《Next Materials》：Production and optimization of bio-briquettes from tea twig waste (Camellia sinensis) through pyrolysis and response surface methodology (RSM)
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本研究将实验设计（DoE）与响应面法（RSM）相结合，对茶枝废弃物（Camellia sinensis）的生物型煤制备工艺进行了优化。研究人员考察了生物炭粒径、达玛树脂粘结剂浓度及成型后废食用油浸渍时间三个自变量，并以水分含量、灰分含量、挥发分、固定碳、热值及
本研究将实验设计（DoE）与响应面法（RSM）相结合，对茶枝废弃物（Camellia sinensis）的生物型煤制备工艺进行了优化。研究人员考察了生物炭粒径、达玛树脂粘结剂浓度及成型后废食用油浸渍时间三个自变量，并以水分含量、灰分含量、挥发分、固定碳、热值及抗压强度作为响应指标。模型预测的最佳工艺条件为：生物炭粒径520?μm、达玛树脂浓度20%、油浸渍时间3?min。在此条件下进行验证实验，所得生物型煤的水分含量为3.14%，灰分为3.68%，挥发分为13.23%，固定碳为79.95%，热值为8422.66?cal/g，抗压强度为11.24?N/cm2。结果表明，该优化工艺生产的生物型煤符合印度尼西亚国家标准SNI 01–6235–2000及日本质量标准的相关要求，证实其作为一种由茶园残留物转化的高附加值固体燃料具有良好的应用潜力。
该研究发表于《Next Materials》，针对茶园修剪产生的大量木质纤维素类枝条废弃物利用率低的问题，提出将其转化为高热值固体燃料的生物型煤工艺，以减少农业残留物堆积、提升资源利用效率并支持可再生能源替代。研究人员采用固定床热解技术，将茶枝转化为富碳生物炭，并结合天然达玛树脂作为粘结剂，以及废食用油浸渍处理，以提升燃料疏水性与能量密度。通过Box-Behnken实验设计（BBD）与响应面法（RSM）对工艺参数进行优化，并对产物的工业分析、热值与力学性能进行全面表征。结果显示，优化条件下制备的生物型煤在水分、灰分、挥发分、固定碳、热值及抗压强度方面均达到或超过相关国家与国际标准，验证了工艺的可行性与稳定性。研究进一步指出，废食用油浸渍时间在提升热值与固定碳的同时会降低抗压强度，因此需在性能间取得平衡。该方法不仅为茶园废弃物的高值化利用提供了技术路径，也为类似农业生物质燃料的开发提供了可借鉴的优化框架。
关键技术方法包括：茶枝废弃物采自印度尼西亚茶叶与金鸡纳研究所，经筛选、破碎、干燥后进行固定床热解；采用Box-Behnken设计（BBD）与响应面法（RSM）优化生物型煤配方；通过工业分析与热值测定评估燃料特性，并测试抗压强度以评价机械性能。
研究结果如下：
3.1 原料与茶枝生物炭初步分析
热解显著降低了茶枝的水分与挥发分，提升了固定碳和热值，表明热解有效增加了燃料的碳密度。
3.2 生物型煤配方与成型的多元回归分析
所有响应指标的二次模型均显著（p<0.05），且缺乏拟合不显著，模型拟合度高（R20.9942–0.9993），可用于预测与优化。
3.2.1 残差正态概率图
除抗压强度存在个别离群点外，其余指标残差均呈正态分布，模型适用性良好。
3.2.2 残差随运行顺序变化图
残差随机分布，无系统性趋势，验证了模型的独立误差假设。
3.2.3 系数估计与单因素效应
废食用油浸渍时间对多数响应影响最大，长浸渍时间降低水分、灰分、挥发分与抗压强度，但提高固定碳和热值；达玛树脂浓度增加可提升抗压强度，但会降低固定碳比例；生物炭粒径的影响相对较小，但对机械结构与堆积密度有重要作用。
3.2.4 三维响应面图
油浸渍时间与其它因素的相互作用较显著，粒径与粘结剂浓度的交互作用较弱，表明油浸渍时间是平衡燃料性能的关键变量。
3.3 最佳条件与模型预测
最佳条件为生物炭粒径520?μm、达玛树脂浓度20%、油浸渍时间3?min，综合期望值为0.670。
3.4 模型验证与精度分析
验证实验结果与模型预测吻合良好，除灰分预测偏差较大外，其余指标均在可接受范围内，表明模型对主要燃料性能指标具有可靠预测能力。
3.5 实际意义、局限性与可扩展性
优化后的生物型煤热值高于印尼标准要求，具备在茶园周边推广的潜力，但仍需进一步评估连续生产、溶剂回收、燃烧行为与环境影响，建议开展生命周期评价与技术经济分析。
结论
研究表明，通过控制热解、达玛树脂粘结及废食用油浸渍，可将茶枝废弃物转化为高热值、符合标准的生物型煤。优化工艺参数为粒径520?μm、树脂浓度20%、浸渍时间3?min，产物各项指标均达到或超过SNI 01–6235–2000要求，为农业废弃物的能源化利用提供了可行方案。
