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铁—活性炭烟草薄片的制备及其在降低卷烟焦油中的应用

作　者: 范红梅
导　师: 银董红
学　校: 湖南师范大学
专　业: 应用化学
关键词: 活性炭铁烟草薄片焦油 XRD 热分析
分类号: TS45
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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引　用: 2次
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内容摘要

卷烟燃烧时释放出的烟气中有很多危害人们身体健康的物质，如焦油、烟碱等物质，降焦减害提高卷烟吸食安全性一直是烟草行业的重点研究课题，也是国内外烟草行业所面临的难题和挑战。本文针对卷烟商品的特殊性，首次研制了一种含铁-活性炭的烟草薄片，在不改变卷烟吸味的前提下，能显著降低中低焦油卷烟中的焦油释放量。首先比较了杏壳炭、椰壳炭和木质炭对卷烟燃烧的影响，发现添加活性炭可提高卷烟的燃烧温度，而且能降低卷烟焦油和烟碱的含量，其中以椰壳炭的降低效果最好，焦油和烟碱分别降低9.73％，23.76％。基于催化燃烧的基本原理和卷烟食品的特殊要求，选择具有催化燃烧作用的铁活性组分，制备了一种含铁-活性炭的烟草薄片并应用于卷烟中，对于焦油含量为13.72％mg／支的中焦油卷烟，可使卷烟的焦油下降16.76％，烟碱下降32.04％。研究发现，铁-活性炭的烟草薄片的降焦性能与其制备条件有关。在pH=12的碱性条件下制备的铁-活性炭比在pH=5的酸性条件下制备的铁-活性炭在卷烟中的降焦效果更好；以沉积沉淀法制备的铁-活性炭比简单地将铁的氢氧化物与活性炭混合效果更好。还考察了铁-活性炭烟草薄片中铁含量和原料来源的影响，随着活性炭中铁含量增加，降焦效果增加，当铁含量增加到26-2％时，降焦幅度基本不变；硫酸铁原料中杂质含量对铁-活性炭烟草薄片的降焦效果有负作用。对在pH=5和pH=12两种pH条件下制备的铁的氢氧化物进行了XRD表征，发现均为无定形状态或非晶态。把这两种铁的氢氧化物粉末灼烧后的产物进行了XRD表征，结果表明在空气氛300℃样品处理条件下，pH=12条件下制备的铁的氢氧化物己转化为Q一Fe203，而pH=5条件下制备的转化为Q一Fe00H;对添加这两种条件下制备的铁的氢氧化物的卷烟燃吸后的烟灰进行XRD分析，发现这两种铁的氢氧化物都可转化为Q一FeZO3。这种新生态的Q一FeZO3对降低卷烟中焦油具有促进作用。在不同pH条件下制备的铁的氢氧化物的TG分析表明，两者失重有明显的差别。在pH=12的条件下制备的铁的氢氧化物只有60一300℃一个失重阶段，残留率为85.56%;而在pH=5的条件下制备的铁的氢氧化物有两个失重阶段，分别位于60一300℃和500一800℃，失重率分别是13.50%和8.57%，残留率为74.72%。热分析表明在不同的pH的条件下，得到了不同的铁的氢氧化物前驱体。添加不同铁一活性炭烟草薄片的卷烟的TG分析表明，在130一380℃的温度范围内，pH=12的条件下制备的铁一活性炭卷烟失重为46.8%，pH=5的失重50.16%，对照卷烟失重52.49%。在卷烟中，焦油的形成主要集中在130一380℃温度区域内，各样品的失重量基本可代表烟丝参与卷烟焦油形成的物质量。pH=12的条件下制备的铁一活性炭卷烟中参与卷烟焦油形成的物质最少，卷烟的焦油释放量也最低。对卷烟主流烟气中半挥发性成分进行分析，结果表明铁一活性炭卷烟中半挥发性物质的含量低于对照卷烟主流烟气中的量，分别为74.08 pg/支，79.98 pg/支。此外，还考察了铁一活性炭烟草薄片成型中，采用长纤维A:短纤维B=1:2的纤维配比，670的纤维添加量能保证铁一活性炭烟草薄片的物理性能符合生产要求，且成本较低。

全文目录

中文摘要  6-9
英文摘要  9-12
第一章文献综述  12-25
  1.1 烟叶的基本化学成分  12-13
  1.2 卷烟的燃烧过程和主流烟气中焦油的形成  13-15
  1.3 主流烟气中的主要有害成分及对吸烟者的危害  15-17
  1.4 降低卷烟焦油含量的技术研究进展  17-20
  1.5 铁／活性炭催化剂的研究进展  20-23
  1.6 本课题的研究目的、主要研究方法与项目创新性分析  23-25
第二章活性炭特性研究及其对卷烟焦油含量的影响  25-34
  2.1 材料、试剂和仪器  25-26
  2.2 实验方法  26-28
    2.2.1 活性炭薄片的制备  26
    2.2.2 添加活性炭薄片的卷烟的制备  26
    2.2.3 卷烟主流烟气中化学成分(焦油、烟碱和水分)的分析  26-27
    2.2.4 活性炭样品的热分析  27
    2.2.5 卷烟样品燃烧过程中温度的测量  27-28
  2.3 结果和讨论  28-33
    2.3.1 不同活性炭样品的热分析  28-30
    2.3.2 不同活性炭薄片制备的卷烟样品燃烧性能比较  30-31
    2.3.3 不同活性炭对卷烟焦油和烟碱含量的影响  31-32
    2.3.4 活性炭添加量对卷烟焦油和烟碱含量的影响  32-33
  2.4 本章小结  33-34
第三章铁-活性炭催化剂的制备及其对卷烟焦油含量的影响  34-63
  3.1 引言  34-35
  3.2 材料、试剂和仪器  35
  3.3 实验方法  35-40
    3.3.1 铁-活性炭的制备  36
    3.3.2 铁-活性炭烟草薄片的成型  36
    3.3.3 添加铁-活性炭薄片的卷烟的制备  36-37
    3.3.4 卷烟主流烟气中化学成分(焦油、烟碱和水分)的分析  37
    3.3.5 硫酸铁的组分检测  37
    3.3.6 样品的热分析  37
    3.3.7 样品的XRD表征  37
    3.3.8 样品的TEM表征  37-38
    3.3.9 卷烟半挥发性成分的分析  38-40
  3.4 结果与讨论  40-58
    3.4.1 在不同pH条件下制备的铁的氢氧化物表征  40-46
    3.4.2 不同结合方式制备的铁-活性炭的表征  46-47
    3.4.3 不同结合方式制备的铁-活性炭降低卷烟焦油释放量的研究  47-48
    3.4.4 不同硫酸铁原料制备的铁的氢氧化物-活性炭对降低卷烟焦油的影响  48-50
    3.4.5 铁含量对降低卷烟焦油的影响  50-51
    3.4.6 不同pH值条件下制备的铁-活性炭降低卷烟焦油释放量的性能差异的原因初探  51-58
    3.4.7 铁-活性炭烟草薄片在低焦油卷烟上的应用  58
    3.4.8 添加铁-活性炭烟草薄片的卷烟吸味的变化  58
  3.5 铁-活性炭卷烟主流烟气半挥发性成分分析  58-61
  3.6 本章小结  61-63
第四章铁-活性炭烟草薄片的成型  63-69
  4.1 引言  63-64
  4.2 实验方法  64
  4.3 结果与讨论  64-68
    4.3.1 不同纤维长度比较  64-65
    4.3.2 采用不同纤维的手抄纸物理性能  65-66
    4.3.3 不同纤维对烟草薄片物理性能的影响  66-67
    4.3.4 铁-活性炭烟草薄片的制备  67-68
  4.4 本章小节  68-69
第五章结论  69-72
参考文献  72-76
致谢  76-77
原创性声明  77

铁—活性炭烟草薄片的制备及其在降低卷烟焦油中的应用

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