Energy—“生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化”工作室本科生發(fā)展基于動力學(xué)補(bǔ)償效應(yīng)的生物質(zhì)烘焙動力學(xué)及熱力學(xué)分析方法
近日，2017級上海交大農(nóng)生學(xué)院資環(huán)系本科生張芷清以共同第一作者身份在熱力學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊Energy上發(fā)表題為“Investigation of kinetic compensation effect in lignocellulosic biomass torrefaction: Kinetic and thermodynamic analyses”的學(xué)術(shù)論文。Energy是Elsevier旗下知名期刊，其最新JCR影響因子為6.082，熱力學(xué)領(lǐng)域排名為3/60。論文的通訊作者是農(nóng)生學(xué)院蔡均猛老師，合作者包括農(nóng)生學(xué)院碩士生段涵琦（共同第一作者），南京林業(yè)大學(xué)碩士生張佑君同學(xué)，東莞理工學(xué)院郭曉娟老師，英國阿斯頓大學(xué)余熙老師，南京林業(yè)大學(xué)張興光老師，澳大利亞科廷大學(xué)博士生Md. Maksudur Rahman。
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開發(fā)利用生物質(zhì)資源對于環(huán)境我國能源短缺矛盾，減少化石能源消耗，有效保護(hù)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)社會可持續(xù)發(fā)展具有積極推動作用。生物質(zhì)原料具有含水量和含氧高、能量密度低、吸濕性強(qiáng)、難于粉碎、流動性差等確定，給生物質(zhì)的收集、處理、儲存、運(yùn)輸及轉(zhuǎn)化帶來問題。作為生物質(zhì)預(yù)處理技術(shù)的一種，烘焙能有效改善生物質(zhì)燃料特性，提升其熱化學(xué)轉(zhuǎn)化性能。生物質(zhì)烘培動力學(xué)及熱力學(xué)分析是生物質(zhì)烘焙機(jī)理探究、系統(tǒng)設(shè)計、工藝優(yōu)化及工業(yè)化應(yīng)用的基礎(chǔ)。
生物質(zhì)烘焙動力學(xué)參數(shù)（尤其活化能和指前因子）是解析生物質(zhì)烘焙動力學(xué)機(jī)理的關(guān)鍵。研究小組采用經(jīng)典反應(yīng)級數(shù)動力學(xué)模型描述單個溫度下生物質(zhì)烘焙實驗數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)，存在多組參數(shù)集均能很好描述實驗數(shù)據(jù)，且它們的指前因子和活化能之間存在動力學(xué)補(bǔ)償效應(yīng)，即指前因子的對數(shù)是活化能的線性函數(shù)。將各溫度下動力學(xué)解析結(jié)果綜合分析，研究小組發(fā)現(xiàn)各溫度下的動力學(xué)補(bǔ)償效應(yīng)擬合直線相交于一點，其相交點的數(shù)值與同時考慮多個溫度下烘焙動力學(xué)實驗數(shù)據(jù)時的優(yōu)化求解結(jié)果非常接近。這說明，可以利用動力學(xué)補(bǔ)償效應(yīng)求解生物質(zhì)烘焙動力學(xué)參數(shù)。在動力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，研究小組還利用Eyring理論計算了生物質(zhì)烘焙過程的熱力學(xué)參數(shù)，其可用于生物質(zhì)烘焙反應(yīng)熱與烘焙過程熱效率的計算分析。研究小組開發(fā)的基于動力學(xué)補(bǔ)償效應(yīng)的動力學(xué)及熱力學(xué)分析方法可拓展用于其他固體有機(jī)廢棄物的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)分析中，豐富了化學(xué)動力學(xué)的方法體系。
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張芷清同學(xué)于2019年初加入蔡均猛老師領(lǐng)銜的“生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化”創(chuàng)新工作室，開展生物質(zhì)烘焙動力學(xué)及熱力學(xué)機(jī)理的研究。本論文是她加入工作室后的第二篇論文（第一篇：Energy, 2020, 201, 117648.）。工作室致力于生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的理論與應(yīng)用研究，在農(nóng)業(yè)工程、能源與燃料和化學(xué)工程等領(lǐng)域的期刊上發(fā)表SCI論文40余篇，總被引2300余次，其中3篇為ESI高被引論文。工作室十分注重對學(xué)生科研規(guī)范的引導(dǎo)，科研方法的訓(xùn)練，創(chuàng)新思維以及論文寫作能力的培養(yǎng)。
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論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360544220313979.
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“生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化”工作室
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