Nghiên cứu tổng hợp vật liệu tổ hợp dạng micro mesopore từ nguyên liệu trong nước để sử dụng là chất hấp phụ các chất độc hữu cơ trong khói thuốc lá

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Trịnh Xuân Bái

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU TỔ HỢP
DẠNG MICRO-MESOPORE TỪ NGUYÊN LIỆU TRONG NƯỚC,
ĐỂ SỬ DỤNG LÀM CHẤT HẤP PHỤ CÁC CHẤT ĐỘC HỮU CƠ
TRONG KHÓI THUỐC LÁ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Hà Nội - 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Trịnh Xuân Bái

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU TỔ HỢP
DẠNG MICRO-MESOPORE TỪ NGUYÊN LIỆU TRONG NƯỚC,
ĐỂ SỬ DỤNG LÀM CHẤT HẤP PHỤ CÁC CHẤT ĐỘC HỮU CƠ
TRONG KHÓI THUỐC LÁ

Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ
Mã số:
62.44.27.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Tạ Ngọc Đôn

2. PGS.TS. Phạm Thanh Huyền

Hà Nội - 2012


LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kì công
trình nào khác.

Tác giả luận án

Trịnh Xuân Bái

i


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với PGS.TSTạ Ngọc Đôn và PGS.TS
Phạm Thanh Huyền về sự hướng dẫn quý báu trong suốt quá trình thực hiện và hoàn
thiện luận án này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy, cô giáo trong Bộ môn Hoá Hữu cơ, Bộ
môn Hóa Phân tích, Bộ môn Công nghệ Hữu cơ Hóa Dầu, Phòng thí nghiệm Công nghệ
Lọc hóa dầu & Vật liệu xúc tác- Viện kỹ thuật Hoá học - Trường Đại học Bách khoa Hà
Nội đã giúp đỡ và tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực hiện luận án
này.
Tôi trân trọng cảm ơn các anh, chị Phòng Thiết bị, Viện Đào tạo Sau Đại học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện kinh tế kỹ thuật Thuốc lá, Công ty Thuốc lá

Thanh Hóa, Trung tâm Khoa học Vật liệu - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học
Quốc gia Hà Nội, Viện Hoá học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt nam, Trung tâm Phân
tích thí nghiệm Địa chất – Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam, Viện Vệ sinh dịch tễ
Trung ương đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án.
Cuối cùng tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, người thân, đồng nghiệp và
bạn bè đã giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt luận án.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2012

Trịnh Xuân Bái

ii


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU ………………………………………….………………………………...

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN …………………………………………………........

3

1.1

Thuốc lá ………………………………………………………………………...

3

1.1.1

Khái niệm về thuốc lá ………………………………………………….

3

1.1.2

Thành phần hóa học trong khói thuốc lá ………………………………

3

1.1.3

Tác hại của thuốc lá ……………………………………………………

11

1.1.4

Các phương pháp xử lý độc tố trong khói thuốc lá ……………...........

12

1.1.5

Hướng xử lý các độc tố có trong khói thuốc lá bằng các chất hấp phụ

ở Việt Nam

15

1.2 Zeolit và zeolit X, P1 ……………………………………………………………

15

1.3 Giới thiệu vật liệu mao quản trung bình ɤ-Al2 O3 ……………………………….

19

1.4 Giới thiệu về hấp phụ trên bề mặt các vật liệu mao quản .....................................

21

1.5

1.4.1

Giới thiệu chung về hấp phụ ..................................................................

21

1.4.2

Đường đẳng nhiệt hấp phụ …………………………………………….

21

1.4.3

Hấp phụ trên vật liệu mao quản trung bình ……………………………

21

1.4.4

Giới thiệu chất hấp phụ đa mao quản xử lý độc tố trong khói thuốc lá

22

Chất hữu cơ tạo cấu trúc và cơ chế của nó trong quá trình tổng hợp vật liệu hấp
phụ

23

1.5.1

Các chất hữu cơ sử dụng làm chất tạo cấu trúc ………………………..

23

1.5.2

Tổng hợp và cơ chế hình thành vật liệu mao quản …………………….

24

Giới thiệu một số chất kết dính …………………………………………………

25

1.6.1

Polyetylen glycol ……………………………………………………...

25

1.6.2

Silic oxit vô định hình …………………………………………………

26

1.6.3

Cacboxymetyl xenlulozơ ……………………………………………...

26

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU …..

27

2.1

Tổng hợp vật liệu tổ hợp dạng micro-mesopore ………………………………..

27

2.1.1

Tổng hợp vật liệu tổ hợp dạng micropore từ cao lanh ………………...

27

2.1.2

Tổng hợp vật liệu mesopore γ-Al2O3 .....................................................

27

2.1.3

Chế tạo vật liệu tổ hợp micro-mesopore sử dụng chất kết dính khác
nhau

29

1.6

2.2

Chế tạo và ứng dụng vật liệu đa mao quản để hấp phụ các độc tố trong khói
thuốc lá

29

2.2.1

Nguyên vật liệu và hoá chất ...................................................................

29

2.2.2

Chế tạo và ứng dụng vật liệu hấp phụ đa mao quản để hấp phụ các độc
tố trong khói thuốc lá

30

iii


2.3

2.4

2.5

Sử dụng vật liệu hấp phụ đa mao quản xử lý độc tố trong khói thuốc lá

31

2.3.1

Lựa chọn vật liệu sản xuất thuốc lá ........................................................

31

2.3.2

Phương pháp gia công đưa vật liệu hấp phụ vào đầu lọc thuốc lá .........

31

2.3.3

Chiết tách xác định định tính khả năng hấp phụ các chất hữu cơ của
vật liệu hấp phụ trong khói thuốc lá .......................................................

31

Các phương pháp nghiên cứu thành phần và cấu trúc vật liệu hấp phụ

32

2.4.1

Phân tích thành phần hóa học .................................................................

32

2.4.2

Xác định khả năng hấp phụ nước và benzen ..........................................

32

2.4.3

Các phương pháp xác định chỉ tiêu kỹ thuật thuốc lá ............................

32

2.4.4

Phương pháp nhiễu xạ Ronghen (XRD).................................................

34

2.4.5

Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (IR) ............................................

34

2.4.6

Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) và hiển vi điện tử truyền qua
(TEM)

34

2.4.7

Phương pháp phân tích nhiệt (TGA và DSC) ........................................

34

2.4.8

Xác định diện tích bề mặt riêng theo phương pháp BET ......................

34

2.4.9

Đo độ bền nén ........................................................................................

35

2.4.10 Phương pháp phân tích UV-Vis..............................................................

35

Phương pháp đánh giá cảm quan và điều tra thị trường tiêu thụ sản phẩm thuốc
lá có chứa chất hấp phụ trong đầu lọc

35

2.5.1

Đánh giá cảm quan .................................................................................

35

2.5.2

Điều tra thị trường ..................................................................................

35

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ………………………………….......

36

3.1

Tổng hợp vật liệu hấp phụ ………………………………………………...........

36

3.1.1

Tổng hợp vật liệu hấp phụ tổ hợp dạng micropore từ cao lanh………...

36

3.1.1.1 Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp

36

3.1.1.2 Chế tạo vật liệu tổ hợp micropore dạng zeolit X và P1 từ cao
lanh để ứng dụng xử lý các độc tố trong khói thuốc lá

41

Chế tạo vật liệu mesopore γ-Al2O3 ........................................................

44

3.1.2.1 Nghiên cứu chế tạo vật liệu γ -Al2O3 từ nhôm sunfat ................

44

3.1.2.2 Nghiên cứu chế tạo vật liệu γ -Al2O3 từ Al(NO3)3 .....................

46

3.1.2.3 Lựa chọn vật liệu γ -Al2O3 chế tạo được để ứng dụng xử lý các
độc tố trong khói thuốc lá

48

Chế tạo vật liệu tổ hợp micro-mesopore sử dụng chất kết dính khác
nhau

48

3.1.3.1 Chế tạo vật liệu đa mao quản sử dụng chất kết dính nhôm
boemit

48

3.1.3.2 Chế tạo vật liệu đa mao quản sử dụng chất kết dính polyetylen
glycol

49

3.1.3.3 Chế tạo vật liệu đa mao quản sử dụng chất kết dính thủy tinh

50

3.1.2

3.1.3

iv


lỏng

3.2

3.1.3.4 Chế tạo vật liệu đa mao quản sử dụng chất kết dính
cacboxymetyl xenlulozơ

50

3.1.3.5 Lựa chọn vật liệu dạng hạt rắn phục vụ ứng dụng xử lý các
độc tố trong khói thuốc lá

51

Chế tạo và ứng dụng vật liệu đa mao quản để hấp phụ các độc tố trong khói
thuốc lá

53

3.2.1

Xác định định tính khả năng hấp phụ các chất độc hữu cơ trong các
mẫu thuốc lá của vật liệu chế tạo được

54

3.2.1.1 Đối với thuốc lá Hữu Nghị ........................................................

54

3.2.1.2 Đối với thuốc lá Bông Sen .........................................................

56

3.2.1.3 So sánh lượng độc tố hấp phụ của 2 loại thuốc lá khác nhau

57

3.2.2

Chế tạo vật liệu và nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng CMC trong
vật liệu hấp phụ đến khả năng hấp phụ các độc tố trong khói thuốc lá
Hữu Nghị

59

3.2.3

Chế tạo vật liệu và nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hạt vật liệu
hấp phụ đến khả năng hấp phụ các độc tố trong khói thuốc lá Hữu
Nghị

60

3.2.4

Chế tạo vật liệu và nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp
phụ đến khả năng hấp phụ các độc tố trong khói thuốc lá Hữu Nghị

62

3.2.5

Chế tạo vật liệu cho xử lý các độc tố trong khói thuốc lá đối với các
loại thuốc lá khác nhau

64

3.2.6

Nghiên cứu xử lý các độc tố trong khói thuốc lá đối với 3 loại thuốc lá
khác nhau sản xuất đại trà

67

KẾT LUẬN .................................................................................................................

70

KIẾN NGHỊ ................................................................................................................

72

TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………….

73

PHỤ LỤC

v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
AC6 H 6

: Độ hấp phụ benzen

AH 2O

: Độ hấp phụ nước

AS
BET
BKCO
BPTNMT
BS
CMC
cmc

CTAB
DTA
EA
ETS
FCC
FDA
GC
HĐBM
HN
IR
IUPAC
MKN
MQTB
MS
nH
PDF
PEG
ppm
SAXS
SEM
SS
TCVN
TEM
TGA
TG-DSC
TPD
TTL
XRD
VN

:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:

:
:
:
:
:
:

Axit stearic
Brunauer-Emmett-Teller
Chất tạo cấu trúc
Bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính
Bông Sen
Cacboxymetyl xenlulozơ
Nồng độ mixen tới hạn
Cetyltrimetylamonibromua C16H33N(CH3)3Br
Differential Thermal Analysis
Etyl axetat
Khói thuốc môi trường
Fluid Catalytic Cracking
Cơ quan Kiểm soát Dược và thực phẩm Hoa Kỳ
Sắc ký khí (Gas Chromatography)
Chất hoạt động bề mặt
Hữu Nghị
Phổ hồng ngoại (Infrared Spectroscopy)
International Union of Pure and Applied Chemistry
khối lượng mất khi nung
Mao quản trung bình
Dòng khói chính thuốc lá
n-Hexan
Mã cấu trúc tinh thể

Polyethylen glycol
part per million
Giản đồ nhiễu xạ tia X góc bé
Scanning Electron Microscope
Dòng khói phụ
Tiêu chuẩn Việt Nam
Transition Electron Microscopy
Thermo Gravimetric Analysis
Phương pháp phân tích nhiệt
Temperature Programme Desorption
Thủy tinh lỏng
X-Ray Diffraction
Vinataba

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
CHƯƠNG 1
Bảng 1.1. Các nhóm gây ung thư trong khói thuốc lá
Bảng 1.2. Các chất N-nitrosamin trong khói thuốc lá

6
8

Bảng 1.3. Các chất chứa vòng thơm ngưng tụ điển hình trong khói thuốc lá

9

CHƯƠNG 2
Bảng 2.1. Các điều kiện tổng hợp -Al2O3 từ Al(NO3)3

28

CHƯƠNG 3
Bảng 3.1. Thành phần hoá học của các mẫu cao lanh Phú Thọ tiêu biểu, (%)

36

Bảng 3.2. Tổng hợp kết quả BET của 3 mẫu γ-Al2O3 chế tạo được

48

Bảng 3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng boemit đến khả năng tạo hạt rắn

49

Bảng 3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng polyetylen glycol đến khả năng tạo hạt
rắn

49

Bảng 3.5. Ảnh hưởng của hàm lượng thủy tinh lỏng đến khả năng tạo hạt rắn

50

Bảng 3.6. Ảnh hưởng của hàm lượng cacboxymetyl xenlulozơ đến khả năng
tạo hạt rắn

51

Bảng 3.7. Kết quả tiêu biểu về chế tạo vật liệu đao mao quản sử dụng chất
kết dính khác nhau

51

Bảng 3.8. Thành phần vật lý của các mẫu điếu thuốc lá thử nghiệm ứng với
các mẫu vật liệu hấp phụ có hàm lượng CMC khác nhau

59

Bảng 3.9. Thành phần hóa học trong khói của các mẫu điếu thuốc lá thử
nghiệm ứng với các mẫu vật liệu hấp phụ có hàm lượng CMC
khác nhau

60

Bảng 3.10. Thành phần vật lý của các mẫu điếu thuốc lá thử nghiệm ứng với
các mẫu vật liệu hấp phụ có kích thước hạt khác nhau

61

Bảng 3.11. Thành phần hóa học trong khói của các mẫu điếu thuốc lá thử
nghiệm ứng với các mẫu vật liệu hấp phụ có kích thước hạt khác
nhau

62

Bảng 3.12. Thành phần vật lý của các mẫu điếu thuốc lá thử nghiệm ứng với

các mẫu vật liệu hấp phụ có khối lượng đưa vào điếu thuốc khác
nhau

63

Bảng 3.13. Thành phần hóa học trong khói của các mẫu điếu thuốc lá thử
nghiệm ứng với các mẫu vật liệu hấp phụ có khối lượng đưa vào
điếu thuốc khác nhau

64

Bảng 3.14. Thành phần vật lý của 3 điếu thuốc lá sản xuất thử nghiệm đại
trà chứa vật liệu BK-ZTL12 trong đầu lọc

67

Bảng 3.15. Thành phần hóa học trong khói của 3 điếu thuốc lá sản xuất thử
nghiệm đại trà chứa vật liệu BK-ZTL12 trong đầu lọc

69

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

CHƯƠNG 1
Hình 1.1. Thành phần chủ đạo trong khói thuốc lá.

3

Hình 1.2. Công thức cấu tạo nicotin.

4

Hình 1.3. Công thức cấu tạo benzo[α]pyren.

7

Hình 1.4. Công thức cấu tạo fluoren.

8

Hình 1.5. Công thức cấu tạo methylnaphtalen.

9

Hình 1.6. Ví dụ về sử dụng vật liệu hấp phụ đưa vào đầu lọc để hấp phụ bớt các
độc tố trong khói thuốc.

14

Hình 1.7. Mô hình đầu lọc nhiều lớp.

14

Hình 1.8. Mô hình cấu trúc của zeolit X.

16

Hình 1.9. Cấu trúc zeolit NaP1 theo mặt [100] (a), kích thước mao quản theo
mặt [100] (b) và mặt [010] (c).

17

Hình 1.10. Hai lớp đầu tiên trong cấu trúc của γ-Al2O3.

19

Hình 1.11. Các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ.

21

Hình 1.12. Đường đẳng nhiệt hấp phụ nhả hấp phụ của vật liệu mao quản trung
bình và các dạng mao quản tương ứng.

22

Hình 1.13. Màng chất lỏng trong quá trình hấp phụ (a) - nhả hấp phụ (b).

22

Hình 1.14. Công thức cấu tạo axit stearic.

23

Hình 1.15. Công thức cấu tạo Triton X-100.

23

Hình 1.16. Công thức cấu tạo Tween 20.

23

Hình 1.17. Trật tự pha của hệ thống hai cấu tử chất HĐBM - nước.

24

Hình 1.18. Sự thay đổi kích thước mixen nhờ chất phát triển đuôi.

25

Hình 1.19. Dạng cấu tạo không gian của xenlulozơ và của CMC khi DS=1.

26

CHƯƠNG 3
Hình 3.1. Giản đồ XRD của các mẫu tổng hợp với tỷ lệ SiO2/Al2O3 trong gel
thay đổi bằng 2,17 (a), 3,0 (b), 3,8 (c), 4,0 (d), 4,2 (e) và 5,0 (f).

37

Hình 3.2. Giản đồ XRD của các mẫu tổng hợp với tỷ lệ Na2O/Al2O3 trong gel
thay đổi bằng 2,7 (a), 3,2 (b), 3,7 (c), 4,2 (d) và 4,7 (e).

39

Hình 3.3. Ảnh SEM của các mẫu có tỷ lệ H2O/Al2O3 trong gel tương ứng bằng

50 (a), 70 (b), 90 (c), 100 (d), 120 (e) và 150 (f).

40

Hình 3.4. Giản đồ XRD của mẫu vật liệu tổ hợp micropore (zeolit X, P1).

41

Hình 3.5. Phổ IR của mẫu vật liệu tổ hợp micropore (zeolit X, P1) (a) và mẫu
zeolit X chuẩn (b).

42

Hình 3.6. Ảnh SEM của mẫu vật liệu tổ hợp micropore (zeolit X, P1).

42

Hình 3.7. Đường đẳng nhiệt hấp phụ và giải hấp phụ N2 trên mẫu vật liệu tổ
hợp micropore (zeolit X, P1).

43

Hình 3.8.

Giản đồ DTA/TGA của mẫu vật liệu tổ hợp micropore (zeolit X, P1).

43

Hình 3.9.

Giản đồ nhiễu xạ XRD của các mẫu BOE25-24, BOE80-10 và

44
viii


BOE80-24.
Hình 3.10. Giản đồ TG-DSC của mẫu boemit BOE80-24.

45

Hình 3.11. Giản đồ XRD của mẫu BOE80-24 (a) và GA3-5 (b).
Hình 3.12 . Đường cong hấp phụ và giả hấp phụ (a) và phân bố mao quản (b)
của mẫu GA3-5.
Hình 3.13. Đường cong hấp phụ và giả hấp phụ (a) và phân bố mao quản (b)
của mẫu GA3-8.

45

Hình 3.14. Giản đồ SAXS: các mẫu sử dụng TW-20 (a); các mẫu sử dụng TX100 (b).

47

Hình 3.15. Giản đồ XRD của mẫu TW2.

47

Hình 3.16. Đẳng nhiệt hấp phụ của mẫu TW2.

48

Hình 3.17. Ảnh TEM của mẫu TW2.

48

Hình 3.18. Giản đồ hấp phụ - giải hấp phụ và phân bố lỗ xốp của các mẫu ZTLB20 (a1 và b1), ZTL-P8 (a2 và b2), ZTL-T20 (a3 và b3) và ZTL-C10
(a4 và b4).

52

Hình 3.19. Phổ UV-VIS các mẫu chiết bằng dung môi n-hexan:Vật liệu chưa
qua hấp phụ HZA0nH (1); mẫu thuốc lá đối chứng Hữu Nghị không
chứa vật liệu hấp phụ H0nH (2) và mẫu thuốc lá Hữu Nghị thí
nghiệm có vật liệu hấp phụ H20nH (3).

54

Hình 3.20. Phổ UV-VIS các mẫu chiết bằng etyl axetat: Vật liệu chưa qua hấp
phụ HZA0EA (1); mẫu thhuốc lá đối chứng Hữu Nghị không chứa
vật liệu hấp phụ H0EA (2); mẫu thuốc lá Hữu Nghị thử nghiệm đại
trà chứa vật liệu hấp phụ 150 mg/điếu HDTEA (3); mẫu thuốc lá
Hữu nghị thí nghiệm chứa vật liệu hấp phụ 150 mg/điếu H15EA (4);
Mẫu thuốc lá Hữu Nghị thí nghiệm chứa vật liệu hấp phụ 180
mg/điếu H18EA (5); mẫu thuốc lá Hữu Nghị thí nghiệm chứa vật
liệu hấp phụ 200 mg/điếu H20EA (6).

55

Hình 3.21. Phổ UV-VIS các mẫu chiết bằng dung môi n-hexan: Mẫu thuốc lá
đối chứng Bông Sen không chứa vật liệu hấp phụ B0nH (1); mẫu

thuốc lá Bông Sen thử nghiệm đại trà có chứa vật liệu hấp phụ
BDTnH (2).

56

Hình 3.22. Phổ UV-VIS các mẫu chiết bằng etyl axetat: Mẫu vật liệu chưa qua
hấp phụ HZA0EA (1); mẫu thuốc lá Bông Sen không chứa vật liệu
hấp phụ B0EA (2) và mẫu thuốc lá Bông Sen thử nghiệm đại trà có
chứa vật liệu hấp phụ BDTEA (3).

57

Hình 3.23. Phổ UV-VIS các mẫu chiết bằng dung môi n-hexan: Vật liệu chưa
qua hấp phụ HZA0nH (1); vật liệu đã qua hấp phụ trong thuốc lá
Hữu Nghị chứa 200 mg/điếu HH20nH (2) và vật liệu đã qua hấp
phụ trong thuốc lá Bông Sen sản xuất đại trà HBDTnH (3).

58

Hình 3.24. Phổ UV-VIS các mẫu chiết bằng etyl axetat: Vật liệu chưa qua hấp
phụ HZA0EA (1); vật liệu đã qua hấp phụ trong thuốc lá Hữu Nghị
chứa 200 mg/điếu HH20EA (2) và vật liệu đã qua hấp phụ trong
thuốc lá Bông Sen sản xuất đại trà HBDTEA (3).

58

Hình 3.25. Sắc ký đồ GC phân tích hàm lượng nicotin các mẫu điếu thuốc lá
thử nghiệm ứng với các mẫu vật liệu hấp phụ có hàm lượng CMC
khác nhau: Mẫu BK-ZTL1 (1), mẫu BK-ZTL2 (2) và mẫu BKZTL3(3).

59

45
46

ix


Hình 3.26. Sắc ký đồ GC phân tích hàm lượng nicotin trong khói thuốc lá ứng
với các mẫu vật liệu hấp phụ có kích thước hạt khác nhau: Mẫu BKZTL6 (6), mẫu BK-ZTL7 (7), mẫu BK-ZTL8 (8), mẫu BK-ZTL10 (10)
và mẫu đối chứng (Doi chung).

61

Hình 3.27. Sắc ký đồ GC phân tích hàm lượng nicotin của các mẫu điếu thuốc
lá thử nghiệm ứng với các mẫu vật liệu hấp phụ có khối lượng đưa
vào điếu thuốc khác nhau: Mẫu BK-ZTL11 (11), mẫu BK-ZTL11a
(11a), mẫu BK-ZTL11b (11b) và mẫu đối chứng (Doi chung).

63

Hình 3.28. Giản đồ XRD của mẫu BK-ZTL12 lượng nhỏ (a) và lượng lớn (b).

64

Hình 3.29. Ảnh SEM của mẫu BK-ZTL12 sau chế tạo lượng nhỏ (a) và lượng
lớn (b).

65

Hình 3.30. Ảnh SEM của mẫu hạt BK-ZTL12 đưa vào đầu lọc thuốc lá lượng
nhỏ (a) và lượng lớn (b).

65

Hình 3.31. Giản đồ hấp phụ - giải hấp phụ và phân bố lỗ xốp của mẫu BKZTL12 lượng nhỏ (a1 và b1) và lượng lớn (a2 và b2).

66

Hình 3.32. Giản đồ TG-DSC của mẫu hạt BK-ZTL12 lượng lớn đưa vào đầu lọc
thuốc lá.

67

Hình 3.33. Sắc ký đồ GC phân tích hàm lượng nicotin 3 loại điếu thuốc lá sản
xuất thử nghiệm đại trà chứa vật liệu BK-ZTL12 trong đầu lọc:
Mẫu BK-ZTL12 (12a), mẫu đối chứng VN (12b), mẫu BK-ZTL12HN (12c), mẫu đối chứng HN (12d), mẫu BK-ZTL12-BS (12e) và
mẫu đối chứng BS (12f).

68

x


MỞ ĐẦU
Hiện nay trên thế giới có khoảng 1 tỷ người hút thuốc lá và số lượng người tiếp tục hút
thuốc lá vẫn được dự báo sẽ tăng lên [36]. Các chính sách vĩ mô của nhiều quốc gia trên thế
giới vẫn cho phép sản xuất và tiêu thụ thuốc lá có kiểm soát [44]. Ngành công nghiệp thuốc
lá giúp tạo ra 100 triệu việc làm trên toàn cầu. Dân số thế giới ngày càng tăng cùng với mức
thu nhập ngày càng cao hơn, về mặt lý thuyết đây là tiền đề để gia tăng nhu cầu tiêu thụ thuốc

lá.
Trong khói thuốc lá chứa hơn 5000 loại hoá chất [8], trong đó có hơn 200 loại có hại
cho sức khoẻ, bao gồm chất gây nghiện và các chất gây độc và được chia ra 4 nhóm chính:
nicotin, monoxit cacbon, các phân tử nhỏ trong khói thuốc và các chất ngưng tụ (Tar). Trong
số này, có 2 nhóm chất được đặc biệt quan tâm là nicotin và tar nên hầu hết các nước phát
triển và đang phát triển đều đã có quy định nghiêm ngặt về hàm lượng của chúng trong mỗi
điếu thuốc và để thực hiện điều này, bắt buộc phải có các giải pháp để giảm hàm lượng của
chúng trong khói thuốc vốn đã cao hơn quy định.
Để giảm hàm lượng tar và nicotin trong khói thuốc lá người ta đã sử dụng nhiều phương
pháp khác nhau. Chẳng hạn như sử dụng các loại giấy cuốn thuốc lá đặc biệt, hoặc có các
biện pháp làm giảm lượng sợi thuốc cuốn. Ngoài ra, giấy cuốn thuốc lá chứa than hoạt tính
hoặc zeolit, chứa sét hoạt tính và zeolit, chứa hạt nano hoặc hỗn hợp các hạt nano của đồng
oxit và đồng kim loại, nhựa polyaromatic cũng đã được sử dụng. Một cách khác như đưa vào
trong đầu lọc thuốc lá một lớp đầu lọc có chứa vật liệu hấp phụ là than hoạt tính, silicagel
hoặc nhựa trao đổi anion nhằm hấp phụ các thành phần độc tố trong khói thuốc. Tuy nhiên,
lớp đầu lọc than hoạt tính, silicagel và nhựa trao đổi anion chỉ hấp phụ được một nhóm chất
nhất định trong khói thuốc (ví dụ than hoạt tính và silicagel chỉ làm giảm được lượng khí CO
mà không làm giảm thành phần tar và nicotin).
Như vậy có thể thấy, việc tìm kiếm các chất hấp phụ để đưa vào đầu lọc thuốc lá nhằm
giảm các độc tố trong khói thuốc lá đang được thế giới rất quan tâm và đây được xem là
phương pháp có hiệu quả hơn cả. Vì thế, các hãng thuốc lá trên thế giới bắt đầu có các nghiên
cứu tìm kiếm chất hấp phụ thay thế than hoạt tính, có hoạt tính cao đối với cả tar và nicotin
hoặc sử dụng đầu lọc đa lớp để hấp phụ nhiều thành phần độc tính trong khói thuốc (mỗi lớp
chỉ hấp phụ 1 nhóm chất nhất định).
Việt Nam là một quốc gia với dân số trên 83 triệu người, trong đó thanh thiếu niên
chiếm đa số. Theo số liệu điều tra y tế quốc gia năm 2001-2002 trong cả nước cho thấy, tình
hình sử dụng thuốc lá ở Việt Nam vẫn ở mức cao, nhất là trong nam giới trưởng thành (56,1
%), tuổi bắt đầu hút thuốc chủ yếu là 18-20 tuổi. Các thông số thực tế về chất lượng vệ sinh
thuốc lá sản xuất ở một số nơi trong nước vẫn chưa đạt tiêu chuẩn quy định tạm thời của Việt
Nam. Ngày 13/6/2007 Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 88/2007/QĐ-TTg

“Về chiến lược tổng thể ngành thuốc lá Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn đến năm 2020” [5;
1


6; 7]. Theo đó, lộ trình giảm chất tar và nicotin tương ứng bằng 16 mg/điếu và 1,4 mg/điếu
vào năm 2010; bằng 12 mg/điếu và 1,0 mg/điếu vào năm 2015; bằng 10 mg/điếu và 1,0
mg/điếu vào năm 2020.
Để đạt được lộ trình trên, nhất thiết phải nghiên cứu áp dụng các giải pháp xử lý độc tố
trong khói thuốc lá. Tuy nhiên, cho đến nay ở Việt Nam chưa có một công trình nghiên cứu
nào để giảm hàm lượng nicotin và tar trong khói thuốc lá, mà chúng ta chỉ sử dụng nguyên
liệu của nước ngoài để sản xuất đầu lọc thuốc lá. Vì những lý do trên, luận án này trình bày
những kết quả nghiên cứu chế tạo các vật liệu đơn lẻ dạng micro và meso từ nguyên liệu
trong nước trong sự có mặt của chất tạo cấu trúc hữu cơ; sử dụng chất kết dính vô cơ và hữu
cơ khác nhau để tạo hạt rắn vật liệu tổ hợp micro-mesopore; sử dụng các vật liệu chế tạo
được để hấp phụ các độc tố hữu cơ trong khói thuốc lá,…
Hy vọng rằng, các kết quả nghiên cứu ứng dụng trong luận án này sẽ góp phần đề xuất
một lộ trình giảm tar và nicotin trong khói thuốc lá ở Việt Nam để giảm thiểu nguy cơ gây ô
nhiễm và nguy cơ gây bệnh vì khói thuốc lá.

2


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Thuốc lá
1.1.1 Khái niệm về thuốc lá
Thuốc lá là tên gọi của một loại sản phẩm được làm chủ yếu từ nguyên liệu lá thuốc
lá đã thái sợi, được cuốn hay nhồi định hình bằng giấy, có dạng hình trụ (thường có độ dài
dưới 120 mm, đường kính khoảng 10 mm). Thuốc lá điếu thường được đốt cháy ở một
đầu, để cháy âm ỉ nhằm mục đích tạo khói và khói này theo dòng khí vào miệng người hút

từ đầu đối diện (thường có gắn đầu lọc).
Thuốc lá thương mại thường được thêm phụ gia để giữ hương vị được lâu, tăng chất
lượng màu sợi hoặc thay đổi chất lượng cảm quan. Tuy nhiên, việc công bố thành phần cấu
trúc của hầu hết các chất phụ gia, bao gồm cả mùi vị, vẫn còn là một bí mật thương mại.
1.1.2 Thành phần hóa học trong khói thuốc lá
Có 3 kiểu khói là dòng khói chính, dòng khói phụ và khói thuốc môi trường [37, 42].
Dòng khói chính (MS) là dòng khói do người hút thuốc hít vào. Dòng khói phụ (SS) là
khói thuốc từ đầu điếu thuốc đang cháy toả vào không khí, nó không bao gồm phần khói
thuốc do người hút thở ra. Khói thuốc môi trường (ETS) là hỗn hợp của dòng phói phụ và
khói thở ra của dòng khói chính cũng như các chất tạp nhiễm khuếch tán qua giấy quấn
thuốc lá và đầu điếu thuốc giữa các lần hút [39, 42].

Hình 1.1 Thành phần chủ đạo trong khói thuốc lá.

3


a. Hiện nay ước tính có khoảng hơn 5000 chất đã được xác định trong dòng khói
chính. Một số cấu tử như nước, các phenol đơn giản, các hydro cyanid, và các Nnitroamin được tìm thấy cả trong pha hơi và pha hạt trong dòng khói chính của thuốc lá.
Vì thế tổng lượng có trong hai pha sẽ vượt khối lượng tổng.
b. Các giá trị trong ngoặc vuông là tỷ lệ % so với khối lượng tổng của dòng khí
chính, 500 mg.
c. Các giá trị trong ngoặc nhọn là tỷ lệ % so với khối lượng của vật chất dạng hạt
ướt, 22,5 mg.
d. Phần lớn lượng nước là từ không khí bên ngoài với điều kiện thí nghiệm t = 25 oC,
độ ẩm tương đối 60 %.
e. Bao gồm các chất giữ độ ẩm (glycerol, propylen glycol) từ điếu thuốc đi vào dòng
khói chính.
f. Các giá trị trong ngoặc vuông là tỷ lệ % so với tổng khối lượng tar, 17,6 mg.
g. Các giá trị trong ngoặc vuông là tỷ h. Bao gồm một số triacetin có trong đầu lọc

cùng với các mono và diacetin do phân hủy.
ETS rất giống với MS: nó bao gồm 5000 loại hoá chất [8]. Điều đáng ngạc nhiên là
SS có nhiều hỗn hợp gây ung thư mạnh hơn MS vì SS thường bị tạp nhiễm hơn MS. SS
cũng khác với MS ở chỗ các sản phẩm độc có thể tồn tại dưới các dạng khác nhau như
nicotin và chủ yếu ở dạng hạt rắn trong khói dòng chính, nhưng lại ở dạng khí trong khói
thuốc môi trường. Thành phần chủ đạo trong khói thuốc lá được mô tả trên hình 1.1 [8].
Kích thước các hạt phân tử rất khác nhau ở các loại khói thuốc khác nhau. Kích thước
các phân tử rắn dao động trong khoảng từ 0,1 đến 1 micromet trong dòng khói chính,
nhưng từ 0,01 đến 1 micromet trong dòng khói phụ. Khi dòng khói phụ bị pha loãng hơn
thì kích thước các hạt trở nên nhỏ hơn, do vậy nó vào sâu hơn trong tổ chức phổi.
Thành phần hóa học trong thuốc lá bị ảnh hưởng của nhiều yếu tố như giống trồng,
vùng miền nơi trồng, cách thu gom, thời tiết, công nghệ chế biến. Sau đây trình bày một số
chất có trong khói thuốc lá:
1.1.2.1 Nicotin
Nicotin là một loại alkaloid bay hơi mạnh, khi tiếp xúc với HCl tạo khói trắng có
công thức: C10H14N2, là một chất lỏng, sánh như dầu, không màu, có mùi hắc, vị cay nóng,
chuyển thành màu nâu khi cháy và có mùi thuốc khi tiếp xúc với không khí. Công thức cấu
tạo được trình bày hình 1.2.

H

N

N
Hình 1.2 Công thức cấu tạo nicotin.

4


Nicotin được hấp thụ qua da, miệng và niêm mạc mũi hoặc hít vào phổi. Người hút

thuốc trung bình đưa vào cơ thể 1 đến 2 mg nicotin mỗi điếu thuốc hút. Hút thuốc lá đưa
nicotin một cách nhanh chóng đến não, trong vòng 10 giây sau khi hít vào.
Nicotin là tên gọi được đặt theo tên của một nhà ngoại giao người Pháp Nicot (1530 –
1600), người đầu tiên nhập thuốc lá vào Pháp. Hàm lượng nicotin trong các loại thuốc này
thay đổi từ 2 đến 10 %. Nicotin được sử dụng ở liều thấp, tạo ra sự sảng khoái nhẹ nhàng,
làm dịu cơn đói và bớt mệt mỏi. Nhưng nếu dùng lâu dài sẽ gây lệ thuộc và độc hại cho cơ
thể, liều cao sẽ gây chết người.
Cơ quan Kiểm soát Dược và thực phẩm Hoa Kỳ (FDA) xếp nicotin vào nhóm các
chất có tính chất dược lý gây nghiện chủ yếu, tương tự như các chất ma tuý heroin và
cocain. Tác dụng gây nghiện của nicotin chủ yếu là trên hệ thần kinh trung ương với sự có
mặt của các thụ thể nicotin trên các cấu trúc não. Chất alkaloid này tác động lên các thụ thể
ở hệ thống thần kinh với chất dẫn truyền thần kinh dopamin. Dopamin là một hoá chất
chính trong não điều chỉnh mong muốn sử dụng các chất gây nghiện, gây bài tiết
adrenaline (nhịp tim nhanh, co mạch ngoại vi, ức chế co bóp và chế tiết dịch vị dạ dày).
Trong cơ thể, nicotin nhanh chóng được chuyển hóa thành cotinin và thải trừ ra nước tiểu.
Ngoài ra, nicotin còn là một loại chất độc – một loại thuốc trừ sâu có tác dụng tiếp xúc, vị
độc và xông hơi. Tuy độc như vậy nhưng nicotin lại là thành phần tạo nên giá trị cảm quan
của thuốc lá, nên cần giảm tới lân cận giá trị tiêu chuẩn cho phép (1,0 mg/điếu) [6].
Tác hại của nicotin:
Nicotin là một chất độc, có thể gây nhiễm độc nghiêm trọng hoặc gây tử vong.
- Liều độc: 0,06 gram nicotin.
- Nhiễm độc cấp tính: Triệu chứng: cảm giác cháy bỏng ở thực quản, dạ dày, buồn
nôn, chóng mặt, ứa nước bọt, mồ hôi lạnh, run tay, nhức đầu dữ dội, rối loạn thị giác, tim
đập mạnh...
- Nhiễm độc mãn tính: Triệu chứng: cảm giác cháy bỏng thực quản, dạ dày, buồn nôn,
chóng mặt, vã mồ hôi, run tay, đau bụng, rối loạn thị giác, tim đập mạnh, huyết áp tăng,
suy nhược cơ thể, rối loạn cục bộ.
Ngoài ra nicotin còn có tác hại khác như:
- Tăng tác dụng của tuyến thượng thận trong thời gian đầu.
- Giảm sự sản xuất histamin.

- Thay đổi sự tổng hợp protein và dự trữ serotonin.
- Giảm sự sản xuất kích thích tố nữ (oestrogen).
- Gia tăng sự tập hợp tiểu cầu, gây hư hại tế bào biểu mô, gây biến đổi ở chuyển hóa
prostacyclin và thromboxan.
- Gây co mạch và gây thuyên tắc trên hệ thống mạch máu ngoại vi.
- Ức chế phản ứng viêm thông qua tác động của hệ thống thần kinh trung ương và
ngoại vi và thông qua tác động trực tiếp trên các tế bào miễn dịch.
- Nicotin tăng sự dính tế bào sừng, sự biệt hóa và di chuyển của tế bào sừng.

5


- Nicotin kích thích dòng chảy calcium và gia tăng sự biệt hóa tế bào. Tương tự như
hệ thống thần kinh, dòng chảy calcium vào tế bào sừng của thượng bì thông qua các
receptor (Các cấu trúc nằm ở màng sau sinap tiếp nhận các chất truyền đạt thần kinh được
gọi là các receptor) [54] hướng điện giải sẽ là yếu tố quyết định trong thăng bằng nội mô
của da.
1.1.2.2 Các chất gây ung thư
Trong khói thuốc lá có trên 28 nhóm chất gây ung thư đã được Tổ chức Y tế thế giới
chuyên nghiên cứu về bệnh ung thư công bố như đã được trình bày trong bảng 1.1 [30].
Bảng 1.1 Các nhóm gây ung thư trong khói thuốc lá

STT
1

2

3

4

5

6

7

Nhóm chất
Benzopyren:
- Angelica lacton
- Coumarin
- Ethyl carbamat
Nhóm aldehit nhẹ:
- Formaldehit
- Acetaldehit
- Rotonaldehit
Nhóm N-nitrosamin nhẹ:
- N-Nitrosodimethylamin (NDMA)
- N-Nitrosopyrrolidin (NPYR)
- N-Nitrosopiperidin (NPIP)
- N-Nitrosomorpholin (NMOR)
- N-Nitrosodiethanolamin (NDELA)
Nhóm N-Nitrosamino axit:
- N-Nitrososarcosin (NSAR)
- 3-(N-methylnitrosamino) propionic axit (MNPA)
- 4-(N-methylnitrosamino) butyric axit (MNBA)
- Nitrosoazetidine-4-carboxylic axit (NAzCA)
Nhóm N-nitrosamin đặc trưng cho thuốc lá ( Tobacco- specific N-nitrosamin
(TSNA)
- N′-Nitrosonornicotin (NNN)

- 4-(Methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanon (NNK)
- 4-(Methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanol (NNAL)
- N′-Nitrosoanabasin (NAB)
Hợp chất vô cơ:
- Arsenic
- Hợp chất có chứa Niken
Các nguyên tố phóng xạ:
- Polonium-210
- Uranium-235
- Uranium-238
- Beryllium

Nguyên nhân gây ung thư chủ yếu đã được thừa nhận rộng rãi là do các chất tar trong
khói thuốc lá. Tar thu được khi ngưng tụ sản phẩm quá trình cháy không hoàn toàn các hợp
6


chất hữu cơ trong thuốc lá. Tar tích tụ trong phổi của người hút thuốc theo thời gian sẽ bám
vào màng phổi gây ung thư phổi. Tar bao gồm phần lớn các tác nhân gây đột biến và gây
ung thư trong khói thuốc lá. Tar chiếm hàm lượng khá lớn trong khói thuốc, tuy nhiên
thành phần cụ thể của nó thì vẫn chưa được đưa ra một cách hoàn chỉnh. Thành phần tar
cần được loại bỏ càng nhiều càng tốt.
- Benzo[α]pyren
Là một hợp chất thơm đa vòng, tinh thể có màu vàng, có công thức phân tử là C20H12,
nhiệt độ nóng chảy là 179oC, benzopyren được coi là chất gây ô nhiễm và gây ung thư cao,
chất này đã được tìm thấy trong nhựa than đá (sau một đám cháy rừng), sau khi núi lửa
phun trào, trong khói lá, khói gỗ và trong thực phẩm như cà phê bị cháy. Công thức cấu tạo
được trình bày trên hình 1.3.

Hình 1.3 Công thức cấu tạo benzo[α]pyren.

Benzo[α]pyren là một sản phẩm của sự cháy không hoàn toàn những hợp chất đa vòng
ngưng tụ ở nhiệt độ giữa 200 oC đến 600 °C. Vào năm 1933 Benzo[α]pyren được xác định
là thành phần của nhựa than đá, là chất được công nhận gây ra bệnh ung thư nghề nghiệp,
các mụn cóc (ung thư bìu) ở Anh thế kỷ 18. Đầu thế kỷ 20, độc tính của benzo[α]pyren
đã được chứng minh khi các khối u da ác tính đã xuất hiện ở động vật trong phòng thí
nghiệm khi mà liên tục sơn nhựa than đá.
- Formaldehit
Formaldehit là hợp chất hữu cơ có rất nhiều tên gọi khác nhau như formol, metyl
aldehit, metylen oxit, metanal, là aldehit đơn giản nhất… Công thức hóa học là CH2O, là
hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và có khả năng chuyển sang thể khí ở điều kiện bình thường,
không màu, mùi cay xốc, tan nhiều trong nước (nếu dung dịch này có khoảng 40 % theo
thể tích hoặc 37 % theo khối lượng gọi là formol hay formalin).
Trong tự nhiên, formaldehit có sẵn trong gỗ, táo, cà chua, khói động cơ, khói thuốc lá,
khói đốt gỗ, dầu và khí hóa lỏng (gaz)... Ngoài ra, formaldehit còn hiện diện trong các sản
phẩm đã qua chế biến như sơn và dầu bóng, gỗ ép, keo, vải, chất chống cháy, các chất bảo
quản và chất cách ly…
Việc tiếp xúc, sử dụng formaldehit gây nguy hiểm đối với sức khỏe con người. Ngày
10 tháng 6 năm 2011, chương trình chất độc quốc gia Mỹ đã mô tả formaldehit "được biết
đến là một chất gây ung thư".
Từ năm 2004, tổ chức y tế thế giới (WHO) đã đưa formaldehit vào loại hóa chất độc
hại đối với sức khỏe con người, có thể gây tác hại cho da và hệ thống hô hấp, gây bệnh về
bạch cầu, ung thư phổi. Formaldehit cũng được tổ chức nghiên cứu về ung thư quốc tế
IARC (International Agency for Research on Cancel) trực thuộc WHO xếp vào nhóm 1,
7


nhóm các chất gây ung thư cho người. Formaldehit có thể gây ung thư vòm họng, ung thư
thanh quản và các bộ phận của hệ hô hấp.
- Fluoren
Là một hydrocacbon thơm ba vòng với công thức phân tử là C13H10 và khối lượng

phân tử 166,21. Là tinh thể rắn với nhiệt độ nóng chảy 116-117 oC và sôi ở 293-295 oC.
Fluoren gần như không hòa tan trong nước, tự hòa tan trong axit axetic băng và hòa tan
trong cac bon disulfit, ete, benzen và rượu nóng. Công thức cấu tạo được trình bày trên
hình 1.4.

Hình 1.4 Công thức cấu tạo fluoren.

Fluoren tự nhiên có trong các nhiên liệu hóa thạch và được tìm thấy trong hắc ín than,
sản phẩm của sự cháy không hoàn toàn và chủ yếu là trong khói thuốc lá.
Khi con người hít phải khói thuốc hoặc những người hút thuốc lá sẽ bị nhiễm fluoren
qua đường hô hấp vào phổi. Mặc dù chưa có nghiên cứu nào chứng minh rõ ràng độc tính
của fluoren, tuy nhiên đã phát hiện triệu chứng lâm sàng ở chuột và thỏ khi chúng ăn một
chế độ ăn uống có chứa 0,5 hoặc 1 % fluoren. Sau 104 ngày biểu hiện bệnh liều lượng
hồng cầu giảm, hematocrit và hemoglobin gia tăng số lượng sắc tố (hemosiderin) trong lá
lách và gan, tăng cholesterol,…Như vậy, fluoren là hóa chất rất độc cho cơ thể người nếu
bị hấp thụ với nồng độ lớn.
- Nhóm N-nitrosamin
Nhóm N-nitrosamin là các hợp chất có công thức cấu tạo (R2)=N-N = O, một số trong
số đó là chất gây ung thư, điển hình là bốn chất: 4-(methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1butanon (NNK), N′-nitrosonornicotin (NNN),
N′-nitrosoanabasin (NAB) and N′nitrosoanatabin (NAT) (Xem bảng 1.2). Những chất này đã được tìm thấy trong dòng khói
chính của thuốc lá [30].
Chúng được xác định bằng nhiều phương pháp khác nhau như phân tích GC, phương
pháp dựa trên sắc ký lỏng ion, phương pháp phân tích dựa trên sác ký lỏng hiệu năng cao
và được mô tả trong bảng 1.2 [30].
Bảng 1.2 Các chất N-nitrosamin trong khói thuốc lá

Tên chất

Công thức
phân tử

4-(Metylnitro
samino) -1-(3pyridyl)-1butanon (NNK)

C10H13N3O2

N′Nitrosonornicotin
(NNN)

C9H11N3O

Trạng thái
vật lý

Công thức cấu tạo

O

N

C H3

N

O

Tinh thể rắn màu vàng
nhẹ, nhiệt độ nóng
chảy là 61-63 oC

N

N

H

N O
N

Là chất lỏng sánh như
dầu, có màu vàng nhạt,
nhiệt độ sôi là 154 oC
8


N′Nitrosoanabasin
(NAB)

C10H13N3O

N
N O

N

N′Nitrosoanatabin
(NAT)

Là chất lỏng sánh như
dầu, có màu vàng,

nhiệt độ sôi là 162 oC
ở 1mmHg

C10H11N3O

Là chất lỏng sánh như
dầu, có màu vàng nhạt,
nhiệt độ sôi là 176 oC
ở 0,5 mmHg

n
n

o

n

- Metylnaphtalen
Metylnaphtalen là hydrocacbon thơm, ở dạng lỏng với nhiệt độ sôi là 240-243 oC,
công thức phân tử là C11H10, công thức cấu tạo trình bày trên hình 1.5.
C H3

Hình 1.5 Công thức cấu tạo metylnaphtalen.

Hóa chất này xâm nhập vào cơ thể của chúng ta thông qua không khí hít vào phổi.
Metylnaphtalen có mặt trong không khí do đốt gỗ, chất thải công nghiệp, đặc biệt khi hít
phải khói thuốc lá.
Khi metylnaphtalen xâm nhập vào cơ thể sẽ hòa tan trong máu làm phá hủy một số tế
bào máu đỏ dẫn đến số lượng tế bào máu sẽ ít dần cho đến khi cơ thể bị thiếu máu tán
huyết. Tình trạng của bệnh này là mệt mỏi, bồn chồn, tiêu chảy và làm cho da bị tái nhợt.

Các nhà khoa học hiện đang tìm cách để bảo vệ công chúng khỏi tác hại của hóa chất độc
hại này. Ngoài các chất gây ung thư kể trên, trong khói thuốc lá còn nhiều chất thơm đa
vòng có hại cho sức khỏe như đã chỉ ra trong bảng 1.3 [8, 30].
Bảng 1.3 Các chất chứa vòng thơm ngưng tụ điển hình trong khói thuốc lá

TT

1

2

Tên chất

Công
thức
phân tử

Antra[9,1,2cde]benzo[r
C34H16O2
st]pentaphe
n-5,10-dion

Benzo[b]
perylen

C24H14

Công thức cấu tạo

Tính chất

O

Là hydrocacbon đa vòng
ngưng tụ, có màu đen, tỉ trọng
1,487 g/cm3

O

Khối lượng phân tử 302,37;
là chất lỏng sôi ở 552,3 °C

9


TT

Tên chất

Công
thức
phân tử

Công thức cấu tạo

Khối lượng phân tử 276,33;
nóng chảy ở 277-279 oC; là
chất rắn kết tinh màu trắng,
không tan trong nước, tan
trong benzen, chất này làm

tăng khả năng ung thư da và
ung thư phổi.

1,12-

3

Benzoperyl
en

C22H12

4

7,8Benzoquino
lin

C13H9N

5

(S)-(-)-2,2'Diamino1,1'inaphthalen
Synonyms

C20H16N2

Tính chất

Dang tinh thể màu trắng đến
màu nâu, nhiệt độ nóng chảy

là 48-50 oC, sôi ở 338 oC

N

N H2
N H2

Là chất rắn nóng chảy ở 242244ºC, tan trong nước.

n

6

7

8

9

Dibenz(a,j)
acridin

Fluoranthen

Indeno[1,2,
3,4-defg]
chrysen

Isoquinolin

C21H13N

Khối lượng phân tử 279,33

:C16H10

Khối lượng phân tử 202,26;
Nóng chảy 110,8 oC; sôi ở
375 oC; có màu vàng

C22H12

Sôi ở 497,1 oC ở 760 mmHg;

C9H7N

Nóng chảy 26-28 oC; sôi ở
242 oC, dạng dầu có màu
vàng

N

10

Ovalen

C32H14

Là hợp chất màu đỏ da cam,
khối lượng phân tử 398,45; ít

hòa tan trong các dung môi
như benzen, toluen và
dichloromethan
10


11

Pentacen

C22H14

12

Tetracen

C18H12

Là tinh thể màu đen nóng
chảy ở trên 300 oC. Chất này
tạo ra excitons khi hấp thụ tia
cực tím (UV) hoặc ánh sáng
nhìn thấy, điều này làm cho
nó rất dễ bị oxy hóa.
Dạng bột màu cam nhạt. Là
một chất bán dẫn hữu cơ
phân tử

1.1.2.3 Các phân tử nhỏ trong khói thuốc lá
Khói thuốc lá chứa nhiều chất kích thích dạng khí hoặc dạng hạt nhỏ. Các chất kích

thích này gây nên các thay đổi cấu trúc của niêm mạc phế quản dẫn đến tăng sinh các
tuyến phế quản, các tế bào tiết nhầy và làm mất các tế bào có lông chuyển. Các thay đổi
này làm tăng tiết nhầy và giảm hiệu quả thanh lọc của thảm nhầy-lông chuyển. Phần lớn
các thay đổi này có thể hồi phục được khi ngừng hút thuốc.
Như vậy, thành phần các độc tố trong khói thuốc lá rất phức tạp và đa dạng. Một số
hợp chất sau đây được khuyến cáo cần đặc biệt lưu ý do tác hại của chúng: As, Be, Cr, Se,
Cd, Pb, Ni, Co, Polonium-210, Uranium-235, Uranium-238 [30].
1.1.3 Tác hại của thuốc lá
Theo báo cáo của Tổ chức Y tế Thế giới công bố năm 2002, hút thuốc lá là nguyên
nhân gây ra bênh tật và tử vong nhiều hơn bất kỳ căn bệnh nào khác. Trong thế kỷ 20, nó là
nguyên nhân của 4,9 triệu người chết mỗi năm do thuốc lá - nhiều hơn số người chết vì
HIV/AIDS, sốt rét và lao cộng lại. Riêng tại Việt Nam - quốc gia có tỷ lệ người hút thuốc
lá cao nhất thế giới (56.1 %), mỗi giờ có 5 ca tử vong vì thuốc lá, có nghĩa là khoảng 40
nghìn người chết mỗi năm, gấp 4 lần số người chết vì tai nạn giao thông [59].
Hút thuốc lá ảnh hưởng đến gần như tất cả các bộ phận của cơ thể, là nguyên nhân
của nhiều bệnh tật và làm giảm sức khỏe của người hút. Các căn bệnh điển hình do hút
thuốc lá như sau:
1.1.3.1 Bệnh ung thư
Ung thư là bệnh gây ra tử vong nhiều nhất cho những người có liên quan đến thuốc
lá. Hút thuốc lá là nguyên nhân của khoảng 90 % ca tử vong do ung thư phổi ở nam giới và
khoảng 80 % ở nữ giới. Tỉ lệ này cao hơn 23 lần ở nam và 13 lần ở nữ so với những người
không hút thuốc. Thuốc lá là nguyên nhân của khoảng 30 % tổng số các trường hợp ung
thư trong đó chủ yếu là ung thư phổi, ung thư hạ họng – thanh quản, thực quản, cổ tử cung,
ung thư tụy, ung thư đường tiết niệu. Riêng ung thư phổi, hút thuốc lá là nguyên nhân của
trên 90 % trường hợp [54, 59].
Người sống và làm việc với người hút thuốc lá cũng có nguy cơ mắc bệnh ung thư và
một số bệnh khác liên quan tới thuốc lá. Dòng khói phụ có từ sự đốt cháy ở đầu điếu thuốc
lá chứa các chất độc gây ung thư còn cao hơn dòng khói chính do người hút hít vào trong
phổi của mình. Các bệnh ung thư có nguy cơ từ việc liên quan đến thuốc lá là ung thư phổi,
11

ung thư các bộ phận thuộc đầu và cổ, thận và bàng quang, tuyến tụy, bộ phận sinh dục, hậu
môn và trực tràng.
1.1.3.2 Các bệnh về tim mạch
Từ năm 1940, người ta đã thấy có mối liên hệ giữa hút thuốc lá và nguy cơ bị bệnh
tim mạch. Dù hút một vài điếu thuốc trong ngày cũng làm tăng nguy cơ mắc bệnh này. Hút
thuốc làm tăng nguy cơ mắc bệnh lên gấp 2-3 lần và nó còn tương tác với các yếu tố khác
làm tăng nguy cơ lên gấp nhiều lần. Những bệnh mà người hút thuốc có nguy cơ mắc cao
là xơ vữa động mạch, bệnh mạch vành, đột qụy, rối loạn nhịp tim, đột tử, nhồi máu cơ tim,
phình động mạch chủ. Trong số đó bệnh mạch vành là quan trọng nhất, ước tính chiếm
khoảng hơn một nửa trường hợp tử vong vì bệnh tim do hút thuốc [58].
1.1.3.3 Các bệnh về hô hấp
Khi chúng ta hít vào, không khí sẽ vào đường hô hấp trên qua mũi và miệng, nơi
không khí được lọc, sưởi ấm và làm ẩm. Không khí hít vào sẽ đi qua khí quản để vào phổi.
Trong mỗi phổi đều có một hệ thống phế quản, phế quản gốc như là nhánh chính của cây
với các cành cây nhỏ là những phế quản, sau 17- 20 lần phân chia thành các tiểu phế quản,
từ các tiểu phế quản đó sẽ dẫn đến các túi nhỏ chứa khí gọi là phế nang, nó giống như là
chùm nho. Ở phế nang quá trình trao đổi khí sẽ xảy ra. Máu sẽ đổi CO2 lấy O2 sau đó sẽ
mang O2 đến các tổ chức của cơ thể [60].
Khi khói thuốc đi vào qua miệng thì người hút thuốc đã vô tình bỏ qua cơ chế bảo vệ
thứ nhất đó là quá trình lọc ở mũi. Những người hút thuốc thường bài tiết nhiều đờm hơn
những người không hút thuốc mà khả năng đưa đờm ra khỏi đường hô hấp lại kém hơn.
Những sự thay đổi cấu trúc phổi ở những người hút thuốc làm giảm khả năng lấy oxi
của phổi. Khói thuốc gây phá huỷ phế nang làm giảm tính đàn hồi của phổi và làm giảm
khả năng trao đổi oxi. Phổi của những người hút thuốc bị giảm diện tích bề mặt và giảm
mạng mao mạch, điều này có nghĩa là dòng máu lưu thông qua phổi bị giảm. Dẫn đến làm
giảm cung cấp chất dinh dưỡng và ôxy cần thiết cho cả nhu mô phổi và các tổ chức khác
trong cơ thể để duy trì sự khoẻ mạnh và chức năng bình thường của chúng.
1.1.3.4 Các tác hại của thuốc lá đối với môi trường

Ngoài tác hại đối với sức khoẻ, kinh tế thì thuốc lá cũng góp phần không nhỏ vào việc
huỷ hoại môi trường như chất thải hoá học trong quá trình sản xuất thuốc lá gây ô nhiễm
đất và nước, thải ở đầu mẩu thuốc lá và vỏ bao sau khi sử dụng sinh ra một khối lượng rác
lớn. Hút thuốc lá cũng là nguyên nhân gây nên ô nhiễm không khí trong nhà và ngoài trời
do thải ra ngoài không khí hàng ngàn chất hoá học độc hại.
1.1.4 Các phương pháp xử lý độc tố trong khói thuốc lá
Vào năm 1921, một nhà phát minh người Hungary đã đăng ký bản quyền quy trình
sản xuất đầu lọc thuốc lá từ giấy kếp nhồi sợi xenlulo và máy sản xuất đầu lọc [55]. Tuy
nhiên việc thiếu máy cuốn thuốc lá kèm đầu lọc đã hạn chế ứng dụng của phát minh này.
Đến những năm 1950, do yêu cầu cần giảm lượng khói thuốc lá, việc sản xuất thuốc
lá có đầu lọc bắt đầu phát triển mạnh mẽ [8]. Từ đó, thuốc lá có đầu lọc được phổ biến
nhanh chóng. Ngày nay, đại đa số thuốc lá được bán trên thị trường là loại có đầu lọc. Hầu
12


hết đầu lọc thuốc lá được làm từ xenlulo axetat và có thể giảm lượng tar và nicotin khoảng
40-50% so với loại thuốc lá không có đầu lọc.
Do yêu cầu cấp bách để bảo vệ sức khỏe cộng đồng, các nghiên cứu và cải tiến công
nghệ làm giảm lượng tar và nicotin trong thuốc lá đã và đang rất được quan tâm. Nhờ đó
mà hàm lượng các độc tố đã giảm đi đáng kể, đáp ứng được tiêu chuẩn ngặt nghèo hiện
nay của Mỹ và Tây Âu. Hàm lượng tar trung bình trong các sản phẩm thuốc lá ở EU năm
1973 là 20,5 mg/điếu thì nay đã giảm xuống còn 9,6 mg/điếu, tương tự, hàm lượng nicotin
giảm từ 1,33 mg/điếu xuống còn 0,79 mg/điếu [3].
Các phương pháp từng được sử dụng nhưng không mấy hiệu quả là dùng đầu lọc
thuốc lá để loại bỏ các hợp chất đa vòng ngưng tụ, đun nóng những viên thuốc lá đặt trong
lớp vỏ bằng nhôm để giảm lượng khói và tro khi hút hoặc dùng đầu than hoạt tính ở đầu
còn lại của điếu thuốc, đồng thời đưa glyxerin và chất tạo mùi vào trong điếu thuốc.
Gần đây phương pháp thông hơi đầu lọc điếu thuốc để pha loãng dòng khói chính và
phương pháp trương nở sợi, sử dụng các hóa chất để cho sợi thuốc lá trương nở có thể
trương nở tới 170 % làm giảm đáng kể lượng các độc tố đã được áp dụng. Một phương

pháp khác là sử dụng đầu lọc than hoạt tính; sử dụng sợi thuốc lá tổng hợp, gồm có sợi
thuốc lá và sợi vật liệu có tính chất hấp phụ bớt nicotin và tar hoặc sợi độn làm giảm hàm
lượng nicotin và tar; sử dụng đầu lọc tổng hợp, gồm sợi đầu lọc thông thường và vật liệu
phụ nicotin và tar; hoặc sử dụng giấy cuốn siêu mỏng để tăng khả năng thẩm thấu khí làm
giảm hàm lượng nicotin và tar trong một hơi hút.
Để giảm hàm lượng tar và nicotin, người ta đã sử dụng nhiều phương pháp khác
nhau, tiêu biểu là các phương pháp sau đây [29, 38]:
1.1.4.1 Sử dụng giấy cuốn thuốc lá chứa vật liệu hấp phụ
Các loại giấy cuốn thuốc lá đặc biệt, hoặc có các biện pháp làm giảm lượng sợi thuốc
cuốn. Ngoài ra, giấy cuốn thuốc lá chứa than hoạt tính hoặc zeolit [17, 28, 45], chứa sét
hoạt tính và zeolit, chứa hạt nano hoặc hỗn hợp các hạt nano của đồng oxit và đồng kim
loại, nhựa polyaromatic cũng đã được sử dụng.
1.1.4.2 Sử dụng đầu lọc thuốc lá chứa vật liệu hấp phụ
Đưa vào trong đầu lọc thuốc lá một lớp đầu lọc có than hoạt tính, than củi hoạt tính,
zeolit, silicagel, oxit nhôm, hoặc hỗn hợp của chúng mang nhóm amin, hoặc nhựa trao đổi
anion nhằm hấp phụ các thành phần độc tố trong khói thuốc [13, 32, 53]. Tuy nhiên, lớp
đầu lọc than hoạt tính, silicagel và nhựa trao đổi anion chỉ hấp phụ được một nhóm chất
nhất định trong khói thuốc (ví dụ than hoạt tính và silicagel chỉ làm giảm được lượng khí
CO mà không làm giảm thành phần tar và nicotin) [20, 33].
Một ví dụ điển hình sử dụng đầu lọc có chứa các hạt chất hấp phụ có kích thước nhỏ
như than hoạt tính và/hoặc oxit silic để giảm chọn lọc một số cấu tử nhất định trong dòng
khói chính của điếu thuốc. Các hạt rắn có kích thước nhỏ được tẩm lên đầu lọc có lỗ xốp
nhỏ như được chỉ ra trên hình 1.6 [15, 23, 37].
Đưa các vật liệu nano vào sợi xenlulo axetat của đầu lọc, tiêu biểu là hạt nano TiO2
với kích thước trung bình khoảng 100 nm, từ 0,05 đến 5 % trọng lượng [29, 49, 50].
13