, ta reakcja jest nieprawdopodobna, gdyż gazowy wodór szybko dyfunduje z papierosa.

Figury 5-8 ilustrują efekt zastosowania związków żelaza jako utleniacza i/lub katalizatora w papierosach do utleniania tlenku węgla do dwutlenku węgla. Jak pokazano na Figurze 5, utlenianie tlenku węgla do dwutlenku węgla jest energetycznie korzystne dla Fe2O3, nawet w temperaturze pokojowej. W temperaturze wyższej, utlenianie węgla przez Fe2O3 również staje się energetycznie korzystne. Podobne zależności obserwuje się dla reakcji Fe3O4 z węglem i tlenkiem węgla, ale ogólnie reakcje z Fe3O4 są mniej korzystne energetycznie niż w przypadku Fe2O3. Konkurencja węgla z tlenkiem węgla nie powinna być znacząca, gdyż reakcja z węglem jest reakcją typu ciało stałe-ciało stałe, która zwykle nie może przebiegać, o ile temperatura nie jest bardzo wysoka.

Figura 6 przedstawia zależność temperaturową konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla. Dla Fe2O3, procent konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla może sięgać prawie 100% w szerokim zakresie temperatur, zaczynając od temperatury otoczenia. Fe3O4 jest mniej skuteczne. Pożądane jest zastosowanie świeżo przygotowanego Fe2O3 w celu utrzymania wysokiej aktywności. Jedną z możliwych dróg, pozwalających to uzyskać, jest wytwarzanie Fe2O3 in situ z hydronadtlenku żelaza, takiego

PL 213 105 B1 jak FeOOH. Podczas gdy FeOOH jest stabilny w temperaturze otoczenia, będzie rozkładać się termicznie, tworząc Fe2O3 i wodę, w temperaturach około 470 K. Obliczenia termodynamiczne potwierdzają, że rozkład jest procesem termodynamicznie korzystnym, jak pokazano na Figurze 7.

Inną korzyścią płynącą z zastosowania FeOOH zamiast Fe2O3 jako utleniacza, jest to, że rozkład FeOOH jest endotermiczny w szerokim zakresie temperatur, jak pokazano na Figurze 8. Zatem, ciepło zużywane w rozkładzie jest większe niż ciepło wytwarzane w redukcji Fe2O3 przez tlenek węgla. Ostatecznym wynikiem jest niewielki spadek temperatury w strefie spalania, który również przyczynia się do zmniejszenia stężenia tlenku węgla w głównym strumieniu dymu.

Podczas spalania, wytwarzane jest także NO w głównym strumieniu dymu, w stężeniu około 0,45 mg/papieros. Jednakże, NO może być redukowane przez tlenek węgla według następujących reakcji:

2NO + CO N₂O + CO₂N₂O + CO N2 + CO2

Tlenek żelaza, zarówno w postaci zredukowanej Fe3O4 jak i w postaci utlenionej Fe2O3, działa jako dobry katalizator dla tych dwu reakcji, w temperaturze w pobliżu około 300°C. Dlatego też, dodatek tlenku żelaza, albo jego wytworzenie in situ w papierosie podczas palenia może równie dobrze, potencjalnie zmniejszać stężenie NO w głównym strumieniu dymu.

W korzystnej postaci wykonania wynalazku, związek hydronadtlenkowy i/lub produkt wytworzony z rozkładu hydronadtlenku podczas spalania albo palenia występuje w postaci nanocząstek. Przez „nanocząstki” należy rozumieć, że cząstki posiadają średni rozmiar cząstek mniejszy od mikrona. Korzystny średni rozmiar cząstek wynosi mniej niż 500 nm, korzystniej mniej niż około 100 nm, jeszcze korzystniej mniej niż około 50 nm, i najkorzystniej mniej niż około 5 nm. FeOOH posiada powierzchnię

2 2 2 właściwą od około 20 m^{I 2}/kg do około 400 m²/g, albo korzystniej od około 200 m²/g do około 300 m²/g.

Figura 9 przedstawia porównanie aktywności katalitycznej nanocząstek Fe₂O₃ (NANOCAT® Superfine Iron Oxide (SFIO) z MACH I, INC., King of Prussia, PA) posiadających średni rozmiar cząsteczek około 3 nm, ze sproszkowanym Fe2O3 (z Aidrich Chemical Company) posiadającym średni rozmiar cząsteczek około 5 ąm. Nanocząstki Fe₂O₃ wykazują o wiele większy procent konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla niż Fe₂O₃ posiadające średni rozmiar cząstek około 5 ąm. Takie wyniki można także uzyskać przy zastosowaniu cząstek FeOOH, które rozkładają się podczas palenia, wytwarzając nanocząstki Fe2O3 in situ.

Jak pokazano schematycznie na Figurze 10, nanocząstki Fe2O3 działają jako katalizator w strefie pirolizy, i działają jako utleniacz w obszarze spalania. Figura 11A pokazuje różne strefy temperatury w zapalonym papierosie, i Figury 11B, 11C i 11D, pokazują odpowiednie ilości tlenu, dwutlenku węgla i tlenku węgla w każdym obszarze papierosa podczas palenia. Podwójna funkcja utleniacz/katalizator i zakres temperatur reakcji czyni Fe2O3 korzystnym utleniaczem/katalizatorem do wytwarzania in situ. Również, podczas palenia papierosa, Fe2O3 może być stosowane początkowo jako katalizator (to jest, w obszarze pirolizy), i następnie jako utleniacz (to jest, w obszarze spalania).

Przy zastosowaniu kwarcowego, przepływowego reaktora rurowego przeprowadzono różnorodne eksperymenty w celu dalszego zbadania termodynamiki i kinetyki różnych katalizatorów. Równanie kinetyczne kontrolujące te reakcje jest następujące:

ln(1-x) = -A0e^-(Ea/RT\ s-1/F) gdzie zmienne zdefiniowano następująco: x = procent tlenku węgla przekształconego w dwutlenek węgla A₀ = czynnik przedwykładniczy, 5x10^-6 s^-1

R = stała gazowa, 1,987x10^-3 kcal/(moLK)

Ea = energia aktywacji, 14,5 kcal/mol ₂ s = przekrój rury przepływowej, 0,622 cm²

I = długość katalizatora, 1,5 cm ₃

F = szybkość przepływu, w cm³/s

Schemat kwarcowego, rurowego reaktora przepływowego, odpowiedniego do przeprowadzenia takich badań, pokazano na Figurze 12. Jednym z końców reaktora można wprowadzić hel i mieszaniny tlen/hel i/lub tlenek węgla/hel. W reaktorze umieszczono wełnę kwarcową z napylonym katalizatorem albo prekursorem katalizatora, takim jak Fe2O3 albo FeOOH. Produkty opuszczają reaktor drugim

PL 213 105 B1 końcem, który zawiera wylot i rurkę kapilarną do kwadrupolowego spektrometru mas („QMS”). Można zatem określić względne ilości produktów dla różnorodnych warunków reakcji.

Figura 13 przedstawia wykres intensywności QMS względem temperatury dla testu, w którym nanocząstki Fe3O3 zastosowano jako katalizator dla reakcji tlenku węgla z tlenem, prowadzącej do wytworzenia dwutlenku węgla. W teście, około 82 mg nanocząstek Fe3O3 umieszczono w kwarcowym, rurowym reaktorze przepływowym. Dostarczono tlenek węgla w stężeniu 4% w helu, przy szybkości przepływu około 270 ml/min, i dostarczono tlen w 21% stężeniu w helu, przy szybkości przepływu około 270 ml/min. Szybkość ogrzewania wynosiła około 12,1 K/min. Jak pokazano na tym wykresie, nanocząstki Fe3O3 są skuteczne w przekształcaniu tlenku węgla w dwutlenek węgla w temperaturach powyżej około 500 K.

Figura 14 przedstawia wykres intensywności QMS względem czasu dla testu, w którym nanocząstki Fe2O3 badano jako utleniacz dla reakcji Fe2O3 z tlenkiem węgla, prowadzącej do wytworzenia dwutlenku węgla oraz FeO. W teście, około 82 mg nanocząstek Fe2O3 umieszczono w kwarcowym, rurowym reaktorze przepływowym. Dostarczono tlenek węgla w 4% stężeniu w helu, przy szybkości przepływu około 270 ml/min, i szybkość ogrzewania wynosiła około 137 K/min do temperatury maksymalnej 730 K. Jak sugerują dane pokazane na Figurach 13 i 14, nanocząstki Fe2O3 są skuteczne w konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla w warunkach podobnych do tych, występujących podczas palenia papierosa.

Figury 15A i 15B są wykresami pokazującymi rzędy reakcji tlenku węgla i dwutlenku węgla z Fe2O3 jako katalizatorem. Figura 16 przedstawia pomiar energii aktywacji i współczynnika przedwykładniczego dla reakcji tlenku węgla z tlenem, prowadzącej do wytwarzania dwutlenku węgla, przy zastosowaniu nanocząstek Fe2O3 jako katalizatora dla reakcji. Poddając logarytmowaniu równanie kinetyczne kontrolujące reakcje omawiane powyżej i sporządzając wykres ln(-ln(1-x) w funkcji 1/T, gdzie gradient linii prostej łączącej punkty danych wynosi -Ea/R, a punkt przy którym linia prosta odcina oś pionową oznacza In(Ao-s-1 /F), można obliczyć energię aktywacji E_a oraz współczynnik przedwykładniczy A0. Na fig. 16 linia prosta łącząca punkty danych jest pokazana jako y=13,837-7502,1x, gdzie y oznacza współrzędną na osi pionowej, a x oznacza współrzędną na osi poziomej. 13,837 oznacza punkt, w którym linia prosta odcina linię pionową, a -7502,1 oznacza gradient linii prostej. Współczynnik korelacji pomiędzy linią prostą a punktami danymi wynosi 0,99674, który wskazuje iż linia prosta jest dokładną reprezentacją danych.

Podsumowanie energii aktywacji umieszczono w Tabeli 2.

T a b e l a 2.

Podsumowanie energii aktywacji i czynników przedwykładniczych.

	Szybkość przepływu (ml/min)		O2 %	A0	Ea (kcal/mol)
1	300	1,32	1,34	1,8x10⁷	14,9
2	900	1,32	1,34	8,2x10⁶	14,7
3	1000	3,43	20,6	2,3x10⁶	13,5
4	500	3,43	20,6	6,6x10⁶	14,3
5	250	3,42	20,6	2,2x10⁷	15,3

średnia				5x10⁶	14,5

odnośnik
1	faza gazowa				39,7
2	2% Au/TiO2				7,6
3	2,2% Pd/Al2Oa				9,6

PL 213 105 B1

Figura 17 przedstawia zależność temperaturową szybkości konwersji tlenku węgla przy użyciu 50 mg nanocząstek Fe2O3 jako katalizatora w kwarcowym reaktorze rurowym, dla szybkości przepływu 300 ml/min i 900 ml/min odpowiednio.

Figura 18 przedstawia badania zanieczyszczenia i dezaktywacji dla wody przy zastosowaniu 50 mg nanocząstek Fe2O3 jako katalizatora w kwarcowym reaktorze rurowym. Jak można zobaczyć na wykresie, w porównaniu z krzywą 1 (bez wody), obecność do 3% wody (krzywa 2) ma mały wpływ na zdolność nanocząstek Fe2O3 do przetwarzania tlenku węgla do dwutlenku węgla.

Figura 19 pokazuje rurowy reaktor przepływowy, naśladujący papieros, do oszacowania różnych katalizatorów nanocząstkowych. Tabela 3 przedstawia porównanie stosunku tlenku węgla do dwutlenku węgla, i procentu wyczerpania tlenu, przy zastosowaniu nanocząstek Al2O3 i Fe2O3.

T a b e l a 3.

Porównanie nanocząstek Al2O3 i Fe2O3

Nanocząstka	CO/CO2	Wyczerpanie O2 (%)
brak	0,51	48
AI2O3	0,40	60
Fe2O3	0,23	100

W nieobecności nanocząstek, stosunek tlenku węgla do dwutlenku węgla wynosi około 0,51 i wyczerpanie tlenu wynosi około 48%. Dane w Tabeli 3 ilustrują ulepszenie otrzymane za pomocą nanocząstek. Stosunek tlenku węgla do dwutlenku węgla spada do 0,40 i 0,23 dla nanocząstek, odpowiednio, Al2O3 i Fe2O3. Wyczerpanie tlenu zwiększa się do 60% i 100% dla nanocząstek, odpowiednio, Al2O3 i Fe2O3.

Figura 20 przedstawia wykres intensywności QMS względem temperatury w teście, który pokazuje ilości wytworzonego tlenku węgla i dwutlenku węgla w nieobecności katalizatora. Figura 21 przedstawia wykres intensywności QMS względem temperatury w teście, który pokazuje ilości wytworzonego tlenku węgla i dwutlenku węgla, przy zastosowaniu nanocząstek Fe2O3 jako katalizatora. Jak można zobaczyć, porównując Figurę 20 i Figurę 21, obecność nanocząstek Fe2O3 zwiększa stosunek dwutlenku węgla do obecnego tlenku węgla, i zmniejsza ilość obecnego tlenku węgla.

Związki hydronadtlenkowe, jak opisano powyżej, można dostarczyć wzdłuż długości pręta tytoniowego przez rozprowadzenie związków hydronadtlenkowych na tytoniu albo wprowadzenie ich do ciętego wypełniacza tytoniowego przy zastosowaniu jakiegokolwiek odpowiedniego sposobu. Związki hydronadtlenkowe można dostarczyć w postaci sproszkowanej albo w roztworze w postaci na przykład zawiesiny. W korzystnym sposobie, związki hydronadtlenkowe w postaci proszku są napylane na ciętym wypełniaczu tytoniowym. Związki hydronadtlenkowe mogą być także obecne w postaci roztworu albo zawiesiny, i mogą być natryskiwane na cięty wypełniacz tytoniowy. Inaczej, tytoń może być powleczony roztworem zawierającym związki hydronadtlenkowe. Związki hydronadtlenkowe można dodać do wsadu ciętego wypełniacza tytoniowego, doprowadzanego do maszyny wytwarzającej papierosy albo dodać do pręta tytoniowego przed owinięciem papieru papierosowego wokół pręta papierosowego.

Związki hydronadtlenkowe będą korzystnie rozprowadzone wszędzie w części pręta tytoniowego papierosa i ewentualnie filtra papierosa. Dzięki dostarczeniu związków hydronadtlenkowych na całym pręcie tytoniowym, możliwe jest zmniejszenie ilości tlenku węgla wszędzie w papierosie, i w szczególności zarówno w obszarze spalania jak i strefie pirolizy.

Ilość związku hydronadtlenkowego, który należy zastosować można określić, prowadząc doświadczenia rutynowe. Korzystnie, produkt wytworzony z rozkładu hydronadtlenku podczas spalania kompozycji ciętego wypełniacza jest obecny w ilości skutecznej do konwersji co najmniej 50% tlenku węgla do dwutlenku węgla. Korzystnie, ilość hydronadtlenku będzie wynosić od około kilku miligramów, na przykład, 5 mg/papieros, do około 200 mg/papieros. Korzystniej, ilość hydronadtlenku będzie wynosić od około 40 mg/papieros do około 100 mg/papieros.

Jedna z postaci wykonania wynalazku dotyczy kompozycji ciętego wypełniacza, zawierającej tytoń i co najmniej jeden związek hydronadtlenkowy, przy czym co najmniej jeden związek hydronadtlenkowy obejmuje FeOOH jak opisano powyżej, który jest w stanie działać jako utleniacz w konwersji

PL 213 105 B1 tlenku węgla do dwutlenku węgla i jako katalizator konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla. W ciętym wypełniaczu można zastosować jakąkolwiek odpowiednią mieszaninę tytoniu. Przykłady odpowiednich typów materiałów tytoniowych obejmują tytonie konserwowane piecowo (flue-cured), Burley, Maryland albo Oriental, tytonie rzadkie albo specjalne, i ich mieszanki. Materiał tytoniowy można dostarczyć w postaci blaszek tytoniu, poddanych obróbce materiałów tytoniowych, takich jak tytoń rozszerzony objętościowo albo dmuchany, poddanych obróbce łodyg tytoniu, takich jak łodygi cięte-walcowane albo cięte-dmuchane, przetworzonych materiałów tytoniowych; albo ich mieszanek. Wynalazek można także zrealizować przy użyciu substytutów tytoniu.

W wytwarzaniu papierosa, tytoń jest zwykle stosowany w postaci ciętego wypełniacza, to jest w postaci strzępów albo nitek ciętych na szerokość w zakresie od około 2,5 mm (1/10 cala) do około 0,6 mm (1/40 cala) albo nawet 1/40 cala. Długość nitek leży w zakresie od około 6 mm (0,25 cali) do około 75 mm (3,0 cali). Papierosy mogą ponadto zawierać jeden albo więcej znanych środków poprawiających smak albo innych środków dodatkowych (np. _środków dodatkowych wspomagających palenie, środków modyfikujących spalanie, środków barwiących, spoiw, i temu podobnych).

Inna postać wykonania wynalazku dotyczy papierosa zawierającego pręt tytoniowy, w którym pręt tytoniowy zawiera cięty wypełniacz posiadający co najmniej jeden związek hydronadtlenkowy, przy czym co najmniej jeden związek hydronadtlenkowy obejmuje FeOOH jak opisano powyżej, który jest w stanie rozpadać się podczas palenia, wytwarzając produkt, który jest zdolny do działania jako utleniacz w konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla i jako katalizator konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla. Techniki wytwarzania papierosów są znane. Do wprowadzenia związków hydronadtlenkowych można zastosować jakąkolwiek typową albo zmodyfikowaną technikę wytwarzania papierosów. Otrzymane papierosy mogą być produkowane w jakiejkolwiek pożądanej specyfikacji przy zastosowaniu typowej albo zmienionej techniki i wyposażenia do wytwarzania papierosów. Zwykle, kompozycja ciętego wypełniacza według wynalazku jest ewentualnie łączona z innymi środkami dodatkowymi do papierosów, i dostarczana do maszyny wytwarzającej papierosy, w celu wytworzenia pręta tytoniowego, który jest następnie zawijany w papier do papierosów, i ewentualnie zakończony filtrem.

Papierosy według wynalazku mogą mieć długość w zakresie od około 50 mm do około 120 mm. Ogólnie, regularny papieros ma około 70 mm długości, „King size” ma około 85 mm długości, „Super King Size” ma około 100 mm długości, i „Long” ma zwykle około 120 mm długości. Obwód wynosi od około 15 mm do około 30 mm, i korzystnie około 25 mm. Gęstość upakowania leży zwykle w zakresie

3 3 3 od około 100 mg/cm³ do około 300 mg/cm³, i korzystnie 150 mg/cm³ do około 275 mg/cm³.

Sposoby palenia papierosa opisanego powyżej obejmują zapalenie papierosa w celu wytworzenia dymu i wziewanie dymu, w którym podczas palenia papierosa, związek hydronadtlenkowy rozpada się podczas palenia, wytwarzając związek, który działa jako utleniacz w konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla i/lub jako katalizator konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla.

„Palenie” papierosa oznacza ogrzewanie albo spalanie papierosa w celu wytworzenia dymu, który można wdychać. Ogólnie, palenie papierosa obejmuje zapalenie jednego końca papierosa i wziewanie dymu papierosowego przez ustnik papierosa, podczas gdy tytoń zawarty w nim ulega reakcji spalenia. Jednakże, papieros można także palić innymi sposobami. Na przykład, papieros można palić przez ogrzewanie papierosa i/lub ogrzewanie przy pomocy elektrycznego podgrzewacza, jak opisano, na przykład, w powszechnie posiadanych patentach amerykańskich nr US 6,053,176; 5,934,289; 5,934,289; 5,591,368 albo 5,322,075.

Podczas gdy wynalazek został opisany w odniesieniu do korzystnych postaci wykonania, należy rozumieć, że można zastosować zmiany i odmiany jak będzie to jasne dla fachowca. Takie odmiany i zmiany należy uznać za wchodzące w obszar i zakres wynalazku, jaki określono w zastrzeżeniach dołączonych do niniejszego wynalazku.

Wszystkie wspomniane powyżej cytaty są włączone do niniejszego zgłoszenia patentowego jako odnośniki w całej swej rozciągłości w tym samym stopniu co każdy pojedynczy cytat, który został specjalnie i indywidualnie wskazany do włączenia do niniejszego zgłoszenia patentowego jako odnośnik w całej swej rozciągłości.

Claims

1. Kompozycja ciętego wypełniacza zawierająca tytoń w postaci strzępków albo nitek ciętych na szerokość w zakresie od 1/10 cala (2,54 mm) do 1/40 cala (0,635 mm) i długości w zakresie od 0,25 cali (6,35 mm) do 3,0 cali (76,2 mm), znamienna tym, że zawiera ponadto FeOOH, przy czym

FeOOH posiada średni rozmiar cząstek mniejszy niż 500 nm, a powierzchnia właściwa wynosi od

20 m²/g do 400 m²/g, i ewentualnie zawiera ponadto AlOOH zdolny do rozpadu podczas palenia papierosa z wytworzeniem Al2O3 i/lub TiOOH zdolny do rozpadu podczas palenia papierosa z wytworzeniem TiO2, i przy czym podczas spalania kompozycji ciętego wypełniacza, FeOOH jest w stanie rozpadać się, tworząc Fe2O3 zdolny do działania jako utleniacz w konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla i jako katalizator konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla.

2. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że FeOOH i/lub Fe2O3 wytworzony z rozpadu hydronadtlenku żelaza podczas spalania kompozycji ciętego wypełniacza ma średni rozmiar cząstek mniejszy od 100 nm.

3. Kompozycja według zastrz. 2, znamienna tym, że FeOOH i/lub Fe2O3 wytworzony z rozpadu hydronadtlenku podczas spalania kompozycji ciętego wypełniacza ma średni rozmiar cząstek mniejszy od 50 nm.

4. Kompozycja według zastrz. 3, znamienna tym, że FeOOH i/lub Fe3O3 wytworzony z rozpadu hydronadtlenku podczas spalania kompozycji ciętego wypełniacza ma średni rozmiar cząstek mniejszy od 5 nm.

5. Papieros zawierający pręt tytoniowy zawinięty w papierową obwolutę i ewentualnie zakończony filtrem, w którym pręt tytoniowy zawiera kompozycję ciętego wypełniacza, zawierającą tytoń w postaci strzępków albo nitek ciętych na szerokość w zakresie od 1/10 cala (2,54 mm) do 1/40 cala (0,635 mm) i długości w zakresie od 0,25 cali (6,35 mm) do 3,0 cali (76,2 mm), znamienny tym, że kompozycja ciętego wypełniacza zawiera ponadto FeOOH, przy czym FeOOH posiada średni rozmiar cząstek mniejszy niż 500 nm, i powierzchnię właściwą wynoszącą od 20 m²/g do 400 m²/g, i ewentualnie zawiera ponadto AlOOH zdolny do rozpadu podczas palenia papierosa z wytworzeniem Al2O3 i/lub TiOOH zdolny do rozpadu podczas palenia papierosa z wytworzeniem TiO2, przy czym papieros zawiera od 5 mg do 200 mg FeOOH, oraz tym że podczas palenia papierosa, FeOOH jest w stanie rozpadać się, tworząc Fe2O3 zdolny do działania jako utleniacz w konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla i jako katalizator konwersji tlenku węgla do dwutlenku węgla, i przy czym papieros ma długość od 50 mm do 120 mm i obwód w zakresie od 15 mm do 30 mm oraz ewentualnie zawiera ponadto jeden albo więcej środków poprawiających smak lub innych środków dodatkowych korzystnie wybranych spośród środków dodatkowych wspomagających palenie, środków modyfikujących spalanie, środków barwiących lub spoiw.

6. Papieros według zastrz. 5, znamienny tym, że FeOOH i/lub Fe2O3 wytworzony z rozpadu FeOOH podczas palenia papierosa ma średni rozmiar cząstek mniejszy od 100 nm.

7. Papieros według zastrz. 6, znamienny tym, że FeOOH i/lub Fe2O3 wytworzony z rozpadu FeOOH podczas palenia papierosa ma średni rozmiar cząstki mniejszy niż 50 nm.

8. Papieros według zastrz. 7, znamienny tym, że FeOOH i/lub Fe2O3 wytworzony z rozpadu FeOOH podczas palenia papierosa ma średni rozmiar cząstki mniejszy niż 5 nm.

9. Papieros według zastrz. 5, znamienny tym, że papieros zawiera od 40 mg do 100 mg FeOOH na papieros.