Исследователи из Китая впервые продемонстрировали, что наноматериалы, полученные из диоксида титана (TiO₂) могут использоваться в сигаретных фильтрах, существенно понижая количество вдыхаемых курильщиками вредных веществ.

По словам исследователей, наноматериалы на основе диоксида титана являются менее дорогой и менее опасной альтернативой наноматериалов на основе углерода, новые фильтры также могут найти применение в разработке новых противогазов и систем очистки воздуха.

В настоящее время сигаретный фильтры изготавливают из ацетата целлюлозы, поглощающего ряд токсичных и канцерогенных компонентов табачного дыма, включая смолы, никотин, полициклические ароматические соединения и входящие в состав листьев табака нитрозамины. В последние годы исследователи попытались улучшить стандартные фильтры за счет использования наноматериалов, например, углеродных нанотрубок или мезопористого оксида кремния. Однако эти материалы отличаются большой стоимостью, также их применение может быть связано с невыясненным пока отрицательным влиянием на здоровье человека.

Рис. 1. Фильтр может понизить содержание ряда
токсичных и канцерогенных компонентов табачного
дыма, вдыхаемых курильщиком, включая смолы, никотин,
аммиак и циановодород. (Рисунок из Chem. Commun., 2011,
DOI: 10.1039/c1cc10794a).

Миндэн Вэй (Mingdeng Wei) с соавторами обнаружил, что нанотрубки и нанолисты из оксида титана(IV) могут применяться для фильтрования табачного дыма. Исследователь отмечает, что наноматериалы на основе TiO₂ существенно понижают содержание в табачном дыме как смолы, никотин, аммиак, циановодород, некоторые соединения карбонильной и фенольной структуры.

Вей утверждает, что наноматериалы из TiO₂ будут дешевле других материалов подобного рода. Это обуславливается тем, что их достаточно просто получить в мягких условиях из оксида титана(IV). Поскольку TiO₂ уже нашел широкое применение во многих товарах – солнцезащитных кремах, косметике и продуктах питания, исследователь уверен, что содержащие диоксид титана сигаретные фильтры не будут опасны для здоровья курильщиков.

Исследователи синтезировали нанолисты и нанотрубки из TiO₂ стандартными способами, после чего поместили их в «гильзы» для сигаретных фильтров. С помощью системы «автоматический курильщик», ионной хроматографии и высокоэффективной жидкостной хроматографии исследователи измерили количество различных химических соединений, задержанных фильтром. Было обнаружено, что в качестве фильтрующей системы нанотрубки из TiO₂ в два раза эффективнее нанолистов.

Исследователи полагают, что различная сорбционная способность определяется строением материалов – нанотрубки со стоят из многослойных кристаллических стенок, на наноуровне напоминающих хроматографическую колонку, в то время как у нанолистов обычная слоистая структура. На внутренней поверхности нанотрубок из TiO2 содержится большое количество ионов H+, и, когда по нанотрубкам идет сигаретный дым, происходит химическая адсорбция аммиака, гидрохинона катехина и фенолов за счет взаимодействия с H⁺.