葡萄酒工业木质纤维素残渣共热解的协同效应与动力学：低碳经济下废弃物转化为生物燃料的范例

这篇研究通过热重分析(TGA)探讨了葡萄酒工业三种木质纤维素残渣（葡萄茎GS、红酒渣GPW、格拉巴酒渣GPG）共热解过程中的协同效应。研究发现三元混合物(GS+GPW+GPG)通过降低活化能(Ea 190.25-233.13 kJ·mol?1)和提升反应速率呈现正向协同，而二元混合物多呈负向协同。研究为农业废弃物能源化提供了动力学参数（指前因子A达1016-1020 min?1），并验证了共热解在实现循环经济与可持续有机废弃物管理中的潜力。

　　

Highlight

葡萄酒工业产生的木质纤维素废弃物通过共热解转化为生物燃料的协同效应与动力学研究，为低碳经济提供了典型案例。

材料与方法

图1展示了研究葡萄酒工业残渣共热解行为的实验流程。采用热重分析(TGA)评估三种原料（葡萄茎GS、红酒渣GPW、格拉巴酒渣GPG）的协同效应。GS主要为去梗过程中的茎枝，GPW来自红葡萄酒发酵后的皮渣，GPG则是蒸馏酒格拉巴生产的副产品。

表征分析

通过组分分析、工业分析、元素分析、堆积密度及高热值测定对三种原料进行理化表征（详见表2）。

组分分析显示，三种原料的半纤维素含量（GS 17.79 wt%、GPW 15.75 wt%、GPG 16.32 wt%）与纤维素含量（GS 32.11 wt%、GPW 28.43 wt%、GPG 30.89 wt%）均显著高于木质素（7.02-9.14 wt%），表明其适合热化学转化。工业分析证实三者具有高挥发分（68-74 wt%）和低灰分（3.5-5.2 wt%）特性，其中GPW因含更多葡萄籽而具有最高固定碳（22.1 wt%）。元素分析显示氧碳比(O/C)在0.48-0.52之间，与常见生物质燃料相当。堆积密度与高粱秸秆接近（120-150 kg·m^?3），而GPW因颗粒致密性呈现最高高热值（18.9 MJ·kg^?1）。

结论

本研究系统评估了葡萄酒工业三种木质纤维素原料及其混合物的共热解特性。动力学分析表明，三元混合物通过协同效应显著降低活化能屏障，而特定二元组合（如GS+GPG）在残余固体质量(W)、峰值温度(T_max)和分解速率方面呈现正向协同。研究成果为农业废弃物能源化提供了优化策略，并验证了共热解技术在推进循环经济中的实践价值。