上海交大農生學院「生物質熱化學轉化」工作室發展基於動力學補償...

2021-01-08 上海交通大學新聞網

近日，上海交大農業與生物學院資環系2017級本科生張芷清以共同第一作者身份在熱力學領域權威期刊Energy上發表題為「Investigation of kinetic compensation effect in lignocellulosic biomass torrefaction: Kinetic and thermodynamic analyses」的學術論文。Energy是Elsevier旗下知名期刊，其最新JCR影響因子為6.082，熱力學領域排名為3/60。論文的通訊作者是農生學院蔡均猛老師，合作者包括農生學院碩士生段涵琦（共同第一作者），南京林業大學碩士生張佑君同學，東莞理工學院郭曉娟老師，英國阿斯頓大學餘熙老師，南京林業大學張興光老師，澳大利亞科廷大學博士生Md. Maksudur Rahman。

 

開發利用生物質資源對於環境我國能源短缺矛盾，減少化石能源消耗，有效保護生態環境，促進社會可持續發展具有積極推動作用。生物質原料具有含水量和含氧高、能量密度低、吸溼性強、難於粉碎、流動性差等確定，給生物質的收集、處理、儲存、運輸及轉化帶來問題。作為生物質預處理技術的一種，烘焙能有效改善生物質燃料特性，提升其熱化學轉化性能。生物質烘培動力學及熱力學分析是生物質烘焙機理探究、系統設計、工藝優化及工業化應用的基礎。

生物質烘焙動力學參數（尤其活化能和指前因子）是解析生物質烘焙動力學機理的關鍵。研究小組採用經典反應級數動力學模型描述單個溫度下生物質烘焙實驗數據時發現，存在多組參數集均能很好描述實驗數據，且它們的指前因子和活化能之間存在動力學補償效應，即指前因子的對數是活化能的線性函數。將各溫度下動力學解析結果綜合分析，研究小組發現各溫度下的動力學補償效應擬合直線相交於一點，其相交點的數值與同時考慮多個溫度下烘焙動力學實驗數據時的優化求解結果非常接近。這說明，可以利用動力學補償效應求解生物質烘焙動力學參數。在動力學分析的基礎上，研究小組還利用Eyring理論計算了生物質烘焙過程的熱力學參數，其可用於生物質烘焙反應熱與烘焙過程熱效率的計算分析。研究小組開發的基於動力學補償效應的動力學及熱力學分析方法可拓展用於其他固體有機廢棄物的熱化學轉化反應分析中，豐富了化學動力學的方法體系。

 

張芷清於2019年初加入蔡均猛老師領銜的「生物質熱化學轉化」創新工作室，開展生物質烘焙動力學及熱力學機理的研究。本論文是她加入工作室後的第二篇論文（第一篇：Energy, 2020, 201, 117648.）。工作室致力於生物質熱化學轉化的理論與應用研究，在農業工程、能源與燃料和化學工程等領域的期刊上發表SCI論文40餘篇，總被引2300餘次，其中3篇為ESI高被引論文。工作室十分注重對學生科研規範的引導，科研方法的訓練，創新思維以及論文寫作能力的培養。

論文連結：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360544220313979

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