Китайские исследователи испытали углеродные нанотрубки в качестве фильтра для сигарет. Результаты оказались впечатляющими.

О вреде курения всем хорошо известно, однако человечество не может расстаться с этой пагубной привычкой. Поэтому ученым ничего не остается, как искать все более совершенные фильтры для сигарет (см., например, заметку о фильтре "Онкосорб", разработанном в Институте биохимической физики им.Н.М. Эмануэля РАН - http://www.nkj.ru/news/2805/).
Углеродные нанотрубки (УНТ) уже хорошо себя зарекомендовали в экспериментах по удалению фтора, свинца и кадмия из растворов. Логично было преположить, что такие материалы успено справятся и с извлечением разнообразных загрязнений из газовой фазы, например из сигаретного дыма.

Китайские ученые в своих исследованиях использовали оксидированные УНТ (О-УНТ). Для сравнения были взяты стандартные сорбенты – весьма распространенный в промышленности синтетический цеолит и активированный уголь.
Все сорбенты были помещены в фильтрующий мундштук сигарет. Процесс «курения» проводили автоматически в стандартных условиях, принятых в табачной промышленности для определения состава дыма. Дым пропускали через сорбенты, затем фильтры взвешивали и по разнице начального и конечного веса определяли количество, а также состав (методом хроматографии) осевших на них компонентов .

О-УНТ оказались наиболее эффективными сорбентами никотина (до 0.56 мг/сигарета) и смолы (до 13 мг/сигарета). Эффективность удаления никотина и смолы сорбентом О-УНТ составила 81,3%, активированного угля – 60,6% и цеолита – 41,3%. И это несмотря на то, что их удельная поверхность гораздо меньше (151 м2/г), чем у цеолита (766 м2/г) или активированного угля (904 м2/г).

Изображения фрагментов фильтров с О-УНТ, полученные при помощи туннельного микроскопа до и после адсорбции, позволили объяснить причину такой эффективности углеродных нанотрубок (см. рисунок). Искривленные О-УНТ длиной от сотен нанометров до микрон образуют агрегированные поры, размер которых колеблется от 3 до 40 нм, то есть они подходят для сорбции всех типов молекул табачного дыма. Часть вредных веществ адсорбируется на внутренней поверхности стенок УНТ, многие соединения (главным образом, полициклические ароматические углеводороды) сорбируются или конденсируются на внешней поверхности. Цеолит же, имеющий размеры пор 0,74 нм, может эффективно сорбировать молекулы, имеющие размер 0,73нм – нафталин, антрацен и некоторые другие, но практически не задерживает никотин, чей молекулярный размер 0,78 нм, и ряд других компонентов смолы с молекулярным размером более 0,9 нм. Размеры пор и удельная поверхность активированного угля больше, чем у цеолита, и, соответственно, эффективность удаления никотина и смолы выше, но, тем не менее, гораздо ниже, чем для О-УНТ. По мнению авторов, важную роль в повышении эффективности наноуглеродного фильтра может играть капиллярная конденсация некоторых компонентов в УНТ.

Исследователи оценили оптимальное количество О-УНТ в фильтре сигареты для наиболее эффективного удаления и никотина, и смолы, которое оказалось равным 20-30 мг. Даже если стоимость сигареты с таким фильтром немного возрастет, польза для здоровья, очевидно, стоит таких затрат.

Наука и жизнь // Иллюстрации