综述：生物质热解机制的全球科学计量与机理研究

这篇综述创新性地结合科学计量学与反应机理分析，系统梳理了1989-2024年生物质热解（Pyrolysis）研究进展。通过分析174篇文献，揭示了中国、美国和英国在纤维素（Cellulose）、半纤维素（Hemicellulose）和木质素（Lignin）热解机制研究中的主导地位，阐明了脱水（Dehydration）、解聚（Depolymerization）等关键反应路径对生物油（Bio-oil）、生物炭（Biochar）产物的调控规律，为可再生能源开发提供理论支撑。

　　

生物质热解机制的全球视野：从科学计量到分子路径

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   科学计量分析

   通过Scopus数据库对174篇文献的分析显示，生物质热解机制研究自1989年起步，2019年后呈现爆发式增长。中国以46%的论文占比（80篇）和3390次引用成为最大贡献者，美国（25篇/2422次引用）和英国（12篇/1064次引用）紧随其后。Chen Hanping和Yang Haiping以7篇高被引论文成为最具影响力学者，《Journal of Analytical and Applied Pyrolysis》以19篇发文量成为核心期刊。关键词共现分析识别出五大热点：热分解与TGA联用技术、共热解协同效应、催化热解产物调控、生物质组分化学转化、反应器设计优化。

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   热解机理深度解析

3.1 生物质组分特性

生物质可分为木质纤维素类（含37-50%纤维素、22-32%半纤维素、15-26%木质素）和水生类（含14-65%蛋白质、3-30%碳水化合物、1-51%脂质）。纤维素由β-(1,4)糖苷键连接的葡萄糖单元构成，热稳定性最高；半纤维素作为杂多糖，在180-350°C快速分解；木质素的苯丙烷三维结构使其需在200-800°C宽温区降解。

3.2 组分特异性热解路径

• 纤维素热解：300°C以下形成寡糖，400°C生成左旋葡聚糖（Levoglucosan），次级反应产生羟乙醛（Glycolaldehyde）和5-羟甲基糠醛（5-HMF）。

• 半纤维素热解：以木聚糖（Xylan）为模型化合物，250°C释放CO₂/CO，350-450°C生成糠醛（Furfural），600°C以上产生乙酸（Acetic acid）。

• 木质素热解：200-350°C产生愈创木酚（Guaiacol），500°C以上分解为酚类（Phenols）和甲醇（Methanol）。

• 水生生物质热解：蛋白质通过脱氨反应生成吡啶类氮化物，脂质经脱羧转化为烯烃，碳水化合物则脱水形成呋喃衍生物。

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   全球可持续发展影响

   热解技术通过将农业废弃物转化为生物炭（固碳潜力达60%）、生物油（热值达25 MJ/kg）等产品，直接支持SDG7（清洁能源）和SDG13（气候行动）。模块化反应器设计使该技术适用于发展中国家的小规模应用，但催化剂成本（如沸石Zeolite）和氮氧化物排放控制仍是产业化瓶颈。

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   未来研究方向

   亟待建立半纤维素/木质素热解的实时原位（in-situ）监测方法，开发针对藻类蛋白质的低温催化裂解策略。多数据库（Web of Science+Scopus）的文献计量整合将有助于绘制更完整的知识图谱。

这项研究通过交叉方法论，不仅量化了生物质热解领域的研究格局，更从分子层面揭示了组分特异性反应机制，为定向制备高附加值生物燃料提供了理论框架。