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上海交大农生学院生物质热化学转化工作室发表生物质烘焙动力学和热化学研究论文

上海交大农业与生物学院生物质热化学转化工作室在木质生物质烘焙动力学及热化学研究方面取得重要进展,相关研究成果近期发表在Renew. Sust. Energ. Rev.上。该期刊是能源与燃料(Energy & Fuels)领域顶尖期刊,最新影响因子为12.110,主要发表与可再生能源相关的研究论文和综述等。

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图1. 论文发表截图

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图2. 论文的图形摘要

农林生物质具有水分和氧含量高、热值和能量密度低、易腐烂、不宜长距离运输和长期储存等缺陷,因此,生物质的规模化转化利用受到极大限制。烘焙是在低温、缺氧和低加热速率条件下的一种生物质处理技术。经烘焙后的生物质含水率低、热值与能量密度高、可磨性与疏水性好、适宜长距离运输和长时间贮存。此外,烘焙处理技术还能提升生物质的热化学转化性能。生物质烘焙动力学和热化学机理研究是生物质烘焙系统设计、过程优化及工业化应用的基础(见图3)。文献中关于这方面的研究较多,但大多数研究集中在不同烘焙温度和时间对烘焙固相产物产率及性质的影响,对烘焙挥发性产物及其组分析出及烘焙过程热效应则鲜少涉及。

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图3. 生物质烘焙动力学及热化学研究的重要性

基于此,生物质能工程研究中心构建了木质生物质烘焙动力学模型,并结合数值计算方法解析该模型,系统研究了烘焙过程中不同烘焙条件下烘焙产物(包括中间产物,挥发份和固相产物)的质量得率、能量得率、化学成份及元素组成的变化及其速率。耦合生物质烘焙动力学模型和热力学原理,构建了相应的生物质烘焙热化学模型,系统研究木质生物质烘焙过程的能量传输平衡,从而洞悉生物质烘焙机理。图4为木质生物质烘焙动力学及热化学模型及其数值计算框图。图5为木质生物质动力学及热化学分析结果。论文结果将为更全面了解生物质烘焙过程的内在反应机理和热效应,优化生物质烘焙过程及确定最优烘焙操作条件提供理论依据,为提升生物质后续热化学转化性能提供基础数据支持。

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图4. 木质生物质烘焙动力学及热化学模型及其数值计算框图

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图5. 木质生物质烘焙动力学和热化学分析结果

上海交大农生学院2021届博士生柴美云为该论文的第一作者。上海交大农生学院蔡均猛副教授为该论文的通讯作者。参与研究的还有上海交大农生学院刘荣厚教授和本科生毕业生谢礼同学,英国Aston University余熙博士、杨扬博士、Paula H. Blanco博士和Anthony V. Bridgwater教授,上海理工大学张兴光教授,澳大利亚Curtin University博士生Md. Maksudur Rahman。该研究得到中德科学中心国际合作项目等资助。

论文链接https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032121002549

生物质热化学转化工作室
农业与生物学院
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