上海交大農業與生物學院生物質熱化學轉化工作室在木質生物質烘焙動力學及熱化學研究方面取得重要進展,相關研究成果近期發表在Renew.Sust.Energ.Rev.上。該期刊是能源與燃料(Energy & Fuels)領域頂尖期刊,最新影響因數為12.110,主要發表與可再生能源相關的研究論文和綜述等。
圖1.論文發表截圖
圖2.論文的圖形摘要
農林生物質具有水分和氧含量高、熱值和能量密度低、易腐爛、不宜長距離運輸和長期儲存等缺陷,囙此,生物質的規模化轉化利用受到極大限制。烘焙是在低溫、缺氧和低加熱速率條件下的一種生物質處理科技。經烘焙後的生物質含水率低、熱值與能量密度高、可磨性與疏水性好、適宜長距離運輸和長時間貯存。此外,烘焙處理科技還能提升生物質的熱化學轉化效能。生物質烘焙動力學和熱化學機理研究是生物質烘焙系統設計、過程優化及工業化應用的基礎(見圖3)。文獻中關於這方面的研究較多,但大多數研究集中在不同烘焙溫度和時間對烘焙固相產物產率及性質的影響,對烘焙揮發性產物及其組分析出及烘焙過程熱效應則鮮少涉及。
圖3.生物質烘焙動力學及熱化學研究的重要性
基於此,生物質能工程研究中心構建了木質生物質烘焙動力學模型,並結合數值計算方法解析該模型,系統研究了烘焙過程中不同烘焙條件下烘焙產物(包括中間產物,揮發份和固相產物)的質量得率、能量得率、化學成份及元素組成的變化及其速率。耦合生物質烘焙動力學模型和熱力學原理,構建了相應的生物質烘焙熱化學模型,系統研究木質生物質烘焙過程的能量傳輸平衡,從而洞悉生物質烘焙機理。圖4為木質生物質烘焙動力學及熱化學模型及其數值計算框圖。圖5為木質生物質動力學及熱化學分析結果。論文結果將為更全面瞭解生物質烘焙過程的內在反應機理和熱效應,優化生物質烘焙過程及確定最優烘焙操作條件提供理論依據,為提升生物質後續熱化學轉化效能提供基礎數據支持。
圖4.木質生物質烘焙動力學及熱化學模型及其數值計算框圖
圖5.木質生物質烘焙動力學和熱化學分析結果
上海交大農生學院2021届博士生柴美雲為該論文的第一作者。上海交大農生學院蔡均猛副教授為該論文的通訊作者。參與研究的還有上海交大農生學院劉榮厚教授和大學生畢業生謝禮同學,英國Aston University餘熙博士、楊揚博士、Paula H. Blanco博士和Anthony V. Bridgwater教授,上海理工大學張興光教授,澳大利亞Curtin University博士生Md. Maksudur Rahman。該研究得到中德科學中心國際合作專案等資助。
論文連結:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032121002549
本文轉載於上海交通大學新聞網(https://news.sjtu.edu.cn),版權歸原作者所有,文章內容不代表平臺觀點或立場。如有關於文章內容、版權或其他問題請與我方聯系,我方將在核實情况後對相關內容做删除或保留處理!聯繫郵箱:yzhao@koushare.com