Energy Conversion and Management—生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化工作室利用廣義Logistic混合模型解析生物質(zhì)熱解動力學(xué)機(jī)理
近日，上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化工作室在熱力學(xué)領(lǐng)域Top期刊Energy Conversion and Management（2021影響因子：9.709）發(fā)表題為“Exploring kinetic mechanisms of biomass pyrolysis using generalized logistic mixture model”的研究論文，探究廣義logistic混合模型（Generalized Logistic Mixture Model，下簡稱GLMM）解析生物質(zhì)熱解重疊過程的適用性，為生物質(zhì)熱解機(jī)理解析提供新思路。
圖1. 論文發(fā)表截圖
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生物質(zhì)熱解是指在無氧或者少氧條件下加熱生物質(zhì)，使其轉(zhuǎn)化為生物油、熱解炭和熱解合成氣的一種熱化學(xué)轉(zhuǎn)化方式。生物質(zhì)熱解動力學(xué)是探究生物質(zhì)熱解機(jī)理、模擬及優(yōu)化生物質(zhì)熱解過程的基礎(chǔ)。由于組成及熱解反應(yīng)的復(fù)雜性，生物質(zhì)的熱解過程呈現(xiàn)多過程重疊現(xiàn)象，如何分離及分析生物質(zhì)熱解過程中的子過程是一個學(xué)界難點。
論文提出采用GLMM解析生物質(zhì)熱解動力學(xué)過程。模型方程如下：
論文給出了GLMM的理論分析，包括模型參數(shù)的物理意義、敏感性與優(yōu)化求解，以及模型的化學(xué)動力學(xué)解釋。理論研究結(jié)果可以為GLMM解析生物質(zhì)熱解動力學(xué)過程提供理論支撐。
圖2. GLMM參數(shù)敏感性分析結(jié)果
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論文對理論模擬數(shù)據(jù)及生物質(zhì)（未處理及酸處理的玉米秸稈及棉桿）熱解動力學(xué)實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析。結(jié)果表明：GLMM擬合精度高，能有效分離生物質(zhì)熱解重疊過程，且每個分離出的子過程與生物質(zhì)偽組分的分解過程相吻合；GLMM具有平滑實驗數(shù)據(jù)的功能，能有效降低數(shù)據(jù)噪聲對計算結(jié)果的影響；通過優(yōu)化計算得到模型參數(shù)數(shù)值的變化趨勢，可進(jìn)一步探究酸處理對生物質(zhì)熱解的影響機(jī)制。
圖3. GLMM對模擬平行過程分析結(jié)果
圖4. GLMM對未處理及酸處理玉米秸稈熱解過程分析結(jié)果
圖5. GLMM對未處理及酸處理棉桿熱解過程分析結(jié)果
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上海交通大學(xué)“生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化”工作室碩士生鄒劍鋒為本文第一作者，工作室責(zé)任老師蔡均猛為通訊作者。上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院碩士生胡杭麗，博士生李沖、李英凱和Dominic Yellezuome，上海交通大學(xué)中英低碳學(xué)院薛淵老師，山東理工大學(xué)何芳老師，上海理工大學(xué)張興光老師和澳大利亞Curtin University博士生Md. Maksudur Ra??hman參與了研究工作。
圖6. 論文圖形摘要
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論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0196890422003181
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