烤烟的燃烧特性及动力学分析

为考察燃烧条件对烤烟热行为的影响,采用热重分析法研究了烤烟在不同氧气浓度和升温速率下的热分解特征和燃烧特性,运用Coats-Redfern法和Malek法对烤烟热分解过程中的挥发份析出阶段和焦炭燃烧阶段进行了动力学分析。结果表明:①烤烟的热分解可分为失水、挥发份析出、焦炭燃烧和燃尽阶段;②燃烧条件的改变会对烤烟的热分解特征产生明显影响;③烤烟的燃烧特性指数随着氧气浓度和升温速率的增加而增大;④烤烟在不同燃烧条件下的挥发份析出阶段的动力学计算均采用A3模型,焦炭燃烧阶段的动力学计算均采用F1模型,并得出了相应的活化能和指前因子。增加氧气浓度或升温速率均可使烤烟更易热解燃烧。     

部分国产烟草样品的热重分析

为了解国产烟草样品的热失重情况,对部分国产烟草样品进行了热重分析.结果表明:①在室温～500℃,烟草的非等温失重过程由失去吸附水和结晶水、小分子化合物挥发和分解、大分子化合物的裂解和结焦过程4个阶段组成,其热解的主要阶段在220～410℃;②可以根据热失重DTG曲线将烤烟、白肋烟和香料烟烟叶区分开;③膨胀烟丝和再造烟叶与膨胀梗丝的热失重性质有明显差异,膨胀烟丝和再造烟叶的热失重性质比较接近;④2007年云南、湖南、湖北、河南和福建生产的K326的C3F烟叶样品的热失重TG曲线变化不大,但其热失重DTG曲线具有一定的差异,主要反映在不同阶段热失重量的差异.     

加热非燃烧烟草薄片理化特性及热裂解性能研究

为了评估加热非燃烧烟草薄片在抽吸时的安全性以及建立加热非燃烧卷烟生产过程中添加香精香料的理论依据,文章从理化指标、热失重和热裂解等方面对国内外市场上主流的加热非燃烟草薄片样品进行了全面分析。结果表明:加热非燃烧烟草薄片热水抽出物含量为48.98%~66.59%,不同薄片含量差别较小;总糖含量为6.62%~28.93%,还原糖含量为4.79%~22.30%,总植物碱含量为0.14%~1.13%,总氮含量为0.31%~2.50%,灰分含量为4.21%~11.10%,不同薄片的相应指标差异较大。加热非燃烧薄片TG的温度范围主要为200~500 ℃,失重速率为2.23%/min~12.33%/min。不同加热非燃烧薄片的最终生物炭收率为4.89%~11.96%,其失重速率及最终生物炭收率不尽相同。加热非燃烧薄片热裂解产生的主要致香成分包括2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、D-柠檬烯、丙三醇和n-正十六酸等,热裂解产生的主要有害成分包括丁烷、醋酸和苯酚等,不同薄片的致香成分和有害成分有一定差异。     

几种烟草薄片的性能及热裂解产物分析

本研究对10种烟草薄片样品(9种国产,1种进口)的化学组分首次进行全面系统的分析和对比。结果表明,烟草薄片的化学组分(热水抽出物含量、总糖含量、还原糖含量、总植物碱含量、总氮含量和灰分含量)存在不同程度的差异,因此其相应的热失重特性和热裂解成分存在差异。利用热重/差示扫描量热法对烟草薄片样品在空气氛围下的质量损失特性进行了分析和对比,研究表明,10种烟草薄片各个阶段的质量损失差别不大,但质量损失对应的温度及最大质量损失速率不同,最终生物炭收率差别较大(8.52%~18.09%);利用热裂解-气相色谱/质谱联用(Py-GC/MS)技术分析了烟草薄片样品的热裂解特性,在对热裂解产物进行全面分析的基础上,筛选出了其中的关键致香成分(3-甲基-1,2-环戊二酮、D-柠檬烯、正十六酸、2-甲氧基苯酚、丙三醇、2-甲氧基-4-乙烯基苯酚和亚麻油酸)和有害成分(丙酮、对甲苯酚、醋酸、甲苯和苯酚)。     

加热不燃烧卷烟烟草材料的特性分析

为了深入了解不同工艺制备的加热不燃烧(HNB)卷烟烟草材料的特点及其对卷烟制品特性的影响,从化学成分分析、热裂解分析及热重分析等方面对辊压法、稠浆法、造纸法、干法制备的4种烟草原味加热不燃烧卷烟的烟草材料进行了剖析。结果表明:①辊压法、稠浆法制备的烟草材料纤维含量较低,结构紧密;造纸法、干法制备的烟草材料纤维含量高,结构相对疏松。②不同工艺加热不燃烧卷烟烟草材料的水分含量差异不大,烟碱含量为6.68～13.56mg/g;甘油含量明显高于丙二醇,且远远高于传统卷烟。③烟草材料裂解香气释放量随裂解温度的升高呈现先升高后下降,在270℃达到峰值后又缓慢降低的趋势,裂解香气成分各有特点。④加热不燃烧卷烟烟草材料的热失重均分为4个阶段,且以第2、第3阶段为主,烟草材料的热失重情况存在一定差异。     

苯乙醇β-D-吡喃葡萄糖苷的热裂解分析

采用热重-差热分析( TG-DTA)和热解-气相色谱/质谱法(Py-GC/MS)对苯乙醇-β-D-吡喃葡萄糖苷的热失重和热裂解产物进行了研究.结果表明:苯乙醇-β-D-吡喃葡萄糖苷的主要热失重区间是240～350℃,在此温度范围内,样品约完全失重;熔融温度为107.63℃,裂解温度为325.29℃;其主要裂解产物为苯类和杂环化合物,裂解产物数量随温度的增加而增多.该研究为考察其在卷烟燃烧过程中的转化行为提供了参考.     

TGA和Py-GC/MS研究琥珀酸单薄荷酯的热失重和热裂解行为

应用热重分析法（TGA）和裂解气相色谱/质谱联用仪（Py-GC/MS）对天然香料琥珀酸单薄荷酯的热失重和热裂解行为及其产物进行了研究。用热重分析法建立了琥珀酸单薄荷酯主反应区热失重过程的动力学模型,并计算出相应的动力学参数。通过Py-GC/MS,分别在300,400,500,600,700,800和900℃下对琥珀酸单薄荷酯进行热裂解,对裂解产物进行了定性和半定量分析。共鉴定出薄荷醇、薄荷烯和琥珀酸等75种裂解产物,并研究了其相对含量随温度升高而变化的规律。结果表明,琥珀酸单薄荷酯在700℃以下裂解出薄荷醇、p-薄荷-3-烯和3-甲基-6-异丙基环己烯等具有致香和清凉作用的物质,而700℃以上没有释放出致香物质。随着裂解温度的升高,裂解产物越来越复杂,有害物质如苯、甲苯、蒽和荧蒽等的含量也逐渐增加。此研究为该化合物在卷烟燃烧过程中的转移行为提供了例证,并为烟草制品加香技术提供了一定的理论依据,有利于琥珀酸单薄荷酯在卷烟产品的应用。     

基于分布活化能模型的烟草燃烧动力学特性研究

为研究烤烟烟叶的燃烧反应动力学特性,选取烤烟烟叶进行热重实验,考察了烟叶部位、氧气浓度和升温速率对烟叶燃烧过程的影响,利用分布活化能模型(DAEM)获得了中部烟叶燃烧动力学参数。结果表明:1在0~10%的O_2浓度范围内,氧气浓度提高对挥发分的析出过程影响较小,但可显著改善烟草半焦燃烧过程。2提高升温速率会导致热滞后使得失重曲线向高温区移动,不利于着火燃尽。3获得了中部烟叶在0、5%、10%氧气浓度下表观活化能随反应进程的连续变化曲线E_a(α),以及活化能分布函数f(E);E_a(α)随失重过程总体呈现先升后降的趋势,f(E)未呈现明显的高斯(Gaussian)分布特征;不同气氛下烟草材料活化能分布情况存在差异,在第二阶段易挥发的非聚合物组分的释放以及部分烟草聚合物初步受热分解和第四阶段半焦燃烧存在显著的动力学补偿效应。     

烤烟、白肋烟和香料烟的燃烧行为和热解气相产物比较

为了解烤烟、白肋烟和香料烟的燃烧行为,利用微燃烧量热仪研究比较了3种烟草燃烧热释放规律,并采用热重红外联用模拟考察了3种烟草在卷烟阴燃状态下主要热解气相产物CO2,CO,H2O和羰基化合物的生成规律.燃烧热释放和热重红外联用的研究结果表明:烤烟、白肋烟和香料烟的燃烧温度区间主要在150～600℃之间;香料烟与白肋烟的燃...     

加热不燃烧卷烟烟草材料的热分析研究

利用热重/差示扫描量热法和热裂解分析研究了空气氛围下典型电加热和炭加热新型卷烟烟草材料热行为。结果表明:①两种典型的加热不燃烧卷烟烟草材料的热失重都分为四个阶段,碳加热型卷烟A主失重阶段发生在133-270℃,电加热型卷烟B主失重阶段发生在232-347℃;②两种烟草材料在前两个阶段失重量均要明显高于传统卷烟,主要是相对高比例的料香及烟雾生成剂的使用及较高的含水量;③两种典型的烟草材料在350℃热裂解,主要检出物质均为甘油、丙二醇和烟碱,其他主要物质还有乙酸、酮、醛和长链烷烃。      

不同部位烟叶的热失重和热裂解行为研究

利用热重红外联用技术（TG-FTIR）和热裂解气相色谱－质谱联用技术（Py-GC/MS）比较研究了清香型烟叶和浓香型烟叶上、中、下三个部位的热失重和热裂解行为,考察了空气（Air）氛围和氮气（N2）氛围对各部位烟叶热解行为的影响。结果表明,⑴清香型和浓香型烟叶的热重曲线图具有相似性,两者的差异表现在不同热解阶段失重速率和气体释放情况的不同,反应了两种烟叶化学组成的差异;不同部位烟叶的热失重行为略有差异,反映在DTG曲线和红外吸收谱图上。⑵烟叶在Air和N2氛围下表现不同的热失重行为,Air氛围下样品热解更完全,主要释放较稳定的CO2气体;N2氛围下,不同的热解阶段气体的释放情况存在明显差异,惰性环境更利于热重行为的研究。⑶通过GC-MS在线分析,对两种烟叶的热裂解产物中碱性、酸性、中性香气成分分别进行了比较,实验得出,浓香型烟叶含有较高的碱性香气成分,且两者都是中上部烟叶高于下部烟叶;挥发性酸中重要的致香物质异戊酸和苯甲酸的含量也是浓香型高于清香型;中性香气成分组成较复杂,两种烟叶各组分的含量差异比较明显,反映了两者不同的致香机理。      

加热卷烟烟草材料分段裂解分析

利用热重法(TG)及热裂解-气相色谱质谱联用(PyGC/MS)法,对典型的中心加热(A)、周向加热(B)及传统卷烟(C)烟草材料进行了热行为分析。结果表明:①两种加热卷烟烟草材料的热失重分为3个阶段,主要的热失重阶段发生在242~350℃;传统卷烟烟草材料热失重分为4个阶段,主要的失重阶段发生在381~534℃,加热卷烟烟草材料相对于传统卷烟失重峰较宽,失重速率较缓慢。②随着裂解温度升高,3种烟草材料所检测到的化合物种类、数量逐渐增加。第2阶段甘油、丙二醇有较高的释放量,卷烟样品A甘油8.96%,丙二醇5.38%;卷烟样品B甘油24.65%,丙二醇13.82%;卷烟样品C甘油25.09%,丙二醇11.23%。加热卷烟烟碱释放量随温度变化呈先减后增再减的趋势,释放量在第1阶段达到峰值,A:84.50%,B:91.82%,传统卷烟烟碱释放量呈逐级递减的趋势,释放量在第1阶段达到峰值,71.41%。③加热卷烟主要裂解产物释放量于第1阶段达到峰值,传统卷烟于第2阶段达到峰值。两种不同的加热卷烟致香成分在第3和第4阶段均有较高的释放量且稳定。     

烟叶原料种类对烟草颗粒热解和释烟特性的影响

为揭示颗粒型加热卷烟烟芯材料热解与烟气释放规律,采用湿法造粒技术,利用热重-红外联用装置（TG-FTIR）与锥型量热仪（CONE）,探究了烟叶原料种类对其热解与释烟特性的影响规律。结果表明:①不同种类烟叶原料制备的烟草颗粒失重过程基本一致,相较于烤烟颗粒而言,梗丝、再造烟叶、白肋烟、雪茄烟和香料烟制备的烟草颗粒最大失重速率温度向低温区偏移,且梗丝颗粒和再造烟叶颗粒易挥发性物质释放阶段的失重速率较大,该阶段烤烟颗粒具有最大失重比例,且热解完成后固体残余量最小。②红外光谱结果显示,不同烟叶原料制备的烟草颗粒气相产物释放过程基本一致,因化学成分的差异使得释放温区范围略有差异。其中碳水化合物、酚类和醇类等含羟基化合物的释放温区主要集中在150~300 ℃之间;含C=O的羰基、酯类等化合物以及CO释放过程分为两个阶段,分别为250~400 ℃和500 ℃左右;当温度超过500 ℃时,烟草颗粒热解释放出NH₃和CH₄。③梗丝、再造烟叶以及雪茄烟制备的烟草颗粒的堆积密度约在0.54~0.56 g/cm3之间,相较其他原料而言较小,但烟气释放速率较大,累积释烟总量较高,其中,梗丝颗粒起始释烟速率最大;CO与CO₂释放的整体变化趋势与释烟速率曲线变化规律一致,即释烟速率越大,CO与CO₂的释放速率越大。      

钾钠含量对卷烟纸热分析参数及烟气常规成分的影响

为研究钾钠含量对卷烟纸热分析参数和烟气常规成分的影响,采用同步热分析仪获得了7种钾离子、钠离子含量不同的卷烟纸在氧化气氛中各失重阶段的热分析参数,并对其卷烟主流烟气中的常规成分进行了测量。结果表明,卷烟纸的热分解主要包括吸附水蒸发、纤维素热氧化分解、焦碳燃烧和碳酸钙分解等4个热失重过程;在卷烟纸中的柠檬酸根离子含量为0.74%~1.99%和钾钠离子总量为0.38%~0.99%范围内,卷烟纸中钾离子、钠离子含量的增加对主流烟气中水分无明显的影响,但其含量的增加会使总粒相物、烟碱、焦油和CO的释放量分别下降约0.91、0.14、1.0和1.7 mg/支。     

不同结构烟草纤维素的燃烧热解特性

为研究不同结构烟草纤维素的燃烧热解特性,分别从烤烟、白肋烟、香料烟和烟梗中提取了具有不同结构特征的烟草纤维素,并对其结晶进行了结构表征;采用热重(TG)分析法和微燃烧量热(MCC)法比较研究了不同类型烟草纤维素的热解过程和燃烧特征;利用热裂解-气相色谱/质谱联用(Py-GC/MS)法和管式炉离线热解装置分别探讨其热解产物组成及羰基化合物的释放规律。结果发现:(1)不同类型烟草纤维素的结构存在明显差异,其中香料烟纤维素具有较高的结晶度、次晶纤维量,以及较大的可及基原纤表面和基原纤尺寸。(2)香料烟纤维素的燃烧性较差,其在低温阶段(350℃)的热稳定性最差,但在高温阶段却具有最高的残炭量。(3)烟梗纤维素热解产生了更多的小分子化合物,香料烟纤维素羰基化合物的释放规律与其他3种烟草纤维素略有不同。烟草纤维素结构上的差异,使其相应表现出了不同的燃烧热解特性。     

1-L-亮氨酸-1-脱氧-D-果糖和1-L-异亮氨酸-1-脱氧-D-果糖的热裂解分析

采用热重-差热法对1-L-亮氨酸-1-脱氧-D-果糖（Ⅰ）和1-L-异亮氨酸-1-脱氧-D-果糖（Ⅱ）的热失重和热裂解温度进行了研究,通过在线裂解GC-MS联用技术分别对（Ⅰ）和（Ⅱ）在350℃、450℃、550℃、650℃、750℃和850℃条件下的裂解产物进行了鉴定。研究结果表明2种Amadori化合物的的热失重曲线相似,（Ⅰ）的裂解温度为144.67℃,（Ⅱ）的裂解温度为164.26℃,600℃时（Ⅰ）和（Ⅱ）失重约80%;二者裂解产物主要为吡嗪类、吡啶类、吡咯类、喹啉类和呋喃类等杂环化合物,芳香族化合物以及醛类和酮类,其中以吡嗪类为主;裂解产物的数量随着裂解温度的升高而增多,（Ⅰ）的裂解产物数量与（Ⅱ）的裂解产物数量相当。对（Ⅰ）和（Ⅱ）的主要裂解产物形成途径进行了初步探讨,可为研究其在卷烟燃烧过程中的转化行为提供参考。      

绿原酸的梯度热裂解分析

为准确了解绿原酸的裂解过程,测定了绿原酸的热失重特性,并根据绿原酸的热重曲线和裂解特性将其裂解历程分为10个温度段,采用GC/MS法测定了这10个梯度温度段绿原酸的热裂解产物.结果表明:①绿原酸的热失重至少可分为6个温度段,各阶段的热失重分别为2.94%,0.61%,8.55%,20.29%,34.32%和9.43%;②绿原酸在10个温度段的热裂解产物为:30～120℃,裂解产物是水;120～190℃,没有裂解产物产生;190～260℃,裂解产物是水、二氧化碳和奎宁内酯类化合物;260～325℃,裂解产物是二氧化碳、苯酚、儿茶酚、对苯二酚和奎宁内酯类化合物、水;325～400℃,与260～325℃相比,新裂解产生了3-羟基苯甲酸、苯甲酸、4-乙基儿茶酚;400～500℃,共检出27种主要组分,包括初级裂解产物和1,3-环戊二烯、呋喃、烷基苯酚、甲基儿茶酚、苯甲酸类、芳香烃和多苯环化合物等二次裂解产物;500～600℃,裂解产物中含量较高的是二氧化碳、水和一氧化碳,其次是苯酚、儿茶酚和3-甲基苯酚;600～700℃,主要的挥发性成分是水、二氧化碳和一氧化碳,还有少量的苯、甲苯、苯酚和3-甲基苯酚;700～800℃和800～900℃,裂解产物只有水、二氧化碳和一氧化碳.因此,结合热重分析的梯度裂解产物分析能够为研究绿原酸的裂解过程提供更多的信息.     

1-L-苯丙氨酸-1-脱氧-D-果糖热解产物分析

采用热重-差热法测定了1-L-苯丙氨酸-l-脱氧-D-果糖(PDF)的热失重和热裂解温度,在线裂解GC/MS联用技术鉴定了PDF在350,450,550,650,750和850℃下的裂解产物.结果表明,PDF的初始裂解温度为145.91℃,二次裂解温度为170.70℃,500 ℃时裂解物失重约80%;裂解产物主要为芳烃类和杂环化合物类;裂解产物的数量随着裂解温度的升高而增多,尤其是芳香族化合物类.     

不同工艺制备的加热卷烟烟草薄片热失重行为研究

为考查稠浆法、造纸喷粉法、造纸涂布法制备的加热卷烟烟草薄片的热释放规律及差异,采用热重分析法研究了这3种加热卷烟烟草薄片在不同氛围时的热失重行为.结果表明:在空气(Air)和氮气(N2)氛围下,3种烟草薄片均经历了水分蒸馏、物质挥发、裂解等多个失重阶段,其热失重行为整体相同;烟草薄片组分在温度达到370℃时可实现有效释...     

卷烟纸的热失重与热裂解

使用热失重/傅里埃变换红外联用(TG-FTIR)以及裂解.气质联用(PY-GC/MS)技术.对木浆和全麻卷烟纸的热失重和裂解进行了研究.从样品量以及升温速率两个因素对热失重试验参数进行了优化,测定并比较了不同气氛下卷烟纸的热重(TG)、微商热重(DTG)曲线及其受热分解时产生二氧化碳的曲线,同时,比较了不同温度下卷烟纸热裂解的几种代表性产物的相对含量.结果表明,栽气中氧气的存在可以显著地影响样品的热分解,裂解产物中苯及其酚类物质含量相对较多可能是造成木浆卷烟纸吸味较差的一个原因.