捕集、封存（CCS）/捕集、利用和封存（CCUS）技术是缓解日趋严重气候问题的有效措施，其中CO₂捕集是CCS/CCUS技术中的关键环节。经过多年发展，以乙醇胺为代表以及在此基础上发展起来的多氨基胺、位阻胺、离子液体等化学胺吸收碳捕集技术逐渐成熟，此类技术已开展或正在进行大型试验或工业示范。科研机构已经完成了技术评审（TR）的关键节点验证，积累了丰富的经验。本文结合具体案例简要介绍了包括燃烧前、富氧燃烧、化学链燃烧和燃烧后捕集技术的进展情况，分析了各类技术目前存在的主要问题，并提出了影响CO₂捕集技术大范围推广的关键因素。捕集能耗高、设备投资和维护成本高、产生的废弃物量大是影响捕集成本的主要因素。此外，捕集的CO₂主要还是用于驱油和埋存，尚不成熟的CO₂化工转化技术生产的产品竞争力比较弱。

聚酰亚胺有机高分子聚合物结构内含有氢键，且具有良好的耐溶剂性、易成膜性、高力学性能等优点。聚酰亚胺膜有望在渗透汽化有机溶剂脱水领域得到广泛应用。然而，聚酰亚胺膜高分子链间作用力强，链段排列紧密，往往造成溶剂分子渗透困难、渗透通量低等问题，限制其发展。对聚酰亚胺膜开展改性研究，以提高其渗透通量，同时保持高分离因子，是近年来的主要研究方向。本文对渗透汽化膜分离技术进行了概述，介绍了其工作原理及常用分离膜种类。详细综述了近年来用于渗透脱水的聚酰亚胺膜的改性研究进展，重点评述了共混、掺杂、交联和共聚改性，并分析了四种改性方法的作用原理，对分离性能的影响及其优缺点。最后，对聚酰亚胺膜在渗透汽化分离领域未来的发展方向进行展望，指出需揭示聚酰亚胺聚合物链与溶剂分子间的作用机制，解决渗透通量与选择性之间“trade-off”的制约关系。

直接空气捕集（DAC）是一种能够从大气中捕集二氧化碳的技术。本文介绍了DAC技术的发展历程、技术优缺点和发展前景，根据预测，到2050年，全球每年需要从大气中捕集超过9.8亿吨二氧化碳。综述了DAC技术的政策支持与资金投入现状，美国、加拿大、欧盟和英国等在内的国家和地区已经成为DAC技术研究、开发、示范和部署方面的先行者。分析了主流的DAC技术路线及其在工业化进程中的进展，目前最大的DAC工厂捕集量为4000t/a，并且正在规划建设百万吨级的商业化项目。指出了DAC技术需要关注的研究方向，未来应将重点放在技术的大规模部署、碳市场机制的建立和国际合作的加强上。需要进一步研究和发展DAC设备和系统，以降低成本、提高效率，并开发碳定价、碳交易和碳抵消等机制为DAC项目提供经济激励，促进投资和市场参与，同时加强国际合作，从而推动该技术的快速发展。

电极压缩会导致全钒液流电池的多孔电极侵入流道影响电池性能。本文建立了蛇形流道多孔电极非均匀压缩的三维稳态模型，对比研究了多孔电极非均匀压缩和多孔电极矩形压缩的内部压降、电解质流速和过电位分布的不同，发现多孔电极非均匀压缩与实际情况符合程度高。分析了不同压缩比对电极非均匀压缩多孔电极内部压降、电解质速度、反应物质浓度分布、电解质电位、过电位、局部电流密度和浓差过电位的影响。结果表明：在压缩比增大的情况下，电极非均匀压缩多孔电极内部压降和速度增大程度高于电极矩形压缩，电极非均匀压缩侵入部分与流道接触区域处过电位高于电极矩形压缩。电极非均匀压缩多孔电极内部反应物质浓度分布均匀性增大，电解质电位和过电位降低，阴极区域局部电流密度和浓差过电位上升。

将蒸发式冷凝器应用于非共沸有机朗肯循环可以有效提高系统的热经济性。建立了蒸发式冷凝器的Kriging代理模型，以R601a组分质量分数、空气流量、喷淋水流量作为决策变量，换热面积和㶲效率为目标函数，开展了目标函数的影响因素分析，并采用非支配排序遗传算法和TOPSIS决策法开展多目标优化。结果表明，影响因素分析中，空气流量对目标函数的影响程度比喷淋水流量更大，而R601a组分质量分数为0.7左右时，换热面积有最小值且㶲效率有最大值；Pareto前沿中，R601a组分质量分数对蒸发式冷凝器的设计存在最佳的取值范围，而空气流量、喷淋水流量的取值范围较广，几乎涵盖其整个变化范围。成本低、占用空间小且对可用能的有效利用程度大的方案为：R601a组分质量分数0.725，空气流量81.017kg/s，喷淋水流量58.302kg/s。对应的换热面积为316.883m²，㶲效率为0.428。

针对传统钠基CO₂固体吸附剂晶粒尺寸大、气体扩散阻力高、负载量有限导致的吸附量低的瓶颈问题，提出了基于流化床喷雾浸渍技术的吸附剂制备新方法。选取γ-Al₂O₃为载体，高纯度Na₂CO₃作为活性组分，利用溶液浸渍法和流化床喷雾浸渍法分别制备了载体结构、活性组分负载量不同的多组吸附剂，并基于固定床实验装置结合比表面积和孔隙度分析仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线荧光光谱分析等手段对吸附剂的CO₂吸附性能以及孔隙结构、晶型、表面形态及负载量等关键参数进行表征。研究结果表明，相同活性组分负载量下，采用喷雾浸渍法制备的吸附剂的饱和吸附量和吸附活性皆优于传统浸渍法，其原因在于该方法可以控制活性组分在载体上的负载深度；同时，活性组分多为针状或棒状等利于反应的形态结晶；晶体尺寸较传统溶液浸渍法普遍小10%~20%。尽管如此，载体的孔隙结构，具体如比表面积和孔径分布等参数仍会限制流化床喷雾浸渍技术制备的吸附剂的反应性能。

脱硫废水旁路蒸发系统抽取部分空预器入口热烟气会使锅炉效率降低、煤耗增加。为了实现对抽取热烟气造成能耗增加的精准预测，提出了一种机理模型与人工神经网络有机结合的混合模型预测方法。采集广东某660MW电厂的运行数据作为样本，以空气预热器进口的风温、空气的流量、抽取烟气量、抽取烟气温度、锅炉负荷以及给煤量6个参数作为输入，建立了用于预测经过空气预热器空气换热量的BP神经网络模型，对不同隐含层结构进行模拟计算，分析比较确定了网络的最优结构是6-9-1，最终模型的决定系数R²是0.99478，预测模型的相对误差在1%附近波动，整体预测效果较好。在此基础上结合机理模型，针对机组负荷波动及抽取烟气量波动的典型工况进行了能耗预测，获得了旁路蒸发系统能耗的定性规律。

溶气设备是溶气释放式微细气泡发生系统的重要组成部分，基于自主设计研发的射流强化非填料式溶气设备，对其在不同操作参数下的工作性能开展了实验研究。采用WTW手持式溶解氧测定仪实施全程在线带压测量，同时以空气在水中溶解氧浓度的变化率直接表征溶气性能。结果表明，新型溶气设备在低能耗下仍具有较高的溶气性能；溶气性能随气液比的增加而增加，溶气效率随着溶气压力的增加而降低，随着进水流量的增加呈现出先增加后减小的趋势，氧转移传质系数随溶气压力和进水流量的增加而增加，最佳进水流量区间为0.7~0.9m³/h。由于新型溶气设备在使用普通球阀减压释气成泡时，仍能产生高质量的微细气泡，占地面积远小于传统设备且不易堵塞，因此在实际工程应用中更具优势。

不相容多组分质量交换网络是质量交换网络综合中的难题之一。传统的分级超结构模型在模拟不相容多组分质量交换网络时，需要进行迭代计算，这使得优化过程变得复杂，并且难以兼顾计算效率。因此，本文提出将有分流棋盘模型用于优化不相容多组分质量交换网络问题，并采用基于种群识别策略的强制进化随机游走（RWCE）算法进行求解。有分流棋盘模型简化了模拟时的计算复杂度，且种群识别策略能够解决种群中个体“团聚”现象，从而全面提升了搜索全局最优解的计算效率。焦炉气脱硫算例的验证结果显示：有分流棋盘模型和基于种群识别策略的RWCE算法能够高效地解决不相容多组分质量交换网络问题，并且在优化平均时长和年综合费用方面取得了更为显著的成果。

随着人们对于石油资源需求的日益加深，常规原油逐渐枯竭。稠油的使用会成为一种趋势，世界稠油地质储量丰富，占全球石油剩余储量的70%，具有巨大的开发潜力和广阔的市场前景，但稠油自身具有黏度高、分子量大、流动性差的特点，这些性质为稠油的输送带来了极大的困难与挑战。因此，加快我国稠油输送技术及相关理论的研究创新是适应未来趋势变化的客观要求，是经济有效地开发输送稠油资源的必然选择。本文采用水环输送法对稠油水平管流减阻，用以探究水环包裹下的稠油水平管流阻力特性，分析入口含水率（5%~80%）、油（0.65~1.57m³/h）、水（0.09~2.13m³/h）相流量对于水环润滑减阻效果以及稠油流型的影响，自主设计水环输送稠油实验环道，引入有效粗糙度k^*，建立环状流压降预测修正模型，分析讨论流型特征及形成环状流时的油水流量范围，结果表明：在一定条件下形成的水环能够有效地对稠油输送进行减阻；水环可以有效润滑管壁；修正后的压降预测模型与实验值对比相对误差介于±10%，RMSE=0.02，水环输送压降仅占纯油输送压降的0.01~0.24；油相流量较高时应注意水相流量，避免过大导致输油效率η以及减阻率DR下降。

乳状液中气体水合物成核行为研究可用于评估油-气-水体系在亚稳态下稳定存在的时间，对低温环境下多相混输管道的安全运行和水合物风险控制策略的制定具有重大意义，因而成为深水管道流动安全保障的重点问题和研究热点。本文着眼于油水乳状液体系中气体水合物的成核过程，总结了实验研究中水合物成核速率的量化方法，细致分析和比较了当前研究中诱导期定义方法的异同，梳理了温度、压力、扰动强度、含水率和原油组分等环境条件和体系组成对水合物成核行为影响的研究成果及水合物成核速率预测模型。总体来看，油水乳状液中水合物的成核行为已经得到了较为深入的研究，在影响因素定性分析和模型定量描述等方面取得了一定成果，但在诱导期定义方法的统一和模型的工程化应用等方面仍需进行更为细致的研究。未来，应逐步建立统一的诱导期定义标准和更为普适性的诱导期预测模型，借助谱学仪器和分子动力学模拟等手段加深对水合物成核过程分子尺度信息的认识，更加深入理解水合物成核机理并逐渐实现量化模型的工程化应用。

通过使用可再生能源电力电解水所制取的氢气（即绿氢）来替代使用煤炭、天然气等化石燃料所制取的氢气（即灰氢）作为石化和化工原料，可以促进石化和化工行业低碳转型。虽然当前绿氢成本较高，但在电价不断下降、化石能源价格持续上涨以及碳税、碳交易的综合影响下，绿氢的经济性将具有与灰氢相竞争的优势。本文以石化和化工行业中氢气消费量和碳排放量最高的三个子行业为研究对象，即合成氨、合成甲醇、原油加工，首先介绍了氢气参与到石化和化工过程中的工艺特征和发展趋势，包括传统工艺和新兴工艺，如电化学合成氨、二氧化碳加氢制甲醇、生物油加氢脱氧；接着，对石化和化工行业碳排放进行总结，重点分析了氨、甲醇、精制柴油的碳排放强度；最后，对绿氢替代当前化石燃料制氢、工业副产氢的减碳经济性进行分析，结果表明在碳交易价格为100CNY/t时，绿氢具有替代煤制氢的经济可行性成本为14CNY/kg。

炼化装置加热炉为石油炼化生产工艺中高能耗、高碳排放设备之一，但低温下烟气冷凝水会腐蚀换热设备，增设排烟余热回收换热设备还会增加烟气系统阻力，对生产工艺造成影响，降低加热炉燃烧效率。排烟余热回收利用系统的防腐、高效、低阻力及烟压控制是余热回收系统能效最大化技术难题。本文以炼化装置加热炉为对象，以烷烃脱氢加热炉为例，提出加热炉低温排烟余热深度回收协同炉膛烟压控制系统方案，采用自主研发的防腐、高效、低阻力排烟余热回收设备，建立加热炉低温排烟余热回收利用节能改造示范工程，并跟踪实测，将实测值与理论值进行对比。结果表明：该系统可将炉膛烟压控制在满足生产工艺要求范围内，控制精度达(-35±6.4)Pa；排烟温度由178.3~178.7℃降至54.3~78.7℃，系统节能率达4.75%~6.9%，烟气余热回收率达28.1%~40.4%，其中梯级换热比单级换热性能提高43.8%，㶲效率可达52.8%~63.7%，并减少CO₂排放2884.5~4197.9t/a，且降低NO _x 和SO₂等污染物排放，节能、减污、降碳效果显著。为炼化装置加热炉的排烟低温余热利用技术开发与应用提供了参考和示范。

木质纤维生物质是一种存量丰富、绿色的资源，通过利用木质纤维生物质制备高值化的液体燃料和化学品，不但可以缓解社会对化石燃料需求的压力，而且可以改善生态环境，助力“双碳”目标。本研究制备了多种金属负载型固体酸催化剂，用于催化生物质碳水化合物高效转化为乙酰丙酸甲酯。通过表征手段研究所制备催化剂的特性，发现其具备双功能特性（B酸和L酸活性中心）。其中，AlCl₃作为L酸供应体，负载到催化剂表面，催化性能最佳。研究反应温度和时间等因素对葡萄糖、木糖同步定向转化为乙酰丙酸甲酯的影响发现：在复合溶剂二甲氧基甲烷/甲醇的质量比1∶1、反应温度200℃、反应时间120min的条件下性能最好，原料的转化率达到了100%，乙酰丙酸/酯的最大收率达到了24.96%。

电化学二氧化碳还原（ECO₂RR）通过可再生能源制备高能量化学品或燃料对碳中和具有巨大价值。尤其是以铜基催化剂进行的ECO₂RR，其成本优势和卓越的催化活性使其成为最有前景的策略。在ECO₂RR的各种产物中，甲酸作为优秀的储氢材料和内燃机燃料展现出工业化生产潜力。本文针对近年来过渡金属族的铜基催化剂在制备甲酸的研究进展进行了全面的总结，从ECO₂RR制甲酸机理出发，综述了铜基催化剂在ECO₂RR制甲酸领域取得的重要研究进展，其中以典型催化剂为例分析ECO₂RR生成甲酸的策略，包括形貌结构、表面价态、合金化、晶面效应、空位和碳载体等，重点讨论了活性位点数量以及关键中间体*OCHO的形成对甲酸产物选择性的影响，最后总结了该领域面临的挑战以及从原位表征、科学计算和反应条件等角度的展望。

一氧化碳/二氧化碳（CO/CO₂）加氢制低碳醇（C₂₊OH）是碳一化学的重要组成部分，是将煤、天然气、生物质、CO₂等非石油资源转化为液体燃料和高附加值化学品的重要途径。该过程具有工艺路线短、原子经济性高、操作可行性强等优点，是颇具前景的合成路线。改性的费托合成催化剂是该体系最具潜力的催化剂之一，但仍存在低碳醇时空收率不理想、反应网络复杂、产物分布难以调控及稳定性差等问题，高效稳定催化剂的开发极具挑战。本文首先从热力学上分析了CO/CO₂加氢反应制低碳醇适宜的工艺条件；其次，对改性费托合成催化剂上CO/CO₂加氢制低碳醇的反应路径进行了解析，并据此提出催化剂的设计思路。随后，介绍了铁基和钴基催化剂的研究现状，详细阐述了前体结构、助剂、金属-载体相互作用等因素对催化剂性能的影响机制，重点分析了高性能催化剂的构建策略。后续可借助于先进表征技术和理论计算进一步加深对反应机理的认识，并通过催化剂结构的精细调控，获取低碳醇时空收率和催化剂稳定性的提升策略。

车用质子交换膜燃料电池作为解决能源危机和环境恶化问题的重要能源转换装置，成本高、阴极氧还原反应动力学慢和长时间运行阴极催化剂稳定性差等问题成为制约其发展的主要原因。为解决质子交换膜燃料电池阴极催化剂长期稳定性差的问题，运用连续管道微波制备技术，制备铂载量为50%（质量分数）的催化剂，并分别采用氮氢混合气（20%H₂）和空气两种不同气氛对Pt/C催化剂进行退火处理，通过表征和测试研究两种气氛热处理对其氧还原性能的影响。制备的Pt/C-300(20% H₂)催化剂30000圈衰减测试后仍能保持71.4m²/g和243mA/mg的高活性，实现了兼具高活性和高耐久性，为高氧还原性能催化剂的生产提供了一条有效可行的途径。

采用等体积浸渍法制备CuCe-SAPO-44分子筛催化剂，用于选择性催化丙烯还原柴油车尾气氮氧化物（C₃H₆-SCR）。采用X射线衍射（XRD）、N₂吸附-脱附、紫外可见光谱（UV-Vis）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）和NH₃程序升温脱附（NH₃-TPD）等方法对催化剂的物理化学性质进行表征。研究表明，引入的铈与铜物种之间存在相互作用，有利于生成更多的孤立Cu²⁺物种，提高了分子筛催化剂的低温氧化还原性能，从而提高了CuCe-SAPO-34的低温脱硝活性。同时，双金属分子筛骨架上具有丰富的Lewis酸性位，有助于C₃H₆和NO _x 的吸附和活化。当Cu∶Ce=4∶2时，CuCe-SAPO-34催化剂具有最佳的脱硝性能，在含有10%O₂和5%H₂O的柴油车尾气氛围中，在250℃最高能实现90%以上的脱硝效率。

近年各种木质纤维素类生物质被作为绿色碳源制备碳量子点，并广泛应用于防伪、成像、催化等领域。使用木质纤维素类生物质制备碳量子点可以实现其低成本、大规模、快速制备。然而木质纤维素类生物质结构复杂，木质纤维素基碳量子的合成过程受原料种类、制备过程影响，且其荧光特性与其碳的内核结构与表面形态紧密关联。这些因素使木质纤维素基碳量子点的制备与调控过程难以精准进行，因此探究木质纤维素基碳量子点的形成过程机理和调控提质机制十分重要。鉴于此，本文对木质纤维素基量子点的形成方法、过程影响等进行了综述，分析评价了各种制备与改性方法的优缺点，深入讨论了木质纤维素基碳量子点的合成机理与调控方法，并对其存在的问题以及挑战提出了展望。

过渡金属硫化物Co₉S₈由于具有比电容高、倍率性能好、循环寿命长、生产成本较低等特点，是一类极有潜在应用前景的石墨替代储能材料。但Co₉S₈存在充放电过程中体积膨胀大和导电性差等问题，导致充放电过程中材料结构易破坏，容量衰减快，还不能完全满足实际市场需求。本文基于Co₉S₈不同类型复合材料在各领域的最新研究，综述了Co₉S₈材料在实际应用中通过结构设计（形貌和颗粒大小调控）、多组分掺杂以及表面包覆等策略克服该材料存在的缺陷，通过对现有研究的归纳与总结，简述针对过渡金属硫化物Co₉S₈的主要改性手段，并对其今后的研究重点提出可行性建议。

离子导电水凝胶是一种具有高含水量、可拉伸性和良好生物相容性的高分子聚合物材料，聚合物网络间存在的自由离子使其表现出与人类皮肤非常相似的离子导电方式，在可穿戴传感设备、能量存储器件和生物医疗等应用领域展现出巨大潜力。本文简要介绍了离子导电水凝胶的研究背景与进展，讨论了离子导电水凝胶的制备方式，介绍了离子导电水凝胶在导电性、柔韧性、抗冻保水性、自愈合性、黏附性及生物相容性等功能特性方面的研究进展，分析和阐述了离子导电水凝胶材料相关的应用研究进展。最后，总结了离子导电水凝胶材料在稳定性、环境适应性、多功能协同匹配性等方面存在的问题与挑战，展望了离子导电水凝胶材料的发展趋势及前景，指出开发具有高导电性、极端环境稳定性、自愈合性能及生物可降解性的功能可调控离子导电水凝胶将成为下一步的研究重点，同时结合无线传感网络技术、自供电设备开发无线传感及自供电功能的可穿戴传感系统也将成为重要的研究方向之一。

以石墨烯为代表的二维材料具有出色的综合性能，可用其制作功能纳米油墨，通过喷墨打印可加工得到光电功能器件，其在能源、环境、生命健康等领域具有广阔的应用前景。本文总结了几种典型二维材料的性能、其纳米油墨的制备及喷墨打印应用等，重点介绍了液相剥离和喷墨打印过程的调控。对比不同剥离方法及原理，并对喷墨打印相关理论如咖啡环效应、马兰戈尼效应等进行综述。指出可通过对二维材料剥离过程及其纳米油墨打印过程的精准调控，形成基于喷墨打印的先进微纳制造技术，实现不同功能微纳电子元件和器件的低成本加工，推动生物传感、柔性电子等领域的发展。

热塑性弹性体（TPE）因其出色的柔韧性、低成本和强相容性，可作为相变材料（PCM）的载体，将其与相变材料和导热填料复合制备的柔性复合相变材料（FCPCM）在电池热管理（BTM）领域具有广泛的应用前景。本文通过总结国内外关于TPE基柔性复合相变材料在电池热管理领域的研究成果，对常用的TPE材料进行了分类并对其工作原理和制备方法等进行了详细介绍。针对相变材料在电池热管理应用中存在的低导热性、低形状稳定性、不良力学性能等问题，本文重点介绍了TPE基柔性复合相变材料的热物理性能（相变潜热和热导率）、电池热管理效果（最高温度和最大温差）、力学性能和抗振性能等。指出当前电池热管理中柔性复合相变材料存在的局限性并对未来的发展方向进行了展望，寻找潜在的柔性材料、协同的二元柔性载体和二元导热填料，提高柔性复合相变材料的绝缘性、介电性和低温适应性等方面应是未来的主要研究方向，增强柔性复合相变材料在振动条件下对锂电池的温控性也需要进一步探索。该综述对电池热管理中TPE基柔性复合相变材料的进一步研究和开发提供重要参考价值。

单原子Ni、N共掺杂碳材料基催化剂（Ni-N-C）电催化CO₂制CO，因其在较大的电流密度和较大的过电势下仍具有超高的CO选择性，引起了广泛关注。本文综述了Ni-N-C电催化CO₂制CO研究进展，包括氮掺杂碳材料基催化剂和Ni-N-C电催化CO₂制CO。总结了氮掺杂碳材料基催化剂中不同形态N的催化活性，目前为止，N在该类催化剂电化学还原CO₂中的确切作用没有达成共识。此外，还总结了Ni-N-C的催化性能、催化机理及催化性能改性方法，探讨了与Ni配位的N原子和缺陷位对催化活性的影响规律，分析了各类碳载体的优缺点。Ni-N-C电化学还原CO₂制CO研究已取得一定的进展，如电流密度可达工业级要求，但是其实现大规模工业化应用还需解决一些关键问题，如开发高活性和高稳定性Ni-N-C的定向制备技术；研发制备简易温和、成本低廉、具有抗腐蚀性、耐高温的先进碳载体材料。

纳米纤维素作为一种生物质材料，具有高比表面积、高强度等优良性能。其表面存在大量的羟基，具备很强的亲水性。这在一定程度上影响了纳米纤维素在生物基复合材料中的分散效果，限制了它的功能化应用。因此，纳米纤维素疏水改性已成为研究焦点之一。本文讨论了利用物理、化学和聚合物接枝的方式对纳米纤维素进行疏水改性，总结了不同纳米纤维素疏水改性机制及其优缺点，分析了疏水改性纳米纤维素对机械性能、热性能和生物相容性等性能的影响。据此，概述了纳米纤维素疏水改性研究现状及其在包装、造纸和水净化等领域的功能化应用情况，为有效利用纳米纤维素提供理论策略和实践依据。最后，展望了疏水改性纳米纤维素的优势和未来应用前景。

为实现在较低的pH及煅烧温度下合成表面性能良好的LaAlO₃晶相，解决废水的深度除氟问题（<1.5mg/L），采用共沉-水热法制备了纳米球状钙钛矿LaAlO₃，考察了影响LaAlO₃表面性能的制备因素，通过SEM（扫描电子显微镜）、XRD（X射线衍射）、ICP-MS（电感耦合等离子体质谱）、BET等分析发现形成碱式碳酸沉淀的水热前体可使Al³⁺和La³⁺均匀沉淀、结合紧密，得到LaAlO₃的最佳制备条件：共沉淀pH=6，水热温度=160℃，煅烧温度850℃。通过静态吸附实验系统分析了LaAlO₃吸附F^-的行为，结果表明，LaAlO₃可以在酸性（pH<3）条件下实现深度除氟，在pH=2时，除氟效率达到93.22%。吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型，属于化学单层吸附、放热反应。在初始氟浓度为200mg/L条件下，8min LaAlO₃吸附容量达到53.8mg/g，4h平衡吸附容量可达66.5mg/g。以明矾作为脱附剂，LaAlO₃能够在循环4次后仍保持原有90%以上的除氟性能，具有良好的再生性能及实际利用价值。

负极材料是影响锂离子电池（LIBs）性能的关键因素之一，孔隙结构调控和杂原子掺杂是提高负极材料电化学性能的有效手段。以褐煤为前体，采用化学氧化法制备煤基碳纳米片（CS），再以氧化硼（B₂O₃）为添加剂，得到B掺杂多孔碳纳米片（BPCS）；采用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、氮气吸附仪、X射线光电子能谱（XPS）等手段对CS和BPCS微观结构和用作锂离子电池负极材料的电化学性能表征与测试。结果表明，B₂O₃具有模板、造孔、掺杂三重作用，当B₂O₃用量为0.5g时，BPCS-0.5呈现三维多孔结构，比表面积为1216.20m²/g，总孔容1.027cm³/g，B原子含量为4.20%；BPCS-0.5的多孔结构为离子的存储和传输提供足够的空间和通道，B元素的引入增加了BPCS的表面化学活性，从而增强了储锂性能。BPCS-0.5用作锂离子电池负极材料时，在0.05A/g电流密度下首次可逆容量达826mA·h/g，且在5A/g大电流密度下可逆容量仍有143mA·h/g，循环500次的容量保持率为172%，表明该材料具有较高的储锂容量和优异的循环寿命。

具有微隔室化作用的乳液法是制备球形材料的有效手段。本研究利用聚乙二醇（PEG）与碳酸钠（Na₂CO₃）组成的双水相体系制备碳酸钙微球。首先对双水相的形成条件进行了探究，并绘制相图。然后以CaCl₂为钙源、PEG/Na₂CO₃双水相乳液的分散相Na₂CO₃为碳源，制备了高分散性的CaCO₃微球。研究了双水相体系组成、复分解反应条件等因素对CaCO₃成球效果的影响，分析了产物的微观形貌、晶体结构和粒径分布。结果表明，在33% PEG₈₀₀₀-7% Na₂CO₃（质量分数）的双水相乳液中，CaCl₂溶液与PEG/Na₂CO₃乳液体积比为1∶15、反应时间为1min、陈化时间为0.5h的最优条件下，合成了球形度高、粒径为3.4μm的CaCO₃微球，且CaCO₃以球霰石为主（高达95.72%），包含少量方解石；其成球机理为，Ca²⁺渗透至微小球形液滴的内部，在具有微隔室化的细小空腔中与CO₃^2-发生反应，形成晶核并快速生成球霰石，PEG-水环境阻止球霰石发生溶解-重结晶，抑制了球霰石向方解石发展的趋势，然后晶核在双水相体系的大分子拥挤微环境下限域生长，最终得到球形结构。

过渡金属磷化物在电催化分解水制氢方面具备巨大的潜力，结合MXene优异的导电性能和过渡金属磷化物高效的催化性能，有望大幅提升电解水效能。本研究通过熔盐刻蚀、水热、原位磷化的方法合成了一种在MXene材料Ti₂C上生长的CoP纳米棒（CoP NRs/Ti₂C）。在碱性条件下（1mol/L KOH），反应电流密度为10mA/cm²时，CoP NRs/Ti₂C催化析氢反应（hydrogen evolution reaction，HER）和析氧反应（oxygen evolution reaction，OER）所需的过电位分别为105mV和320mV，远低于CoP纳米棒（157mV和350mV），且在HER和OER过程中具有更小的Tafel斜率（63.4mV/dec和54.6mV/dec）。在全解水过程中，CoP NRs/Ti₂C达到电流密度10mA/cm²时所需的外加电压仅为1.62V。综上，本文提供了一种高性能全解水电催化剂CoP NRs/Ti₂C，为促进过渡金属磷化物取代贵金属提供了一种新的策略。

金属-有机骨架材料（metal-organic frameworks，MOFs）作为一种有潜力的分离材料，其孔道结构独特，具有高度可调性和选择性，在膜分离领域具有广阔的应用前景。然而，MOFs在潮湿的环境下易损坏，这严重限制了其在膜分离领域的应用。因此，提高MOFs的水稳定性，是实现其在膜分离领域应用的重要问题之一。本文通过柠檬酸铵（ammonium citrate，AC）功能化制备了具有高水稳定性的Cu-BTC-AC填料，并将其与Pebax 1657聚合物共混制备了系列不同掺杂量的MMMs，并考察了25℃饱和水蒸气下所制备Cu-BTC-AC/Pebax膜的CO₂/N₂分离性能。与纯Pebax膜相比，本工作中制备的MMMs具有更优异的CO₂渗透性和CO₂/N₂选择性，在CO₂渗透通量为776.5GPU时CO₂/N₂选择性为46.7。此外，AC功能化改性赋予填料的高水稳定性使得本工作中制备的MMMs具备了应用于实际工业气体分离的潜力。

智能调温纺织品能够对外界环境温度变化起到一定的缓冲与调节作用。本文以相变温度为18℃的石蜡为核层，聚偏氟乙烯-六氟丙烯/纳米SiO₂为壳层，采用同轴静电纺丝技术制备了一种能有效克服石蜡泄漏的智能调温纺织品。其纤维在微观下具备明显可见的核壳结构，潜热可达70.08J/g，且经过 400次加热-冷却循环后潜热未出现明显变化，表现出了良好的稳定性。该智能纺织品具备疏水表面，由于SiO₂纳米颗粒在纤维表面形成纳米突起，与无纳米SiO₂颗粒的纤维织物相比，水在该纤维织物表面的接触角提升了16.1°。此外，在酸、碱、盐等条件下均能保持较大接触角，分别达到129.4°、133.3°和135.6°，具备较强的环境适应性。红外成像实验表明，与不含相变材料的织物相比，在降温过程中，该智能调温纺织品可将温度保持在10℃以上的时间延长83.3%，而在升温过程中可将温度维持在20℃以下的时间延长204.76%，表现出良好的温度调节能力。研究结果为石蜡相变调温织物的后续研究奠定了基础，并对类似的智能调温织物研究具有一定的参考价值。

相变材料的潜热储能技术利用于建筑节能领域。以月桂酸（LA）为基础，引入石蜡（PW）和癸酸（CA），研究月桂酸基二元相变材料的热性能、稳定性及可靠性。通过理论预测得到LA-PW、LA-CA的相变温度为35.75℃和18.11℃，通过实验得到LA-PW的最佳比例为76∶24，LA-CA的最佳比例为30∶70。LA-PW、LA-CA的相变温度分别为37.45℃和17.82℃，与理论值相差1.70℃、0.29℃，相变潜热分别为186.9J/g、129.16J/g。FTIR和XRD分析发现LA-PW、LA-CA都没产生新物质，为纯物理结合且在蓄放热实验过程中表现出良好的储热性能。热重分析可以看出在100℃内，LA-PW、LA-CA都没有发生热解现象，表现出良好的热可靠性。经过500次冷热循环后LA-PW、LA-CA的相变温度最大差率分别为9.5%、2.15%，相变潜热最大差率分别为3.8%、3.27%，能保持较好的稳定性和蓄热性能，适用于建筑行业的节能研究应用。

研究了四种水性丙烯酸树脂对聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯（PBAT）/淀粉复合材料性能的影响，选择最佳水性丙烯酸树脂进一步研究其用量对复合材料性能的影响。通过万能拉伸测试仪、熔体流动速率仪、接触角测试仪、差式扫描量热仪、热失重分析仪对复合材料力学性能、熔体流动性能、亲水性能、热性能进行了分析；采用红外光谱仪、偏光显微镜对PBAT/淀粉复合材的分子结构与微观组织形貌进行了表征。研究结果表明：玻璃化温度较低的水性丙烯酸树脂对淀粉的改性效果更佳；当水性丙烯酸树脂7168（B7168）用量为25.2g时，复合材料拉伸强度和断裂伸长率有最佳值，较空白样提高10.8%和38.5%；随B7168的增加，复合材料熔体流动速率先减小后趋于平缓，亲水性能增加，对PBAT的结晶和熔融温度影响不明显，对球晶形貌影响不大，但使球晶平均直径略有减小，3000~3600 cm^-1的红外响应峰强度有增加的趋势，波峰略向低波数方向移动；热失重显示B7168的加入，使体系热分解起始温度提前，700℃残余量增加。

糖尿病治疗的进展期于找到能够实时监测机体血糖水平并精确释放所需剂量胰岛素的载体材料，因此开发可根据葡萄糖浓度变化情况而进行自我调节的智能胰岛素控释载体具有重要的临床应用价值。鉴于此，本文创建了一种可用于胰岛素控制释放的温度和葡萄糖双重响应性共聚物微囊的制备策略。首先采用自由基聚合法合成以N-异丙基丙烯酰胺（NIPAAm）和3-丙烯酰胺基苯硼酸（AAPBA）为主要成分的无规共聚物，运用底喷包衣技术在玻璃微球表面包覆共聚物涂层，然后通过加热退火使共聚物固定接枝于微球表面，利用氢氟酸溶解模板，从而形成共聚物微囊，同时对其化学组成、尺寸分布、平衡溶胀率、表面形貌、稳定性能、细胞毒性及胰岛素控释能力进行测试分析。结果表明，该共聚物微囊尺寸分布相对均匀，稳定性良好，无细胞毒性，具有显著的温敏性和糖敏性，且可利用其双重响应特性进行胰岛素瘤细胞的固定负载和分泌胰岛素的控制释放。此智能响应性胰岛素控释载体的制备方案可为人工胰腺的构建提供崭新思路及技术支持。

生物柴油是一种环境友好的生物液体燃料，对于酶法生产生物柴油，迫切需要找到廉价和高效的固定化脂肪酶。本研究利用固体结合肽（SBPs）VKT，将其与疏棉状嗜热丝孢菌脂肪酶（Thermomyces lanuginosus lipase，TLL）融合构建融合脂肪酶，并将其固定化在硅基材料上，获得了一种新型的生物催化剂。在所测试的硅基材料（ZSM-5、Na-Y、SAR-100、MCM-41和SiO₂微粉）中，固定在ZSM-5沸石上的TLL-VKT（TLL-VKT@ZSM-5）表现出最佳的固定化效率和最大负载，且具有优异的pH、温度、储存和洗脱稳定性。以TLL-VKT@ZSM-5为生物催化剂，对麻疯树籽油进行转酯化反应，48h生物柴油得率即达到93.9%。此外，TLL-VKT@ZSM-5还表现出较高的重复使用性能，在7次重复使用后，生物柴油得率依然保持71.9%。本研究的酶固定化方法具有简单高效、稳定性高和重复使用性能高等优点。本研究显示VKT肽在酶蛋白固定化的应用方面具有较好前景。

以尿素和Cu(NO₃)₂·3H₂O为前体，采用热缩合法制备了不同Cu负载量的氮化碳（g-C₃N₄）基催化剂Cu/CNn（n=1、2、3），采用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、比表面积测试、扫描电子显微镜及透射电子显微镜对其结构和形貌进行了表征，比较了不同Cu负载量的Cu/CNn催化CCl₄与丙烯腈（AN）的原子转移自由基加成（ATRA）反应合成 2, 4, 4, 4-四氯丁腈（TBN）的催化性能。结果表明，Cu/CN1呈现优异的催化性能，以乙腈（MeCN）为溶剂，n(Cu/CN1)∶n(AN)=1∶1000，120℃反应12h，TBN 的选择性可达96.5%，产率可达83.3%，Cu/CN作为多相催化剂，经过滤处理便可重复利用，使用7次其催化活性仍能稳定保持。基于相关的实验结果，提出了Cu/CN催化 CCl₄ 和AN 的 ATRA反应的氧化-还原循环机理。实验结果揭示了Cu与g-C₃N₄载体的协同作用机制, 为CCl₄深加工开发高效的催化体系提供了新的思路。

采用三甲基氯硅烷（TMCS）对二氧化硅纳米颗粒（NPs）进行改性得到疏水NPs，并将改性后的NPs添加到无氟泡沫灭火剂中，研究不同改性程度的NPs对无氟泡沫灭火剂性能的影响。利用热重分析（TGA）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDX）和水接触角等对不同TMCS浓度下表面疏水改性的NPs进行表征。TGA、EDX结果证实TMCS实现了对NPs的有效表面改性。水接触角测试结果表明，TMCS的质量分数为16.67%时，NPs的接触角可达150.9°。SEM分析表明NPs的分散性得到改善，改性后的NPs粒径主要分布在60~150nm之间。改性NPs对无氟泡沫溶液的发泡性、稳泡性和灭火有效性的性能影响的研究结果表明，TMCS的质量分数为13.04%时改性的NPs对泡沫的发泡性能、稳定性能和灭火有效性能有最大的提升。

化石能源的大规模使用使得大气中CO₂的含量不断增加。发展生物质能源等可再生能源，结合CO₂的转化利用对降低化石能源的依赖和减少碳排放具有重要的意义。利用可再生电能驱动CO₂的电化学还原生成燃料和化学品是CO₂转化利用的一个有效途径。本文对CO₂电化学转化以及耦合生物质氧化转化新路线的主要研究进展进行了综述。重点介绍了CO₂电化学还原的催化剂、反应系统、反应机制等方面的最新进展，以及阳极耦合生物质及其衍生醇类、醛类等氧化转化的新技术。可再生电能驱动的生物质氧化转化与CO₂电还原相耦合不仅可以获得高值化学品，而且可以显著减少CO₂的净排放。因此，本文可为生物质和CO₂转化提供新的思路。

氧化脱硫，因其反应条件温和、成本较低等特点被广泛应用于燃油脱硫领域。近年来，有研究者发现离子液体中的阴阳离子结构具有可调性，可借此通过物理化学法制备出高效的催化剂，为更深度的氧化脱硫提供有利条件。本文总结了离子液体多酸的合成与分类，详细叙述了单纯离子液体多酸和以金属有机框架或无机非金属材料为载体的负载型离子液体多酸的特点以及目前其在燃油氧化脱硫领域的研究进展，包括脱硫率和重复使用次数等脱硫效果。单纯离子液体多酸的初次脱硫效率都在80%以上，最高可达99.2%，而负载后的离子液体多酸的脱硫率都在98%以上，大多数高达100%，重复利用次数最高可达13次。众多研究者一致认为负载型离子液体多酸不仅能有效增强多酸的催化活性，而且可提高催化剂的热稳定性与重复利用性，在燃油氧化脱硫中有着良好的使用效果。最后对离子液体多酸在氧化脱硫领域的发展方向提出了展望，指出了具有良好催化性能、可重复利用性好、绿色高效的离子液体多酸是未来的研究方向，为进一步研究离子液体多酸提供了参考。

锂电池产业的迅猛发展以及新型储能对锂离子电池需求的进一步增长预期引起了各界对相关资源与环境问题的广泛担忧，因此退役锂离子电池的回收利用已成为当前产业体系中的重要一环。锂离子电池的正极材料是锂电池中最具价值的部分，相比于目前已投入生产的湿法回收与火法回收工艺，针对退役正极材料直接修复的研究目前仍处于起步阶段，因其相比于传统回收方法具有绿色廉价等优势，未来仍然存在可观的开发空间。本文介绍了磷酸铁锂电池与三元锂电池及两种锂离子电池正极材料的主要失效原因，以及针对此两种锂离子电池退役后其正极材料的几种直接修复方法，并对不同直接修复方法存在的问题进行了梳理，进而对正极材料直接修复提出相关建议，以期直接修复可以在锂电行业有更广阔的发展。

木质纤维素类生物质是地球上最丰富的可再生资源，但纤维素、半纤维素、木质素三组分之间复杂的键合结构限制了其有效的转化利用。有机溶剂预处理是消除这种顽抗性的有效方法，其能有效拆解三组分、提高纤维素酶水解性能，并回收高纯木质素组分。随着对溶剂绿色和可持续性的要求，预处理有机溶剂正逐渐向生物基衍生溶剂方向发展，近期已有多种新型的生物基衍生溶剂预处理的报道。本文系统综述了基于Hansen溶度参数理论和CHEM21绿色溶剂指南的有机溶剂预处理体系设计，分别归类为均相体系、两相体系和多元相转化体系，归纳了生物基衍生预处理有机溶剂应用的研究进展，在此基础上探论了生物基衍生溶剂预处理面临的挑战和应用前景，以期为木质纤维素类生物质的有机溶剂预处理体系的设计和选择提供参考。

近年来，难降解有机化工污染物在自然水体中被广泛检出，对水生态环境和人体健康构成了严重威胁。生物膜电极技术因具备环境友好、去除效率高、适用范围广等优点，在难降解污染物处理领域应用前景日渐广阔。对此，介绍了三维生物膜电极（3D-BERs）反应器构建方法，阐述了三维生物膜电极对有机污染物的降解机理，分析了电化学催化氧化与电活性微生物（EAMs）的协同降解作用，从电子迁移强化角度解析了污染物强化降解机制，并概述了3D-BERs的构建方法与运行参数对反应器效率的影响。本文系统综述了3D-BERs在难生化有机化工废水处理领域中的应用与优势，提出了三维生物膜电极技术的发展前景和今后研究工作的重点方向，为难生化有机化工废水的高效处理提供新思路与技术选择。

聚羟基脂肪酸酯（polyhydroxyalkanoates, PHA）是一种可完全生物降解材料，具有与传统塑料相似的机械性能，有望替代石油基塑料从源头上解决塑料危机。混合菌群利用廉价的废弃有机物合成PHA，对降低PHA的生产成本，实现废弃有机物的减量化和资源化具有重要意义。底物多样化是混合菌群PHA合成工艺的鲜明特点。本文首先剖析了混合菌群PHA合成系统中底物类型的重要性，进而综述了混合菌群利用不同类型废弃有机物合成PHA的现状，指出废弃有机物基质复杂易造成代谢偏移、产品产量及性能难以精准调控等关键问题。并对混合菌群利用废弃有机物合成PHA的研究进行了展望，需在明晰废弃有机物基质组分基础上，针对性优化底物水解酸化工艺、开发PHA产物性能调控技术和绿色低损耗的产物提纯工艺，最终构建高效能的PHA混合菌群工艺系统。

气凝胶在吸附领域具有很好的应用前景。本文采用水热合成法和冷冻干燥法制备出葡甲胺功能化还原氧化石墨烯/羟基化碳纳米管气凝胶应用于盐湖卤水除硼，研究了吸附剂对水溶液中硼的吸附行为，吸附过程符合拟二级动力学和Freundlich等温吸附模型。当初始硼浓度为1000mg/L、pH为10、吸附时间为9h、温度298K时，最大吸附量为33.64mg/g。响应面法可以预测实验结果并优化反应条件，在最佳条件下硼吸附量为32.91mg/g。吸附机理分析表明，吸附过程主要是吸附剂上的—OH官能团与B的络合作用。吸附剂经过三次吸附-脱附实验，仍对B有较高吸附容量。吸附剂具有良好的抗共存盐干扰性，在真实卤水中吸附性能良好，吸附量为23.87mg/g。该气凝胶对于从盐湖卤水和废水中提硼具有潜在的价值。

为使含油污泥达到无害化处理、资源化利用的目的，本实验通过热解炭化的方法，以含油污泥为实验原料，氧化钙、粉煤灰和十六烷基三甲基溴化铵的混合物为调质剂，玉米秸秆为增碳剂，制备含油污泥基生物炭，并研究其对含油废水中石油类污染物的吸附性能。以石油类污染物去除率为指标，对比了ZnCl₂、KOH和H₂SO₄三种活化剂对生物炭吸附性能的影响；通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、BET测试法等手段分析了生物炭的比表面积、孔隙结构和表面官能团等性能；采用批量吸附实验和再生实验，研究生物炭对石油类污染物吸附性能及其再生性。研究结果表明，最佳活化剂为H₂SO₄，H₂SO₄活化制备的生物炭含有大量孔隙结构且多为介孔，生物炭表面存在—CH、C\stackrel{}{̿}O、—OH和C\stackrel{}{̿}C等官能团，比表面积为71.8069m²/g。在生物炭投加量为1.8g/L、吸附时间为180min时，对200mg/L含油废水中石油类污染物去除率可达98.21%，对石油类污染物最大吸附量为99.32mg/g。生物炭吸附石油类污染物的过程符合准二级动力学方程和Freundlich模型，主要受化学吸附控制的多分子层吸附。此外，三次再生后的生物炭孔隙结构、表面官能团、比表面积与新炭相比差别不大，吸附不同浓度的含油废水中石油类污染物，生物炭的三次再生效率均达到了90%以上，仍具有良好的吸附性能，能满足循环使用的要求。

针对湿法炼铜浸出液中游离硫酸含量高的问题，提取铜前需进行中和处理，不仅碱性试剂消耗量大、作业成本高，还会造成金属离子损失的问题。本文提出采用溶剂萃取回收硫酸的工艺，研究了三辛胺（TOA）-正辛醇体系选择性萃取分离硫酸过程的传质机理。结果表明，TOA萃取硫酸的过程中会发生水化作用而产生第三相，加入正辛醇后，因形成疏水性络合体\overline{({\mathrm{R}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{N}\mathrm{H})}_{\mathrm{2}}{(\mathrm{A})}_{\mathrm{0.3}}({\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O})}_{\mathrm{1.7}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}}，避免了第三相的形成；在有机相构成为45% TOA+10%正辛醇+45% 260^#溶剂油、相比O∶A（有机相与水相之比）为1∶1、温度25℃、震荡速度200r/min、反应时间10min的条件下，硫酸单级萃取率达90.21%，三级逆流萃取率达99%以上，杂质离子Cu²⁺、Fe²⁺、Zn²⁺的萃取率分别小于2.7%、2.2%、2.3%；萃取过程为放热反应，通过计算得萃取反应的∆H为-14.9kJ/mol。

低碳清洁处理塑料垃圾对环境保护和循环经济发展具有重要意义。本文提出了一种在低压过热溶剂蒸汽体系中高效热裂解液化塑料的方法，以聚丙烯（PP）和高密度聚乙烯（HDPE）为原料，研究了塑料在溶剂低压过热蒸汽环境中（≤5MPa）热裂解液化过程特性，并提出了两种塑料热液化过程中的降解机制。结果表明：低压有机溶剂蒸汽体系能在相对温和的条件下实现塑料的高效液化，330℃是本研究中实现塑料快速热裂解液化的起始温度。在此温度下，PP在甲醇、乙醇、丙酮中的热裂解液化率均为100%，HDPE在三种溶剂中的热裂解液化率分别为100%、72.9%和71.03%。在本研究条件下，塑料液化中小分子更容易发生缩聚反应，放出大量热并使反应体系温度出现不同幅度的飞升，从而为塑料进一步解聚为小分子提供能量，提高塑料的热裂解液化率。PP热裂解液化油中含氧化合物的质量分数大于40%，而HDPE的热裂解液化油中氧化物含量低，且烃类的质量分数大于80%，作为燃料使用的潜力大。

采用水热法制备了硫掺杂还原氧化石墨烯（S-rGO），表征发现S原子的掺杂会导致结构缺陷的形成，这些结构缺陷会增加活性位点。通过电化学测试，S-rGO的氧还原反应（ORR）性能优于rGO，其极限电流密度为4.08mA/cm²，高出rGO（3.48mA/cm²）17.3%，这表明S原子的掺杂能够有效提高rGO的ORR活性。将S-rGO与活性炭（AC）、炭黑（CB）以0.1∶0.25∶1的质量比混合作为微生物燃料电池阴极催化剂。结果表明，S-rGO催化的微生物燃料电池反应器每个周期可持续27h，输出电压为0.33V，而rGO催化的反应器每个周期可持续24h，输出电压为0.30V；CB催化的反应器每个周期可持续23h，输出电压为0.26V。以苯扎氯铵（BAC）为生物毒性物质，探讨了S-rGO修饰的微生物燃料电池作为毒性传感器的相关性能，根据电压与BAC浓度的线性拟合结果，发现S-rGO具有更高的毒性检测灵敏度和稳定性（相关系数为0.996），而传统的Pt/C阴极催化剂的相关系数为0.932，表明S-rGO在毒性检测领域具有巨大的应用潜力。

双碳背景下，CO₂矿化作为一种有效固碳技术受到更多关注。本文针对6种工业含钙固废，分别采用氯化铵溶液浸出并制备矿化母液，然后在常温常压下开展直接和间接矿化模拟燃煤烟气中CO₂的实验，并对6种固废的矿化效率和矿化产物进行详细分析，同时测试了浸出剂浸出含钙固废的循环能力。结果表明，由于含钙矿物相种类与含量的不同，6种固废的Ca²⁺浸出率介于18.88%~95.15%之间，浸出液Ca²⁺浓度大小为：净化灰>烧结法赤泥>燃煤飞灰2>燃煤飞灰1>烘干灰>拜耳法赤泥。氯化铵溶液循环浸出净化灰、燃煤飞灰2和烧结法赤泥后，随着循环次数的增加，燃煤飞灰2和净化灰中的间接矿化效率仅降低了1.44%和1.34%，烧结法赤泥的间接矿化效率降低了6.21%。6种固废中电石净化灰拥有最高间接矿化效率达57.60%，烧结法赤泥拥有最高直接湿法矿化效率为67.25%。CO₂间接矿化的产物为粒径介于2~5μm的菱面体方解石。

采用次氯酸盐耦合FeCl₃絮凝对污泥脱水性能进行研究，通过单因素实验确定了最佳预处理条件，采用zeta电位、蛋白质多糖、DNA含量、磁场核共振、三维荧光以及细胞可视化等表征手段，分析阐明了该预处理促进污泥脱水性能提高的作用机理，利用Pearson相关性分析进一步分析促进污泥脱水性能改善的原因。结果表明：在NaClO投加量为50mg/g TS（含固率），FeCl₃投加量为100mg/g TS条件下污泥脱水效率达到最高，污泥比阻与毛细吸水时间（CST）分别由原污泥的2.45×10¹²m/kg和119.7s降低至9.3×10¹¹m/kg和27.9s，污泥的水分损失量最多，脱水速率最快。在氧化与絮凝的共同作用下，污泥的胞外聚合物（EPS）结构被破坏，污泥颗粒松散，内部结合水被释放。污泥中DNA含量的增加和污泥的可视化分析表明，絮体中微生物细胞膜被破坏，导致胞内水释放，从而提高活性污泥的脱水效率。

以Ti/SnO₂-Sb形稳电极（DSA）为基底，采用浸渍法制备负载有活性层的Ti/SnO₂-Sb/SnO₂-Sb-Mn电极并进行了表征。利用box-behnken实验设计及响应曲面分析法，探讨槽压、搅拌速率、电极间距这三个因素对亚甲基蓝电催化脱色效率的影响，并建立相应的多元二次回归模型，方差分析结果表明，模型的拟合效果好，影响因素的显著性顺序依次为：槽压>电极间距>搅拌速率。验证实验结果显示，当槽压为4.8V、搅拌速率为320r/min、电极间距为1.5cm时，亚甲基蓝的脱色效果达到最佳，此时脱色率达到99.3%，模型的预测值非常接近实验值，验证了该方法的可行性和有效性，可为电催化脱色处理印染废水提供一定的技术指导。

塑料因优异的易塑性、持久性、耐腐蚀等被广泛应用于生活中的各个角落。然而塑料在使用过程由于难降解、回收利用率低等缺点对环境造成严重污染。本文以低密度聚乙烯（LDPE）为原料，以硝酸镍为催化剂前体，通过一步热解法将聚乙烯塑料制备成具有高价值的碳纳米管（CNTs），通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜及气相色谱-质谱等技术对其结构和生长机制进行表征与分析。研究热解温度（600~900℃）和硝酸镍加入量（0.5%~2.0%）对CNTs结构形貌的影响。结果表明，在温度为800℃、硝酸镍质量分数1.0%的条件下制备得到形貌结构较好的CNTs。该条件下CNTs为多壁碳纳米管，石墨化度较高，长度为5~15μm，管平均外径为(28.43±0.56)nm，平均内径为(11.03±0.61)nm，层间距为0.340nm，接近碳纳米管的最理想的石墨层间距（d=0.3354nm）。结合气相色谱-质谱技术研究了CNTs的生长机理与模型，剖析出CNTs为顶端生长模型。将制备的CNTs用于去除废水中的微塑料并表现出了较好的去除性能，实现了“以废治废”。本研究以LDPE为原料采用一步热解法得到形貌结构优异的CNTs，实现了塑料的高质化利用，并为其他相似废弃物的利用提供了借鉴。

磷石膏（PG）是世界上重要的工业固体废物之一，其传统的储存方法占用了大片土地，也破坏了环境。采用热化学方法将PG还原为CaS和CaO不仅可以变废为宝，而且缓解了环境污染。常见的还原剂主要是褐煤和硫黄等，然而上述还原剂存在成本较高的缺点。因此本文提出采用煤气化细渣（CGFS）来还原PG。通过热力学计算、流化床实验和动力学计算，探讨了还原行为和反应机理。首先，热力学计算表明CGFS还原PG完全可行。流化床实验发现当目标产物为CaS时，最优化的反应条件为温度应保持在850~900℃，C/Ca摩尔比为2~3，在该条件下，PG可以完全分解。当目标产物为CaO时，温度应保持在950~1000℃，C/Ca摩尔比为0.5~1，但在该条件下PG难以完全分解。此外CGFS中的矿物组分会显著影响PG的分解率，该过程主要是和CGFS的反应活性有关。接着通过比较四种常见的碳基还原剂发现，褐煤对PG的分解效率最高，细渣和焦炭相比于石墨具有较高的反应活性，也有利于PG的分解过程。此外提高C/Ca摩尔比和反应温度能够降低石墨与其他三种还原剂的差距。最后动力学研究表明，CGFS还原PG过程符合缩核反应模型，其动力学机理函数G(α)=-ln(1-α)，表观活化能为415.78~456.83kJ/mol。通过SEM-EDS发现反应是从边界开始，逐渐扩散到核心，最终形成蜂窝结构。本研究将为开发环境友好型还原剂分解PG提供理论依据。

鉴于生物合成材料在水环境修复中成本低、环境友好、高效等优势，制备了Ce掺杂生物铁锰氧化物（Bio-FeMnCeO _x ），以盐酸四环素（TC）为目标污染物，研究了Bio-FeMnCeO _x 制备参数（Ce剂量、培养时间及样品处理方式等）和工艺条件（pH、PMS浓度、Bio-FeMnCeO _x 剂量等）对Bio-FeMnCeO _x 活化PMS降解TC的影响。通过自由基猝灭实验和电子顺磁共振（EPR）分析TC降解的主要活性氧物质种类和贡献率，推测了TC的降解路径和降解机制，验证了Bio-FeMnCeO _x 的循环稳定性。结果表明：①通过生物合成法成功制备了Bio-FeMnCeO _x，将其用于活化PMS降解TC具有良好的催化活性，在pH为11.0、PMS浓度200mg/L、Bio-FeMnCeO _x 剂量为100mg/L、反应时间为60min时，TC的降解效率可达93.75%；②通过自由基猝灭和EPR鉴定的实验发现，Bio-FeMnCeO _x /PMS体系主要的活性物质为·SO{}_{\mathrm{4}}^{-}和¹O₂；③Bio-FeMnCeO _x 具有良好的实验稳定性，重复使用8次后，TC的降解效率仍高达75.71%。该研究的发现为抗生素废水治理提供了新的催化技术路线。

以固体废弃物煤气化渣（CGS）作为活化剂，构建了煤气化渣/过二硫酸盐（CGS/PDS）和煤气化渣/过一硫酸盐（CGS/PMS）体系，通过场发射扫描电子显微镜表征CGS的微观结构和元素组成，使用傅里叶红外光谱仪和X射线光电子能谱仪表征CGS表面官能团，考察了CGS投加量、PDS浓度、PMS浓度、初始pH等因素对降解苯酚的影响，推测了活化路径，探究了氧化机理。结果表明，CGS中Fe元素含量达11.9%且含有多种官能团，随着CGS投加量的增加，PDS和PMS对苯酚的降解效率逐渐增大。当CGS投加量为3.0g/L时，1.0mmol/L PDS反应60min后对苯酚的降解率达97.82%，0.4mmol/L PMS反应60min后对苯酚的降解率达98.88%。两种体系对苯酚的降解率均在pH=3时最高。共存Cl^-对两个体系降解苯酚均表现出促进作用，而共存NO₃^-、SO₄^2-、HCO₃^-对苯酚的降解产生抑制作用。CGS/PDS体系降解苯酚过程中产生了·SO₄^-和·OH，而CGS/PMS体系产生了·SO₄^-、·OH和·O₂^-，但两个体系对苯酚的降解均以·SO₄^-占主导地位。研究结果可为固体废弃物煤气化渣高价值应用提供指导，为煤气化渣进一步应用于水污染控制提供理论依据。