CRC丨【西安交通大学杨伯伦、吴志强课题组】小球藻及其有机组分的化学链气化特性和动力学行为
研 究 背 景
作为分布广泛、储量丰富的绿色可再生能源，生物质的开发利用对于缓解化石能源危机，减少温室气体排放，以及实现“双碳目标”具有重要意义。藻类生物质具备CO2固定率高、生长周期短和不占用耕地等优势，适合用于能源转化。与其他热化学转化方式相比，化学链气化（Chemical looping gasification）是将生物质转化为合成气的有效途径之一，通过载氧体在两个反应器间的循环为燃料气化提供晶格氧及热量，避免了富氧气体的制备并实现能量梯级利用。目前关于藻类化学链气化的研究主要集中在高性能载氧体的设计与制备。但藻类种类繁多，组成差异大，通过全组分分析很难获得普遍结论，难以指导实际生产。通过对藻类主要组分进行分析可以明确各主要组分在藻类化学链气化中的行为，有助于得到普遍结论，指导后续藻类化学链气化中的原料选择。
作者在团队前期从生物质组分视角出发，研究了木质纤维及藻类生物质主要有机组分的热解/化学链气化等热化学转化行为，探究了产物分布以及反应动力学，发现不同组分的热化学转化过程差异较大[Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2021, 156:105179; Energy & Fuels, 2020, 34(9):10968-10979; Fuel Processing Technology, 2019,193: 361-371; Fuel, 2019, 236:43-54(ESI高被引); Bioresoure Technology, 2018,268:672-676; Energy Conversion and Management, 2017, 135:212-225(ESI高被引)]。
为探究不同组分对藻类整体气化过程的影响，本文通过对小球藻及其有机组分进行研究，探究了小球藻主要组分，模拟小球藻及真实小球藻的化学链气化行为，气相产物分布以及化学链气化动力学，确定了不同组分在不同评价指标下的最优反应条件，明确了气相产物形成机理和难易程度。本研究进一步通比小球藻主要组分与模拟小球藻的实验结果，确定了小球藻各主要组分对化学链气化过程的影响。通过模拟小球藻与真实小球藻的实验结果对比，探究了小球藻中其他组分在化学链气化过程中的作用。
研究结果及意义
研究结果表明：通过热重-质谱联用实验结果分析，模拟小球藻在化学链气化中的失重行为与真实小球藻不同，载氧体的加入抑制了模拟小球藻在较低温度下的分解，同时促进了其在高温下的分解。而化学链转化特性参数表明，当载氧体为10 wt%时，作为小球藻主要组分的中链甘油三酯更容易在气化过程中产生挥发性产物。载氧体含量对于气相产物的影响还体现在当载氧体含量为10 wt%时，真实小球藻的气相产物低位热值相较于其他含量最高，达到了8.13 MJ/m-3，而当载氧体含量为30 wt%时，中链甘油三酯的气相产物的低位热值达到最大值，为8.83 MJ/m-3。动力学分析结果表明，当载氧体质量分数为30 wt%时，中链甘油三酯的化学链气化反应表观活化能为89.54 kJ·mol-1，比其热解反应的表观活化能低50%。而当Fe2O3的质量分数为50 wt%时，模拟小球藻的气化反应表观活化能与其他载氧体含量相比达到最小值。本研究明确了藻类主要组分在气化过程中的行为以及不同组分对藻类气化的影响，对于后续藻类化学链气化中的原料选择和反应器设计优化具有一定的指导意义。
文章题目
Chemical looping gasification characteristics and kinetic analysis of Chlorella and its organic components
研究团队
SongWu, Bo Zhang, Bolun Yang, Jianxuan Shang, Hongzhi Zhang, Wei Guo, Zhiqiang Wu*
团队介绍
西安交通大学工业催化所由国务院政府特殊津贴专家杨伯伦教授于2015年1月发起成立，并任首任所长，现任所长为国家重点研发计划项目首席科学家，国家级高层次青年人才杨贵东教授。工业催化所现有教授4人，特聘研究员3人，副教授5人，助理教授4人。工业催化研究所形成包括理论与计算催化、催化新材料设计以及催化反应工程等特色研究方向，近五年培养国家级/省部级人才计划入选者10人次。在国家重点研发计划、国家自然科学基金委重点项目等支持下，团队成员围绕变革性合成氨技术开发、新型化学链重整体系设计以及二氧化碳高值转化等科学前沿与国家重大需求，在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., AIChE J., ACS Catal., Appl. Catal. B-Environ.等高水平期刊发表多篇论文，产出系列原创性成果。
通讯作者
吴志强
西安交通大学化学工程与技术学院副教授，博导，院长助理
研 究 领 域
主要从事生物质化学链转化、煤炭原位热解、空气中直接碳补集与利用方面的教学和研究工作。
社 会 任 职
中加生物能源中心成员
中国化工学会工程热化学专委会青年委员
陕西省煤炭标准化技术委员会委员
International Journal of Coal Science & Technology副主编
《煤化工》编委
《洁净煤技术》青年编委
《燃料化学学报》科学编辑
学术荣誉与奖项
以第一/通讯作者发表SCI论文三十余篇
六篇一作论文入选ESI高被引论文
陕西省高校科协青年人才托举计划
王宽诚青年学者
授权国家发明专利三十余件
主持/完成国家自然科学基金面上项目、青年项目、重点研发计划子课题、陕西省自然科学基金联合基金等多项课题
文章路径
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期 刊 介 绍
Carbon Resources Conversion (CRC) 是一本专注于碳资源转换的国际学术期刊。
沈阳化工大学校长许光文教授和希腊雅典农业大学食品科学与人类营养学系Seraphim Papanikolaou教授担任主编。
期刊自2018年创刊以来，致力于推广碳资源基础研究和工业发展方向的优质学术文章，主要发表包括化石资源、生物质、有机废弃物、碳基平台化合物等各种碳资源清洁、高效、增值、低碳利用相关的基础研究和工业开发成果。期刊编委成员包括来自中国、美国、英国、法国、日本、韩国等多个国家的知名学者。
目前，
期刊入选2021年中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目
2022年CiteScore高达9.7, 位列所在学科的前10%
同时被EI Compendex、DOAJ、INSPEC、Scopus等重要数据库收录。
主 编 介 绍
主编：许光文 教授，博士生导师
沈阳化工大学学科开创人之一
资源与化工教育部重点实验室主任、校长
学术成就及荣誉：
在Applied Catalysis B、AIChE J.、Chem. Eng. J.、Chem. Eng. Sci.、Applied Energy、Environ. Sci. Technol.、Bioresource Technol.，以及《中国科学》《化工学报》等期刊发表论文400余篇
中科院“百人计划”入选者
“十三五”国家重点研发计划煤炭清洁利用与先进节能技术重点专项总体专家组专家
国家973计划项目首席科学家
“十二五”国家863计划先进能源技术领域洁净煤技术主题专家组专家
首批国家黄大年式教师团队
主编：
Seraphim Papanikolaou 教授
微生物技术领域专家
希腊雅典农业大学食品科学与人类营养学系
主要研究领域：
发酵生物技术
农业工业废弃物和残留物的生物技术定量化
由酵母、真菌和细菌合成的微生物代谢化合物的生产
学术成就：
发表同行评议文章200篇
会议文章140余篇
完成专著章节11篇
为超过120本学术期刊审稿
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