一种通过置换电渗析装置调控再造烟叶燃烧性能的方法与流程

本发明涉及一种调控再造烟叶燃烧性能的方法，属于烟草化学领域。

背景技术：

1、再造烟叶是一种品质可控的均质烟草，可调可控是造纸法再造烟叶工艺的主要特性。烟草萃取液是造纸法再造烟叶品质的核心基础，并对再造烟叶品质产生显著影响。随着膜技术的日趋成熟，膜法处理物料深受研究者们的青睐，尤其是微滤(mf)、超滤(uf)、纳滤(nf)、反渗透(ro)和电渗析(ed)等膜技术的。专利cn104305518a报道了一种烟草萃取液的膜萃取工艺。专利cn107137971a也报道了一种烟草萃取液的膜分离工艺。专利cn206051789u研发了一种膜集成技术萃取烟草梗叶废水中烟碱的系统。

2、烟草萃取液中含有大量的荷电组分，如钾、钠、钙、镁、氯、硝酸根等无机离子，以及氨基酸和烟碱等有机组分，且这些荷电组分影响再造烟叶的品质。氯离子作为烟草中最重要的无机元素之一，被认为是阻燃因素，影响烟草的收湿性和燃烧性。研究表明，烟叶的含氯量低于1.0％时燃烧性较好，含氯量超过2％将造成严重熄火。钾离子常被当做助燃剂，可以促进烟草的燃烧，同时能降低烟气中的焦油。因此，调控烟草萃取液中的荷电组分是提高烟草品质的重要方法。专利cn105481152a报道了一种连续去除烟草萃取液中氯和硝酸盐的方法，该法虽能去除萃取液中的氯和硝酸盐，但是萃取液中的钾离子却大量流失，降低了烟叶品质。虽然可外源补充钾，但外源性化学品的引入不能消除基体自身氯离子等阻燃离子的影响且添加量大，易导致卷烟感官品质的下降。

3、置换电渗析是一种新型的电渗析系统，通过选择具有特定分离功能的膜以及改变膜的排列方式，可以实现物料中特定离子的选择性去除和保留。目前，利用置换电渗析技术调控烟草萃取液的荷电组分及再造烟叶燃烧热解性能未见报道。

技术实现思路

1、为克服现有技术的缺陷，本发明设计出一种新型置换电渗析装置，将其用于烟草萃取液的离子组分及再造烟叶燃烧热解性能调控，旨在对烟草萃取液中的燃烧相关的阴离子实现选择性调控，同时保留原有的助燃有效成分-钾离子，从而实现对再造烟叶燃烧热解性能的调节，提升再造烟叶质量。

2、为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

3、本发明公开的一种通过置换电渗析装置调控再造烟叶燃烧性能的方法，其特点在于：通过置换电渗析装置实现烟草萃取液中氯离子的选择性地去除，同时保留其荷正电的有效成分钾离子，进而促进再造烟叶的燃烧热解。

4、进一步地，所述置换电渗析装置中膜堆的排列方式为阴极板-阴极室-[阳离子交换膜-淡化室-阴离子交换膜-置换室-阴离子交换膜-浓缩室]n-阳离子交换膜-阳极室-阳极板，重复单元数n为1-1000。所述置换电渗析装置的阳极板和阴极板的材料为耐腐蚀的钛涂钌；相邻离子交换膜之间的隔室(包括所述的淡化室、置换室和浓缩室)均由带有流道和格网的垫片构成，垫片厚度为0.8mm。

5、进一步地，本发明的方法按照以下方式进行：在置换电渗析装置的膜堆中，将烟草萃取液通入置换室，向淡化室通入有机酸钾盐溶液，向浓缩室通入盐溶液或去离子水，向阳极室和阴极室通入强电解质溶液；在直流电场的作用下，阳极室中的阳离子通过阳离子交换膜向浓缩室迁移、置换室中的氯离子通过阴离子交换膜向浓缩室迁移，同时淡化室中的有机酸根离子通过阴离子交换膜向置换室中迁移以补充置换室中被迁移的氯离子，淡化室中的阳离子k+迁移至阴极室中。

6、进一步地，通入淡化室的所述有机酸钾盐溶液为苹果酸钾、乳酸钾、乙酸钾、葡萄糖酸钾或柠檬酸钾溶液中的至少一种，浓度为0.03-1.0mol/l。优选为苹果酸钾溶液或葡萄糖酸钾溶液。

7、进一步地，所述置换电渗析装置的膜堆中的阳极室和阴极室串联，从而实现阳极液和阴极液中的阳离子总量不变，维持膜堆正常运行。

8、进一步地，通入阳极室和阴极室的所述强电解质溶液为硫酸钠溶液、硫酸钾溶液、硝酸钠溶液或硝酸钾溶液，浓度为0.01-1.0mol/l。

9、进一步地：所述置换电渗析装置的膜堆运行时，先将各隔室料液通过蠕动泵循环5-30分钟，排出膜堆中的气泡；运行过程中，通过蠕动泵控制各室溶液流动的线流速为1-10cm/s，避免浓差极化现象发生。运行过程中，可为恒电压或恒电流操作，优选恒电流操作，电流密度为5-30ma/cm2。

10、与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

11、本发明利用了一种新型的置换电渗析装置，通过设置膜堆的排布方式可实现烟草萃取液中离子的调控，即选择性去除烟草萃取液中的氯离子的同时，保留其荷正电的有效成分(钾离子)含量不变，进而实现了再造烟叶燃烧热解性能的调节，增强了再造烟叶与卷烟燃烧的匹配性。

技术特征：

1.一种通过置换电渗析装置调控再造烟叶燃烧性能的方法，其特征在于：通过置换电渗析装置实现烟草萃取液中氯离子的选择性地去除，同时保留其荷正电的有效成分钾离子，进而促进再造烟叶的燃烧热解。

2.根据权利要求1所述的通过置换电渗析装置调控再造烟叶燃烧性能的方法，其特征在于：所述置换电渗析装置中膜堆的排列方式为阴极板-阴极室-[阳离子交换膜-淡化室-阴离子交换膜-置换室-阴离子交换膜-浓缩室]n-阳离子交换膜-阳极室-阳极板，n为重复单元数。

3.根据权利要求2所述的通过置换电渗析装置调控再造烟叶燃烧性能的方法，其特征在于：n为1-1000。

4.根据权利要求2所述的通过置换电渗析装置调控再造烟叶燃烧性能的方法，其特征在于：所述置换电渗析装置的阳极板和阴极板的材料为钛涂钌；相邻离子交换膜之间的隔室均由带有流道和格网的垫片构成。

5.根据权利要求2所述的通过置换电渗析装置调控再造烟叶燃烧性能的方法，其特征在于：在置换电渗析装置的膜堆中，将烟草萃取液通入置换室，向淡化室通入有机酸钾盐溶液，向浓缩室通入盐溶液或去离子水，向阳极室和阴极室通入强电解质溶液；在直流电场的作用下，阳极室中的阳离子通过阳离子交换膜向浓缩室迁移、置换室中的氯离子通过阴离子交换膜向浓缩室迁移，同时淡化室中的有机酸根离子通过阴离子交换膜向置换室中迁移以补充置换室中被迁移的氯离子，淡化室中的阳离子k+迁移至阴极室中。

6.根据权利要求5所述的通过置换电渗析装置调控再造烟叶燃烧性能的方法，其特征在于：通入淡化室的所述有机酸钾盐溶液为苹果酸钾、乳酸钾、乙酸钾、葡萄糖酸钾或柠檬酸钾溶液中的至少一种，浓度为0.03-1.0mol/l。

7.根据权利要求5所述的通过置换电渗析装置调控再造烟叶燃烧性能的方法，其特征在于：所述置换电渗析装置的膜堆中的阳极室和阴极室串联，从而实现阳极液和阴极液中的阳离子总量不变，维持膜堆正常运行。

8.根据权利要求5所述的通过置换电渗析装置调控再造烟叶燃烧性能的方法，其特征在于：通入阳极室和阴极室的所述强电解质溶液为硫酸钠溶液、硫酸钾溶液、硝酸钠溶液或硝酸钾溶液，浓度为0.01-1.0mol/l。

9.根据权利要求5所述的通过置换电渗析装置调控再造烟叶燃烧性能的方法，其特征在于：所述置换电渗析装置的膜堆运行时，先将各隔室料液通过蠕动泵循环5-30分钟，排出膜堆中的气泡；运行过程中，通过蠕动泵控制各室溶液流动的线流速为1-10cm/s，避免浓差极化现象发生。

10.根据权利要求5所述的通过置换电渗析装置调控再造烟叶燃烧性能的方法，其特征在于：所述置换电渗析装置的膜堆运行时采用恒电流操作，电流密度为5-30ma/cm2。

技术总结
本发明公开了一种通过置换电渗析装置调控再造烟叶燃烧性能的方法，通过置换电渗析装置实现烟草萃取液中氯离子的选择性地去除，同时保留其荷正电的有效成分钾离子，进而促进再造烟叶的燃烧热解。使用该处理后的烟草萃取液制备的造纸法再造烟叶，其燃烧热解性能显著改善且感官品质有效提升。

技术研发人员：葛少林,孙丽莉,徐志强,王健,彭晓萌,孔俊,朱欣潮,陈明曦,徐冰霞,张朝,田振峰,黄兰,陈刚
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：2024/1/5