(57)【要約】切断充填体組成物、紙巻きたばこ、紙巻きたばこを作製する方法、及び紙巻きたばこを喫煙する方法が提供され、それらは一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用することができるナノ粒子添加物の使用を含む。切断充填体組成物はそれらがたばこと少なくとも一つのナノ粒子添加物を含むものとして記載されている。紙巻きたばこは少なくとも一つのナノ粒子添加物を持つ切断充填体を含むたばこ棒を含むものとして提供される。紙巻きたばこを作製する方法は、（ｉ）ナノ粒子添加物を切断充填体に添加すること；（ｉｉ）この添加物を含む切断充填体を紙巻きたばこ作製機に供給してたばこ棒を形成すること；及び（ｉｉｉ）このたばこ棒の周りに紙ラッパーを置いて紙巻きたばこを形成すること；を含むものとして提供される。更に、紙巻きたばこを喫煙する方法は、この紙巻きたばこに点火して煙を形成し、この煙を吸入することを含み、この紙巻きたばこの喫煙時に添加物が一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用することができるものとして記載されている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
切断充填体組成物であって、それがたばこと、一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用することのできる少なくとも一つの添加物とを含み、更にこの添加物がナノ粒子の形のものであることを特徴とする切断充填体組成物。
【請求項２】
添加物が一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤及び一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒としての両者として作用することができることを特徴とする請求項１に記載の切断充填体組成物。
【請求項３】
添加物が金属酸化物、ドープされた金属酸化物、及びそれらの混合物からなる群から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の切断充填体組成物。
【請求項４】
添加物がＦｅ２Ｏ３，ＣｕＯ，ＴｉＯ２，ＣｅＯ２，Ｃｅ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ３、ジルコニウムでドープされたＹ２Ｏ３、パラジウムでドープされたＭｎ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなる群から選ばれることを特徴とする請求項３に記載の切断充填体組成物。
【請求項５】
添加物が一酸化炭素の少なくとも５０％を二酸化炭素に転化するのに効果的な量のＦｅ２Ｏ３であることを特徴とする請求項４に記載の切断充填体組成物。
【請求項６】
添加物が約５００ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項１に記載の切断充填体組成物。
【請求項７】
添加物が約１００ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項１に記載の切断充填体組成物。
【請求項８】
添加物が約５０ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項１に記載の切断充填体組成物。
【請求項９】
添加物が約５ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項１に記載の切断充填体組成物。
【請求項１０】
段階（ｉ）で使用される添加物が約２０ｍ２／ｇから約４００ｍ２／ｇまでの表面積を持つことを特徴とする請求項１に記載の切断充填体組成物。
【請求項１１】
段階（ｉ）で使用される添加物が約２００ｍ２／ｇから約３００ｍ２／ｇまでの表面積を持つことを特徴とする請求項１０に記載の切断充填体組成物。
【請求項１２】
たばこ棒を含む紙巻きたばこであって、そのたばこ棒が一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用することのできる少なくとも一つの添加物を持つ切断充填体を含み、更にこの添加物がナノ粒子の形のものであることを特徴とする紙巻きたばこ。
【請求項１３】
添加物が一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤及び一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒としての両者として作用することができることを特徴とする請求項１２に記載の紙巻きたばこ。
【請求項１４】
添加物が金属酸化物、ドープされた金属酸化物、及びそれらの混合物からなる群から選ばれることを特徴とする請求項１２に記載の紙巻きたばこ。
【請求項１５】
添加物がＦｅ２Ｏ３，ＣｕＯ，ＴｉＯ２，ＣｅＯ２，Ｃｅ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ３、ジルコニウムでドープされたＹ２Ｏ３、パラジウムでドープされたＭｎ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなる群から選ばれることを特徴とする請求項１４に記載の紙巻きたばこ。
【請求項１６】
添加物が一酸化炭素の少なくとも５０％を二酸化炭素に転化するのに効果的な量のＦｅ２Ｏ３であることを特徴とする請求項１５に記載の紙巻きたばこ。
【請求項１７】
添加物が約５００ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項１２に記載の紙巻きたばこ。
【請求項１８】
添加物が約１００ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項１２に記載の紙巻きたばこ。
【請求項１９】
添加物が約５０ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項１２に記載の紙巻きたばこ。
【請求項２０】
添加物が約５ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項１２に記載の紙巻きたばこ。
【請求項２１】
添加物が約２０ｍ２／ｇから約４００ｍ２／ｇの表面積を持つことを特徴とする請求項１２に記載の紙巻きたばこ。
【請求項２２】
添加物が約２００ｍ２／ｇから約３００ｍ２／ｇまでの表面積を持つことを特徴とする請求項２１に記載の紙巻きたばこ。
【請求項２３】
紙巻きたばこが紙巻きたばこ１つ当り約５ｍｇの添加物から紙巻きたばこ１つ当り約１００ｍｇまでの添加物を含むことを特徴とする請求項１２に記載の紙巻きたばこ。
【請求項２４】
紙巻きたばこが紙巻きたばこ１つ当り約４０ｍｇの添加物から紙巻きたばこ１つ当り約５０ｍｇまでの添加物を含むことを特徴とする請求項２３に記載の紙巻きたばこ。
【請求項２５】
紙巻きたばこを作製する方法であって、
（ｉ）添加物を切断充填体に添加すること、ここでこの添加物は一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用することができ、更にこの添加物はナノ粒子の形のものである；
（ｉｉ）この添加物を含む切断充填体を紙巻きたばこ作製機に供給してたばこ棒を形成すること；及び
（ｉｉｉ）このたばこ棒の周りに紙ラッパーを置いて紙巻きたばこを形成すること；
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
添加物が一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤及び一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒としての両者として作用することができることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
段階（ｉ）で使用される添加物が約５００ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
段階（ｉ）で使用される添加物が約１００ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
段階（ｉ）で使用される添加物が約５０ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
段階（ｉ）で使用される添加物が約５ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
製造された紙巻きたばこが紙巻きたばこ１つ当り約５ｍｇの添加物から紙巻きたばこ１つ当り約１００ｍｇまでの添加物を含むことを特徴とする請求項２５に記載の紙巻きたばこ。
【請求項３２】
製造された紙巻きたばこが紙巻きたばこ１つ当り約４０ｍｇの添加物から紙巻きたばこ１つ当り約５０ｍｇまでの添加物を含むことを特徴とする請求項３１に記載の紙巻きたばこ。
【請求項３３】
段階（ｉ）で使用される添加物が金属酸化物、ドープされた金属酸化物、及びそれらの混合物からなる群から選ばれることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３４】
段階（ｉ）で使用される添加物がＦｅ２Ｏ３，ＣｕＯ，ＴｉＯ２，ＣｅＯ２，Ｃｅ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ３、ジルコニウムでドープされたＹ２Ｏ３、パラジウムでドープされたＭｎ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなる群から選ばれることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
段階（ｉ）で使用される添加物が一酸化炭素の少なくとも５０％を二酸化炭素に転化するのに効果的な量のＦｅ２Ｏ３であることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
段階（ｉ）で使用される添加物が約２０ｍ２／ｇから約４００ｍ２／ｇまでの表面積を持つことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３７】
段階（ｉ）で使用される添加物が約２００ｍ２／ｇから約３００ｍ２／ｇまでの表面積を持つことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
請求項１２の紙巻きたばこを喫煙する方法であって、それがその紙巻きたばこに点火して煙を形成し、その煙を吸入することを含み、更にこの紙巻きたばこの喫煙時に、添加物が一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用することを特徴とする喫煙方法。
【請求項３９】
添加物が非晶質であることを特徴とする請求項１に記載の切断充填体組成物。
【請求項４０】
添加物がＦｅ２Ｏ３であることを特徴とする請求項３９に記載の切断充填体組成物。
【請求項４１】
添加物が非晶質であることを特徴とする請求項１２に記載の紙巻きたばこ。
【請求項４２】
添加物がＦｅ２Ｏ３であることを特徴とする請求項４１に記載の紙巻きたばこ。
【請求項４３】
添加物が非晶質であることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項４４】
添加物がＦｅ２Ｏ３であることを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
この発明は一般的に喫煙時の紙巻きたばこの主流煙中の一酸化炭素の量を減少するための方法に関する。より詳細には、この発明は一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用することのできるナノ粒子添加物の使用を含む、切断充填体組成物、紙巻きたばこ、紙巻きたばこを作る方法及び紙巻きたばこを喫煙する方法に関する。
【０００２】
背景技術
喫煙時の紙巻きたばこの主流煙中の一酸化炭素の量を減少するための種々の方法が提案されている。例えば、英国特許８６３２８７号は、不完全燃焼生成物がたばこ物品の喫煙時に除去されまたは緩和されるように、たばこ物品の製造前にたばこを処理するための方法を記載する。これは酸化カルシウムまたは酸化カルシウム先駆物質をたばこに添加することにより達成されると言われている。酸化鉄もまたたばこへの添加物として述べられている。
【０００３】
一般的にフィルターチップ中に吸収剤を含む紙巻きたばこが一酸化炭素の幾らかを物理的に吸収するために提案されているが、かかる方法は通常完全に有効ではない。喫煙時に形成される望ましくない副生物を除去するための紙巻きたばこフィルターが米国特許ＲＥ３１７００号に記載されており、そこでは紙巻きたばこフィルターは任意的に酸化鉄のような無機多孔性吸着剤と共に乾燥したかつ活性な緑藻を含む。シアン化水素及び硫化水素のような望ましくないガス状副生物を除去するための他のフィルター材料およびフィルターが英国特許９７３８５４号に記載されている。これらのフィルター材料及びフィルターは鉄と亜鉛の両方の微細に分割された酸化物で含浸されたガス吸着材料の吸収性粒状物を含む。別の例では、少なくとも二つの高度に分散された金属酸化物または金属オキシ水和物の混和物を含む喫煙たばこ製品及びそれらのフィルター素子のための添加物が米国特許４１９３４１２号に記載されている。かかる添加物はたばこ煙中の有毒物質のための相乗的に増大した吸収容量を持つと言われている。英国特許６８５８２２号はたばこ煙中の一酸化炭素を炭酸ガスに酸化すると言われるフィルター剤を記載する。このフィルター剤は例えば二酸化マンガンと酸化第二銅及び消石灰を含む。少量の酸化第二鉄の添加は製品の効率を改善すると言われている。
【０００４】
酸化剤または触媒のフィルターへの添加は喫煙者に到達する一酸化炭素の濃度を減少させるための方策として記載されている。普通の触媒を用いるかかる方策の欠点は一酸化炭素のかなりの減少を達成するためにフィルター中に組み込まれる必要が多い大量の酸化剤を含むことである。更に、もし不均一反応の非効率性を考慮に入れると、必要な酸化剤の量は更に大きくなるであろう。例えば、米国特許４３１７４６０号は一酸化炭素の二酸化炭素への低温酸化のための喫煙製品フィルターで使用するための支持された触媒を記載する。かかる触媒は微細孔支持体上の例えば他の触媒物質と共にスズまたはスズ化合物の混合物を含む。喫煙物品のための別のフィルターがスイス特許６０９２１７号に記載されており、そこではフィルターは錯体化された鉄（例えばヘモグロビンまたはクロロクルオリン）を含むテトラピロール顔料を含み、任意的に一酸化炭素を固定できるまたはそれを二酸化炭素に転化できる金属または金属塩または酸化物を含む。別の例では、英国特許１１０４９９３号は収着剤と熱可塑性樹脂から作られたたばこ煙フィルターに関する。収着剤顆粒のための好適材料は活性炭であるが、酸化鉄のような金属酸化物がその代わりにまたは活性炭に加えて用いられることができると言われている。しかし、通常の喫煙条件下では、触媒は例えば喫煙時及び／または熱により形成される種々の副生物により、迅速に失活されるのでかかる触媒は障害を受ける。加えて、かかる局部的な触媒活性の結果として、かかるフィルターは喫煙時に許容し難い温度まで加熱されることが多い。
【０００５】
一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒は例えば米国特許４９５６３３０号及び５２５８３３０号に記載されている。一酸化炭素と酸素の二酸化炭素への酸化反応のための触媒組成物は例えば米国特許４９５６３３０号に記載されている。加えて米国特許５０５０６２１号は一酸化炭素の二酸化炭素への酸化のための物質を含む触媒ユニットを持つ喫煙物品を記載する。この触媒物質は酸化銅及び／または二酸化マンガンであることができる。触媒を作る方法が英国特許１３１５３７４号に記載されている。最後に、米国特許５２５８３４０号は一酸化炭素の二酸化炭素への酸化のための混合遷移金属酸化物触媒を記載する。この触媒は喫煙物品中に組み込まれるのに有用であると言われている。
【０００６】
酸化鉄のような金属酸化物はまた種々の目的のために紙巻きたばこ中に組み込まれている。例えば、ＷＯ  ８７／０６１０４には、窒素−炭素化合物のようなある望ましくない副生物の生成を減少しまたは排除し、並びに紙巻きたばこと関連したかび臭い“あと味”を除去する目的のために、少量の酸化亜鉛または酸化第二鉄のたばこへの添加が記載されている。酸化鉄は燃焼条件下に粒状形で少量に存在する酸化第二鉄または酸化亜鉛が鉄に還元されるように粒状形で提供される。鉄は水蒸気を水素と酸素に分解し、窒素の酸素及び炭素との燃焼よりむしろ水素との選択的な燃焼を起こし、それにより望ましくない窒素−酸素化合物よりむしろアンモニアを選択的に形成する。
【０００７】
別の例では、米国特許３８０７４１６号は再構成されたたばこと酸化亜鉛粉末とを含む喫煙材料を記載する。更に米国特許３７２０２１４号はたばこと本質的に微細に分割された酸化亜鉛からなる触媒とを含む喫煙物品組成物に関する。この組成物は喫煙時の多環芳香族化合物の量の減少を起こすものとして記載されている。一酸化炭素の濃度を減少する別の方策がＷＯ  ００／４０１０４に記載され、それはたばこをレス及び添加物としての任意的な鉄酸化物化合物と組み合わせることを記載する。レスの構成成分の酸化物化合物、並びに鉄酸化物添加物は一酸化炭素の濃度を減少すると言われている。
【０００８】
更に、種々の他の目的のために、鉄酸化物がたばこ物品中に組み込まれることも提案されている。例えば、鉄酸化物は粒状無機充填剤として（例えば米国特許４１９７８６１号；４１９５６４５号及び３９３１８２４号）、着色剤として（例えば米国特許４１１９１０４号）、及び粉末形で燃焼調節剤として（例えば米国特許４１０９６６３号）記載されている。加えて、幾つかの特許が味、色及び／または外観を改善するために粉末状鉄酸化物で充填物質を処理することを記載する（例えば米国特許６０９５１５２号；５５９８８６８号；５１２９４０８号；５１０５８３６号；及び５１０１８３９号）。しかし、ＦｅＯまたはＦｅ２Ｏ３のような金属酸化物を組み込んでいる紙巻きたばこを作る従来の試みは主流煙中の一酸化炭素の効果的な減少を導かなかった。
【０００９】
今日までの開発にもかかわらず、喫煙時の紙巻きたばこの主流煙中の一酸化炭素の量を減少するための改善されたかつより効率的な方法及び組成物に対する要求が残っている。好ましくはかかる方法及び組成物は高価なまたは時間を消費する製造及び／または加工段階を含むべきでない。より好ましくは、一酸化炭素を紙巻きたばこのフィルター領域内でのみならず、喫煙中の紙巻きたばこの全長に沿って触媒作用を及ぼしまたは酸化することができるべきである。
【００１０】
発明の概要
この発明は一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用することのできるナノ粒子添加物の使用を含む切断充填体組成物、紙巻きたばこ、紙巻きたばこを作る方法及び紙巻きたばこを喫煙する方法を提供する。
【００１１】
この発明の一実施例はたばこと一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用することのできる少なくとも一つの添加物とを含む切断充填体組成物に関し、ここでこの添加物はナノ粒子の形である。
【００１２】
この発明の別の実施例はたばこ棒を含む紙巻きたばこに関し、ここでたばこ棒は一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用することのできる少なくとも一つの添加物を持つ切断充填体を含み、更にこの添加物はナノ粒子の形である。
【００１３】
この発明の更なる実施例は紙巻きたばこを作る方法に関し、それは（ｉ）添加物を切断充填体に加える、ここでこの添加物は一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用することができ、更にこの添加物はナノ粒子の形である；（ｉｉ）この添加物を含む切断充填体を紙巻きたばこ製作機に供給してたばこ棒を形成する；及び（ｉｉｉ）このたばこ棒の周りに紙ラッパーを置き紙巻きたばこを形成する；を含む。
【００１４】
この発明のなお別の実施例は上述の紙巻きたばこを喫煙する方法に関し、それは紙巻きたばこに点火して煙を形成し、この煙を吸入することを含み、更に紙巻きたばこの喫煙時に、添加物は一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用する。
【００１５】
この発明の好適実施例において、添加物は一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤及び一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒の両方として作用することができる。添加物は好ましくはＦｅ２Ｏ３，ＣｕＯ，ＴｉＯ２，ＣｅＯ２，Ｃｅ２Ｏ３またはＡｌ２Ｏ３のような金属酸化物、またはジルコニウムでドープされたＹ２Ｏ３またはパラジウムでドープされたＭｎ２Ｏ３のようなドープされた金属酸化物である。添加物の混合物もまた使用されることができる。好ましくは、添加物は少なくとも５０％の一酸化炭素を二酸化炭素に転化するのに効果的な量で存在する。添加物は好ましくは約５００ｎｍ以下の、より好ましくは約１００ｎｍ以下の、更により好ましくは約５０ｎｍ以下の、そして最も好ましくは約５ｎｍ以下の平均粒度を持つ。好ましくは添加物は約２０ｍ２／ｇから約４００ｍ２／ｇの、より好ましくは約２００ｍ２／ｇから約３００ｍ２／ｇの表面積を持つ。
【００１６】
この発明により作られた紙巻きたばこは紙巻きたばこ１つ当り約５ｍｇのナノ粒子添加物から紙巻きたばこ１つ当り約１００ｍｇの添加物を持ち、より好ましくは紙巻きたばこ１つ当り約４０ｍｇの添加物から紙巻きたばこ１つ当り約５０ｍｇの添加物を持つ。
【００１７】
図面の簡略説明
この発明の上記の及び他の目的及び利点は添付図面に関してなされる以下の詳細な説明を考慮すれば明らかとなるであろう。図面において：
【００１８】
図１は一酸化炭素の二酸化炭素への酸化反応のためのギブス自由エネルギー及びエンタルピーの温度依存性を示す。
【００１９】
図２は炭素により二酸化炭素から一酸化炭素を形成する際の一酸化炭素への百分率転化率の温度依存性を示す。
【００２０】
図３は約３ｎｍの平均粒度を持つＦｅ２Ｏ３ナノ粒子（Ｋｉｎｇ  ｏｆ  Ｐｒｕｓｓｉａ，ＰＡのＭＡＣＨ  Ｉ社からのＮＡＮＯＣＡＴ（登録商標）超微細鉄酸化物（ＳＦＩＯ））対約５μｍの平均粒度を持つＦｅ２Ｏ３粉末（Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙからの）の触媒活性間の比較を示す。
【００２１】
図４Ａと４Ｂは紙巻きたばこの熱分解領域（ここでＦｅ２Ｏ３ナノ粒子は触媒として作用する）と燃焼帯域（ここでＦｅ２Ｏ３ナノ粒子は酸化剤として作用する）を示す。
【００２２】
図５は石英フロー管反応器の概略を示す。
【００２３】
図６は一酸化炭素を酸素で酸化して二酸化炭素を生成するための触媒としてＦｅ２Ｏ３ナノ粒子を用いるときの、一酸化炭素、二酸化炭素及び酸素の生成の温度依存性を示す。
【００２４】
図７はＦｅ２Ｏ３を一酸化炭素と反応させて二酸化炭素とＦｅＯを生成するための酸化剤としてＦｅ２Ｏ３ナノ粒子を用いるときの、一酸化炭素、二酸化炭素及び酸素の相対的生成を示す。
【００２５】
図８Ａと８Ｂは一酸化炭素と二酸化炭素の触媒としてのＦｅ２Ｏ３による反応次数を示す。
【００２６】
図９は反応触媒としてＦｅ２Ｏ３ナノ粒子を用いて、一酸化炭素と酸素の反応により二酸化炭素を生成するための活性化エネルギーとプレ指数係数（ｐｒｅ−ｅｘｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｆａｃｔｏｒ）の測定を示す。
【００２７】
図１０は３００ｍＬ／分及び９００ｍＬ／分のそれぞれの流速に対する、一酸化炭素の転化率の温度依存性を示す。
【００２８】
図１１は水に対する汚染と失活を示し、ここで曲線１は３％Ｈ２Ｏに対する状態を示し、曲線２はＨ２Ｏ無しに対する状態を示す。
【００２９】
図１２は一酸化炭素を酸素で酸化して二酸化炭素を生成するための触媒としてＣｕＯ及びＦｅ２Ｏ３ナノ粒子の転化率に対する温度依存性を示す。
【００３０】
図１３は種々のナノ粒子触媒を評価する際の紙巻きたばこをシミュレートするフロー管反応器を示す。
【００３１】
図１４は触媒を存在させない場合の一酸化炭素と二酸化炭素生成の相対量を示す。
【００３２】
図１５は触媒を存在させた場合の一酸化炭素と二酸化炭素生成の相対量を示す。
【００３３】
詳細な説明
この発明は一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用することのできるナノ粒子添加物の使用を含む切断充填体組成物、紙巻きたばこ、紙巻きたばこを作る方法及び紙巻きたばこを喫煙する方法を提供する。この発明により、主流煙中の一酸化炭素の量は減少されることができ、それにより喫煙者に到達する及び／または間接煙として放出される一酸化炭素の量を減少する。
【００３４】
語句“主流”煙はたばこ棒を通過してフィルター端を通して出るガスの混合物、すなわち紙巻きたばこの喫煙時に紙巻きたばこの口端から出るまたは引き出される煙の量を言う。主流煙は点火領域、並びに紙巻きたばこの紙ラッパーの両方を通して吸い込まれる煙を含む。
【００３５】
喫煙時に形成される一酸化炭素の合計量は三つの主要な源の組み合わせから来る：熱分解（約３０％）、燃焼（約３６％）及び二酸化炭素の炭化たばこによる還元（少なくとも２３％）。熱分解からの一酸化炭素の形成は約１８０℃の温度で始まり、約１０５０℃で終わり、大部分化学反応速度論により制御される。燃焼時の一酸化炭素及び二酸化炭素の形成は大部分酸素の表面への拡散（Ｋａ）及び表面反応（Ｋｂ）により制御される。２５０℃ではＫａとＫｂはほぼ同じである。４００℃では反応は拡散制御となる。最後に、二酸化炭素の炭化たばこまたは木炭による還元はほぼ３９０℃以上の温度で起こる。たばこ成分のほかに、温度と酸素濃度は一酸化炭素及び二酸化炭素の形成及び反応に影響を与える二つの最も重要な因子である。
【００３６】
理論に縛られることを希望しないが、ナノ粒子添加物は喫煙時の紙巻きたばこの異なる領域で起こる種々の反応を目標とすることができると信ぜられる。喫煙時に紙巻きたばこ中に三つの別個の領域がある：燃焼帯域、熱分解／蒸留帯域、及び凝縮／ろ過帯域。第一に、“燃焼帯域”は紙巻きたばこの喫煙時に作られた紙巻きたばこの燃焼帯域であり、通常紙巻きたばこの点火端にある。燃焼帯域の温度は約７００℃から約９５０℃までの範囲に及び、加熱速度は５００℃／秒ほどの高さに及ぶ。酸素の濃度はこの領域では低い。なぜならそれはたばこの燃焼に消費され一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、及び種々の有機物を生成するからである。この反応は高度に発熱性であり、ここで発生した熱はガスにより熱分解／蒸留帯域に運ばれる。高温度と結合された低酸素濃度は炭化たばこによる二酸化炭素の一酸化炭素への還元を導く。この領域内で、ナノ粒子添加物は酸化剤として作用し、一酸化炭素を二酸化炭素に転化する。酸化剤として、ナノ粒子添加物は酸素の不存在での一酸化炭素を酸化する。酸化反応はほぼ１５０℃で始まり、約４６０℃以上の温度で最大活性に到達する。
【００３７】
“熱分解領域”は燃焼領域の後ろの領域であり、そこでは温度は約２００℃から約６００℃までの範囲に及ぶ。これは殆どの一酸化炭素が生成されるところである。この領域の主反応はたばこの熱分解（すなわち熱劣化）であり、燃焼帯域で発生した熱を用いて一酸化炭素、二酸化炭素、煙成分、及び木炭を生成する。この帯域内に存在する幾らかの酸素があり、従ってナノ粒子添加物は一酸化炭素の二酸化炭素への酸化のための触媒として作用することができる。触媒として、ナノ粒子添加物は一酸化炭素の酸素による酸化を触媒作用して二酸化炭素を生成する。触媒反応は１５０℃で始まり、ほぼ３００℃で最大活性に到達する。ナノ粒子添加物は好ましくは触媒として使用された後もその酸化剤能力を保持し、従ってそれはまた燃焼領域でなお酸化剤として機能することができる。
【００３８】
第三に、凝縮／ろ過帯域があり、そこでは温度は環境温度から約１５０℃までの範囲に及ぶ。主要な工程は煙成分の凝縮／ろ過である。ある量の一酸化炭素と二酸化炭素は紙巻きたばこから拡散して出て行き、幾らかの酸素は紙巻きたばこ中に拡散する。しかし、一般的に、酸素水準は大気圧水準まで回復しない。
【００３９】
上述のように、ナノ粒子添加物は反応条件に応じて、酸化剤として及び／または触媒として機能することができる。この発明の好適実施例において、添加物は一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒としての両者として作用することができる。かかる実施例において、触媒は最大の効果を提供するであろう。またこの効果を得るために添加物の組み合わせを用いることもできる。
【００４０】
“ナノ粒子”は１ミクロン以下の平均粒度を持つ粒子を意味する。添加物は好ましくは約５００ｎｍ以下の、より好ましくは約１００ｎｍ以下の、更により好ましくは５０ｎｍ以下の、そして最も好ましくは５ｎｍ以下の平均粒度を持つ。好ましくは添加物は約２０ｍ２／ｇから約４００ｍ２／ｇまでの、より好ましくは約２００ｍ２／ｇから約３００ｍ２／ｇまでの表面積を持つ。
【００４１】
ナノ粒子はどのような適当な技術を用いても作られることができ、またはナノ粒子は商業的供給者から購入されることができる。例えば、ＭＡＣＨ  Ｉ，Ｉｎｃ．，  Ｋｉｎｇ  ｏｆ  Ｐｒｕｓｓｉａ，ＰＡは商品名ＮＡＮＯＣＡＴ（登録商標）Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ  Ｉｒｏｎ  Ｏｘｉｄｅ（ＳＦＩＯ）とＮＡＮＯＣＡＴ（登録商標）Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｉｒｏｎ  ＯｘｉｄｅのもとにＦｅ２Ｏ３ナノ粒子を販売している。ＮＡＮＯＣＡＴ（登録商標）Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ  Ｉｒｏｎ  Ｏｘｉｄｅ（ＳＦＩＯ）は約３ｎｍの粒度、約２５０ｍ２／ｇの比表面積、及び約０．０５ｇ／ｍＬの嵩密度を持つ、自由流動粉末の形の非晶質第二酸化鉄である。ＮＡＮＯＣＡＴ（登録商標）Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ  Ｉｒｏｎ  Ｏｘｉｄｅ（ＳＦＩＯ）は気相法により合成され、それは通常の触媒中に存在する不純物を含まないようにさせ、食品、薬及び化粧品で使用するのに適している。ＮＡＮＯＣＡＴ（登録商標）Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｉｒｏｎ  Ｏｘｉｄｅは約２５ｎｍの粒度と約４０ｍ２／ｇの表面積を持つ、自由流動粉末である。
【００４２】
好ましくは、適切なナノ粒子触媒及び／または酸化剤の選択は貯蔵状態時の活性の安定性と保存のような因子、低価格、及び豊富な供給を考慮に入れるであろう。好ましくは、ナノ粒子添加物は優しい物質であるであろう。更にナノ粒子は喫煙時に望ましくない副生物を反応または形成しないことが好ましい。
【００４３】
ナノ粒子添加物を選択する際、種々の熱力学的配慮が酸化及び／または触媒作用が当業者に明らかであるように効率的に起こることを確実とするために、考慮に入れられよう。例えば、図１は一酸化炭素の二酸化炭素への酸化のためのギブス自由エネルギー及びエンタルピーの温度依存性の熱力学的分析を示す。図２は二酸化炭素の炭素による転化により一酸化炭素を形成する転化百分率の温度依存性を示す。
【００４４】
好適実施例においては、金属酸化物ナノ粒子が使用される。ナノ粒子の形のどのような適当な金属酸化物も使用されることができる。任意に、一つまたはそれ以上の金属酸化物が混合物としてまたは組み合わせて使用されることができ、そこでは金属酸化物は異なる化学構成要素のものでありまたは同じ金属酸化物の異なる形のものであることができる。
【００４５】
好適なナノ粒子添加物はＦｅ２Ｏ３，ＣｕＯ，ＴｉＯ２，ＣｅＯ２，Ｃｅ２Ｏ３、またはＡｌ２Ｏ３のような金属酸化物、またはジルコニウムでドープされたＹ２Ｏ３、パラジウムでドープされたＭｎ２Ｏ３のようなドープされた金属酸化物を含む。添加物の混合物もまた使用されることができる。特に、Ｆｅ２Ｏ３は好ましい。なぜならそれは望ましくないどのような副生物も生成することは知られておらず、反応後に簡単にＦｅＯまたはＦｅに還元されるであろうからである。更に、Ｆｅ２Ｏ３が添加物として使用されるとき、それは環境的に有害な物質に変換されないであろう。更に、Ｆｅ２Ｏ３ナノ粒子は経済的であり、かつ容易に入手できるので、貴金属の使用が避けられることができる。特に、上述のＮＡＮＯＣＡＴ（登録商標）Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ  Ｉｒｏｎ  Ｏｘｉｄｅ（ＳＦＩＯ）及びＮＡＮＯＣＡＴ（登録商標）Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｉｒｏｎ  Ｏｘｉｄｅは好ましい添加物である。
【００４６】
図３は約３ｎｍの平均粒度を持つＦｅ２Ｏ３ナノ粒子（ＭＡＣＨ  Ｉ，Ｉｎｃ．，  Ｋｉｎｇ  ｏｆ  Ｐｒｕｓｓｉａ，ＰＡからのＮＡＮＯＣＡＴ（登録商標）Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ  Ｉｒｏｎ  Ｏｘｉｄｅ（ＳＦＩＯ））対約５μｍの平均粒度を持つＦｅ２Ｏ３粉末（Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙからの）の触媒活性間の比較を示す。Ｆｅ２Ｏ３ナノ粒子は約５μｍの平均粒度を持つＦｅ２Ｏ３よりかなり高い一酸化炭素の二酸化炭素への転化率を示す。
【００４７】
Ｆｅ２Ｏ３ナノ粒子は一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒としての両者として作用することができる。図４Ａに概略的に示されるように、Ｆｅ２Ｏ３ナノ粒子は熱分解帯域の触媒として作用し、かつ燃焼領域の酸化剤として作用する。図４Ｂは点火した紙巻きたばこの種々の温度帯域を示す。酸化剤／触媒の二元機能及び反応温度範囲がＦｅ２Ｏ３ナノ粒子を喫煙時の一酸化炭素の減少のための紙巻きたばこ及びたばこ混合物中の有用な添加物とする。また、紙巻きたばこの喫煙時に、Ｆｅ２Ｏ３ナノ粒子は最初は触媒（すなわち熱分解帯域内で）として、次いで酸化剤（すなわち燃焼領域内で）として使用されることができる。
【００４８】
種々の触媒の熱力学及び反応速度論を更に研究するための種々の実験が石英フロー管反応器を用いて実行された。これらの反応を支配する反応速度式は次のようである：
ｌｎ（１−ｘ）＝−Ａｏｅ−（Ｅａ／ＲＴ）・（ｓ・ｌ／Ｆ）
ここで変数は次のように規定される：
Ｘ＝二酸化炭素に転化された一酸化炭素の百分率
Ａｏ＝プレ指数係数、５×１０−６ｓ−１
Ｒ＝気体定数、１．９８７×１０−３Ｋｃａｌ／（ｍｏｌ・Ｋ）
Ｅａ＝活性化エネルギー、１４．５Ｋｃａｌ／ｍｏｌ
ｓ＝フロー管の断面積、０．６２２ｃｍ２
ｌ＝触媒の長さ、１．５ｃｍ
Ｆ＝ｃｍ３／ｓでの流速
【００４９】
かかる研究を実行するために適した石英フロー管反応器の概要は図５に示されている。ヘリウム、酸素／ヘリウム及び／または一酸化炭素／ヘリウム混合物が反応器の一端に導入されることができる。Ｆｅ２Ｏ３ナノ粒子を散布された石英ウールが反応器内に置かれる。生成物は第二端で反応器を出る。生成物は排気と四重極質量分析計（“ＱＭＳ”）への毛管ラインとを含む。生成物の相対量はこのようにして種々の反応条件に対して決定されることができる。
【００５０】
図６は一酸化炭素と酸素の反応で二酸化炭素を生成するためにＦｅ２Ｏ３ナノ粒子が触媒として使用される試験に対する温度対ＱＭＳ強度のグラフである。この試験では、約８２ｍｇのＦｅ２Ｏ３ナノ粒子が石英フロー管反応器内に装填される。一酸化炭素はヘリウム中４％の濃度で約２７０ｍＬ／分の流速で供給され、酸素はヘリウム中２１％の濃度で約２７０ｍＬ／分の流速で供給される。加熱速度は約１２．１Ｋ／分である。このグラフに示されるように、Ｆｅ２Ｏ３ナノ粒子はほぼ２２５℃以上の温度で一酸化炭素を二酸化炭素に転化するのに効果的である。
【００５１】
図７は一酸化炭素とＦｅ２Ｏ３の反応で二酸化炭素とＦｅＯを生成するためにＦｅ２Ｏ３ナノ粒子が酸化剤として研究された試験に対する時間対ＱＭＳ強度のグラフである。この試験では、約８２ｍｇのＦｅ２Ｏ３ナノ粒子が石英フロー管反応器に装填される。一酸化炭素はヘリウム中４％の濃度で約２７０ｍＬ／分の流速で供給され、加熱速度は４６０℃の最高温度まで約１３７Ｋ／分である。図６と７に示されたデータにより示唆されるように、Ｆｅ２Ｏ３ナノ粒子は紙巻きたばこの喫煙時の条件と同様の条件下で一酸化炭素の二酸化炭素への転化に効果的である。
【００５２】
図８Ａと８Ｂは触媒としてのＦｅ２Ｏ３による一酸化炭素と二酸化炭素との反応次数を示すグラフである。図９はＦｅ２Ｏ３ナノ粒子を反応触媒として用いて一酸化炭素の酸素との反応で二酸化炭素を生成する際の活性化エネルギーとプレ指数係数の測定を示す。活性化エネルギーの概要が表１に与えられる。
【表１】
2005504531.tif 000002
【００５３】
図１０は５０ｍｇのＦｅ２Ｏ３ナノ粒子を石英管反応器中で触媒として用いる際の、３００ｍＬ／分と９００ｍＬ／分のそれぞれの流速に対する一酸化炭素の転化率に対する温度依存性を示す。
【００５４】
図１１は石英管反応器中で触媒として５０ｍｇのＦｅ２Ｏ３ナノ粒子を用いて水に対する汚染と失活の研究を示す。このグラフから分かるように、曲線１（水なし）に比べて３％迄の水の存在（曲線２）は一酸化炭素を二酸化炭素に転化することに関してＦｅ２Ｏ３ナノ粒子の能力に対して殆ど影響を持たない。
【００５５】
図１２は石英管反応器中で触媒として５０ｍｇのＦｅ２Ｏ３と５０ｍｇのＣｕＯナノ粒子を用いる際のＣｕＯとＦｅ２Ｏ３ナノ粒子に対する転化率の温度依存性間の比較を示す。ＣｕＯナノ粒子は低温ではより高い転化率を持つけれども、高温ではＣｕＯとＦｅ２Ｏ３は同じ転化率を持つ。
【００５６】
図１３は種々のナノ粒子触媒を評価する際の紙巻きたばこをシミュレートするフロー管反応器を示す。表２は一酸化炭素の二酸化炭素に対する比及びＣｕＯ，Ａｌ２Ｏ３，及びＦｅ２Ｏ３ナノ粒子を用いるときの酸素消耗の百分率間の比較を示す。
【表２】
2005504531.tif 000003
【００５７】
ナノ粒子の不存在では、一酸化炭素の二酸化炭素に対する比は約０．５１であり、酸素消耗は約４８％である。表２中のデータはナノ粒子を用いることにより得られる改良を示す。一酸化炭素の二酸化炭素に対する比はそれぞれＡｌ２Ｏ３，ＣｕＯ及びＦｅ２Ｏ３ナノ粒子に対して０．４０，０．２９及び０．２３に落下する。酸素消耗はそれぞれＡｌ２Ｏ３，ＣｕＯ及びＦｅ２Ｏ３ナノ粒子に対して６０％，６７％及び１００％に増加する。
【００５８】
図１４は触媒の存在なしの一酸化炭素と二酸化炭素の生成量を示す試験の温度対ＱＭＳ強度のグラフである。図１５は触媒としてＦｅ２Ｏ３ナノ粒子を用いるときの一酸化炭素と二酸化炭素の生成量を示す試験の温度対ＱＭＳ強度のグラフである。図１４と図１５を比較することにより分かるように、Ｆｅ２Ｏ３ナノ粒子の存在は二酸化炭素の存在する一酸化炭素に対する比を増やし、かつ存在する一酸化炭素の量を減らす。
【００５９】
上述のようにナノ粒子添加物はたばこ上にそれらを分散することによりまたはそれらを適当な方法を用いて切断充填体たばこ中に組み入れることによりたばこ棒の長さに沿って設けられることができる。ナノ粒子は粉末の形でまたは分散液の形の溶液で提供されることができる。好適方法では、乾燥粉末の形のナノ粒子添加物が切断充填体たばこ上に散布される。ナノ粒子添加物はまた溶液の形で提供され、切断充填体たばこ上に噴霧されることができる。これに代えて、たばこはナノ粒子添加物を含む溶液により被覆されることができる。ナノ粒子添加物はまた紙巻きたばこ作製機に供給された切断充填体たばこ原料に添加されることができ、または紙巻きたばこ棒の周りに紙巻きたばこ紙を巻く前にたばこ棒に添加されることができる。
【００６０】
ナノ粒子添加物は好ましくは紙巻きたばこのたばこ棒部及び任意的に紙巻きたばこフィルターを通して分散されるであろう。全たばこ棒を通してナノ粒子添加物を設けることにより、紙巻きたばこを通して、特に燃焼領域と熱分解帯域の両者で、一酸化炭素の量を減らすことができる。
【００６１】
ナノ粒子添加物の量は主流煙中の一酸化炭素の量が紙巻きたばこの喫煙時に減少されるように選択されるべきである。好ましくはナノ粒子添加物の量は約数ミリグラム、例えば５ｍｇ／紙巻きたばこから約１００ｍｇ／紙巻きたばこまででありうる。より好ましくはナノ粒子添加物の量は約４０ｍｇ／紙巻きたばこから約５０ｍｇ／紙巻きたばこまでであろう。
【００６２】
この発明の一実施例は上述のように一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用することのできる少なくとも一つの添加物とたばこを含む切断充填体組成物に関し、そこでは添加物はナノ粒子の形である。
【００６３】
適当などのようなたばこ混合物も切断充填体のために使用されることができる。たばこ原料の適当な形式の例は熱風で乾燥した、Ｂｕｒｌｅｙ，ＭａｒｙｌａｎｄまたはＯｒｉｅｎｔａｌたばこ、貴重なまたは特産品のたばこ、及びそれらの混合物を含む。たばこ原料はたばこ薄層；容積膨張されたまたは膨らませたたばこのような加工されたたばこ原料、切断して巻かれたまたは切断して膨らませた茎のような加工されたたばこの茎、再編成されたたばこ原料；またはそれらの混合物の形で提供されることができる。この発明はまたたばこ代用品により実施されることができる。
【００６４】
紙巻きたばこ製造において、たばこは通常切断充填体の形で、すなわち約１／１０インチから約１／２０インチまたは１／４０インチまでに及ぶ幅に切断された細片またはストランドの形で採用される。ストランドの長さは約０．２５インチから約３．０インチの範囲に及ぶ。紙巻きたばこは更に当業技術で知られた一つまたはそれ以上の芳香剤または他の添加物（例えば燃焼添加物、燃焼改質剤、着色剤、結合剤等）を含むことができる。
【００６５】
この発明の別の実施例はたばこ棒を含む紙巻きたばこに関し、そこではたばこ棒は上述のような一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用することのできる少なくとも一つの添加物を持つ切断充填体を含み、その添加物はナノ粒子の形のものである。この発明の更なる実施例は紙巻きたばこの作製方法に関し、それは（ｉ）切断充填体に添加物を添加する、ここで添加物は一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用することのできる上述のようなものであり、この添加物はナノ粒子の形のものである；（ｉｉ）この添加物を含む切断充填体を紙巻きたばこ作製機に供給してたばこ棒を形成する；及び（ｉｉｉ）このたばこ棒の周りに紙ラッパーを置き紙巻きたばこを形成する；を含む。
【００６６】
紙巻きたばこ製造の技術は従来技術で知られている。どのような通常のまたは修正された紙巻きたばこ作製技術もナノ粒子添加物を組み入れるのに使用されることができる。得られる紙巻きたばこは標準的なまたは修正された紙巻きたばこ作製技術及び装置を用いていずれかの既知の仕様書で製造されることができる。典型的には、この発明の切断充填体組成物は任意的に他の紙巻きたばこ添加物と組み合わせられ、紙巻きたばこ作製機に供給され、たばこ棒を製造し、それは次いで紙巻きたばこ紙中に巻かれ、そして任意的にフィルターを先端に付けられる。
【００６７】
この発明の紙巻きたばこは約５０ｍｍから約１２０ｍｍの長さの範囲であることができる。一般的に、レギュラー紙巻きたばこは約７０ｍｍ長であり、“キングサイズ”は約８５ｍｍ長であり、“スーパーキングサイズ”は約１００ｍｍ長であり、そして“ロング”は通常約１２０ｍｍ長である。周囲は約１５ｍｍから約３０ｍｍまでであり、好ましくはほぼ２５ｍｍである。包装密度は典型的には約１００ｍｇ／ｃｍ３から約３００ｍｇ／ｃｍ３、好ましくは１５０ｍｇ／ｃｍ３から約２７５ｍｇ／ｃｍ３の間である。
【００６８】
この発明のなお別の実施例は上述の紙巻きたばこを喫煙する方法に関し、それは紙巻きたばこに点火して煙を形成すること及びこの煙を吸入することを含み、そこでは紙巻きたばこの喫煙時に、添加物が一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用する。
【００６９】
紙巻きたばこの“喫煙”は紙巻きたばこを加熱または燃焼して吸入されることができる煙を形成することを意味する。一般的に、紙巻きたばこの喫煙は紙巻きたばこの一端に点火し、紙巻きたばこの口端部を通して紙巻きたばこ煙を吸入することを含み、その間にその内に含まれたたばこが燃焼反応を受ける。しかし、紙巻きたばこはまた他の手段により喫煙されることができる。例えば、紙巻きたばこは紙巻きたばこを加熱及び／または共同譲渡された例えばＵ．Ｓ．特許６０５３１７６号；５９３４２８９号、５９３４２８９号、５５９１３６８号または５３２２０７５号に記載されたような電気ヒーター手段を用いて加熱することにより喫煙されることができる。
【００７０】
この発明が好適実施例に関して説明されたが、変更及び修正が当業者に明らかであるように行使されることができることは理解されるべきである。かかる変更及び修正はここに添付された請求項に規定されたこの発明の権限及び範囲内で考慮されるべきである。
【００７１】
上述の参照例の全てはそれぞれの個別の参照例がまるで特別にかつ個別にその全体をここに参照迄に組み入れられるものとして示されたものであるのと同じ範囲でそれらの全体を参照迄にここに組み入れられる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】一酸化炭素の二酸化炭素への酸化反応のためのギブス自由エネルギー及びエンタルピーの温度依存性を示す。
【図２】炭素により二酸化炭素から一酸化炭素を形成する際の一酸化炭素への百分率転化率の温度依存性を示す。
【図３】約３ｎｍの平均粒度を持つＦｅ２Ｏ３ナノ粒子（Ｋｉｎｇ  ｏｆ  Ｐｒｕｓｓｉａ，ＰＡのＭＡＣＨ  Ｉ社からのＮＡＮＯＣＡＴ（登録商標）超微細鉄酸化物（ＳＦＩＯ））対約５μｍの平均粒度を持つＦｅ２Ｏ３粉末（Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙからの）の触媒活性間の比較を示す。
【図４Ａ】紙巻きたばこの熱分解領域（ここでＦｅ２Ｏ３ナノ粒子は触媒として作用する）と燃焼帯域（ここでＦｅ２Ｏ３ナノ粒子は酸化剤として作用する）を示す。
【図４Ｂ】紙巻きたばこの熱分解領域（ここでＦｅ２Ｏ３ナノ粒子は触媒として作用する）と燃焼帯域（ここでＦｅ２Ｏ３ナノ粒子は酸化剤として作用する）を示す。
【図５】石英フロー管反応器の概略を示す。
【図６】一酸化炭素を酸素で酸化して二酸化炭素を生成するための触媒としてＦｅ２Ｏ３ナノ粒子を用いるときの、一酸化炭素、二酸化炭素及び酸素の生成の温度依存性を示す。
【図７】Ｆｅ２Ｏ３を一酸化炭素と反応させて二酸化炭素とＦｅＯを生成するための酸化剤としてＦｅ２Ｏ３ナノ粒子を用いるときの、一酸化炭素、二酸化炭素及び酸素の相対的生成を示す。
【図８Ａ】一酸化炭素と二酸化炭素の触媒としてのＦｅ２Ｏ３による反応次数を示す。
【図８Ｂ】一酸化炭素と二酸化炭素の触媒としてのＦｅ２Ｏ３による反応次数を示す。
【図９】反応触媒としてＦｅ２Ｏ３ナノ粒子を用いて、一酸化炭素と酸素の反応により二酸化炭素を生成するための活性化エネルギーとプレ指数係数（ｐｒｅ−ｅｘｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｆａｃｔｏｒ）の測定を示す。
【図１０】３００ｍＬ／分及び９００ｍＬ／分のそれぞれの流速に対する、一酸化炭素の転化率の温度依存性を示す。
【図１１】水に対する汚染と失活を示し、ここで曲線１は３％Ｈ２Ｏに対する状態を示し、曲線２はＨ２Ｏ無しに対する状態を示す。
【図１２】一酸化炭素を酸素で酸化して二酸化炭素を生成するための触媒としてＣｕＯ及びＦｅ２Ｏ３ナノ粒子の転化率に対する温度依存性を示す。
【図１３】種々のナノ粒子触媒を評価する際の紙巻きたばこをシュミレートするフロー管反応器を示す。
【図１４】触媒を存在させない場合の一酸化炭素と二酸化炭素生成の相対量を示す。
【図１５】触媒を存在させた場合の一酸化炭素と二酸化炭素生成の相対量を示す。
【図１】
2005504531.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年3月27日(2003.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切断充填体組成物であって、それがたばこと、一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用することのできる酸化アルミニウム以外の少なくとも一つの添加物とを含み、更にこの添加物がナノ粒子の形のものであることを特徴とする切断充填体組成物。
【請求項２】
添加物が一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤及び一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒としての両者として作用することができることを特徴とする請求項１に記載の切断充填体組成物。
【請求項３】
添加物が金属酸化物、ドープされた金属酸化物、及びそれらの混合物からなる群から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の切断充填体組成物。
【請求項４】
添加物がＦｅ２Ｏ３，ＣｕＯ，ＣｅＯ２，Ｃｅ２Ｏ３、ジルコニウムでドープされたＹ２Ｏ３、パラジウムでドープされたＭｎ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなる群から選ばれることを特徴とする請求項３に記載の切断充填体組成物。
【請求項５】
添加物が一酸化炭素の少なくとも５０％を二酸化炭素に転化するのに効果的な量のＦｅ２Ｏ３であることを特徴とする請求項４に記載の切断充填体組成物。
【請求項６】
添加物が約５００ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項１に記載の切断充填体組成物。
【請求項７】
添加物が約１００ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項１に記載の切断充填体組成物。
【請求項８】
添加物が約５０ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項１に記載の切断充填体組成物。
【請求項９】
添加物が約５ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項１に記載の切断充填体組成物。
【請求項１０】
添加物が約２０ｍ２／ｇから約４００ｍ２／ｇまでの表面積を持つことを特徴とする請求項１に記載の切断充填体組成物。
【請求項１１】
添加物が約２００ｍ２／ｇから約３００ｍ２／ｇまでの表面積を持つことを特徴とする請求項１０に記載の切断充填体組成物。
【請求項１２】
たばこ棒を含む紙巻きたばこであって、そのたばこ棒が一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用することのできる酸化アルミニウム以外の少なくとも一つの添加物を持つ切断充填体を含み、更にこの添加物がナノ粒子の形のものであることを特徴とする紙巻きたばこ。
【請求項１３】
添加物が一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤及び一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒としての両者として作用することができることを特徴とする請求項１２に記載の紙巻きたばこ。
【請求項１４】
添加物が金属酸化物、ドープされた金属酸化物、及びそれらの混合物からなる群から選ばれることを特徴とする請求項１２に記載の紙巻きたばこ。
【請求項１５】
添加物がＦｅ２Ｏ３，ＣｕＯ，ＣｅＯ２，Ｃｅ２Ｏ３、ジルコニウムでドープされたＹ２Ｏ３、パラジウムでドープされたＭｎ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなる群から選ばれることを特徴とする請求項１４に記載の紙巻きたばこ。
【請求項１６】
添加物が一酸化炭素の少なくとも５０％を二酸化炭素に転化するのに効果的な量のＦｅ２Ｏ３であることを特徴とする請求項１５に記載の紙巻きたばこ。
【請求項１７】
添加物が約５００ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項１２に記載の紙巻きたばこ。
【請求項１８】
添加物が約１００ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項１２に記載の紙巻きたばこ。
【請求項１９】
添加物が約５０ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項１２に記載の紙巻きたばこ。
【請求項２０】
添加物が約５ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項１２に記載の紙巻きたばこ。
【請求項２１】
添加物が約２０ｍ２／ｇから約４００ｍ２／ｇの表面積を持つことを特徴とする請求項１２に記載の紙巻きたばこ。
【請求項２２】
添加物が約２００ｍ２／ｇから約３００ｍ２／ｇまでの表面積を持つことを特徴とする請求項２１に記載の紙巻きたばこ。
【請求項２３】
紙巻きたばこが紙巻きたばこ１つ当り約５ｍｇの添加物から紙巻きたばこ１つ当り約１００ｍｇまでの添加物を含むことを特徴とする請求項１２に記載の紙巻きたばこ。
【請求項２４】
紙巻きたばこが紙巻きたばこ１つ当り約４０ｍｇの添加物から紙巻きたばこ１つ当り約５０ｍｇまでの添加物を含むことを特徴とする請求項２３に記載の紙巻きたばこ。
【請求項２５】
紙巻きたばこを作製する方法であって、
（ｉ）酸化アルミニウム以外の添加物を切断充填体に添加すること、ここでこの添加物は一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用することができ、更にこの添加物はナノ粒子の形のものである；
（ｉｉ）この添加物を含む切断充填体を紙巻きたばこ作製機に供給してたばこ棒を形成すること；及び
（ｉｉｉ）このたばこ棒の周りに紙ラッパーを置いて紙巻きたばこを形成すること；
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
添加物が一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤及び一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒としての両者として作用することができることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
段階（ｉ）で使用される添加物が約５００ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
段階（ｉ）で使用される添加物が約１００ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
段階（ｉ）で使用される添加物が約５０ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
段階（ｉ）で使用される添加物が約５ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
製造された紙巻きたばこが紙巻きたばこ１つ当り約５ｍｇの添加物から紙巻きたばこ１つ当り約１００ｍｇまでの添加物を含むことを特徴とする請求項２５に記載の紙巻きたばこ。
【請求項３２】
製造された紙巻きたばこが紙巻きたばこ１つ当り約４０ｍｇの添加物から紙巻きたばこ１つ当り約５０ｍｇまでの添加物を含むことを特徴とする請求項３１に記載の紙巻きたばこ。
【請求項３３】
段階（ｉ）で使用される添加物が金属酸化物、ドープされた金属酸化物、及びそれらの混合物からなる群から選ばれることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３４】
段階（ｉ）で使用される添加物がＦｅ２Ｏ３，ＣｕＯ，ＴｉＯ２，ＣｅＯ２，Ｃｅ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ３、ジルコニウムでドープされたＹ２Ｏ３、パラジウムでドープされたＭｎ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなる群から選ばれることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
段階（ｉ）で使用される添加物が一酸化炭素の少なくとも５０％を二酸化炭素に転化するのに効果的な量のＦｅ２Ｏ３であることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
段階（ｉ）で使用される添加物が約２０ｍ２／ｇから約４００ｍ２／ｇまでの表面積を持つことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３７】
段階（ｉ）で使用される添加物が約２００ｍ２／ｇから約３００ｍ２／ｇまでの表面積を持つことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
請求項１２の紙巻きたばこを喫煙する方法であって、それがその紙巻きたばこに点火して煙を形成し、その煙を吸入することを含み、更にこの紙巻きたばこの喫煙時に、添加物が一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用することを特徴とする喫煙方法。
【請求項３９】
添加物が非晶質であることを特徴とする請求項１に記載の切断充填体組成物。
【請求項４０】
添加物がＦｅ２Ｏ３であることを特徴とする請求項３９に記載の切断充填体組成物。
【請求項４１】
添加物が非晶質であることを特徴とする請求項１２に記載の紙巻きたばこ。
【請求項４２】
添加物がＦｅ２Ｏ３であることを特徴とする請求項４１に記載の紙巻きたばこ。
【請求項４３】
添加物が非晶質であることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項４４】
添加物がＦｅ２Ｏ３であることを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
切断充填体組成物であって、それがたばこと、一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用することのできる少なくとも一つの添加物とを含み、更にこの添加物が酸化鉄ナノ粒子の形のものであることを特徴とする切断充填体組成物。
【請求項４６】
添加物が一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤及び一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒としての両者として作用することができることを特徴とする請求項４５に記載の切断充填体組成物。
【請求項４７】
添加物がＣｕＯ，ＴｉＯ２，ＣｅＯ２，Ｃｅ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ３、ジルコニウムでドープされたＹ２Ｏ３、パラジウムでドープされたＭｎ２Ｏ３、またはそれらの混合物を更に含むことを特徴とする請求項４５に記載の切断充填体組成物。
【請求項４８】
添加物が約１００から約５００ｎｍのまたは約１００ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項４５に記載の切断充填体組成物。
【請求項４９】
添加物が約５から約５０ｎｍのまたは約５ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項４５に記載の切断充填体組成物。
【請求項５０】
添加物が約２０ｍ２／ｇから約２００ｍ２／ｇのまたは約２００ｍ２／ｇから約４００ｍ２／ｇまでの表面積を持つことを特徴とする請求項４５に記載の切断充填体組成物。
【請求項５１】
添加物が非晶質であることを特徴とする請求項４５に記載の切断充填体組成物。
【請求項５２】
添加物がＦｅ２Ｏ３であることを特徴とする請求項４５に記載の切断充填体組成物。
【請求項５３】
添加物が約１５０℃以上の温度で一酸化炭素の二酸化炭素への転化を酸化し及び／または触媒作用することを特徴とする請求項４５に記載の切断充填体組成物。
【請求項５４】
添加物が約２００℃から６００℃の温度で一酸化炭素の二酸化炭素への転化を酸化し及び／または触媒作用することを特徴とする請求項４５に記載の切断充填体組成物。
【請求項５５】
たばこ棒を含む紙巻きたばこであって、このたばこ棒が一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用することのできる少なくとも一つの添加物を持つ切断充填体を含み、更にこの添加物が酸化鉄ナノ粒子の形のものであることを特徴とする紙巻きたばこ。
【請求項５６】
添加物が一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤及び一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒としての両者として作用することができることを特徴とする請求項５５に記載の紙巻きたばこ。
【請求項５７】
添加物がＣｕＯ，ＴｉＯ２，ＣｅＯ２，Ｃｅ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ３、ジルコニウムでドープされたＹ２Ｏ３、パラジウムでドープされたＭｎ２Ｏ３、またはそれらの混合物を更に含むことを特徴とする請求項５５に記載の紙巻きたばこ。
【請求項５８】
添加物が約１００から約５００ｎｍのまたは約１００ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項５５に記載の紙巻きたばこ。
【請求項５９】
添加物が約５から約５０ｎｍのまたは約５ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項５５に記載の紙巻きたばこ。
【請求項６０】
添加物が約２０ｍ２／ｇから約２００ｍ２／ｇのまたは約４００ｍ２／ｇから約３００ｍ２／ｇの表面積を持つことを特徴とする請求項５５に記載の紙巻きたばこ。
【請求項６１】
紙巻きたばこが紙巻きたばこ１つ当り約５ｍｇから約４０ｍｇのまたは約４０ｍｇから約１００ｍｇの添加物を含むことを特徴とする請求項５５に記載の紙巻きたばこ。
【請求項６２】
添加物が非晶質であることを特徴とする請求項５５に記載の紙巻きたばこ。
【請求項６３】
添加物がＦｅ２Ｏ３であることを特徴とする請求項５５に記載の紙巻きたばこ。
【請求項６４】
添加物が約１５０℃以上の温度で一酸化炭素の二酸化炭素への転化を酸化し及び／または触媒作用することを特徴とする請求項５５に記載の紙巻きたばこ。
【請求項６５】
添加物が約２００℃から６００℃の温度で一酸化炭素の二酸化炭素への転化を酸化し及び／または触媒作用することを特徴とする請求項５５に記載の紙巻きたばこ。
【請求項６６】
紙巻きたばこを作製する方法であって、それが
（ｉ）添加物を切断充填体に添加すること、ここでこの添加物は一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び／または一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒として作用することができ、更にこの添加物は酸化鉄ナノ粒子の形のものである；
（ｉｉ）この添加物を含む切断充填体を紙巻きたばこ作製機に供給してたばこ棒を形成すること；及び
（ｉｉｉ）このたばこ棒の周りに紙ラッパーを置いて紙巻きたばこを形成すること；
を含むことを特徴とする方法。
【請求項６７】
添加物が一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤及び一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒としての両者として作用することができることを特徴とする請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
添加物がＣｕＯ，ＴｉＯ２，ＣｅＯ２，Ｃｅ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ３、ジルコニウムでドープされたＹ２Ｏ３、パラジウムでドープされたＭｎ２Ｏ３、またはそれらの混合物を更に含むことを特徴とする請求項６６に記載の方法。
【請求項６９】
添加物が約１００から約５００ｎｍのまたは約１００ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項６６に記載の方法。
【請求項７０】
添加物が約５から約５０ｎｍのまたは約５ｎｍ以下の平均粒度を持つことを特徴とする請求項６６に記載の方法。
【請求項７１】
添加物が約２０ｍ２／ｇから約２００ｍ２／ｇのまたは約２００ｍ２／ｇから約４００ｍ２／ｇまでの表面積を持つことを特徴とする請求項６６に記載の方法。
【請求項７２】
紙巻きたばこが紙巻きたばこ１つ当り約５ｍｇから約４０ｍｇのまたは約４０ｍｇから約１００ｍｇの添加物を含むことを特徴とする請求項６６に記載の方法。
【請求項７３】
添加物が非晶質であることを特徴とする請求項６６に記載の方法。
【請求項７４】
添加物がＦｅ２Ｏ３であることを特徴とする請求項６６に記載の方法。
【請求項７５】
添加物が約１５０℃以上の温度で一酸化炭素の二酸化炭素への転化を酸化し及び／または触媒作用することを特徴とする請求項６６に記載の方法。
【請求項７６】
添加物が約２００℃から６００℃の温度で一酸化炭素の二酸化炭素への転化を酸化し及び／または触媒作用することを特徴とする請求項６６に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
ナノ粒子添加物を選択する際、種々の熱力学的配慮が酸化及び／または触媒作用が当業者に明らかであるように効率的に起こることを確実とするために、考慮に入れられよう。例えば、図１は一酸化炭素の二酸化炭素への酸化のためのギブス自由エネルギー（曲線Ａ）及びエンタルピー（曲線Ｂ）の温度依存性の熱力学的分析を示す。図２は二酸化炭素の炭素による転化により一酸化炭素を形成する転化百分率の温度依存性を示す。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
図３は約３ｎｍ（曲線Ａ）の平均粒度を持つＦｅ２Ｏ３ナノ粒子（ＭＡＣＨ  Ｉ，Ｉｎｃ．，  Ｋｉｎｇ  ｏｆ  Ｐｒｕｓｓｉａ，ＰＡからのＮＡＮＯＣＡＴ（登録商標）Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ  Ｉｒｏｎ  Ｏｘｉｄｅ（ＳＦＩＯ））対約５μｍ（曲線Ｂ）の平均粒度を持つＦｅ２Ｏ３粉末（Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙからの）の触媒活性間の比較を示す。各試験において、５０ｍｇのＦｅ２Ｏ３が石英フロー管反応器に装填された。酸素は約２０．６％濃度で供給され、一酸化炭素はヘリウム中約３．４％濃度で供給された。合計ガス流速は１０００ｍｌ／分であり、加速速度は１２Ｋ／分であった。Ｆｅ２Ｏ３ナノ粒子は約５μｍの平均粒度を持つＦｅ２Ｏ３よりかなり高い一酸化炭素の二酸化炭素への転化率を示す。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
Ｆｅ２Ｏ３ナノ粒子は一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための酸化剤として及び一酸化炭素の二酸化炭素への転化のための触媒としての両者として作用することができる。図４Ａに概略的に示されるように、Ｆｅ２Ｏ３ナノ粒子は熱分解帯域Ｂの触媒として作用し、かつ燃焼領域Ａの酸化剤として作用する。図４Ｂは点火した紙巻きたばこの種々の温度帯域、すなわち燃焼領域Ａ、熱分解領域Ｂ及び凝縮／ろ過帯域Ｃを示す。一酸化炭素はＦｅ２Ｏ３の存在下に反応２ＣＯ＋Ｏ２→２ＣＯ２により触媒作用されることができ、一酸化炭素は反応ＣＯ＋Ｆｅ２Ｏ３→ＣＯ２＋２ＦｅＯにより酸化されることができる。Ｆｅ２Ｏ３を用いてＣＯを酸化するためのエンタルピー変化、△Ｈ、はそれぞれ２０℃及び８００℃において８．５ＫＪ／モル及び−９．０ＫＪ／モルである。酸化剤／触媒の二元機能及び反応温度範囲がＦｅ２Ｏ３ナノ粒子を喫煙時の一酸化炭素の減少のための紙巻きたばこ及びたばこ混合物中の有用な添加物とする。また、紙巻きたばこの喫煙時に、Ｆｅ２Ｏ３ナノ粒子は最初は触媒（すなわち熱分解帯域内で）として、次いで酸化剤（すなわち燃焼領域内で）として使用されることができる。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
かかる研究を実行するために適した石英フロー管反応器の概要は図５に示されている。ヘリウム１０、酸素／ヘリウム１２及び／または一酸化炭素／ヘリウム１４混合物が反応器１６の一端に導入されることができる。Ｆｅ２Ｏ３ナノ粒子を散布された石英ウール１８が反応器内に置かれ、石英ウール１６が散布された石英ウール１８の上流と下流に置かれている。生成物は第二端で反応器を出る。生成物は排気２０と四重極質量分析計（“ＱＭＳ”）２４への毛管ライン２２とを含む。生成物の相対量はこのようにして種々の反応条件に対して決定されることができる。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
図６は一酸化炭素と酸素の反応で二酸化炭素を生成するためにＦｅ２Ｏ３ナノ粒子が触媒として使用される試験に対する温度対ＱＭＳ強度のグラフである。この試験では、約８２ｍｇのＦｅ２Ｏ３ナノ粒子が石英フロー管反応器内に装填された。一酸化炭素はヘリウム中４％の濃度で約２７０ｍＬ／分の流速で供給され、酸素はヘリウム中２１％の濃度で約２７０ｍＬ／分の流速で供給された。加熱速度は約１２．１Ｋ／分であった。このグラフに示されるように、Ｆｅ２Ｏ３ナノ粒子はほぼ２２５℃以上の温度で一酸化炭素（曲線Ｃ）を二酸化炭素（曲線Ｂ）に転化するのに効果的である。酸素強度は曲線Ａにより示される。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
図７は一酸化炭素とＦｅ２Ｏ３の反応で二酸化炭素とＦｅＯを生成するためにＦｅ２Ｏ３ナノ粒子が酸化剤として研究された試験に対する時間対ＱＭＳ強度のグラフである。この試験では、約８２ｍｇのＦｅ２Ｏ３ナノ粒子が石英フロー管反応器に装填された。一酸化炭素はヘリウム中４％の濃度で約２７０ｍＬ／分の流速で供給され、加熱速度は４６０℃の最高温度まで約１３７Ｋ／分であった。図６と７に示されたデータにより示唆されるように、Ｆｅ２Ｏ３ナノ粒子は紙巻きたばこの喫煙時の条件と同様の条件下で一酸化炭素（曲線Ａ）の二酸化炭素（曲線Ｂ）への転化に効果的である。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
図８Ａと８Ｂは触媒としてのＦｅ２Ｏ３による一酸化炭素と二酸化炭素との反応次数を示すグラフである。図８Ａに示されたデータのために、５０ｍｇのＦｅ２Ｏ３ナノ粒子が石英管反応器中に装填され、約２１８℃に加熱された。酸素はヘリウム中１１％の濃度で約４００ｍｌ／分の流速で供給された。図８Ｂに示されたデータのために、５０ｍｇのＦｅ２Ｏ３ナノ粒子が石英管反応器中に装填され、約２５５℃に加熱された。一酸化炭素はヘリウム中０．７９％の濃度で約５００ｍｌ／分の流速で供給された。図９はＦｅ２Ｏ３ナノ粒子を反応触媒として用いて一酸化炭素（１００ｍｌ／分でＨｅ中４％）と酸素（２００ｍｌ／分でＨｅ中２％）の反応で二酸化炭素を生成する際の活性化エネルギーとプレ指数係数の測定を示す。データの最小自乗法適合度（Ｒ＝０．９９６７４）が式ｙ＝１３．８３７−７５０２．１ｘにより与えられる。活性化エネルギーの概要が表１に与えられる。
【表１】
2005504531.tif 000064
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
図１０は５０ｍｇのＦｅ２Ｏ３ナノ粒子を約１．３％一酸化炭素と１．３％酸素を用いる石英管反応器中で触媒として用いる際の、３００ｍＬ／分（曲線Ａ）と９００ｍＬ／分（曲線Ｂ）のそれぞれの流速に対する一酸化炭素の転化率に対する温度依存性を示す。


【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
図１１は石英管反応器中で触媒として５０ｍｇのＦｅ２Ｏ３ナノ粒子を用いて水に対する汚染と失活の研究を示す。一酸化炭素はヘリウム中３．４％の濃度で供給され、酸素はヘリウム中２１％の濃度で供給された。合計ガス流速は１０００ｍｌ／分であり、加熱速度は約１２．４Ｋ／分であった。このグラフから分かるように、曲線１（水なし）に比べて３％迄の水の存在（曲線２）は一酸化炭素を二酸化炭素に転化することに関してＦｅ２Ｏ３ナノ粒子の能力に対して殆ど影響を持たない。


【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
図１２は図１１に対して報告されたのと同じ条件を用いる石英管反応器中で触媒として５０ｍｇのＦｅ２Ｏ３と５０ｍｇのＣｕＯナノ粒子を用いる際のＣｕＯ（曲線Ａ）とＦｅ２Ｏ３（曲線Ｂ）ナノ粒子に対する転化率の温度依存性間の比較を示す。ＣｕＯナノ粒子は低温ではより高い転化率を持つけれども、高温ではＣｕＯとＦｅ２Ｏ３は同じ転化率を持つ。


【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
図１３は種々のナノ粒子触媒を評価する際の紙巻きたばこをシミュレートするフロー管反応器を示す。Ｈｅ中２１％の酸素の混合物３０が反応器の一端に導入されることができる。たばこ充填体３４と石英ウール３６上に散布されたＦｅ２Ｏ３または他の酸化物が反応器内に置かれる。石英ウールがたばこ充填体３４と散布された石英ウール３６の上流と下流に置かれる。ガスが反応器の一端に導入され、このガスは石英ウールとたばこ充填体３４の上を通過するかまたは石英ウールとたばこ充填体３４を１／８インチステンレススチール管３２によりバイパスすることができる。石英ウールと散布された石英ウール３６を通過した後、生成物は反応器を第二端で出る。この第二端は排気３８及び四重極質量分析計（ＱＭＳ）４０へのラインを含む。生成物の相対量はこのようにして種々の反応条件に対して決定されることができる。表２は一酸化炭素の二酸化炭素に対する比及びＣｕＯ，Ａｌ２Ｏ３，及びＦｅ２Ｏ３ナノ粒子を用いるときの酸素消耗の百分率間の比較を示す。
【表２】
2005504531.tif 000065
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
図１４は触媒の存在なしの一酸化炭素（曲線Ｂ）と二酸化炭素（曲線Ａ）の生成量を示す試験の温度対ＱＭＳ強度のグラフである。試験において、３５０ｍｇのたばこが石英フロー管反応器中に装填された。酸素はヘリウム中２１％の濃度で供給された。合計ガス流速は１０００ｍｌ／分であり、加熱速度は約１２０Ｋ／分であった。図１５は触媒としてＦｅ２Ｏ３ナノ粒子を用いるときの一酸化炭素（曲線Ｂ）と二酸化炭素（曲線Ａ）の生成量を示す試験の温度対ＱＭＳ強度のグラフである。試験において、３５０ｍｇのたばこと５０ｍｇのＦｅ２Ｏ３ナノ粒子が石英フロー管反応器中に装填された。酸素はヘリウム中２１％の濃度で供給された。合計ガス流速は１０００ｍｌ／分であり、加熱速度は約１３０Ｋ／分であった。図１４と図１５を比較することにより分かるように、Ｆｅ２Ｏ３ナノ粒子の存在は二酸化炭素の存在する一酸化炭素に対する比を増やし、かつ存在する一酸化炭素の量を減らす。


【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005504531.tif 000066
【図２】
2005504531.tif 000067
【図３】
2005504531.tif 000068
【図４Ａ】
2005504531.tif 000069
【図４Ｂ】
2005504531.tif 000070
【図５】
2005504531.tif 000071
【図６】
2005504531.tif 000072
【図７】
2005504531.tif 000073
【図８Ａ】
2005504531.tif 000074
【図８Ｂ】
2005504531.tif 000075
【図９】
2005504531.tif 000076
【図１０】
2005504531.tif 000077
【図１１】
2005504531.tif 000078
【図１２】
2005504531.tif 000079
【図１３】
2005504531.tif 000080
【図１４】
2005504531.tif 000081
【図１５】
2005504531.tif 000082
【国際調査報告】
2005504531.tif 000083