烟草废弃物生物炭元素组成及其重金属安全性研究

为明确热解温度对不同烟草废弃物生物炭中元素组成及重金属安全性的影响,以烟秆、烟梗及废弃烟叶为原材料,研究了2种热解温度(450℃和600℃)下制备生物炭的产率、元素组成、重金属(Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb)含量及其浸出毒性特征。结果表明,当热解温度从450℃升至600℃,各废弃物生物炭的产率降低,生物炭中的碳(C)含量升高,而氮(N)和氧(O)含量降低;其中烟梗炭的产率最高,烟秆炭的碳含量及烟叶炭的氮含量最高。随热解温度升高,各生物炭中Ni、Cu、Zn、As和Pb等重金属含量均呈不同程度升高,而烟叶炭中Cr及烟梗和烟叶炭中Cd含量在600℃热解温度下显著低于原材料中含量;随热解温度升高,烟梗炭的Cr、As元素和烟叶炭的Zn、As元素的相对富集系数(REF)下降,且由富集趋势(REF>1)转为挥发趋势(REF<1);烟叶炭的Ni、Cu元素则由挥发趋势转为富集趋势。各生物炭中重金属的沥滤浸出毒性(TCLP)均低于其原材料浸出液,生物炭浸出液中Cu、Cd和Pb含量随热解温度升高而降低,As含量呈相反趋势,各生物炭浸出液重金属含量均低于GB 5085.3-2007浸出毒性规定限量值,表明烟草废弃物生物炭的重金属浸出毒性较低,可以在农田中安全施用。     

二叔丁基过氧化物对生物柴油热解特性的影响

应用热重分析方法,研究二叔丁基过氧化物(DTBP)对地沟油生物柴油热解特性的影响。选取N2和O2作为反应气,温度从50℃升高至400℃,升温速率为20℃/min,绘制生物柴油样品的失重曲线和微商热重曲线,分析不同DTBP添加量的生物柴油热解过程的挥发特性和燃烧特性。结果表明:添加DTBP对生物柴油的挥发性影响较小;添加DTBP的生物柴油燃烧指数有所增加;DTBP能够有效促进燃料燃烧,使生物柴油具有更好的可燃性。     

基于水热碳化技术的废弃烟末制备水热炭和碳量子点研究

为探索废弃烟末资源化与高值化利用途径,通过水热碳化技术将烟末同时转化为水热炭燃料和碳量子点荧光纳米材料,研究了水热碳化温度和反应时间对水热炭燃烧性能的影响,采用红外光谱、X射线光电子能谱、热重分析等手段表征样品的形貌结构与光学性能。结果表明：随着水热碳化反应强度的加大,水热炭的产率降低,而水热炭的固定碳含量和高位热值呈升高趋势,当反应温度为240℃、时间为2 h时,高位热值达到最高(18.66 MJ/kg);水热炭表面附着有碳微球颗粒,且废弃烟末内纤维素类结构在水热碳化过程中不断被分解破坏;水热炭的燃烧过程可分为三个阶段,其中固定碳燃烧阶段的失重率随水热碳化反应强度加大逐渐增加至31.44%,水热炭的引燃温度和燃烧稳定性均优于烟末原料;所制备的氮掺杂型碳量子点的粒径为2.14～3.02 nm,粒径分布较均匀,贮存稳定性较好;碳量子点在365 nm的紫外激发波长下发射蓝色荧光,且其荧光发射光谱呈现激发光波长依赖性,当水热碳化温度为200℃、反应时间为4 h时,碳量子点的荧光强度最高。     

碳酸钙对纤维热解特性与产物形成规律的研究

探讨了添加20%碳酸钙的纤维素的热解特性与产物形成规律。结果表明,添加20%碳酸钙的纤维素热解最大失重温度增加,热解速率降低,热解出现滞后现象。随着热解温度的升高,热解气以及热解油的产量会随之增加,热解焦炭产量降低。对纤维素的热解产物分析可知:热解焦炭和热解气占比较小,但碳酸钙促进热解气的生成同时减少热解焦炭的生成;热解油的占比较大,其中脱水糖类产物含量较高且碳酸钙有助于纤维素热解生成脱水糖类物质尤其促进生成左旋葡萄糖的同分异构体3,4-脱水阿卓糖。通过研究碳酸钙对纤维热解特性与产物形成规律分析提出废纸资源化、无害化的高效利用方式。本工作为多次回用的废纸纤维进一步高效利用提供理论基础。     

加热状态下烟草气溶胶释放特性的影响因素:温度、甘油和气氛

为揭示加热状态下烟草热解气溶胶释放特性的影响因素,基于稳态热解装置与烟密度计联用系统,研究了温度、甘油含量(质量分数)、烟草种类、一级进气对烟草气溶胶释放量和发烟起始时间的影响,并利用稳态热解装置与撞击采样器联用系统,分析了甘油对烟草气溶胶粒径分布的影响。结果表明:(1)随甘油含量增加,烟草发烟起始时间线性降低,气溶胶释放量线性增加,且气溶胶粒径分布变宽。(2)不含甘油时,降低温度、增加一级进气流量均可使烟草气溶胶释放量增加;加入甘油后,增加一级进气流量可更加有效地提高烟草气溶胶释放量,但气溶胶释放量随温度升高先增大后降低;过高的温度(500℃)会导致烟草发生燃烧,甘油对此有明显的加剧效应。(3)升高温度、增加甘油含量可以有效缩短气溶胶释放的响应时间,并且甘油使气溶胶释放时间具有更高的温度敏感性。(4)不同烟草原料因具有不同的理化特性,导致其气溶胶释放量和发烟起始时间存在一定差异。     

热处理对毛竹化学成分变化的影响

在空气介质中对毛竹进行热处理,通过化学成分分析方法探讨了热处理温度(100～220℃)和热处理时间(1～4 h)对毛竹化学成分含量及颜色的影响,并结合热处理后毛竹失重率的变化情况分析了失重率与化学成分变化的相关性。结果表明,随着热处理温度的升高和热处理时间的延长,综纤维素和α-纤维素含量呈逐渐降低的趋势,而酸不溶木素含量呈相对升高的趋势,毛竹的失重率呈逐渐升高的趋势。失重率与综纤维素和α-纤维素含量之间为显著相关,颜色的变化主要由木素颜色的变化引起。     

3种炭供热体材料的燃烧特性及反应动力学分析

为了考察加热非燃烧型烟草制品用潜在炭供热体材料的燃烧特性,分别以淀粉基水热炭、竹炭和松木炭为研究对象,利用扫描电镜、元素分析、X射线衍射和热重分析等方法研究了3种炭供热体材料的微观形貌、元素组成、碳微晶结构以及空气气氛下燃烧特性和动力学参数等。结果表明:1 3种炭材料中淀粉水热炭石墨化程度最小,竹炭次之,木炭最高;随着石墨化程度的增大,炭材料的热失重温度区间向高温偏移。2淀粉水热炭着火点温度(270Ⅰ)和燃尽温度(535Ⅰ)较低,可以作为供热体引燃用炭材料;松木炭着火点温度和燃尽温度最高,竹炭次之,两者持续燃烧性较好。3淀粉水热炭在200Ⅰ~350Ⅰ温度范围内有明显的质量损失,该段燃烧动力学属于1.5级化学反应控制;在温度高于350Ⅰ以后,3种炭材料的燃烧过程符合三维扩散控制模型。     

澄清黄秋葵汁储藏过程中理化性质的变化

选取壳聚糖作为澄清剂制作一批澄清黄秋葵汁并将其分别放置于4℃、室温(20℃)和37℃避光储藏。在不同储藏时间分别随机取样,测定秋葵汁中总酚含量、蛋白含量、褐变指数、悬浮稳定性和透光率。结果表明,在不同温度下,秋葵汁在储藏过程中透光率、悬浮稳定性、可溶性蛋白、总酚含量都随着时间的延长逐渐降低,而褐变指数随着时间的延长逐渐升高。随着储藏温度升高,悬浮稳定性和可溶性蛋白降低,而褐变指数和总酚含量升高。     

壳聚糖-聚磷酸铵阻燃改性薄片的制备及燃烧热解特性研究

为降低卷烟燃烧温度和烟气中有害物的浓度,研究膨胀阻燃材料对烟草薄片燃烧性能的影响。以壳聚糖和聚磷酸铵为阻燃材料制备了烟草阻燃改性薄片,采用扫描电镜分析了改性薄片的结构,微燃烧量热仪和热重-红外光谱系统分析了改性薄片的燃烧性能和热解特性。结果显示:壳聚糖和聚磷酸铵阻燃材料涂层能够促使烟草薄片的热解过程向高温区移动,有效延缓薄片主要成分的热解,850℃残炭量增加了23.7%。微燃烧量热测试分析表明改性薄片中的壳聚糖比例为5%时最大热释放速率和总热释放量比对照薄片分别降低了50.7%和35.8%。燃烧锥温度场分析也表明阻燃改性薄片烟支燃烧锥最高温度相比对照薄片烟支下降了77℃。      

煤热解中半焦发热量及硫迁移规律的研究

以含硫量中等的烟煤作为实验煤样,对其进行热解,研究热解脱硫效果、半焦发热量以及挥发分的变化规律。采用高温炉对煤样进行热解,设置不同热解时间、不同的热解温度对煤样进行热解,研究热解时间和热解温度对煤热解脱硝率和半焦挥发分以及发热量的影响。研究结果表面:(1)热解具有脱硫的效果,同时脱硫效果受到热解温度和热解时间的影响;(2) 16min热解脱硫效率到达29. 91%,脱硫效果良好,半焦的发热量为22. 99KJ/g;(3)在450℃-650℃温度段内,脱硫效率变化不大,此时焦炭具有固硫效果;(4)随着温度的升高半焦的傅里叶红外图谱中C-S、S-O的官能团减少使得热解过程脱硫。     

烘焙型铁观音与市售黑乌龙茶品质的差异性研究

采用铁观音为材料,在100℃、130℃、160℃3个不同温度下分别进行再烘焙,分析比较了不同的再烘培温度对铁观音感官品质、主要理化成分的影响,并与市售黑乌龙茶产品进行差异性比较。感官审评结果表明,100℃再烘焙4 h茶样的感官审评得分最高,且香气和滋味最好,感官品质优于市售浓香型黑乌龙;化学成分分析表明,儿茶素、茶多酚、氨基酸和咖啡碱含量在不同温度再烘焙处理过程中变化规律相似,100℃烘焙条件处理过程中以上组分含量先提高后降低,在130℃、160℃烘焙温度条件下均呈下降趋势,茶色素含量随着烘焙温度的提高和烘焙时间的延长而升高。炭焙型黑乌龙茶生化成分与铁观音160℃烘焙时较为接近。     

抗性淀粉糊化规律的研究

采用差示扫描量热分析技术(DSC)对原淀粉及各抗性淀粉样品的糊化温度及糊化热效应进行了测试和研究。DSC吸热曲线显示,经处理过的样品晶体完全不同于原淀粉晶体。抗性淀粉的吸热曲线除了在85℃左右出现一个小峰外,在125℃左右又开始出现吸热峰,相变高峰温度约在155℃。随着样品中抗性淀粉含量的升高,曲线中第二吸热峰的相变焓逐渐升高,相变高峰温度也遵循同样的规律。     

预老化对皮革中六价铬含量的影响

考察了不同温度及紫外光作用下铬鞣皮革样品中六价铬含量的变化。结果表明,在温度为80℃以及紫外光下分别处理12h后,所测的37块皮革样品中,30块的六价铬含量增加,7块六价铬含量未变化(未检出)。在60～90℃条件下的热老化结果表明,样品中六价铬的含量随着温度升高逐渐增加;紫外光老化过程中,随着温度升高(35～50℃),样品中六价铬的含量亦明显增加。试验结果反映了预老化对铬鞣皮革样品中六价铬的影响具有显著性。     

烤烟秸秆炭化后理化特性分析

为有效开发利用烟草秸秆、实现烟田清洁生产,对烤烟秸秆在不同温度下炭化后的理化特性进行了研究。结果表明,烤烟秸秆炭化产率随温度升高而降低;低温炭化对全碳含量(质量分数)影响较小,但300℃以后,全碳含量随温度升高而下降;低温炭化时碳酸根和无机碳含量(质量分数)极低,从400℃开始明显增加;低温炭化时烟秆生物质炭p H呈弱酸性,300~800℃p H逐步上升,呈碱性;阳离子交换量(CEC)随炭化温度升高呈现出先增加后降低的趋势,400℃时达到最大;随炭化温度的升高,烤烟秸秆生物质炭表面碱性官能团增加、酸性官能团减少。烟秆生物质炭孔隙结构发达、多孔。烤烟秸秆的炭化温度以400~500℃为宜。      

烟支燃烧温度影响因素的多因素方差与逐步回归分析

为了考察云烟某牌号卷烟叶组配方(膨胀梗丝含量和再造烟叶含量)与卷烟材料(卷烟纸,接装纸,成型纸透气度和滤棒)对烟支中点燃烧温度的影响规律,基于热电偶烟支温度测定仪准确检测烟支中点燃烧温度,采用多因素方差分析、逐步线性回归等分析方法考察了影响烟支中点燃烧温度的因素效应大小。结果表明:(1)烟支样品燃烧温度检测方法精密度高,重复性检测结果变异系数均小于5.0%;(2)在0.05显著性水平下,烟支吸阻、卷烟纸透气度、再造烟叶含量是影响烟支中点燃烧温度的主要因素,标准化逐步线性回归系数分别为-0.668、-0.485和0.253;(3)随着再造烟叶含量增加,烟支中点燃烧温度呈现增加的趋势;卷烟纸透气度和烟支吸阻的增加,烟支中点燃烧温度有降低的趋势。调整叶组配方参数和卷烟材料设计参数可作为调控烟支燃烧温度的有效手段,对降低卷烟的危害性指数与保障烟气指标稳定性提供技术参考。     

柠檬酸钾对造纸法烟草薄片纸基热解性能的影响

采用热重分析法(TG)、微分热重(DTG)以及差示扫描量热法(DSC)对不同钾盐用量下的烟草薄片纸基的热解行为进行了研究,结果表明钾盐的添加量从0.5%增加到2.5%,烟草薄片纸基的最大失重起始温度点和最大失重峰温逐渐下降,钾盐添加量为2.5%时,烟草薄片纸基的最大失重起始温度点和最大失重峰温分别由290.1℃、346.3℃下降到262.4℃、328.2℃。同时,添加不同钾盐含量的薄片纸基DSC曲线表明,加入适量的钾盐,使薄片纸基的热量分批释放,降低燃烧的温度。     

沙柳的低温热解特性研究

采用低温烘焙预处理的方法来探索沙柳生物质材料制备焙烧炭的工艺。探讨了不同焙烧温度、时间对沙柳焙烧炭的影响,分析了沙柳在不同温度、时间下对质量变化、能量得率及热值的影响。结果表明,随着热解时间延长,热解温度升高,生物质的热值显著升高,与常规热解法相比,在280℃以下对生物质进行焙烧,能量转化率变高,热值可以达到蒙精煤的标准,可以替代木柴、煤炭作生活生产用能。     

棉浆粕黑液固形物与苇浆黑液固形物混合燃烧性能的研究

本研究以棉浆粕黑液固形物和苇浆黑液固形物为研究对象,分析了其物化性能,测定了两种固形物以不同比例混合样品的膨胀体积及发热量,采用热重分析仪对混合固形物样品进行了热解特性研究,并进一步采用Coats-Redfern法对混合固形物样品燃烧过程的活化能和频率因子进行了求解。结果表明,棉浆粕黑液和苇浆黑液元素含量相差不是太大,二者混合固形物的燃烧是一个比较复杂的过程,大体可以分为4个阶段：①样品水分蒸发阶段;②有机物发生裂解产生大量挥发性物质;③高分子化合物进一步分解和发生炭化反应;④碱金属盐发生熔融、挥发、分解及剩余固定碳的燃烧。随着苇浆黑液固形物在混合固形物中比例的增加,固形物的活化能会降低、频率因子和膨胀体积会增加,固形物燃烧性能显著改善。     

过热蒸汽处理对全麦粉理化特性的影响

研究不同温度下过热蒸汽处理对全麦粉热特性和理化性质的影响。结果表明,随着处理温度的升高,全麦粉吸水率逐渐增大;155~170 ℃,全麦面团的形成时间和稳定时间显著增大（P<0.05）,C2、C3和C4扭矩明显提高（P<0.05）,经过热蒸汽处理后,全麦面团形成更强的面筋网络,能够抵抗更强的机械能和热能,全麦粉发生部分糊化。过热蒸汽处理后全麦粉的峰值黏度,谷值黏度和最终黏度显著升高（P<0.05）,在180~190 ℃呈下降趋势。糊化温度和糊化焓随着温度的升高逐渐降低。L值随着温度的升高逐渐减小,a值、b值和ΔE逐渐增大。多酚、烷基间苯二酚和植酸的含量和多酚氧化酶的活性随着温度的升高逐渐降低。适当的过热蒸汽处理可以提高全麦粉的加工特性。     

烟粉和烟丝的热解燃烧特性及反应动力学分析

为了解尺寸对烟草原料热解燃烧动力学特性的影响,利用宏量型烟草高温热转化热重分析仪分析了不同切丝宽度烟丝及其粉碎后烟粉的热解燃烧特性,并使用Coats-Redfern法计算了样品在热解或燃烧过程中各失重阶段的动力学参数。结果表明:①烟粉的最大热解失重速率显著高于烟丝,而0.8～1.2mm范围内3种不同切丝宽度对烟丝的热解失重速率影响不明显;②烟粉在燃烧过程中,生物质三组分热转化导致的挥发分析出与燃烧反应失重峰在DTG曲线中合并为1个失重峰,而烟丝在该热转化过程表现为3个独立的失重阶段;③烟粉的起燃温度Ti高于烟丝、燃尽温度Tb显著低于烟丝,其综合燃烧特性指数S为4.75×10~(-7)%2·min~(-2)·℃~(-3),而3种切丝宽度烟丝的S值在2.63×10~(-7)～2.99×10~(-7)%2·min~(-2)·℃~(-3)范围内变化,且切丝宽度越小综合燃烧特性指数越高;④Coats-Redfern法热解动力学结果显示,在Zone 2对应的小分子有机物热解温度范围内,烟粉的热解动力学主要由2级化学反应控制,而烟丝主要受三维扩散控制。烤烟尺寸越小其燃烧性越好,且与烟粉相比,烟丝在热转化过程中受到更加显著的传热传质阻力的影响。