CN103300470B - 一种调控烟草生物质热裂解状态的添加剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种调控烟草生物质热裂解状态的添加剂及其制备方法和应用，该添加剂是由碱土金属卤化物、NaOH和/或KOH在络合剂作用下通过共结晶改性制成；制备方法是将碱土金属卤化物与NaOH和/或KOH溶于水；在搅拌条件下加热至60～80°C后，加入络合剂继续搅拌，然后升温至90～98°C蒸发结晶；得到的晶体在120～150°C下烘烤后，即得；该制备方法简单、原料易得，成本低，可工业化生产；该添加剂具有较高的相变温度和相变潜热，应用于调控香烟的烟草生物质热裂解状态，可有效降低毒害物质的产生。
Description
技术领域
本发明涉及一种调控烟草生物质热裂解状态的添加剂及其制备方法和应用，属于烟草生物质燃烧状态调控领域。
技术背景
在卷烟燃吸过程中，烟气产生部位主要为放热的燃烧区和吸热的热解/蒸馏区。空气在抽吸期间被吸入烟支内部，氧气由于焦化的烟草燃烧而消耗，形成了简单的燃烧产物二氧化碳、一氧化碳和水，伴随释放出热量，此区域的温度约在700～950℃。在燃烧区的下游为热解/蒸馏区，温度约在200～600℃之间，大部分烟气产物是在此区域产生的。研究表明，烟气成分中约有1/3是直接从烟草蒸馏转移进入烟气的，包括各种饱和/不饱和脂肪族、萜类烃、内酯类、酯类、羰基化合物、醇类、甾醇类、生物碱类、氨基酸类和脂肪胺类等挥发性物质。然而，大部分非挥发性物质通过热解产生烟气产物，包括叶片碳水化合物、糖类、多糖类（纤维素、淀粉、果胶）、多酚类（木质素）和蛋白质，所产生的烟气成分包括吡啶类、吲哚类、腈类、芳香胺类、呋喃类、酚类和羰基化合物。由上述可知，卷烟烟气中的有害成分主要是由于烟草燃烧时热裂解产生的，其含量除了与烟草本身的化学成分种类与含量密切相关，还与烟支的燃烧状态紧密相连，而温度是影响燃烧状态的重要因素。研究显示，烟草物质的热裂解主要是纤维素、半纤维素和木质素等生物质的羰基、羧基、羟基、甲基脱除反应以及多环芳香族化反应，随着裂解温度的升高，其裂解产物的种类和含量均呈增加趋势，卷烟烟气中苯并[α]芘、苯酚、醛类等有害物质主要在此热裂解区产生。如果降低卷烟的热裂解区温度，将会降低卷烟的热裂解程度，减少苯并[α]芘、苯酚、醛类等有害物质的产生量。因此，添加在受热条件下因热解、结构变化或相变反应而具有较强热效应的温控材料，可有效降低卷烟热裂解区的温度，实现从源头降低卷烟烟气中有害物质的产生量。
发明内容
本发明针对香烟燃烧时热裂解产生大量有毒害物质的缺陷，目的在于提供一种具有较高的相变温度和相变潜热的调控烟草生物质热裂解状态的添加剂，可降低毒害物质的产生。
本发明的另一个目的在于提供一种原料易得、操作简单、成本低的制备上述调控烟草生物质热裂解状态的添加剂的方法，该方法可实施工业化生产。
本发明还有一个目的在于提供一种上述添加剂的应用，将所述添加剂作为烟草添加物可有效调控烟草生物质热裂解状态，降低毒害物质的产生。
本发明提供了一种调控烟草生物质热裂解状态的添加剂，该添加剂是由共结晶组分在络合剂作用下通过共结晶改性得到；
其中，共结晶组分及各组分的质量含量为：碱土金属卤化物50～95%，NaOH和/或KOH5～50%；
所述的络合剂为乙二胺四醋酸和/或草酸。
所述的碱土金属卤化物包括MgCl2或CaCl2。
所述的络合剂加入量为共结晶组分总质量的5～20%。
所述的添加剂当碱土金属和碱金属的质量含量越接近时调控烟草生物质热裂解状态的效果越佳。
本发明还提供了一种如上所述的添加剂的制备方法，该制备方法是将碱土金属卤化物与NaOH和/或KOH溶于水；在搅拌条件下加热至60～80°C后，加入络合剂继续搅拌，然后升温至90～98°C蒸发结晶；得到的晶体在120～150°C下烘烤后，即得。
所述的烘烤时间为4～6h。
上述制备方法中加入络合剂继续搅拌的时间为2～4h。
本发明还提供了一种如上所述添加剂的应用，该应用是将所述添加剂作为烟草添加物应用于调控烟草生物质热裂解状态。
所述添加剂在烟草中的添加量为2～10wt%。
上述应用中将所述添加剂溶于水喷撒到烟草表面进行添加。
本发明的有益效果：
1、本发明添加剂中碱土金属和碱金属之间产生很强的相互协同作用，使添加剂具有较高的相变温度和相变潜热，并且其相变温度和相变潜热可以通过调变碱土金属和碱金属的配比而调控；当碱土金属和碱金属的质量含量越接近时调控烟草生物质热裂解状态效果越佳；
2、本发明添加剂对烟草生物质的热裂解过程具有显著的调控作用，烟草生物质燃烧释放的热量的降低量可达到188mW/mg；
3、添加剂的制备方法简单、原料易得、无需特殊设备、成本低、可工业化大生产。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步阐述本发明，而不是限制本发明。
实施例1
称取相应质量的MgCl2和NaOH溶于纯净水中，在搅拌条件下加热至60°C，并加入络合剂EDTA，质量为MgCl2和NaOH总质量的10%，继续搅拌4小时，然后升温至95°C蒸发得结晶体，最后将所得结晶体于120°C烘烤6小时得到MgCl2含量为80wt%，NaOH含量为20wt%的添加剂80MgCl2-20NaOH，取4g该添加剂溶于纯净水，并均匀喷撒于200g烟丝，烟丝烘干后研磨成粉末，烟末中80MgCl2-20NaOH添加剂的含量为2wt%，取10mg粉末置于STA-MS联用系统，检测添加剂对烟草生物质粉末热裂解过程的调控作用。反应气氛为：10mLO2，40mL He，温控程序为：自40°C以10°C/min升温至150°C，于150°C恒温30分钟，再自150°C以10°C/min升温至1000°C。热分析结果表明，添加含量为2wt%的80MgCl2-20NaOH添加剂后，烟草生物质燃烧释放的热量从904mW/mg降至825mW/mg。
实施例2
称取相应质量的CaCl2和NaOH溶于纯净水中，在搅拌条件下加热至80°C，并加入络合剂草酸，质量为MgCl2和NaOH总质量的20%，继续搅拌4小时，然后升温至95°C蒸发得结晶体，最后将所得结晶体于120°C烘烤6小时得到CaCl2含量为70wt%，NaOH含量为30wt%的添加剂70CaCl2-30NaOH，取4g该添加剂溶于纯净水，并均匀喷撒于200g烟丝，烟丝烘干后研磨成粉末，烟末中70CaCl2-30NaOH添加剂的含量为2wt%，取10mg粉末置于STA-MS联用系统，检测添加剂对烟草生物质粉末热裂解过程的调控作用。反应气氛为：10mL O2，40mL He，温控程序为：自40°C以10°C/min升温至150°C，于150°C恒温30分钟，再自150°C以10°C/min升温至1000°C。热分析结果表明，添加含量为2wt%的70CaCl2-30NaOH添加剂后，烟草生物质燃烧释放的热量从904mW/mg降至813mW/mg。
实施例3
称取相应质量的CaCl2和KOH溶于纯净水中，在搅拌条件下加热至80°C，并加入络合剂草酸，质量为MgCl2和NaOH总质量的10%，继续搅拌4小时，然后升温至95°C蒸发得结晶体，最后将所得结晶体于120°C烘烤6小时得到CaCl2含量为70wt%，KOH含量为30wt%的添加剂70CaCl2-30KOH，取10g该添加剂溶于纯净水，并均匀喷撒于200g烟丝，烟丝烘干后研磨成粉末，烟末中70CaCl2-30KOH添加剂的含量为5wt%，取10mg粉末置于STA-MS联用系统，检测添加剂对烟草生物质粉末热裂解过程的调控作用。反应气氛为：10mL O2，40mL He，温控程序为：自40°C以10°C/min升温至150°C，于150°C恒温30分钟，再自150°C以10°C/min升温至1000°C。热分析结果表明，添加含量为5wt%的70CaCl2-30KOH添加剂后，烟草生物质燃烧释放的热量从904mW/mg降至737mW/mg。
实施例4
称取相应质量的MgCl2和KOH溶于纯净水中，在搅拌条件下加热至80°C，并加入络合剂EDTA，质量为MgCl2和NaOH总质量的20%，继续搅拌4小时，然后升温至95°C蒸发得结晶体，最后将所得结晶体于120°C烘烤6小时得到CaF2含量为50wt%，KOH含量为50wt%的添加剂50MgCl2-50KOH，取10g该添加剂溶于纯净水，并均匀喷撒于200g烟丝，烟丝烘干后研磨成粉末，烟末中50CaF2-50KOH添加剂的含量为5wt%，取10mg粉末置于STA-MS联用系统，检测添加剂对烟草生物质粉末热裂解过程的调控作用。反应气氛为：10mL O2，40mL He，温控程序为：自40°C以10°C/min升温至150°C，于150°C恒温30分钟，再自150°C以10°C/min升温至1000°C。热分析结果表明，添加含量为5wt%的50MgCl2-50KOH添加剂后，烟草生物质燃烧释放的热量从904mW/mg降至716mW/mg。
Claims (7)
1.一种调控烟草生物质热裂解状态的添加剂，其特征在于，由共结晶组分在络合剂作用下通过共结晶改性得到；
其中，共结晶组分及各组分的质量含量为：碱土金属卤化物50～95％，NaOH和/或KOH 5～50％；
所述的络合剂为乙二胺四醋酸和/或草酸；
所述的络合剂加入量为共结晶组分总质量的5～20％；
所述的添加剂通过如下方法制备得到：将碱土金属卤化物与NaOH和/或KOH溶于水；在搅拌条件下加热至60～80℃后，加入络合剂继续搅拌，然后升温至90～98℃蒸发结晶；得到的晶体在120～150℃下烘烤后，即得。
2.如权利要求1所述的添加剂，其特征在于，所述的碱土金属卤化物包括MgCl2或CaCl2。
3.如权利要求1所述的添加剂，其特征在于，所述的烘烤时间为4～6h。
4.如权利要求1所述的添加剂，其特征在于，加入络合剂继续搅拌的时间为2～4h。
5.一种如权利要求1所述添加剂的应用，其特征在于，将所述添加剂作为烟草添加物应用于调控烟草生物质热裂解状态。
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述添加剂在烟草中的添加量为2～10wt％。
7.如权利要求5所述的应用，其特征在于，将所述添加剂溶于水喷撒到烟草表面进行添加。
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