Energy & Fuels - 生物質(zhì)熱化學轉(zhuǎn)化工作室在生物質(zhì)熱裂解動力學機理解析方法上取得新進展
熱化學轉(zhuǎn)化工藝是農(nóng)林生物質(zhì)廢棄物高效轉(zhuǎn)化應用的主要途徑。其中，熱裂解技術(shù)因其可獲得高附加值化工原料以及液體燃料而備受關(guān)注。生物質(zhì)熱裂解動力學機理的研究可以幫助建立更加符合實際過程的熱裂解反應子模型，借助計算流體力學模擬工具，并耦合質(zhì)量守恒，運動和能量方程，進而指導生物質(zhì)熱裂解系統(tǒng)的設(shè)計、放大以及熱裂解過程的優(yōu)化。目前常用的生物質(zhì)熱裂解動力學機理解析方法如FWO和KAS方法有較大的系統(tǒng)誤差，Friedman方法對實驗數(shù)據(jù)噪聲十分敏感。
本研究開發(fā)了新的改進Friedman等轉(zhuǎn)化率動力學方法。該方法利用數(shù)值計算理論，用差商代替導數(shù)，推導出新等轉(zhuǎn)化率動力學方法的方程，并進行了線性化處理，使計算更簡便。
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改進Friedman等轉(zhuǎn)化率動力學方法原理
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為檢驗新等轉(zhuǎn)化率動力學方法的準確性和有效性，本研究對理論模擬過程數(shù)據(jù)進行處理，并與其它等轉(zhuǎn)化率動力學方法比較。結(jié)果表明，相比FWO、KAS和Friedman方法，新方法能更準確地求解動力學參數(shù)，且能有效減少數(shù)據(jù)噪聲對求解結(jié)果的影響。
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利用理論模擬數(shù)據(jù)驗證改進Friedman等轉(zhuǎn)化率動力學方法
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本研究利用新開發(fā)的改進Friedman等轉(zhuǎn)化率動力學方法解析兩種生物質(zhì)的熱裂解動力學機理，得到相應熱裂解動力學結(jié)果。
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利用改進Friedman等轉(zhuǎn)化率動力學方法解析生物質(zhì)熱裂解動力學機理
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上述研究成果于2020年3月在線發(fā)表于美國化學會旗下能源與燃料領(lǐng)域重要期刊Energy & Fuels上，題名為：Insight into Pyrolysis Kinetics of Lignocellulosic Biomass: Isoconversional Kinetic Analysis by Modified Friedman Method。 上海交通大學農(nóng)業(yè)與生物學院資源與環(huán)境系本科生羅來鵬為第一作者，蔡均猛老師為通訊作者。合作者包括東莞理工學院郭曉娟老師，上海交通大學博士生張震，柴美云和畢業(yè)碩士Md. Maksudur Rahman，以及上海理工大學張興光老師。論文成果是蔡均猛老師研究團隊于2018年發(fā)表在Renewable & Sustainable Energy Reviews上題名為“Processing thermogravimetric analysis data for isoconversional kinetic analysis of lignocellulosic biomass pyrolysis: Case study of corn stalk”（ESI高被引論文）論文研究工作的延伸和擴展。
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ESI高被引截圖
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本論文是蔡均猛老師領(lǐng)銜的“生物質(zhì)熱化學轉(zhuǎn)化”學生科技創(chuàng)新工作室于2019年獲上海交通大學批準立項之后的又一成果。工作室致力于生物質(zhì)熱化學轉(zhuǎn)化的理論探索與應用開發(fā)研究，也注重培養(yǎng)和激發(fā)學生的科研創(chuàng)造力。
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論文的圖形摘要
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論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.energyfuels.0c00275
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