造纸法再造烟叶热解过程与烟气组分调控技术研究

摘要

为改善造纸法再造烟叶刺激性大、杂气重以及CO释放量高等质量缺陷，本文在系统分析造纸法再造烟叶理化特性的基础上，较为深入的研究了造纸法再造烟叶及其主要组成部分（纸基）的热解行为，并从纸基的化学成分调节和外源性磷氮化合物的添加两个方面进行再造烟叶热解过程的调控，进而调节再造烟叶烟气组分，提升卷烟烟气品质。主要研究工作如下:
　　1.造纸法再造烟叶理化特性为充分了解造纸法再造烟叶质量属性，系统分析了烟草化学指标、无机离子化合物以及纤维形态等与热解行为相关理化指标，并比较研究了造纸法再造烟叶与膨胀梗丝、膨胀烟丝在燃烧速率、焦油以及CO释放特性等方面的差异，发现造纸法再造烟叶的燃烧速率高、焦油量低，但CO释放量明显偏高，尤其是单口CO释放量。为揭示其高CO释放量的原因，比较研究了造纸法再造烟叶与纸基的主流烟气成分差异，明确了纸基在造纸法再造烟叶质量调控中的重要作用，并初步得出纸基是造纸法再造烟叶CO释放量偏高的主要原因之一。
　　2.造纸法再造烟叶与纸基的热降解行为为了深入了解造纸法再造烟叶与纸基的热解行为，通过TG/DSC-FTIR实验系统分析不同升温速率条件下造纸法再造烟叶和纸基的热解行为及热解气相产物形成过程。发现两者CO形成过程类似，均发生在两个温度范围内，但纸基CO释放量明显高于造纸法再造烟叶，并且随着升温速率的提高，两者CO释放量均显著增加，进一步证实了纸基CO释放量高是造纸法再造烟叶CO释放量偏高的主要原因。
　　3.果胶与蛋白质的酶降解对纸基热解过程及产物的影响鉴于蛋白质和果胶对卷烟感官品质的不良影响，采用生物酶选择性降解纸基中果胶和蛋白质，并分别考察了蛋白质和果胶的酶降解对纸基热解行为的影响。发现果胶和蛋白质含量降低均能显著改变纸基的热解过程和热解产物（如CO、CO2、NH3、羰基化合物等）的释放特性，说明了果胶和蛋白质对热解气相产物的形成具有一定调节作用。为更清晰地揭示果胶的热解机理，首次利用SVUV-PIMS研究了果胶的热解行为，发现果胶热解主要有两种反应路径:果胶高分子链端半乳糖醛酸单元的低温分子内热裂解反应;以α-(1→4)糖苷键断裂为标志的高温热解反应。在热解产物分析的基础上，理论推导了果胶热解主要产物形成机理，并对相关实验现象进行了理论解释，为果胶热解产物的控制奠定了基础。
　　4.外源氮磷类添加剂调节再造烟叶的热降解过程与烟气组分利用磷酸氢二胺(DAP)、聚磷酸铵(APP)以及磷酸尿素(UP)等含磷氮化合物进行造纸法再造烟叶热解过程的外源性调控研究，并阐述其作用机制。发现含磷氮无机物均可提高残炭的热氧稳定性，并显著降低热解气相产物总量。其中APP和UP还可有效降低成品烟支主流烟气中CO含量。为揭示UP和APP降低CO释放的机制，利用慢速和闪速热解对比实验分别研究了二者对CO释放特性的影响，发现UP和APP主要影响残碳氧化阶段CO的形成。

目录

声明

摘要

第1章 绪论(造纸法再造烟叶与卷烟燃烧研究进展)

1．1 造纸法再造烟叶简述

1．2 造纸法再造烟叶的物理特性与烟气特性

1．3 造纸法再造烟叶对卷烟烟气的影响

1．3．1 造纸法再造烟叶对卷烟燃烧特性的影响

1．3．2 造纸法再造烟叶对卷烟主流烟气常规指标与感官品质的影响

1．3．3 造纸法再造烟叶对卷烟主流烟气有害成分释放量的影响

1．4 造纸法再造烟叶工艺与质量控制研究

1．5 卷烟燃烧研究

1．5．1 卷烟燃烧过程

1．5．2 卷烟燃烧影响因素研究进展

1．5．3 基于燃烧调控原理的减害技术研究进展

本论文研究思路

参考文献

第2章 造纸法再造烟叶理化特性分析研究

2．1 引言

2．2 实验材料与方法

2．2．1 材料与仪器

2．2．2 试验方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 造纸法再造烟叶烟草常规化学成分

2．3．2 造纸法再造烟叶烟草离子化合物含量分析

2．3．3 造纸法再造烟叶纤维形态分析

2．3．4 不同卷烟原辅材料主流烟气比较分析

2．3．5 不同卷烟辅料燃烧热释放分析

2．3．6 不同卷烟辅料燃烧过程中CO和CO2生成分析

2．3．7 造纸法再造烟叶纸基与成品主流烟气对比分析

2．4 结论

参考文献

第3章 造纸法再造烟叶热解行为研究

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 材料

3．2．2 方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 造纸法再造烟叶热解行为研究

3．3．2 造纸法再造烟叶纸基热解行为研究

3．3．3 造纸法再造烟叶与纸基CO形成过程比较

3．3．4 纸基热解产物的同步辐射光电离质谱在线分析

3．4 结论

参考文献

第4章 果胶与蛋白质的酶解及其对纸基热解行为的影响

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 材料

4．2．2 方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 果胶对再造烟叶纸基热解过程以及气相产物的影响

4．3．2 蛋白质对再造烟叶纸基热解过程以及气相产物的影响

4．3．3 果胶热解过程及机理研究

4．4 结论

参考文献

第5章 外源燃烧调节剂对造纸法再造烟叶热解行为的影响

5．1 引言

5．2 材料与方法

5．2．1 材料

5．2．2 方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 磷酸氢二铵对造纸法再造烟叶的影响

5．3．2 DAP与尿素互作对造纸法再造烟叶热解过程及产物的影响

5．3．3 UP与APP对造纸法再造烟叶热解行为及CO释放量的影响

5．4 结论

参考文献

全文总结与展望

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果