云南作为我国烟草种植和生产的重要基地，每年产生大量烟草废弃物（如烟秆、烟叶残渣、烟末、低等级烟叶等）。这些废弃物的处理和资源化利用，既是环境挑战，也蕴含经济机遇。近日，国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》 （IF = 13.2）在线发表了云南师范大学能源与环境科学学院清洁能源热利用及装备开发团队资文华教授级高工最新研究成果“Dielectric response and pyrolysis mechanisms during biomass microwave pyrolysis: Intrinsic coupling among heat/mass transfer, microstructural evolution, and microwave energy conversion”论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.171890，论文第一作者为范兴，通讯作者为资文华教授级高工。
2025年6月，国际知名期刊《Results in Engineering》（IF = 7.9）也在线发表了云南师范大学能源与环境科学学院资文华教授级高工最新研究成果“Novel insights into the kinetics, bio-based chemicals and mechanisms for tobacco industry waste pyrolysis”论文链接：https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.105377，论文第一作者为范兴，通讯作者为资文华教授级高工。
生物质是唯一含碳可再生资源，将其高效转化制备燃料或材料是实现“双碳”目标的重要支撑。生物质微波热解具有反应速率快、易于控制、无污染等优点，但热解过程存在加热不均匀、能量利用率低等问题，核心挑战是生物质微波热解多物理场耦合机理及能量高效转化、调控机制尚不明晰。
课题组基于生物质在微波热解过程中存在加热不均匀和能量利用率低等问题。深入研究生物质在微波热解过程中的介电损耗机制和热解机理，能有效提高微波能的利用率和产品品质。本研究分析了热解温度，微波功率密度，样品高度及物料的水分含量对生物质在微波热解过程中的温升特性，并通过THz‑TDS, 2D-FTIR-cos 等手段表征热解产物的微观结构，最后利用THz‑TDS和 Debye弛豫模型预测微波介电特性，并通过谐振腔微扰法验证准确性。研究结果表明，低温主要脱挥发分，中温促进缩聚反应，高温促进石墨微晶生长。放置位置、功率密度、含水率分别为5 -10cm、47-93 W/g、20-30 wt%时，有利于生物炭的石墨化孔隙结构发育。物料水分为20 wt%时，损耗正切角达到最大值0.17(2450MHz），有效提高了微波吸收特性和加热效率。二维红外相关光谱揭示生物炭表面官能团响应顺序为： O–H→C=O→C–O–C→C–H→芳香C=C。响应顺序清晰地反映了微波热解机制的本质特征，即“先脱水与脱氧，后缩合与芳香化”。通过THz‑TDS光谱和 Debye弛豫模型外推微波介电参数。在微波作用下，生物质的微波介电响应机制主要依赖界面极化、偶极极化与离子极化的协同响应。宏观上呈现体积加热，微观上为热点集热，最终实现升温速率、加热均匀性与热解选择性的同步提升。
同时，通过热重分析、高斯拟合和热解－气质联用技术，明确了烟草废弃物的热解动力学与产物特性。烟草废弃物热解分为水分蒸发、脱挥发和炭化三个阶段，烟梗和烟叶的表观活化能随转化率增大逐渐增大，而再造烟叶的表观活化能随转化率的增大先增大后减小。平均表观活化能表现为：再造烟叶（207.18 kJ/mol）≈ 烟梗（206.58 kJ/mol）烟叶（172.28 kJ/mol），热解过程遵循扩散、几何收缩与反应级数相结合的多步机制。烟草废弃物的热解主要产生含氮化合物、呋喃类、醇类和酮类，可制备糠醛、尼古丁等高值化学品，为烟草废弃物资源化与生物炼制技术发展提供了重要理论支撑。
据悉，范兴同学在导师资文华教授高工的悉心指导下，曾以第一作者身份在《Energy Conversion and Management》（IF=10.9）《Energy》（IF=9.4）上发表了生物质微波热解资源化系列成果。上述成果的取得，标志着学院在研究生人才培养和实现“双碳”目标方面的重要进展。
相关研究得到了国家自然科学基金（32460453, 32060416）和云南省兴滇人才支撑计划—产业创新人才（YNWR-CYJS-2020-041）的资助。
（能源与环境科学学院 供稿）
