甘油与丙二醇复配比例对烟草颗粒热解和释烟特性的影响

为考察雾化剂种类和质量分数对烟草颗粒热解和烟气释放特性的影响规律，采用湿法造粒技术，利用热重-红外光谱联用系统（TG-FTIR）、锥型量热仪（CONE）以及稳态热解装置与撞击采样器联用系统，研究甘油与丙二醇复配比例对烟草颗粒热解与烟气释放特性的影响。结果表明:①随丙二醇量的增加，烟草颗粒起始失重速率明显增大，总失重比例增加，主要失重温区向低温区移动，且单一雾化剂制备的烟草颗粒主要失重温区范围较小，混合雾化剂则较为宽泛；有氧裂解阶段失重速率与甘油质量分数成反比。②红外光谱分析结果显示，添加丙二醇后，烟草颗粒在100 ℃即开始释放雾化剂；随丙二醇质量分数的增加，碳水化合物、酚类、有机酸类、烟碱等胺类化合物以及烷烃、烯烃等化合物的释放量变化趋势由先增大后减小变为逐渐增大；在有氧裂解阶段，单一甘油体系裂解的气相产物以CO₂、H₂O、CO和羰基化合物为主，随丙二醇质量分数的增加，碳氢和羰基化合物的特征吸收峰增强，且CO和CO₂的特征吸收峰强度在350、400 ℃时明显增大，说明烟草裂解更为剧烈。③随丙二醇质量分数的增加，烟草颗粒的释烟时间范围减少，累积释烟总量降低，由30%（质量分数）丙二醇制备的烟草颗粒的起始释烟速率最小；增加甘油质量分数，烟草颗粒热解释放CO和CO₂的速率减小。④随甘油质量分数的增加，气溶胶总质量呈增加趋势，平均粒径则呈先减小后增大的趋势。      

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。      

导热填料改性烟草颗粒的热解和释烟特性

为揭示加热不燃烧状态下导热填料对烟草颗粒热解和释烟特性的影响规律,利用导热系数测试仪、热分析仪（TGA）和锥形量热仪（CONE）,研究了不同含量和种类的导热填料对烟草颗粒导热系数、热解过程以及烟气释放过程的影响。结果表明:①随碳酸钙（CaCO₃）粉体质量分数增加,烟草颗粒导热系数增大。20%添加量下填料发生自团聚,导热系数略有降低。晶须可有效改善填料在基材中的自团聚现象。碳化硅（SiC）较CaCO₃对导热系数的提升更明显。②相较于对照样品,添加导热填料后,烟草颗粒微分热重（DTG）曲线向低温区移动,整体上导热性越高,移动幅度越大,最大失重速率越大。不同升温速率下,具有最大导热系数样品的DTG曲线始终位于对照样的低温侧;且随升温速率增大,其与对照样热解特征参数的差值逐渐缩小,导热性差异对烟草颗粒热解过程的影响程度减小。③相较于对照样品,添加导热填料后,烟草颗粒起始释烟速率增大;随导热性提高,最大释烟速率增大,烟气释放过程集聚。CO与CO₂的释放速率随导热性提高明显增大,说明烟草颗粒的热解程度加剧,但提高导热性易造成热量集聚,使烟草颗粒发生燃烧。      

甘油对烟叶热性能及加热状态下烟气释放的影响

为考察甘油对烟叶加热状态下烟气释放的影响,对不同甘油添加量烟丝样品进行了差示扫描量热分析(DSC)和热重-微分热重分析(TG-DTG),利用实验室加热装置在200~400℃下加热不同甘油添加量的烟丝样品,并测试了烟气粒相物、烟碱、水分和焦油释放量。结果表明:1添加甘油能够增大低温下烟丝的失重比例,提高烟丝的着火温度,降低烟丝燃烧性;2烟气粒相物和烟碱释放量均随甘油添加量(0~10%)的增加而增加,甘油添加量10%后各释放量均无明显变化;10%和15%的甘油添加量能显著增加烟气焦油释放量,添加甘油后,焦油中增加的主要是甘油的释放量;3添加甘油能够显著增加烟气水分释放量,但不同甘油添加量(5%,10%和15%)之间的差异不明显。可见,添加甘油能够降低烟叶的燃烧性,提高烟叶在加热状态下的烟气释放。     

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。     

加热非燃烧状态下再造烟叶颗粒香味成分的释放行为

为考察加热非燃烧(Heat-not-burn, HNB)卷烟烟气粒相物中香味成分的释放规律,以不同甘油质量分数的再造烟叶颗粒(RTPs)为原料,利用自主设计的HNB模拟装置在150～350℃加热,通过中心切割二维气相色谱-质谱对受热释放的粒相物香味成分进行分析。结果表明:①在350℃下,共鉴定出74种香味成分;②提高加热温度和向原料中添加甘油均可提高香味成分的释放总量,超过300℃时温度是主要影响因素,300℃以下甘油是主要影响因素;③不同类别香味成分释放量的变化趋势随温度和甘油比例的变化而有所不同,整体趋势为升温和添加甘油均会不同程度地提高香味成分的释放量,呋喃类和烯类物质的释放量随加热温度的升高先增加后降低;④再造烟叶颗粒样品的加热温度低于180℃时,烟草生物碱是构成烟气香味成分的最主要成分;温度逐渐升高后,烟草生物碱、有机酸、呋喃类为其中主要成分;300℃以上,烟草生物碱、酚类、有机酸、醛酮类物质是主要成分;氮杂环类、烯类、酯类、醇类物质的所占比例始终较少,酯类物质最少。     

甘油对烟丝加热状态下烟气中挥发性和半挥发性成分的影响

为考察甘油对烟丝加热状态下烟气粒相物中挥发性和半挥发性成分的影响,利用实验室加热装置,对不同甘油含量(质量分数)的烟丝(0～50%)在300℃下进行加热,捕集烟气粒相物,并采用气相色谱/质谱(GC/MS)法分析烟气中挥发性、半挥发性成分。结果表明:1烟丝中添加甘油可增加烟气中挥发性、半挥发性成分的释放量,但甘油添加量为5%～50%时,烟气中挥发性、半挥发性成分的总释放量无明显差异;2糠醛、6-甲基-3,5-二羟基-2,3-二氢吡喃-4-酮、5-羟甲基-2-糠醛等糖类裂解成分释放量相对较大,且随甘油添加量的增大呈先增加后降低趋势;3巨豆三烯酮、新植二烯等烟草固有成分的释放量随甘油添加量的增大呈逐渐增加趋势;4与空白样品相比,添加甘油的烟丝烟气中增加了甘油单羧酸酯,且随甘油添加量的增大呈持续增加趋势。烟丝中添加甘油有助于烟气粒相物中挥发性、半挥发性成分的释放,但对不同成分的影响趋势存在差异。     

烟草颗粒热解与释烟特性影响因素研究

[目的]为探索加热状态下烟草颗粒热解和烟气释放规律.[方法]采用导热系数测试仪、热分析仪(TGA)和锥形量热仪(CONE)表征分析了甘油添加量、水分含量以及粒径对烟草颗粒导热特性、热解过程和烟气释放特性的影响.[结果](1)样品导热系数随水分和甘油含量的增加以及粒径减小整体上呈现不同程度的上升趋势,不同水分与甘油含量样...     

加热非燃烧状态下烟草制品的TSNAs释放规律

为了解加热非燃烧烟草制品加热时TSNAs的释放情况,以烟草薄片颗粒（RTPs）为原料,研究甘油含量、加热温度等对TSNAs释放的影响,并探究了其中NNN与NNK释放之间的关系。NNK和NNN释放量随加热温度升高而增加,达到240℃之后增量变小;NAB的释放量随温度升高不断上升;NAT的释放量先随温度升高而增加,达到240℃后基本稳定。同时,原料中添加甘油会不同程度地减少TSNAs的释放量。因此,烟草薄片颗粒中的甘油含量、加热温度显著影响TSNAs释放行为,合理的甘油含量和低温加热均可有效减少TSNAs的释放。原料中添加NNN后,NNK的释放量显著增加,推测原料中NNN含量增加可能促进气溶胶中NNK的释放。     

模拟分析不同热源温度下加热卷烟烟气TSNAs的释放特性

为分析热源温度对加热卷烟烟气烟草特有亚硝胺（TSNAs）释放量的影响,基于自主研制的加热装置,模拟研究了3种加热卷烟产品在不同热源温度下TSNAs的释放特性及各种TSNAs之间的相关性。结果表明：(1)随着模拟装置热源温度升高,3种加热卷烟烟气中总粒相物释放量逐渐增加,且与热源温度极显著线性相关。(2)随着模拟装置热源温度升高,3种加热卷烟烟气中NNN、NNK、NAB和NAT的释放量及TSNAs总量均呈显著二次曲线增加趋势,且低温阶段增加缓慢,高温阶段增加显著。(3)在不同热源温度下,烟气中NNN、NNK、NAB和NAT的释放量及TSNAs总量之间均存在显著相关性。(4)与传统卷烟不同,加热卷烟烟气中NNN、NAB和NAT的释放量及TSNAs总量与总粒相物之间存在显著相关性。     

基于可控等值比法实时分析低温加热状态下烟草CO的释放量

为评价低温加热状态下烟草CO的释放特性,采用基于可控等值比法的稳态燃烧热解装置和非散射红外分析仪联用系统(SSTF-NDIR)建立了低温加热状态下烟草CO释放量实时定量分析方法,考察了温度和等值比(φ)对烟草CO释放量的影响。结果表明:1基于可控等值比法的SSTF-NDIR测试系统,可实时分析低温加热状态下烟草CO释放量。2当φ相同时,与高温燃烧状态相比,低温加热状态下烟草的CO释放量明显偏低;温度对低温加热状态下烟草CO释放量影响较小。3当固定温度为450℃时,随着贫氧程度的增加,CO释放量先快速增加后趋于稳定。     

温度对加热非燃烧卷烟烟熏香成分释放的影响

为考察温度对加热非燃烧卷烟(HnB)烟熏香成分释放的影响,研究了3种HnB烟气中26种烟熏香成分的释放量,并与传统卷烟进行了比较;在不同温度下加热HnB的烟草材料,并对产生的烟熏香成分种类和释放量进行了分析。结果表明:(1)HnB主流烟气中烟熏香成分的种类少于传统卷烟,释放量也低于传统卷烟。(2)随着加热温度的升高,HnB烟草材料释放的烟熏香成分种类和释放量均显著增加。(3)从烟熏香成分释放量随加热温度升高的增加速率看,加热温度升高至250℃时,愈创木酚、4-乙烯基愈创木酚和异丁香酚等成分的释放量增加较快,加热温度升高至300℃~350℃时,苯酚、邻甲酚等成分的释放量显著增加。HnB烟气中的烟熏香成分构成与传统卷烟存在明显差异,而加热温度是影响HnB烟草材料烟熏香成分释放的关键因素。     

烟草热失重质量损失与苯酚释放量的关系

为预测各单等级烟草热解时苯酚的释放量变化,选用15 种代表性的烟草样品(13 种国内外不同产地的单等级烟丝、1 种再造烟叶丝和1 种梗丝),采用热失重与烟草热解实验相结合的方法,建立了烟草热失重质量损失与苯酚释放量的数学关系,并用5 种单料烟进行了验证。结果表明:烟草在200~400 ℃温度段热解时,半纤维素、纤维素和木质素是苯酚的主要来源,其中木质素的贡献最大;除再造烟叶丝外,其他烟草样品苯酚释放量随3 种物质质量损失的增大呈线性增加趋势。在标准抽吸模式下,5 种单料烟烟气中苯酚的释放量检测结果与通过数学关系预测的结果基本一致。该方法简单、快速、准确,适用于预测各单等级烟草苯酚的释放量。      

烟丝含水率对主流烟气CO等7种有害成分释放量的影响

为考察烟丝含水率对主流烟气CO等7种有害成分释放量的影响,采用3种饱和盐溶液制备了不同烟丝含水率的卷烟,分别收集3组卷烟的烟气总粒相物、测定主流烟气中CO等7种有害成分的释放量,并对卷烟的物理参数和固相燃烧温度进行了检测。结果表明:①烟丝含水率对7种有害成分的释放量影响不尽相同,随着烟丝含水率的升高,卷烟主流烟气中氨(NH3)、4-(甲基亚硝胺基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)、苯酚的释放量呈降低趋势,CO,苯并[a]芘(B[a]P)释放量呈升高趋势,氢氰酸(HCN)及巴豆醛的变化不明显;②烟丝含水率对卷烟的固相燃烧温度没有显著影响,但影响卷烟的燃烧速率(燃烧过程),进而影响了烟气成分的形成、转移和释放。     

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。     

碳酸钾对卷烟纸燃烧热解及卷烟主流烟气成分的影响

为了解卷烟纸助燃剂对卷烟燃烧热解的作用,选择以碳酸钾为助燃剂,考察不同碳酸钾添加量对卷烟纸的阴燃速率、热重分析、热解反应动力学的影响,同时观察主流烟气常规成分释放量的变化。结果表明,随着碳酸钾添加量的增加,卷烟纸的阴燃速率、热失重温度和热解活化能都呈下降趋势,相应地卷烟的总粒相物、焦油、烟气烟碱量和CO量也同样都出现降低趋势。这说明碳酸钾对卷烟纸的燃烧热解起到催化作用,也对主流烟气成分的释放量产生显著影响。     

甘油施加比例对加热卷烟薄片热性能及热解产物的影响

  目的  深入研究甘油在加热卷烟中的热稳定性及其对烟草薄片挥发性成分的影响。  方法  采用热重(TG)、差示扫描量热(DSC)和热重–气质联用分析仪(TG–GC–MS),考察不同甘油添加比例（5%~40%）烟草薄片的热性能及热解产物的释放规律。  结果  ① 根据烟草薄片的微商热重（DTG）曲线,可将热失重划分为三个失重区间,烟草薄片的最大失重区间在120℃~260℃。②甘油施加比例对烟草薄片的第二失重区间（120℃~260℃）和第三失重区间（260℃~350℃）的吸热、放热状态具有较大影响。③高温条件下甘油化学性质不稳定,容易发生分子内、分子间反应,以及乙酰化反应。④在鉴定出的烟草薄片32种化合物中,有9种化合物的释放浓度与甘油添加比例密切相关,其中6种化合物来自甘油自身的反应,3种化合物来自于烟草中的主要固有组分。  结论  甘油能促进烟草薄片中某些化合物的释放。但甘油在高温条件下热不稳定,较高添加比例下,甘油反应产物显著增加。      

模拟环境中温湿度对卷烟主流烟气化学成分的影响

为了考察温湿度对卷烟主流烟气化学成分的影响,分别于不同温湿度的模拟环境中对卷烟样品进行了抽吸,采用剑桥滤片对主流烟气粒相物进行了捕集,采用XAD-2吸附管和-50℃异丙醇/干冰冷阱串联对气相物进行了捕集,并分析了主流烟气常规化学指标及粒相物和气相物中化学成分释放量变化。结果表明:①卷烟主流烟气常规化学指标主要受环境湿度影响,TPM、焦油和水分均随环境湿度增加而增大,烟气pH随环境湿度增加而减小。②卷烟在不同的模拟环境中抽吸时主流烟气粒相物与气相物中的化学成分种类相同,但同一烟气成分在不同模拟环境中的释放量有明显差异,且不同成分的释放量随模拟条件的变化规律也不同。③粒相物与气相物中的化学成分释放总量都随湿度的增加呈下降趋势;30℃下粒相物中化学成分释放总量明显低于20℃下的释放总量,但气相物中化学成分释放总量随温度的变化趋势不明显。④在粒相物中,醛酮类、酚类、低级脂肪酸和含氮化合物释放总量随湿度增加而降低,高级脂肪酸及其酯的释放总量随湿度增加而升高;在气相物中,芳香烃类、醛酮类、含氮类和有机酸类化合物释放总量随湿度的增加呈下降趋势,烯烃类和酚类化合物释放总量随湿度增加先升高后降低。     

通风稀释对卷烟燃烧温度及主流烟气中主要有害成分释放量的影响

为降低卷烟危害性,考察了卷烟纸、接装纸、成型纸透气度对卷烟燃烧温度和卷烟主流烟气中7种有害成分(CO,HCN,NNK,NH3,B[a]P,苯酚和巴豆醛)及焦油释放量的影响,并研究了卷烟总通风率对主流烟气中7种有害成分释放量及卷烟危害性指数的影响规律.结果表明:①随着卷烟纸和接装纸透气度的增加,卷烟燃烧温度升高,卷烟主流烟气中除NNK外其他6种有害成分的释放量、焦油量及危害性指数均降低;②成型纸透气度的变化对卷烟燃烧温度及烟气有害成分释放量的影响不规律;③卷烟总通风率增加,卷烟主流烟气中多数有害成分释放量、焦油量及危害性指数有不同程度的降低.适当增加卷烟纸、接装纸的透气度,提高卷烟总通风率,可在一定程度上调控卷烟燃烧温度,降低卷烟烟气中有害成分释放量,从而降低卷烟的危害性指数.     

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。