一种催化烟草生物质低温热解制备焦甜香物质的方法与流程

本发明涉及生物质能利用，具体涉及一种催化烟草生物质低温热解制备焦甜香物质的方法。

背景技术：

1、随着全球对环境可持续性发展的日益重视，木质纤维生物质的应用前景不断扩大，因此，对木质纤维生物质的利用处理变得更加重要。烟草作为一种重要的可再生木质纤维生物质资源，具有显著的工业价值。烟草加工成卷烟产品的过程通常会产生超过70％的烟草废料，主要包括低等级烟叶、霉变烟叶、短茎、茎碎片、烟尘以及其他副产品。目前，农业化学、生物化学、物理和热化学转化方法已广泛应用于分解生物质及废弃物。在这些方法中，催化快速热解因具有低成本、操作便利和液体燃料产率高等优点已成为将生物质及其废弃物通过热化学转化为能源产品的一种有效技术。

2、生物质热解是在无氧或低氧条件下，生物质在热降解过程中产生生物油、可燃气体和固体生物质碳的过程。烟草生物质热解制备致香物质技术作为烟草生物质热化学转化利用领域中的前沿技术，通过生物质催化热解选择性生产高附加值目标化学品(如酚类、呋喃类、含氧化合物等)，将低品位的烟草生物质能转换成高品位的致香物质已成为备受关注的生物质热化学转化的新途径。烟草生物质在200-350℃区间加热时，大量的风味化合物从烟草中释放出来，同时降低了亚硝胺、挥发性化合物、酚类化合物(通常在800～900℃时形成)等有毒和有害化合物的形成。因此，控制烟草生物质在低温条件下热解可以更有利的产物组成。在烟草生物质热解形成的众多高附加值生物产品中，焦甜香风味物质是一种重要的香气物质，广泛使用于面包、咖啡、香烟和茶等热加工食品中，可以增强烤制和甜味食物的香气，增添甜味并改善这些热加工食品的余味。典型的焦甜香物质包括甲基环戊酮、麦芽酚、4-羟基-2,5-二甲基-3(2h)-呋喃酮、2,3-二羟基-2,5-二氢-6-甲基-4h-吡喃-4-酮(ddmp)等。在卷烟行业，焦甜香物质可以是烟草中多糖和单糖的热解产生的本香物质或外部添加来增强特定口味的香味物质，可以增强卷烟制品的焦香味和甜润感。因此，定向催化烟草生物质低温热解生成焦甜香物质既实现了生物致香物质增香提质，也提高了卷烟产品的安全性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种催化烟草生物质低温热解制备焦甜香物质的新方法。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种催化烟草生物质低温热解制备焦甜香物质的方法，包括如下步骤：

4、步骤1：将可溶性金属盐溶于蒸馏水中，在碱性条件下进行水热反应，所得固体产物经高温煅烧制得金属氧化物纳米立方晶体；将所述金属氧化物纳米立方晶体和和催化剂基质在溶剂中分散混合均匀，除溶剂后真空干燥并还原煅烧，获得金属基催化剂材料；

5、步骤2：将烟草生物质粉末与所述金属基催化剂材料混合后，在n2气氛下原位热解；

6、步骤3：在线收集并分离分析热解产物中的焦甜香物质。

7、优选地，步骤1中，所述可溶性金属盐包括硝酸铈、硝酸锌和硝酸镁中的至少一种的水合物。

8、优选地，步骤1中，所述碱性条件是在反应液中加入naoh、氨水和ca(oh)2等中的至少一种碱至反应液中oh-浓度为1～20mol/l。

9、优选地，步骤1中：所述水热反应的温度为120～240℃、反应时间为12～24小时；所述高温煅烧的温度为300～600℃、反应时间为1～2小时、气氛为空气；所述还原煅烧的温度为350～450℃、时间为1～3小时、气氛为氮气。

10、优选地，步骤1中，所述催化剂基质包括还原氧化石墨烯、al2o3和hzsm-5等中的至少一种，所述催化剂基质与所述金属氧化物纳米立方晶体的质量比为1:1～20。

11、优选地，步骤2中，所述烟草生物质粉末的原料包括烟秆、烟草、烟梗和烟草薄片中的至少一种，将原料粉碎至粒径为100～400目获得烟草生物质粉末。

12、优选地，步骤2中，所述烟草生物质粉末与金属基催化剂材料的质量比为1:0.2～1.5。

13、优选地，步骤2中，所述热解的温度为200～500℃，热解时间为60～180s。

14、优选地，步骤3中，所述焦甜香物质包括糠醛、糠醇、呋喃酮、环戊烯酮、乙基麦芽酚等含氧杂环类化合物中的至少一种。

15、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

16、1.本发明公开了催化烟草生物质低温热解制备焦甜香物质的方法，首先制备具有更多氧空位、酸性位点的金属氧化物纳米立方晶体(如立方纳米晶形氧化铈)，再将其分散在催化剂基质(如还原性氧化石墨烯)表面上，实现酸活性中心和金属活性中心的双功能化，减少了金属氧化物晶体的团聚效应，使之得到均匀分散从而可提供更多的反应位点和更强的催化性能。

17、2.利用本发明的制备方法制备的金属基催化剂材料对烟草生物质进行低温催化快速热解，能够在较低的热解温度下促进纤维素和半纤维素热解的脱水和脱羰基过程，快速高产生成甲基环戊酮、糠醇、5-甲基糠醛、ddmp等焦甜香物质(bsfss)。

18、3.本发明所制得的焦甜香物质可改善卷烟产品烟香不足的问题，增加其焦甜香，改善抽吸品质。

技术特征：

1.一种催化烟草生物质低温热解制备焦甜香物质的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述可溶性金属盐包括硝酸铈、硝酸锌和硝酸镁中的至少一种的水合物。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述碱性条件是在反应液中加入naoh、氨水和ca(oh)2中的至少一种至反应液中oh-浓度为1～20mol/l。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中：所述水热反应的温度为120～240℃、反应时间为12～24小时；所述高温煅烧的温度为300～600℃、时间为1～2小时、气氛为空气；所述还原煅烧的温度为350～450℃、时间为1～3小时、气氛为氮气。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述催化剂基质包括还原氧化石墨烯、al2o3和hzsm-5中的至少一种，所述催化剂基质与所述金属氧化物纳米立方晶体的质量比为1:1～20。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，所述烟草生物质粉末的原料包括烟秆、烟草、烟梗和烟草薄片中的至少一种，将原料粉碎至粒径为100～400目获得烟草生物质粉末。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，所述烟草生物质粉末与金属基催化剂材料的质量比为1:0.2～1.5。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，所述热解的温度为200～500℃，热解时间为60～180s。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述焦甜香物质包括糠醛、糠醇、呋喃酮、环戊烯酮和乙基麦芽酚中的至少一种。

技术总结本发明涉及热解技术领域，具体涉及一种催化烟草生物质低温热解制备焦甜香物质的方法，包括如下步骤：(1)采用水热法制备出金属氧化物纳米立方晶体，再将其负载在催化剂基质表面，得到金属基催化剂材料；(2)将烟草生物质粉末与金属基催化剂材料混合，在低温条件下进行热解；(3)分离并分析热解得到的气相产物中的焦甜香物质，包括5‑甲基糠醛等多种呋喃类化合物。本发明所制得的焦甜香物质可改善卷烟产品烟香不足的问题，增加其焦甜香，改善抽吸品质。技术研发人员：邵宁,胡永华,朱晓兰,张劲,刘思洋,田振锋,葛少林,王文斌,宁勇,孔俊,贺增洋,张程受保护的技术使用者：安徽中烟工业有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14