Renew. Sust. Energ. Rev. — 生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化工作室發(fā)表生物質(zhì)烘焙動力學(xué)和熱化學(xué)研究論文
上海交大農(nóng)生學(xué)院生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化工作室在木質(zhì)生物質(zhì)烘焙動力學(xué)及熱化學(xué)研究方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果近期發(fā)表在Renew.?Sust. Energ. Rev.上。該期刊是能源與燃料（Energy & Fuels）領(lǐng)域頂尖期刊，最新影響因子為12.110，主要發(fā)表與可再生能源相關(guān)的研究論文和綜述等。
圖1. 論文發(fā)表截圖
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圖2. 論文的圖形摘要
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農(nóng)林生物質(zhì)具有水分和氧含量高、熱值和能量密度低、易腐爛、不宜長距離運(yùn)輸和長期儲存等缺陷，因此，生物質(zhì)的規(guī)模化轉(zhuǎn)化利用受到極大限制。烘焙是在低溫、缺氧和低加熱速率條件下的一種生物質(zhì)處理技術(shù)。經(jīng)烘焙后的生物質(zhì)含水率低、熱值與能量密度高、可磨性與疏水性好、適宜長距離運(yùn)輸和長時(shí)間貯存。此外，烘焙處理技術(shù)還能提升生物質(zhì)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化性能。生物質(zhì)烘焙動力學(xué)和熱化學(xué)機(jī)理研究是生物質(zhì)烘焙系統(tǒng)設(shè)計(jì)、過程優(yōu)化及工業(yè)化應(yīng)用的基礎(chǔ)（見圖3）。文獻(xiàn)中關(guān)于這方面的研究較多，但大多數(shù)研究集中在不同烘焙溫度和時(shí)間對烘焙固相產(chǎn)物產(chǎn)率及性質(zhì)的影響，對烘焙揮發(fā)性產(chǎn)物及其組分析出及烘焙過程熱效應(yīng)則鮮少涉及。
圖3. 生物質(zhì)烘焙動力學(xué)及熱化學(xué)研究的重要性
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基于此，生物質(zhì)能工程研究中心構(gòu)建了木質(zhì)生物質(zhì)烘焙動力學(xué)模型，并結(jié)合數(shù)值計(jì)算方法解析該模型，系統(tǒng)研究了烘焙過程中不同烘焙條件下烘焙產(chǎn)物（包括中間產(chǎn)物，揮發(fā)份和固相產(chǎn)物）的質(zhì)量得率、能量得率、化學(xué)成份及元素組成的變化及其速率。耦合生物質(zhì)烘焙動力學(xué)模型和熱力學(xué)原理，構(gòu)建了相應(yīng)的生物質(zhì)烘焙熱化學(xué)模型，系統(tǒng)研究木質(zhì)生物質(zhì)烘焙過程的能量傳輸平衡，從而洞悉生物質(zhì)烘焙機(jī)理。圖4為木質(zhì)生物質(zhì)烘焙動力學(xué)及熱化學(xué)模型及其數(shù)值計(jì)算框圖。圖5為木質(zhì)生物質(zhì)動力學(xué)及熱化學(xué)分析結(jié)果。論文結(jié)果將為更全面了解生物質(zhì)烘焙過程的內(nèi)在反應(yīng)機(jī)理和熱效應(yīng)，優(yōu)化生物質(zhì)烘焙過程及確定最優(yōu)烘焙操作條件提供理論依據(jù)，為提升生物質(zhì)后續(xù)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化性能提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。
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圖4. 木質(zhì)生物質(zhì)烘焙動力學(xué)及熱化學(xué)模型及其數(shù)值計(jì)算框圖
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圖5. 木質(zhì)生物質(zhì)烘焙動力學(xué)和熱化學(xué)分析結(jié)果
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上海交大農(nóng)生學(xué)院2021屆博士生柴美云為該論文的第一作者。上海交大農(nóng)生學(xué)院蔡均猛副教授為該論文的通訊作者。參與研究的還有上海交大農(nóng)生學(xué)院劉榮厚教授和本科畢業(yè)生謝禮同學(xué)，英國Aston University余熙博士、楊揚(yáng)博士、Paula H. Blanco博士和Anthony V. Bridgwater教授，上海理工大學(xué)張興光教授，澳大利亞Curtin University博士生Md. Maksudur Rahman。該研究得到中德科學(xué)中心國際合作項(xiàng)目等資助。
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論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032121002549.
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撰稿：生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化工作室
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