间歇化工过程热集成问题的研究能够促进过程系统的可持续发展并且提高产业经济性和技术竞争力，顺应了化工发展大环境。本文介绍了以系统综合优化为目标的间歇化工过程热集成研究的发展现状，整理了早期研究的三大通用图解模型，并讨论和比较了在建模求解过程中常见算法。总结了当前研究的重点在换热网络设计优化、热储罐系统和考虑调度的热集成三个方面，并评述了与之相关的进展、瓶颈和研究意义。指出了热集成问题已成为当前间歇化工过程的研究热点，其中热集成和生产调度的协同优化十分必要，能够从系统全局的角度上给出优化方案。但由于间歇化工过程中存在较多的不确定性和约束条件，增加了热集成的研究难度，因此对间歇化工过程优化设计提出了更高的要求。

撞击流技术因其良好的混合特性近些年用于强化制备超细粉体反应中的混合过程。撞击面的稳定影响反应器内的混合效果，所以本文对撞击面稳定性的研究进行了综述。撞击流反应器不同结构形式包括平面撞击流、轴对称撞击流和微型撞击流等。文中简述了撞击流稳定性的实验研究手段，分析轴对称撞击流反应器的径向偏转振荡的起止条件和不同喷嘴间距下的轴向偏移振荡规律，并且分析平面撞击流反应器的撞击面偏转周期以及偏转振荡的起止条件。得出轴对称撞击流与平面撞击流撞击面驻点的振荡对混合都有促进作用，并且偏移振荡周期不定，轴对称撞击面偏移振幅与喷嘴间距和雷诺数相关。平面撞击流的偏转振荡周期与进口流速成反比，反应器结构参数是撞击流稳定性的影响因素之一。根据轴对称撞击流偏移振荡对混合的促进作用，本文提出一种新型的预设流量波形双组撞击流反应器。新型撞击流反应器的独特结构克服了物料反应通道单一缺点，通过预设波形控制其进口流量，增大其撞击面偏移振幅，消除撞击面无序振荡，使流动轨迹扩展，扩大混合区域，并设计实验装置与方法讨论动态流量撞击流反应器撞击面稳定性对混合效果的影响。最后，本文对轴对称撞击流反应器的混合性能研究前景进行展望。

以化学农药雾滴的空间运行过程为背景，构建了二维气液相界面追踪模型，通过COMSOL Multiphysics系统地研究了雾滴特征参数及风速等多因素耦合下单雾滴在横向风场中下落时的形变特征。结果表明，雾滴的形变会受黏性力、表面张力等内部因素和重力、曳力等外部因素的共同作用，外部作用力能够促进雾滴发生形变，而内部作用力阻碍雾滴的形变。雾滴的形变量随着雾滴尺寸和横向速度的增大而增大，随着动力黏度和表面张力的增大而减小；雾滴下落过程中的形变存在振荡周期，雾滴的形变周期随着雾滴尺寸的增大而增大，随着表面张力的增大而减小，但基本不受横向风速和动力黏度的影响。将雾滴的形变量、形变周期与韦伯数We、奥内佐格数Oh和雷诺数Re等量纲为1数进行拟合，可以预测雾滴的空间形变特性。研究结果对农药雾滴的空间飘移机理及其阻控技术的研发具有重要意义。

换热单元的生成频次对换热网络优化有直接的影响，分析其机理可以指导求解算法的改进。本文采用节点非结构模型及强制进化随机游走算法，通过设置不同的换热单元生成概率与生成个数以改变换热单元的生成频次，观察并记录个体在优化过程中产生的年综合费用变化情况。发现不同生成频次下整型变量和连续变量的相对优化频率发生了变化，从而改变了整体优化过程，并且与个体当前优化状态不适应的生成频次会造成相对优化频率不平衡、优化结果较差。基于此，本文提出了一种具有生成参数动态调节策略的换热单元生成方式，在优化过程中根据个体状态实时调整换热单元的生成概率与生成个数，平衡整型变量与连续变量的相对优化频率。最后，采用15SP、10SP和20SP算例进行验证，换热网络的年综合费用较文献结果分别下降了1.06%、0.16%、0.68%，验证了该策略使得换热单元的生成频次更为合理，有效地提高了算法的优化效率。

采用分子动力学方法研究纳米尺度下液氩在过热基板上的沸腾过程。通过调节固液间相互作用的方式改变壁面润湿性，模拟并分析了壁面润湿性对沸腾过程中能量传递和液体运动情况的影响。结果表明：不同润湿性表面均会发生固液分离的现象，但是固体表面附近吸附的氩原子数密度随润湿性增强而增大；润湿性较强时，液体的能量上升快，热通量高，液体内部温度梯度大，发生固液分离时间早，系统中氩的温度和能量低，上升过程中液氩密度、厚度变化小；润湿性较弱时，液体的能量上升慢，热通量小，液体内部温度梯度小，发生固液分离时间延后，系统中氩的温度、能量更高，上升过程中液氩密度、厚度变化较大。下部气体压力整体上大于上部气体压力，发生固液分离时润湿性越强的表面上液体上下压差越大，首次上升过程能达到的高度越高，所需时间越短。

R447A是一种三元非共沸混合工质，已成为高温室效应工质R410A潜在的替代品之一。本文通过研究R447A在内径为10.6mm的水平光滑管内的流动沸腾传热特性，获得了R447A在水平光滑管内的流动沸腾传热数据以及传热现象，并分析了不同因素对R447A传热效果的影响。实验条件为：热流密度5~20kW/m²，质量流速100~300kg/(m²·s)，蒸发温度5~25℃。实验结果表明：R447A的传热系数在0.8~4kW/(m²·K)之间。同时对R410A进行了相同工况下传热系数测试，发现热流密度对R410A传热系数的影响要大于对R447A的影响，而干度和质量流速则对R447A的传热影响更为显著。本文基于实验数据及实验现象发展了一种分干度区预测传热系数的新模型，新模型对R447A换热系数预测的平均偏差为+6.21%，绝对偏差为+12.96%。此研究结果可为这种工质的换热器设计提供帮助。

利用热力学第二定律中的熵产理论对涡流空气分级机各不可逆因素引起的熵产进行分析，通过粉料分级试验对其分级性能进行验证，获得了黏性熵产、湍流熵产和壁面熵产分布特点及操作参数对熵产和分级精度的影响规律。熵产分析结果表明，涡流空气分级机内湍流熵产和壁面熵产占总熵产的比例高达56.41%和43.11%，湍流熵产主要产生于转笼叶片间和转笼内部，进风口和细粉出口壁面剪切引起较大壁面熵产；此外，转笼转速和进口风速变化分别仅对转笼区域和切向进风口区域内气流运动熵产影响较大，进口风速-转笼转速处于8.6m/s、 800r/min和18m/s、1200r/min操作工况附近时，涡流空气分级机内总熵产/总能变化率较小，分级流场稳定性较高，对粗、细颗粒分离有利，该工况下分级机的粉料分级试验效果较好，说明熵产理论可用于涡流分级机内流动分析及其操作参数的优化匹配。

开发经济、高效和可靠的电动汽车电池冷却方案是其大规模商业化过程中需要解决的关键问题之一。本文提出并设计了一种对动力电池进行热管理的管板结构脉动热管装置，选用乙醇、水及两者二元混合物为工质，对不同加热功率、充液率和乙醇-水混合比下脉动热管的传热特性进行了实验研究。结果表明，使用乙醇-水混合工质的脉动热管表现出更好的启动和传热性能。在充液率为30%、加热功率为48W时，电池的平均温度可以控制为44℃；电池的表面平均温差可低至1.5℃，表现出较好的均温性。对乙醇-水二元混合工质强化脉动热管传热的机理分析表明，两者具有的互补热物性特征和热管内部混合工质浓度梯度引起的逆Marangoni流是改善脉动热管传热性能的主要原因。

为提高毛细蒸发海水淡化技术中的蒸发效率，多孔介质层需要维持一定的毛细压力，同时还要确保气泡能够快速通过。基于此背景，本文建立了多孔介质参数化模型，探究了气泡穿越多孔介质间隙过程的运动特征，研究在保持一定孔隙毛细压力的同时，通过调控孔道尺寸及排布从而使气泡能够更快速地通过多孔介质层。基于格子Boltzmann伪势模型分析了多孔介质孔隙率、壁面润湿特性、孔道排布及气泡水平方向初速度等对气泡形貌、上升速度、与壁面平均接触面积及孔隙毛细力的影响，获得了多孔介质的孔隙率设计范围，骨架润湿特性调控以及孔道排布方式的选择依据。同时还获得了在实际蒸发过程中，可以使气泡存在一定的水平方向初速度，从而能够更快地脱离多孔介质的策略。

针对给定的换热网络，应用在线控制来实现系统的持续节能，然而在换热网络运行的全生命周期内，需要考虑操作裕量和控制的自由度来保证系统的可持续性、经济性和安全性等。本文从工艺设计、控制系统设计的角度对换热网络的研究进展进行阐述分析，并在此基础上提出一种可持续节能和缓释裕量的控制方法，并利用相位轨迹求解优化的切换点以使控制变量的变化最小，实现在给定裕量的条件下合理利用裕量，进而实现系统的持续可控，并通过实例证明方法的有效性。

挥发性有机物（VOCs）是现代煤化工生产过程中产生的主要污染物之一。煤化工是我国石化领域的重要组成部分，通过煤制油装置可以实现煤炭的清洁利用，煤制油装置由于设备、物料、操作条件等与石化企业存在差异，目前我国针对石化的美国联邦环保署（EPA）相关方程不适用于煤直接液化装置，且目前国内并没有用于核算煤制油装置的相关方程。本文开展了煤制油装置VOCs检测方法研究，并修正了相关方程系数，得到了密封点VOCs核算方程。首先对煤制油装置进行泄漏与维修（LDAR）检测，得到了煤制油装置密封点的VOCs泄漏数据。在数据分析的基础上，改进了包袋法采样方法，对煤直接液化装置进行了密封点的包袋采样分析。在此基础上，得到了相关方程的修正系数，首次提出了适用于国内煤制油装置VOCs泄漏核算的相关方程。最后，考虑了移动距离、温度、压力及多处泄漏等参数对相关方程的影响，校准了煤直接液化装置的相关方程，建立了反向传播算法（BP）神经网络模型，得到了逼近结果较好的相关函数。

生物质化学链气化（chemical looping gasification, CLG）为生物质能源的利用开辟了新途径，氧载体在CLG过程中具有重要作用，其性能是影响CLG反应过程的关键因素。本文重点阐述了CLG技术中氧载体的性能评价指标、类型、制备方法及其对CLG过程中产生焦油的影响。通过对比分析目前研究成果，指出Fe基氧载体在生物质CLG过程中应用最广泛，而Ni基氧载体具有较高的活性和较大的载氧能力，且对于CLG副产物焦油具有较高的催化转化效率。未来该领域研究的重点方向是开发高活性且环境友好的氧载体，推进CLG工艺的工业应用。本文为今后生物质CLG氧载体的开发与优化提供了借鉴。

煤制烯烃是近几年来盈利状况最好的现代煤化工产品，其发展动向引发石化行业关注。本文介绍了煤制烯烃尤其是经甲醇制烯烃技术的发展现状，探讨了煤制烯烃技术的发展趋势，并对煤制烯烃和外购甲醇制烯烃技术的经济性进行了分析，认为：目前煤制烯烃技术总体上成熟，已在我国得到大规模工业推广，但仍需加强技术创新，早日拥有具有自主知识产权的煤制烯烃全流程一体化成套技术。随着我国煤制烯烃产能快速增长，未来石油烯烃与煤制烯烃的竞争不断加剧，为此应立足行业实际，充分发挥石油化工与煤化工自身优势，加快技术研发与产品结构调整，实现产品结构差异化、高端化，促进石油化工与煤化工优势互补，推动我国化工行业高质量发展。

气体水合物是一种笼形晶体化合物，单位体积的水合物可包含标准状况下160～180（v/v）的天然气，是一种潜在的固态天然气储运方法，受到广泛关注。由于天然气在水中溶解度小，天然气水合物在纯水中通常难以形成，形成的水合物中天然气含量也不高。为提高水合物储存天然气的密度，提高水合物生长速度，研究者探索了多种促进水合物形成的方法，如物理强化以及热力学与动力学促进剂等化学强化方法。本文总结了搅拌、喷雾、鼓泡等机械方法和向水合体系中添加热力学促进剂、动力学促进剂等方法对水合物形成和储气能力的影响，讨论了这些技术措施影响水合物形成与储气能力的机理。指出表面活性剂与其他促进技术的协同是改善水合物生长和储气密度的有效方法，其复合作用机理有待进一步研究。

微生物燃料电池是一种处理废水同时产生电能的新型装置，阳极作为微生物燃料电池的重要组件极大地影响电池性能。针对微生物燃料电池传统三维电极结构不合理导致电极内部物质传输受限，电池功率密度较低的问题，本文采用3D打印技术并碳化的方式构建了结构可控的微生物燃料电池阳极，通过热重分析得到合适的碳化条件，并通过进一步的电化学分析和电极微观形貌拍摄研究了电极内部孔道结构对微生物生长情况和电池性能的影响。实验结果表明：电极孔径尺寸为0.4mm时，电池具有最优性能，其最大功率密度达12.85W/m²，比采用碳布阳极的MFC提升10倍，较采用碳毡阳极的燃料电池高38%；具有可控孔道结构电极的传荷阻抗和传质阻抗是限制电极性能的主要因素，通过优化孔道尺寸和结构分布可降低其传荷及传质阻抗，可以进一步提升电池性能。

质子交换膜燃料电池膜电极中的微孔层结构对改善体系的水管理能力，提升膜电极的整体性能发挥重要作用。本文通过静电纺丝和后续热处理的方法制备了多孔纳米碳纤维（PCNF），并以此构建膜电极的微孔层。与炭黑颗粒作为微孔层呈现出紧密堆积结构不同，由PCNF搭建的微孔层结构疏松呈现三维贯通状。膜电极的发电测试表明，以多孔纳米碳纤维作为微孔层（MPL-PCNF）的膜电极其最大功率密度达70.0mW/cm²，远高于炭黑颗粒为微孔层（MPL-CB）的膜电极（58.1mW/cm²），而没有微孔层（Ref）结构的膜电极最大功率密度仅为27.7mW/cm²，显示出PCNF作为微孔层材料的明显优势。

金属卟啉作为仿生催化剂在催化氧化烃类饱和C—H键领域得到了非常广泛的应用，其高效的催化性能也成为实验和理论模拟研究中的焦点。由于理论模拟研究不受实验条件的限制，更适于研究反应的复杂机理，因此在金属卟啉催化氧化烃类饱和C—H键领域受到了广泛关注。本文系统地综述了近年来金属卟啉仿生催化剂催化氧化烃类饱和C—H键的理论模拟研究，重点介绍了几种常用的理论模拟方法以及金属卟啉几何和电子性质的理论计算，同时详细地论述了理论模拟方法用于金属卟啉活化氧气和催化氧化烃类饱和C—H键的机理研究，并展望了金属卟啉仿生催化剂的理论模拟发展方向，指出多种理论模拟方法有机结合用于研究金属卟啉催化氧化的机理及金属卟啉结构与催化选择性之间的关系将是今后的主要研究方向。

由工业固定源排放的NO_x和挥发性有机物（VOCs）是大气复合污染物的重要前体物质。整体式催化剂常被用于脱除NO_x和VOCs。涂覆法是可工业化大规模生产整体式催化剂的工艺之一，具有活性组分用量少、生产成本低的优点，此工艺被广泛用于固定源废气处理的催化剂制备领域。但是由于高通量烟气的冲刷会造成表面活性组分损失和寿命降低，限制其应用，所以在设计催化剂的过程中不但需要关注催化剂涂层的高活性，还需要重点考察其耐磨损性。本文综述了国内外用于固定源废气处理整体式催化剂涂覆工艺的研究进展，主要分析了预处理方法对蜂窝陶瓷载体物理化学性质的影响；重点综述了蜂窝陶瓷负载催化剂活性组分的常规涂覆方法，分为间接涂覆法和直接涂覆法，进一步对间接涂覆法的第二载体涂层进行分类探讨，简述了直接涂覆法的浆料配方及工艺参数对涂层性能的影响，然后对两种涂覆工艺的优缺点进行论述，最后总结了整体式催化剂在固定源废气（NO_x和VOCs）处理领域的相关应用。

酰胺键的合成是有机化学中非常重要和有意义的反应之一。国内外学者已对酰胺键的形成进行了长期研究，目前合成酰胺的底物和方法多种多样，然而，这些合成方法存在各种各样的资源浪费和环境污染问题。羧酸和胺之间的催化脱水缩合反应是合成相应酰胺的最理想方法，利用羧酸和胺在催化剂作用下直接缩合形成酰胺，避免了使用活化试剂带来的诸多问题。近年来以硼类和过渡金属为主体的催化剂得到广泛研究，并取得了一系列成果。本文主要介绍了以羧酸和胺为底物，同时符合绿色化学理念的催化合成方法，通过对这些催化剂催化性能的总结与分析，阐述了各种催化剂的优缺点。其中硼化合物催化的直接酰胺化反应是研究较多、前景最为诱人的方法，因此基于硼类化合物的特殊结构，设计更具活性的此类催化剂将是今后研究发展的方向。

采用溶胶-凝胶法以铜、锌、锆硝酸盐和柠檬酸为原料，改变柠檬酸用量，制备出一系列Cu-ZnO-ZrO₂催化剂。通过X射线衍射仪（XRD）、热重分析仪（TG-DTG-DTA）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、CO₂程序升温脱附（CO₂-TPD）、红外光谱仪（FTIR）及BET比表面积等表征手段对干凝胶及催化剂理化性能进行测试，并在催化反应活性评价装置上对催化剂的CO₂加氢合成甲醇反应活性进行评价，研究凝胶过程中Cu²⁺、Zn²⁺、Zr⁴⁺与柠檬酸结合方式对催化剂性能的影响。结果表明：改变柠檬酸用量可调控Cu²⁺、Zn²⁺、Zr⁴⁺与羧酸的配位方式，配位能力较强的Cu²⁺、Zn²⁺在凝胶制备过程中参与三维网络的构筑，而配位能力相对较弱的Zr⁴⁺游离于三维网络之外，从而差异化地调控催化剂中活性组分CuO、ZnO、ZrO₂晶粒尺寸大小。当柠檬酸的摩尔量为金属离子摩尔量的1.5倍时，催化剂中的活性成分CuO、ZnO、ZrO₂晶粒尺寸相互匹配，表现出较好的CO₂加氢合成甲醇催化性能。

使用不同浓度的盐酸对本征态聚苯胺进行再掺杂处理，制备了一系列不同载流子（极化子和双极化子）含量的聚苯胺，通过FTIR、XRD、XPS和EPR等表征分析了极化子和双极化子结构的形成及变化过程，探究了载流子含量对能带结构、苄胺吸附活化、导电性以及光生电子-空穴分离效率的影响，考察了极化子和双极化子结构对聚苯胺光催化苄胺氧化的影响。结果表明：HCl掺杂过程中会有极化子和双极化子结构的形成，极化子和双极化子均能吸附苄胺形成表面复合物，拓展了可见光的吸收范围。极化子结构介导光生电子转移过程，促进光生电子-空穴分离，进而提高光催化苄胺氧化活性，而双极化子的存在对光催化苄胺高效转化不利。

以内蒙准格尔电厂粉煤灰为原料，采用酸碱联合法，制备了粉煤灰基SAPO-34微孔分子筛。以SAPO-34分子筛为载体，以碳酸铵为铵盐、硝酸铜为铜源，采用离子交换法制备了不同Cu担载量的Cu-SAPO-34分子筛催化剂。在500℃、8% H₂O/N₂气氛下老化处理后，对催化剂的选择性催化还原脱硝性能和物理化学特性进行了测试分析。结果表明，SCR活性与Cu物种种类密切相关，位于离子交换位的孤立态的Cu²⁺是Cu-SAPO-34催化剂在NH₃-SCR反应中的主要活性中心，随着Cu担载量的增加，催化剂的低温SCR活性提高，而高温活性在Cu质量分数达到1.50%上达到最高而后降低。1.50 Cu-SAPO-34催化剂在空速高达200000h^-1、350~500℃范围内可达到80%以上的NO_x转化率，显示出较宽的脱硝温度窗口。文中指出该催化剂因更好的高温活性和抗烧结能力，相比钒钛系催化剂更适用于高温工况。这项工作开辟了燃煤电厂粉煤灰无害化处理用于制备SCR催化剂的新途径。

石墨烯具有卓越的力学、电学、热学和阻隔性能，但疏水性、生物不相容性等缺点限制了其在诸多方面的应用。氧化石墨烯（GO）为石墨烯的衍生物，是一种新型的碳材料，边缘处具有羧酸官能团并且其表面含有羟基和环氧基团，具有良好的分散性、双亲性、生物相容性等性能，被视当代最具有发展前景的碳材料之一。本文简述了氧化石墨烯的结构模型、制备方法和官能团可控氧化石墨烯的制备，介绍了氧化石墨烯的性能和的应用进展，分析了氧化石墨烯在制备和应用方面的一些不足。最后，阐述了石墨烯未来面临的挑战以及潜在的发展前景。

聚酰胺皮层的物化性质是决定反渗透复合膜（TFC-RO膜）物质筛分和水透过效率的关键性因素。近年来，基于超薄皮层（通常<50nm）的高性能复合膜研究取得了重要的进展。本文总结并分析了超薄皮层反渗透复合膜的研究进展，如低单体浓度控制技术、分子层层自组装（mLBL）、静电打印技术、界面优化技术及新型纳米材料技术的成膜机理及特性，对比了各项制备技术的优缺点。总体来说，超薄皮层反渗透复合膜的研究为精细设计聚酰胺皮层的物化结构，进一步设计更高效率的反渗透复合膜提供了重要思路，但超薄皮层与聚酰胺层微纳结构之间的相互联系以及超薄皮层反渗透复合膜长期运行的稳定性仍需进一步探索。

针对质子交换膜燃料电池金属双极板耐蚀性和导电性有待提高的问题，本文用磁控溅射双靶共溅的方法，在316L不锈钢基体表面沉积TiW和TiTa两种非贵金属膜层。通过X射线衍射、扫描电子显微镜-能谱仪、X射线光电子能谱仪、电化学和接触电阻测试等方法，表征了涂覆膜层后不锈钢的微观结构、表面形貌、化学组成、耐腐蚀性和导电性。实验结果表明，磁控溅射制备得到的TiTa膜表面较为均匀，且TiTa膜沉积的不锈钢具有较好的耐腐蚀性，其恒电位极化电流密度能够维持在0.3μA/cm²；从导电性来看，TiW膜与碳纸之间的接触电阻小于TiTa膜。综合考虑材料的各项性能，认为沉积TiTa膜的316L不锈钢有用作金属双极板材料的潜力。

以Ni(NO₃)₂为原料、NaOH为沉淀剂和羟基化碳纳米管（CNT）为基质首先制备了Ni(OH)₂/CNT复合材料, 然后将其于一定温度下煅烧，使其转变为NiO/CNT复合材料。用X射线粉末衍射仪（XRD）、场发射电子显微镜（FESEM）和透射电子显微镜（TEM）表征了样品的晶相与形貌，结果表明NiO纳米粒子紧密锚附在碳纳米管表面。复合材料可能的形成机理被提出。采用循环伏安法（CV）、单电极充放电和电化学阻抗研究了反应条件对其电化学性能的影响，确定最佳制备条件。将复合材料正极、活性炭负极和PVA-KOH电解质膜组装成准固态不对称超级电容器，电化学性能测试结果表明，在充放电电流密度11.2mA/cm²下，其比电容达到868.0F/g并保持稳定循环3700圈。7500次循环后，其比电容值仍有564.2F/g，显示出高的比电容和长的循环稳定性。

利用聚氯乙烯（PVC）及疏水性气相纳米SiO₂颗粒建立了一种简易、快速的超疏水纳米海绵材料的制备方法，并在开展超疏水纳米海绵材料的表面基团分析（IR）、疏水性能测定、表面形貌（SEM）观察的基础上，探究其吸附性能及循环使用性能。为验证超疏水纳米海绵材料的工业应用性能，采用实验室搭载回收设备，对比考察了负载超疏水纳米海绵/未改性海绵/商用金属盘片对间二甲苯的回收性能。结果表明：改性后超疏水纳米海绵材料表面负载涂层整体均匀完整，涂层上接枝的纳米颗粒稳定致密，且表面粗糙度有明显提高。IR谱图中新增有O—Si—O的特征峰，充分证明疏水性SiO₂颗粒已负载在材料表面，使其表面疏水角可达150°，具有超疏水亲油特性。改性海绵材料间二甲苯吸附容量可达41.45g/g，且在循环500次后吸附容量仍能达到其初始值的93%，负载该海绵的回收设备则具有良好间二甲苯回收速率（152.83L/h）及效率（99%），运行58h后仍保持良好间二甲苯回收性能。

将氧化后的多壁碳纳米管（MWCNT）和氧化石墨烯（GO）亲水性纳米粒子化学交联物（MWCNT@GO）作为填充物，在使用热致相分离（TIPS）法制备聚苯硫醚（PPS）膜的过程中，通过物理共混方式引入MWCNT@GO纳米粒子，制备PPS/MWCNT@GO杂化膜，用以提升PPS膜的性能。分别通过TEM、XPS、Raman、XRD和FTIR表征MWCNT和GO的结构以及交联过程中的官能团变化；利用SEM、CSM、DSC、孔径测试仪、接触角测试仪和拉伸测试仪表征杂化膜的形貌以及特性；同时，对杂化膜的水通量以及蛋白大分子和甲基蓝染料的截留性能进行了测试。结果表明，PPS/MWCNT@GO杂化膜的孔径减小到0.06μm左右，杂化膜具备优异的热稳定性和机械性能；同时，杂化膜表现出了较高的水通量，可达130L/(m²?h)；较好的分离性能，对牛血清蛋白大分子（BSA）的截留率接近100%，对甲基蓝（MB）染料的截留率也达到了92%左右。该杂化膜有望在高温、强酸、强碱和腐蚀性水污染环境中广泛应用。

利用简单的水热法制备出不同反应液浓度、不同反应时间以及不同反应温度氧化钴/泡沫镍（CoO/NF）电极，旨在改善氧化钴材料的比电容及稳定性。通过XRD、SEM、TEM、EDS Mapping和BET对其结构和形貌进行了表征，同时在1mol/L氢氧化钾（KOH）电解液中采用循环伏安曲线（CV）、充放电曲线（CP）、循环性能测试、大电流充放电测试以及交流阻抗（EIS）测试研究了其电化学性能。表征结果显示氧化钴均匀地分布在泡沫镍载体表面，且片状结构CoO-8h/NF具有较大的比表面积和多孔特性。在三电极体系中，电化学测试结果显示CoO-8h/NF在1mA/cm²电流密度下表现出最好的电容性能，比电容可以达到930mF/cm²。在10mA/cm²电流密度下对CoO-8h/NF电极进行10000次恒电流充放电测试，循环测试后电极的比电容几乎没有衰减，具有较好的稳定性，是超级电容器比较理想的正极材料。

针对建筑节能领域，提出了一种由十二醇（LA，C₁₂H₂₆O）和硬脂酸（SA，C₁₈H₃₆O₂）组成的具有适宜相变温区且相变潜热较高的二元相变材料LA-SA，并以膨胀珍珠岩和陶粒为多孔吸附材料制备出复合定型相变材料，探究了不同吸附材料对于定型相变材料热物性的影响。二元相变材料LA-SA的最优配比为质量分数82%十二醇+18%硬脂酸，其熔融相变温度为21.3℃，相变潜热为205.9 kJ/kg，且热稳定性能良好。以膨胀珍珠岩和陶粒为吸附材料，通过真空吸附法制备出了两种建筑用定型相变材料，并对其进行了SEM、FTIR、TG及DSC性能表征，结果表明：LA-SA与两种吸附材料的复合过程仅为物理吸附且复合良好，吸附后的定型相变材料的相变潜热有一定的降低；相比于陶粒，膨胀珍珠岩对相变材料的吸附率较高，且对相变材料热性能影响较小；LA-SA/膨胀珍珠岩熔融相变温度为22.7℃，相变潜热为165.3 kJ/kg，可应用于建筑节能材料的制备。

以柠檬酸和尿素分别为碳源和氮源，微波法合成含氮掺杂碳点N-CDs。以异氟尔酮二异氰酸酯（IPDI）、聚氧化丙烯（PPG-2000）为主要原料，加入不同量的N-CDs制备一系列碳点水性聚氨酯复合材料 （N-CDs/WPU）。通过FTIR、TEM、XPS、UV-vis、荧光光谱和力学性能测试等对复合材料结构和性能进行表征。测试结果表明N-CDs主要由碳氮氧元素组成，表面具有胺基、羟基等活性基团，N-CDs的加入，提高了复合胶膜的力学性能，赋予了胶膜荧光性能。当N-CDs质量分数为0.6%时胶膜拉伸强度达到最大35.00MPa，加入量质量分数为0.8%时荧光强度最佳。

生物法已成功取代化学法制造长链二元酸，在生物法制备长链二元酸的提取精制中会产生含有二元酸的重组分。由于组成复杂，重组分中混合二元酸提取是行业中的一个技术难点。本文针对长链二元酸重组分中混合二元酸提取技术，首先对重组分组成及杂质来源进行分析，然后重点阐述了不同的混合酸提取技术及其技术原理，并对各自的提取效果和优缺点进行比较分析。结果表明，水相成盐-酸化结晶法操作简单，无需溶剂，但耗用酸碱，产生较多的盐，需要处理；有机溶剂结晶法可采用浓缩后冷却结晶的方式，与主生产线工艺契合程度高，设备改造工作量小；萃取法需要使用溶剂，一些特别的溶剂可以将色素等杂质分离，但需要考虑溶剂的分离效果；色谱分离法难以达到较高的分离度，色谱柱操作复杂，不适合大规模生产；酯化分离法关键在于需要把酯化产品与市场对接。最后，在现有技术的基础上，提出将来的研究需要将重点放在工艺创新、分离设备加工和加强环保措施上。

优化确定了槐糖脂（sophorolipids，SLs）的工业化生产过程中发酵液预处理及槐糖脂的分离纯化新工艺。对下层发酵液利用自然沉降法替代传统乙酸乙酯萃取法获得内酯型槐糖脂；对上层发酵液利用工业化生产中常用的板框过滤替代传统实验室离心法去除菌丝体，利用树脂吸附及超滤法除杂替代实验室及生产中常用的有机溶剂萃取法及醇沉法，获得高纯度的酸型槐糖脂产品。通过上述步骤的实施，实现了菌液的有效分离，成功获得了高浓度、高纯度的不同结构的槐糖脂产品。所得产品经槐糖脂含量测定及HPLC组成测定检验发现，产品标准达到市售标准，产品质量优于市售产品。该预处理及分离纯化工艺不仅丰富了槐糖脂类产品的品种，填补了市售产品均为内酯型和酸型槐糖脂混合物的缺陷，还可以减少有机试剂的使用量，提高槐糖脂生产的安全性与可行性，具有重要的生产指导意义，有望产生巨大经济价值。

羟胺（盐）是一种重要的化工原料。传统的羟胺制备方法，如拉西法、催化还原（HPO）法等，存在污染环境、工艺流程冗杂、设备腐蚀严重、原料原子利用率低等不足。基于绿色化学理念和羟胺合成的研究现状，本文以酮肟水解制备羟胺反应为重点，从水解反应的原料、催化剂、反应产物及其分离方式等角度，阐述了酮肟水解法制备羟胺产品的研究进展；并同时针对酮肟水解反应提出了质子化酮肟的反应机理，讨论了反应蒸馏（精馏、萃取）-耦合、聚二甲基硅氧烷薄（PDMS）膜原位分离法等新型反应、分离技术在酮肟水解中的最新应用。在此基础上，指出借助反应萃取-耦合等新型反应、分离技术，开发温和条件下清洁高效的催化酮肟水解一步合成羟胺及其盐的工艺过程，或将成为今后研究的热点。

以纯角蛋白为原料，采用静电纺丝技术制备的角蛋白纳米纤维膜脆性大、力学性能差，添加化学助剂能够明显改善角蛋白溶液的可纺性，提高角蛋白纳米纤维膜的综合性能。本文主要介绍了在静电纺丝过程中优化和改善角蛋白纳米纤维膜性能的三类化学助剂，包括改善纺丝液可纺性的助纺剂、增强纳米纤维膜综合性能的交联剂以及增加纳米纤维膜特殊功能的抗菌剂。阐述了以上三类化学助剂在静电纺角蛋白纳米纤维膜材料中的相关作用机理，对比了添加化学助剂前后角蛋白纳米纤维膜的结构和性能的变化情况，展望了化学助剂在静电纺角蛋白纳米纤维材料中潜在的应用价值和广阔的应用前景，提出了今后化学助剂在优化静电纺角蛋白纳米纤维综合性能方面的研究方向。

含蜡原油开采过程中，油井普遍存在结蜡现象。行之有效的清防蜡工艺是保障油井稳产的重要因素，化学清防蜡工艺应用效果受沉没度、产液量及含水率等的影响，在油井复杂条件下，其现场应用效果难以评价。为研究清防蜡工艺的应用效果，本文基于清防蜡工艺原理，以安塞油田清防蜡工艺应用前后的高含蜡原油和沉积物为研究对象，分析了原油族组成、蜡组成、蜡含量、析蜡点、黏度和溶蜡速率；通过比较确定了4个评价指标，引入多目标评价方法，建立了清防蜡工艺效果评价体系。研究表明清防蜡工艺应用后原油黏度降低；蜡的碳数C₁₆~C₃₀的百分含量降低，C₃₀以上的百分含量升高；原油平均蜡含量变化率为22.99%；原油平均析蜡点变化率为2.86%；各清防蜡剂溶蜡速率均大于0.0160g/min；CQ-1工艺和CQ-2工艺的综合得分较高，现场应用效果良好。计算结果与安塞油田应用化学清防蜡工艺的方向一致，具有较强的参考性。

厌氧氨氧化技术在城镇生活污水脱氮领域有巨大应用前景，在降低投资、低耗运行和污泥减量等方面具有重要优势，成为城镇生活污水处理的研究热点。本文综述了近年来厌氧氨氧化技术应用于城镇生活污水处理的最新研究进展，首先分析了有机物、污泥龄、溶解氧、温度及污泥截留等影响因素，认为厌氧氨氧化技术适宜处理城镇生活污水，并提出了相应技术挑战；探讨了侧流和主流厌氧氨氧化处理工艺在城镇生活污水处理中的优势、调控条件和现场应用效果。同时，根据现有研究结果，认为低氨氮浓度下保证稳定的亚硝态氮积累、低温条件下厌氧氨氧化稳定、厌氧氨氧化菌的快速富集以及主流工艺的推广应用等方面是城镇生活污水厌氧氨氧化处理大规模应用的瓶颈问题，并提出了厌氧氨氧化未来发展趋势。

废旧电池中含有大量的金属物质，如果不妥善处理，会造成严重的环境污染和资源浪费。而将废旧电池回收之后用于制备功能材料，既能有效解决废旧电池难处置、危害大的问题，又可以减少功能材料的制备成本。文章首先概述了电池的组成及种类、废旧电池的回收意义与回收和处理现状；其次重点介绍了回收废旧电池制备功能材料的研究现状和最新进展，根据废旧电池制备功能材料所采用回收工艺的不同对废旧电池的回收利用进行了分类；最后探讨了目前回收废旧电池制备功能材料所存在的一些问题，并指出简单处理废旧电池制备功能材料将会是未来的主要发展趋势。

为更好地回收含油污泥（即油泥）中可用资源，国内外油泥资源化处理方法不断更新和突破，并在室内实验研究阶段取得较好的处理效果。本文从油泥的高温热处理法、常温法、低温冻融法三个方面综述了热解、微波、萃取等油泥资源化处理方法的研究进展、优缺点以及适用条件等。热解法油品回收率达95.8%，具有油泥处置彻底、油品回收质量高的特点。电动力学法处理油泥，油泥减量化达44.3%，采用浮选法，油泥减量化达95%，两种方法均具有操作简单、易实施、适合大批量处理的特点，工程化应用潜力较大。油泥来源不同，性质各异，采用单一技术难以实现大量油泥的资源化和无害化目标。多项技术联合，如热解法联合浮选法或电动力学法处理大规模油泥能提高油品回收率和质量，降低残油率和处理成本，将成为油泥资源化处理技术的发展方向。

用于脱硫及脱碳的胺液在长期使用中因降解或杂质混入发生变质，导致脱硫脱碳效率下降、胺液发泡、装置腐蚀及能耗增大等系列问题，而胺液净化复活技术是解决胺液系统问题的有效手段。本文从变质胺液中污染物出发，分别总结了固体颗粒物、烃类及表面活性物质、胺变质产物及热稳定盐的成因、危害及其控制手段。针对热稳定盐等重点难处理污染物，主要介绍了蒸馏回收、离子交换以及电渗析等净化技术的技术原理及国内外研究与应用概况，并对技术特点进行总结分析。最后通过技术对比指出，电渗析因具备胺液回收率高、热稳定盐净化深度高、能耗适中、产生少量易处理污染物等特点，是我国在胺液净化复活技术领域最具潜力的发展方向。

去除废水中过量的磷可以减缓水体富营养化。吸附除磷因具有能耗低、容量大、污染少等优点而备受关注，改性吸附剂则可在此基础上提高除磷的靶向性，拓宽操作条件，增大吸附容量。本文分析了改性硅酸盐类、改性金属氧化物类、改性固体废弃物类和聚合物类4类除磷吸附剂的改性方法和吸附性能。硅酸盐类吸附材料以及固体废弃物类材料除磷效果略差，但因来源丰富、价格低廉而具有极大的吸引力。聚合物类吸附剂具有高吸附容量、高选择性，但价格昂贵。金属（氢）氧化物具有出色的磷酸盐吸附性能，且选择性好、吸附速度快，这些化合物已被掺入到沸石、介孔二氧化硅和生物炭等材料中，进一步增强其吸附性能，并在工程材料应用中取得重大突破，主要包括磁性吸附剂和颗粒吸附剂。4类吸附剂的作用机理可归纳为两种：一种是吸附剂上的金属与磷酸盐离子发生配位反应，形成沉淀；另一种是酸性条件下吸附剂上的羟基质子化，使羟基带正电，质子化的羟基通过静电吸引使磷得以去除。通过对不同类别吸附剂的吸附特性进行对比分析，提出将高分子技术运用到吸附剂制备过程中，开发同时具有较强解吸能力的改性吸附剂将成为除磷吸附剂研究的新热点。

电解锰渣已成为制约电解锰行业发展的瓶颈问题，建材可以实现电解锰渣的大规模消纳，但电解锰渣含水率高导致其氨氮和可溶性硫酸盐处理处置难，目前尚无经济稳定运行的工业化案例。为实现电解锰渣建材资源化，本文系统疏理了电解锰渣理化特性、生态环境特征、减量化和无害化现状，重点分析了近年来电解锰渣建材资源化研究现状以及产业化应用实施案例，结合目前的经济、技术和市场因素，探讨了电解锰渣制备水泥混合材和蒸压加气混凝土的可行性，以期为解决电解锰渣资源化利用与无害化处理提供新的思路，从而推动电解锰行业的可持续发展。

随着三元复合驱采油技术在油田的广泛应用，三元复合驱采出水产量不断增加。三元复合驱采出水水质复杂，具有矿化度高、黏度大、含油乳化程度高、小油滴含量高、油水分离困难等特点，对油田生产和环境的影响日益严重。因此，开展三元复合驱采出水高效处理方法的研究成为一项重要的任务。本文分析了影响三元复合驱采出水油水分离特性的各种因素，介绍了目前国内应用于三元采出水处理的先进技术，如膜分离法、气浮选分离法、高级氧化法、微生物法等，阐述了这些处理技术的优势及存在的问题，重点介绍了气浮选分离法和微生物法在三元采出水处理中的应用情况，并对大庆油田三元复合驱采出水现场处理工艺进行了介绍，最后对今后的研究工作提出了一些展望。

光催化技术凭借其稳定高效且成本低等优势，应用于水消毒领域的研究逐渐受到重视。光催化剂生成的一系列活性氧物种能有效灭活水中病原微生物。由于病毒与细菌等其他微生物结构、抗性等不同，因此本文着重综述了光催化材料应用于去除水中病毒的研究进展。介绍了光催化技术的氧化和消毒原理，评价了传统消毒工艺去除病毒的优缺点，总结了TiO₂基光催化剂和不含TiO₂的光催化材料的应用现状。最后展望未来光催化材料设计应以降低制备成本、提高光催化效率、能实际大规模工程化应用的方向发展。

电催化技术深度处理焦化废水仍受极板导电性和催化活性制约而无法广泛应用。本文在以掺杂锑的二氧化锡的钛网（Ti/SnO₂-Sb）为底层、以掺杂铈的二氧化铅（PbO₂-Ce）为顶层的二维结构之间插入良好导电性的非离子型高聚化合物聚吡咯（PPy），形成具有三维结构的Ti/SnO₂-Sb/PPy/PbO₂-Ce电极能够增加电流效率，提高催化活性。分别通过X射线衍射图谱、高分辨率透射电子显微镜、X射线光电子能谱和热重分析来表征电极的结构、元素的化学状态和热稳定性，通过线性扫描伏安法和循环伏安法测试电极的电化学表面行为。分析表明，铈的掺杂使极板羟基自由基（·OH）产生量有较大增幅；PPy中间层的插入增强了电极热稳定性，使电流效率提升至7.55%。电化学分析表明Ti/SnO₂-Sb/PPy/PbO₂-Ce电极具有较高的活性表面积和析氧电位。为使极板达到最佳应用条件，通过响应面法得到一组预测优化参数：电流密度161.18A/m²，电解质浓度5.90g/L，极板间距1.58cm，初始pH为9.05。在最优条件下，对焦化废水的降解效率达到90.47%，能耗为0.787kW·h/g，并据此对可能得催化氧化原理提供预测。

目前，重金属离子和有机污染物共存的废水处理是一个世界性的重大问题，对环境保护具有重要的意义。本研究以农业废弃物向日葵秸秆为原料，制备了一种生物炭（BC），用以活化过一硫酸盐（PMS）。BC/PMS体系实现了对水中重金属Cu²⁺和有机污染物对硝基苯胺（PNA）的同时去除。探究了pH、BC投加量和PMS浓度等反应条件对同时去除Cu²⁺和PNA的影响。研究表明，在BC=2.0g/L、PMS=1.0mmol/L、PNA=20.0mg/L、Cu²⁺=2.0mg/L和pH=3.0条件下，60min时Cu²⁺和PNA同时去除效率分别为90.00%和100.00%；Cu²⁺被BC/PMS体系吸附去除的同时也显著地促进了PNA的降解去除。自由基猝灭实验和电子顺磁共振光谱（EPR）实验表明，BC/PMS/Cu²⁺/PNA体系降解PNA为自由基反应和非自由基反应共存过程，且以非自由基反应为主导；自由基反应是基于Cu²⁺活化PMS产生SO{}_{\mathrm{4}}^{·-}和?OH，非自由基反应可归因于BC活化PMS产生活性物种¹O₂。

针对纳米零价铁（nanoscale zero valent iron，nZVI）易团聚的特性，本文用鸡骨生物炭（BC）作载体，制备出生物炭-零价铁（Fe-BC）去除Cr(Ⅵ)，并与铜改性的生物炭-零价铁（Fe-Cu-BC）和BC对Cr(Ⅵ)的吸附性能进行了对比。通过扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）、X射线衍射（XRD）、N₂吸脱附等温线和傅里叶红外光谱（FTIR）对材料表面形貌及结构性质进行分析，同时考察了溶液pH、接触时间等条件对吸附剂吸附容量的影响，通过吸附动力学和吸附等温线分析了吸附特性。结果表明，在pH=2的条件下去除Cr(Ⅵ)效果较好；吸附平衡遵从Langmuir吸附等温式；吸附动力学符合准二级动力学方程。Fe-BC材料吸附水体污染物后可用磁分离技术加以回收。Fe-Cu-BC缩短了对Cr(Ⅵ)的吸附平衡时间。制备出的吸附剂对Cr(Ⅵ)的理论最大吸附量顺序为 Fe-BC>Fe-Cu-BC>BC；同时， Fe-BC吸附量为153.60mg/g，对比于先前报道的nZVI对Cr(Ⅵ)的吸附容量85mg/g左右，有了很大的提升，说明BC作载体成功解决了nZVI易团聚的缺点，拓展了实际应用。

对聚苯硫醚（PPS）生产废水的资源化利用进行了研究，使用有机溶剂对废水中的有机物进行萃取分离。通过探究萃取过程中操作条件对萃取效果的影响，获得了最佳的萃取条件为：以二氯甲烷为萃取剂，萃取时间为3h，萃取温度可选择303K，适宜的溶剂比为1∶1，萃取级数为三级。对经萃取处理后的废水进行蒸发结晶析氯化钠，蒸发母液冷却至298K析磷酸盐，结果表明：氯化钠的总收率可达到96.68%，纯度为99.27%；磷酸三钠收率为92.28%，纯度为98.88%，产品均符合工业品标准。采用溶剂萃取与结晶相结合的方法，不仅实现了废水回用及其组分资源化利用的目的，而且具有操作简单以及节约能源的优点。

为了检验选择性非催化还原（SNCR）脱硝技术在高效低NO_x液态排渣煤粉工业锅炉中的应用效果，本文在一台8.4MW有机热载体锅炉炉膛内开展了SNCR脱硝技术工业化试验研究。选用尿素作为还原剂，搭建了工业化SNCR脱硝试验平台。在10%、15%、20%三种浓度尿素溶液下进行了不同尿素溶液喷射量、不同氧含量、不同锅炉负荷下的SNCR脱硝试验研究。试验结果表明，提出的“低NO_x燃烧+SNCR脱硝”耦合技术方案是可行的，SNCR脱硝效率在80%以上，完全能够达到烟气中NO_x低于50mg/m³的超低排放要求。

利用天然纳米硅酸盐黏土矿物的独特层状结构与晶体表面特性制备出具有纳米三维孔道结构的新型硅铝矿物吸附剂，并对所得纳米多孔材料的性能进行相应的表征及废变压器油吸附再生应用研究，通过吸附再生条件考察确定了最佳吸附条件。对吸附前后变压器油理化性能及电气性能分析结果表明，利用上述吸附剂吸附处理废变压器油后变压器油性能明显改善，耐压性、体积电阻率、界面张力、介质损耗因素、酸值等指标完全符合国家标准，可以实现废变压器油的高效吸附及再生，显著降低了成本，并避免了环境污染及资源浪费。

利用煤气化焦油渣为原料进行活性炭制备实验研究，对炭化过程焦油渣孔结构和表面特征进行研究，采用N₂吸附/脱附等温实验和表面分形理论研究炭化对焦油渣孔结构和表面特征的影响。结果表明：炭化物的吸附等温线倾向于表征微孔吸附特征的Ⅰ类吸附等温线；炭化物中具有发达的微孔结构、过渡孔结构和极不发达的大孔结构；随着温度和升温速率的提高，微孔结构先增加后又逐渐发展为过渡孔和大孔；对炭化物表面的分形特征进行研究发现，表面分形维数与BET比表面积、总孔容、平均孔径不存在直接关系，但是与微孔面积占比和微孔容积占比存在较好的一致性；焦油渣在炭化处理过程中随着温度的升高和升温速率加快，经历了“立体发展-逐渐衰落”的过程。当炭化终温850℃、升温速率20℃/min时，可以得到最优的活化前体。