本發(fā)明涉及生物質(zhì)能利用，具體涉及一種催化煙草生物質(zhì)低溫?zé)峤庵苽浣固鹣阄镔|(zhì)的方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球?qū)Νh(huán)境可持續(xù)性發(fā)展的日益重視，木質(zhì)纖維生物質(zhì)的應(yīng)用前景不斷擴(kuò)大，因此，對木質(zhì)纖維生物質(zhì)的利用處理變得更加重要。煙草作為一種重要的可再生木質(zhì)纖維生物質(zhì)資源，具有顯著的工業(yè)價(jià)值。煙草加工成卷煙產(chǎn)品的過程通常會(huì)產(chǎn)生超過70％的煙草廢料，主要包括低等級(jí)煙葉、霉變煙葉、短莖、莖碎片、煙塵以及其他副產(chǎn)品。目前，農(nóng)業(yè)化學(xué)、生物化學(xué)、物理和熱化學(xué)轉(zhuǎn)化方法已廣泛應(yīng)用于分解生物質(zhì)及廢棄物。在這些方法中，催化快速熱解因具有低成本、操作便利和液體燃料產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)已成為將生物質(zhì)及其廢棄物通過熱化學(xué)轉(zhuǎn)化為能源產(chǎn)品的一種有效技術(shù)。

2、生物質(zhì)熱解是在無氧或低氧條件下，生物質(zhì)在熱降解過程中產(chǎn)生生物油、可燃?xì)怏w和固體生物質(zhì)碳的過程。煙草生物質(zhì)熱解制備致香物質(zhì)技術(shù)作為煙草生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化利用領(lǐng)域中的前沿技術(shù)，通過生物質(zhì)催化熱解選擇性生產(chǎn)高附加值目標(biāo)化學(xué)品(如酚類、呋喃類、含氧化合物等)，將低品位的煙草生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換成高品位的致香物質(zhì)已成為備受關(guān)注的生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的新途徑。煙草生物質(zhì)在200-350℃區(qū)間加熱時(shí)，大量的風(fēng)味化合物從煙草中釋放出來，同時(shí)降低了亞硝胺、揮發(fā)性化合物、酚類化合物(通常在800～900℃時(shí)形成)等有毒和有害化合物的形成。因此，控制煙草生物質(zhì)在低溫條件下熱解可以更有利的產(chǎn)物組成。在煙草生物質(zhì)熱解形成的眾多高附加值生物產(chǎn)品中，焦甜香風(fēng)味物質(zhì)是一種重要的香氣物質(zhì)，廣泛使用于面包、咖啡、香煙和茶等熱加工食品中，可以增強(qiáng)烤制和甜味食物的香氣，增添甜味并改善這些熱加工食品的余味。典型的焦甜香物質(zhì)包括甲基環(huán)戊酮、麥芽酚、4-羥基-2,5-二甲基-3(2h)-呋喃酮、2,3-二羥基-2,5-二氫-6-甲基-4h-吡喃-4-酮(ddmp)等。在卷煙行業(yè)，焦甜香物質(zhì)可以是煙草中多糖和單糖的熱解產(chǎn)生的本香物質(zhì)或外部添加來增強(qiáng)特定口味的香味物質(zhì)，可以增強(qiáng)卷煙制品的焦香味和甜潤感。因此，定向催化煙草生物質(zhì)低溫?zé)峤馍山固鹣阄镔|(zhì)既實(shí)現(xiàn)了生物致香物質(zhì)增香提質(zhì)，也提高了卷煙產(chǎn)品的安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種催化煙草生物質(zhì)低溫?zé)峤庵苽浣固鹣阄镔|(zhì)的新方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種催化煙草生物質(zhì)低溫?zé)峤庵苽浣固鹣阄镔|(zhì)的方法，包括如下步驟：

4、步驟1：將可溶性金屬鹽溶于蒸餾水中，在堿性條件下進(jìn)行水熱反應(yīng)，所得固體產(chǎn)物經(jīng)高溫煅燒制得金屬氧化物納米立方晶體；將所述金屬氧化物納米立方晶體和和催化劑基質(zhì)在溶劑中分散混合均勻，除溶劑后真空干燥并還原煅燒，獲得金屬基催化劑材料；

5、步驟2：將煙草生物質(zhì)粉末與所述金屬基催化劑材料混合后，在n2氣氛下原位熱解；

6、步驟3：在線收集并分離分析熱解產(chǎn)物中的焦甜香物質(zhì)。

7、優(yōu)選地，步驟1中，所述可溶性金屬鹽包括硝酸鈰、硝酸鋅和硝酸鎂中的至少一種的水合物。

8、優(yōu)選地，步驟1中，所述堿性條件是在反應(yīng)液中加入naoh、氨水和ca(oh)2等中的至少一種堿至反應(yīng)液中oh-濃度為1～20mol/l。

9、優(yōu)選地，步驟1中：所述水熱反應(yīng)的溫度為120～240℃、反應(yīng)時(shí)間為12～24小時(shí)；所述高溫煅燒的溫度為300～600℃、反應(yīng)時(shí)間為1～2小時(shí)、氣氛為空氣；所述還原煅燒的溫度為350～450℃、時(shí)間為1～3小時(shí)、氣氛為氮?dú)狻?/p>

10、優(yōu)選地，步驟1中，所述催化劑基質(zhì)包括還原氧化石墨烯、al2o3和hzsm-5等中的至少一種，所述催化劑基質(zhì)與所述金屬氧化物納米立方晶體的質(zhì)量比為1:1～20。

11、優(yōu)選地，步驟2中，所述煙草生物質(zhì)粉末的原料包括煙稈、煙草、煙梗和煙草薄片中的至少一種，將原料粉碎至粒徑為100～400目獲得煙草生物質(zhì)粉末。

12、優(yōu)選地，步驟2中，所述煙草生物質(zhì)粉末與金屬基催化劑材料的質(zhì)量比為1:0.2～1.5。

13、優(yōu)選地，步驟2中，所述熱解的溫度為200～500℃，熱解時(shí)間為60～180s。

14、優(yōu)選地，步驟3中，所述焦甜香物質(zhì)包括糠醛、糠醇、呋喃酮、環(huán)戊烯酮、乙基麥芽酚等含氧雜環(huán)類化合物中的至少一種。

15、相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：

16、1.本發(fā)明公開了催化煙草生物質(zhì)低溫?zé)峤庵苽浣固鹣阄镔|(zhì)的方法，首先制備具有更多氧空位、酸性位點(diǎn)的金屬氧化物納米立方晶體(如立方納米晶形氧化鈰)，再將其分散在催化劑基質(zhì)(如還原性氧化石墨烯)表面上，實(shí)現(xiàn)酸活性中心和金屬活性中心的雙功能化，減少了金屬氧化物晶體的團(tuán)聚效應(yīng)，使之得到均勻分散從而可提供更多的反應(yīng)位點(diǎn)和更強(qiáng)的催化性能。

17、2.利用本發(fā)明的制備方法制備的金屬基催化劑材料對煙草生物質(zhì)進(jìn)行低溫催化快速熱解，能夠在較低的熱解溫度下促進(jìn)纖維素和半纖維素?zé)峤獾拿撍兔擊驶^程，快速高產(chǎn)生成甲基環(huán)戊酮、糠醇、5-甲基糠醛、ddmp等焦甜香物質(zhì)(bsfss)。

18、3.本發(fā)明所制得的焦甜香物質(zhì)可改善卷煙產(chǎn)品煙香不足的問題，增加其焦甜香，改善抽吸品質(zhì)。

技術(shù)特征：

1.一種催化煙草生物質(zhì)低溫?zé)峤庵苽浣固鹣阄镔|(zhì)的方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1中，所述可溶性金屬鹽包括硝酸鈰、硝酸鋅和硝酸鎂中的至少一種的水合物。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1中，所述堿性條件是在反應(yīng)液中加入naoh、氨水和ca(oh)2中的至少一種至反應(yīng)液中oh-濃度為1～20mol/l。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1中：所述水熱反應(yīng)的溫度為120～240℃、反應(yīng)時(shí)間為12～24小時(shí)；所述高溫煅燒的溫度為300～600℃、時(shí)間為1～2小時(shí)、氣氛為空氣；所述還原煅燒的溫度為350～450℃、時(shí)間為1～3小時(shí)、氣氛為氮?dú)狻?/p>

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1中，所述催化劑基質(zhì)包括還原氧化石墨烯、al2o3和hzsm-5中的至少一種，所述催化劑基質(zhì)與所述金屬氧化物納米立方晶體的質(zhì)量比為1:1～20。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2中，所述煙草生物質(zhì)粉末的原料包括煙稈、煙草、煙梗和煙草薄片中的至少一種，將原料粉碎至粒徑為100～400目獲得煙草生物質(zhì)粉末。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2中，所述煙草生物質(zhì)粉末與金屬基催化劑材料的質(zhì)量比為1:0.2～1.5。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2中，所述熱解的溫度為200～500℃，熱解時(shí)間為60～180s。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3中，所述焦甜香物質(zhì)包括糠醛、糠醇、呋喃酮、環(huán)戊烯酮和乙基麥芽酚中的至少一種。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及熱解技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種催化煙草生物質(zhì)低溫?zé)峤庵苽浣固鹣阄镔|(zhì)的方法，包括如下步驟：(1)采用水熱法制備出金屬氧化物納米立方晶體，再將其負(fù)載在催化劑基質(zhì)表面，得到金屬基催化劑材料；(2)將煙草生物質(zhì)粉末與金屬基催化劑材料混合，在低溫條件下進(jìn)行熱解；(3)分離并分析熱解得到的氣相產(chǎn)物中的焦甜香物質(zhì)，包括5?甲基糠醛等多種呋喃類化合物。本發(fā)明所制得的焦甜香物質(zhì)可改善卷煙產(chǎn)品煙香不足的問題，增加其焦甜香，改善抽吸品質(zhì)。

技術(shù)研發(fā)人員：邵寧,胡永華,朱曉蘭,張勁,劉思洋,田振鋒,葛少林,王文斌,寧勇,孔俊,賀增洋,張程
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14