烤烟烟叶和烟梗的热裂解产物的研究

为了加深理解梗丝在卷烟叶组配方中的作用,对比研究了烤烟叶片和烟梗的化学组成以及它们在不同温度下的热裂解产物。一个改进后的热裂解装置被用来模拟卷烟的燃烧行为。采用热裂解仪研究了烤烟叶片和烟梗在大气环境中于300 ℃、600 ℃和900 ℃下的热裂解行为,并采用气相色谱-质谱联用仪对它们的热裂解产物进行分析。结果表明,烤烟烟叶和烟梗的热裂解产物种类随着热裂解温度的增加而增多;在相同热裂解温度条件下,烟叶的热裂解产物种类明显多于烟梗的热裂解产物。     

利用Py-GC/MS研究温度和时间对生物质热解的影响

以稻壳为原料,采用Py-GC/MS装置对其在不同热解条件下进行快速热解,并对热解气进行在线检测分析,考察了热解温度和时间对生物质热解性质的影响.结果表明,低于450 ℃,随着温度的升高,生物质热解产物种类及其产率均增加,但低温条件下产物种类较少,有利于产物的分离提纯;高于450 ℃,生物质热解产物种类基本稳定,仅在产率上有所变化,当550 ℃时,收率最大.随着热解温度的升高,其对应的最佳热解时间缩短,且生物质低温热解时间延长时热解比高温解热时间缩短时热解更充分.     

基于裂解气质联用分析的生物质逐级热解研究

为探究生物质快速热解反应历程,利用裂解气质联用仪对生物质进行逐级热解实验,考察在不同温度区间热解液体产物组分的分布规律。实验结果表明,生物质的化学组成和热解温度区间对热解液体产物都有重要影响。桉木在25℃~400℃热解液体产物较少,主要是吡喃和芳香类化合物,其中5,6-二氢-4-羟基-吡喃-2-酮相对峰面积随温度升高而降低;在450℃~500℃热解液体产物种类和产量均较多,主要以酮类和芳香类化合物为主。玉米芯热解规律和桉木的相似,但在25℃~350℃主要以呋喃类化合物为主,主要热解液体产物是2,3-二氢-苯并呋喃和2-甲氧基-4-乙烯基苯酚,在400℃~450℃热解液体产物以酮类化合物为主。生物质主要化学组分在不同温度区间热解得到不同液体产物,对其进行选择性热解,能够有效实现生物质资源的综合利用。     

裂解气相色谱-质谱联用技术研究黑香豆酊的热裂解行为

采用裂解气相色谱-质谱联用法研究了香精黑香豆酊在不同温度下的裂解行为,分析了黑香豆酊在不同温度下的热裂解产物,并用归一化法进行了定量。结果发现黑香豆酊在不同温度下表现出不同的转移行为,其热解产物和机理也各不相同。检索到苯并呋喃、香豆素和肉桂醛等16种致香物质。随着温度的升高,裂解产物中逐渐产生出有害物质。初步探讨了香豆素可能的裂解机理,为香味物质在卷烟燃烧过程的转化行为提供了例证。     

钾元素对生物质及其三组分热解的影响

采用机械混合法将KCl加入到纤维素、半纤维素、木质素以及稻壳和稻壳模拟物等生物质中,得到了一系列不同K含量的生物质样品,通过热重(TG)实验考察了K元素对生物质热解特性的影响.结果表明,K元素对生物质三组分热解特性的影响比较复杂,纤维素的最大热解失重速率随着KCl添加量的增加而降低,但KCl对半纤维素和木质素热解特性的影响不显著.无论是否添加KCl,模拟生物质的热解特性均可以认为是三组分热解的简单叠加.但酸预处理稻壳三组分间的稳定结构,导致其DTG曲线在300 ℃左右的热解峰由稻壳模拟物的尖峰变为肩峰,其热解焦炭收率也比稻壳模拟物的略低.此外,实验还采用浸渍法向酸预处理稻壳中添加了KCl.TG实验结果表明,K元素的存在对生物质热解具有一定的催化作用,但KCl的添加方式不同,生物质的热解特性有明显差别,生物质样品经机械混合添加KCl后,其热解焦炭收率呈下降趋势(纤维素除外),浸渍法添加的KCl导致酸预处理稻壳的最大热解失重速率和焦炭收率升高.     

生物质催化热解制取轻质芳烃

以轻质芳烃苯、甲苯、二甲苯和萘(BTXN)为目的产物,采用双颗粒流化床反应器对3种木材生物质进行了热解实验. 结果表明,木材生物质的初次热解终止温度低,有利于低温催化转化. 生物质中92%的挥发分在673 K时已释放完全,且生物质在初期热解得到的焦油经过二次分解反应可以转化为其它产物,通过有效控制生物质热解二次气相反应,能够改变其产物的分布,从而获得不同的目的产物. 生物质的催化加氢热解实验结果表明,催化剂种类和热解温度对加氢热解产物收率及其分布均有影响, BTXN是热解或加氢热解过程中二次气相反应的中间产物. 为了获得高产率的BTXN, 必须选择加氢活性适度的催化剂. 当CoMo-S/Al2O3催化剂作为流化介质进行加氢热解时,在863 K时, BTXN的收率可达6 3%(干燥无灰质量基准), 而NiMo/Al2O3催化剂表现出了很强的加氢活性, CH4的收率高达99 5%.     

毛竹在氢气中的催化热解研究

本文以分布广、产量大的速生生物质——毛竹为原料,研究其在H2氛围中、不同反应温度下热解所得产物的产率和分布,并与其在N2氛围中热解的结果进行了比较。结果表明,毛竹在H2气氛中热解,比在N2气氛中更有利于液体产物的生成。两种氛围中温度对液体产物影响的趋势不同,在本文条件下,H2气氛中升高温度始终有利于增加液体产率,使生物质有效转化率提高,在H2中毛竹热解生成甲醇、环丙基甲醇、呋喃甲醛等,这在N2中是不易得到的,但液体产物中含量最高的仍是乙酸。     

煤与混合废塑料共热解固体产物中氯的赋存形态及在燃烧时的释放特性

通过红外光谱、热重 质谱及燃烧 水解实验，研究了煤与废塑料共热解固体产物中氯的赋存形态及在燃烧过程中氯的释放特性。结果表明，温度低于600℃热解的半焦中存在有机氯化合物；600℃以上热解的半焦（或焦炭）中氯主要以无机盐类存在。燃烧过程中氯的释放率与燃烧温度，煤与废塑料共热解的温度以及共热解时废塑料的加入量有关。燃烧温度越高，氯的释放率越大，900℃燃烧时，氯的释放率都在94%以上；在同一温度燃烧时，热解温度越高，氯的释放率越低。400℃热解的半焦最高释放率达99.86%，而1000℃热解的焦炭的最高释放率为94.35%。     

粉粒流化床中松木生物质热解特性的研究

通过冷模实验考察了双颗粒流化床的流化特性。结果表明,在适宜的气速范围内,双颗粒流化床层内部可保持较好的流化状态。松木生物质在粉粒流化床反应器中的热解和催化热解实验结果表明,生物质热解时挥发分的释放存在一个最快的温度区域,生物质中约92%的挥发分在723 K时即可释放完全。773 K时,生物质热解产物中的无机气体(IOG)、低碳烃气体(HCG)和碳氢化合物液体(HCL)的收率之和只有3.1%。随着热解温度的升高,IOG、HCG和HCL的收率均逐渐增加,1 173 K时,其收率之和达到58.7%,且产物主要以CO为主。CoMo-B催化剂可有效促进生物质催化加氢热解产物的二次气相反应,在863 K下可得到6.3%,轻质芳烃化合物(苯、甲苯、二甲苯和萘)是1 173 K下非催化过程的两倍。     

Pyrolysis characteristics of pine biomass in a powder-particle fluidized bed

通过冷模实验考察了双颗粒流化床的流化特性.结果表明,在适宜的气速范围内,双颗粒流化床层内部可保持较好的流化状态.松木生物质在粉粒流化床反应器中的热解和催化热解实验结果表明,生物质热解时挥发分的释放存在一个最快的温度区域,生物质中约92％的挥发分在723K时即可释放完全.773K时,生物质热解产物中的无机气体(IOG)、低碳烃气体(HCG)和碳氢化合物液体(HCL)的收率之和只有3.1％.随着热解温度的升高,IOG、HCG和HCL的收率均逐渐增加,1173K时,其收率之和达到58.7％,且产物主要以CO为主.CoMo-B催化剂可有效促进生物质催化加氢热解产物的二次气相反应,在863K下可得到6.3％,轻质芳烃化合物(苯、甲苯、二甲苯和萘)是1173K下非催化过程的两倍.     

新型潜香化合物3,6-二甲基-2,5-吡嗪二甲酸二薄荷醇酯的热裂解产物

为开发新型高温释放型烟用香料,以2,3,5,6-四甲基吡嗪和薄荷醇为原料,经过酯化反应制备了3,6-二甲基-2,5-吡嗪二甲酸二薄荷醇酯(DPAME).采用在线热裂解-气相色谱-质谱联用技术(Py-GC-MS)在空气氛围和不同的温度(300、600和900 ℃)下,对DPAME进行热裂解研究,裂解产物经GC-MS进行了定性和半定量分析.结果表明,DPAME在300 ℃下裂解产生了多种有致香效果的醛类、薄荷烯和薄荷醇等;在600 ℃和900 ℃下裂解产生了烯烃类、烷基吡嗪、薄荷醇和薄荷烯等香味物质,并且吡嗪类的种类和相对含量在这两个温度下明显增加.结合DPAME的热裂解产物分析和卷烟感官评吸结果,初步推测了其可能的裂解机理.采用该方法可以方便、快速地分离鉴定物质的热裂解产物,为该物质在烟草中的加香应用提供理论依据.     

在线裂解气相色谱/质谱联用法研究4-氧代-β-大马酮的热裂解行为

用在线裂解气相色谱/质谱法(PyGC/MS)研究了4-氧代-β-大马酮的热裂解行为。在氦气氛围中,将4-氧代-β-大马酮分别在350,450,550,650,700和750 ℃下进行热裂解,并以GC/MS对其裂解产物进行定性和半定量分析。结果表明,不同的裂解温度直接影响生成产物的类型和相对含量。4-氧代-β-大马酮可裂解出β-大马酮、4-氧代-β-紫罗兰酮、3,4,4-三甲基-环己-2-烯-1-酮和2,5,5-三甲基-环己-3-烯-1-酮等54种裂解产物。在550 ℃以下时,只有少量4-氧代-β-大马酮发生裂解; 在750 ℃时,几乎完全裂解,转移率达99.74%, 裂解产物达45种之多。随着裂解温度的升高,裂解产物越来越复杂,并出现有害物质如苯、甲苯、蒽和菲等。根据4-氧代-β-大马酮裂解产物相对含量的变化规律,对其裂解产物的形成机理进行了探讨,认为4-氧代-β-大马酮可能按照4种途径发生裂解。     

碱／碱土金属催化松木屑快速热解机制

研究碱／碱土金属（AAEM）对生物质的热解及其热解产物组成的影响规律,可为生物质热解特性研究和热解产物的高效利用提供重要的理论依据。本文以松木屑为原料,将原样进行酸洗,并对酸洗样分别用K、Ca、Na和Mg氯化盐溶液浸渍,在500℃和Ar气氛下对各样品进行快速热解,考察了4种金属离子对松木屑热解产物组成分布的影响规律;通过热重分析考察了各个样品的热解特性;通过对热解生物油的气相色谱／质谱（GC／MS）分析考察了快速热解的焦油成分。研究结果表明：AAEM对松木屑有明显的催化作用,AAEM的存在能够提高热解气体和固体的产率,降低热解焦油的产率;AAEM能够降低热解温度,使热解更加容易进行;快速热解的焦油成分主要有酚类、酮类、醛类、芳烃、醇类、脱水糖类、呋喃类以及酸类,AAEM显著影响焦油产物组成,特别是呋喃类和芳烃的含量会有所增加。本文为优化生物质的热解条件与提高热解生物油品质具有重要意义。     

基于TG-FTIR的生物质催化热解试验研究

运用热重－傅里叶红外光谱联用技术(TG-FTIR)，以麦秸为研究对象，探讨催化与非催化条件下生物质的热解挥发分析出特性，分析研究热解温度、催化剂种类对生物质热解主要析出产物的影响。通过热重TG和DTG曲线，获得了相关热解特性参数及动力学参数。结果表明，添加NiO和CaO存在两个失重峰，并促进麦秸热解反应进行，降低表观活化能，其中NiO对提高热解析出产率作用更显著。通过红外光谱对热解产物实时测量的分析表明，CO与CO2的析出与失重峰基本一致，而CH4的析出滞后于前两者。添加NiO和CaO有利于减少热解产物中的CO2的浓度，促进挥发分产物CO、CH4的生成。其中CaO更有利于生物质在温度800℃以下的热解性能改善，而NiO在800℃以上具有更好的催化作用。     

废弃印刷电路板材料裂解产物的高分辨裂解气相色谱-质谱分析

采用高分辨裂解气相色谱-质谱法(PyGC-MS)分析了FR-4型印刷电路板粉末样品的裂解产物。在氦气氛围中,分别在350,450,550,650和750 ℃下对印刷电路板粉末样品进行热裂解,并通过毛细管气相色谱-质谱对裂解产物进行分析,研究了不同裂解温度下裂解产物分布以及主要裂解产物的产率与裂解温度的关系,根据热分解产物的组成,探讨了热分解反应机理。     

The pyrolysis of non-volatile tobacco ingredients using a system that simulates cigarette combustion conditions

This is the second part of a systematic study in which tobacco ingredients are pyrolysed using experimental conditions designed to simulate the average combustion conditions inside a burning cigarette. In the first part, the pyrolysis system was developed and single-substance, mostly semi-volatile tobacco ingredients were pyrolysed. It was predicted that on a cigarette, the majority of these semi-volatile ingredients would transfer to smoke with little pyrolysis.In this part of the study, a further 159 non-volatile and complex ingredients, as well as ingredient mixtures, have been pyrolysed and the pyrolysis products determined using a gas chromatography–mass spectrometric system coupled to the pyrolyser. These non-volatile tobacco ingredients generally decomposed completely in the pyrolysis system, often yielding many products in relatively small amounts. The study has concentrated on the biologically active substances produced by pyrolysis, in particular the “Hoffmann analytes”. These analytes are believed by regulatory authorities in Canada and U.S.A. to be relevant to smoking-related diseases. They are based on lists published by Hoffmann and co-workers of the American Health Foundation in New York. For the pyrolysis of many of the non-volatile ingredients, no “Hoffmann analytes” were detected amongst the products. When they were occasionally formed, they included phenols, benzene, toluene, styrene and furfural (furfural is biologically active but it does not appear on any of the Hoffmann or regulatory authority lists). Those ingredients that did yield such products generally produced them in relatively small quantities although furfural was produced in relatively large quantities by pyrolysis of some ingredients, especially sugars. Those ingredients that produced biologically active constituents during their pyrolysis have been further assessed. This was done by adding them to cigarettes, machine-smoking the cigarette and comparing their smoke yields to those from a control (no ingredient) cigarette. From this comparison, it was found that in general the ingredients added to cigarettes do not increase the smoke components relative to the control cigarette. The pyrolysis technique of the present study tends to over-predict the amount of decomposition that the non-volatile ingredients undergo relative to their behaviour in a burning cigarette. Several examples are discussed, in particular ingredients that produce furfural during pyrolysis.This general pyrolysis technique is thus a first step in the total toxicological assessment of tobacco ingredients and is a useful screening tool for indicating which ingredients may yield biologically active products during decomposition of the ingredients. There are, however, some products such as formaldehyde and the carbon oxides that are not detected by the pyrolyser-gas chromatography–mass spectrometric technique employed here. The generation and detection of these products during the pyrolysis of selected tobacco ingredients is the subject of a parallel paper.     

Physicochemical properties evolution of chars from palm kernel shell pyrolysis

To clarify the effect of the pyrolysis operating conditions of the biomass on the physicochemical properties of the char and its combustion reactivity, palm kernel shell was pyrolyzed at different temperatures (400–700 °C). Analyses such as proximate and ultimate analysis, XRD, FTIR, N₂ adsorption, and SEM were used to investigate the physicochemical properties of biochar samples. The results show that an increase in pyrolysis temperature led to a development of pore structure and specific surface area of the produced biochar, which was beneficial for improving the biochar combustion reactivity. Besides, with increase in pyrolysis temperature, the carbon content exhibits a raise trend, but the oxygen and hydrogen contents exhibit the opposite behavior, and the aromaticity and graphitization degree of biochar produced at high temperature also increase. The combustion reactivity of biochar was found to be highly dependent on the pyrolysis temperature, and the aromatic structure and graphitization degree have greater effects on biochar combustion reactivity than those of the specific surface area and pore structure.