吞云吐雾的背后！气体吸附技术在烟草行业中的应用

吸烟有害健康！但不可否认的是，现代烟草业在生产过程中运用了大量的先进技术。例如，通过气体吸附仪器分析烟草的比表面积、真密度等物理结构，为工序工艺参数优化提供技术支撑。

气体吸附分析仪在制烟行业中的应用

烟草，一般指的是将烟叶切成丝状、粒状、片状、末状或其他形状，再加入辅料，经过发酵、储存，不经卷制即可供销售吸用的烟草制品，亦称为烟丝。烟草的物理保润性能是影响其韧性、燃烧性、香气和吸食舒适度等特性的重要因素。当烟草的水分散失较快，水分含量较低时，易造成生产过程中的造碎以及卷烟吸食过程中产生干燥感和刺激感。研究发现，烟草物理保润性能的差异不仅存在于不同品种间，在相同品种不同部位、等级的烟草之间同样存在。一般来说，对于同一种类型的烟草，上部烟和中部烟的保润性较优，下部烟最差；等级越高烟草的保润性越好。

吸烟有害健康。图片来源：摄图网

烟草物理保润性能指烟草处于低湿环境中时，烟叶抑制水分散失的调节能力。平衡水分含量是烟草行业中用于评价烟草物理保润性的常用指标。烟草的物理保润性很大程度上取决于其物理结构，从物理结构上看，烟草多为含有大量毛细管的多孔物质，孔隙结构不仅影响着烟草内部凝结水分的量，还影响水分在烟草内部的扩散特性；烟草的比表面积、真密度、孔容和孔径分布是其物理结构的重要指标，孔多则比表面积大，能有力地从空气中吸收水分。此外，有研究者根据烟草的孔径分布情况，推断出烟草的吸湿曲线；以上均为全面了解烟丝的自身保润性能提供理论基础。

此外，通过真密度测定，进而能为烟草物料传热、传质性能和颗粒流动特性分析提供所需基础物性数据，为工序工艺参数优化提供技术支撑。

气体吸附技术是材料表面物性表征的重要方法之一，使用国仪量子自主研发的V-sorb X800系列静态容量法比表面及孔径分析仪，基于物理吸附分析能够得到材料的比表面积、孔容及孔径分布等参数；进而材料烟草的吸附和水分扩散、以及物理保润性性能做一个基础性的评估。此外，国仪量子自主研发的真密度测定仪可以对材料的真实密度进行表征，进而可对烟草种植和加工工艺过进行改善。

因此可以看出比表面及孔径分布和真密度在烟草种类的选取、生产制造过程以及最终的物理保润性能和感官保润特性发挥着至关重要的作用。

气体吸附分析仪在烟草废弃物中的应用

我国作为烟草种植大国，在烟叶生产及加工过程中，每年均产生大量烟草废弃物，如烟秆、霉变烟叶和残次烟叶等，其中烟秆为主要废弃物。然而，目前大多数烟草废弃物的处理方法是丢弃、直接掩埋或简单焚烧，不仅造成了资源的利用效率低下，还伴随严重的环境污染问题。若能实现对这些烟草废弃物的有效利用，将产生巨大的经济效益、良好的社会效益和生态效益。

烟叶。图片来源：摄图网

研究发现，烟草废弃物在多孔材料（主要是多孔生物质和多孔碳材料）领域中的应用主要包括烟草材料自身的应用及作为原料在碳材料领域的研究两个方面。其中，碳材料的衍生化和在电化学（超级电容器）领域的应用是未来烟草废弃物高值化利用的两个重要路径。主要的应用方向如下：

1.生物炭材料：将采用直接碳化法制备，孔道主要以微孔和大孔为主，孔隙不发达，比表面积相对较低（<400 m²/g），常用作土壤改良剂，不仅可以增加土壤中的有机质或养分（C、N、P、 K），在土壤增湿方面，生物炭的表面元素组成（H/C、O/C 比值）和比表面积是影响其吸湿性的两个重要因素。

2.多孔碳材料：采用活化法（含自活化法）所制备的碳材料孔隙发达，且以微孔为主，主要用于污水中有机染料或重金属的吸附，在重金属吸附方面，主要是利用生物炭的吸附性能降低烟草植物对土壤中重金属的生物利用度，进而降低重金属元素在植物体内的积累。

3.烟基多孔碳材料：使用烟草的烟杆等废弃物，所制备的多孔碳材料比表面积高，且具有多级孔结构特点，在气体吸附和超级电容器领域表现出优异的性能。

国仪精测高性能微孔分析仪

国仪精测自主研发的静态容量法 UltraSorb X800系列高性能微孔分析仪，聚焦于微孔材料的表面特性表征，设备在不锈钢管路基础上，突破性设计VCR金属面密封样品管，提升气体管路流转过程中的整体密封性，具有真空度长时间保持性、超低分压比、温度控制恒定、多通量等优势。能对多孔碳材料进行气体吸附测试并分析了材料的BET比表面积，微孔孔容及孔径分布等参数，进而能对材料吸附、催化等性能做一个基础性的评估。

高性能微孔分析仪 UltraSorb X800

以下是使用国仪量子自研的 UltraSorb X800系列高性能微孔分析仪对多孔碳材料的表征案例。图1展示多孔碳材料的BET的比表面积在 1870 m²/g，对于微孔材料，其氮气的吸附更接近单层饱和吸附，一般会看langmuir的比表面积，显示为 2105 m²/g。图2的 N₂吸附-脱附等温线为Ⅰ类等温线，表明具有较为丰富的微孔结构。结合孔径分布图分析，图3的HK -孔径分布中，可以看出在 0.66 nm处附近有较为集中的一个微孔孔径分布，表明其最可几孔径为 0.66 nm。

图1 多孔碳材料BET测试结果

图2 多孔碳材料N₂吸附-脱附等温线

图3多孔碳材料HK微孔孔径分布

电子顺磁共振技术在烟草中的应用

此外，自由基是香烟烟气中最主要的有害物质之一，会直接和间接攻击细胞成分，导致人体组织和细胞的氧化，损害细胞膜上的脂类和蛋白质，引发癌症等疾病。而EPR技术是目前唯一能够直接检测和分析自由基的技术，结合自由基捕获技术可探明香烟烟气中有害自由基的种类，在研究方法上实现突破，进一步指认其结构，由此指导并开发出与之相对应的自由基清除技术提供可能。

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