以高效、紧凑、轻质的航空燃油换热器为研究背景，对影响微小通道换热和压力性能的多种工况条件和结构参数进行探究和优化。应用Taguchi方法的正交实验设计和损失函数分析，得到不同因子对性能指标的贡献度和影响规律，并通过可加性检验证明结论具有统计显著性。结果显示，入口流速和通道流型对微小通道传热和压力性能的贡献度最大，通道流型选择圆柱旋涡发生器通道能获得最佳综合性能。此外发现，换热过程中工质的物性变化会影响普朗特数计算，导致多种传热压力性能和综合性能的评价指标有不同影响规律和不同优化参数组合，因此研究时需要根据实际问题选择恰当的评价指标。

为进一步提升等截面微通道热沉的散热性能，本文设计了双进口-单出口型微通道热沉，并采用数值模拟的方法研究了入口上侧边布置、左侧边布置以及不同入口角度时去离子水在微通道热沉内的流动和传热特性。结果表明，进出口布置方式对微散热器内各通道流量分配有很大影响，而流量分配直接影响热沉的温度分布。入口上下侧边布置时流体的分布更加均匀，热沉的热阻和泵功较小。入口角度的减小降低了热沉底面温度，并使底面温度更加均匀。当Re=365时，θ=45°的底面最高温度比θ=90°时降低了1.91℃，但泵功却显著增大。

利用一种改进的高时空分辨率相移干涉仪，探究跨/超临界射流过程中不同于亚临界条件下的射流特性，测量了不同跨/超临界射流过程中相变化界面的瞬态密度场。相移干涉仪采用马赫-曾德尔型干涉仪的基本排布，通过像素阵列掩模法实现了传感器同时获得多相位的干涉图像，空间分辨率可达3.45μm，时间分辨率可达0.001s。实验中通过相移干涉仪实现了对液相-超临界相、超临界-气相射流过程的可视化研究，实时定量化测量了瞬态密度场。结果表明，液相流体射流到超临界环境中（p_r=1.01，Re=79.738），射流界面不会产生类似亚临界条件下的微小液滴，而是在边缘出现高度褶皱的相平衡层，与文献取得一致的结果；可视腔底部的射流流体密度初始处于712.82kg/m³，随着射流的进行，与周围低密度流体相互作用，密度降低到310kg/m³。超临界相流体射流到气相环境中（p_r=0.98，Re=87.340），射流界面发生破碎；随着高密度射流流体（314.99kg/m³）从底部向上流动，底部的密度逐渐降低到288.12kg/m³，射流相变化界面的法向有很大的密度梯度，最大值为1.565×10⁴kg/m⁴。

针对目前油田高含水油水两相流流动复杂、通常存在于密闭管道难于在线检测等问题，本文提出了一种基于管内相分隔的高含水油水两相流双参数测量方法。通过旋流器将难以测量的细小、分散油滴集中到管道中心，形成油芯-水环的相分隔状态，引入轴向压差和径向压差，建立两个差压之比的实验关联式，结合电磁流量计和差压方法测量总流量和含水率。通过数值模拟方法对差压的取压位置进行了优化设计，并开展油水两相流双参数测量实验。实验结果表明，在84%～100%高含水率范围内，油水总流量和含水率的测量误差几乎都在±5%以内。这为高含水油水两相流实时测量提供一种新的双参数测量方法和理论指导。

长距离油气输运管道运行工况复杂，事故频发，冲蚀腐蚀是导致管道局部失效的典型问题之一，受多因素作用影响。为探究管道钢冲蚀腐蚀多因素影响机制，通过全因子实验设计方法，量化比较了包含不同颗粒浓度、冲击角度、氯离子浓度和pH的多变量系统中单一因素和因素间相互作用对X80管道钢冲蚀腐蚀损失的影响效应，并分析了它们的显著性与方向性。统计学分析结果表明，4个单一因素对冲蚀腐蚀损失均有显著影响，其中颗粒浓度和氯离子浓度与冲蚀腐蚀损失正相关，pH和冲击角度与冲蚀腐蚀损失负相关；因素间协同作用中只有颗粒浓度与氯离子浓度之间的协同作用以及颗粒浓度与冲击角度之间的协同作用效应显著，其余交叉因素效应不显著。此外，根据这些因子对X80管道钢冲蚀腐蚀质量损失速率影响的显著性，给出了作用大小排序，并通过显微照片分析了不同条件下材料损失模式，讨论了因素间协同作用机制，用示意图对因素作用效果和作用机理进行了解释。

环雾状流广泛存在于石油化工领域，其内部流场测量具有重要意义。本文结合光学图像法和高速摄影技术对撞针式喷嘴的雾化特性进行了测量分析，以此为基础对基于雾化混合的环雾状流中夹带液滴特性开展了实验研究。利用高速摄影技术对喷雾进行可视化，采用单帧单曝光法对液滴尺寸和速度信息进行提取。研究发现，液滴速度随轴向距离增大呈衰减趋势，且相同轴向距离（约在径向位置10mm处）条件下，速度达到峰值；液滴索泰尔平均直径（SMD）随喷嘴孔径d₀的增大而增大，并与液相质量流量m_l和喷嘴上下游压差?p均呈负相关；另外，在环雾状流环境中，相同气压条件下液滴SMD随气相体积流量Q_g增大而减小，而相同气相体积流量条件下SMD随气压p_g增大而增大。基于实验测量结果，以气相韦伯数We_g和液相雷诺数Re_l为主影响参数，引入相间滑移和压力系数建立了基于量纲分析的环雾状流液滴SMD预测模型，平均绝对百分比误差MAPE为11.4672%。

针对气液两相环状流液膜参数溯源问题，设计了一种液膜在线提取装置和基于液膜质量流量测量的夹带率测量方法。该装置利用超声波测距传感器对储液箱液位进行实时监测并反馈至控制系统，利用单片机控制抽气泵开关实现对环状流多孔渗水介质管段内外差压调节控制液膜析出速率，使用换向器实现计量和废液管路切换并记录两次切换之间的时间间隔。利用精密电子天平对取出液膜进行称重测量，结合记录时间和液相质量流量计测量结果实现液膜质量流量和液滴夹带率等参数的测量。在小口径高精度气液两相流模拟装置进行了75组实流验证实验，并结合两种典型夹带率模型预测结果对测量系统进行了科学评价。研究结果表明，液膜质量流量和液滴夹带率测量结果可溯源，测量准确度高，为研究气液两相环状流液膜流动特性提供了一种可靠的实验测试方法。

基于计算流体动力学（CFD）方法，采用大涡模拟（LES）和拉格朗日颗粒追踪技术计算了Rushton涡轮搅拌槽内流场特性及三种St颗粒的运动行为。平均流场（切向速度、轴向速度和径向速度）、颗粒速度及浓度分布方面与实验值的吻合度较好，验证了数值模拟的可靠性。结果表明，搅拌流场及颗粒运动均呈现循环流特性，当转速N=313r/min不变时，St=0.24的小颗粒几乎实现了均匀分布；而St=37.3的大颗粒与流体的跟随性较差，底部沉积率较高，容器顶部会出现一定的颗粒空白区。叶轮附近产生一系列的湍流涡结构，并且由于剧烈的颗粒-壁面碰撞，该位置颗粒拟温度最高；小颗粒（St=0.24）的运移主要受叶片后方尾涡的控制，均匀分布在低涡量区；而大颗粒（St=37.3）由于具有较大的惯性，运动不再由涡主导，很快被叶轮甩向边壁，穿过了尾涡所形成的高涡量区，故而叶轮对附近大颗粒的搅拌效果较差。

颗粒与壁面的惯性碰撞机制是换热管壁积灰的主要原因之一，且国内外对微米级颗粒撞击壁面过程的研究较少。本文对单颗粒撞击颗粒覆层的碰撞过程进行了数值计算。首先通过建立颗粒与壁面法向碰撞的动力学模型，对颗粒与壁面（或颗粒）之间的碰撞过程进行研究。对于颗粒与壁面（或颗粒）的碰撞过程，无阻尼耗散下，理论计算结果与数值计算结果一致。相对于仅考虑黏附剥离功的情况，阻尼耗散的存在使得临界捕集速度增加。在此基础上，研究了颗粒与颗粒覆层撞击后的颗粒运动情况。颗粒-颗粒（黏附）-壁面的法向碰撞过程由于黏附颗粒的加入变得更加复杂。计算发现，对于二氧化硅颗粒-二氧化硅颗粒（黏附）-不锈钢表面的碰撞过程，当入射速度大于0.7m/s时，黏附颗粒将从壁面脱离。

显微成像条件下的三维流场测量是微通道流动等研究的基础，其难点在于颗粒深度位置的测量。由于显微镜头景深极小，成像时通道内大部分颗粒处于离焦状态。本文首先基于几何光学原理分析了显微成像前后离焦 不对称的特点，随后基于Inception V3卷积神经网络搭建了颗粒深度预测模型，并通过光线追踪方法生成粒径 1~10μm的10种颗粒在深度范围-50～50μm内的仿真显微图像，应用深度预测模型对其进行训练及预测，颗粒深度预测结果显示1～3μm颗粒的相对误差在±13%以内，4～10μm颗粒的相对误差小于±5%。最后在微通道中拍摄粒径分别为2.6μm和5μm的聚苯乙烯微球在深度范围-50～50μm内的显微图像，应用同一深度预测模型进行训练及预测，两种颗粒深度预测结果的相对误差分别为小于±15%和±5%。结果表明，所提出的基于深度学习的显微离焦图像法能够有效测量微通道内颗粒深度位置，为图像法流场测量技术增加了新的思路。

由于电阻层析成像（electrical resistance tomography，ERT）技术具有非扰动、无辐射、可视化等优点，本文基于该技术提出了一套能够实现锂离子电池阴极浆料粒子分布特性的可视化在线监测系统。ERT监测系统包括阻抗分析仪（impedance analyzer，IM3570，HIOKI）、计算机（PC）、多路复用器（34970A，Agilent）和8电极传感器。在实验中，搅拌器搅拌速度为720r/min，搅拌时间在360s以内，激励电流的频率为f=1kHz，幅值为1mA。电流输入采用相间激励法，从而获得20组测量电压数据。另外，基于总变差（total variation，TV）正则化的 PD-IPM算法重构了ERT图像，同时，定义了电导率平均值\stackrel{—}{\sigma }_ave和均方差s来定量分析ERT重构图像。此外，为了定性和定量验证ERT测量系统的可行性，分别采用了扫描电子显微镜（scanning electron microscopy，SEM）方法和电阻抗谱（electrical impedance spectroscopy，EIS）方法。对比结果表明，①ERT重构图像和SEM表观形貌图像基本一致，当搅拌时间t<120s时，SEM表观形貌图像中粒子凝聚较为严重，ERT重构图像中颜色变化明显；当t≥120s时，SEM表观形貌图像中粒子趋于分散，ERT重构图像中颜色呈现较为单一的橙色。②EIS中的电阻Z′和电抗Z″变化的变化量与\stackrel{—}{\sigma }_ave和s的变化量相符合，并且阴极浆料的电化学特性能够与ERT重构图像相互对应。因此，基于ERT的锂离子电池阴极浆料分布特性的动态可视化监测系统具有可行性，能够应用于阴极浆料实际工程制备的在线动态监测。

针对烟气脱硫工艺中石灰石/石膏浆液粒度、密度（浓度）在线测量需求，研究了基于超声衰减法的浆料多参数在线测量方法和装置。改进了一种自适应控制参数的差分进化算法用于颗粒粒径反演，模拟算例显示，改进差分进化算法求解精度更高；设计了非接触式测量管段，采用换能器一发一收模式，实现非接触式无损测量；开展了温度变化对声衰减影响实验，提出了声衰减量的温度修正方法。通过实验室结果验证，文中方法浓度测量结果与取样法浓度分析结果最大偏差为1.75%，最小偏差为0.59%。通过电厂测试结果验证，文中方法的粒度测量结果与显微镜图像法、激光粒度仪三者测量结果具有较好的一致性，最大偏差小于17%；密度测量结果与取样法吻合度高，最大重复性偏差仅为0.23%，单次测量结果与取样法最大偏差为0.26%，两项指标均优于差压密度计测量结果，可满足烟气脱硫工艺中石灰石/石膏浆液粒度、密度（浓度）在线测量需求。

多数机械设备如换热器、汽轮机、燃气轮机等内部流场均具有内部空间狭小、流场流动复杂的特点。目前对于该类流场测量多采用二维粒子图像测速（PIV）的方法，难以反映真实的流场速度分布；同时多数三维流场测量系统设备复杂且昂贵，难以应用到狭小的空间测量中。因此本文搭建了一套基于三台相机的三维流场测量系统，针对某矩形水流管道，应用层析PIV技术对圆柱尾迹的低速流场进行了测量，成功观察并重建了圆柱产生的三维卡门涡街流场。测量区域约为30mm×30mm×5mm，三维空间分辨率达到20voxels/mm，重投影误差小于0.5%。研究结果表明，采用本文搭建的三相机层析PIV系统测量得到的三维矢量场合理地反映了圆柱尾迹的流动结构；MLOS算法相较于传统MART算法能够有效降低重构所耗时间，并能够达到同样的重建精度。本文搭建的测量系统也可用于其他低速流体实验中，而三相机的布置为测量狭小空间的复杂流场提供了可能。

由于多相流流动的复杂性和不透明性，对气固两相流循环流化床提升管轴向行为研究一直是亟待解决的难题。本文采用八截面三十二电极的三维电容层析成像（ECT）传感器，每个截面包含4个电极，分析了在不同轴径比（轴向长度与传感器内径之比）和不同电极覆盖率下的成像情况。仿真结果表明，当轴径比为8.3、电极覆盖率达到69%时，在保证成像质量的情况下达到最大的轴径比。开发了一套32通道的三维ECT数据采集系统用于流化床提升管流动成像，成像速度为每秒120帧。成像结果表明，当流化气速U_f为2.34m/s时，段塞流在加速上升到一定高度后，由于气速和颗粒速度差降低带来的曳力减小而破裂。本系统可以有效揭示循环流化床（CFB）的三维动态特征。

流化床具有良好的传热传质效率，因此广泛应用于煤粉燃烧、气力输送等场合。但是流化床在工作过程中会产生一定的恶性流动，脉冲的振动能量可以有效地提高流化床的传热系数，减少恶性流动现象发生。本文设计、搭建了烯烃流化床实验平台，通入混合脉冲气流。通过改变脉冲气流的相关参数，对静电信号进行功率谱密度函数分析。并基于静电信号估算气泡尺寸，从而获得流化床内气泡行为的变化。实验结果表明，脉冲气流的加入对气泡尺寸有一定的影响。随着脉冲频率的增加，气泡尺寸呈现先减小后增大的趋势，在脉冲频率为0.5Hz左右时气泡尺寸最小。脉冲气流加入后使得气泡尺寸减小，提高了颗粒流化效果，因此烯烃流化床内流化结束后的团聚颗粒质量明显降低。

在层流搅拌中，搅拌桨的周期性扰动使搅拌槽内出现封闭、孤立的环状隔离流场。隔离流场严重阻碍了搅拌介质之间的有效交换，降低了搅拌效率。本文提出外加电场以强化层流搅拌的方案，利用电流体动力学效应改变流场的对称结构，消除混合死区。试验采用平面激光诱导荧光（planner laser induced fluorescence, PLIF）技术实现了搅拌槽内流场结构的实时可视化，并通过自编程程序识别并计算出非混合区域面积百分比。结果表明，随着电场强度的增大，混合效率逐渐提升，当电场强度为1.5kV/cm时混合效率可达98%。研究建立了基于有限元法及浓度扩散模型的混合搅拌模拟平台，探究搅拌槽内部流场结构时空演变规律。通过模拟分析发现，当外加平行板电场强度达到0.5kV/cm以上时，搅拌槽内部出现明显的二次涡流。二次涡流的出现与径向混合相互作用从而不断削弱隔离流场。在电场强度不变的条件下，外加周期性电场可以进一步提高搅拌效率，电场强度1kV/cm条件下的外加周期性电场可以使搅拌效率提升至98%以上。

首先利用管式炉对燃煤及燃煤加氯后煤中汞排放进行研究，结果表明，对于神混煤而言，原煤燃烧后烟气中单质Hg⁰和氧化态汞Hg²⁺的比例分别为74.3%、25.7%。添加Cl后，烟气中Hg²⁺的比例有所上升，当加氯量为0.015%、0.030%和0.045%时，烟气中Hg²⁺的比例分别上升为32.7%、36.1%和40%，随加氯量的增加，其对汞的氧化作用也随之增强。在现场工程示范试验中，利用脱硫废水中的氯氧化烟气中的汞，以达到脱硫废水与烟气中的汞协同脱除的目的。结果表明，随着脱硫废水喷洒煤的量越大，进入SCR烟气中Hg²⁺比例增大，经过SCR后Hg²⁺的比例随之增大。由于飞灰对Hg²⁺的吸附能力较Hg⁰强，电除尘系统的脱汞效率提高，但脱硫废水喷洒煤对湿电除尘系统的脱汞效率影响不大。总之，脱硫废水喷洒量越大，燃煤机组烟气净化设备对汞协同去除效率也随之提高。

以某600MW燃煤机组环保岛系统为研究对象，利用ASPEN Plus软件对烟气污染物脱除过程进行建模，并通过仿真实验对氨氮摩尔比、循环浆液pH、脱硫塔液气比、烟气温度、烟气流量等运行参数进行了敏感性分析，获得了烟气污染物脱除系统对各参数的静态响应特性。结果表明，对于在钒钛基催化剂上发生的选择性催化还原脱硝反应，氨氮摩尔比应略高于0.92，以保证脱硝效率，减小运行成本和氨逃逸量；当氨逃逸量在允许范围内时，提高浆液pH有利于增强脱硫作用和增加石膏产量，同时，应尽量降低脱硫塔液气比以减小运行成本，但液气比不可小于8，否则系统脱硫效率将大幅下降；省煤器出口烟温应小于350℃，控制在310～350℃时，系统综合脱硫脱硝效果较好；对于烟气流量变化，环保岛系统具备较强的适应能力。这些结果为环保岛系统的优化运行和智能控制提供了定量参考。

超疏水表面是防止低温条件下风机叶片表面结冰、保证机组安全运行的重要材料之一。本文以十四酸乙醇溶液和铜片为前体，基于溶剂热法将十四酸铜原位生长于铜片表面，通过调控前体浓度和反应时间获得了不同润湿性的疏水表面，实现了疏水表面润湿性的有效调控。此外，采用扫描电子显微镜（SEM）观察了十四酸铜团簇的微结构及分布状态；借助X射线衍射仪（XRD）验证团簇粉末的晶格成分；通过接触角测量仪量化不同条件下样品的表面润湿性。结果表明，随着铜片表面十四酸铜团簇密集程度的增加，液滴与铜片的接触角增大，铜片润湿性降低；十四酸乙醇溶液浓度及反应时间可以显著改变十四酸铜分布状态，进而改变表面润湿性。疏水表面润湿性的变化是由于Ostwald熟化促进晶体生长，使表面的“禾苗”状聚合物逐渐生长成十四酸铜微米花。

为满足多光场相机测量系统快速、准确地重建火焰三维温度场的需求，针对火焰辐射光场采样具有低秩性和方向冗余性的问题，本文提出了一种基于特征光线选择的光场采样优化方法。该方法根据辐射光线穿行火焰网格的顺序以及入射角度的特点，通过选取特征光线来表征原始光场采样，以降低火焰辐射光场采样间的方向冗余性。采用数值计算对该方法的抗噪性和适用性进行了分析，进一步对乙烯层流双峰扩散火焰开展了实验验证研究。结果表明，该采样优化方法能够良好地适用于多光场相机系统，当向光线辐射强度添加不同水平的噪声时，与运用原始采样进行重建相比，利用优化采样不仅能够准确地重建火焰三维温度场，而且能够减小部分网格的重建误差，重建时间也缩短为利用原始采样重建时间的1/14。同时运用该方法可以有效地重建乙烯层流双峰扩散火焰三维温度场，重建的时间分辨率和空间分辨率均有大幅度提升。

为解决微小粒径分散相分离效率不高，制约水力旋流器分离效率深度提升的问题，本文以液-液水力旋流器为分析对象，在总结已有理论及研究成果基础上，分别从影响旋流分离效率的关键物理因素，包括分散相在旋流场内的停留时间、分散相粒径、分散相距轴心旋转半径、分散相切向旋转速度以及旋流分离工艺系统五个方面出发，首先对已有提升旋流分离效率的水力旋流器串联工艺、分散相粒径聚结器、小直径旋流分离器及增强切向速度的动态水力旋流器等技术措施进行分析总结，并在此基础上提出了促进旋流分离效率深度提升的新型技术方案，为液-液两相以及固-液、气-液、气-液-固等多相混合介质的高效旋流分离器设计及系统优化提供一定理论及技术支撑。

石化行业智能化建设是“中国制造2025”的重要内容，加强信息物理系统（CPS）建设是实现石化行业智能化的重要保障。本文基于某炼化企业CPS建设需要，以变换装置建模为重点，采用混合建模方法进行模型的研发。通过Aspen plus模拟生产流程并进行灵敏度分析，模拟产生系列运行数据；利用混合建模方法对训练组数据进行挖掘，估算了反应器R2204的动力学参数，建立了混合模型，并采用预测组数据进行验证。结果表明，通过该方法所得模型在预测反应器出口最关键组分CO组成时相对偏差较小（25组数据平均偏差为2.78%，最大一组数据偏差不超过10%），证明模型可靠；基于此模型，对反应器进口流股S2220的温度和H₂O/CO摩尔比值进行了模拟优化，结果表明进料温度为201℃、H₂O/CO摩尔比值为51.35时，反应器出口CO的干基物质的量分数最小为0.406%，满足技术生产指标。本文采用混合建模方法建立的模型不仅可以准确地预测反应器的产品CO组成，还可以集成到工厂CPS系统中，为后续的决策优化提供依据。

为增强缠绕管式换热器的综合换热性能，本文提出一种沿径向安装于缠绕管式换热器芯筒内壁上的直插式垫条型内插件。通过数值模拟的手段，研究了直插式垫条型缠绕管式换热器的流动与换热性能。相比于传统结构，直插式垫条在固定管束相对位置的同时也可作为涡发生器，影响管束形成的尾流场，对管束边界层产生持续的扰动，增强缠绕管式换热器的综合换热性能。计算结果表明，在相同的进口工况下，直插式垫条型缠绕管式换热器壳侧努塞尔数相比于传统结构提高了13.01%～15.55%，压降升高了1.3%～4.3%，综合换热性能可提高7.4%~10.5%。并在此基础上研究了直插式垫条不同的排布方式对流动及换热性能的影响，在雷诺数5000～24000的工况条件下，直插式垫条对齐排方式的综合换热性能最优；在雷诺数24000～30000的工况条件下，直插式垫条交错排布的综合换热性能最优。

自吸式搅拌桨具有强化多相及均相体系混合的特性，被广泛应用于化工冶金等领域。本文提出了一种新型涡轮自吸桨，并对其在混合及氧化还原过程中的强化作用进行了研究。以电导率法作为测定方法，以混合均匀时间作为表征参数，对搅拌转速、搅拌输入功率、示踪剂添加位置、吸气和吸液混合等影响因素进行了系统研究。研究结果表明，混合均匀时间随搅拌转速增加而降低，且存在临界转速，即为200r/min，当搅拌转速大于临界转速200r/min后，混合均匀时间基本维持稳定；当搅拌桨以吸气形式运转时，其他条件相同的情况下，自吸桨200r/min转速的混合效果与常规搅拌桨350r/min的混合效果相当；当搅拌桨以吸液形式运转时，自吸桨在0.27kW/m³输入功率下可达到常规搅拌桨1kW/m³以上输入功率的搅拌混合效果。同时，本文以水杨酸为活性氧捕集剂，初步探究了自吸式搅拌桨在强化氧化还原过程的机理，研究结果表明自吸式搅拌桨在吸气运转过程中，混合搅拌体系产生了羟基自由基，对应羟基化产物在120min后积累浓度为73.47μmol/L。此外，以二价铁为氧化剂受体，以二价铁的氧化效率为表征参数，对自吸式搅拌桨实际应用效果进行了系统研究，研究结果表明，在氧化二价铁的过程中，当pH为5.0时，自吸桨氧化优于曝气氧化效果；在pH=4.0、常温条件下，相较于普通搅拌桨，自吸式搅拌桨对应体系的氧化效率达到30%，是常规搅拌桨的10倍；当转速大于300r/min时，转速增加对氧化平衡终点影响较小，对氧化速率影响较大，即转速为400r/min的氧化效率比300r/min的氧化效率高30%。

高炉煤气（BFG）作为炼铁过程中副产的可燃气体，具有明显的资源回收价值，但其同时存在热值低、成分复杂等问题。目前大多数研究集中在对羰基硫（COS）、硫化氢（H₂S）等有害成分的脱除，而鲜有对高炉煤气特征组分的研究或报道。研究者对高炉煤气特征组分的来源、生成路径等不明朗，导致在研究过程中忽略了煤气复杂组分的相互影响，很多技术在工业应用时问题频发。本文阐述并分析了高炉煤气特征组分的来源及生成路径，进而讨论了高炉煤气特征组分对脱硫过程的影响。高炉原料、燃料和空气在高温条件下经过复杂的化学反应，生成粉尘、N₂、O₂、CO、CO₂、H₂、CH₄、H₂O、HCl、HCN、硫化物等共同组成高炉荒煤气，荒煤气中的O₂、CO_x、H₂、H₂O、HCl、硫化物等化学成分对COS转化或H₂S脱除过程产生影响，导致催化剂中毒或转化率下降。本文通过分析探讨特征组分在高炉煤气产生和脱硫净化过程中的相互作用及影响规律，为超低排放背景下高炉煤气的净化和资源化提供方向和参考。

生物质在高温无氧条件下热解可以生成富含高附加值化学品和燃油成分的生物油。有效分离技术和高效提取手段的发展是生物油质量提升的关键。基于此，本文在介绍生物油性质与生物质快速热解工艺的同时，对目前国内外的生物油分离技术如蒸馏、液-液萃取、柱色谱、超临界萃取、膜分离等进行了较为详细的分析和评述。常规蒸馏和溶剂萃取等技术，工艺成熟、操作简单，但存在生物油的热敏性差、萃取剂回收难度大和污染严重等问题；分子蒸馏技术分离过程安全环保，但工艺复杂，设备成本高；超临界萃取和膜分离等技术安全环保，技术成熟，具有较大的潜力。文章还综述了目前生物油中具有高附加值的组分和单一化学品的分离提取研究进展，为生物油的有效分离和高效利用提供了理论参考，也为未来生物油分离技术的发展提供了研发方向。

有机朗肯循环（ORC）发电是将中低温热源转化为高品位电能的有效途径之一。本文针对热源温度为100~150℃的亚临界饱和有机朗肯循环系统，选用4种有机工质，首先分析热源温度和工质对单级/双循环发电系统?效率和加热器?效率的变化规律，进而对双循环系统窄点温差对系统和加热器?效率的影响进行分析。主要结论包括：在相同热源温度下，R245fa为工质时，双循环系统及加热器的?效率相对于单循环系统的?效率大幅提升，在热源温度为130℃时，系统?效率提高了14.45%。随着窄点温差的增大，系统和加热器?效率减少；不同热源温度下窄点温差增大时，系统和加热器?效率的减小量接近相等，当窄点温差增加2℃，系统?效率平均减少1.9%左右。分析双循环系统采用4种有机工质时系统和加热器?效率，发现?效率都随热源温度增加而增大；当热源温度为100℃和150℃时，工质R245fa相对于R601的系统?效率相差为0.89%和3.54%；对应加热器的?效率相差为0.49%和4.82%。

为降低氢液化厂的生产能耗与投资成本，加快我国氢能商业化、民用化的发展，本文提出了一种采用液化天然气（LNG）预冷的新型双压Linde-Hampson（L-H）氢液化工艺系统。系统的设计液氢产量为5t/d，采用膨胀降温与换热冷却相结合的方法实现了对氢气的深冷。借助Aspen HYSYS软件对工艺流程展开了详细的模拟计算与分析，结果表明，该氢液化系统的比能耗为9.802，?效率为41.4%，系统的总?损失为1373.3kW，其中换热设备的?损失占主要部分；在对系统中关键参数进行的灵敏度分析中发现，氢气预压缩压力在2~4MPa范围内变化对液化系统的比能耗和氢气液化率影响较大，而LNG的加压压力对系统性能影响较小。新型氢液化工艺系统设备简单，投资成本较低，具备良好的液化性能，在未来中小型氢液化厂的建设中优势明显。

传统工业合成氨Haber-Bosch工艺条件要求严苛，并且存在高能耗以及高CO₂排放问题。电催化氮气还原（nitrogen reduction reaction, NRR）是一种在常温常压下利用氮气合成氨的新工艺，具有成本低、反应条件温和、环境友好等优势。但该反应所需过电位较高，水解析氢反应（hydrogen evolution reaction, HER）竞争明显，导致电流密度和选择性较低，无法达到工业应用水平。本文在介绍电催化NRR合成氨的反应机理的基础上，主要从氮气分子的吸附活化和电还原阶段反应过程出发，综述了电催化氮气还原合成氨反应中HER与NRR的竞争机制。重点梳理了通过设计催化剂和反应体系抑制HER的国内外最新研究成果，最后对电催化NRR合成氨面临的挑战和机遇进行了展望。

丙烯是一种重要的有机化工原料和石油化工原料中间体，近年来在国内外市场的需求量持续增长。丙烷直接脱氢制丙烯技术具有收率高、技术成熟、经济环保等优点，备受研究者们的广泛关注。文中综述了丙烷直接脱氢制丙烯用单原子催化剂的研究进展，介绍了单原子催化剂的丙烷脱氢反应机理，探讨了单原子催化剂的失活行为，总结了活性组分、助剂及载体对单原子催化剂催化丙烷脱氢性能的影响，并分析讨论了单原子催化剂在当前研究中存在的问题。最后针对单原子催化剂虽具有优异的丙烯选择性和稳定性，但存在丙烷脱氢活性依旧不足的问题，提出了调控单原子催化剂电子结构促进丙烷脱氢活性的设计思路，为未来丙烷脱氢制丙烯高效单原子催化剂的设计提供了指导方向。

将系列锌锆金属氧化物与HZSM-5分子筛耦合制备成双功能复合催化剂，并将其应用于合成气与苯烷基化反应。研究结果表明，ZnO是合成甲醇的主要活性组分，ZrO₂的加入能够促进ZnO分散，同时其表面具有的氧空位可促进CO的活化，二者结合方式显著影响反应活性。SEM、XPS、CO-TPD等表征结果表明，ZnO与ZrO₂相结合不仅能够提高ZnO的分散度，而且能调控氧化物表面的氧空位浓度，当二者形成固溶体时，锌在氧化锆中的分散度最大，表面氧空位浓度最高，CO吸附量最大，催化活性最高。锌锆结合方式一定时，锌含量是影响催化活性的另一重要因素，n(Zr)/n(Zn)=2的锌锆固溶体与HZSM-5以质量比1∶2耦合表现出最高的催化活性，CO和苯的转化率为34.65%和35.82%时，甲苯和二甲苯的总选择性高达85.24%。

为了合理设计有效的非均相芬顿催化剂，本研究采用溶剂热法合成了两种钒掺杂双金属催化剂，并比较了它们的非均相芬顿降解亚甲基蓝的性能。还通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）等技术手段对样品进行了表征。结果显示，两种催化剂对酸性到碱性（pH=3~10）的亚甲基蓝溶液均有较好的降解效果，Cu-V复合材料在pH=10时对亚甲基蓝的去除率最高，达到95.60%；Fe-V复合材料在pH=3时对亚甲基蓝的去除率最高，达到96.60%。Cu-V、Fe-V复合材料均具有良好的重复利用性，在pH=7的条件下连续运行六次后，对亚甲基蓝的去除率仍分别保持在79.16%和68.22%。对催化反应体系的机理进行了初步探讨，羟基自由基是主要的活性物种，两种催化剂的催化机理略有不同。

近年，CO₂加氢制甲醇技术初步克服了催化剂选择性低和稳定性差的难题，实现了工业化生产。然而作为氢源，氢气的廉价替代品却极少被报道。本文利用二元金属氧化物ZnO-ZrO₂固溶体作为催化剂，在负电晕等离子体的辅助下将CO₂和水蒸气转化为甲醇。结果表明，甲醇产量达到33.56μmol/h，是单独等离子体和单独催化剂条件下甲醇产量之和的1.4倍，催化剂与等离子体联用产生协同性。甲醇产量随反应电流和水蒸气流量的增大而增大，随CO₂流量的增加而降低。X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱分析（XPS）和CO₂-程序升温脱附（CO₂-TPD）表征发现，催化剂在负电晕等离子体反应条件下晶面间距增大，氧空位增多，这增强了催化剂的CO₂吸附性能。CO₂-漫反射傅里叶红外光谱（CO₂-DRIFTs）分析结果表明，负电晕等离子体处理后的催化剂反应过程中会产生羧酸盐（COO^-），是形成甲醇的主要中间物种。

为了提高酚类废水的降解效果，本文以4-氯酚为处理对象建立了多针-板式高压脉冲气液两相放电等离子体催化体系。实验制备了系列催化剂并进行了表征分析，考察了各因素对4-氯酚降解的影响，并分析了降解过程总有机碳（TOC）、中间产物及其浓度变化。结果表明，催化剂焙烧温度及投加量对降解率有很大影响；4-氯酚浓度为150mg/L时，在电极间距10mm、脉冲电压26kV、脉冲频率70Hz、曝气量4L/min条件下，添加0.05g焙烧温度为500℃的Fe-TiO₂催化剂与放电等离子体耦合降解效果最好。中间产物对苯酚、对苯醌、4-氯邻苯二酚在放电过程中浓度随着放电时间的延长先增大后减小，最后都趋于零。催化剂表征显示脉冲放电可以改变催化剂的晶形和结构，且掺杂Fe改性的Fe-TiO₂催化性能较好，能进一步提升4-氯酚的降解率。

纳米SiO₂颗粒粒径小、比表面积大，广泛用做填料、涂料、催化剂等。由于纳米SiO₂颗粒表面能高、亲水性强、易团聚、在聚合物基体中的分散性差，需要对其表面修饰改性。多巴胺（DA）分子具有类似贻贝分泌的黏附蛋白的结构单元儿茶酚和活性基团氨基，在碱性条件下，通过氧化自聚可在多种材料表面沉积，形成富含活性基团的聚多巴胺（PDA）包覆层，可进行二次修饰，是近期发展的一种新型表面修饰方法。本文针对纳米SiO₂颗粒表面的PDA功能化修饰，分析了该修饰方法的工艺特点及优势，阐述了SiO₂@PDA纳米颗粒及SiO₂/PDA共聚复合颗粒的制备路线及应用，总结了SiO₂@PDA颗粒表面二次功能化修饰的研究进展。分析表明，SiO₂@PDA表面易于接枝功能化聚合物分子，并可负载功能纳米颗粒，有利于拓展SiO₂纳米颗粒的多功能应用。关于多巴胺与SiO₂纳米颗粒的表面反应机制、沉积动力学、聚合机理等仍需进一步研究。

淀粉是一种可再生的天然高分子，具有生物相容性好、可生物降解、无毒等优点，而水凝胶是具有吸水、保水性能的亲水聚合物网络。本文对近5年来淀粉基水凝胶的研究成果进行了归纳总结，以期为科研工作者提供淀粉基水凝胶的最新研究进展。文章分为如下部分：第一部分介绍了淀粉基水凝胶的研究背景；第二部分从淀粉基水凝胶的组成、形成原理、环境响应性等方面进行归纳总结；第三部分重点介绍了淀粉基水凝胶在水体净化、药物缓释、3D打印、农业和再生医学方面的应用。由此可知，目前淀粉基水凝胶在传感器、光电材料等方面的应用研究较少，同时其性能还不能够完全满足实际需求，因此科研工作者需进一步研究淀粉基水凝胶的结构与性能相互作用规律，完善淀粉基水凝胶的制备策略，拓展淀粉基水凝胶的应用范围，同时快速将其商品化及市场化，以产生巨大的经济效益与环境效益。

智能印迹聚合物在外部环境刺激下对模板分子具有响应性分子识别吸附能力，在吸附分离、药物传递、检测、固相萃取、催化等应用领域有着广阔的前景。本文首先对分子印迹聚合物进行了综述并指出在外场强化过程中常规分子印迹聚合物很难通过改变结合位点来控制结合特性的问题，针对这个问题进而提出具有柔性位点的智能响应型印迹聚合物。随后以具有不同响应功能的智能印迹聚合物为出发点，对磁、热、光、pH、生物大分子等单因子及双重因子响应功能印迹聚合物在外场强化过程中的响应与识别机制分别进行分析与总结，并综述了近些年来这些智能印迹聚合物在不同应用领域中相关研究工作进展。最后，基于不同响应功能的智能印迹聚合物的现状问题，对智能印迹聚合物在材料制备与理论两方面分别进行了展望。

具有C₃对称性的三甲基三嗪（TMT）分别与2,4,6-三(4-醛基苯基)-1,3,5-三嗪（TFPT）、均三苯甲醛（TFB）和四氟对苯二甲醛（TFBA）在酸或者碱催化条件下发生Aldol缩合反应，成功构建出3种新型的碳碳双键桥联的共价有机框架材料（TMT-TFPT-COF、TMT-TFB-COF、TMT-TFBA-COF）。本研究通过Material Studio、ZEO⁺⁺等软件对材料进行结构的精确解析，并结合粉末X射线衍射（PXRD）、傅里叶红外光谱（FTIR）等表征手段确定了材料的结构、连接方式及其荧光特性。结果表明，这3种较高结晶度的新型共价有机框架材料均为二维层层堆积结构，其中碱催化条件下合成的TMT-TFPT-COF、TMT-TFB-COF材料呈现出良好的荧光性质，此类荧光COFs材料在光催化、化学传感器等方面具有很好的应用潜力。

采用增材制造工艺方法进行具有高比强度、密度小等优良性能连续碳纤维增强金属基复合材料的直接制备。研究了连续碳纤维表面改性、路径搭接率、打印喷头温度、基板温度、打印速度等过程处理方法及工艺参数对所制备金属基复合材料抗拉强度的影响。研究结果表明，对连续碳纤维原材料实施表面改性处理，可以实现制备过程中熔融金属基体与连续碳纤维之间的良好浸润复合，以提高复合材料的抗拉强度；增大路径搭接率，可以有效提高增材制造复合材料内部纤维的体积占比，从而增大其抗拉强度；升高打印喷头温度、基板温度、打印速度，可以减小熔融金属表面张力，提高其流动性，并有利于沉积层间实现良好重熔，从而有效避免在已沉积层表面裂纹处和路径搭接区凹坑处形成气孔缺陷，进一步提升复合材料的抗拉强度。

通过N,N-二甲基十二烷基胺（DMA）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）以及肉桂酸钠（CA）构建了一种具有CO₂/N₂-紫外光双重响应的蠕虫状胶束体系。研究发现DMA、CTAB、CA组成的体系黏度较低，不能形成蠕虫状胶束，向上述体系中引入CO₂后会引起DMA的质子化，从而导致表面活性剂分子在体系中的排列方式发生改变并形成蠕虫状胶束。在通入N₂后蠕虫状胶束会可逆地转变为球状胶束。进一步研究发现，由于CA可以在紫外光的照射下实现反式结构与顺式结构的转变，对已经形成的蠕虫状胶束体系照射紫外光也可以形成黏度较低的球状胶束。

以聚丙烯腈（PAN）超滤膜为基底，在均苯三甲酰氯（TMC）和间苯二胺（MPD）界面聚合反应过程中引入聚乙二醇（PEG），制备聚酰胺（PA）/PEG反渗透复合膜。利用傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、场发射扫描电镜（FE-SEM）和原子力显微镜（AFM）等对膜的结构和物化性质进行了表征。考察了PEG分子量、PEG加入量、热处理温度及时间对膜反渗透性能的影响，并系统考察了膜对十二烷基硫酸钠（SDS）、十二烷基三甲基溴化铵（DTAB）以及牛血清蛋白（BSA）三种不同荷电性典型污染物的耐受性能。实验结果表明，相比于未改性的PA反渗透膜，PEG交联共聚反渗透膜的盐截留率和通量恢复率均有所提高。其中PA/PEG1000-0.1膜渗透通量为3.96kg/(m²?h)，NaCl表观截留率为97.5%，并且对于SDS、DTAB和BSA都表现出较高的耐污染性，其中，SDS污染清洗后膜的通量恢复率可达89.4%。

兼具良好孔隙率和原位任意塑形固化的可注射复合多孔骨修复材料在临床不规则骨缺损的治疗方面显示出巨大的优势。本研究通过优化双组分设计，以水为发泡剂制备可注射纳米羟基磷灰石/聚氨酯（nHA/PU）复合多孔支架。利用扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、力学测试及Gillmore针测试等手段对制备的支架进行结构形貌、化学组成、力学性能和固化时间表征。结果表明，本研究制备的可注射nHA/PU复合多孔支架孔隙率高、孔隙贯通性好，孔径分布在100~700μm，适宜细胞和组织向孔内生长；添加20% nHA显著提高了PU支架的力学强度，但降低了支架的孔隙率；可注射支架在8h固化，适宜临床操作。本研究制备的可注射nHA/PU复合多孔支架在不规则骨缺损修复领域具有较大的应用潜力。

随着代谢工程技术的进步，越来越多微生物细胞工厂可用于化学品发酵生产。微生物细胞生产化学品具有生产条件温和、环境友好等优势，是实现化学品绿色可持续生产的重要手段。为了提高微生物细胞工厂的产量、得率和生产强度，传统代谢工程手段主要采用基因过表达或基因敲除方式增大目标代谢路径碳代谢流。然而由于代谢流调控精度不足，易导致细胞生产能力下降。本文主要针对微生物细胞工厂碳流调控中存在的瓶颈问题，从代谢流改造靶点选择、细胞生长与产物合成碳流平衡、副产物路径与产物合成竞争、产物合成效率强化四个角度，系统综述微生物细胞工厂碳代谢流调控的最新进展。并从高精度、仿生学、智能化、多任务、快响应调控工具的设计出发，对未来微生物细胞工厂的发展趋势进行展望。

有机固废产生量增长甚为迅速，其处理处置备受关注。采用好氧技术处理有机类固体废物时，堆体在高温条件下有机底物降解较为彻底；但受固体物料组成、代谢中间产物、环境因子等因素影响，反应体系有机底物的分解与代谢会受到不同程度的抑制，进而影响好氧处理效果。本文综述了氨氮、脂肪酸、消化温度等各类因素对有机固废好氧生物处理进程的影响，并基于蛋白酶、氧化酶等活性变化以及代谢产物迁移转化规律，剖析了逆境条件下微生物体内酸碱失衡、蛋白质变性、胞内物质过度氧化三方面主要抑制作用机制，比较了接种功能微生物、添加外源试剂对好氧工艺过程的强化作用效果，同时就有机固废好氧生物处理提质增效的研究方向进行了展望。

酶催化反应精馏（ERD）是使用酶作催化剂，将反应精馏（RD）与生物催化相结合的过程。近年来，该工艺过程因其高选择性和环境友好性而日益得到认可。本文研究了塑料填料固定化酶，将含有脂肪酶的溶胶-凝胶溶液喷涂到塑料填料表面，制备了载酶塑料填料。载酶填料作为精馏柱内不可或缺的结构单元，其稳定性是影响ERD发展的重要因素。溶胶-凝胶配方各组分的相对含量直接影响凝胶基质和被包埋酶的性能，因此，本研究对凝胶配方进行了优化，以改善塑料填料载酶涂层的开裂问题。用傅里叶红外光谱（FTIR）、扫描电镜（SEM）对样品进行了表征，并对黏附强度、循环稳定性、机械性能、酶活性和催化效率进行了研究。结果表明，塑料填料表面凝胶涂层的脆性开裂情况得到了改善，涂层与填料的结合强度提高了14.2%。溶胶-凝胶配方的优化可以改善凝胶基质的性能，提高载酶填料的机械稳定性，且优化配方制备的催化剂具有优异的酶学稳定性。这一工作证明了塑料填料固定化酶的可行性，为ERD的工业化打下基础。

以传统的邻苯二甲酸二辛酯（DOP）和聚醚型二甘醇二苯甲酸酯（DEDB）增塑剂作对比，对聚四氢呋喃二苯甲酸酯（PTMGDB₅₀₀）增塑剂增塑的聚氯乙烯（PVC）材料进行研究。本文对增塑剂增塑的PVC材料进行了FTIR和TG表征，并考察了其力学性能、耐乙醇抽出性及耐迁移性。结果表明，增塑剂PTMGDB₅₀₀增塑的PVC材料在力学性能上介于DOP和DEDB两者之间，而PTMGDB₅₀₀与PVC间的相互作用更强，在耐迁移、耐乙醇抽出、耐热及耐压等性能方面均优于DOP及DEDB，因此PTMGDB₅₀₀可作为部分替代DOP和DEDB的增塑剂。

疏水性新兴污染物（hydrophobic emerging contaminants，HECs）具有环境危害大、分布范围广和处理难度高等特点，利用生物电化学系统（bioelectrochemical system，BES）实现HECs的降解和脱毒是当前研究热点。本文综述了BES降解转化HECs的研究现状，分析了影响BES去除HECs效果的关键因素，着重介绍了BES降解转化不同类型HECs（包括药物类、个人护理品类、卤代烃类和抗生素及抗性基因类）的效能，然后回顾了BES与其他技术（传统厌氧工艺、芬顿、复合湿地及光催化等）结合协同降解HECs的最新进展，最后在功能电极材料设计研发、HECs降解去除与安全转化的理论研究及工程化应用等方面进行了总结和展望，以期对该领域的研究人员提供一定的理论参考和技术支持，从而推进生物电化学技术在疏水性新兴污染物降解领域的应用和发展。

二维（2D）纳米片是一类非常具有前瞻性的多孔材料。作为新型的高性能吸附剂，与传统吸附材料相比，超薄2D多孔纳米片具有高比表面积、原子级厚度和几乎完全裸露的活性位点等优点，可快速有效地捕获水体中的（有机或无机）污染物质。本综述总结了两类代表性的超薄2D多孔纳米片[金属有机骨架材料（MOFs）和共价有机骨架材料（COFs）]作为优良吸附剂去除水环境中有机染料、有毒重金属和放射性元素的最新进展。介绍了该类化合物的结构特性和物理化学性质，总结了四种常用合成方法，重点分析了四种方法的优缺点以及面临的挑战，并对不同的合成方法进行了特点比较。阐述了超薄2D多孔纳米片在水中对各种污染物的吸附条件和吸附性能，对相关吸附机理做了系统总结和对比。论述了材料的再生性能，总结分析了再生过程中可能遇到的问题。最后对当前超薄2D多孔纳米片存在的不足、合成条件复杂等问题，提出了材料的合成优化、绿色无毒或低毒新技术的开发、重复使用效率的提高将会是未来的发展方向。

主要阐述了去除甲醛气体的常用材料（吸附材料、催化氧化材料、光催化降解材料和生物技术材料）的研究进展，文中指出碳基材料、分子筛、有机金属骨架常常被用作吸附挥发性有机气体，它们具备丰富的孔道结构和较大的比表面积，碳基材料和分子筛表面存在大量丰富的基团能够有效地增大甲醛的吸附容量，提高甲醛的吸附效率；有机金属骨架表面的金属与甲醛结合成键，有效提高材料的化学吸附；以金属氧化物为载体的材料常被用作催化氧化甲醛分子，将甲醛分子转化为无毒性的二氧化碳和水；半导体材料TiO₂常被用作光催化降解材料去除甲醛；除此之外还有一些利用生物技术来去除甲醛气体。本文对比了不同材料去除甲醛的优劣性，对不同的去除材料改性研究进行了归纳总结。

水体中的腐殖酸类天然有机物是影响水质重要因素之一，仅靠常规工艺难以去除水中腐殖质。氧化及其联用技术因效率高、能耗低、适用范围广，逐步成为去除此类污染物的预处理技术，臭氧、高锰酸钾等氧化剂具有较强氧化性的特点，已取代传统氧化剂-氯气，能有效将水中天然有机物（natural organic matter，NOM）分解为无毒小分子物质，且降低了饮用水水质致突变风险，其中，臭氧在安全性和副作用方面更具优势，但单一氧化技术存在不同程度的局限性。针对国内外不同水体状况，本文详细比较了氧化-混凝等联用技术去除水中腐殖酸的氧化机理、协同作用、去除效果和应用状况，探讨了不同的氧化及其联用技术去除水中NOM的研究进展情况，分析表明氧化技术组合工艺已成为去除水中腐殖酸的主流工艺，并指出预氧化-膜联用技术因其良好的协同性而具有广泛的应用前景。

市政污水处理厂是城市的重要基础设施之一，其因在运行过程中产生大量的CO₂、CH₄和N₂O等气体而被视为温室气体（GHGs）的重要来源之一，同时又因其减排潜力较大，引起了各界学者的广泛关注。GHGs减排需求正推动着污水处理厂朝着优化核心运行参数及资源能源回收的低碳方向发展。本文简述了污水处理厂中GHGs直接排放的主要环节和产生机理以及目前常用核算方法中存在的主要问题，并总结了污水处理厂运行工况的变化，包括温度、pH、进水C/N、污泥停留时间（SRT）、亚硝酸盐浓度、溶解氧（DO）浓度对其直接排放的GHGs的影响。分析表明进水C/N、DO浓度、pH和亚硝酸盐浓度对GHGs的排放影响较为明显且它们的变化更易于进行人为干预，人为减排潜力较大。最后总结了目前已有相关研究存在的主要问题以及对未来研究方向的展望，以期为污水处理厂优化运行工况和GHGs减排提供参考。

为解决臭氧氧化有机废水氧化效率差、臭氧利用率低这一问题，本文提出了臭氧微气泡处理有机废水的新技术。采用加压溶气法制备的臭氧微气泡处理苯酚配置的模拟废水，通过显微拍摄、动力学分析、紫外-可见吸收光谱、自由基屏蔽等手段对臭氧微气泡的形态大小、氧化效果、传质特性和氧化机制进行了研究，并对臭氧气泡直径和界面压力之间的关系进行了深入探讨。试验与数值计算表明，臭氧微气泡平均粒径为20.37μm，处理初始COD浓度为51.2mg/L的有机废水，COD去除速率分别是使用1μm曝气头和100μm曝气头曝气的1.59倍和3.61倍，臭氧利用率达到99.19%以上，氧化过程是自由基为主的间接氧化过程，污染物最终氧化产物为小分子烃和羧酸。微气泡影响下，臭氧分子传质速率和分解速率均有所提高，而臭氧微气泡表面较高的界面压力是其高效传质的原因之一。

利用某300MW煤粉锅炉进行了协同处理抗生素药渣试验，研究了掺烧期间Cr、As元素的迁移特性及对环境的影响。收集样品并用电感耦合等离子质谱法分析重金属含量，以9.09%比例掺烧药渣，入炉Cr和As分别增加至1.46倍和1.44倍。Cr和As元素的质量平衡系数分别为88.3%～96.2%和75.8%～76.5%。协同工况下，有92.73% Cr富集在飞灰中，烟气Cr全部为颗粒态，占0.13%；As在飞灰的分布低于Cr，有49.83%被飞灰吸附，烟气脱硫系统能够捕获从电除尘逃逸的As，24.64%的入炉As被固定于脱硫石膏中，有0.008%随烟气排放，烟气As有87.2%为颗粒态，12.8%为气态形式。烟气中的Cr和As浓度达到排放标准，固体产物的Cr、As浸出浓度均低于危废鉴定标准限值，利用煤粉炉协同处置抗生素药渣工艺是安全可行的。

采用分步浸渍法制备了碱/碱土金属修饰Ni基催化剂Ni-M/Al₂O₃ (M=K₂CO₃, Na₂CO₃, MgO, CaO)。探究了碱/碱土金属的添加对改性Ni基催化剂CO₂吸附和甲烷化性能的影响。研究发现，碱/碱土金属的添加提高了Ni/Al₂O₃催化剂表面的碱性活性位点密度，强化了其CO₂吸附性能。碱/碱土金属类型影响Ni-M/Al₂O₃催化剂碱性活性位点的分布、NiO物相的转化及Ni的分散度，进而影响其甲烷化性能。MgO添加使NiO物相转化为与载体呈强相互作用的β型和γ型NiO，降低了催化剂表面的强碱性活性位点比例，有利于CO₂吸附活化。Ni-MgO/Al₂O₃的CO₂吸附容量最高为0.68mmolCO₂/g，其CO₂转化率和CH₄选择性分别高达58.4%和95.4%，其在烟气CO₂捕集与原位甲烷化中极具应用前景。

根据某80万吨/年催化再生烟气参数，结合低温浆液喷淋与热泵技术，设计了耦合热泵的FCC脱硫湿烟气脱白净化系统，建立了烟气-脱硫液-热泵的余热回收路线。使用Aspen Plus与热力学模型进行了流程模拟与分析。结果表明，低温环境下，系统具有良好的烟气脱白能力。低温浆液喷淋强化了脱硫塔的脱硫除尘性能，同时回收了烟气中的水分，设计工况下，系统回收水量为1.47t/h。本系统无需额外热源，烟气热量驱动可实现脱白。灵敏度分析表明，系统在烟气流量82%～124%范围内都能消除湿烟羽。系统具备余热回收再利用能力，模拟结果显示，盈余热量1.87MW，投资回收期4.88年，经济优势显著。