Energy—“生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化”工作室本科生發(fā)展基于動(dòng)力學(xué)補(bǔ)償效應(yīng)的生物質(zhì)烘焙動(dòng)力學(xué)及熱力學(xué)分析方法
近日，2017級(jí)上海交大農(nóng)生學(xué)院資環(huán)系本科生張芷清以共同第一作者身份在熱力學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊Energy上發(fā)表題為“Investigation of kinetic compensation effect in lignocellulosic biomass torrefaction: Kinetic and thermodynamic analyses”的學(xué)術(shù)論文。Energy是Elsevier旗下知名期刊，其最新JCR影響因子為6.082，熱力學(xué)領(lǐng)域排名為3/60。論文的通訊作者是農(nóng)生學(xué)院蔡均猛老師，合作者包括農(nóng)生學(xué)院碩士生段涵琦（共同第一作者），南京林業(yè)大學(xué)碩士生張佑君同學(xué)，東莞理工學(xué)院郭曉娟老師，英國(guó)阿斯頓大學(xué)余熙老師，南京林業(yè)大學(xué)張興光老師，澳大利亞科廷大學(xué)博士生Md. Maksudur Rahman。
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開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)資源對(duì)于環(huán)境我國(guó)能源短缺矛盾，減少化石能源消耗，有效保護(hù)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有積極推動(dòng)作用。生物質(zhì)原料具有含水量和含氧高、能量密度低、吸濕性強(qiáng)、難于粉碎、流動(dòng)性差等確定，給生物質(zhì)的收集、處理、儲(chǔ)存、運(yùn)輸及轉(zhuǎn)化帶來(lái)問(wèn)題。作為生物質(zhì)預(yù)處理技術(shù)的一種，烘焙能有效改善生物質(zhì)燃料特性，提升其熱化學(xué)轉(zhuǎn)化性能。生物質(zhì)烘培動(dòng)力學(xué)及熱力學(xué)分析是生物質(zhì)烘焙機(jī)理探究、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工藝優(yōu)化及工業(yè)化應(yīng)用的基礎(chǔ)。
生物質(zhì)烘焙動(dòng)力學(xué)參數(shù)（尤其活化能和指前因子）是解析生物質(zhì)烘焙動(dòng)力學(xué)機(jī)理的關(guān)鍵。研究小組采用經(jīng)典反應(yīng)級(jí)數(shù)動(dòng)力學(xué)模型描述單個(gè)溫度下生物質(zhì)烘焙實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，存在多組參數(shù)集均能很好描述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，且它們的指前因子和活化能之間存在動(dòng)力學(xué)補(bǔ)償效應(yīng)，即指前因子的對(duì)數(shù)是活化能的線性函數(shù)。將各溫度下動(dòng)力學(xué)解析結(jié)果綜合分析，研究小組發(fā)現(xiàn)各溫度下的動(dòng)力學(xué)補(bǔ)償效應(yīng)擬合直線相交于一點(diǎn)，其相交點(diǎn)的數(shù)值與同時(shí)考慮多個(gè)溫度下烘焙動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)的優(yōu)化求解結(jié)果非常接近。這說(shuō)明，可以利用動(dòng)力學(xué)補(bǔ)償效應(yīng)求解生物質(zhì)烘焙動(dòng)力學(xué)參數(shù)。在動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，研究小組還利用Eyring理論計(jì)算了生物質(zhì)烘焙過(guò)程的熱力學(xué)參數(shù)，其可用于生物質(zhì)烘焙反應(yīng)熱與烘焙過(guò)程熱效率的計(jì)算分析。研究小組開(kāi)發(fā)的基于動(dòng)力學(xué)補(bǔ)償效應(yīng)的動(dòng)力學(xué)及熱力學(xué)分析方法可拓展用于其他固體有機(jī)廢棄物的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)分析中，豐富了化學(xué)動(dòng)力學(xué)的方法體系。
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張芷清同學(xué)于2019年初加入蔡均猛老師領(lǐng)銜的“生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化”創(chuàng)新工作室，開(kāi)展生物質(zhì)烘焙動(dòng)力學(xué)及熱力學(xué)機(jī)理的研究。本論文是她加入工作室后的第二篇論文（第一篇：Energy, 2020, 201, 117648.）。工作室致力于生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的理論與應(yīng)用研究，在農(nóng)業(yè)工程、能源與燃料和化學(xué)工程等領(lǐng)域的期刊上發(fā)表SCI論文40余篇，總被引2300余次，其中3篇為ESI高被引論文。工作室十分注重對(duì)學(xué)生科研規(guī)范的引導(dǎo)，科研方法的訓(xùn)練，創(chuàng)新思維以及論文寫(xiě)作能力的培養(yǎng)。
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論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360544220313979.
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“生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化”工作室
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