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为解决能源与环境问题，寻找替代化石燃料的材料，研究人员开展纤维素纤维在慢热解下热转化的研究。通过多种方法测定动力学参数，发现慢热解能提高生物基碳化纤维产率。该研究对生物基碳纤维工业化有重要意义。
在当今世界，能源与环境问题日益严峻，温室气体排放不断增加，全球气候变暖加剧，石油资源也逐渐走向枯竭。这一系列困境就像一道道枷锁，紧紧束缚着人类社会的可持续发展。为了挣脱这些束缚，科研人员纷纷将目光投向可再生资源，试图从中找到新的希望。纤维素，作为地球上最丰富的有机聚合物，存在于木质纤维素生物质中，自然成为了研究的热点。它不仅有望替代传统材料，用于增强聚合物基质制备生物复合材料，从而减轻车辆重量、降低油耗，还能作为合成气的创新碳源，转化为绿色氢气或合成燃料。
在众多处理纤维素的方法中，热解脱颖而出，成为科研人员重点关注的对象。热解能够更好地控制产物的选择性，满足不同终端用户的需求。然而，纤维素热解过程中涉及的反应机制、动力学和热力学参数等，却如同隐藏在迷雾中的谜题，亟待解开。若不能深入了解这些内容，就无法有效利用纤维素热解技术，更难以实现其工业化应用。
在此背景下，来自国外（Icam School of Engineering、IMT Atlantique 相关人员参与研究）的研究人员勇敢地踏上了探索之旅，开展了关于纤维素纤维在慢热解条件下热转化的研究。他们的研究成果发表在《Bioresource Technology Reports》上，为该领域带来了新的曙光。
研究人员采用了多种关键技术方法。热重分析（TGA）是研究的核心技术之一，通过它来获取热降解的实验数据，进而确定动力学参数。同时，研究人员还运用了气相色谱、质谱以及傅里叶变换红外分析（FTIR）等技术，用于鉴定纤维素纤维热分解过程中的化学物种，表征热解过程中样品的变化以及碳纤维的形成情况，并评估碳纤维的质量产率 。
在研究结果方面：
- 动力学参数：研究人员利用热重分析结果，通过 Flynn-Wall-Ozawa 方法（FWO）、Kissinger-Akahira-Sunose（KAS）、Friedman、Kissinger 等无模型方法，以及 Coats-Redfern（CR）模型拟合方法来确定动力学参数。结果显示，随着加热速率的增加，对应最大转化率（DTG 曲线的最高峰）的温度也随之升高。通过 FWO 和 Coats-Redfern 的组合无模型方法得出，纤维素纤维热分解的活化能（Ea）约为 205 kJ/mol，指前因子（A）约为2.4×10+20 s?1 。KAS、Friedman 和 DAEM 得出的活化能值与 FWO 模型评估的结果相近，而 Kissinger 模型得出的值则存在差异。
- 热降解反应机制：研究人员运用 Coats-Redfern 方法，成功识别出了纤维素纤维热降解的反应机制，这为深入理解热解过程提供了关键线索。
- 碳化纤维产率：生物基碳化纤维的产率与加热速率密切相关。较低的加热速率有利于提高产率，当加热速率从 5 °C/min 降低到 1.5 °C/min 时，产率从 15.5% 提升至 19%。这一发现为优化热解工艺、提高碳化纤维产量提供了重要依据。
- 挥发性物质和轻质气体的演变：借助质谱、气相色谱结合傅里叶变换红外光谱技术，研究人员对热解过程中显著的挥发性物质和轻质气体的演变进行了评估，进一步揭示了热解过程中的化学变化。
综合研究结论和讨论部分，这项研究意义重大。一方面，确定的动力学参数和热降解反应机制，加深了人们对纤维素纤维热解过程的理解，为建立相关热解模型、优化热解工艺提供了坚实的理论基础。另一方面，发现加热速率对碳化纤维产率的影响，为工业生产中提高生物基碳化纤维的产量指明了方向。此外，对挥发性物质和轻质气体演变的研究，有助于更全面地了解热解产物，为后续的产物利用和处理提供了参考。总之，该研究为生物基碳纤维的进一步研究和工业化应用奠定了基础，有望推动相关产业朝着绿色、可持续的方向发展，为解决能源和环境问题贡献力量。
