用于氧化香烟烟雾中的一氧化碳的催化剂

背景

吸烟制品如香烟或雪茄在喷出过程中产生主气流烟雾和在静态燃 烧过程中产生侧气流烟雾。主气流烟雾和侧气流烟雾的一种成分是一 氧化碳(CO)。最好减少烟中的一氧化碳。

综述

提供了切割填料组合物，烟纸，香烟过滤材料，香烟，和用于制造使 用银基催化剂的香烟的方法。优选能够用作氧化剂和用作催化剂以使 一氧化碳转化成二氧化碳的银基催化剂可减少在吸烟过程中香烟主气 流烟雾中的一氧化碳和/或总颗粒物质。

银基催化剂包含被承载在第二金属的氧化物的颗粒之和/或之上 的银和/或氧化银颗粒。优选银和/或氧化银的颗粒是纳米级颗粒。例 如，在一个优选实施方案中，纳米级银颗粒被承载在第二金属的氧化物 的颗粒的暴露表面上。载体颗粒可包含纳米级和/或微米尺寸颗粒。优 选，第二金属的氧化物是非化学计量氧化物。示例性第二金属包括镁， 铝，硅，钛，钒，铬，锰，铁，钇，锆，铌，铈，铪和其混合物。包含氧化物承载 银和/或氧化银颗粒的催化剂优选包含约1至70％，更优选约5至20％重 量的银和/或氧化银。根据一个实施方案，银和/或氧化银颗粒具有低于 约100nm，更优选低于约50nm的平均颗粒尺寸。催化剂可包含纳米级 银和/或氧化银颗粒的附聚物，其中附聚物具有平均尺寸约1至50微米。

一种制造包含银基催化剂的香烟的方法包括步骤(i)将银基催化 剂引入至少一种烟草切割填料，烟纸和香烟过滤材料中；(ii)向造烟机 提供烟草切割填料以形成烟草柱；(iii)将烟纸放在烟草柱周围以形成 香烟的烟草杆；和(iv)视需要使用包边纸将包含香烟过滤材料的香烟 滤嘴连接至烟草杆上。催化剂可通过喷雾，撒粉或浸渍而被引入香烟的 一个或多个构件。

根据优选的方法，基本上由承载颗粒银和/或氧化银组成的催化剂 被引入香烟构件中。根据另一方法，被引入香烟构件中的催化剂包含与 氧化物载体颗粒混合的银和/或氧化银的颗粒。

包含银(如，氧化银)的承载银颗粒和/或颗粒可通过银盐如硝酸银 的沉淀或热分解而制成。根据另一方法，银基催化剂可这样形成：将银 盐的溶液与第二金属的氧化物的胶体悬浮液混合并随后加热该混合物 以分解银盐以形成被引入第二金属的氧化物之和/或之上的银和/或氧 化银的颗粒。优选的第二金属是铈，可形成非化学计量氧化物载体颗 粒。

根据另一方法，银基催化剂可通过靶材料在受控气氛下的激光蒸 发和受控冷凝而形成，其中靶材料包含银和除银之外的第二金属。通过 用来自激光的能量切除合适的靶，银和/或氧化银的纳米级颗粒和第二 金属的氧化物的颗粒可在气相中形成和冷凝以形成银基催化剂。

在一个优选实施方案中，在将银基催化剂引入至少一种烟草切割 填料，烟纸和香烟过滤材料之和/或之上之前，将催化剂在至少200℃的 温度下在包含含氧气体的气氛中加热以使银氧化形成基本上由承载在 第二金属的氧化物之和/或之上的氧化银组成的银基催化剂。

银基催化剂也可用于降低车辆排气，用于激光的气体，用于燃料电 池的气体和/或进行空气过滤的环境空气中的一氧化碳的浓度。

附图的简要描述

图1示意地说明通过激光蒸发/受控冷凝用于合成银基催化剂的装 置。

图2示意地显示石英流动管反应器。

图3显示包含银颗粒的银基催化剂的CO至CO2的转化。

图4显示包含沉淀得到的氧化银颗粒的银基催化剂的CO至CO2的转 化。

图5显示包含沉淀得到的氧化银颗粒的银基催化剂的CO至CO2的转 化。

图6显示包含银颗粒和沉淀得到的氧化银颗粒的混合物的银基催 化剂的CO至CO2的转化。

图7显示包含氧化铈承载氧化银颗粒的银基催化剂的CO至CO2的转 化。

图8显示包含通过LVCC制备的氧化铈承载氧化银颗粒的银基催化 剂的CO至CO2的转化。

图9显示包含通过LVCC制备的氧化铈承载氧化银颗粒的银基催化 剂的CO至CO2的转化。

优选实施方案的详细描述

银基催化剂可被香烟如烟草切割填料，烟纸和/或香烟过滤材料的 组分中。银基催化剂可催化和/或氧化一氧化碳至二氧化碳的转化。尤 其是，银基催化剂可用于一氧化碳的低温或近环境温度氧化。通过将银 基催化剂引入香烟的构件，可减少主气流烟雾中的一氧化碳的量。银基 催化剂包含承载在第二金属氧化物的载体颗粒上的银和/或氧化银的 颗粒，第二金属不同于银。

根据一个实施方案，银基催化剂可通过将银和/或氧化银从银盐的 水溶液中沉淀而制成。沉淀产物可与载体如第二金属(即，除银之外的 金属)的氧化物的颗粒相结合。示例性氧化物载体包括氧化铈，氧化钛 和/或氧化铝。沉淀产物可与载体颗粒混合以形成包含承载在载体颗粒 上的银和/或氧化银的颗粒的银基催化剂。

根据另一实施方案，承载银基催化剂可通过将银盐的溶液与第二 金属氧化物的胶体悬浮液混合并随后使银盐在受控气氛下热分解以形 成包含被引入第二金属氧化物的颗粒之和/或之上的银和/或氧化银的 银基催化剂而制成。

根据另一实施方案，包含银(如，银或氧化银)的纳米级颗粒可通过 从包含银的靶中激光蒸发/受控冷凝而制成。对于激光蒸发/受控冷凝， 将起始原料(如，靶)暴露于激光能量这样形成蒸气和随后冷凝以形成 银基催化剂。另外，使用激光蒸发/受控冷凝，可直接由包含银基颗粒和 氧化物载体颗粒的成分原子的靶形成银基催化剂。银基催化剂包含被 引入氧化物载体的颗粒之和/或之上的银和/或氧化银的颗粒。

“引入”在此是指，银和/或氧化银包含在第二金属氧化物的氧化 物基质(即，均相或非均相复合体)之和/或之上的第二相。例如，银和/ 或氧化银可分散在第二金属氧化物的整个基质中和/或分散在氧化物 的暴露表面上。

根据优选实施方案，包含银的颗粒和包含第二金属氧化物的颗粒 同时形成和共沉积以形成银基催化剂。银基催化剂可直接沉积在香烟 构件上或，更优选，银基催化剂可形成，收集，和随后引入香烟的构件 中。

形成承载银基催化剂的优选方法是激光蒸发/受控冷凝(LVCC)。 LVCC是一种切除工艺，使用一种或多种具有要被引入催化剂的材料的 靶。在切除工艺中，靶区域吸收来自能量(如，激光)源的入射能量。入 射能量可包含，例如，脉冲激光能量。吸收能量和随后加热靶，使得靶材 料从靶的表面上切除成原子和离子物质的热柱(即，蒸气)。原子和离子 物质可通过相互间和与惰性或反应性气体的蒸气相碰撞而冷凝成颗 粒。所形成的颗粒可包含纳米级颗粒。

所需的能量根据工艺变量如起始原料的温度，起始原料周围气氛 的压力，和材料性能如起始原料的热和光学性能而变化。利用激光切除， 起始原料通过物理侵蚀从靶上逐渐地去除。靶由所要去除的消耗材料， 即，靶材料形成(或涂覆)。

起始原料可以是任何合适的前体材料，其中优选的形式是由纯材 料或材料混合物组成的固体或粉末材料。这些材料在室温下优选为固 体和/或不易于化学降解如在空气中氧化。优选，起始原料包含压制粉 末靶。

激光能量优选直接蒸发起始原料，而不使该材料进行显著的液体 相转化。可用于产生激光能量的激光器的种类可包括离子激光器，UV 受激准分子激光器，Nd-YAG和He-Ne激光器。激光束可扫描穿过靶材料 的表面以提高靶切除的均匀性和提高原子和纳米级颗粒的均匀性。

该方法在扩散云腔中在压力和温度的规定明确的条件下将脉冲激 光蒸发与受控冷凝的优点相结合。通常，腔包括两个被绝缘侧壁隔离的 水平金属板。该方法可采用将至少一种靶在腔内脉冲激光蒸发成所选 气体混合物。将靶放在腔中，如，在下板上，并将该腔填充以气体如惰性 气体或惰性气体和反应性气体的混合物。例如，惰性气体可包含氦，氩 或其混合物，和反应性气体可包含氧。优选在顶和底板之间保持温度梯 度，这可产生通过使用重气体如氩和/或通过在腔中使用以上大气压条 件而增强的稳定对流。合适的腔的细节可在化学物理杂 志，Vol.52，No.9，1970年5月1日，pp.4733-4748中找到，其公开内容在 此作为参考并入本发明。

图1示意地说明适用于生产银基催化剂的LVCC腔2。标为顶冷却板4 和底热板6的两个圆形水平不锈钢或铝板被具有约6英寸外径的玻璃侧 壁8所隔离。本体靶10被设定在底板6上，和可被包含在夹具中。反应腔 2通过位于底板上的气体入口孔14连接至气体供给源12上。气体供给源 通过控制阀16而与腔分离。腔中的和气体管线内的压力通过连接到气 体管线上的可有可无的Barocel压力传感器和读出器18而监控。腔和气 体管线可被抽空至约10-3托的基压。在每一实验操作过程中，将腔填充 以包含被夹杂在载体气体内的具有已知组成的反应性气体(如，O2)高 纯度(如，99.99％)载体气体如He或Ar或反应性混合物。例如，所用的反 应性混合物可以是氦中的氧，或氩中的氧。在每次沉积操作之前，将该 腔优选用载体气体填充并抽空几次以确保从该腔中去除所有的残余杂 质。能量源可位于腔的外部使得能量束通过腔壁进入腔。喷射的原子 与腔中的气体混合物相互作用。扩散和对流都可有助于从成核区中去 除小颗粒(一旦从蒸气相中冷凝)，否则它们会生长成较大颗粒。

蒸气可在腔中通过将激光的输出如Q-切换的Nd-YAG激光器(波长 532nm；10ns脉冲持续时间)的第二谐波集中到靶上而产生。通常激光 在30Hz下操作和将功率15-100mJ/脉冲传送到靶上。

激光蒸发在非常短时间内，通常10-8sec内，在产生导向沉积的方 向喷射中产生高密度蒸气。从靶中喷射出的颗粒之间的碰撞在气体- 至-颗粒的转化过程中进行布朗运动并因此形成靶材料的颗粒。可从几 个不同的靶同时或从单个化合物靶进行激光蒸发，得到优选包含被引 入第二金属氧化物的颗粒(如，纳米级或更大颗粒)中的银和/或氧化银 的银基催化剂。优选，第二金属氧化物的颗粒具有低于约500nm，更优 选低于约50nm，最优选低于约10nm的平均颗粒尺寸。

如上所述，稳定对流可在腔内产生。稳定对流按照两种方式实现； 将顶板4冷却如通过在板和底板6内的循环液体氮保持在较高温度(如， 室温)或将底板6如通过使加热流体在板内循环或通过电加热器而加热 并将顶板4保持在较低温度(如，室温)。例如，顶板可通过使液体氮在顶 板中在流体通道中循环而被冷却至低于150K。在任一情况下，将板保 持在明显低于底板的温度下，使顶板成为冷凝或沉积板。优选顶板和底 板之间的温度梯度是至少约20℃，更优选至少50℃。围绕玻璃侧壁的镍 铬铁合金加热可加热玻璃侧壁以减少在侧壁上的沉积和促进两个板之 间的均匀温度梯度。板的温度使用连接到没有板上的且与温度读出器 并联连接的热电偶监控。

腔气氛的温度随着接近顶板而下降，导致在腔的上半部出现最大 过饱和。过饱和越高，用于冷凝所需的核的尺寸越小。改变温度梯度可 增加腔中的过饱和。对流有助于颗粒在其尺寸变大之前从成核区中扩 散开。在腔内的对流可通过增加温度梯度或通过使用较重载体气体(如， 氩，与氦相比)而增强。在生产银基催化剂时，所得的蒸气可通过将蒸气 相与惰性气体，反应性气体和/或冷却板碰撞而被冷却或冷凝。

在激光切除过程中，如果切除颗粒的密度足够低，和其相对速率足 够高，靶材料的颗粒(如，原子，簇和带电颗粒)可行进通过气体直至它 们冲击冷却板的表面或位于冷却板上的香烟构件，其中所述组分可在 冷却板上聚结。另一方面，如果切除颗粒的密度足够高，和其相对速率 足够小，靶的颗粒可聚集在气相中，所述气相可随后沉积在冷却板上或 沉积在位于冷却板上的香烟构件上。

不愿局限于理论，在低于约10-3托的切除压力下，切除物质的平均 自由行程足够长使得切除物质无需进行许多气相碰撞而到达冷却板。 因此在较低反应器压力下，切除材料可沉积在冷却板的表面上并扩散 和相互聚结，在降落在冷却板上之后形成颗粒。在较高压力，如高于约 10-3托的压力下，切除物质的气相中的碰撞频率足够高且可在降落在冷 却板的表面上之前在气相中发生切除物质的成核和生长以形成颗粒。 因此在较高压力下，切除材料可在可作为离散颗粒沉积的气相中形成 银基催化剂。

在典型操作之后，使腔达到室温和收集样品并在大气条件下储存。 通过控制可用于确定在蒸气相中释放的原子的数量密度的温度梯度， 腔压力和激光功率(如，每次脉冲约1014个原子)，可控制冷凝工艺和因 此控制银基催化剂的尺寸和组成。

腔中的操作压力优选大于约10-3托，和更优选约760托。温度梯度可 通过改变腔的顶和/或底板的温度而调节。上板的温度优选为约-150 ℃至30℃。较低板的温度优选为约20℃至150℃。应该理解，尽管上述 的LVCC装置具有顶板(相对底板较冷)，该几何可被反转(如，顶板可被 加热，相对底板而言)。

LVCC方法优选使用氦和/或氩的惰性环境在高于大气压的压力下 在腔中进行，这样减少在合成过程中空气污染的可能性。但如上所指出， 也可在低于大气压的压力下进行反应。

该方法的附加优点在于，通过将已知浓度的反应性(如，氧化)气体 如氧精确地引入反应腔中，能够制备选择金属和金属氧化物颗粒。在沉 积工艺过程中被引入腔中的反应性气体使得从靶上切除的材料与这些 气体相结合以得到氧化物纳米级颗粒。因此，在反应性切除中，腔包括 少部分的反应性气体，如空气，氧，水蒸气，等，它们与靶材料的原子反 应以形成包含金属氧化物的颗粒。靶可基本上由银或氧化银组成，其中 可制成银或氧化银的颗粒，或靶可包含银(如，银和/或氧化银)和第二 金属。通过提供靶包含银和第二金属，可直接形成承载银基催化剂。第 二金属可以是金属或一种或多种金属的金属氧化物，所述金属选自 Mg，Al，Si，Ti，V，Cr，Mn，Fe，Y，Zr，Nb，Ce和Hf。包含第二金属的靶优选 包含金属氧化物形式的第二金属。例如，银-氧化铈催化剂可通过在包 含氩和氧的腔中反应性地切除银-铈靶而形成。优选银-氧化铈催化剂 包括包含被引入铈的氧化物(如，CeO2-x)的纳米级颗粒中的银 (如，Ag，AgO和/或Ag2O)的纳米级颗粒。

除了反应性切除，银基催化剂可通过从包含银金属和氧化铈的靶 上切除而形成。例如，银-氧化铈催化剂可通过在包含氩的腔中切除银 金属和氧化铈的压制粉末靶而形成。

银基催化剂的微结构可使用切除而控制。晶体管线(对无定形)相 的颗粒密度，相分布和范围和形态可通过例如改变压力，激光能量和冷 却板温度而控制。银基催化剂的组成(包括银和/或氧化银与第二金属 氧化物的比率)可通过控制靶的组成而控制。

有利地，切除使得能够在无菌条件下干燥地无溶剂地同时形成和 沉积银基催化剂。根据一个实施方案，银基催化剂可用于催化和/或氧 化香烟的主气流烟雾中的一氧化碳至二氧化碳的转化。

一个实施方案涉及一种制造香烟的方法，包括步骤(i)将银基催化 剂引入至少一种烟草切割填料，烟纸和香烟过滤材料中；(ii)向造烟机 提供烟草切割填料以形成烟草柱；(iii)将烟纸放在烟草柱周围以形成 香烟的烟草杆；和(iv)视需要使用包边纸将包含香烟过滤材料的香烟 滤嘴连接至烟草杆上。

通过将银基催化剂引入香烟的烟草切割填料，烟纸和/或香烟过滤 材料中，银基催化剂可通过一氧化碳至二氧化碳的催化和/或氧化而减 少在吸烟过程中在主气流烟雾中的一氧化碳的量。银基催化剂也可减 少在吸烟过程中从香烟中抽出的颗粒物质(如，焦油)的总量。

优选，银基催化剂被引入烟草切割填料，烟纸和/或香烟过滤材料 中的，其量有效地降低主气流烟雾中的一氧化碳与二氧化碳的比率至 少5％(如，至少15％，20％，25％，30％，35％，40％或45％)。优选，催化 剂的存在量有效地在低于约210℃或低于约100℃的温度下将至少5％ 一氧化碳转化成二氧化碳。

香烟的″吸烟″是指，加热或燃烧香烟以形成可从香烟中抽出的烟。 一般，吸烟包括，点燃香烟的一端和，在包含其中的烟草进行燃烧反应 的脱水，通过香烟的嘴端抽出香烟烟。香烟也可通过其它方式吸烟。例 如，香烟可通过加热香烟和/或使用例如描述于共同转让的U.S.专利 Nos.6,053,176；5,934,289；5,591,368或5,322,075的电加热器装置 进行加热而吸烟。

术语″主气流″烟是指通过烟草杆和从滤嘴端出来的气体的混合物， 即，在吸烟过程中从嘴端发出或抽出的烟的量。

除了烟草中的成分，温度和氧浓度可影响一氧化碳和二氧化碳的 形成和反应。在吸烟过程中形成的一氧化碳的总量来自三个主要源的 组合：热分解(约30％)，燃烧(约36％)和碳化烟草的二氧化碳还原(至 少23％)。在温度约180℃下通过热分解而形成一氧化碳和在约1050℃ 下结束，该构成极大地受化学动力学所控制。在燃烧中的一氧化碳和二 氧化碳的形成极大地通过氧至表面上的扩散(ka)和通过表面反应(kb) 而控制。在250℃下，ka和kb大致相同。在400℃下，反应变得难以控制。 最后，使用碳化烟草或木炭的二氧化碳还原在约390℃和更高的温度下 发生。

在吸烟过程中，在香烟中有三个明显的区域：燃烧区，热解/蒸馏区， 和冷凝/过滤区。尽管不愿局限于理论，据信银基催化剂可靶向在抽烟 过程中出现在香烟不同区域中的各种反应。

首先，燃烧区是在吸烟过程中产生的香烟的燃烧区，通常在香烟的 点燃端。燃烧区的温度是约700℃至约950℃，和加热速率可高达500℃/ 秒。因为氧在燃烧烟草时被消耗以产生一氧化碳，二氧化碳，水蒸气和 各种有机化合物，燃烧区的氧浓度低。低氧浓度以及高温导致二氧化碳 被碳化烟草还原成一氧化碳。在该区域中，银基催化剂可通过氧化机理 将一氧化碳转化成二氧化碳。燃烧区是高度放热的和所产生的热被传 输至热解/蒸馏区。

热解区是在燃烧区后面的区域，其中温度是约200℃至约600℃。热 解区是产生大多数一氧化碳的区域。主反应是烟草的热解(即，热降解)， 其中使用在燃烧区所产生的热而产生一氧化碳，二氧化碳，烟构件和木 炭。该区域中存在一些氧，和因此银基催化剂可催化一氧化碳至二氧化 碳的氧化。在热解区中银基催化剂也可直接氧化CO至CO2的转化。

在冷凝/过滤区中，温度是室温至约150℃。该区中的主要工艺是烟 构件的冷凝/过滤。一些量的一氧化碳和二氧化碳从香烟中扩散和一些 氧扩散到香烟中。冷凝/过滤区中的氧分压一般不会回到大气水平。在 冷凝/过滤区中，银基催化剂可催化和/或氧化一氧化碳至二氧化碳的 转化。

本文所用的催化剂能够影响化学反应的速率，如，催化剂可增加一 氧化碳至二氧化碳的氧化速率，但不作为该反应的反应物或产物而参 与。氧化剂能够如，通过向反应物给予氧而使反应物氧化，使得氧化剂 自身被还原。还原剂能够如，通过从反应物中接受氧而使反应物还原， 使得还原剂自身被氧化。

根据优选的方法，银基催化剂被引入用于形成香烟的烟草切割填 料，烟纸和/或香烟过滤材料中。银基催化剂优选具有低于约100nm， 优选低于约50nm，更优选低于约10nm的平均颗粒尺寸。

氧化铈(CeO2-x)(x＞0)是银基催化剂中的优选的载体，因为氧化铈 可用作与银和/或氧化银协同合作的载体和活性金属氧化物氧化催化 剂。Ce3+和Ce4+之间的平衡可通过直接向催化活性位提供氧而导致异常 高的氧储存和释放容量以使CO催化燃烧。另外，CeO2-x不太易于经受水 蒸气的减活化且比其它氧化物如Al2O3更加耐受烧结。

如上所述得到可连续地沿着烟草杆的长度或在沿着烟草杆的长度 的离散位置上提供。另外，银基催化剂可均相或非均相沿着烟草杆的长 度分布。银基催化剂可被加入供给至造烟机的切割填料烟草原料或直 接被引入烟草杆，然后用烟纸包裹香烟杆。银基催化剂可在烟纸被引入 香烟在之前或之后直接在烟纸上和/或引入烟纸中。

银基催化剂优选分布在整个烟草杆，香烟过滤材料中和/或沿着香 烟的烟纸部分分布。通过在香烟的一个或多个整个构件中提供银基催 化剂，可减少从香烟中抽出的一氧化碳的量。

银基催化剂的量可选择使得主气流烟雾中的一氧化碳的量在吸烟 过程中被减少。优选，银基催化剂的量是催化有效量，如，该量足以催化 和/或氧化至少10％的主气流烟雾中的一氧化碳，更优选至少25％。

一个实施方案提供一种用于形成银基催化剂并随后在形成香烟时 银基催化剂沉积在烟草切割填料上和/或引入其中的方法。任何合适的 烟草混合物可用于切割填料。合适类型的烟草材料的例子包括烟道- 固化，Burley，Maryland或Oriental烟草，稀有或专用烟草，和其共混 物。烟草材料可以烟草叶片，处理烟草材料如体积膨胀或喷出烟草，处 理烟草茎如切割-辊压或切割-喷出茎，再生烟草材料，或其共混物的形 式。烟草也可包括烟草替代物。

在香烟制造时，烟草通常以切割填料的形式，即，被切成约1/10英 寸至约1/20英寸或甚至1/40英寸的碎片或束的形式使用。束的长度是 约0.25英寸至约3.0英寸。香烟可进一步包含一种或多种本领域已知的 香味剂或其它添加剂(如，燃烧添加剂，燃烧改性剂，着色剂，粘结剂， 等)。

如果银基催化剂位于香烟的滤嘴元件中，滤嘴可以是单滤嘴，双滤 嘴，三滤嘴，腔滤嘴，凹口滤嘴或自由流动滤嘴。银基催化剂可被引入一 种或多种选自以下的过滤部件中：成型纸插入物，塞子，塞子之间的空 间，香烟滤纸，塞子包装纸，乙酸纤维素套管，聚丙烯套管，和自由流动 套管。

另一实施方案提供一种制造包含银基催化剂的香烟的方法。用于 香烟制造的技术是本领域已知的。任何常规或改性的香烟制造技术可 用于引入催化剂。所得香烟可使用标准或改性的香烟制造技术和设备 而被制成任何已知的规格。切割填料组合物视需要与其它香烟添加剂 相结合，和向被提供给造烟机以生产烟草柱，随后包裹在烟纸中，和视 需要用滤嘴包边。

香烟的长度可以是约50mm至约120mm。一般，规则香烟是约70mm 长，″大尺寸″是约85mm长，″超大尺寸″是约100mm长，和″长″通常是约 120mm长。圆周是约15mm至约30mm，和优选约25mm。烟草填充密度 通常是约100mg/cm3至约300mg/cm，和优选150mg/cm3至约275mg/cm3。

银基催化剂使用x-射线衍射和扫描电子显微镜检查(SEM)分析。X- 射线衍射(XRD)图案使用Philips X′Pert材料研究衍射计而得到，其中 使用Cu K□1辐射。附聚物和各个颗粒的尺寸和形状使用JEOL 35-C型扫 描电子显微镜研究。

市售银粉末购自Argonide公司(Sanford，Florida)。所得到的粉末 通过SEM和XRD而显示，其中包含10-40微米尺寸的纳米级金属银颗粒的 附聚物。各个颗粒尺寸是约100nm。

市售银基催化剂的活性使用连续流动填充床反应器而评估。图2 给出了位于可编程管炉62内的填充床反应器60。热电偶64和66分别用 于监控银基催化剂和炉62的温度。为了评估银基催化剂降低一氧化碳 浓度的能力，将约25mg银基催化剂撒粉到68中和放在反应器的中部。 滤嘴垫69可用于防止颗粒材料进入位于反应器下游侧65的气体分析器 70。输入反应物气体混合物61在反应器的上游侧63被引入并经过银基 催化剂和在流速约1升/min下通过反应器。在达到稳定态气流之后，将 炉温度在加热速率约15℃/min下增加并将经过银基催化剂和从反应器 的下游侧出现的气体用NLT2000多气体分析器70分析，以测定CO，CO2和 O2在气体中的浓度。

多个试验操作在给定试验样品上进行。为了进行一个以上的试验 操作，将样品放在如上所述的反应器上并将CO，CO2和O2的浓度测定为反 应器温度的函数直至观察到CO至CO2的最大转化。样品随后冷却至室温 和在随后加热周期中重复测定。第一加热周期称作操作A，和第二和第 三加热周期称作操作B，操作C，等重复操作直至两个连续操作表现为类 似点火温度(5％CO被转化成CO2时的温度)。

图3给出了市售银颗粒的一氧化碳转化数据。使用包含3.5％CO和 21％O2(余量氩)的输入气体混合物。数据显示，5％一氧化碳被转化成 二氧化碳时的温度(T5)是约80℃，对于每一接续操作A-C。5％一氧化碳 被转化成一氧化碳时的温度称作点燃温度。

市售银颗粒的活性另外通过将该银基催化剂引入手工香烟中，后 者又使用标准吸烟机器进行吸烟而评估。与不含银基催化剂的对比香 烟相比，通过将160mg和400mg银颗粒均匀加入试验香烟的烟草切割填 料中，导致从试验香烟中抽出的主气流烟雾中的一氧化碳浓度分别下 降30％和44％。

银基催化剂可通过沉淀银盐以形成包含银的颗粒而制成。例如， 氧化银的颗粒通过将0.1氢氧化钠溶液加入硝酸银的水溶液而制成。将 如此沉淀的产物用蒸馏水洗涤，在90℃下在真空炉中干燥和在上述的 流动管反应器中测试。

起始，将如此沉淀的氧化银颗粒在环境温度下测试(如，没有通过 炉进行外部加热)。参照图4，使用3％CO-21％O2(余量氩)的气体输入混 合物，120mg氧化银颗粒在室温下达到最大33％的CO转化率。通过供给 外部热，催化活性增加和在催化剂温度约290℃下实现100％CO转化率。

如此沉淀的氧化银颗粒的X-射线衍射显示与氧化银(Ag2O)的纳米 级颗粒一致。在CO/O2/Ar气体混合气流过颗粒的同时加热颗粒，然后x- 射线衍射峰对应于平均颗粒尺寸大于如此沉淀的氧化银的金属银。因 此，在CO试验过程中，氧化银被还原(如，得到氧)，使得氧化银用作氧化 剂以使CO转化成CO2.

如此沉淀的氧化银颗粒可在不存在外部氧源的情况下，如，在吸烟 混合物的氧贫乏区中将一氧化碳转化成二氧化碳。如图5所示，如此沉 淀的氧化银颗粒在室温下下使用包含6％CO(余量氩)的气体流动测试。 包含200mg颗粒的样品实现最大66％的CO转化率。氧化银可提供用于 直接将CO氧化成CO2的氧源。因为氧化银至金属银的还原是放热反应， 在CO试验过程中的样品温度增加，同时氧化银被消耗(即，被还原成银 金属)。

沉淀氧化银颗粒在CO试验过程中的催化剂温度的增加可用于引发 其它催化剂，尤其点火温度大于室温的那些的催化活性。图6给出了包 含如此沉淀的氧化银颗粒和市售银颗粒的颗粒混合物的一氧化碳试验 数据。包含80mg Ag2O和40mg市售银的样品在环境温度下使用3％CO和21％O2(余量氩)的输入气体流动测试。混合颗粒实现100％CO转化率 而没有外部加热和保持活性超过5小时。

催化剂载体可用于稳定化催化剂的活性和分散活性物质。承载银 基催化剂可通过将如此沉淀的氧化银颗粒与第二金属氧化物的颗粒混 合而制成。银基催化剂优选包含约1至70％重量承载在氧化物载体颗粒 的纳米级或微米尺寸颗粒上的银和/或氧化银颗粒。图7给出了40wt. ％氧化银/60wt.％氧化铈银基催化剂的一氧化碳试验数据。氧化铈颗 粒的平均尺寸是约1微米。使用3％CO和21％O2(余量氩)的输入气体混 合物，约150mg样品实现最大90％的CO至CO2的转化率而没有外部炉加 热。尽管CO至CO2的转化率在没有外部加热催化剂材料的情况下随着时 间而下降，通过提供对催化剂材料的外部加热，恢复催化活性。如果样 品温度通过外部加热增加至约110℃，实现大于90％的CO至CO2的转化 率。与如此沉淀的产物相比，该混合物的改进的活性可能是由于活性物 质(如，银)在混合物中的分散。

参照表I，在没有加热炉的情况下实现最大的CO转化率且给出了具 有不同组成的氧化铈承载银基催化剂实现90％转化率时的样品温度。

表I.承载银基催化剂的最大CO转化率和T90数据   组成(wt.％Ag2O)余量   CeO2   没有炉加热时的最大CO   转化率(％)   90％C0转化率时的炉温   度(℃)   10   27   390   20   38   160   30   50   110   40   90   110

氧化铈承载银基催化剂的活性还通过将催化剂引入手工香烟而评 估。与不含银基催化剂的对比香烟相比，加入包含承载在氧化铈上的20 和40wt.％如此沉淀的氧化银的400mg样品，导致从试验香烟中抽出的 一氧化碳的浓度分别下降约42％和45％。除了降低CO的浓度，如果在实 验香烟中测试，银基催化剂与对比香烟相比也降低从试验香烟中抽出 的总颗粒物质的浓度约35％。

银基催化剂可视需要包含一种或多种不同的氧化物载体。替代氧 化铈，氧化物载体可包含，例如，氧化钛。包含承载在氧化钛上的40wt. ％如此沉淀的氧化银的400mg样品导致从试验香烟抽出的一氧化碳的 浓度下降约42％。

如上所讨论，承载在金属氧化物载体上的银可通过蒸发沉积而制 成。在一个优选实施方案中，LVCC方法可使用压制粉末靶用于制备承载 银基催化剂。使用的靶包含在氧化铈中的5或10wt.％银。通过LVCC 而得到的银基催化剂的组成在本文被定义为用于得到它的靶的组成。 LVCC衍生的银基催化剂包含被引入氧化铈纳米级颗粒之和/或之上的 银和/或氧化银引入。

LVCC衍生的银基催化剂的催化活性使用描述于图2的管炉装置测 试。使用3％CO-21％O2(余量氩)气体流动。如图8(对于包含10wt.％ 银/90wt.％氧化铈的银基催化剂的25mg样品)所示，接续操作(A-D) 的点火温度从约195℃降至约80℃和在约100℃下在第四操作中实现近 100％CO的转化率。包含5wt.％银/95wt.％氧化铈的银基催化剂的20 mg样品实现类似结果，如图9所示。

催化剂可被热处理与改变催化剂的性能。例如，在将银基催化剂引 入至少一种烟草切割填料，烟纸和香烟过滤材料之和/或之上之前加热 (即，煅烧)银基催化剂，这样可用于增加银基催化剂的催化活性。优选， 如果在被引入香烟构件之前煅烧，银基催化剂在氧化气氛中被加热，尽 管也可在减少和/或惰性气氛中进行煅烧。

表II汇总了对通过LVCC制成的氧化铈承载银基催化剂进行热处理 的效果。数据显示在20％O2(余量氩)气体混合物中预热处理的样品的 第一操作点火温度(T5)和95％CO转化率的第一操作温度(T95)。为了对 比，给出了没有起始煅烧样品的而测试的银基催化剂的一氧化碳转化 率数据。点火温度和95％CO转化温度在随后操作过程中下降。例如， 在第四操作中，没有进行测量前的热处理的5wt.％和10wt.％Ag-CeO2催化剂的点火温度分别降至90℃和80℃。这些样品的第四操作95％转 化温度分别是约160℃和100℃。

表II.煅烧对银基催化剂的催化活性的作用。   样品   测量前热处理   T5(℃)   T95(℃)   5％Ag-CeO2   无   210   250   10％Ag-CeO2   无   170   195   5％Ag-CeO2   300℃，45min.   90   160   5％Ag-CeO2   300℃，120min .   80   100   10％Ag-CeO2   300℃，120min .   75   110   5％Ag-CeO2   400℃，120min .   100   145

如表II所示，LVCC银基催化剂的预热处理明显降低点火温度，如， 点火温度可降低至少50℃，100℃或更多。CeO2承载的银基催化剂促进 CO在升高的温度下的氧化。

长期催化活性使用包含5wt.％银-氧化铈的LVCC衍生的银基催化 剂测定，该催化剂被撒粉到石英羊毛中和放在如上所述的反应器中。在 放在炉中周期，将样品在300℃下在20％O2(余量氩)中煅烧120分钟。在 实验工程化子，炉保持在温度125℃下。对于4小时试验期，催化剂保持 大于95％的转化效率。

银基催化剂可用于各种场合。例如，催化剂可被引入烃转化反应器 中，其量可有效地转化烃。催化剂可被引入车辆排气体系，其量可有效 地将一氧化碳氧化成二氧化碳。催化剂也可用于减少汽车发动机在冷 启动时的排放，其量可有效地将一氧化碳氧化成二氧化碳。在另一实施 方案中，催化剂可被引入激光器中，其量可有效地将一氧化碳氧化成二 氧化碳。在另一实施方案中，催化剂可被引入燃料电池中，其量可有效 地将一氧化碳氧化成二氧化碳。在另一实施方案中，催化剂可用于空气 滤嘴，用于转化一氧化碳和/或户内挥发性有机化合物。

尽管本发明已根据优选实施方案进行描述，但可以理解，本领域熟 练技术人员显然可进行变化和改进。这些变化和改进被认为在所附权 利要求所定义的本发明的范围内。

所有上述参考文件在此作为参考完全并入本发明，如同每一参考 文件被具体地和单个地表明被完全引入本发明。