摘要[目的] 通过热分析手段来研究烟草的热解动力学行为。[方法]利用C80微量量热仪研究了等容条件下典型烤烟烟叶热分解性能的影响，并对此进行了分析，确立了其热解动力学模型。[结果]研究表明，SY1热分解过程分为3个比较明显的放热峰，均位于100～275 ℃ ，果胶和半纤维素热解所产生的热量在整个热解过程中处于主导地位；随着升温速率的增加，SY1的初始分解温度、3个峰的峰值温度增大；从0.2到0.8 K/s的升温速率范围内，SY1的热解反应动力学机理保持不变，热解动力学模型可用文中所述方程式表示。[结论] 研究烟叶的热解特性对于进一步探讨烟支的燃烧特性、改善卷烟产品的燃吸品质具有重要的意义。
关键词典型烤烟烟叶；热解行为；表观动力学模型；C80微量量热仪
中图分类号S572文献标识码A文章编号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
由于特殊的文化传统及历史背景，烟在我国已成为一部分人群的生活必需品。近年国民经济的飞速发展使得烟草行业方兴未艾，辅以国家特有政策的保护，目前我国的烟叶生产量及成品烟销售量已达世界总量的1/3左右。然而，现代科技发展已寻找到越来越多的证据证实吸烟对人体健康的危害。例如，研究发现新鲜烟叶和调制后烟叶中存在多种游离态的氨基酸，在烟草及其制品燃烧过程中，会裂解产生氢氰酸[1-2]。有数据表明，烟丝在He和空气中热裂解时产物有较大差异，He下的裂解产物以烯烃、苯和苯系物为主；而在空气中的裂解主要产物则为酮、醛、醇、酸和酯等羰基化合物[3]。实际上，抽烟者感官上的满足正是来源于烟草的热解产物，而这些产物无疑会对吸烟者的身体尤其是呼吸系统造成一定的损伤甚至是不可修复的损伤。烟草行业蕴含巨大的经济利益，同时烟草行业的负面效应，例如损害身体健康、诱发火灾等，也使得人类深受其害，正是由于这种矛盾的存在，世界各国学者投入巨大的人力、物力、财力对其危害进行研究，尤其是其热解的生成物，以期最大可能地摒弃其危害而保留经济价值。因此，人们应当从分析烟草的热解过程着手，找到切实可行的方式降低热解过程中烟草有害成分的种类及含量，达到减少烟草对人身体伤害的目的。对此国内研究人员开展了一系列研究工作。姬小明等利用饱和水溶液法制备了β环糊精与β紫罗兰酮的包合物，采用R法确证了包合物的结构，并进行了包合物的热分解动力学分析和卷烟加香试验，从而得出了包合物具有提高卷烟烟气的香气质和香气量，降低刺激性和改善余味的作用[4]。中国烟草总公司郑州烟草研究院的韩冰等采用改造后的商品化热重分析仪，对不同升温速率和裂解气氛下的甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸5种氨基酸热解特性及生成氢氰酸的行为进行了研究，从而得到了这几种氨基酸产生氢氰酸的产率顺序[5]。孙浩辉等让烟丝分别在He和空气环境中于600、700、800、900、1 000 ℃下进行裂解并用GCMS对裂解产物进行在线检测，找到了烟丝在2种氛围下的裂解产物以及随温度变化各产物的生成情况[3]。广东中烟工业有限责任公司的李旭华通过在卷烟纸上添加不同量的草酸钾，采用常規烟气分析、同步热分析，研究其对卷烟纸热解性能及主流烟气的影响，从而得出了在卷烟纸上添加草酸钾后对卷烟主流烟气中的焦油和一氧化碳有一定的降低作用，这一结论的得出对于改进卷烟配方降低焦油量有巨大的帮助作用[6]。尽管国内外学者对烟草热解燃烧特性开展了一定程度的研究，但仍相对不足，而研究烟叶的热解特性对于进一步探讨烟支的燃烧特性、改善卷烟产品的燃吸品质具有重要的意义[7]。因此，笔者通过借助于C80微量量热仪等热分析手段来开展烟草的热解动力学行为研究。