加熱非燃燒型煙草制品用炭供熱體燃燒影響機制研究.pdf

1、加熱非燃燒型煙草制品使用過程中加熱而不燃燒煙絲，有害成分釋放量較低且能提供消費者一定的煙草特征感受，從而成為當前國際煙草領(lǐng)域的熱點。炭棒的供熱特性及燃燒過程穩(wěn)定性直接決定加熱非燃燒狀態(tài)下煙葉原料化學成分釋放量，因此炭供熱體材料燃燒過程調(diào)控成為加熱非燃燒型煙草制品研發(fā)過程中亟待解決的技術(shù)難題。本文首先分析了淀粉水熱炭物化特性對其燃燒過程影響機制，在此基礎(chǔ)上，對比分析了3種潛在炭供熱體材料的燃燒特性和反應(yīng)動力學，并進一步提出不同化學結(jié)構(gòu)組成

2、的炭供熱體材料等比例物理摻混和硼砂催化水熱合成兩種調(diào)控炭供熱體燃燒行為的方法，主要包括以下幾個方面：
　　探究淀粉水熱炭燃燒行為機理。對淀粉熱解炭、淀粉水熱炭和不同二次炭化溫度處理后的淀粉水熱炭進行表征分析，建立水熱炭形貌、結(jié)構(gòu)組成等與其燃燒行為之間的內(nèi)在聯(lián)系。結(jié)果表明：二次炭化處理使得淀粉水熱炭O/C和H/C比例降低，含氧官能團和交聯(lián)呋喃環(huán)簇分解，聚合重組形成 sp2雜化的芳烴骨架結(jié)構(gòu)，碳骨架中芳香化程度增大。對于淀粉水熱炭，其

3、熱失重過程可以明確分為兩個階段，即含氧官能團、sp3雜化碳結(jié)構(gòu)和部分呋喃環(huán)的分解導致了低溫區(qū)（200℃~350℃）熱失重速率峰的產(chǎn)生，sp2雜化共軛碳結(jié)構(gòu)的分解導致了高溫區(qū)（350℃~550℃）失重峰的出現(xiàn)。
　　3種炭供熱體材料燃燒特性及動力學分析。以淀粉水熱炭、竹炭和松木炭作為研究對象，采用上述建立方法表征評價3種炭供熱體燃燒特性及反應(yīng)動力學。
　　結(jié)果表明：
　?、儆衩椎矸刍疅崽恐瘘c溫度較低，在270℃左右，

4、可以作為供熱體的引燃材料，燃燒反應(yīng)前期活化能較低，約為44~56 kJ/mol。3種炭材料中淀粉水熱炭石墨化程度最小，竹炭次之，木炭最高，隨著石墨化程度的增大，炭材料的熱失重溫度區(qū)間向高溫偏移；
　?、诘矸鬯疅崽吭?00℃~350℃溫度范圍內(nèi)有明顯的質(zhì)量損失，該段燃燒動力學屬于化學反應(yīng)控制，反應(yīng)級數(shù)為3/2。在溫度高于350℃以后，3種炭材料的燃燒過程進入擴散控制階段。
　　炭供熱體材料的燃燒過程調(diào)控。分別采用等比例機械摻混

5、和水熱過程催化兩種途徑調(diào)控炭供熱體材料的燃燒行為。單獨燃燒時熱失重溫度區(qū)間不同的五種炭材料（HTC-S、HTC-S-350、HTC-S-550、HTC-S-750和石墨）混合后，著火點溫度高于具有最低著火點溫度的HTC-S，燃盡溫度接近于具有最高燃盡溫度的石墨，整體燃燒溫度區(qū)間變寬，但燃燒過程并不是單組分炭燃燒特性的簡單疊加，且不同化學結(jié)構(gòu)炭材料混合燃燒過程較為復雜。對于催化合成過程，硼砂既促進了可溶性淀粉水熱成核過程，也能獲得含硼的水