一种利用固体吸附材料选择性吸附烟草高温裂解烟气中致香成分的方法及应用

技术领域

本发明涉及新型烟草领域，尤其是涉及一种利用固体吸附材料选择性吸附烟草高温裂解烟气中致香成分的方法。

背景技术

世界卫生组织制定的《烟草控制框架公约》中规定，禁止在公共场所扩散烟草烟雾，这一禁令的颁布对传统卷烟的发展带来了强烈的冲击；另一方面，新型烟草制品在降低环境污染和减小吸烟的潜在风险方面具有明显的优势。此外，随着人们消费观念和生活方式的转变、科学技术的快速发展和商品升级换代速度的不断加快，烟草消费者的需求和关注点也在不断发生变化，在这种时代背景下，世界各国的烟草行业纷纷将新型烟草制品的研究与开发作为未来行业发展的一个重要的途径。

前国内对烟草高温处理技术有少量研究，主要针对加热装置、工艺流程及烟碱提取技术。如公开号为CN1609104A的发明申请文献中公开了一种用干馏法从烟杆烟茬中提取烟碱的方法，用干馏法从烟杆烟茬中提取烟碱，将粉碎的烟杆烟茬隔绝空气加热，气雾用水吸收；邹宝安等将原料加热、冷凝、调味后制成液体香烟，加热温度在550℃以下；CN1050540A的发明申请文献中公开了用干馏法从烟草中制取烟碱制品的工艺，将烟草置于烧碱中干馏后提取烟碱；CN101061888A的发明申请文献中公开了一种高温干馏热裂解装置及裂解方法，将烟草粉末在惰性环境中在300℃以下进行处理，用有机溶剂进行吸收，用以分析解读烟叶品质，并采用高温处理技术处理烟草废弃物；CN103315395A的发明申请文献中公开了一种无公害低焦油香烟及其制造方法，将烟叶高温处理、除尘、冷凝后，进行调香体质，加入惰性载体中制成香烟，其中一氧化碳、焦油、苯并芘、亚硝胺等有害物质的量，相比传统卷烟均明显降低。所有研究中，对于用固体材料收集烟气并进行烟气成分分离的研究较少，且不曾应用于新型烟草制品中。

发明内容

本发明旨在提供一种利用固体吸附材料选择性吸附烟草高温裂解烟气中的致香成分的方法，可用以处理烟草，得到吸附有烟气成分的固相材料，应用于新型烟草制品，改善其感官特性，增加新型烟草制品的市场接受度，推动消费形式转型。

一种烟丝热解及烟气吸收装置，包括；

石英反应管，石英反应管的一端为进气口、另一端为出气口，所述进气口连接高压气源；

套设在所述石英反应管外的加热装置；

设置在石英反应管内的热电偶；

依次连接的直形砂芯管、砂芯漏斗和吸收瓶，直形砂芯管的进气口与所述石英反应管的出气口相连；

套设在直形砂芯管外的直形冷凝管；

以及冰浴锅，所述吸收瓶置于该冰浴锅内。

优选地，连接高压气源与石英反应管的管路上设置转子流量计。

优选地，所述加热装置包括：

套设在石英反应管外的钢质加热管；

缠绕在钢质加热管上的铜质空心线圈；

通过变压器与铜质空心线圈连接的全固体感应加热器。

进一步优选地，还设有与所述全固体感应加热器连接的智能调节仪，所述热电偶接入该智能调节仪中。

优选地，所述直形砂芯管设置为串接的两级。可进行产物分离，具有过滤效果，第一段除去部分焦油状重组分物质，包含大部分芳烃类物质，使得后面的提取物中芳烃类物质含量降低。

优选地，所述石英反应管、直形砂芯管和砂芯漏斗均竖向设置。由于提取物大部分为液相，竖向设置可充分收集产物。

优选地，所述吸收瓶为若干个串接连接。

本发明还提供一种利用固体吸附材料选择性吸附烟草高温裂解烟气中致香成分的方法，利用所述的烟丝热解及烟气吸收装置，包括如下步骤：

(1)将烟丝填充于石英反应管的管体中，将固体吸附材料分别加入到直形砂芯管和砂芯漏斗中，吸收液加入吸收瓶中，冰浴锅中加入冰块和水并插入温度计；

(2)打开加热装置，向石英反应管中通入裂解气氛，控制流量为气体流量为30～50ml/min，接入冷凝水，设置加热装置的升温程序为1～2min内到达600～800℃，600～800℃保温1.5～2.5min，然后冷却至室温，取出直形砂芯管和砂芯漏斗中的吸附了烟草高温裂解烟气中致香成分的固体吸附材料。

优选地，所述吸收液为丙二醇。

优选地，所述固体吸附材料为氧化铝、ZSM-5分子筛、MCM-41分子筛中的一种。进一步，所述ZSM-5分子筛的硅铝比为25～360；所述MCM-41分子筛的硅铝比为全硅。

优选地，所述裂解气氛为氮气或10～20％含氧量的空气氮气混合气。

所述升温程序为：起始温度为20℃，经过1.5min达到500～600℃，再经过0.5min到达600～800℃，在600～800℃维持2min。

进一步优选地，起始温度为20℃，经过1.5min达到550℃，再经过0.5min到达600℃，在600℃维持2min。

优选地，烟丝在石英反应管中的填充高度为8～12cm，最优选为10cm，热电偶的末端插入至烟丝填充高度的一半处。

优选地，每次反应烟丝与每份固体吸附材料的质量比为10:0.8～1.2；进一步优选为10:1。每个直形砂芯管中的固体吸附材料为一份，砂芯漏斗中的固体吸附材料为一份。

称取10g烟丝填充到石英反应管管体中，并控制填充高度为10cm，热电偶的热电极末端插到烟丝填充高度的一半，以保证温度测量的准确性。称取3份1g的固体吸附材料分别加入两个直形砂芯管和砂芯漏斗中，量取2份25ml的吸收液加入广口瓶中，冰浴锅中加入适量冰块和水，以提供冰水浴，并插入温度计以便观察其温度。在仪器接口处涂覆真空硅脂以保证反应系统的密封性，仪器安装完毕后，打开全固态感应加热仪、变压器、铜质空心线圈和直形冷凝管的冷凝水，打开高压气源开关提供裂解气氛，控制一定气体流量为30～50ml/min，然后打开智能调节仪、全固态感应加热仪的电源开关，并设置升温程序为1～2min内到达600～800℃。

待仪器预热以及气体和冷凝水稳定一段时间后，再打开加热开关开始加热，直到反应结束，体系温度降至室温，关闭所有电源、高压气源以及冷凝水。取出固体吸附材料，放置于60％湿度和24℃温度的恒温恒湿箱平衡48小时。

通过上述步骤所得的吸附有烟气致香成分的固体吸附材料可在较低温度的加热条件下释放出卷烟高温燃烧时特有的香味成分，添加到新型卷烟制品中可改善其感官品质，在降焦减害的同时亦能够使消费者获得接近传统卷烟特有的感官享受。

本发明还提供一种如所述方法制备得到的吸附有烟气致香成分的固体吸附材料。

本发明还提供一种如所述吸附有烟气致香成分的固体吸附材料在烟草制品中的应用。

本发明从提高新型烟草的感官享受出发，提供一种利用固体吸附材料选择性吸附烟草高温裂解烟气中致香成分的方法，即采用固体材料对烟草高温裂解释放出的烟气进行捕集，而当固体材料在低温加热时，会释放出烟草本身不具有、而只能通过高温热解产生的香味物质。通过该方法得到的固体材料可添加到新型烟草制品中，弥补其香味成分不足的缺陷，改善其感官品质，使消费者能够获得接近传统卷烟特有的感官享受，进而增加新型烟草制品的市场接受度，推动消费形式转型。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明所提供了一种利用固体吸附材料选择性吸附烟草高温裂解烟气中的致香成分的方法，进行烟气吸附后的固体吸附材料可在低温加热条件下释放处烟草本身不具有、只有通过高温裂解产生的香味物质，可添加到新型烟草制品中，弥补其香味成分不足的缺陷，改善其感官品质。

本发明方法处理工艺简单，可明显改善新型烟草制品的感官品质，增加新型烟草制品的市场接受度，推动消费形式转型，具有很好的工业化应用前景。

附图说明

图1为烟丝热解及烟气吸收装置的结构示意图。

图中：1为智能调节仪，2为全固体感应加热器，3为变压器，4为石英反应管，5为转子流量计，6为高压气源，7为铜质空心线圈，8为热电偶，9为钢质加热管，10为直形砂芯管，11为直形冷凝管，12为砂芯漏斗，13为广口瓶，14为冰浴锅。

图2为实施例1的固体吸附材料再释放烟气相对含量柱状图。

图3为实施例2的固体吸附材料再释放烟气相对含量柱状图。

图4为实施例3的固体吸附材料再释放烟气相对含量柱状图。

图5为实施例4的固体吸附材料再释放烟气相对含量柱状图。

图6为实施例5的固体吸附材料再释放烟气相对含量柱状图。

图7为实施例6的固体吸附材料再释放烟气相对含量柱状图。

图8为实施例7的固体吸附材料再释放烟气相对含量柱状图。

图9为实施例8的固体吸附材料再释放烟气相对含量柱状图。

图10为实施例9的固体吸附材料再释放烟气相对含量柱状图。

具体实施方式

通过以下实施例对本发明做进一步详细的描述，但所述实施例不构成对本发明的限制。

如图1所示，一种烟丝热解及烟气吸收装置，包括智能调节仪1、加热装置、石英反应管4、直形砂芯管10、砂芯漏斗12、广口瓶12、冰浴锅14和高压气源6。

石英反应管4竖向设置，上端为进气口，下端为出气口，进气口通过管路连接高压气源6，连接管路上设置转子流量计5；两段直形砂芯管10和一个砂芯漏斗12依次连接且均竖向设置，上方段直形砂芯管的上端口与石英反应管的出气口相连，每个直形砂芯管外套设直形冷凝管11，砂芯漏斗12的出口插入广口瓶12中，广口瓶可设置为串接的多个，广口瓶置于冰浴锅14中。

石英反应管外套设加热装置，加热装置包括全固体感应加热器2、变压器3、铜质空心线圈7和钢质加热管9，钢质加热管9套在石英反应管外，铜质空心线圈7缠绕在钢质加热管上，铜质空心线圈与变压器的低压输出端相连，变压器的高压输入端与全固体感应加热器相连。

智能调节仪1接入全固体感应加热器2，石英反应管中插入热电偶8，热电偶接入智能调节仪1中。

本发明装置中所需设备或部件均为市售商品。

实施例1

称取10g烟丝填充到石英反应管4管体中，称取3份1g的氧化铝分别加入两个直形砂芯管10和砂芯漏斗12中，量取2份25ml的吸收液加入广口瓶13中，冰浴锅14中加入适量冰块和水，并插入温度计以便观察其温度。在仪器接口处涂覆真空硅脂，仪器安装完毕后，打开全固体感应加热仪2、变压器3、铜质空心线圈7和直形冷凝管11的冷凝水，打开高压气源6开关提供裂解气氛氮气，气体流量为50ml/min，然后打开智能调节仪1、全固体感应加热仪2的电源开关，并设置升温程序为：起始温度为20℃，经过1.5min达到550℃，再经过0.5min到达600℃，在600℃维持2min，结束。待仪器预热以及气体和冷凝水稳定一段时间后，打开加热开关开始加热，直到反应结束，体系温度降至室温，关闭所有电源、高压气源以及冷凝水。分别取出两个直形砂芯管10和砂芯漏斗12中的固体吸附材料。

实施例2

称取10g烟丝填充到石英反应管管体中，称取3份1g的ZSM-5分子筛(硅铝比为25)分别加入两个直形砂芯管和砂芯漏斗中，量取2份25ml的吸收液加入广口瓶中，冰浴锅中加入适量冰块和水，并插入温度计以便观察其温度。在仪器接口处涂覆真空硅脂，仪器安装完毕后，打开全固体感应加热仪、变压器、铜质空心线圈和直形冷凝管的冷凝水，打开高压气源开关提供裂解气氛氮气，气体流量为50ml/min，然后打开智能调节仪、全固体感应加热仪的电源开关，并设置升温程序为：起始温度为20℃，经过1.5min达到550℃，再经过0.5min到达600℃，在600℃维持2min，结束。待仪器预热以及气体和冷凝水稳定一段时间后，打开加热开关开始加热，直到反应结束，体系温度降至室温，关闭所有电源、高压气源以及冷凝水。分别取出两个直形砂芯管和砂芯漏斗中的固体吸附材料。

实施例3

称取10g烟丝填充到石英反应管管体中，称取3份1g的ZSM-5分子筛(硅铝比为117)分别加入两个直形砂芯管和砂芯漏斗中，量取2份25ml的吸收液加入广口瓶中，冰浴锅中加入适量冰块和水，并插入温度计以便观察其温度。在仪器接口处涂覆真空硅脂，仪器安装完毕后，打开全固体感应加热仪、变压器、铜质空心线圈和直形冷凝管的冷凝水，打开高压气源开关提供裂解气氛氮气，气体流量为50ml/min，然后打开智能调节仪、全固体感应加热仪的电源开关，并设置升温程序为：起始温度为20℃，经过1.5min达到550℃，再经过0.5min到达600℃，在600℃维持2min，结束。待仪器预热以及气体和冷凝水稳定一段时间后，打开加热开关开始加热，直到反应结束，体系温度降至室温，关闭所有电源、高压气源以及冷凝水。分别取出两个直形砂芯管和砂芯漏斗中的固体吸附材料。

实施例4

称取10g烟丝填充到石英反应管管体中，称取3份1g的ZSM-5分子筛(硅铝比为360)分别加入两个直形砂芯管和砂芯漏斗中，量取2份25ml的吸收液加入广口瓶中，冰浴锅中加入适量冰块和水，并插入温度计以便观察其温度。在仪器接口处涂覆真空硅脂，仪器安装完毕后，打开全固体感应加热仪、变压器、铜质空心线圈和直形冷凝管的冷凝水，打开高压气源开关提供裂解气氛氮气，气体流量为50ml/min，然后打开智能调节仪、全固体感应加热仪的电源开关，并设置升温程序为：起始温度为20℃，经过1.5min达到550℃，再经过0.5min到达600℃，在600℃维持2min，结束。待仪器预热以及气体和冷凝水稳定一段时间后，打开加热开关开始加热，直到反应结束，体系温度降至室温，关闭所有电源、高压气源以及冷凝水。分别取出两个直形砂芯管和砂芯漏斗中的固体吸附材料。

实施例5

称取10g烟丝填充到石英反应管管体中，称取3份1g的MCM-41分子筛(硅铝比为25)分别加入两个直形砂芯管和砂芯漏斗中，量取2份25ml的吸收液加入广口瓶中，冰浴锅中加入适量冰块和水，并插入温度计以便观察其温度。在仪器接口处涂覆真空硅脂，仪器安装完毕后，打开全固体感应加热仪、变压器、铜质空心线圈)和直形冷凝管的冷凝水，打开高压气源开关提供裂解气氛氮气，气体流量为50ml/min，然后打开智能调节仪、全固体感应加热仪的电源开关，并设置升温程序为：起始温度为20℃，经过1.5min达到550℃，再经过0.5min到达600℃，在600℃维持2min，结束。待仪器预热以及气体和冷凝水稳定一段时间后，打开加热开关开始加热，直到反应结束，体系温度降至室温，关闭所有电源、高压气源以及冷凝水。分别取出两个直形砂芯管和砂芯漏斗中的固体吸附材料。

实施例6

称取10g烟丝填充到石英反应管管体中，称取3份1g的MCM-41分子筛(硅铝比为全硅)分别加入两个直形砂芯管和砂芯漏斗中，量取2份25ml的吸收液加入广口瓶中，冰浴锅中加入适量冰块和水，并插入温度计以便观察其温度。在仪器接口处涂覆真空硅脂，仪器安装完毕后，打开全固体感应加热仪、变压器、铜质空心线圈和直形冷凝管的冷凝水，打开高压气源开关提供裂解气氛氮气，气体流量为50ml/min，然后打开智能调节仪、全固体感应加热仪的电源开关，并设置升温程序为：起始温度为20℃，经过1.5min达到550℃，再经过0.5min到达600℃，在600℃维持2min，结束。待仪器预热以及气体和冷凝水稳定一段时间后，打开加热开关开始加热，直到反应结束，体系温度降至室温，关闭所有电源、高压气源以及冷凝水。分别取出两个直形砂芯管和砂芯漏斗中的固体吸附材料。

实施例7

称取10g烟丝填充到石英反应管管体中，称取3份1g的氧化铝分别加入两个直形砂芯管和砂芯漏斗中，量取2份25ml的吸收液加入广口瓶中，冰浴锅中加入适量冰块和水，并插入温度计以便观察其温度。在仪器接口处涂覆真空硅脂，仪器安装完毕后，打开全固体感应加热仪、变压器、铜质空心线圈和直形冷凝管的冷凝水，打开高压气源开关提供裂解气氛为含氧量为10％的氮气空气混合气，气体流量为50ml/min，然后打开智能调节仪、全固体感应加热仪的电源开关，并设置升温程序为：起始温度为20℃，经过1.5min达到550℃，再经过0.5min到达600℃，在600℃维持2min，结束。待仪器预热以及气体和冷凝水稳定一段时间后，打开加热开关开始加热，直到反应结束，体系温度降至室温，关闭所有电源、高压气源以及冷凝水。分别取出两个直形砂芯管和砂芯漏斗中的固体吸附材料。

实施例8

称取10g烟丝填充到石英反应管管体中，称取3份1g的氧化铝分别加入两个直形砂芯管和砂芯漏斗中，量取2份25ml的吸收液加入广口瓶中，冰浴锅中加入适量冰块和水，并插入温度计以便观察其温度。在仪器接口处涂覆真空硅脂，仪器安装完毕后，打开全固体感应加热仪、变压器、铜质空心线圈和直形冷凝管的冷凝水，打开高压气源开关提供裂解气氛为含氧量为15％的氮气空气混合气，气体流量为50ml/min，然后打开智能调节仪、全固体感应加热仪的电源开关，并设置升温程序为：起始温度为20℃，经过1.5min达到550℃，再经过0.5min到达600℃，在600℃维持2min，结束。待仪器预热以及气体和冷凝水稳定一段时间后，打开加热开关开始加热，直到反应结束，体系温度降至室温，关闭所有电源、高压气源以及冷凝水。分别取出两个直形砂芯管和砂芯漏斗中的固体吸附材料。

实施例9

称取10g烟丝填充到石英反应管管体中，称取3份1g的氧化铝分别加入两个直形砂芯管和砂芯漏斗中，量取2份25ml的吸收液加入广口瓶中，冰浴锅中加入适量冰块和水，并插入温度计以便观察其温度。在仪器接口处涂覆真空硅脂，仪器安装完毕后，打开全固体感应加热仪、变压器、铜质空心线圈和直形冷凝管的冷凝水，打开高压气源开关提供裂解气氛为含氧量为20％的氮气空气混合气，气体流量为50ml/min，然后打开智能调节仪、全固体感应加热仪的电源开关，并设置升温程序为：起始温度为20℃，经过1.5min达到550℃，再经过0.5min到达600℃，在600℃维持2min，结束。待仪器预热以及气体和冷凝水稳定一段时间后，打开加热开关开始加热，直到反应结束，体系温度降至室温，关闭所有电源、高压气源以及冷凝水。分别取出两个直形砂芯管和砂芯漏斗中的固体吸附材料。

将上述实施例1至9所得吸附烟气香味成分后的吸附材料，放置于60％湿度和24℃温度的恒温恒湿箱平衡48小时，然后进行顶空气质联用检测分析，固体吸附材料再释放烟气相对含量柱状图如图2～图10所示，其中从上往下，填充于两个直形砂芯管和砂芯漏斗中的三份固体吸附材料分别标记为C1、C2和C3。由顶空分析结果可知，氧化铝第一层固体材料C1吸附了大部分芳烃类、酚类物质；而分子筛第一层固体材料对杂环类物质吸附较明显。

以上对本发明一种利用固体吸附材料选择性吸附烟草高温裂解烟气中的致香成分的方法进行了阐述，用于帮助理解本发明，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。