CO₂能源化利用面临的主要问题是能耗问题和氢源问题。光电催化实现CO₂的能源化利用的核心为利用光催化剂的催化活性，光激发条件下产生光电子，减少外界能量输入，同时利用电催化活性提高CO₂还原产物的选择性和可控性。文章主要从光电催化的优势、反应机理、研究现状、催化剂、最新研究成果等方面综述了光电催化CO₂能源化利用的研究进展。具体阐述了光电催化体系的组成、CO₂的电子还原过程及目前存在的问题，重点探讨了光电体系的电极材料组成、电解液组分以及常见的光电催化剂类型对整个光电催化体系催化性能的影响。此外，指出了当前光电催化CO₂能源化利用方面存在的不足：转化效率低、产物选择性差等。并对光电催化实现CO₂能源化利用的研究重点，即高效光电催化剂的开发、催化过程动力学反应机理进行了展望。

低碳烯烃/烷烃的高效分离是石油化工领域可持续发展的关键过程之一，传统的低温精馏过程选择性低、能耗大。离子液体作为一种结构可调的绿色溶剂为低碳烃的高效分离提供了新的思路。本文综述了近年来国内外离子液体在低碳烯烃/烷烃分离中的研究进展，总结了常规离子液体、功能化离子液体以及含过渡金属的离子液体在低碳烯烃/烷烃分离中的应用，阐明了离子液体中阴阳离子、功能化基团、过渡金属与低碳烯烃相互作用的机理，着重介绍了合成金属功能化离子液体、添加金属盐、添加金属纳米粒子3种向离子液体中引入过渡金属方式的特点以及过渡金属的种类、比例，有机配体的类型对离子液体烯烃/烷烃分离性能的影响，并探讨了该方向的研究和发展趋势。

目前对卧螺离心机内部流场的数值模拟大多采用传统欧拉模型，考虑其内部伴有盐析等固相粒子微观行为过程的研究少有报道。本文应用计算流体力学软件Fluent，基于群体平衡模型与多相流Eulerian模型、RNG k-ε模型耦合方法，对卧螺离心机内部盐析两相流场进行三维数值模拟，通过仿真与实验相结合的方式，得到卧螺离心机内盐析流场的晶体颗粒粒径分布、组分数分布和浓度分布及其变化规律，初步揭示了卧螺离心机内伴有盐析的流场晶体颗粒分布特性。研究结果表明：卧螺离心机内盐析晶体粒径的分布随液环半径的增大而增大，螺旋叶片正壁面粒径明显较背面大，从排液端至排渣端的晶体粒径分布有整体逐渐变大的轴向粒径梯度；流道内晶体粒径随转鼓转速的增大而减小，随进口固相体积分数的增大而增大；大粒径晶体的组分数在液环外侧及螺旋叶片正面附近相对较大，而中、小粒径晶体组分数的分布规律则与之相反；盐析颗粒浓度在液环外侧较高且分布均匀，且随转鼓转速的提高而提高，PBM模型与Euler模型计算结果有一定的相似与差异。

传统卧轮式分级机内流场分布比较混乱，分级精度普遍不高。本文基于对分级机内气流运动规律的分析，将传统切向进风方式调整为径向进风，分别设计了百叶窗型和多孔型风筛，试验对比了传统切流风筛和上述两种径向进风方式对分级效果的影响。结果表明，径向进风方式对分级流场形成和细颗粒淘洗更有利，不仅可以提高分级机的粗粉产率，同时还可降低粗组分中的细粉夹带量，提高粗、细颗粒分离的程度，改善颗粒分级效果；百叶窗型风筛分级机的分级效果最优，气流经百叶窗风筛可对粗组分进行多层、充分扬析，减少细颗粒误入粗产品的概率，牛顿分级效率较传统切流风筛分级机平均提高约6%；此外，入口气速也对分级精度有较大的影响，但对分级粒径的影响不明显，存在临界入口气速使得综合分级效果最好。为提升涡轮分级机的颗粒分级性能提供了新思路。

针对N,N-二甲基乙酰胺（DMAC）水溶液回收，研究和开发了以离子液体（IL）为萃取剂的萃取-精馏技术。通过COSMO-RS对384种IL组合在无限稀释条件下对DMAC的溶解能力C进行量化预测，优化获得了潜在的1-丁基-3-甲基咪唑三(五氟乙基)三氟磷酸[BMIm]FEP萃取剂。计算了[BMIm]FEP-DMAC-H₂O三元体系的液液相平衡数据，并通过NRTL方程拟合获得了二元交互参数，设计了萃取流程。研究结果表明：在DMAC初始含量为10%、[BMIm]FEP/DMAC水溶液质量比为2∶1、萃取塔理论板为20块时，可以回收水溶液中99.5%的DMAC。为进一步评价[BMIm]FEP作为萃取剂的可行性，对工艺进行了能耗计算，同时对比了纯精馏工艺和以氯仿为萃取剂的萃取-精馏工艺，结果表明，以[BMIm]FEP为萃取剂的萃取-精馏工艺更为节能，分别较前两者工艺节能90%和50%以上，在处理低浓度DMAC水溶液时，具有明显的优势。

臭氧催化氧化法是一种高效的污水处理技术，是目前污水高级处理的主要手段之一。传统的建模方法无法研究反应器内污水浓度的时空分布和操作条件对反应器的影响，本研究利用计算流体力学（CFD），耦合多孔介质流动与传质和化学反应动力学多物理场模型，研究臭氧催化氧化过程中目标污染物浓度随时间和空间的分布情况，计算结果与实验结果有良好的一致性。进一步研究臭氧浓度和流量、循环水流量、催化剂层高度、催化剂颗粒大小等对臭氧催化氧化处理废水效率的影响，评估出最优的实验方案。结果表明，在不改变当前反应器主体结构的情况下，最优的操作条件是：臭氧浓度30～40mg/L，臭氧进口流量40～60mL/min，循环水量200～250mL/min，催化剂层填充高度600～800mm，催化剂颗粒半径大小为2mm。该研究有助于理解、设计和优化污水处理反应器。

提出了一种基于自由摆动方柱提高微流体通道内传热传质效率的新方法。基于有限体积法并结合动网格技术，对微通道内液体流经自由摆动方柱（有旋转自由度、无平移自由度）时产生的扰流及强化传热传质现象进行了数值研究。研究显示，在低雷诺数（Re=10）下，自由摆动方柱几乎无运动，其对流动和传热传质的影响同固定方柱类似；随着雷诺数的增加，自由摆动方柱在流场作用下会自发产生周期性摆动，并在较低雷诺数（Re=50）下提前促使其后方产生交替性的涡脱落现象；随着雷诺数进一步增加（Re=100），方柱的自由摆动及其后方的涡街结构均显著增强。与同Re数下的固定方柱相比，自由摆动方柱能够更显著地扰动微通道内原有的泊肃叶流场，破坏通道内壁面处热边界层，提高其传热效率；同时通道内液体的横向流动可有效促进溶质混合，强化传质进程。当Re=100时，自由摆动方柱微通道内的平均换热努塞尔数Nu较固定方柱和无方柱时分别提高了17.5%和29.6%；同时，出口截面混合效率可较固定方柱和无方柱时分别提高了70.5%和65500%。

利用ANSYS-Fluent 17.0软件对有、无导风叶片两种结构的涡流空气分级机内流场进行数值模拟和对比分析，研究了导风叶片对涡流空气分级机内流场的影响。数值模拟结果表明：导风叶片降低了转笼外缘处气流切向速度，从而影响转笼通道内旋涡的分布情况，使有、无导风叶片两种结构的稳定工况不同；导风叶片减小了转笼外缘处气流径向速度的波动和湍流耗散率，此处流场分布相对均匀，有利于提高分级精度；此外，导风叶片在导流过程中，改变了环形区速度场的分布，气流切向速度减小，径向速度增大，径向速度的增大使其分级粒径增大。碳酸钙物料分级实验结果表明：具有导风叶片结构的涡流空气分级机分级粒径较大，分级精度较高；导风叶片处较大的湍流耗散率有助于粉体分散，明显减弱“鱼钩效应”现象。

部分硝化-厌氧氨氧化工艺可用于高氨氮废水的经济高效处理，部分硝化是实现该工艺启动和稳定运行的前提。研究构建了连续流的内循环接触氧化型膜生物反应器（ICCOMBR），对其部分硝化的启动和稳定运行特性进行了研究。结果表明：以普通絮状活性污泥接种，在30℃、氮负荷0.25kg/(m³·d)、溶解氧（DO）2.0～2.5mg/L条件下，18d内成功启动了系统的部分硝化，氨氮去除率（ARE）和亚硝态氮积累率（NAR）分别达到99.16%和84.55%，容积亚硝化速率可达0.126gNO₂-N/(L·d)，同时容积硝化速率下降到0.031gNO₃-N/(L·d)。系统的亚硝化率与碱度消耗量呈现良好的线性相关性。部分硝化启动完成后，将氨氮负荷降低为0.1kg/(m³·d)，部分硝化功能迅速被破坏，通过降低曝气量将DO从2.0～2.5mg/L降低为1.0mg/L，在6d时间内硝化率从71.4%下降到11.1%，ARE和NAR分别达到98.87%和83.65%，部分硝化性能成功恢复。经过57d的运行，系统内的污泥生物量从接种时的1.85gVSS/L增长为3.47gVSS/L。

煤直接液化技术是缓解石油供需矛盾、实现煤炭清洁高效利用的重要技术途径之一，油煤浆的黏温特性对其配制、输送、加压、预热及反应性能具有重要影响。本文从油煤浆黏温特性的变化规律、研究方法、变化机理、影响因素等方面的研究进展进行了综述。在升温过程中，油煤浆流变特性表现为非牛顿流体，具有剪切稀化特性；高温高压下黏度测定方法主要有4种；分析黏温特性变化机理：煤浆制备和升温阶段黏度变化主要由溶胀作用导致，高温阶段主要由煤裂解产生沥青质（尤其是前沥青烯）导致；从溶剂、煤的性质（煤阶、显微组分及粒径分布）、剪切速率、油煤浆浓度、催化剂和氢分压等方面分析了油煤浆黏温特性的影响因素。最后指出了未来油煤浆黏温特性的研究方向，为我国煤直接液化技术的进一步发展提供参考。

表面活性素（surfactin）是一类由革兰氏阳性的枯草芽孢杆菌产生的脂肽（lipopeptide）型生物表面活性剂，因其具有优于化学合成表面活性剂的若干优点，如低毒性、高生物降解性、更好的环境相容性，且在极端环境下稳定性好，在提高石油采收率方面有较好的应用潜力，但是目前只有少数的生物表面活性剂可以大规模生产实现工业化应用。本文介绍了surfactin生物表面活性剂的化学结构和生物合成机制，并对其发酵生产过程的影响因素进行分析，为提高其生产经济性探索不同的策略，例如使用更便宜的原材料、优化培养基组分、优化反应器等，系统论述了surfactin生物表面活性剂的驱油机理和其与化学合成表面活性剂的复配研究，同时针对其应用时的不足之处提出研究新思路。

针对海上平台稠油管线停输置换、再启动难题，以旅大稠油为研究对象，利用Rheolab QC流变仪测量系统剖析稠油及其乳状液启动过程与初始阶段力学响应特性，讨论含水率、启动温度、静置时间与恒定剪切速率对启动屈服应力的影响作用，自主研制并加工搭建了室内小型再启动环道实验装置，测量与验证再启动压力理论预测值可靠性。实验结果表明：稠油乳状液启动过程可划分为屈服、衰减和平衡3个阶段，启动屈服应力均在反相点附近达到最大值，随着启动温度升高而降低，随恒定剪切速率增大而增大；适当增大启动流量可缩短管线启动时间，但同时也增大了启动压力；基于启动屈服应力的启动压力预测值是环道实验装置测量值的2～3倍，而基于平衡剪切应力的启动压力预测值与实测值吻合较好，平均相对误差为4.5%。

冷启动是质子交换膜燃料电池（PEMFC）商业化所面临的挑战之一，在PEMFC冷启动实验中，通过中子成像技术已经观测到电池内部存在过冷水，因此本文模型重点考虑过冷水对电池冷启动性能的影响。通过引入结冰概率函数对过冷水结冰过程的随机性进行描述，从而建立了PEMFC冷启动的三维、瞬态和多相流动数学模型。基于该模型，研究电池阴极催化层中离子聚合物的体积分数和质子交换膜的厚度对电池冷启动性能的影响。研究结果表明，增加阴极催化层中离子聚合物的体积分数，可有效促进阴极催化层中的反应生成水向质子交换膜中进行扩散，从而充分利用膜内的储水空间；减少质子交换膜的厚度，能促进质子交换膜中的离聚物水向阳极催化层扩散，在大电流密度工况下可有效缓解阳极的“膜干”现象。

水合物法捕集CO₂技术因其清洁环保、工艺简单等优点成为研究热点。但气液传热传质速度慢导致的形成速率慢、储气能力低等关键问题亟待解决。利用13X分子筛耦合四丁基溴化铵（TBAB）促进剂在279.15～280.65K、3.0～6.0MPa研究了CO₂/H₂（39.8% CO₂/60.2% H₂）水合物的形成过程的压降曲线和气体消耗量，并对比分析了TBAB浓度、压力对其促进效果的影响。实验结果表明，与采用搅拌方式的TBAB/CO₂/H₂水合物形成过程相比，13X分子筛可显著提高TBAB/CO₂/H₂水合物的压降速率和气体消耗量。在279.15K、3.0MPa，随着TBAB溶液浓度增大，CO₂/H₂水合物形成过程的气体消耗量先增大后减小；而当温压条件为280.65K、3.0MPa时，气体消耗量随耦合促进剂中TBAB浓度变化仍遵循类似规律。此外，13X分子筛耦合TBAB促进剂对CO₂/H₂水合物压降速率和气体消耗量的影响随着实验压力升高而升高。

为探究典型生物质原料纤维素与多氢原料聚乙烯共热解过程中官能团的相互作用及协同效应，本文利用傅里叶变换红外光谱仪、热裂解-气相色谱/质谱联用仪、热重-质谱及流化床对纤维素及其与聚乙烯混合共同热解实验产物进行分析。傅里叶变换红外光谱实验表明，纤维素红外谱图的主要基团为CH₃、CH、CH₂，多氢原料的加入均会提升碳氢基团的相对含量。热重-质谱实验表明纤维素的实验主要产物为C₃H₈，聚乙烯的加入会提升C₂H₄的离子流强度。热裂解-气相色谱/质谱联用实验表明，纤维素的热解产物以左旋葡聚糖为主，聚乙烯的加入使得纤维素中烃类的含量得到较大幅度的提升，HZSM-5的催化使得芳烃类产物的相对含量得到提升。流化床热解验证实验的总体趋势与PY-GC/MS实验一致，在纤维素与聚乙烯共热解的基础上再加入HZSM-5催化，可以得到最佳的实验效果。

采用灰分法、过滤法、离心法测量了某重油催化裂化装置外甩油浆的固体颗粒含量，对几种方法在固含量测定方面的结果差异进行对比分析。实验结果表明，离心法测量的固含量约为2850μg/g，介于灰分法和过滤法之间。离心法结果显示，油浆中重组分与细粉颗粒存在较强的吸附作用，分离中能否准确得到焦粉是造成结果差异的主要原因。离心法耦合后续焙烧能够分离获得油浆中一定量的催化剂细粉颗粒，通过激光粒度仪、元素分析仪、XRD、BET、SEM-EDS等手段对分离得到的固体颗粒以及初始FCC催化剂进行了表征。FCC催化剂粒径集中在32～120μm之间，为规则的球形分布，油浆中的固体颗粒呈不规则的块状分布，粒径在0.4～40μm之间，其中催化剂细粉的粒径在1～30μm之间；催化裂化油浆中的固体颗粒组成主要有催化剂细粉、焦粉和碱金属K、Ca、无机盐和金属元素Sb、Fe等。

微波技术与煤热解技术结合而成的煤微波热解技术可高效地治理传统煤热解技术中环境污染高和资源利用效率低的难题，为低变质煤的清洁高效利用和分级提质利用提供了新的思路。煤催化微波热解技术能有效改善热解升温特性和产物分布，从而受到较多学者的关注。本文从低变质煤催化微波热解技术发展历程着手，概述了国内外煤催化微波热解研究技术进展，通过加入Fe、Co、Ni和Cu等金属化合物或焦炭、活性炭等碳材料作为吸波剂，能显著增强煤对微波的吸收能力，提高热解升温速率、产物收率及产物质量，而有些金属化合物在微波热解反应中不仅起到吸波作用，还具有催化作用。碳基吸波催化剂作为一种性能优越的煤微波热解催化剂，具有优越的电磁和吸波性能、较好的催化性能和高经济性等优点，本文在煤催化微波热解技术研究现状的基础上，对碳基吸波催化剂进行了较为详细地分析，概述了碳基吸波催化剂的碳基体和催化活性组分的研究进展，对比了3种常见碳基吸波催化剂制备方法的优劣势。最后，总结了碳基吸波催化剂在研发过程中存在的难题，并展望了低变质煤催化微波热解技术的应用前景。

在纳米片Al-MFI分子筛合成的基础上，以镓源[Ga(NO₃)₃·xH₂O]替换铝源[Al₂(SO₄)₃·18H₂O]，合成出类质同象纳米片Ga-MFI分子筛，采用X射线衍射、扫描电镜、BET比表面积分析和NH₃程序升温脱附法等技术对其进行了表征，并考察了普通ZSM-5分子筛、纳米片Al-MFI分子筛和纳米片Ga-MFI分子筛对航空燃油裂解反应的催化性能。结果表明，合成的分子筛是具有MFI骨架拓扑结构的纳米片状分子筛，具有较大的比表面积（482m²/g）和中孔孔容；与铝原子相比，镓原子与硅、氧原子形成的酸性位点的酸性减弱。在高温下（600℃），它抑制了氢转移反应的进行，减少了低碳烯烃的二次反应和结焦前体（芳香烃）在酸性位点上的吸附，使其具有更高催化活性和低碳烯烃选择性，从而获得了比纳米片Al-MFI分子筛高14.47%的热沉。该研究为高超音速飞行器的主动热防护提供了技术支撑。

近几年来，水体中油污污染问题已引起广泛关注。许多研究尝试利用光催化材料催化降解含油废水，但催化条件大多仍局限于紫外光照。为解决这一问题，本研究将SiO₂作为催化剂载体，采用共沉淀法制备出能在可见光下使用的SiO₂/BiOBr复合材料。该材料经XRD、XPS、DRS、BET等测试分析后发现，BiOBr可负载于SiO₂的片层表面，同时可有效增大其比表面积，提高吸附性能。并且将制备条件优化后表明，当n(Bi)∶n(Si)=1∶1时，该材料的比表面积为83.53m²/g，禁带宽度（E _g）为2.79eV，复合效果最佳。使用该复合材料对不同类型油进行催化反应后，机油、柴油、食用油的去除率分别可达25%、60%、93%。本文详细分析了该材料柴油的光降解机理，发现·O₂ ^-是最为主要的活性基团。

为了实现α-生育酚琥珀酸酯的安全、高效生产，本文以负载化4-二甲氨基吡啶（DMAP）在正己烷/丙酮混合溶剂中催化α-生育酚进行非均相酰化反应。DMAP通过N-烷基化法在硅胶表面进行共价结合负载化，100℃时DMAP的负载量达到最大值0.89mmol/g，TG/DTG表征表明共价键合的DMAP热分解温度为180～330℃，FTIR显示DMAP特征峰出现在1658cm^-1处。低毒性的正己烷/丙酮（4∶1，体积比）混合溶剂能显著提高反应物溶解性及非均相催化反应活性，在此反应体系中优化了反应条件，琥珀酸酐与α-生育酚摩尔比3∶1、反应温度55℃、反应时间21h时，α-生育酚琥珀酸酯产率达最大值91%。反应后过滤回收催化剂，硅胶负载化DMAP循环使用10次后仍保持初始活性的90%以上，滤液经简单地重结晶得到α-生育酚琥珀酸酯纯品，FTIR测试无DMAP特征峰。因此，本文方法对工业化生产α-生育酚琥珀酸酯具有良好应用前景。

为提高钌基催化剂的高温稳定性，本文采用液相共浸法制备了一系列Ru-CeO _x /TiO₂复合氧化物催化剂，探究了CeO₂对钌基催化剂在HCl氧化过程中催化性能的影响。通过TEM、XRD、N₂吸附-脱附、Raman、XPS等表征手段分析催化剂结构及组成，结合催化剂在HCl催化氧化反应中的催化性能，研究了不同Ce负载量对RuO₂/TiO₂体系的作用规律。结果表明，引入Ce之后改变了活性相RuO₂与载体TiO₂的相互作用，形成了Ce-O-Ru结构，对钌基催化剂的活性产生一定的负面作用；但是由于抑制了Ru活性位点的烧结失活，同时高浓度的Ce³⁺物种有利于氧物种的吸附与活化，使含适量Ce的Ru-CeO _x /TiO₂复合氧化物催化剂能够在较高温度（370℃、400℃）下保持良好的高温稳定性与催化活性，最终确定摩尔比以Ru∶Ce=1∶1较为适宜。

功能化非球形微颗粒在生物医药、吸附、传感与检测等方面具有非常广泛的应用。相对于其他非球形微颗粒制备方法，近年来兴起的微流控技术，由于对微尺度流体具有超灵敏的操控特性，在制备和精确调控微米级功能材料方面具有很大的优势。通过精确控制流体在微尺度通道内的流动和剪切，微流控技术可以实现多种形态和结构的微尺度流体、乳液和纤维的可控构建，为非球形微颗粒的可控制造提供了优良的模板。同时，通过在制备过程中引入功能性材料，这些非球形微颗粒将具备更多的功能，从而极大地拓展和丰富了其应用范围。本文综述了近年来采用微流控技术制备功能化非球形微颗粒的研究新进展，重点介绍了以微流控技术构建得到的微流体、多相乳液及微纤维为模板可控制备功能化非球形微颗粒的研究现状。

超疏水材料因在自清洁、防腐蚀、防冰附以及减阻等功能上具有广泛的应用，吸引了越来越多的关注。近年来，无机材料因易于构造具有特殊形貌的高比表面结构，在超疏水领域中显示出独特的优势。本文在简要介绍超疏水现象的定义、发展与应用的基础上，综述了超疏水理论的三个经典模型，并对国内外部分已商业化的超疏水材料进行了分析和总结。重点概括了不同种类无机材料构建的超疏水表面的研究进展。最后，本文总结了目前超疏水材料在制备过程中存在的一些问题，针对性地提出该领域未来研究的两个主要趋势：从仿生角度改进材料设计，制备集强附着力与耐久性于一体的多功能复合涂层；降低制备成本以推动产品的规模化和实用化。

添加促进剂是高效制备水合物的研究热点，促进剂及其添加量对水合物生成效果至关重要。本文主要从热力学促进剂和动力学促进剂两大类型进行分析：总结了可溶水相热力学促进剂和不可溶水相热力学促进剂的浓度对水合物形成相平衡的影响；从表面活性剂、纳米粒子和相变材料等添加剂，阐述了动力学促进剂添加量对水合物生成诱导时间、储气量和生成速率等方面的影响。促进剂都存在最佳浓度的添加量，并且不同类型促进剂复配更有利于水合物生成。目前添加促进剂后水合物形成机理的研究大多从宏观现象推测，部分学者通过拉曼光谱、X射线衍射和显微观察探索分析促进剂对水合物形成的微观影响，这方面研究有待于进一步开展。添加量作为水合物形成促进剂的重要指标，研究者应得到水合物形成促进剂的最佳浓度与所研究对象的关联性。

新能源汽车的高速发展，对电池材料的能量密度提出更高的要求。磷由于具有比容量高、倍率性好、资源丰富、价格低廉等特性而被视为最具潜力的金属离子电池负极材料之一。针对磷基负极材料在电化学循环过程中存在的体积膨胀率大、循环性能差、导电性差等缺点，将磷与不同材料复合可以提升其电化学性能。本文重点综述了红磷与不同碳材料的复合，复合材料的制备方法、结构设计以及每种复合材料对电化学性能的影响、每种材料的不足及改进措施：天然多孔碳与红磷结合既可保证材料的电化学性能又可控制材料的成本，逐渐成为一种趋势。接着，综述了以红磷为原料制备不同金属磷化物的研究进展，包括不同金属磷化物的晶体结构、制备方法、电化学循环过程中的氧化还原机制以及每种金属磷化物的研究意义 不同金属磷化物用在合适的特定工作环境下可以取得事半功倍的效果。最后，对磷基材料在金属离子电池中的应用前景进行了展望：研究过程以密度泛函理论、第一性原理等手段指导磷基材料的设计，采用真空和超重力等方式对红磷转化加以控制，最终实现对磷基材料大规模、低成本、高安全的应用。

硅热法是目前工业产镁的主要技术手段，但由于该过程涉及高温化学反应及复杂传热机理，鲜有报道对此技术进行详细动力学及数值计算研究。本工作采用实验的方法获得皮江法炼镁化学反应动力学数据，根据数据分析确定了分段动力学模型，并转化为精确的数学模型。然后建立了耦合数学模型、辐射模型和导热模型的三维非稳态数值计算模型，并通过数值模拟计算，获得工业产镁过程中球团反应转化率和温度随生产时间的分布规律。计算结果表明，生产时间2h后球团最低温度已达1203K，4h后物料平均还原率已达66%。该技术改进方向主要为增加外层球团数量并提高还原罐中心区域传热效率。本工作可以用于指导强化传热设备的设计，预测实际生产效果，节省大量试验投资。

利用氧化石墨烯（GO）纳米片沸腾自组装法（self-assembly）制备出GO纳米表面，以蒸馏水为液体工质，对常压下GO纳米表面和光滑铜平面的饱和池沸腾换热特性进行了对比实验研究，并用高速摄像机拍摄了汽泡的动态行为。结果表明，GO纳米表面降低了换热壁面的过热度，其临界热流密度（CHF）和换热系数（HTC）分别达到了208W/cm²和7.25W/(cm²?K)，较光滑铜平面分别提高了66.4%和86.9%。分析认为，是铜基底表面沉积的润湿性优异的高导热二维GO层状结构促使了CHF提高。汽泡可视化观察发现，相比于光滑铜平面，较低热流密度时，相同热流下GO纳米表面上汽泡脱离直径较小，脱离频率较高，汽化核心增多；较高热流密度时，光滑铜平面汽泡合并现象更严重，即GO纳米表面能延缓导致CHF产生的表面蒸汽膜的出现。

以碳酸盐为电解质，以铁、镍、镍铬合金等廉价金属材料为电极，研究构建了高温熔盐电解池，将CO₂一步法转化为新型碳材料，并考察了熔盐组成及配比、电解温度、电流密度、电极材料等实验条件对碳材料形貌结构的影响。采用X射线能谱分析仪（EDS）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、比表面积测试仪（BET）、X射线衍射仪（XRD）及拉曼光谱仪（Raman）等手段对碳材料的元素组成、形貌结构、比表面积、结晶度、有序度等特性进行表征分析。研究结果表明，450～600℃温度范围内，电解多元混合熔盐体系主要生成无定形碳；同时，电解温度、电流密度、电解质组成及配比等对碳产物的比表面积具有明显影响；通过改变电解质体系，辅以调控电流密度及电解温度等实验参数，可实现碳纳米管、碳球及蜂窝状多孔碳等特定形貌碳材料的可控合成，其中碳纳米管的石墨化程度较高，且由碳原子组成的层状六方石墨晶体排列规则有序。

以稻秆（RS）、稻壳（RH）、木屑（SD）为原料，在小型流化床实验台上制备生物炭，分析了原料种类和热解温度（400℃、500℃、600℃）对生物炭理化性质及吸附Cd²⁺性能的影响规律，并定性和定量分析了吸附过程中的作用机制。实验结果表明：准二级动力学方程和Langmuir方程能够较好地描述生物炭样品对Cd²⁺的吸附过程。生物炭RS500的平衡吸附量达到30.19mg/g，远远高于生物炭SD500，其中无机矿物的离子交换和沉淀反应吸附贡献值为24.95mg/g，是主导吸附机制；而生物炭SD500吸附Cd²⁺过程中，无机矿物和π键的贡献百分比分别为49.70%和38.21%。随着热解温度的升高，生物炭吸附Cd²⁺过程中含氧官能团的络合反应不断削弱而Cd²⁺-π键作用不断增强；稻秆炭和稻壳炭中无机矿物的吸附贡献值则呈先上升后下降的趋势，并在500℃热解温度下达到最大值。生物炭样品吸附Cd²⁺的作用机制中，离子交换和沉淀反应占比最大，Cd²⁺-π键作用次之，络合反应最小。

采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯（GO），然后以水合肼作为还原剂，并控制反应的pH=10来制备还原氧化石墨烯（RGO）。采用化学还原法，以石墨烯为载体，以乙酰丙酮银为前体，以硼氢化锂四氢呋喃溶液为还原剂将银离子还原，制备了石墨烯负载纳米银复合材料。通过X 射线粉末衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和透射电子显微镜（TEM）等表征方法证明了石墨烯上负载的银纳米颗粒结晶良好、尺寸均一、分布均匀，其中银纳米颗粒直径约为8nm。通过循环伏安和计时电流技术对石墨烯负载纳米银复合材料进行电化学测试，结果表明，石墨烯负载纳米银复合材料对过氧化氢的还原具有良好的电催化活性。以此复合纳米结构构建的过氧化氢传感器测试过氧化氢浓度的线性范围为0.1～62.3mmol/L（R=0.990），检出限为0.017mmol/L（S/N=3），响应时间小于2s。

吸附法是捕集分离CO₂等温室气体的重要方法，磁性复合材料能实现气固相快速分离而备受关注。本文利用介质阻挡放电等离子体处理方法，分别对磁性Fe₃O₄和分子筛前体进行处理，再通过水热法快速制备了Fe₃O₄/NaA复合材料。利用X射线衍射、红外光谱、扫描电镜和元素扫描等技术进行了表征，并考察了复合材料中Fe₃O₄/NaA含量比对CO₂吸附性能和磁性能的影响。结果显示，当Fe₃O₄的质量分数为23.2％时，Fe₃O₄/NaA复合材料既具有优异CO₂吸附能力（2.10mmol/g），又具有较好的磁性（25.92emu/g），同时CO₂吸附-脱附循环稳定性高，是一种新型磁性CO₂吸附剂。在采用流化床吸附捕集CO₂技术中，有望实现气固高效磁分离。

以羧甲基纤维素（CMC）为原料，经高碘酸钠选择性氧化制备双醛基羧甲基纤维素（DCMC），与明胶通过“席夫碱键”化学交联并掺杂海泡石构筑纤维素基有机-无机杂化复合膜。超声波辅助处理能够有效促进微纤维状海泡石在双醛羧甲基纤维素/明胶溶解体系中的均匀分散，同时产生氢键缔合作用，所得混合液经真空干燥成膜。采用扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱分析仪（FTIR）、热分析仪（TGA）、质构仪对DCMC/明胶/海泡石复合薄膜形貌特征、官能团、热稳定性和力学性能进行表征与分析。结果表明，加入海泡石后复合薄膜力学性能显著提高，当海泡石添加量为0.5g时，拉伸应力和断裂伸长率同时达到最佳效果。复合膜具有良好的热稳定性，显著失重温度在300~350℃范围内。吸附实验表明该复合薄膜材料具备良好的染料吸附性能，对于选定的3种染料（亚甲基蓝、孔雀石绿、藏红T），复合膜吸附量均随海泡石含量的增加而增大，当海泡石添加量大于0.5g时吸附量均超过200mg/g，脱附实验表明该杂化膜可经酸处理解吸再生，有较好的重复利用率。该生物质基有机-无机杂化复合薄膜原料来源丰富，生物可降解，在生物医用和污染防治方面具有潜在应用价值。

以硝酸铈[Ce(NO₃)₃]为原料，碳酸氢铵（NH₄HCO₃）为沉淀剂，弱阳离子表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为软模板剂，通过控制初始PVP浓度、加料反应时间、陈化时间制备得到颗粒均匀、类似花状结构的碳酸铈[Ce₂(CO₃)₃]粒子。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、傅里叶红外光谱仪（FTIR）对制得的碳酸铈样品进行分析表征。结果表明，制备颗粒均匀、形状规则的花状碳酸铈粒子的最佳条件为：初始PVP浓度为2g/L，加料反应时间为1h，搅拌速度为300r/min，陈化时间为4h。并对PVP调控合成特殊形貌碳酸铈的调控机理进行了初步探究：PVP 通过酮基中的O吸附在碳酸铈晶体表面，阻碍了(002)和(040)晶面的生长，限制了晶体晶面的生长速度，从而调控碳酸铈的形貌。XRD结果表明最终产物为八水合碳酸铈。

利用生物法合成生物基化学品具有高效、绿色、可持续发展等优势。乙酰辅酶A作为细胞内物质代谢的重要中间产物，是利用生物转化法合成许多生物基化学品的重要前体，在微生物碳代谢过程中发挥着枢纽作用。本文综述了大肠杆菌乙酰辅酶A的合成、代谢调控策略及其重要应用，重点总结了乙酰辅酶A的合成途径及近期发展的提高乙酰辅酶A胞内通量的代谢调控策略，包括乙酸途径的代谢调控、丙酮酸合成乙酰辅酶A途径的代谢调控、中心碳代谢途径的代谢调控、β氧化合成乙酰辅酶A途径的代谢调控和乙酰辅酶A合成新途径的发掘，进一步展望了提高乙酰辅酶A供给的策略，利用基因组编辑技术构建合成乙酰辅酶A为前体化学品细胞工厂的方法。

将生物强化技术应用到厌氧消化过程中，可克服复杂底物类型或消极环境条件等不利因素，因而近年来备受研究者的青睐。本文从生物强化制剂的类型出发，阐述了细菌强化、真菌强化、古菌强化、互营微生物强化和生物酶强化对厌氧消化特性的影响，并在此基础上回顾了生物强化技术在木质纤维素类底物、受氨氮/丙酸抑制类废水和难降解有机物消化中的应用，最后讨论了附着型强化方式和多段式强化方式对生物强化技术的影响。大量研究表明生物强化技术具有显著促进厌氧消化特性的积极影响，但在部分研究中并未得到良好成效，生物强化制剂的选择是该技术的关键所在。利用互营微生物的协同代谢或提高生物酶在系统中的稳定性将稳固生物强化技术的作用。此外，选择合适的附着载体和投加策略将进一步拓展生物强化技术在废水厌氧处理中的应用。

传统的微生物代谢工程主要是通过过表达或敲除关键基因来实现产物产量最大化，但会造成代谢流失衡，生产效能降低。而对微生物代谢途径进行动态调控可维持细胞生长，平衡代谢流，提高生产效率。本文根据信号分子的来源不同，将微生物在转录水平的动态调控分为两种：一种是在光、温度、化学诱导剂的外源信号刺激下，利用响应该信号的启动子等元件调控下游代谢途径的人工诱导动态调控；另一种为在胞内代谢物水平或细胞密度改变的内源信号感应下，利用启动子、转录因子、核糖核酸开关调节关键基因的细胞自主诱导动态调控。本文同时介绍了转录水平动态调控策略在微生物代谢工程中的应用实例，以期对代谢途径的多个基因实现连续动态表达以及适配表达，有效提高目标产物的产量。

预处理可以打破木质纤维素原料纤维素、半纤维素和木质素三大组分间的顽抗结构，从而提升纤维素基质可酶解性。本文针对目前常压甘油有机溶剂预处理花费时间过长的问题，尝试开展酸催化的常压甘油有机溶剂预处理研究以缩短预处理时间。实验通过单因素选择和响应面Box-Behnken设计优化，获得酸催化常压甘油有机溶剂预处理的最佳条件为：预处理温度245℃，预处理时间38min，硫酸添加质量0.1%。在此条件下获得基质48h酶解率的响应面预测值为94.0%，实际值为91.4%。结果表明响应面优化方案和回归模型适用于本实验，预处理显著提高了基质可酶解性。高浓度基质（15%～20%）酶解进一步证明了预处理后基质具有突出的可酶解性，20%浓度基质在酶载量5FPU/g干基质条件下批次酶解72h，酶解率达60%，葡萄糖浓度达83.4g/L。酸催化常压甘油有机溶剂酸预处理在明显缩短预处理时间的同时，能显著提高木质纤维素基质可酶解性，使后续工业化意义的浓醪酶解糖化成为可能。

采用化学共沉淀法制备磁性氧化石墨烯（MGO），直接在反应体系中加入Span系列表面活性剂，一锅法制备得到表面活性剂改性磁性氧化石墨烯（SMGO）。X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征结果表明SMGO制备成功，且具有良好的磁分离性能。以1,5-戊二醛（GA）为交联剂，褶皱假丝酵母脂肪酶（CRL）为模型酶，共价固定CRL于SMGO载体上。Span40 MGO固定化酶酶活回收率为116.5%±1.7%，为MGO固定化酶的6倍；比活可达32.5U/mg，为游离酶的1.6倍；k_cat/K_m也有较大的提升，高于游离酶50%。储存稳定性及热稳定性得到提高，用于水解反应6批次后仍然保留73.6%的相对酶活力。初步分析认为MGO经改性后表面从亲水性转为强疏水性，使得共价固定化过程中同时发生疏水性界面活化，这是酶活性提高的原因之一。文章所报道的改性策略可为类似载体改性提供新思路。

低密度支撑剂是通过化学改性、物理改性等方法制备得到的高性能支撑剂，具有密度低、沉降速度低等特性。本文在调研大量文献基础上，根据改性方法不同将低密度支撑剂分为多孔无包覆陶瓷低密度支撑剂、多孔无机物包覆低密度支撑剂、多孔树脂包覆低密度支撑剂，对比了不同类型低密度支撑剂制备体系组成、密度以及承压性能，总结了制备不同类型低密度支撑剂的机理、主要影响因素及应用情况。根据制备方式不同将超低密度支撑剂（ultra-light weight proppants， ULWP）分为常规方法制备、新技术制备两类。提出未来可通过结合使用多种添加剂、优化烧制工艺等方式探索莫来石相、刚玉相等晶体结构，实现支撑剂超低密度与高强度的有效结合，利用疏水改性、结构改性等方式向多功能、高性能发展，为相关研究提供借鉴和参考。

脱硫废水作为电厂的末端废水，产生背景复杂，水质水量特征受燃煤、石灰石以及脱硫系统运行等多因素影响，处理难度大。本文从脱硫废水污染物成分示踪角度介绍了脱硫废水的性质和产生背景，归纳了当前主流的脱硫废水零排放处理技术，将其分解为预处理、浓缩减量以及转移与固化3个单元：预处理主要是双碱法，浓缩减量分为膜浓缩和蒸发浓缩两大类，转移与固化主要包括蒸发结晶、旁路蒸发和固定/稳定化等技术。结合目前脱硫废水零排放进展，提出了一种水泥固定/稳定化脱硫废水工艺，综述了水泥固化脱硫废水的研究进展，同时对水泥行业中影响氯离子固定的各项因素进行了总结，水泥固定/稳定化脱硫废水技术发展前景广阔，但需要从提升固化体性能角度开展更多研究。

低温等离子体协同催化技术在挥发性有机物（VOCs）治理中因具有反应高效、反应条件温和、设备简易等优点而受到广泛的研究和应用。文章介绍了低温等离子体协同催化降解VOCs的基本原理、技术研究进展，简述了低温等离子体的高反应活性在与催化剂的高反应选择性结合后所产生的协同作用，二者的结合不但提高了VOCs的降解效率、减少有害副产物生成，还弥补了单一使用低温等离子体技术的高能耗、副产物多的缺陷。此外，分析了低温等离子体与催化剂的联合方式及特点、低温等离子体与催化剂之间的相互作用和影响以及低温等离子体联合不同类型催化剂的协同原理。指出了研究中对完整机理分析的欠缺以及应用过程中对中间过程监测分析的困难，这也是低温等离子体协同催化降解挥发性有机物研究中的重要内容。

针对循环流化床锅炉（CFB）底渣利用率偏低的问题，提出一种新的底渣处理应用方案——对底渣进行急冷处理后，将其作为脱硫剂或水泥混合材进行综合利用。本文通过搭建CFB锅炉底渣急冷实验系统，制备了不同渣温下的急冷底渣样品；然后选取亿利底渣和42.5标号的水泥作为研究对象，探讨了急冷底渣作混合材对水泥性能的影响。实验结果表明：急冷会破坏底渣颗粒形状，导致外壳成分发生变化。急冷处理不仅造成CaSO₄峰值显著降低，而且使得Ca(OH)₂的特征峰变强。在相同的CFB底渣掺比下，与原始底渣相比，急冷底渣作为水泥混合材时，虽然无助于提高抗折抗压强度，但能缩短凝结时间，减少安定性值。同时，还能减少水泥标准稠度需水量，提升水泥的密实程度，对水泥的力学性能和抗侵蚀性有着一定的积极作用。

将经历多次循环后失活的钙基吸收剂置于环境中吸水自活化，通过XRD分析了自活化过程吸收剂物相演变规律，在双固定床反应器系统上分析了吸水率对失活钙基吸收剂循环捕集CO₂性能的影响规律， 通过SEM和N₂吸附分析了自活化提高钙基吸收剂循环碳酸化转化率的机理。结果表明：失活钙基吸收剂首先吸收环境中水分生成Ca(OH)₂，当吸水率达到100%后继续吸水生成Ca(OH)₂?2H₂O，自活化极限为170%；自活化可以提高失活钙基吸收剂循环碳酸化转化率，自活化后钙基吸收剂循环捕集CO₂性能与吸水率呈线性比例关系，重复自活化可再次提高吸收剂循环碳酸化转化率；自活化过程中，失活钙基吸收剂颗粒表面重新生成孔隙，比孔容和比表面积增加，有利于吸收剂中CO₂的扩散，因此自活化后钙基吸收剂循环捕集CO₂性能提高。

随着工业的发展，特别是采矿冶炼等行业的发展，使含重金属的废弃物进入土壤，造成土壤重金属污染，对环境和人体健康产生极大威胁。本文以湖南怀化某铅锌矿渣堆放地周围污染土壤为研究目标，通过壳聚糖及其衍生物对污染土壤中重金属离子的稳定化实验，筛选出对目标重金属（Cd²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺）具有最佳稳定效果的稳定剂，探究了稳定剂对土壤中重金属离子的稳定机理，并在模拟酸雨淋溶条件下研究了最佳稳定剂对重金属离子的长期稳定化效果。稳定化实验结果表明，壳聚糖及其衍生物对土壤重金属离子均有稳定化作用，其中羧甲基壳聚糖的稳定效果最好，其使污染土壤中重金属离子的可迁移性及生物有效性明显降低。通过重金属形态分析、扫描电镜（SEM）及X射线衍射（XRD）分析得出稳定剂与土壤中重金属离子发生反应生成络合物，并通过机理分析进一步验证了羧甲基壳聚糖的稳定效果最好；淋溶实验表明，羧甲基壳聚糖对土壤中重金属离子具有长期稳定性，经其稳定后土壤中重金属离子以更稳定不易迁移的形态存在，且使土壤环境得到改善，增强了土壤本身对重金属离子的稳定。羧甲基壳聚糖有望成为修复重金属（Cd²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺）污染土壤的优良稳定剂。

赣南钨矿开采已有百年历史，矿区周边河流沉积物重金属污染对水体环境构成威胁。为探究赣南河流沉积物钨的富集、赋存形态及释放规律，本文选择赣南典型钨矿区河流桃江为研究对象，采集桃江丰水期-平水期-枯水期3个水期36个表层沉积物样品进行钨总量的测定，采用BCR三步法和电感耦合等离子体质谱法进行钨的形态分析，运用模拟实验探究沉积物钨的释放规律。结果表明，3个水期表层沉积物中钨的含量变化范围为0.91~159.94mg/kg，均值为25.36mg/kg，其中重金属总量大小顺序为枯水期>丰水期>平水期，且3个水期平均有79.67%的采样点钨含量超出江西省土壤背景值，最高超出39倍；形态分析结果显示，3个水期钨的主要赋存形态均为残渣态，所占比例均值分别为80.38%、91.59%和86.71%，生物有效态占比相对较小，表明目前桃江沉积物中重金属钨生态风险较小。单因子实验结果表明，沉积物中钨在弱酸、高温和NH₄ ⁺浓度高的条件下释放量均有所增加，且3个水期钨的释放量大小顺序为丰水期>平水期>枯水期，表明赣南独特的水质环境利于沉积物中钨的释放。

烟气再循环作为一种有效抑制NO_x生成的技术，广泛应用于化工、制药和酿酒等行业的天然气低氮燃烧过程，其作用机理是学术界和工业界关注的热点。本文根据内/外烟气再循环的作用不同，设计了弱/强内烟气再循环两种扩散式燃烧器，结合外烟气再循环技术，在0.8MW中试实验台上研究了内/外烟气再循环对天然气燃烧过程NO_x生成的影响规律，同时开展了Fluent数值模拟。结果表明：内烟气再循环能够有效抑制NO_x的生成，同时保证燃烧稳定。相同工况下，带内烟气再循环燃烧器初始排放远低于传统低氮燃烧器。同时结合外烟气再循环技术，可使NO_x排放量维持在30mg/m³以下。Fluent模拟结果显示了外烟气再循环能够显著地降低天然气燃烧火焰区的温度和O₂浓度。其中温度的降低对于NO_x生成的抑制起到了决定性的作用。当NO_x降低到约30mg/m³时，快速型NO_x对整体NO_x生成的贡献超过热力型NO_x，此情况下必须考虑对快速型NO_x进行抑制。

为探究不同声能密度对短程硝化快速启动的影响，在序批式生物反应器（SBR）中采用不同声能密度超声波辐照污泥进行短程硝化启动性能研究，考察了启动时间、氮素转化、污泥性能、氨氧化菌（AOB）活性的差异，并研究了启动短程硝化过程中氨氮去除动力学参数的变化。结果表明，超声组（0.10W/mL、0.15W/mL、0.20W/mL、0.25W/mL、0.30W/mL）运行25天后，NO₂^--N浓度达到37.56mg/L，NO₃^--N浓度维持在10mg/L以下，亚硝酸盐积累率均高于90%，SVI维持在200mL/g左右，氨氧化菌活性（SOUR_AOB）分别为5.69mgO₂/(gMLSS·h)、7.91mgO₂/(gMLSS·h)、10.66mgO₂/(gMLSS·h)、12.80mgO₂/(gMLSS·h)、9.69mgO₂/(gMLSS·h)，显著高于对照组[3.93mgO₂/（gMLSS·h）]，成功启动短程硝化。通过双倒数法拟合得到AOB的氨氮半饱和常数（K_SN）分别为75.25mg/L、23.15mg/L、24.53mg/L、9.78mg/L和24.79mg/L，当声能密度为0.10W/mL时略大于对照组（74.21mg/L），其他超声组均显著小于对照组，超声波辐照可使AOB优先获得基质并实现增殖，从而快速启动短程硝化。

毛竹细胞壁强的抗解构特性大大限制了毛竹作为原料在生物质能源、生物质基材料等领域的应用，因此有必要对其进行包括主要组分分离在内的预处理以提高它的使用效率。本研究采用微波辅助1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐（EmimOAc）法从毛竹中分离出木质素，分析所获得的木质素的物理化学特性，并与用5% NaOH（50℃，5h）提取的毛竹木质素、油浴加热（110℃，16h）EmimOAc提取的毛竹木质素进行对比。结果表明：微波辅助EmimOAc处理80min后木质素得率14.7%，比油浴加热EmimOAc提取木质素的得率（6.2%）提高了2倍以上；离子液体提取的木质素（ILL）和碱提木质素（AL）具有相似骨架结构，但在离子液体的作用下，ILL结构中有更多的酯键链接发生断裂；与AL相比，ILL具有更高的热稳定性。