Energy & Fuels - 生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化工作室在生物質(zhì)熱裂解動(dòng)力學(xué)機(jī)理解析方法上取得新進(jìn)展
熱化學(xué)轉(zhuǎn)化工藝是農(nóng)林生物質(zhì)廢棄物高效轉(zhuǎn)化應(yīng)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(dòng)力學(xué)機(jī)理的研究可以幫助建立更加符合實(shí)際過程的熱裂解反應(yīng)子模型，借助計(jì)算流體力學(xué)模擬工具，并耦合質(zhì)量守恒，運(yùn)動(dòng)和能量方程，進(jìn)而指導(dǎo)生物質(zhì)熱裂解系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、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(dòng)力學(xué)機(jī)理解析方法如FWO和KAS方法有較大的系統(tǒng)誤差，Friedman方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)噪聲十分敏感。
本研究開發(fā)了新的改進(jìn)Friedman等轉(zhuǎn)化率動(dòng)力學(xué)方法。該方法利用數(shù)值計(jì)算理論，用差商代替導(dǎo)數(shù)，推導(dǎo)出新等轉(zhuǎn)化率動(dòng)力學(xué)方法的方程，并進(jìn)行了線性化處理，使計(jì)算更簡(jiǎn)便。
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改進(jìn)Friedman等轉(zhuǎn)化率動(dòng)力學(xué)方法原理
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為檢驗(yàn)新等轉(zhuǎn)化率動(dòng)力學(xué)方法的準(zhǔn)確性和有效性，本研究對(duì)理論模擬過程數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并與其它等轉(zhuǎn)化率動(dòng)力學(xué)方法比較。結(jié)果表明，相比FWO、KAS和Friedman方法，新方法能更準(zhǔn)確地求解動(dòng)力學(xué)參數(shù)，且能有效減少數(shù)據(jù)噪聲對(duì)求解結(jié)果的影響。
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利用理論模擬數(shù)據(jù)驗(yàn)證改進(jìn)Friedman等轉(zhuǎn)化率動(dòng)力學(xué)方法
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本研究利用新開發(fā)的改進(jìn)Friedman等轉(zhuǎn)化率動(dòng)力學(xué)方法解析兩種生物質(zhì)的熱裂解動(dòng)力學(xué)機(jī)理，得到相應(yīng)熱裂解動(dòng)力學(xué)結(jié)果。
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利用改進(jìn)Friedman等轉(zhuǎn)化率動(dòng)力學(xué)方法解析生物質(zhì)熱裂解動(dòng)力學(xué)機(jī)理
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上述研究成果于2020年3月在線發(fā)表于美國(guó)化學(xué)會(huì)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(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院資源與環(huán)境系本科生羅來(lái)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(xué)院郭曉娟老師，上海交通大學(xué)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(xué)張興光老師。論文成果是蔡均猛老師研究團(tuán)隊(duì)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(kuò)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(xué)轉(zhuǎn)化”學(xué)生科技創(chuàng)新工作室于2019年獲上海交通大學(xué)批準(zhǔn)立項(xiàng)之后的又一成果。工作室致力于生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的理論探索與應(yīng)用開發(fā)研究，也注重培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)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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