典型烤煙煙葉的熱解動力學(xué)模型研究

　　摘要[目的] 通過熱分析手段來研究煙草的熱解動力學(xué)行為。[方法]利用C80微量量熱儀研究了等容條件下典型烤煙煙葉熱分解性能的影響，并對此進(jìn)行了分析，確立了其熱解動力學(xué)模型。[結(jié)果]研究表明，SY1熱分解過程分為3個(gè)比較明顯的放熱峰，均位于100～275 ℃ ，果膠和半纖維素?zé)峤馑�產(chǎn)生的熱量在整個(gè)熱解過程中處于主導(dǎo)地位；隨著升溫速率的增加，SY1的初始分解溫度、3個(gè)峰的峰值溫度增大；從0.2到0.8 K/s的升溫速率范圍內(nèi)，SY1的熱解反應(yīng)動力學(xué)機(jī)理保持不變，熱解動力學(xué)模型可用文中所述方程式表示。[結(jié)論] 研究煙葉的熱解特性對于進(jìn)一步探討煙支的燃燒特性、改善卷煙產(chǎn)品的燃吸品質(zhì)具有重要的意義。
　　關(guān)鍵詞典型烤煙煙葉；熱解行為；表觀動力學(xué)模型；C80微量量熱儀
　　中圖分類號S572文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2015）26-343-03
　　Abstract [Objective] The kinetic behavior of the pyrolysis of tobacco is studied by means of thermal analysis.[Method] The combustion behavior of tobacco plants is affected by the thermal kinetics of tobacco plants.The assessment of combustion behavior of tobacco plants is based on the research on the thermal performance of tobacco plants， resulting in reducing toxic substances and the tar and harmful components.C80 was applied in this paper to study the thermal performance of typical plants， and then the kinetics data was calculated by using Thermal Analysis Method.The analysis of thermodynamic parameters （such as heat released， onset temperature， etc） and kinetic parameters （such as activation energy） of that were showed.[Conclusion] The study of the pyrolysis characteristics of tobacco leaves is of great significance for the further study of the combustion characteristics and the improvement of the quality of cigarette smoking.
　　Key words Typical tobacco plant； Thermal decomposition； Apparent kinetics model； C80 calorimeter
　　由于特殊的文化傳統(tǒng)及歷史背景，煙在我國已成為一部分人群的生活必需品。近年國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展使得煙草行業(yè)方興未艾，輔以國家特有政策的保護(hù)，目前我國的煙葉生產(chǎn)量及成品煙銷售量已達(dá)世界總量的1/3左右。然而，現(xiàn)代科技發(fā)展已尋找到越來越多的證據(jù)證實(shí)吸煙對人體健康的危害。例如，研究發(fā)現(xiàn)新鮮煙葉和調(diào)制后煙葉中存在多種游離態(tài)的氨基酸，在煙草及其制品燃燒過程中，會裂解產(chǎn)生氫氰酸[1-2]。有數(shù)據(jù)表明，煙絲在He和空氣中熱裂解時(shí)產(chǎn)物有較大差異，He下的裂解產(chǎn)物以烯烴、苯和苯系物為主；而在空氣中的裂解主要產(chǎn)物則為酮、醛、醇、酸和酯等羰基化合物[3]。實(shí)際上，抽煙者感官上的滿足正是來源于煙草的熱解產(chǎn)物，而這些產(chǎn)物無疑會對吸煙者的身體尤其是呼吸系統(tǒng)造成一定的損傷甚至是不可修復(fù)的損傷。煙草行業(yè)蘊(yùn)含巨大的經(jīng)濟(jì)利益，同時(shí)煙草行業(yè)的負(fù)面效應(yīng)，例如損害身體健康、誘發(fā)火災(zāi)等，也使得人類深受其害，正是由于這種矛盾的存在，世界各國學(xué)者投入巨大的人力、物力、財(cái)力對其危害進(jìn)行研究，尤其是其熱解的生成物，以期最大可能地摒棄其危害而保留經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此，人們應(yīng)當(dāng)從分析煙草的熱解過程著手，找到切實(shí)可行的方式降低熱解過程中煙草有害成分的種類及含量，達(dá)到減少煙草對人身體傷害的目的。對此國內(nèi)研究人員開展了一系列研究工作。姬小明等利用飽和水溶液法制備了β環(huán)糊精與β紫羅蘭酮的包合物，采用R法確證了包合物的結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了包合物的熱分解動力學(xué)分析和卷煙加香試驗(yàn)，從而得出了包合物具有提高卷煙煙氣的香氣質(zhì)和香氣量，降低刺激性和改善余味的作用[4]。中國煙草總公司鄭州煙草研究院的韓冰等采用改造后的商品化熱重分析儀，對不同升溫速率和裂解氣氛下的甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、脯氨酸5種氨基酸熱解特性及生成氫氰酸的行為進(jìn)行了研究，從而得到了這幾種氨基酸產(chǎn)生氫氰酸的產(chǎn)率順序[5]。孫浩輝等讓煙絲分別在He和空氣環(huán)境中于600、700、800、900、1 000 ℃下進(jìn)行裂解并用GCMS對裂解產(chǎn)物進(jìn)行在線檢測，找到了煙絲在2種氛圍下的裂解產(chǎn)物以及隨溫度變化各產(chǎn)物的生成情況[3]。廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司的李旭華通過在卷煙紙上添加不同量的草酸鉀，采用常規(guī)煙氣分析、同步熱分析，研究其對卷煙紙熱解性能及主流煙氣的影響，從而得出了在卷煙紙上添加草酸鉀后對卷煙主流煙氣中的焦油和一氧化碳有一定的降低作用，這一結(jié)論的得出對于改進(jìn)卷煙配方降低焦油量有巨大的幫助作用[6]。盡管國內(nèi)外學(xué)者對煙草熱解燃燒特性開展了一定程度的研究，但仍相對不足，而研究煙葉的熱解特性對于進(jìn)一步探討煙支的燃燒特性、改善卷煙產(chǎn)品的燃吸品質(zhì)具有重要的意義[7]。因此，筆者通過借助于C80微量量熱儀等熱分析手段來開展煙草的熱解動力學(xué)行為研究。

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