烟草高温裂解成分的捕集与再释放研究

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吸烟有害健康,并且二手烟还会产生二次污染及公共危害,因此无烟气烟草制品亟待研制开发,电子烟、加热不燃烧烟草制品、口含烟等新型烟草制品成为国内外行业关注热点。但是,新型烟草制品大多为低温加热释放烟气,或缓释烟草香味,均未使烟丝经历燃烧过程,导致新型烟草制品中严重缺少传统卷烟燃烧过程中产生的重要香味成分,使吸烟者很难得到传统卷烟特有的感官享受,而最为糟糕的是传统的烟草提取物及现有香精香料无法弥补此缺陷。本论文旨在利用固体材料对烟草热解过程中释放出的重要香味成分进行捕集,最大程度上收集烟丝高温热解生成的特有的致香成分,并将其作为基体材料直接用于加热不燃烧烟草制品的产品开发。  首先,设计建立了一套快速升温裂解烟丝并吸收烟气的反应装置,通过程序升温对烟丝燃烧进行了模拟研究。加热单元中铜质空心线圈内安装钢质加热管,能够同时对烟丝内部进行电磁感应加热和外部进行热辐射加热,从而大幅提高烟丝受热的均匀性,实现烟丝热解过程的高度重复性。  其次,研究Al2O3、ZSM-5和MCM-41分子筛等吸附材料对烟丝在氮气气氛下裂解产生的烟气成分的吸附性能,发现与第一层和第三层吸附材料相比,第二层吸附材料所吸附的裂解烟气的含量较高。另外,不同吸附材料对烟丝裂解烟气的总吸附量(ΔC1+ΔC2+ΔC3)的大小顺序为: Al2O3<ZSM-5分子筛<MCM-41分子筛,且吸附性能不仅仅与固体吸附材料的比表面积有关,还与分子筛中的Si/Al有关。同时,通过对比第二层和第三层不同吸附材料在一定温度下加热释放出的致香成分与有害成分总相对含量的差值,确定Al2O3为吸附氮气气氛下烟丝裂解烟气的最佳材料。  最后,考察了烟丝裂解气氛中的氧含量对固体材料吸附性能的影响。结果表明,随着裂解气氛中氧含量的增加,虽然烟丝在裂解过程中的失重量逐渐降低,但第一层和第二层氧化铝对烟气的吸附量逐渐增加,而第三层氧化铝的吸附量少于氮气气氛。另外,每一种裂解气氛下的ΔC1、ΔC2和ΔC3都呈现出同样的规律:ΔC1<ΔC3<ΔC2。顶空气质联用检测分析结果发现,第二层和第三层释放的(致香成分—有害成分)含量明显高于第一层。并且,虽然与氮气气氛相比,当烟丝在含氧气氛中裂解时,第二层和第三层氧化铝吸附烟丝裂解烟气后释放出的(致香成分—有害成分)含量显著增加,但其受氧含量的影响不大。综合考虑,确定10%氧含量裂解气氛为较佳的条件。
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