沙棘枝条生物质多组分热解动力学与热力学特性及其生物能源潜力研究

为评估沙棘枝条(SBB)作为生物能源原料的潜力，研究人员通过热重分析耦合Fraser-Suzuki解卷积技术，解析其多组分热解动力学与热力学特性。研究发现SBB包含PS-HC(157.70 kJ/mol)、PS-CL(182.53 kJ/mol)和PS-LG(228.87 kJ/mol)三种伪组分，产物以C16 -C28 烷烃为主，ΔH与ΔG值显示能量壁垒较高。该研究为生物质热解反应器设计及工艺优化提供了理论依据。

　　

随着化石能源导致的环境问题日益严峻，生物质作为碳中性可再生能源备受关注。全球每年产生约1500亿吨生物质，中国2020年生物质资源量达35亿吨，相当于4.6亿吨标准煤。然而，生物质复杂组分导致其热解行为差异显著，制约了工业化应用。沙棘（Hippophae rhamnoides L.）作为耐逆性强的经济作物，修剪枝条的规模化利用尚未系统研究。

为评估沙棘枝条(SBB)的生物能源潜力，浙江农林大学联合国内外团队在《Renewable Energy》发表研究，采用热重分析(TGA)耦合Fraser-Suzuki解卷积、Py-GC/MS等技术，系统分析了SBB的多组分热解特性。研究发现SBB具有高挥发分(V_ad
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=3.44)和显著C-H/C=O振动峰；通过解卷积识别出PS-HC(283-305°C)、PS-CL(344-366°C)、PS-LG(400-422°C)三种伪组分，其活化能依次递增；产物中C₁₆
-C₂₈
烷烃占比达81.21%，热力学参数ΔH(152.59-224.43 kJ/mol)和ΔG(157.47-190.47 kJ/mol)显示转化过程非自发性。该研究为生物质热解机理认知和反应器设计提供了新见解。

关键实验技术

1. 采用Fraser-Suzuki函数解卷积DTG曲线，分离伪组分
2. 四种等转化率法（KAS、FWO等）计算活化能
3. TG-FTIR联用分析气态产物官能团
4. Py-GC/MS鉴定热解产物组成
5. 主图法确定反应级数模型

Raw material
采自内蒙古商业沙棘种植园的SBB样本，经风干、粉碎后过100目筛，参照NREL标准测定葡聚糖(25.13%)、木聚糖(13.98%)和木质素(45.04%)含量，其组分特征介于农业秸秆与木材之间。

Biomass characterization
SBB表现出典型木质纤维素特征，H/C(1.45)和O/C(0.67)比值表明其适合热化学转化。FTIR显示2920 cm^-1
处强C-H伸缩振动和1700 cm^-1
处C=O振动，与Py-GC/MS检测到的烷烃/酸类产物相符。

Conclusion
研究证实SBB是具有潜力的生物能源原料，其多组分热解特性差异显著：PS-LG需最高活化能(228.87 kJ/mol)，反应遵循4级动力学模型；而PS-HC(3级模型)和PS-CL(1级模型)更易分解。热力学参数揭示转化过程需外部能量输入，这对工业化热解设备的热量管理具有指导意义。

该研究首次系统阐明了SBB的多组分热解机制，为荒漠地区生物质资源高值化利用提供了科学依据。未来研究可聚焦伪组分交互作用及催化剂对反应路径的影响，以进一步提升生物能源转化效率。