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，在此基礎上，對比分析了3種潛在炭供熱體材料的燃燒特性和反應動力學，并進一步提出不同化學結構組成

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、結構組成等與其燃燒行為之間的內在聯系。結果表明：二次炭化處理使得淀粉水熱炭O/C和H/C比例降低，含氧官能團和交聯呋喃環(huán)簇分解，聚合重組形成 sp2雜化的芳烴骨架結構，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雜化碳結構和部分呋喃環(huán)的分解導致了低溫區(qū)（200℃~350℃）熱失重速率峰的產生，sp2雜化共軛碳結構的分解導致了高溫區(qū)（350℃~550℃）失重峰的出現。
　　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動力學。
　　結果表明：
　?、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；
　　②淀粉水熱炭在200℃~350℃溫度范圍內有明顯的質量損失，該段燃燒動力學屬于化學反應控制，反應級數為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，且不同化學結構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