烟丝热解燃烧特性及烟草减害的研究

摘要

卷烟在抽吸过程中会发生一系列复杂的物理和化学变化，包括水分蒸发、有机物热解和焦炭燃烧等，烟丝的热解和燃烧行为对卷烟口感和有害物质的生成有重要影响，因此是实现降焦减害的关键所在。
　　本研究首先用热重-质谱联用技术研究了氧气对烟丝燃烧的影响。结果表明:①当温度低于513K时，烟丝以热解反应为主，氧气对烟丝热解行为的影响较小，而当温度高于513K时，热解和燃烧同时发生。②氧气可促进烟丝的燃烧，氧气浓度越高，燃烧温度降低，燃烧速率越快;③在各种燃烧产物中，水和二氧化碳的释放量随氧气浓度的升高而增加，而氢氰酸、烟碱、苯酚和吲哚等在有氧条件下的释放量极小。因此可通过增加氧气浓度来降低烟气有害成分释放量。
　　在此基础上，本研究用热重-质谱联用技术进一步研究了升温速率对烟丝热解的影响。结果表明:①随着升温速率的升高，烟丝主要成分的热解温度区间的叠加程度、热解速率以及释放特性指数均呈递增趋势，且出现不同程度的热滞后现象;②热解产物中的丙烯醛、吡啶、烟碱、苯酚和吲哚的释放量随升温速率的升高而降低;③本研究建立的动力学模型能减小热滞后所引起的动力学参数偏差，可以更好地预测烟丝的快速热解行为。在高升温速率下烟丝的热解与卷烟燃烧的真实状态更为接近，因此，本文建立的动力学模型能为卷烟燃烧数学模型提供更准确、有效的参数。
　　此外，本研究还用去离子水、碳酸钠溶液和柠檬酸溶液分别对烟丝进行了浸渍预处理，研究了浸渍前后烟丝的化学成分、热解特性以及裂解产物的变化。结果表明:经碳酸钠溶液浸渍后，烟气中有害成分的前体物——烟碱和糖类，被部分移除，含量降低，从而减少了有害裂解产物——苯并[a]芘、苯酚和N-亚硝胺的生成量。
　　最后，本研究提出了一种根据烟丝的热解曲线来判断卷烟真伪和质量稳定性的新方法。该法克服现有检测方法工作量大和主观性强的缺点，极大地提高了检测效率，为卷烟生产过程中的高频检测提供了有效方法。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 烟草研究的意义和背景

1．1．1 研究意义

1．1．2 降焦减害的研究现状

1．2 卷烟的热解和燃烧性质

1．2．1 卷烟燃烧的内部特征

1．2．2 烟草的热解和燃烧特性

1．2．3 卷烟的烟气概况

1．3 研究方法

1．3．1 热分析方法概述

1．3．2 动力学方法

1．4 本课题的研究内容及意义

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究意义

第二章 烟丝热解燃烧特性的研究

2．1 实验部分

2．1．1 材料与设备

2．1．2 实验操作

2．1．3 实验影响因素

2．2 结果与讨论

2．2．1 氧气浓度对烟丝燃烧特性的影响

2．2．2 氧气浓度对烟丝燃烧产物的影响

2．2．3 升温速率对烟丝热解特性的影响

2．2．4 不同升温速率下烟丝的热解动力学

2．2．5 升温速率对烟丝热解产物的影响

2．2．6 氧气浓度对焦炭燃烧的影响

2．3 结论

第三章 烟草处理工艺的研究

3．1 材料与方法

3．1．1 材料与设备

3．1．2 实验操作

3．2 结果与讨论

3．2．1 不同处理溶液对烟叶成分的影响

3．2．2 不同处理溶液对烟丝热解的影响

3．2．3 烟丝表面结构的变化——SEM表征

3．2．4 烟丝裂解产物CO、苯并[a]芘、苯酚和N-亚硝胺生成情况

3．3 结论

第四章 热重分析法的应用

4．1 鉴定真假卷烟

4．1．1 实验部分

4．1．2 结果讨论

4．2 判断不同批次卷烟的稳定性

4．2．1 实验部分

4．2．2 结果讨论

4．3 结论

第五章 结论与展望

5．1 主要研究内容与结论

5．2 展望

参考文献

发表论文

致谢