卷烟烟气中氢氰酸的研究进展

朱艳艳

摘要：氢化氰(HCN)是卷烟主流烟气中七种代表性的有害物质之一，是卷烟烟气中最具纤毛毒性的物质。本文对HCN的检测手段及脱除方法进行了简要的概述，其中脱除方法主要包括吸收法、吸附法、催化分解法、生物添加剂法及中草药添加剂法等，并对未来HCN的降低研究方向进行了展望，以期为深入研究HCN的降低技术提供参考依据。

关键词：HCN；主流烟气；脱除

前言

HCN是卷烟主流烟气中的有害成分之一，主要来源于烟草中的氨基酸、蛋白质、硝酸盐等多种含氮化合物的高温分解，尤其是脯氨酸、甘氨酸和氨基二羧酸的热裂解。此外，氮化合物和土壤生物的生化作用也会产生HCN。HCN之所以对人体有很大危害是因为它是多种呼吸酶活跃的抑制剂。HCN进入人体后，解离出的CN-容易与人体内的氧化型细胞色素氧化酶中的Fe3+结合，使细胞组织无法正常获得氧气，产生窒息性缺氧。虽然HCN在主流烟气中的含量较低，但烟气中的HCN是公认地对呼吸道和心脑血管有害的成分。因此，为了降低HCN对人体的危害，国内外对于如何定量检测分析HCN进行了大量研究，也提出了各种脱除方法。

 1.烟气中HCN的检测技术 

目前烟草行业定量分析检测卷烟主流烟气中HCN的方法主要有比色法、原子吸收分光光度法、氰离子选择电极法、气相色谱法及离子液相色谱法等，这些方法都存在各自的优缺点，在这里不作一一介绍。

2.烟气中HCN的脱除方法 

2.1吸收法

吸收法是目前工业上处理HCN比较成熟的一种方法。烟草中主要是通过将碱性物质加入到卷烟滤棒中，将HCN转化CN-，并对其中转化后的CN-进行无毒无害化处理。吴金凤等[1]从黄连根茎中提取黄连生物碱并将其添入卷烟滤嘴中用于降低HCN的释放量。结果证明HCN释放量的降幅随着生物碱添加量的增加而增大，且不同载体负载的黄连生物碱对HCN释放量的影响也不同，其中活性碳纤维作为载体效果最好。然而吸收法在卷烟中添加了新的物质可能会影响产品的口感和安全性能。

2.2吸附法

吸附法主要在卷烟中添加一些大比表面积、吸附能力强的功能性材料吸附HCN，如活性炭、沸石、分子筛、高分子材料、金属化合物、介孔/纳米材料等。童保云等[2]利用溶胶-凝胶法制备了掺杂Al、Cu、Mn等金属的介孔纳米复合材料，并将其作为滤棒添加剂用于HCN的吸附。结果显示复合材料具有均匀的孔级结构，能够降低烟气中HCN达25%以上。者为等[3]报道了水热法合成的MOFs多孔材料均苯三甲酸合铜(Ⅱ)，该材料具有大的比面积和高的稳定性，在卷烟应用试验中对主流烟气中HCN降低率为21.83%，且对常规烟气成分无明显影响。吸附材料中有些负载的重金属元素会产生一定的毒性，所以限制了材料在实际生产中的运用。

2.3催化降解法

目前，催化降解法作为备注关注的一种方法，此法是在滤嘴中添加有催化作用的吸附剂，促使有毒物质化学键断裂再结合转化为无毒物质。常用的材料有贵金属、非贵金属、合金以及其他改性材料。黎成勇[4]研制了两种在低温条件下催化氧化HCN为N2和CO的催化剂，催化氧化率都在90%以上，其中CuO/γ-Al2O3的催化活性最高，作者认为这可能是CuO在γ-Al2O3上有较大的覆盖率和高分散性。郭红梅等[5]利用多元醇还原法制备出了氧化亚铜/活性炭复合材料，考察了复合材料对HCN降解的最佳工艺条件，结果发现n(AC):(Cu2+)为10:1，前处理时间5h的复合材料对HCN的降解效果最好。此法由于HCN会被催化产生N2和CO，容易造成二次污染和其它危害。

2.4生物添加剂法

生物添加剂法是利用生物材料的活性基团和卷烟烟气中有害成分发生反应，如中和、配位、氧化还原等，使有毒物质被截留或转化。杨俊[6]将血红蛋白添加到卷烟滤嘴中，研究发现血红蛋白对烟气中HCN和自由基都有显著的脱除效果。吴金凤[1]等通过将黄连生物碱添加到滤嘴中研究对HCN释放量的影响，并对工艺参数进行了优化，结果显示当滤嘴中的黄连生物碱添加量为25mg/支时，卷烟烟气中的HCN释放量减少20.9%，表现出很好的降焦减害效果。生物添加剂能够有效截留HCN，但吸食中产生的焦油容易毒化生物制剂表面，降低其与HCN的反应活性。

2.5 中草药添加剂法

该添加剂法主要是利用中草药中的某些基团对HCN进行阻断或截留。谭明杰等[7]利用苦味酸检测法考察了海螵蛸对HCN的脱除效果。研究发现海螵蛸对HCN的脱除是因为海螵蛸中含有的Fe、Al、Zn等元素和CN-的配位作用降低了HCN的释放量，平均减害效果可达38.89%。由于中草药结构复杂，研究其对HCN的作用机理和机制周期比较长，且耗费成本较高，应用难以工业化。

结语

上述方法各有优劣，其中吸附法和催化氧化法对于HCN的脱除是比较经济实用的。但我们目前对于HCN的研究还不够充分，由于烟草燃烧受到很多因素的影响，其机理研究有待运用先进的技术全面分析。此外还要保证在降低烟草中有害气体时，烟碱和水分等其他常规成分不受干扰，要充分考虑减害技术和卷烟工艺的结合，防止造成产品吸味的变化。

参考文献

[1]吴金凤,李学刚,王鹏, 等.黄连生物碱复合滤嘴选择性降低卷烟烟气中的HCN[J].烟草科技,2012,(9):58-62. 

[2]童保云,陈开波,李村, 等.金属掺杂多孔氧化物选择性降低卷烟烟气HCN和苯酚研究[J].中国烟草学报,2014,(1):9-14. 

[3]者为,廖头根,王明锋, 等.均苯三甲酸合铜选择性降低卷烟主流烟气中的HCN[J].烟草科技,2014,(10):45-48.

[4]黎成勇.香烟烟气中微量氢氰酸的吸附与催化氧化脱除[D].湖南:湖南师范大学,2004.

[5]郭红梅,刘万兵,郭志勇, 等.采用炭基复合材料降解卷烟烟气中有害成分[J].山东化工,2015,44(5):165-168,

[6]杨俊．血红蛋白(血红素)降低卷烟有害成分的研究．硕士论文．合肥：合肥工业大学，2002.

[7]谭明杰.海螵蛸降低卷烟烟气中HCN释放量的研究及应用[D].江西:南昌大学,2014.