近日，上海交通大学农业与生物学院生物质热化学转化工作室在热力学领域Top期刊Energy Conversion and Management（2021影响因子：9.709）发表题为“Exploring kinetic mechanisms of biomass pyrolysis using generalized logistic mixture model”的研究论文，探究广义logistic混合模型（Generalized Logistic Mixture Model，下简称GLMM）解析生物质热解重叠过程的适用性，为生物质热解机理解析提供新思路。

图1. 论文发表截图

 

生物质热解是指在无氧或者少氧条件下加热生物质，使其转化为生物油、热解炭和热解合成气的一种热化学转化方式。生物质热解动力学是探究生物质热解机理、模拟及优化生物质热解过程的基础。由于组成及热解反应的复杂性，生物质的热解过程呈现多过程重叠现象，如何分离及分析生物质热解过程中的子过程是一个学界难点。

论文提出采用GLMM解析生物质热解动力学过程。模型方程如下：

论文给出了GLMM的理论分析，包括模型参数的物理意义、敏感性与优化求解，以及模型的化学动力学解释。理论研究结果可以为GLMM解析生物质热解动力学过程提供理论支撑。

图2. GLMM参数敏感性分析结果

 

论文对理论模拟数据及生物质（未处理及酸处理的玉米秸秆及棉杆）热解动力学实验数据进行拟合分析。结果表明：GLMM拟合精度高，能有效分离生物质热解重叠过程，且每个分离出的子过程与生物质伪组分的分解过程相吻合；GLMM具有平滑实验数据的功能，能有效降低数据噪声对计算结果的影响；通过优化计算得到模型参数数值的变化趋势，可进一步探究酸处理对生物质热解的影响机制。

图3. GLMM对模拟平行过程分析结果

图4. GLMM对未处理及酸处理玉米秸秆热解过程分析结果

图5. GLMM对未处理及酸处理棉杆热解过程分析结果

 

上海交通大学“生物质热化学转化”工作室硕士生邹剑锋为本文第一作者，工作室责任老师蔡均猛为通讯作者。上海交通大学农业与生物学院硕士生胡杭丽，博士生李冲、李英凯和Dominic Yellezuome，上海交通大学中英低碳学院薛渊老师，山东理工大学何芳老师，上海理工大学张兴光老师和澳大利亚Curtin University博士生Md. Maksudur Ra​​hman参与了研究工作。

图6. 论文图形摘要

 

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0196890422003181