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    研究成果

    Energy—“生物质热化学转化”工作室本科生发展基于动力学补偿效应的生物质烘焙动力学及热力学分析方法

    发布时间:2020-07-07 

    近日,2017级上海交大农生学院资环系本科生张芷清以共同第一作者身份在热力学领域权威期刊Energy上发表题为“Investigation of kinetic compensation effect in lignocellulosic biomass torrefaction: Kinetic and thermodynamic analyses”的学术论文。Energy是Elsevier旗下知名期刊,其最新JCR影响因子为6.082,热力学领域排名为3/60。论文的通讯作者是农生学院蔡均猛老师,合作者包括农生学院硕士生段涵琦(共同第一作者),南京林业大学硕士生张佑君同学,东莞理工学院郭晓娟老师,英国阿斯顿大学余熙老师,南京林业大学张兴光老师,澳大利亚科廷大学博士生Md. Maksudur Rahman。

     

     

    开发利用生物质资源对于环境我国能源短缺矛盾,减少化石能源消耗,有效?;ど肪?,促进社会可持续发展具有积极推动作用。生物质原料具有含水量和含氧高、能量密度低、吸湿性强、难于粉碎、流动性差等确定,给生物质的收集、处理、储存、运输及转化带来问题。作为生物质预处理技术的一种,烘焙能有效改善生物质燃料特性,提升其热化学转化性能。生物质烘培动力学及热力学分析是生物质烘焙机理探究、系统设计、工艺优化及工业化应用的基础。

    生物质烘焙动力学参数(尤其活化能和指前因子)是解析生物质烘焙动力学机理的关键。研究小组采用经典反应级数动力学模型描述单个温度下生物质烘焙实验数据时发现,存在多组参数集均能很好描述实验数据,且它们的指前因子和活化能之间存在动力学补偿效应,即指前因子的对数是活化能的线性函数。将各温度下动力学解析结果综合分析,研究小组发现各温度下的动力学补偿效应拟合直线相交于一点,其相交点的数值与同时考虑多个温度下烘焙动力学实验数据时的优化求解结果非常接近。这说明,可以利用动力学补偿效应求解生物质烘焙动力学参数。在动力学分析的基础上,研究小组还利用Eyring理论计算了生物质烘焙过程的热力学参数,其可用于生物质烘焙反应热与烘焙过程热效率的计算分析。研究小组开发的基于动力学补偿效应的动力学及热力学分析方法可拓展用于其他固体有机废弃物的热化学转化反应分析中,丰富了化学动力学的方法体系。

     

     

    张芷清同学于2019年初加入蔡均猛老师领衔的“生物质热化学转化”创新工作室,开展生物质烘焙动力学及热力学机理的研究。本论文是她加入工作室后的第二篇论文(第一篇:Energy, 2020, 201, 117648.)。工作室致力于生物质热化学转化的理论与应用研究,在农业工程、能源与燃料和化学工程等领域的期刊上发表SCI论文40余篇,总被引2300余次,其中3篇为ESI高被引论文。工作室十分注重对学生科研规范的引导,科研方法的训练,创新思维以及论文写作能力的培养。

     

    论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360544220313979.

     

    “生物质热化学转化”工作室

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