Композиція наповнювача та сигарета, що містять каталізатор для зменшення вмісту монооксиду вуглецю та оксиду азоту в струмені диму, та спосіб виготовлення сигарети

1. Сигарета, що містить різаний наповнювач та каталізатор конверсії монооксиду вуглецю в діоксид вуглецю та/або оксиду азоту в азот, причому каталізатор містить металеві наночастинки та/або металооксидні наночастинки, нанесені на волокнисту основу, і ці металеві наночастинки та/або металооксидні наночастинки містять один або кілька елементів-металів, вибраних з груп IB, ІІВ, ІІІВ, IVB, VB, VIB, VIIB, VIII, ІІІА та IVA Періодичної системи елементів. 2. Сигарета за п. 1, яка відрізняється тим, що металооксидні наночастинки містять оксиди, вибрані з групи: оксид заліза, оксигідроксид заліза, оксид міді та їх суміші. 3. Сигарета за пп. 1 або 2, яка відрізняється тим, що металеві наночастинки та/або металооксидні наночастинки не містять вуглецю. 4. Сигарета за будь-яким із пп. 1-3, яка відрізняється тим, що питома поверхня металевих наночастинок та/або металооксидних наночастинок становить від 20 до 2500 м2/г. 5. Сигарета за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що металеві наночастинки та/або металооксидні наночастинки мають середній розмір частинок менше за приблизно 50 нм. 6. Сигарета за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що металеві наночастинки та/або металооксидні наночастинки мають 2 (19) 1 3 15. Сигарета за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що вміст каталізатора становить до приблизно 200 мг на сигарету. 16. Сигарета за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що різаний наповнювач містить тютюн та згаданий каталізатор. 17. Композиція різаного наповнювача, яка містить тютюн та каталізатор конверсії монооксиду вуглецю в діоксид вуглецю та/або оксиду азоту в азот, причому каталізатор містить металеві наночастинки та/або металооксидні наночастинки, нанесені на волокнисту основу, і ці металеві наночастинки та/або металооксидні наночастинки містять один або кілька елементів-металів, вибраних з груп IB, IIB, ІІІВ, 1VB, VB, VIB, VIIB, VIII, ІІІА та IVA Періодичної системи елементів. 18. Спосіб виготовлення сигарети за будь-яким із пп. 1-16, який включає такі стадії: (і) додання до різаного тютюнового наповнювача, паперової обгортки з сигаретного паперу та/або до фільтра для сигарети каталізатора, який містить металеві наночастинки та/або металооксидні наночастинки, нанесені на волокнисту основу, і ці металеві наночастинки та/або металооксидні наночастинки містять один або кілька елементівметалів, вибраних з груп IB, ІІВ, ІІІВ, IVB, VB, VIB, VIIB, VIII, IIIA та IVA Періодичної системи елементів; (іі) подавання різаного тютюнового наповнювача у сигаретну машину для формування тютюнового стовпчика і (ііі) обгортання тютюнового стовпчика паперовою обгорткою для формування тютюнового прутка. 19. Спосіб за п. 18, який відрізняється тим, що додатково включає стадію: (iv) приєднання до тютюнового прутка фільтра для сигарети. 20. Спосіб за пп. 18 або 19, який відрізняється тим, що додатково включає одержання каталізатора шляхом поєднання металевих наночастинок та/або металооксидних наночастинок, які містять один або кілька елементів-металів, вибраних з груп IB, ІІВ, ІІІВ, IVB, VB, VIB, VIIB, VIII, ІІІА та IVA Періодичної системи елементів, та волокнистої основи, яка містить оксиди, вибрані з групи: зв'язаний оксидом карбід кремнію, оксид бору, оксид алюмінію, оксид кремнію, алюмосилікати, оксид титану, оксид ітрію, оксид церію, стекла, оксид цирконію, необов’язково стабілізовані оксидом кальцію або оксидом магнію, та їх суміші. 21. Спосіб за пп. 18, 19 або 20, який відрізняється тим, що включає одержання каталізатора шляхом поєднання металооксидних наночастинок, вибраних з групи: оксид заліза, оксигідроксид заліза, оксид міді та їх суміші, з волокнистою основою. 22. Спосіб за будь-яким з пп. 18 - 21, який відрізняється тим, що наночастинки осаджують у 82106 4 волокнисту основу та/або на неї, в кількості, меншій за кількість, що відповідає моношару таких наночастинок. 23. Спосіб за будь-яким з пп. 18-22, який відрізняється тим, що включає одержання каталізатора шляхом: поєднання металевих наночастинок та/або металооксидних наночастинок та рідини з утворенням дисперсії; поєднання утвореної дисперсії та волокнистої основи; нагрівання волокнистої основи з вилученням рідини та осадженням наночастинок у волокнисту основу та/або на неї. 24. Спосіб за п. 23, який відрізняється тим, що включає при утворенні дисперсії поєднання металевих наночастинок та/або металооксидних наночастинок, що мають середній розмір частинок менше за приблизно 50 нм, з рідиною. 25. Спосіб за пп. 23 або 24, який відрізняється тим, що включає поєднання з дисперсією волокнистої основи, що містить оксиди, вибрані з групи: зв'язаний оксидом карбід кремнію, оксид бору, оксид алюмінію, оксид кремнію, алюмосилікати, оксид титану, оксид ітрію, оксид церію, стекла, оксид цирконію, необов’язково стабілізовані оксидом кальцію або оксидом магнію, та їх суміші. 26. Спосіб за пп. 23, 24 або 25, який відрізняється тим, що включає поєднання з дисперсією волокнистої основи, що містить волокна міліметрового, мікрометрового, субмікрометрового та/або нанометрового розміру та/або каталітично активні волокна. 27. Спосіб за будь-яким з пп. 23-26, який відрізняється тим, що включає поєднання з дисперсією волокнистої основи, що містить скляні волокна та/або керамічні волокна. 28. Спосіб за будь-яким з пп. 18-22, який відрізняється тим, що включає утворення каталізатора шляхом: поєднання металовмісної сполуки-попередника з розчинником з одержанням розчину металовмісного попередника; введення волокнистої основи в контакт із розчином металовмісного попередника; висушування волокнистої основи і нагрівання волокнистої основи до температури, достатньої для термічного розкладу металовмісного попередника з утворенням наночастинок, осаджених у волокнистій основі та/або на ній. 29. Спосіб за п. 28, який відрізняється тим, що включає поєднання з металовмісною сполукоюпопередником розчинника, вибраного з групи: дистильована вода, етиловий спирт, метиловий спирт, хлороформ, альдегіди, кетони, ароматичні вуглеводні та їх суміші. Цей винахід стосується взагалі способів зниження вмісту таких компонентів, як монооксид вуглецю, в головному струмені диму сигарети при курінні. Більш конкретно, цей винахід стосується композицій різаного наповнювача, сигарет, способів виготовлення сигарет та способів куріння сигарет, які включають застосування нанодисперсних домішок, здатних зменшити кількість різноманітних компонентів у тютюновому димі. У нижченаведеному описі згадуються конкретні конструкції та способи, однак такі згадки не слід завжди сприймати як визнання того, що вони кваліфіковані як відомі, у сенсі патентного законодавства. Заявники залишає за собою право доводити, що такі обговорювані конструкції та способи не належать до рівня техніки. Вироби для куріння, такі як сигарети або сигари, утворюють головний струмінь диму під час затягування, а бічний струмінь диму під час статичного горіння. Одним зі складників як головного струменя диму, так і бічного струменя диму є монооксид вуглецю (СО). Вміст монооксиду вуглецю у димові бажано зменшувати. Каталізатори, сорбенти, та/або окиснювачі для виробів для куріння описані у таких документах: патент США №6,371,127, виданий на ім'я Снайдер (Snider) та інших, патент США №6,286,516, виданий на ім'я Боуен (Bowen) та інших, патент США №6,138,684, виданий на ім'я Ямадзакі (Yamazaki) та інших, патент США №5,671,758, виданий на ім'я Ронгвед (Rongved), патент США №5,386,838, виданий на ім'я Куїнсі ЛІ (Quincy, III) та інших, патент США №5,211,684, виданий на ім'я Шеннон (Shannon) та інших, патент США №4,744,374, виданий на ім'я Деффевез (Deffeves) та інших, патент США №4,453,553, виданий на ім'я Кон (Cohn), патент США №4,450,847, виданий на ім'я Оуенс (Owens), патент США №4,182,348, виданий на ім'я Зеехофер (Seehofer) та інших, патент США №4,108,151, виданий на ім'я Мартін (Martin) та інших, патент США №3,807,416, а також патент США №3,720,214. Опубліковані заявки WO 02/24005, WO 87/06104, WO 00/40104 та публікації патентних заявок США 2002/0002979 А1, 2003/0037792 А1 та 2002/0062834 А1 також мають відношення до каталізаторів, сорбентів та/або окиснювачів. Описане застосування заліза та/або оксиду заліза у тютюнових виробах (наприклад, у патентах США №4,197,861; №4,489,739 та №5,728,462). Оксид заліза описаний як барвник (наприклад, у патентах США №4,119,104; №4,195,645; №5,284,166), а також як регулятор горіння (наприклад, у патентах США №3,931,824; №4,109,663 та №4,195,645) і застосований з метою поліпшення смаку, кольору та/або зовнішнього вигляду (наприклад, у патентах США №6,095,152; №5,598,868; №5,129,408; №5,105,836 та №5,101,839). Незважаючи на розробки, здійсненні до цього часу, залишається потреба у вдосконаленні та підвищенні ефективності композицій та способів зменшення кількості монооксиду вуглецю у головному струмені диму виробу для куріння під час куріння. Пропонуються композиції різаного тютюнового наповнювача, наповнювачі сигарет та/або сигаретний папір, сигарети, способи виготовлення сигарет та способи куріння сигарет, які передбачають застосування каталізаторів для конверсії монооксиду вуглецю в головному струмені диму сигарети у діоксид вуглецю та/або конверсії оксиду азоту в головному струмені диму сигарети в азот. Один із варіантів винаходу пропонує композицію різаного наповнювача, яка містить тютюн та каталізатор для конверсії монооксиду вуглецю в головному струмені диму сигарети у діоксид вуглецю та/або конверсії оксиду азоту в головному струмені диму сигарети в азот, причому згаданий каталізатор містить металеві наночастинки та/або металооксидні наночастинки, нанесені на волокнисту основу. Інший варіант здійснення винаходу пропонує сигарету, яка містить різаний наповнювач та каталізатор, здатний конвертувати монооксид вуглецю в головному струмені диму у діоксид вуглецю та/або оксид азоту в головному струмені диму в азот, причому згаданий каталізатор містить металеві наночастинки та/або металооксидні наночастинки, нанесені на волокнисту основу. Ще один варіант здійснення винаходу пропонує спосіб виготовлення сигарети, який включає (і) додання каталізатора до різаного тютюнового наповнювача, паперової обгортки сигарети та/або до фільтру для сигарети, причому згаданий каталізатор містить металеві наночастинки та/або металооксидні наночастинки, нанесені на волокнисту основу; (іі) подавання різаного наповнювача в сигаретну машину для формування тютюнового стовпчика; (ііі) обгортання тютюнового стовпчика паперовою обгорткою для формування тютюнового прутка; і (iv) факультативне приєднання фільтра для сигарет до тютюнового прутка для формування сигарети. Сигарети, виготовлені за цим винаходом, у варіантах, яким віддають перевагу, містять до приблизно 200мг або більше згаданого каталізатора на сигарету. У варіанті здійснення, якому віддають перевагу, згадані металеві наночастинки та/або металооксидні наночастинки містять елементиметали, вибрані з групи, яку складають елементи груп IB-VIIB, VIII, ІІΙΑ та ІVA Періодичної системи елементів та їх суміші. Наприклад, металооксидні наночастинки можуть містити оксид заліза, оксигідроксид заліза та оксид міді, а також їх суміші. Металеві наночастинки та/або металооксидні наночастинки можуть мати питому поверхню від приблизно 20м2/г до 2500м2/г, а середній розмір частинок є меншим за приблизно 50нм, за варіантом, якому віддають перевагу, меншим за приблизно 10нм. Хоча металеві наночастинки та/або металооксидні наночастинки можуть додатково містити вуглець, перевагу віддають металевим наночастинкам та/або металооксидним наночастинкам, вільним від вуглецю. Волокниста основа може містити жаростійкі карбіди та оксиди, вибрані з групи, яку складають зв'язаний оксидом карбід кремнію, оксид бору, оксид алюмінію, оксид кремнію, алюмосилікати, 7 оксид титану, оксид ітрію, оксид церію, стекла, оксид цирконію, факультативно стабілізовані оксидом кальцію або оксидом магнію, та їх суміші. Волокниста основа може мати питому поверхню від приблизно 0,1м2/г до 200м2/г і може містити волокна міліметрового, мікрометрового, субмікрометрового та/або нанометрового розміру. За варіантом здійснення, якому віддають перевагу, металооксидні наночастинки містять оксид заліза, оксигідроксид заліза та оксид міді, а також їх суміші. Каталізатор можна вводити в сигарету в кількості, достатній для ефективної конверсії щонайменше 10% монооксиду вуглецю в головному струмені диму в діоксид вуглецю та щонайменше 10% оксиду азоту в головному струмені диму в азот. У варіанті, якому віддають перевагу, кількість наночастинок, осаджена у та/або на волокнистій основі, менше кількості, що відповідає моношару частинок. Наприклад, каталізатор може містити від 0,1% (мас.) до 50% (мас.) наночастинок на волокнистій основі, при цьому каталізатор може бути присутнім у різаному наповнювачі, сигаретному папері та/або у фільтрі для сигарети. За способом, якому віддають перевагу, каталізатор утворюють шляхом (і) поєднання металевих наночастинок та/або металооксидних наночастинок із рідиною для одержання дисперсії; (іі) поєднання згаданої дисперсії з волокнистою основою; і (ііі) нагрівання волокнистої основи для видалення згаданої рідини та осадження наночастинок у та/або на волокнистій основі. За іншим способом, якому віддають перевагу, каталізатор утворюють шляхом (і) поєднання металовмісної сполуки-попередника з розчинником для одержання розчину металовмісного попередника; (іі) введення волокнистої основи в контакт з розчином металовмісного попередника; (ііі) висушування волокнистої основи і (iv) нагрівання волокнистої основи до температури, достатньої для термічного розкладу металовмісного попередника з утворенням наночастинок у та/або на волокнистій основі. Наприклад, дисперсію наночастинок або розчин металовмісного попередника можна нанести розбризкуванням на волокнисту основу, за варіантом, якому віддають перевагу, на нагріту волокнисту основу. Факультативно до розчину металовмісного попередника можна додати дисперсію наночастинок. Металовмісними попередниками можуть бути один або кілька β-дикетонатів металів, діонатів металів, оксалатів металів та гідроксидів металів, а метал у складі металовмісного попередника може містити щонайменше один елемент, вибраний з групи, яку складають елементи груп IBVIIB, VIII, ІІΙΑ та ІVA Періодичної системи елементів та їх суміші. Рідини, які застосовують для одержання дисперсій наночастинок, та розчинників, які застосовують для одержання розчинів металовмісних попередників, можуть включати дистильовану воду, пентани, гексани, ароматичні вуглеводні, циклогексани, ксилоли, етилацетат, толуол, бензол, тетрагідрофуран, ацетон, дисульфід вуглецю, дихлорбензоли, 82106 8 нітробензоли, піридин, метиловий спирт, етиловий спирт, бутиловий спирт, альдегіди, кетони, хлороформ, уайт-спірити та їх суміші. Металовмісний попередник можна розкладати з утворенням металевих та/або металооксидних наночастинок шляхом нагрівання до температури від приблизно 200°С до 400°С. Ще один варіант здійснення винаходу пропонує спосіб куріння описаної вище сигарети, який включає запалювання сигарети для утворення диму та просмоктування диму через сигарету, причому під час куріння сигарети вищезгаданий каталізатор діє як каталізатор для конверсії монооксиду вуглецю у діоксид вуглецю та/або конверсії оксиду азоту в азот. На Фіг.1 показано одержані методом сканувальної електронної мікроскопії (SEM) зображення каталізатора, одержаного за одним із варіантів здійснення винаходу, де наночастинки оксиду заліза осаджено на волокнисту основу з кварцової вати. На Фіг.2 ілюстровано зіставлення каталітичної активності наночастинок Fe2O3 (надтонкого оксиду заліза (SFIO) NANOCAT® фірми МАСН І, Inc., King of Prussia, PA), які мають середній розмір приблизно 3нм, та порошку Fе2О3 (фірми Aldrich Chem. Co.) з середнім розміром частинок приблизно 5мкм. На Фіг.3 показано температурну залежність ступенів конверсії, які забезпечуються наночастинками CuO та Fe2O3 як каталізаторами окиснення монооксиду вуглецю киснем з утворенням діоксиду вуглецю. Цей винахід пропонує композиції різаного тютюнового наповнювача, сигарети, способи виготовлення сигарет та способи куріння сигарет, які включають застосування каталізаторів, що містять металеві наночастинки та/або металооксидні наночастинки на волокнистій основі, для конверсії монооксиду вуглецю (СО) у діоксид вуглецю (СО2) та/або оксиду азоту (NOх) в азот (Ν2). Каталізатори здатні впливати на швидкість хімічних реакцій, наприклад, збільшувати швидкість окиснення монооксиду вуглецю до діоксиду вуглецю та/або збільшувати швидкість відновлення оксиду азоту до азоту, не беручи участь у реакціях як реагенти або як продукти реакцій. Окиснювачі здатні окиснювати реагенти, наприклад, шляхом віддавання кисню реагентам, причому сам окиснювач відновлюється. "Куріння" сигарети означає нагрівання або спалювання сигарети для утворення диму, який може просмоктуватися через сигарету. Як правило, куріння сигарети включає запалювання одного кінця сигарети і, тим часом як тютюн, що міститься в сигареті, вступає в реакцію горіння, всмоктування сигаретного диму через кінець сигарети, що вставляється в рот. Сигарету можна також курити іншими способами. Наприклад, сигарету можна курити шляхом нагрівання сигарети та/або нагрівання із застосуванням електричних нагрівальних пристроїв, як описано в патентах США 6,053,176; 5,934,289; 5,591,368 та 5,322,075. 9 Термін "головний струмінь" диму означає суміш газів, що проходить крізь тютюновий пруток та виходить з боку фільтра, тобто кількість диму, що виходить або просмоктується з кінця сигарети, який вставляється в рот під час куріння сигарети. Чинниками, що впливають на утворення та реакції монооксиду вуглецю, оксидів азоту та діоксиду вуглецю, окрім компонентів тютюну, є температура та концентрація кисню в сигареті під час куріння. Наприклад, загальна кількість монооксиду вуглецю, що утворюється під час куріння, визначається комбінацією трьох основних джерел: термічного розкладу (приблизно 30%), згоряння (приблизно 36%) та відновлення діоксиду вуглецю обвугленим тютюном (щонайменше 23%). Утворення монооксиду вуглецю шляхом термічного розкладу, яке регулюється значною мірою хімічною кінетикою, починається при температурі приблизно 180°С і закінчується приблизно при 1050°С. Утворення монооксиду та діоксиду вуглецю під час згоряння регулюється значною мірою дифузією кисню до поверхні (kа) та через посередництво реакції на поверхні (kb). При 250°С kа та kb приблизно однакові. При 400°С реакція починає регулюватися дифузією. Нарешті, відновлення діоксиду вуглецю обвугленим тютюном або активним вугіллям відбувається при температурах від приблизно 390°С і вище. Під час куріння в сигареті існують три різні зони: зона згоряння, зона піролізу/дистиляції і зона конденсації/фільтрації. Не розглядаючи теоретичні проблеми, заявник зазначає, що, на його думку, каталіз за цим винаходом може впливати на різноманітні реакції, які протікають у різних зонах сигарети під час куріння. По-перше, зона згоряння є зоною горіння сигарети, яка утворюється під час куріння сигарети, звичайно при запаленому кінці сигарети. Температура у зоні згоряння лежить у межах від приблизно 700°С до приблизно 950°С, а швидкість нагрівання може досягати 500°С/с. Концентрація кисню в зоні згоряння є низькою, оскільки кисень при згорянні тютюну витрачається на утворення монооксиду вуглецю, діоксиду вуглецю, оксиду азоту, водяної пари та різноманітних органічних сполук. Низька концентрація кисню спільно з високою температурою спричиняє відновлення діоксиду вуглецю обвугленим тютюном до монооксиду вуглецю. В цій зоні каталізатор може зумовити конверсію монооксиду вуглецю до діоксиду вуглецю як за каталітичним, так і за окиснювальним механізмами; крім того, каталізатор може зумовити конверсію оксиду азоту в азот як за каталітичним, так і за відновлювальним механізмами. Зона згоряння є сильно екзотермічною, і тепло, що вивільнюється, переноситься у зону піролізу/дистиляції. Зоною піролізу є зона за зоною згоряння, де температура лежить у межах від приблизно 200°С до приблизно 600°С. В зоні піролізу утворюється найбільша частка монооксиду вуглецю та оксиду азоту. Основною реакцією в цій зоні є піроліз (тобто термічний розклад) тютюну, при якому за рахунок тепла, що вивільнюється в зоні згоряння, утворюються монооксид вуглецю, діоксид 82106 10 вуглецю, оксид азоту, компоненти диму та активне вугілля. В цій зоні присутня певна кількість кисню, отже, згаданий каталізатор може діяти як каталізатор окиснення монооксиду вуглецю до діоксиду вуглецю та/або відновлення оксиду азоту в азот. Ця каталітична реакція починається при 150°С, а максимальна її активність досягається приблизно при 300°С. У зоні конденсації/фільтрації температура лежить у межах від температури оточуючого середовища до приблизно 150°С. Основним процесом у цій зоні є конденсація/фільтрація компонентів диму. Із сигарети дифундують певні кількості монооксиду вуглецю, діоксиду вуглецю та оксидів азоту, а в сигарету дифундує певна кількість кисню. Парціальний тиск кисню в зоні конденсації/фільтрації, як правило, не досягає рівня його в атмосфері. Згаданий каталізатор містить нанометрові металеві та/або металооксидні частинки, нанесені на волокнисту основу. Ці наночастинки можуть містити елементи-метали, вибрані з групи, яку складають елементи груп IB-VIIB, VIII, ІІІА та IVA Періодичної системи елементів та їх суміші, наприклад, В, С, Mg, ΑΙ, Si, Ті, V, Сr, Μn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Sn, Ce, Hf, Та, W, Re, Os, Ir, Pt та Аu. Волокниста основа може містити зв'язаний оксидом карбід кремнію, оксид бору, оксид алюмінію, оксид кремнію, алюмосилікати, оксид титану, оксид ітрію, оксид церію, стекла, оксид цирконію, факультативно стабілізовані оксидом кальцію або оксидом магнію, та їх суміші. Перевагу віддають безпосередньому введенню каталізатора у різаний тютюновий наповнювач, але каталізатор може бути вміщений у фільтр для сигарети або введений у сигаретний папір. Також каталізатор може міститися як у різаному тютюновому наповнювачі, так і в інших складових частинах сигарети. Наночастинки є новим класом матеріалів, відмінною рисою яких є те, що їхній середній діаметр, розмір частинки або іншого структурного домену є меншим за приблизно 100нм. Наночастинки можуть мати середній розмір, менший за приблизно 100нм, за варіантом, якому віддають перевагу, менший за приблизно 50нм, за варіантом, якому віддають найбільшу перевагу, менший за приблизно 10нм. Наночастинки мають дуже великі значення відношення поверхні до об'єму і, як наслідок, вони є сприятливими для застосування як каталізатори. Внаслідок диспергування наночастинок на волокнистій основі ці частинки є більш зручними при маніпуляціях із ними, і їх легше змішувати з різаним тютюновим наповнювачем, ніж частинки, не нанесені на основу. За способом згідно з цим винаходом наночастинки можна змішувати з різаним тютюновим наповнювачем перед його введенням в сигарету та/або під час такого введення. Волокниста основа може діяти як сепаратор, що запобігає агломерації або спіканню згаданих частинок під час згоряння різаного наповнювача. Спікання частинок сприяє небажаному подовженню зони згоряння, наслідком якого може бути надлишкове утворення СО та 11 NOх. Волокниста основа зводить до мінімуму спікання частинок і, таким чином, мінімізує подовження зони згоряння та втрати активної поверхні. Для доведення до максимуму величини поверхні наночастинок, доступної для каталізу, перевагу віддають осадженню в та/або на волокнистій основі кількості частинок, меншої за кількість, що відповідає моношару частинок. Наприклад, каталізатор може містити від 0,1% (мас.) до 50% (мас.) наночастинок на волокнистій основі. Активність каталізатора (окиснювача) можна регулювати шляхом варіювання кількості наночастинок на волокнистій основі. При осадженні кількості наночастинок, меншої за кількість, що відповідає моношару частинок, імовірність спікання сусідніх частинок знижується. Синергічна комбінація каталітично активних наночастинок із каталітично активною волокнистою основою може забезпечити підвищену ефективність каталізатора. Таким чином, наночастинки, нанесені на волокнисту основу, мають ту перевагу, що уможливлюють застосування малих кількостей каталізатора для каталізу, наприклад, окиснення СО до СО2 та/або відновлення NOх до N2. За способом, якому віддають перевагу, металеві та/або металооксидні наночастинки, наприклад, наночастинки оксиду міді та/або наночастинки оксиду заліза, можна диспергувати у рідині та вводити у тісний контакт із волокнистою основою, яку потім висушують для одержання однорідної дисперсії наночастинок в або на волокнистій основі. За іншим способом, якому віддають перевагу, наночастинки можна утворювати in situ при нагріванні волокнистої основи, яка перебуває в контакті з металовмісною сполукою-попередником. Наприклад, металовмісний попередник, наприклад, пентандіонат міді, можна розчинити у розчиннику, наприклад, у спирті, та ввести в контакт із волокнистою основою. Таку імпрегновану основу можна нагріти до відносно низької температури, наприклад, до 200-400°С, при цьому внаслідок термічного розкладу металовмісного попередника в або на волокнистій основі утворюються та осаджуються металеві або металооксидні наночастинки. Прикладом металооксидних наночастинок є частинки оксиду заліза. Наприклад, фірма МАСНІ, Inc., King of Prussia, PA, постачає на ринок наночастинки Fe2О3 під торговими назвами NANOCAT® Superfine Iron Oxide (SFIO) та NANOCAT® Magnetic Iron Oxide. Продукт NANOCAT® Superfine Iron Oxide (SFIO) є аморфним оксидом заліза (III) у формі сипкого порошку з розміром частинок приблизно 3нм, питомою поверхнею приблизно 250м2/г та об'ємною густиною приблизно 0,05г/мл. Продукт NANOCAT® Superfine Iron Oxide (SFIO) синтезований парофазним методом, який забезпечує відсутність домішок, які можуть бути присутніми у звичайних каталізаторах, і є придатним для застосування у харчових продуктах, лікарських засобах та косметиці. 82106 12 Продукт NANOCAT® Magnetic Iron Oxide є сипким порошком із розміром частинок приблизно 25нм та питомою поверхнею приблизно 40м2/г. Волокниста основа може містити суміш жаростійких карбідів та оксидів, у тому числі аморфні та кристалічні форми таких волокнистих матеріалів. Прикладами класів керамічних матеріалів, які можна використовувати як волокнисті основи, є плавлений кварц та плавлений діоксид кремнію. Плавлений кварц та плавлений діоксид кремнію є однокомпонентними стеклами надвисокої чистоти. Як плавлений кварц, так і плавлений діоксид кремнію є інертними відносно більшості речовин. Плавлений кварц одержують, застосовуючи як вихідний матеріал подрібнений у порошок кристалічний кварц, і він є, як правило, прозорим, тоді як продукти з плавленого діоксиду кремнію одержують, як правило, з кварцового піску високої чистоти. В обох випадках процес плавлення виконують при високій температурі (вище 2000°С) із застосуванням будь-якого придатного способу нагрівання, наприклад, електропечей або полуменевого плавлення. Питома поверхня волокон, що застосовуються як волокнисті основи, за варіантом, якому віддають перевагу, є малою, у типових випадках менше за приблизно 200м2/г, але більше за приблизно 0,001м2/г; перевагу віддають значенням від приблизно 0,1м2/г до 200м2/г. Довжина волокон за варіантом, якому віддають перевагу, є більшою за приблизно 1см, наприклад, більше за приблизно 2,5см, проте у типових випадках менше за приблизно 25см. У варіантах, яким віддають перевагу, волокна не є переплетеними за типом тканини, але натомість зчеплені між собою випадковим чином, як у нетканих матах. Перевагу віддають застосуванню каталітично активних волокон. Для одержання наночастинок можна застосувати розклад молекулярних органічних сполук (MOD). У способі MOD вихідним матеріалом є металовмісний попередник (тобто сполука, що містить бажаний елемент-метал), розчинений у придатному розчиннику. Наприклад, у процесі можна використовувати один металовмісний попередник, який містить у молекулі один або кілька атомів металу, або ж кілька металовмісних попередників, які поєднують у розчині, одержуючи суміш розчинів. Як описано вище, спосіб MOD можна застосовувати для одержання нанометрових металевих та/або металооксидних частинок перед додаванням згаданих частинок до волокнистої основи або in situ шляхом введення волокнистої основи в контакт із розчином металовмісного попередника та термічного розкладу згаданого металовмісного попередника з утворенням наночастинок. Температурою розкладу металовмісного попередника є температура, при якій ліганди практично повністю відділяються від атомів металу внаслідок дисоціації (або звітрювання). Під час цього процесу зв'язки між лігандами та атомами металу розриваються, і ліганди випаровуються або іншим чином відділяються від 13 металу. Перевагу віддають повному розкладу ліганду (лігандів). Однак наночастинки можуть також містити вуглець, утворений внаслідок часткового розкладу органічних або неорганічних компонентів, присутніх у металовмісному попереднику та/або в розчиннику. Серед металовмісних попередників, застосовуваних у способі MOD, перевагу віддають продуктам високої чистоти, нетоксичним та простим у використанні та зберіганні (з довгими термінами зберігання). До бажаних фізичних властивостей належать розчинність у системах розчинників, сумісність з іншими попередниками при багатокомпонентних синтезах та леткість для низькотемпературної переробки. Багатокомпонентні наночастинки можна одержати із сумішей кількох попередників, кожний з яких містить один метал (гомометалічних попередників), або з одиничних сполук, що є змішаними джерелами металів (гетерометалічних попередників), де хімічно зв'язаними є один або кілька елементів-металів. Бажану стехіометрію одержуваних частинок можна регулювати шляхом варіювання стехіометрії розчину металовмісного попередника. При одержанні багатокомпонентних наночастинок перевагу віддають використанню різних попередників, кожний з яких містить один метал, із міркувань можливостей варіювання реологічних властивостей попередників, а також стехіометрії продукту. З іншого боку, гетерометалічні попередники здатні уможливити одержання систем металів, гомометалічні попередники яких мають несприятливі характеристики розчинності, леткості або сумісності. Змішані металовмісні сполуки можна одержати проведенням реакцій кислот Льюїса з основами або реакцій заміщення шляхом змішування алкоголятів металів та/або інших металовмісних попередників, наприклад, ацетатів, β-дикетонатів або нітратів. Однак, оскільки ці реакції сполучення регулюються термодинамічними факторами, стехіометрія виділеної гетеро-сполуки може не відповідати співвідношенням компонентів у суміші, з якої одержана сполука. З іншого боку, більшість алкоголятів металів можна поєднувати для одержання гетерометалічних сполук, які часто мають кращу розчинність, ніж вихідні матеріали. Однією з відмінних рис описаного способу одержання каталізатора є можливість одержання економічно сприятливої стехіометрії наночастинок. Наприклад, можна забезпечити бажане атомне співвідношення у наночастинках шляхом добору металовмісного попередника або суміші металовмісних попередників, де атомне співвідношення між першим та другим металами дорівнює бажаному атомному співвідношенню. Серед металовмісних сполук-попередників перевагу віддають металоорганічним сполукам, які містять центральну групу - атом або атоми перехідного металу, лантаніду чи актиніду або металоїду, - зв'язану з містечковим атомом (наприклад, Ν, Ο, Ρ або S), який, у свою чергу, 82106 14 зв'язаний з органічним радикалом. Необмежувальними прикладами центральних атомів металів або металоїдів є В, С, Mg, AІ, Si, Ті, V, Сr, Μn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Sn, Ce, Hf, Та, W, Re, Os, Ir, Pt та Аu. До таких сполук металів належать алкоголяти, βдикетонати, карбоксилати, оксалати, цитрати, гідриди, тіоляти, аміди, нітрати, карбонати, ціанати, сульфати, броміди, хлориди та гідрати згаданих елементів. Металовмісний попередник може бути також так званою металоорганічною сполукою, де центральний атом зв'язаний з одним або кількома атомами вуглецю органічної групи. Особливості здійснення способу із застосуванням цих металовмісних попередників розглянуто нижче. Попередниками для синтезу наномерних частинок оксидів є сполуки, молекули яких містять первісні зв'язки метал-кисень, наприклад, алкоголяти металів M(OR)n або оксоалкоголяти металів MO(OR)n (де R є насичена або ненасичена органічна група, алкіл або арил), β-дикетонати металів М(β-дикетонат)n (β-дикетонат = RCOCHCOR') та карбоксилати металів M(О2CR)n. Алкоголяти металів відзначаються достатньою розчинністю та є досить леткими, і їх легко застосовувати у способі MOD. Однак, як правило, ці сполуки мають високу гігроскопічність і вимагають зберігання в інертній атмосфері. На відміну від алкоголятів кремнію, які є рідкими та мономерними, алкоголяти більшості металів є твердими. З іншого боку, висока реакційна здатність зв'язку металу в алкоголятах може забезпечити корисність цих металовмісних попередників як вихідних матеріалів для одержання різноманітних гетеролептичних сполук (тобто сполук з різними типами лігандів), наприклад, M(OR)n-x Zx (де Ζβ-дикетонат або = O2CR). Алкоголяти металів M(OR)n легко реагують із протонами різноманітних молекул. Це уможливлює простоту хімічного модифікування і, отже, регулювання стехіометрії шляхом застосування, наприклад, гідроксилвмісних органічних сполук, наприклад, спиртів, силанолів (R3SіOH), гліколів ОН(СН2)nОН, карбонових та гідроксикарбонових кислот, гідроксилвмісних поверхнево-активних сполук тощо. Фторовані алкоголяти M(ORF)n (RF= СH(CF3)2, C6F5 тощо) легко розчиняються в органічних розчинниках і менше схильні до гідролізу, ніж нефторовані алкоголяти. Ці матеріали можна застосовувати як попередники фторидів, оксидів або оксидів, легованих фторидами, наприклад, Fлегованого оксиду олова, які можуть бути використані як металооксидні наночастинки. Модифікування алкоголятів металів зменшує кількість зв'язків M-OR, що піддаються гідролізу, і, отже, схильність до гідролізу. Таким чином, можливо регулювати хімічні властивості розчину in situ шляхом застосування, наприклад, βдикетонатів (наприклад, ацетилацетонатів) металів або похідних карбонових кислот (наприклад, оцтової кислоти) як модифікаторів для алкоголятів або замість алкоголятів. 15 Дикетонати металів [M(RCOCHCOR')n]m є перспективними попередниками для способу MOD внаслідок їх леткості та високої розчинності. Розчинність цих сполук значною мірою визначається величиною груп R та R', а також природою металу, яка визначає ступінь асоціації (значення m у вищенаведеній формулі). Доцільно застосовувати ацетилацетонати (R=R'=CH3), оскільки вони забезпечують високі виходи продуктів. β-дикетонати металів схильні до хелатування, яке може призвести до зниження інтенсивності зародкоутворення цих попередників. Ці ліганди можуть діяти як реагенти, що вкривають поверхню, та інгібітори полімеризації. Отже, можна отримати малорозмірні частинки після гідролізу сполук М(OR)n-x (β-дикетонат)х. Наприклад, ацетилацетон може стабілізувати нанодисперсні колоїди. Таким чином, β-дикетонатам металів слід віддавати перевагу як попередникам при одержанні наночастинок. Карбоксилати металів, наприклад, ацетати (М(О2СМе)n) наявні на ринку у формі гідратів, з яких можна одержати безводні сполуки шляхом нагрівання з оцтовим ангідридом або 2метоксіетанолом. Численні карбоксилати металів мають, як правило, низьку розчинність в органічних розчинниках і легко утворюють олігомери або полімери, оскільки карбоксилатні ліганди у більшості випадків діють як місточкоутворюючі хелатуючі ліганди. Однак 2етилгексаноати (M(O2CCHEtBu)n), які є карбоксилатами з найменшою кількістю атомів вуглецю, як правило, є розчинними у більшості органічних розчинників. На ринку наявні численні карбоксилатні похідні алюмінію. Як наночастинки можна використовувати нанорозмірні макромолекули та кластери (алюмоксани), що складаються з алюмінію та кисню. Наприклад, форміат Аl(О2СН)3(Н2О) та карбоксилатні алюмоксани [AlOx(OH)y(O2CR)z]m можна одержати з недорогих мінералів гіббситу або беміту. Розчинники, які застосовуються у способі MOD, вибираються з урахуванням численних критеріїв, в тому числі високої розчинної здатності для металовмісних попередників, хімічної інертності до металовмісних попередників, реологічної сумісності із застосовуваним способом осадження (наприклад, бажаної в'язкості, змочуваності та/або сумісності з іншими агентами регуляторами реологічних характеристик), температури кипіння, тиску пари та швидкості випаровування, а також економічних факторів (вартість, можливість регенерації, токсичність тощо). До розчинників, які можна застосовувати у способі MOD, належать дистильована вода, пентани, гексани, ароматичні вуглеводні, циклогексани, ксилоли, етилацетат, толуол, бензол, тетрагідрофуран, ацетон, дисульфід вуглецю, дихлорбензоли, нітробензоли, піридин, метиловий спирт, етиловий спирт, бутиловий спирт, альдегіди, кетони, хлороформ, уайт-спірити та їх суміші. 82106 16 Металеві наночастинки можна вводити у волокнисту основу способами, відомими в галузі, наприклад, за допомогою іонного обміну, імпрегнування або фізичного змішування. Наприклад, наночастинки та/або металовмісний попередник можна суспендувати або розчиняти у рідині, і волокнисту основу вводити в контакт із рідиною, що містить дисперговані частинки та/або розчинений металовмісний попередник, змішувати з нею або оббризкувати цією рідиною. Волокнисту основу можна сушити та/або піддавати термічній обробці під час або після стадії введення частинок. За першим варіантом здійснення винаходу, рідку дисперсію наночастинок можна поєднувати з волокнистою основою. Наночастинки можна суспендувати або розчиняти у рідині, і волокнисту основу можна змішувати з рідиною, що містить дисперговані частинки, або оббризкувати цією рідиною. Рідину можна практично повністю видаляти з волокнистої основи, наприклад, шляхом нагрівання волокнистої основи до температури, яка перевищує температуру кипіння рідини, або шляхом зниження тиску атмосфери, що оточує волокнисту основу, при цьому частинки залишаються на основі. Рідина, що застосовується для одержання дисперсії наночастинок, може включати дистильовану воду, пентани, гексани, ароматичні вуглеводні, циклогексани, ксилоли, етилацетат, толуол, бензол, тетрагідрофуран, ацетон, дисульфід вуглецю, дихлорбензоли, нітробензоли, піридин, метиловий спирт, етиловий спирт, бутиловий спирт, альдегіди, кетони, хлороформ, уайт-спірити та їх суміші. Як правило, наночастинки та волокнисту основу можна поєднувати у будь-якому співвідношенні, придатному для досягнення бажаного вмісту металевих частинок на основі. Наприклад, наночастинки оксиду заліза або оксиду міді можна поєднувати з керамічними волокнами у кількостях, які забезпечують вміст наночастинок оксиду заліза або оксиду міді на керамічних волокнах від приблизно 0,1% (мас.) до 50% (мас), наприклад, 10% (мас.) або 20% (мас). За одним із прикладів, суміш 5% (мас.) частинок оксиду заліза NANOCAT® диспергували у дистильованій воді, застосовуючи ультразвукове диспергування. Одержану дисперсію наносили розбризкуванням на 200мг основи з кварцової вати, яку під час нанесення нагрівали приблизно при 50°С, а потім сушили на повітрі, одержуючи каталізатор, що містив 100мг наночастинок оксиду заліза на кварцовій ваті. Електронно-мікроскопічні (SEM) зображення одержаного каталізатора показано на Фіг.1. Цей каталізатор вводили у різаний наповнювач експериментальної сигарети, яку піддавали скурюванню в умовах безперервного всмоктування при швидкості потоку 500мл/хв. Для вимірювання вмісту CO та NO в димі застосовували аналізатор багатокомпонентного газу. Кількість СО та NO, просмоктуваних через експериментальну сигарету, зіставляли з кількістю цих газів, просмоктуваних через контрольну сигарету, що не містила каталізатора. Дані, наведені в Таблиці 1, 17 82106 ілюструють позитивний ефект, що досягається застосуванням каталізатора з наночастинками на кварцовій ваті. Таблиця 1 Зменшення кількості СО та NO при застосування каталізатора NANOCAT на кварцовій ваті Контрольна сигарета Експериментальна сигарета Зменшення (%) СО (мг) NО (мг) 23,7 0,233 10,5 0,167 55,7 28,3 За другим варіантом здійснення винаходу, наночастинки можна формувати in situ на волокнистій основі шляхом термічного розкладу металовмісної сполуки-попередника. Придатними попередниками для одержання металевих або металооксидних наночастинок є сполуки, що термічно розкладаються при порівняно низьких температурах, наприклад, вказаних вище. Концентрація металовмісного попередника у розчиннику, як правило, лежить у межах від приблизно 0,001моль/л (М) до 10М, за варіантом, якому віддають перевагу, від приблизно 0,1Μ до 1М. Розчин металовмісного попередника та волокнисту основу можна поєднувати при температурі, близькій до температури оточуючого середовища, наприклад, шляхом оббризкування або занурення, або ж при підвищеній температурі, наприклад, при кипінні зі зворотним холодильником. Температура змішування, як правило, варіює від приблизно кімнатної, наприклад, 23°С, до приблизно 50°С. Перевагу віддають змішуванню під атмосферним тиском. Після введення волокон у контакт із розчином, що містить металовмісний попередник, матеріал волокнистої основи можна сушити на повітрі при температурі в межах від приблизно 23°С до температури, нижчої за температуру розкладу металовмісного попередника, у типових випадках при температурі від приблизно 23°С до 100°С. За одним із варіантів, якому віддають перевагу, висушену волокнисту основу з металовмісним попередником можна нагріти (наприклад, вище за 100°С) для розкладання металовмісного попередника та одержання матеріалу каталізатора, що містить наночастинки на волокнистій основі. За іншим варіантом, висушену волокнисту основу з металовмісним попередником можна поєднати з різаним наповнювачем. Металовмісний попередник можна розкласти для одержання наночастинок, диспергованих у або на волокнистій основі, шляхом термічної обробки металовмісного попередника при температурі, що перевищує температуру його розкладу. Термічна обробка спричиняє розклад металовмісного попередника з дисоціацією атомів металу, що входять до його складу, причому ці атоми металу можуть з'єднуватися між собою з утворенням наночастинок металу або оксиду металу. У випадках, коли металовмісний попередник містить більше одного елементаметалу, згадані наночастинки можуть мати атомне 18 співвідношення металів, що дорівнює стехіометричному співвідношенню цих металів у розчині металовмісного попередника. Термічну обробку можна виконувати у різних газових атмосферах. Наприклад, волокнисту основу можна ввести в контакт із розчином металовмісного попередника, і оброблену таким чином основу можна нагріти у присутності окиснювальної атмосфери, після чого нагріти за практичної відсутності окиснювальної атмосфери для одержання наночастинок оксиду металу. Окиснювальна атмосфера може містити повітря або кисень. За альтернативним варіантом, волокнисту основу можна ввести в контакт із розчином металовмісного попередника, і оброблену таким чином основу можна нагріти в інертній або відновлювальній атмосфері для одержання наночастинок металу. Відновлювальна атмосфера може містити водень, азот, аміак, діоксид вуглецю та їх суміші. Відновлювальною атмосферою, якій віддають перевагу, є водневоазотна суміш (наприклад, формінг-газ для синтезу аміаку). При нагріванні основи, обробленої металовмісним попередником, перевагу віддають нагріванню до температури, що дорівнює температурі розкладу металовмісного попередника або перевищує її. Температура нагрівання, якій віддають перевагу, залежить від конкретних застосованих лігандів, а також від температури розкладу металу (металів) та будьяких інших бажаних груп, які мають залишатися на основі. Проте перевагу віддають температурі у межах від приблизно 200°С до 400°С, наприклад, 300°С або 350°С. Термічний розклад рівномірно диспергованого металовмісного попередника переважно забезпечує рівномірне осадження наночастинок у та/або на поверхні волокнистої основи. За одним із прикладів, наночастинки оксиду міді на кварцовій ваті одержували шляхом рівномірного змішування кварцової вати з 0,5М розчином пентандіонату міді у спирті до досягнення початкових ознак вологості. Основу висушували при кімнатній температурі протягом ночі, після чого нагрівали на повітрі до 400°С, одержуючи матеріал каталізатора, який містив наночастинки оксиду міді, що утворювали рівномірне покриття на кварцовій ваті або рівномірну суміш із нею. Як правило, металовмісний попередник та волокнисту основу можна поєднувати у будь-якому співвідношенні, придатному для досягнення бажаного вмісту металевих частинок на основі. Наприклад, можна поєднувати оксалат заліза або пентандіонат міді з кварцовою ватою для одержання від приблизно 0,1% (мас.) до 50% (мас), наприклад, 10% (мас.) або 20% (мас.) наночастинок оксиду заліза, оксигідроксиду заліза або оксиду міді на кварцовій ваті. Волокниста основа може містити будь який термічно стабільний або вогнестійкий матеріал, який при нагріванні до температури, при якій металовмісний попередник перетворюється на поверхні цього матеріалу в метал, не зазнає 19 розплавлення, повного випаровування або іншого перетворення, внаслідок якого він втрачає здатність до фіксації наночастинок. При конверсії СО до СО2 оксидні наночастинки можуть відновлюватися. Наприклад, наночастинки Fe2О3 під час реакції перетворення СО в СО2 можуть відновлюватися до Fe3О4, FeO або Fe. Волокниста основа позитивно діє як розділювальне середовище між наночастинками та запобігає їх спіканню, яке могло б спричинити втрату поверхні та каталітичної активності. Серед компонентів каталізатора перевагу віддають оксиду заліза, оскільки він може виконувати подвійну функцію як каталізатор окиснення CO у присутності кисню та як окиснювач CO та/або каталізатор відновлення NO для прямого окиснення CO та/або відновлення NO за відсутності кисню. Каталізатор, який можна застосовувати також як окиснювач, є особливо корисним у деяких випадках, наприклад, у сигареті, що горить, де парціальний тиск кисню може бути дуже низьким. На Фіг.2 ілюстровано зіставлення каталітичної активності наночастинок Fe2О3 (маса проб 50мг) (NANOCAT® Superfine Iron Oxide (SFIO) фірми МАСН I, Inc., King of Prussia, PA), які мають середній розмір приблизно 3нм (крива А), та порошку Fe2О3 (фірми Aldrich Chem. Co.) із середнім розміром частинок приблизно 5мкм (крива В). Швидкість газового потоку (3,4% CO, 20,6% О2, решта Не) становила 1000мл/хв, а швидкість нагрівання 12К/хв. Наночастинки Fe2О3 забезпечують значно вищий ступінь конверсії монооксиду вуглецю в діоксид вуглецю, ніж частинки Fe2О3 більшого розміру. Як вказано вище, наночастинки Fe2О3 можуть діяти як окиснювач для конверсії монооксиду вуглецю в діоксид вуглецю та як каталізатор для конверсії монооксиду вуглецю в діоксид вуглецю та/або оксиду азоту в азот. Наприклад, наночастинки Fe2О3 можуть діяти як каталізатор у зоні піролізу та як окиснювач у зоні згоряння. Наночастинки Fe2О3 можуть діяти як каталізатор конверсії СО в СО2 за рівнянням реакції 2СО+О2→2СО2 та конверсії NО в N2 за рівнянням реакції CO+2NO→N2+CO2. Наночастинки Fe2O3 можуть діяти як окиснювач при конверсії СО в СО2 за рівнянням реакції CO+Fe2О3→CO2+2FeO. Для ілюстрації ефективності металооксидних наночастинок на Фіг.3 показано температурну залежність ступенів конверсії, які забезпечуються наночастинками CuO (крива А) та Fe2О3 (крива В) при застосуванні 50мг частинок CuO та 50мг наночастинок Fe2О3 як каталізаторів у кварцовому трубчастому реакторі. Швидкість газового потоку (3,4% CO, 21% О2, решта Не) становила 1000мл/хв, а швидкість нагрівання 12,4К/хв. Хоча наночастинки CuO забезпечують вищий ступінь конверсії при нижчих температурах, при підвищених температурах CuO та Fe2О3 забезпечують порівнянний ступінь конверсії. У Таблиці 2 подано зіставлення між значеннями співвідношення монооксиду вуглецю та діоксиду вуглецю та між ступенем споживання 82106 20 кисню при застосуванні наночастинок CuO та Fe2О3. Таблиця 2 Зіставлення наночастинок CuO та Fe2О3 Наночастинки Відсутні CuO Fe2O3 СО/СО2 0,51 0,29 0,23 Споживання О2 (%) 48 67 100 За відсутності наночастинок відношення кількостей монооксиду вуглецю та діоксиду вуглецю становить приблизно 0,51, а споживання кисню становить приблизно 48%. Дані, наведені в Таблиці 2, ілюструють позитивний ефект, що досягається при застосуванні наночастинок. У присутності наночастинок CuO та Fe2О3 відношення кількостей монооксиду вуглецю та діоксиду вуглецю знижується відповідно до 0,29 та 0,23. Споживання кисню у присутності наночастинок CuO та Fe2О3 підвищується відповідно до 67% та 100%. Перевагу віддають розподіленню каталізаторів всередині тютюнового стрижня сигарети. Розподілення каталізаторів всередині тютюнового стрижня дозволяє зменшити кількості монооксиду вуглецю та/або оксиду вуглецю, що просмоктуються через сигарету, зокрема, як у зоні згоряння, так і в зоні піролізу. Розподіл каталізаторів, які містять наночастинки, нанесені на волокнисту основу, вздовж тютюнового прутка можна забезпечувати шляхом нанесення каталізаторів на тютюн або введення їх у різаний тютюновий наповнювач. Каталізатори можна також додавати до маси різаного тютюнового наповнювача, що подається у сигаретну машину, або додавати у тютюновий пруток перед обгортанням сигаретного прутка сигаретним папером. За варіантом здійснення винаходу, якому віддають перевагу, в разі, якщо наночастинки утворюються in situ за способом MOD, як описано вище, то нагрівання волокнистої основи, яка містить розчин металовмісного попередника, до температури, достатньої для термічного розкладу цього металовмісного попередника з утворенням наночастинок, можна виконувати перед додаванням імпрегаованої основи до сигарети. Кількість каталізатора можна вибирати таким чином, щоб забезпечити зменшення кількості монооксиду вуглецю та/або оксиду азоту в головному струмені диму під час куріння сигарети. Перевагу віддають каталітично ефективним кількостям каталізатора, наприклад, від кількох міліграмів, наприклад, 5мг на сигарету, до приблизно 200мг або більше на сигарету. Один із варіантів здійснення винаходу пропонує композицію різаного наповнювача, яка містить тютюн та щонайменше один каталізатор, описаний вище, здатний перетворювати монооксид вуглецю в діоксид вуглецю та/або оксид азоту в азот, де згаданий каталізатор має форму металевих наночастинок та/або 21 металооксидних наночастинок, нанесених на волокнисту основу. Для виготовлення різаного наповнювача можна використовувати будь-яку придатну тютюнову суміш. Прикладами придатних типів тютюнової сировини є тютюни трубовогневого сушіння, тютюни типів Берлей, Мериленд або тютюни східного типу та їх суміші. Тютюнова сировина може постачатися у формі листового тютюну, підданої технологічній обробці тютюнової сировини, наприклад, об'ємно-розширеного або розпушеного тютюну, підданих технологічній обробці жилок тютюнового листя, наприклад, різано-катаних або різано-розпушених жилок тютюнового листя, відновленої тютюнової сировини або їх сумішей. Тютюн може містити також замінники тютюну. У виробництві сигарет тютюн використовують, як правило, у формі різаного наповнювача, тобто у формі фрагментів нерегулярної форми або стрічок, ширина яких становить від приблизно 1/10 дюйма (2,5мм) до приблизно 1/20 дюйма (1,25мм) або навіть 1/40 дюйма (0,6мм). Довжина стрічок лежить у межах від приблизно 0,25 дюйма (6мм) до приблизно 3 дюймів (75мм). Сигарети можуть додатково містити один або кілька ароматизаторів або інших домішок (наприклад, регуляторів горіння, модифікаторів згоряння, барвників, в'яжучих тощо), відомих у галузі. Інший варіант здійснення винаходу пропонує сигарету, яка містить тютюновий пруток, причому згаданий тютюновий пруток містить різаний тютюновий наповнювач, який містить щонайменше один каталізатор, описаний вище, здатний перетворювати монооксид вуглецю в діоксид вуглецю та/або оксид азоту в азот. Окрім як у різаному тютюновому наповнювачі, згаданий каталізатор може бути включений у сигаретний папір та/або у фільтр для сигарети. Ще один варіант здійснення винаходу пропонує спосіб виготовлення сигарети, який включає (і) додання каталізатора до різаного тютюнового наповнювача, паперової обгортки сигарети та/або до фільтра для сигарети; (іі) подавання різаного тютюнового наповнювача в сигаретну машину для формування тютюнового стовпчика; (ііі) обгортання тютюнового стовпчика паперовою обгорткою для формування тютюнового прутка; і (iv) факультативне приєднання фільтра для сигарет до тютюнового прутка для формування сигарети. Способи виготовлення сигарет відомі в галузі. Для введення каталізатора можна застосувати будь-який звичайний або модифікований спосіб виготовлення сигарет. Виготовлювані сигарети можуть бути вироблені згідно з будь-якими технічними умовами із застосуванням звичайних або модифікованих способів та устаткування для виготовлення сигарет. У типових випадках композицію різаного тютюнового наповнювача факультативно поєднують з іншими домішками для сигарет та подають у сигаретну машину для одержання тютюнового прутка, який потім обгортають сигаретним папером та факультативно приєднують до кінців сигарет фільтри. 82106 22 Довжина сигарет може варіювати від приблизно 50мм до приблизно 120мм. Як правило, нормальні сигарети мають довжину приблизно 70мм, сигарети класу "King Size" - приблизно 85мм, класу "Super King Size" - приблизно 100мм, а класу "Long" - звичайно приблизно 120мм. Периметр перерізу сигарети становить від приблизно 15мм до приблизно 30мм, перевагу віддають розміру приблизно 25мм. Густина тютюнового прутка, як правило, лежить у межах від приблизно 100мг/см3 до приблизно 300мг/см3, перевагу віддають значенням від 150мг/см3 до приблизно 275мг/см3. Ще один варіант здійснення винаходу пропонує спосіб куріння описаної вище сигарети, який включає запалювання сигарети для утворення диму та просмоктування диму через сигарету, причому під час куріння сигарети вищезгаданий каталізатор діє як каталізатор для конверсії монооксиду вуглецю у діоксид вуглецю та/або конверсії оксиду азоту в азот. Хоча винахід описано стосовно до варіантів здійснення, яким віддають перевагу, слід мати на увазі, що в ньому можливі зміни та модифікації, очевидні для фахівця в галузі. Такі зміни та модифікації слід розглядати як такі, що лежать у межах суті та обсягу винаходу, визначених формулою винаходу, що додається. 23 82106 24