热化学转化工艺是农林生物质废弃物高效转化应用的主要途径。其中，热裂解技术因其可获得高附加值化工原料以及液体燃料而备受关注。生物质热裂解动力学机理的研究可以帮助建立更加符合实际过程的热裂解反应子模型，借助计算流体力学模拟工具，并耦合质量守恒，运动和能量方程，进而指导生物质热裂解系统的设计、放大以及热裂解过程的优化。目前常用的生物质热裂解动力学机理解析方法如FWO和KAS方法有较大的系统误差，Friedman方法对实验数据噪声十分敏感。

本研究开发了新的改进Friedman等转化率动力学方法。该方法利用数值计算理论，用差商代替导数，推导出新等转化率动力学方法的方程，并进行了线性化处理，使计算更简便。

 

改进Friedman等转化率动力学方法原理

 

为检验新等转化率动力学方法的准确性和有效性，本研究对理论模拟过程数据进行处理，并与其它等转化率动力学方法比较。结果表明，相比FWO、KAS和Friedman方法，新方法能更准确地求解动力学参数，且能有效减少数据噪声对求解结果的影响。

 

利用理论模拟数据验证改进Friedman等转化率动力学方法

 

本研究利用新开发的改进Friedman等转化率动力学方法解析两种生物质的热裂解动力学机理，得到相应热裂解动力学结果。

 

利用改进Friedman等转化率动力学方法解析生物质热裂解动力学机理

 

上述研究成果于2020年3月在线发表于美国化学会旗下能源与燃料领域重要期刊Energy & Fuels上，题名为：Insight into Pyrolysis Kinetics of Lignocellulosic Biomass: Isoconversional Kinetic Analysis by Modified Friedman Method。 上海交通大学农业与生物学院资源与环境系本科生罗来鹏为第一作者，蔡均猛老师为通讯作者。合作者包括东莞理工学院郭晓娟老师，上海交通大学博士生张震，柴美云和毕业硕士Md. Maksudur Rahman，以及上海理工大学张兴光老师。论文成果是蔡均猛老师研究团队于2018年发表在Renewable & Sustainable Energy Reviews上题名为“Processing thermogravimetric analysis data for isoconversional kinetic analysis of lignocellulosic biomass pyrolysis: Case study of corn stalk”（ESI高被引论文）论文研究工作的延伸和扩展。

 

ESI高被引截图

 

本论文是蔡均猛老师领衔的“生物质热化学转化”学生科技创新工作室于2019年获上海交通大学批准立项之后的又一成果。工作室致力于生物质热化学转化的理论探索与应用开发研究，也注重培养和激发学生的科研创造力。

 

论文的图形摘要

 

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.energyfuels.0c00275