“热”诱发、“热”驱动的热化学反应是人类最早认识的化学反应，占据工业化学反应的绝大部分，是能源转化、资源加工、循环经济等的重要反应，涉及发电、供热、冶金、建材、废物消纳等重大工业行业，这些行业是与人类活动相关的CO₂排放源的主体，在总碳排放中占比90%以上。在“双碳”目标下，热化学反应科学和技术的创新发展凸显更加特殊和重要的作用，其重要内容之一就是“支撑热化学反应工程化”的科学与技术，即“热化学反应工程”。针对“热”诱导、“热”驱动的化学反应，本文深入归纳和分析其相关科学和技术从古至今的发展特点，凝练形成了五个具有不同科学与技术特点的典型发展时期。总结典型热化学反应相关行业的重要科学与技术的发展及其对社会进步的贡献和影响，阐明“双碳”战略背景下“热化学反应工程”的科技创新机遇和贡献“碳中和”的潜力，揭示了通过碳减排、碳替代和碳循环的技术创新和应用推广，可有效推动我国各种“超级碳排放源”的碳排放强度和碳排放量的大幅降低，实现年60亿吨级二氧化碳的消减。

石油热加工技术是在热量作用下使石油及其产物发生热裂化和缩合反应生成不同产品，涉及石油炼制与化工生产的绝大多数加工过程，属于“热化学反应工程”分支之一。随着第三次能源转型持续推进，石油炼制行业正面临“油转化”的重大生产结构调整，促使以热化学反应为核心的石油热加工技术不断发展，包括以重油轻质化为主要目标的减黏裂化、延迟焦化、重油流化热裂化技术以及以低碳烯烃为主要目标的蒸汽裂解技术。为了更为高效地将石油转化为低碳烯烃，将热化学反应进一步与催化反应耦合，发展出含催化热载体的轻油催化热裂解和重油催化热裂解两类热化学-催化耦合热加工技术。本文对上述六种典型石油热加工技术的演变历程、技术特点、发展现状与前景进行了纵向梳理，并从不同维度对其进行横向对比分析。对比发现，热加工中热载体循环再生能够有效解决工艺过程焦炭处理问题，且能与催化反应相耦合，使得重油流化热裂化、轻油催化热裂解和重油催化热裂解等热加工技术在原料适应性、产物灵活性、环保性方面具有突出优势。此外，将电气化技术进一步与蒸汽裂解及以外的其他热加工技术相结合，可有效提升石油热加工领域未来的整体环保性和节能性。

简介人类制造和利用炭黑（CB）的历史和炭黑特性，对烃热解过程中碳原子组成六碳环并历经一维（1D）、二维（2D）和三维（3D）增长形成准石墨微晶（GMC）和最终形成CB粒子的系列参数进行了模拟计算，总结有关CB准石墨微晶结构增长机理、粒子结构及其与粒子硬度和导电性等性能间的关系等方面基础研究的最新成果。基于CB中碳原子结构研究成果和基本理化性能，建议了CB的分子式。结合检测数据解读CB拥有高达30GPa硬度、补强橡胶的活性和独特导电性的结构原因。本文还从键能变化角度计算了用于制造CB的几种典型烃热裂解生成CB的化学反应热，解释CB生产时煤系原料油比石油系原料油收率高10%的原因，重点介绍现代热裂解烃制造CB的工程化技术在原料、反应器、耐火材料、装置大型化、资源综合利用技术与装备等方面取得突破并促成我国成为炭黑制造第一大国的发展历程。对炭黑行业节能环保的最新要求进行了归纳，展望了行业未来，并对其技术进步重点方向和研究内容提出建议。

首先对钢铁冶金技术与学科的发展历程进行了梳理，将其发展过程划分为5个主要时期。新时期钢铁冶金工业将从追求效率优先向兼顾节能环保的方向进行转变，文章对钢铁工业的绿色低碳发展路径进行了总结，着重对氢基低碳炼铁技术的发展方向进行了展望。以COURSE50、ULCOS及tkH₂Steel等为代表的富氢高炉技术可作为现阶段高炉工艺改进的首选方向。非高炉工艺方面，本文介绍了MIDREX、HYL/ENERGIRON等氢基竖炉直接还原炼铁工艺的发展，同时也介绍了H-Iron、FIOR、Circored、HyREX等采用流化床的铁矿粉氢基直接还原炼铁工艺。文中指出新时期我国钢铁工业应在发展传统节能减排技术的同时，充分利用焦炉煤气、煤制气、天然气及绿氢等低碳能源，发展并创新DRI直接还原技术，从而降低碳素消耗和CO₂排放。

黄磷生产属于“高能耗”和“高污染”行业，电炉法是目前唯一的工业化生产黄磷的方法，但存在电耗高、黄磷尾气难以资源化利用等问题。在“碳达峰、碳中和”背景下，深入打好污染防治攻坚战，实现减污降碳协同增效是必然选择，因此，黄磷生产技术亟待创新。本文总结了磷矿热还原制取黄磷的机制，归纳了SiO₂、Al₂O₃和MgO助熔剂以及炭质还原剂活性对磷矿还原的影响，阐述了高炉法、电炉法、流态化法、熔融电解法、低温碳热还原磷酸法、硅热法和磷煤耦合联产黄磷和一氧化碳法制取黄磷的技术原理、特点以及存在的问题。指出未来黄磷生产技术的总体要求是节能降耗和碳资源高效利用，低品位磷矿利用技术和低磷废弃物中回收磷技术的开发对实现磷资源的可持续开发利用具有重要意义。

煤炭是我国能源安全的压舱石，煤气化作为煤炭清洁高效利用的核心技术对实现“碳达峰、碳中和”的战略目标具有重要作用。基于动态原位表征揭示煤气化反应机理并建立煤气化模型，对拓展煤炭和生物质等含碳物料作为气化原料的适用性，开发新型高效的气化技术有重要的理论指导价值。同时，煤灰的流动性质是影响气化炉长周期稳定运行的关键指标。本文详细综述了煤气化过程的动力学模型、热力学模型、床层模型以及煤灰流动性的预测模型，对比了各类模型的优缺点、适用的条件以及描述气化过程的性能，指出了不同方法建立的模型存在的问题，为气化过程的总包反应模型建立提供了理论指导，并针对煤气化过程反应模型未来的研究重点进行了展望。

热解作为“工程热化学”的重要研究方向，是实现煤炭分质分级利用的重要途径。提高热解焦油或化学品产率是提升煤转化效率和经济性的关键。煤热解遵循自由基反应机理，因此稳定煤裂解产生的自由基是提高焦油产率的关键。基于煤的热解反应机理及煤中H/C原子比低的特征，本文提出了通过富氢小分子气体的催化活化耦合煤热解提高焦油产率的策略，利用甲烷、乙烷等小分子气体催化活化产生的富氢活性自由基来稳定煤热解产生的自由基，达到抑制煤裂解自由基间的聚合或裂解形成半焦及气体反应的发生，实现热解焦油产率的显著提高。研究表明，甲烷经催化重整或等离子体活化后与煤热解过程耦合，可显著提高焦油产率和一定程度提升焦油品质，该过程具有普适性。甲烷活化方式、催化剂性能、煤种性质等是影响耦合效果的关键因素。同位素示踪证实了富氢小分子自由基参与煤热解焦油的形成。这种富氢小分子气体可拓展至纯甲烷、乙烷、热解煤气等。在此基础上，基于生物质、废塑料、废轮胎等有机固废具有比煤更高H/C原子比及热解过程产生富氢活性物种的特性，发展了煤与生物质、废旧塑料、废轮胎等固体有机物的共热解，发现提高升温速率、改变共热解混合模式等可强化协同作用，实现煤热解焦油产率提高及生物质、废轮胎等资源化高效利用。这种基于小分子气体催化活化耦合传统煤热解技术，为解决现有热解过程存在的焦油产率低等问题提供了重要的思路和方法，为发展先进的煤炭分质分级转化技术提供了新途径。耦合反应器的开发及用于小分子气体活化的高性能催化剂制备是未来研究的重点。

在应对“碳中和”的挑战中，我国学者提出了“工程热化学”这一新兴学科。煤热解是一种重要的热化学反应，是工程热化学领域的重要研究内容。面对日益增长的能源需求以及不断恶化的世界环境，煤炭清洁高效利用成为我国的重大战略需求。全面了解煤热解过程，完善煤热解理论，准确描述煤热解动力学机理，是开发煤的高效热解的基础。本文首先介绍了煤热解的概念、分类及热解过程，进而总结了煤热解机理的研究进展，针对煤热解的ReaxFF MD分子动力学以及热分析动力学进行了详细的分析。阐述了热解过程发生的主要反应、反应的影响因素以及热作用过程中矿物质及杂原子对反应的影响。最后对煤热解工艺发展历程和示范应用进行了总结。

镁铝尖晶石透明陶瓷具有高透过率、高强度、高热导率、耐环境侵蚀和低介电常数等优点，在透明装甲、红外窗口、基片衬底等军民用领域具有广泛的应用前景。经过五十多年的研究，镁铝尖晶石透明陶瓷已经发展出成熟的制备工艺路线（粉体制备-陶瓷成型-烧结），但该路线严重依赖于高纯度、高活性的镁铝尖晶石商业粉体。本文简要介绍了镁铝尖晶石透明陶瓷的国内外研究现状，重点介绍了本文作者团队采用反应烧结法制备镁铝尖晶石透明陶瓷方面所做的工作。分析了原料晶型、组分、烧结工艺和烧结助剂等因素对材料微观结构演变和性能的影响规律，为材料性能优化提供理论指导。同时针对不同领域应用需求，首次报道了大尺寸平板和超半球等镁铝尖晶石透明陶瓷的研究进展，为推动材料制备工艺发展和应用提供参考。

高温工业的发展，与耐火材料的发展密切相关，其技术进步无一例外地都依赖于优质耐火材料的研发。耐火材料在制备及应用过程中，都和热化学反应息息相关。本文首先简要介绍了耐火材料的发展历程，其次以二氧化硅质、莫来石质耐火材料为例，介绍了上述耐火材料制备中的热化学反应过程；以莫来石-碳化硅、方镁石-尖晶石、镁碳质耐火材料为例，介绍了上述耐火材料在服役过程中的热化学侵蚀反应行为，并给出了热化学模拟在耐火材料与熔渣/气相反应中的应用情况；以氧化铝-碳质过滤器为例，介绍了其应用过程中的吸附夹杂机理。最后介绍了常用的耐火材料煅烧设备。

二维金属碳氮化物（MXene）是由过渡金属元素（铝、钛、铌、钼等）和X元素（碳、氮）组成的一种新型二维材料，在能源存储与转换、电磁屏蔽、传感器、催化等领域具有广泛的应用前景。其中，过渡金属M、X元素组合、表面官能团T _x 元素种类调控是影响MXene结构和物理化学性质的关键，开发元素组合可调控的合成方法是MXene族材料制备和应用的热点和难点。熔盐合成法是制备MXene的方法之一，利用熔盐介质无水无氧、富含阴阳离子、弱溶剂化、电化学窗口宽等诸多特性，可以合成一些常规水溶液中无法获得的特殊组成和结构的MXene材料，这大大拓展了该材料的应用范围。本文综述了高温熔盐作为氧化刻蚀剂或溶剂制备新型MXene材料的最新研究进展，并讨论了不同共晶盐、反应物和反应条件调控MAX和MXene材料结构的影响机制。同时，对熔盐法未来的发展方向和面临的主要挑战也进行了展望。

热驱动的水热转化技术是一种典型的热化学反应工程技术。该技术可在治理有机废物的同时回收有价资源，是实现双碳目标的重要途经。本文以有机废物为对象，首先梳理了水热技术的整体发展脉络，介绍了水热转化技术在有机废物转化中的典型类别和特征，并阐述了亚临界水和超临界水的性质；随后回顾了水热转换设备的发展，强调了工程应用中的典型水热转化设备并分析了设备研发中需注意的潜在问题；分析了水热转化技术在有机废物治理和资源回收上的典型案例。最后对有机废物水热转化现存挑战作出分析，指出实际环境中复杂水质引发的设备腐蚀、特定产物所需高效催化剂的研制、过程污染物的产生和难以协调的技术经济可行性仍是该技术的制约条件。本文旨在为有机废物水热转化工程实践提供理论和技术参考。

生物质热解转化可制备炭、气、油等高品位能源产品，具有高效可控、多产物利用等优势。然而，生物质直接热解所得产物品质不高，无法实现高附加值利用，亟需对生物质热解反应进行调控与优化。本文从热解反应的优化策略出发，系统概述了原料选择及预处理、热解参数与反应器类型、催化剂及辅助热解技术的引入对热解转化过程的影响，全面总结了热解反应优化与产物调控方法。从富氢合成气定向制备、烃类液体燃料选择调控、炭结构调变与高值利用三部分综述了热解产物的定向调控，以期实现生物质的绿色、低碳和增值利用。最后总结了生物质热解转化的挑战与发展前景，同时对机器学习方法的引入加速热解领域的发展进行了展望，为生物质高效热解转化提供一定的参考价值。

微藻具有生长周期短、光合固碳效率高等优势，并且含有丰富的糖类、蛋白质和油脂等含碳化合物，是极具能源化和资源化利用潜力的可再生生物质资源。超临界水气化技术能够在不需要干燥微藻的条件下直接将高含水微藻转化为富氢合成气，可节约大量微藻脱水能耗，并且具有反应速率高、转化效率高等优势，近年来受到了国内外研究者的广泛关注。基于此，本文综述了近年来微藻超临界水气化制氢的研究进展，重点讨论了微藻超临界水气化反应的主要影响因素，包括反应温度、压力、停留时间、物料浓度和反应器类型，阐释了不同催化剂对微藻超临界水气化过程的影响和作用机理。并探讨了微藻主要三组分模型化合物在超临界水气化过程的反应机理，总结了微藻超临界水气化过程的动力学和热力学特性。最后展望了微藻超临界水气化制取富氢合成气技术的未来研究方向，为微藻超临界水气化制氢技术的研究与应用提供理论指导。

我国的工业副产气年产量巨大，是一种重要的制氢资源。由于其高杂质含量，回收其中的H₂需要采用复杂的工艺且成本较高，导致副产气的利用率低。相比传统方法，化学链制氢技术只需两步或三步即可制得H₂，为工业副产气转化为高纯H₂提供了一条很有前景的途径。本文针对工业副产气化学链制氢技术的研究进展，讨论了工业副产气化学链制氢工艺的技术优势，总结了不同还原气对化学链制氢过程的影响。在化学链制氢反应过程中，H₂的反应活性优于CO，而CH₄的反应过程复杂，反应温度对不同气体的反应特性影响较为显著，杂质气体N₂和CO₂会对制氢过程产生不利影响。针对载氧体，高活性和稳定性载氧体是研究的重点，设计复合型载氧体、掺杂异价元素和负载离子导体等方法是改善载氧体反应性能的重要途径。总的来讲，化学链制氢技术取得了较快的进展，也为其他化学链反应研究提供了借鉴。

为了利用X射线吸收精细结构（X-ray absorption fine structure，XAFS）谱学技术开展热化学反应动力学研究，在上海光源X射线吸收精细结构谱学线站（BL14W1）开展了时间分辨热化学原位XAFS方法的研究。采用自主研制的数据采集设备解决了时间分辨XAFS技术中不同类型信号同步触发和同步采集的问题，实现了数据间的精准匹配。在单色器转速为720"/s、数据采集设备采样率为2MS/s、数据长度为1200eV的条件下，获得了一个9.6s的Cu标样的数据谱，通过与常规XAFS数据和标准XAFS数据进行对比，结果表明本文得到的时间分辨XAFS实验系统具有良好的准确性、分辨率和信噪比。在此基础上，进一步结合线站自主研制的原位装置开展了时间分辨热化学原位XAFS方法，并利用高温常压原位装置开展了CuO还原为金属Cu的验证性实验。在230℃恒温氢气气氛下30min内观测到Cu吸收边能量逐渐向低能量处偏移，同时它位于8998eV的主峰强度逐渐减弱并且劈裂为双峰结构，出现明显的金属Cu的特征。实验结果表明此方法达到了捕获物质动态演化过程的预期目的，在拓展XAFS谱学实验平台的同时，为热化学反应的动力学过程研究提供了一种强大的实验手段。

随着工业的持续发展，煤、油页岩、菱镁矿、铁矿等矿物资源的用量不断增加，产生大量无机工业固体废弃物，低效的固废处置方式造成了巨大的环境污染和资源浪费。基于常见典型工业固体废弃物的化学组成，结合热力学分析结果，提出一种工业固体废弃物高温热化学转化方法，直接将无机工业固体废弃物转化为高附加值材料。该高温热化学转化方法通过热力学分析确定理想的目标产物及反应温度，利用热质传递效率高和易于放大的流化床，使单一或多种固体废弃物混合物中的各化学成分间发生固-固高温热化学反应，制成所需的复相材料使用或经进一步加工制得具有更高附加值的终端产品。通过对菱镁矿浮选尾矿、硼泥、油页岩渣、铁尾矿、铝灰、煤矸石等多种固体废弃物实验，获得了相应的复相粉体材料，验证了该方法的可行性。同时，通过选择性混合多种固体废弃物，改变反应物组成，可以调控目标产物及其含量。实验结果表明，利用高温流态化热化学反应技术，无机工业固体废弃物可成功转化为高附加值产物。研究成果对实现无机工业固体废弃物的有效利用、减少资源浪费、保护生态环境、推动绿色、低碳和可持续发展提供了又一途径，也为相关固体废弃物的综合利用提供了具体数据支撑。

为研究水力旋流器在井下出现堵塞问题而产生的流场及性能变化规律，以井下倒锥式水力旋流器为研究对象，采用数值模拟与实验相结合的研究方法，对旋流器在六种不同堵塞工况下的流场特性及分离性能进行深入分析，并提出一种流场不对称性的定量表征方法，明确其在不同堵塞工况下旋流场变化及平均偏移不对称情况。结果表明，在三条紧邻流道堵塞的工况中，切向速度及轴向速度的平均偏移不对称率均产生最大值分别为67.82%和34.99%；相对于无堵塞工况，六种不同堵塞工况的平均压降均有所上升，分离效率均有所下降，其中工况六在四条紧邻流道堵塞的工况中，平均压降最大，分离效率最小。通过实验开展不同工况下的分离性能分析，实验结果与模拟结果的平均误差为1.22%，呈现出较好的一致性，为本文数值模拟方法的准确性提供了验证。

微通道中稳定、清晰的界面是进行颗粒进一步筛选的重要基础，将磁液作为核心流，非磁液作为鞘流有利于颗粒在外加磁场作用下进行微流控聚焦。本文基于对三相层流微流控芯片中磁液-水界面实验分析和力学模型求解，引入量纲为1数Pe、Bo_m、Ca、W、Re，以及表征界面颗粒运动状态的时间t_T、t_d、t_i，得到d/h∝(X/Pe)^0.633~0.852界面上力的大小依次为：磁力>界面张力>惯性力>黏性力。Q_w/Q_f=2，Q_f=15μL/min时，核心流的黏性耗散影响较小，界面位于通道中心处较为稳定。界面磁颗粒扩散时间t_d∝(X/Pe)^0.523~0.872在入口阶段振荡剧烈，加速流体混合，同时磁场梯度和流体扩散速度的增大会导致界面时间t_i∝(X/Pe)^0.778~1.172剧烈变化，当X=225～250时，t_T>t_i>t_d，颗粒聚焦效率最高。

木糖作为木质纤维素生物质中半纤维素部分最丰富的戊糖，其衍生物具有巨大的应用市场。在国家“双碳”目标下，绿色高效的木糖炼制工艺不仅符合国家节能减排、绿色循环发展的要求，也能有效降低木糖制备成本并促进木糖的高值化利用。本文对木糖的生物炼制工艺进行了综述，并分析了不同工艺发展现状及存在的问题。同时综述了近年来木糖水解分离技术的进展以及木糖在生物基化学品和生物基材料的高值化应用，最后提出了促进木糖生物炼制发展的建议并对木糖高值化应用进行了展望。

甲醇氧化电催化剂是决定直接甲醇燃料电池（direct methanol fuel cells，DMFC）性能与成本的关键。目前，铂基催化剂是最有前途的高效甲醇氧化电催化剂，但在反应过程中存在活性位的迁移、团聚与浸出、中毒以及载体的腐蚀与坍塌等原因引起的失活问题，阻碍了其进一步商业化发展。如何提高直接甲醇燃料电池阳极催化剂的稳定性是一个亟待解决的难题。本文首先总结了甲醇的电氧化原理和催化反应机理，详细综述了阳极催化剂的失活机制以及抑制改善其失活方面所取得的研究进展。最后对该领域未来的发展方向进行了展望，并指出利用限域作用限制活性金属的迁移和聚集，构建多元合金，设计增强复合型载体，将理论研究和原位表征技术相结合，是今后开发更高效、稳定阳极催化剂的重点研究方向。

在木质素生物质衍生的酚类化合物加氢脱氧生产芳烃中，Ni基催化剂兼具经济性与活性，然而，在温和条件下会受到C—C氢解的影响。在此，采用溶胶-凝胶法制备了高分散的Ni/SiO₂、Cu/SiO₂和不同Cu含量的双金属Ni-Cu催化剂，并在350℃和常压条件下对其进行间甲酚加氢脱氧性能测试。尽管Ni粒径约为2nm的单金属Ni/SiO₂表现出高的活性和甲苯选择性，但C—C氢解生成甲烷和苯的反应仍然显著。对于双金属Ni-Cu催化剂，Ni和Cu相互作用并在还原后形成Ni-Cu合金。在最佳的双金属催化剂（Cu/Ni摩尔比约为3）上，甲苯在所有转化水平上都是主要产物。当间甲酚转化率为97.2%时，甲苯和芳烃的收率分别达到85.0%和91.6%。本征反应速率和活化能分析表明，Cu的引入通过抑制竞争性的C—C氢解反应，促进了直接脱氧生成甲苯。

共价有机框架（COFs）是一种由C、B、N、O等轻元素通过强共价键有序连接形成的周期性网状结构的有机多孔材料，具有比表面积大、密度低、孔道规则、易修饰、结构多样、稳定性好等优点，在众多领域得到了广泛应用。本综述介绍了COFs的结构，总结了合成COFs的硼酸缩聚反应、C-C偶联反应、席夫碱反应、氰基自聚和芳醚聚合等反应类型的进展，并介绍了COFs的溶剂热合成法、微波加热合成法、离子热合成法、机械研磨合成法、界面合成法、微流控合成法及后合成修饰等制备方法，进而讨论了COFs结构的表征方法。此外，对COFs在气体吸附与分离、光催化、电催化、不对称催化合成及手性分离、电化学储能等领域的研究进展进行了总结。最后对目前COFs合成和应用的机遇和挑战进行了展望，希望能为COFs的进一步深入研究提供有益的启发和参考。

五氧化二钒（V₂O₅）作为一种有广阔前景的电极材料，具有储量丰富、无毒、高电容电位等优点，通过V₂O₅纳米化、复合化等策略可实现材料性能的最优化。本文综述了V₂O₅/C纳米复合材料在超级电容器储能器件领域的最新研究进展，总结了V₂O₅/C纳米复合材料的制备方法及其对形貌和电化学性能的影响规律，讨论了组分优化、增加有效比表面积、杂原子掺杂、构建三元纳米复合材料等电化学性能提升策略。V₂O₅/C纳米复合材料以其独特的结构及优异的效能克服了单一电极材料的局限性，具有较强的实际应用潜力。最后，提出了V₂O₅/C电极材料在性能提升、机理探索和规模化生产等方面面临的问题，对电化学储能技术的未来发展趋势做出了展望，即开发高性能、智能化的新型复合材料及储能器件，为构建高效、安全的电化学储能体系提供理论和实践支持。

与商业化电池相比，水系有机电池（AOBs）具有低成本、高安全性、环保等特点，使其更适用于便携电子设备和电网储能应用。电极材料作为水系有机电池重要组成部分，在实现电池的高容量和长循环寿命方面起到至关重要的作用。基于绿色发展的需求，有机电极材料应具备理论比容量高、资源丰富、设计灵活性强等优点。本文综述了不同储能机理的有机电极材料的最新研究进展，包括羰基化合物、亚胺化合物、导电聚合物、COFs材料、MOFs材料以及复合材料等。同时总结了有机电极材料在水系电池中的导电性和溶解性问题，并提出了不同的解决策略。最后，讨论了水系有机电池的关键挑战以及未来努力方向，未来仍需要更多具有更好电子导电性和快速动力学的电极材料应用于水系有机电池。

光催化转化二氧化碳（CO₂）为太阳能燃料或化学品被认为是缓解能源危机和温室效应的有效途径之一。为提高CO₂光还原产物的活性、选择性，光催化剂的结构设计和性能调控至关重要。在众多光催化剂中，二维层状双金属氢氧化物（layered double hydroxides，LDHs）又称水滑石，因其层板阳离子组成及比例可调变、层间客体阴离子可交换等特性在光催化领域展现出广阔的应用前景。本文综述了LDHs结构调控策略用于强化光催化CO₂还原的研究进展。首先介绍了光催化CO₂还原的机理和LDHs光催化材料的结构特征；然后重点总结了基于缺陷工程、形貌尺寸调控和异质结构筑等策略调控LDHs光催化剂的电子结构及几何结构，优化后的LDHs通过增强光吸收、电子空穴分离迁移能力及表面还原反应能力，尤其是通过调控活性位结构降低反应势垒，实现了性能强化；最后，基于LDHs光催化剂在CO₂还原领域存在的挑战，包括LDHs的设计构筑、机理探索以及多碳产物的调控提出了相关解决思路和策略。

随着我国经济的迅速发展和人们对生活水平的要求越来越高，节能减排对实现“碳达峰”和“碳中和”的目标显得越来越重要。真空绝热板（vacuum insolation panels，VIP）是一种新型的高效保温隔热材料，其中，芯材作为VIP的核心和骨架结构，不仅承担着支撑作用，而且是板内热量传递的主要通道，对保证VIP的保温性能具有关键作用。基于此，本文首先重点介绍了真空绝热板在绿色建筑和冷链物流领域应用的意义，明确了目前制约真空绝热板领域发展的关键问题；随后综述了真空绝热板芯材的研究现状和进展，比对了不同种类芯材（颗粒类芯材、泡沫类芯材、纤维类芯材、生物质材料类芯材和复合类芯材）在原料来源、保温性能、生产工艺及环境保护方面的优劣，将绿色、可再生的生物质基材料用作真空绝热板芯材进行了对比探讨；最后对真空绝热板芯材未来的研究方向和发展前景进行了总结和展望。本文指出，传统以玻璃纤维、有机泡沫或者气相二氧化硅为芯材的真空绝热板，存在生产成本高、不可再生、难降解、污染环境等问题，所以通过功能化手段获得新型、绿色、低成本、具有良好微观孔隙结构和高热阻的芯材是制约真空绝热板发展的关键。生物质材料具有来源广泛、成本低廉、绿色环保、孔隙结构丰富等优点，是一种极具潜力的VIP芯材原料，也将是真空绝热板芯材的重要研究方向。因此，生物质基芯材真空绝热板未来的发展还需进一步拓宽其原料来源、改善制备方法和工艺、明确老化和使役性能、关注复合芯材的开发，不断提高VIP的性能，扩展其应用领域。

气体分离膜技术是一项广受关注的新兴技术，芳香族聚酰亚胺是最具应用前景的气体分离膜材料之一。目前，学术界已对多种结构的聚酰亚胺进行了实验室规模的开发和研究，但在实际工业应用情境下，膜材料长期服役过程中的物理老化现象极大影响着气体分离性能的准确评估和工艺参数的合理设计。本文综述了当前针对聚酰亚胺类薄膜和非对称膜物理老化行为的研究现状，总结了前人提出的老化机理模型，分析了影响老化进程的主要因素，提出了物理老化的预防和改善方法。提出不易老化的气体分离膜用聚酰亚胺应具备的特质包括较强的分子链刚性、受限的链空间构型和合适的链间相互作用。未来相关研究的重点方向可能为聚酰亚胺新结构探索、交联剂开发、制备工艺优化等方面。

相变材料（PCM）可以通过自身的相变来储存或向外释放热量，从而减少能源供需失衡，提高能源的有效利用，但其固液相变过程中的泄漏和导热性差等缺点限制了其进一步发展。废弃生物质材料是一类可再生能源，价格低廉，来源广泛，大多属于多孔介质，是相变材料的良好载体。废弃生物质复合PCM利用生物质丰富的孔结构高效封装PCM，不仅改善了这些缺点，而且实现了固碳。本文综述了几种常与废弃生物质复合的相变材料（聚乙二醇、石蜡和脂肪酸）的基本性质、相变特性和结合方法，总结了废弃生物质复合PCM的构建方法以及在太阳能利用、建筑节能、热致变色纺织品、冷链温度控制、农业技术等领域的应用，讨论了生物质复合PCM的发展局限性和未来展望。本综述将为推进生物质复合PCM的研究提供参考，这对于资源循环利用以及绿色低碳发展至关重要。

采用自组装法合成了具有异质界面的f-Ti₃C₂T _x /ZIF-8复合材料，采用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射、N₂等温吸脱附测试对合成样品的物相结构和微观结构进行了表征，并通过自行设计的四通道气敏测试设备对其气敏性能进行了研究。材料分析测试发现，形状规则的ZIF-8材料均匀分布于二维少层Ti₃C₂T _x 的表面与层间，在界面处存在典型的异质结构。气敏性能测试表明：在225℃下，该复合材料对100μL/L NO₂的气敏响应高达98.35%，且是ZIF-8材料气敏响应的2.1倍。认为强导电的f-Ti₃C₂T _x 与ZIF-8复合后形成的异质结构，不仅为ZIF-8与气体表面反应产生的自由电子提供导电通道，而且通过界面效应强化了复合材料表面气固反应时电子与空穴的分离效率，进而显著提升了复合材料对NO₂气体的气敏性能。同时，f-Ti₃C₂T _x / ZIF-8复合材料的层状结构可以为目标气体分子向ZIF-8的扩散提供方便路径。

为提高碳纤维（CF）的屏蔽性能和实现宽频化应用，本文通过化学镀方法分别在CF表面沉积Ni、FeNi金属层，制备了碳纤维杂化材料（CF@Ni、CF@FeNi）。其次以水性聚氨酯（WPU）为基体，依次以CF、CF@Ni和CF@FeNi为填料，制备了轻质、柔性的复合材料。同时测试了复合材料在30~3000MHz的电磁屏蔽性能和10~100kHz的磁屏蔽性能。结果表明，成功地在碳纤维表面镀覆了一层致密、均匀的金属层，其中CF@FeNi的饱和磁化强度（Ms）、剩余磁化强度（Br）和矫顽力（Hc）分别达到了10.02emu/g、0.76emu/g和26.06Oe。金属镀层改善了碳纤维的电磁屏蔽性能，并有效提高了其在低频段的磁屏蔽性能。当添加量为9%时，WPU@CF@FeNi在30~3000MHz与10~100kHz的屏蔽效能峰值分别达到26.9dB和18.0dB。

以桑蚕业废弃物蚕沙为原料，氯化锌为活化剂，在900℃下高温活化得到蚕沙基生物多孔炭（biochar of silkworm excrement，BCSE）。利用氮气吸脱附、扫描电子显微镜、X射线衍射及傅里叶变换红外光谱对BCSE的理化性质进行表征分析，并测试其对农药杀虫单和呋虫胺的协同吸附与脱附性能，以及吸附农药后的贮藏稳定性。结果表明：BCSE具有丰富的孔道结构，其最优材料BCSE-3的BET比表面积可达833.0m²/g，对杀虫单和呋虫胺的单独吸附分别可达0.83mmol/g和1.43mmol/g，双组分协同吸附时两种农药的吸附容量和吸附速率与单组分相比都显著提升。同时贮藏稳定性结果也证明在54℃下两种农药在BCSE-3中都拥有长达35d以上的稳定性（农药降解率<2%），远超农业农村部对农药贮藏稳定性的要求。最后通过分子模拟计算发现，呋虫胺上高电子密度的含氧五元杂环与BCSE上苯环形成π-π相互作用是呋虫胺具有更高吸附量和更快吸附速率的主要原因，而杀虫单和呋虫胺间的氢键作用是二者混合吸附量大于单组分吸附量的主要原因。

以煤为原料制备碳纳米材料，对煤炭的清洁化和资源化利用具有重要意义。纳米碳点以其优异的性能，在许多领域显示出巨大的应用前景。目前，制备煤基碳点的化学和物理方法存在着使用药剂和设备昂贵、难以规模化生产等不足，因此亟需开发一种绿色环保、可规模化的制备方法。以无烟煤为原料，本文首次采用水力空化的方法剥离出碳点。该碳点呈类球形颗粒，平均粒径为2.1nm，具有石墨类晶格结构；主要由C、O元素组成，表面附着丰富的含氧基团，水溶液中分散性良好。由于该碳点特有的核壳结构，展现出独特的荧光性能。在360nm光照射下，显示出蓝色和黄色两个荧光峰；当用小于此波长光激发时，蓝色荧光峰占主导地位，而大于此波长时，黄色荧光峰占主导地位；另外，蓝色荧光峰表现出对激发波长的依赖性，而黄色荧光峰位置基本不变。本碳点的成功制备为研究其荧光机理和双荧光峰之间的过渡与转换提供了新的实物基础。更重要的是，研究成果将为碳点的绿色、高效、低成本、连续和规模化制备，以及煤炭资源的高值化利用提供新思路和新方法。

碳纳米材料中残留的金属催化剂会影响其本征性能的发挥，通常需要采用强酸酸洗除去，但酸洗成本较高且破坏碳纳米材料的表面结构，甚至带来环境问题。本文以乙炔为碳源，碳酸钠为催化剂，采用化学气相沉积法裂解制备纳米碳纤维（CNFs），考察制备温度对CNFs形貌的影响。通过场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜和能谱仪表征CNFs的微观结构和元素组成，通过X射线衍射、拉曼光谱和傅里叶红外光谱表征CNFs的晶体结构和表面官能团。结果表明，500℃制备的CNFs直径约为50nm，产品直径均匀，通过简单的水洗后能除掉CNFs表面的碳酸钠催化剂，乙炔转化率为31.0%，CNFs产率为1396.7%；CNFs表面的碳原子呈无序排列，石墨化度低，主要由C—H、C\stackrel{}{̿}C官能团组成。

钛酸钡具有介电常数高、介电损耗低等优良性能，是制备多层陶瓷电容器等元件的基础原料。以草酸盐共沉淀法制备的纳米钛酸钡前体为原料，采用热重-质谱联用分析仪研究了其热分解特性和气体析出特性，揭示了纳米钛酸钡前体热分解反应的机理，利用kissinger-akahira-sunose（KAS）法和flynn-wall-ozawa（FWO）法进行了反应动力学计算，并采用扫描电子显微镜（SEM）观察了热分解产物的微观形貌，分析了颗粒的演化机理。结果显示：纳米钛酸钡前体热分解过程可分为4个失重阶段，第一阶段为水分析出，第二阶段的析出气体为CO和CO₂，第三和第四阶段的析出气体为CO₂，据此推导出了各阶段涉及的反应式；随着升温速率的提高，各失重阶段对应的最大失重速率温度均向高温区移动，第四阶段向高温区移动的幅度最大，达到113℃，但该阶段在30℃/min条件下的失重速率最快、反应得到强化；FWO模型更适用于描述纳米钛酸钡前体的热分解过程，四个阶段的平均反应活化能分别为67.89kJ/mol、208.92kJ/mol、494.04kJ/mol和195.11kJ/mol，第三阶段的反应活化能最高、反应较难发生；在纳米钛酸钡前体热分解过程中，宏观大颗粒会演化成微观小颗粒的聚集体，较高的恒温温度会导致颗粒粒径变大，因此恒温温度不宜超过900℃。研究结果为纳米钛酸钡前体热分解工艺参数的选择提供了理论依据。

化学-酶法环氧化是生产烯烃环氧化物的一种经济环保型工艺，但高浓度的过氧化氢引起的酶失活现象仍是阻碍其发展的难题。本文选用天然生物资源油菜花粉作为生物炭制备的原料，经有机溶剂洗涤，在12mol/L硫酸刻蚀后，获得了大小均一、孔径均匀的多孔生物炭材料，并用戊二醛交联制备了固定化南极假丝酵母脂肪酶B（CRP@GA@CALB）。采用扫描电子显微镜（SEM）和接触角对固定化酶进行了表征。利用油菜花粉生物炭具有疏水性强且密度低的特点，构建了有机-水的双相环氧化反应体系。通过优化酰基供体，过氧化氢、固定化酶用量和反应温度等条件，获得了最佳反应效率。在最优反应条件：1.5mol/L正辛酸、30%过氧化氢、30mg/mL（有机相体积）酶添加量、反应温度为30℃下，1mol/L α-蒎烯在60min达到100%转化率，并获得99.1%环氧化收率，经9次重用后仍能保持51.8%环氧化收率。

微好氧厌氧消化是一种介于厌氧环境和好氧环境之间、具有低浓度溶解氧的厌氧消化方式。该消化方式不需要额外处理单元，通气速率可精准调控，比传统厌氧消化更具优势，可实现更高的生物转化和甲烷产出，是一种可靠、有效的有机废弃物能源化方法。目前，微好氧厌氧消化已被证明在提高微生物多样性、加速水解、减少硫化氢生成、提高甲烷产量等方面具有独特优势，是近几年厌氧消化研究的新方向。本文通过对近20年微好氧厌氧消化相关研究进行梳理，阐述了微好氧厌氧消化的概念和机制，总结了微好氧对厌氧消化的影响及其应用，分析了影响微好氧厌氧消化的因素，并指出了其存在的问题和下一步发展方向，以期为微好氧厌氧消化系统的改进和应用提供科学依据及支撑。

随着锌资源开发利用的深入，低品位难选氧化锌矿成为锌的重要来源，菱锌矿作为分布最多的典型氧化锌矿，是锌的重要矿产来源。本文详细介绍了菱锌矿重要的浮选手段——表面硫化浮选，阐述了硫化浮选的作用机理，解释了菱锌矿硫化过程中化学吸附、化学反应以及详细阐述菱锌矿硫化过程中沉淀-溶解反应机理，指出硫化过程是硫化层的沉淀与氧化层脱落的动态平衡过程，成核过程为受到以溶度积为主要驱动力所发生的非均质成核，该过程不同阶段硫化速度随时间而变化。本文列举了浮选过程中矿浆pH、硫化时间、硫化温度等因素对沉淀-溶解硫化的影响方式。同时指出高效强化硫化与绿色硫化是菱锌矿硫化浮选未来研究的重中之重，通过添加药剂进行硫化的高效强化能有效减少硫化钠的用量，通过开发绿色有机硫化剂来减少硫化钠等无机硫化剂的使用，降低选矿废水的污染以及处理难度，最后点明硫化浮选在当前乃至将来都是菱锌矿有效分选的重要方法。

“双碳”背景下，随着国家对碳排放监测准确度要求的提高，作为参比方法的烟气流速与流量手工监测标准方法急需进一步完善。针对此情况，从烟道测量位置要求、测量点的布置及测量方法等方面，综述了当前国内外烟气流速与流量手工监测方法的现状，并在此基础上提出了我国监测方法面临的问题及完善方向。关于测量位置，各国标准均对测量位置与流动扰动的距离有具体要求，细节方面存在一定差异，与美国、欧洲和ISO标准相比，我国标准缺少对测量位置气流方向及流场均匀性检查验证的具体规定。关于测量点，美国标准中测量点数的确定方法与各国标准差别较大，我国标准则与欧洲和ISO标准相似，各国标准中测量点的布置均采用网格法。关于流速与流量测量方法，我国标准制定方面存在明显差距，尤其缺少如提高测量结果准确度的三维或二维皮托管法、降低测量误差的壁面调整系数测量法及评价结果准确度的针对性测量不确定度评定方法等。有鉴于此，我国有必要从多方面加快完善烟气流速与流量手工监测标准方法的制定。

粉煤灰是煤炭燃烧最主要的固体废弃物，大量的堆积对人类身体健康及环境均造成了严重的威胁。基于粉煤灰的多孔结构和吸附性能，将其与纳米光催化材料复合可以达到分散和稳定光催化剂的效果，显著提高光催化活性，同时实现吸附与光催化的协同作用。本文主要围绕半导体光催化材料易团聚的问题，对近几年来国内外粉煤灰负载光催化材料的制备方法及应用进行了简要概述。首先，分析了粉煤灰的性质及改性方法，重点介绍了溶胶-凝胶法、水热法、液相沉淀法三种制备粉煤灰光催化复合材料的方法，并对比分析三种方法的优缺点，从水中污染物的降解，NO _x 、VOCs气体污染物的降解以及自清洁性能，CO₂还原性能等几方面的应用，分析了材料的性能和粉煤灰复合光催化剂的积极影响，表明粉煤灰主要作为吸附剂与载体参与其中。但是粉煤灰作为载体，其活性位点少，改性技术不够成熟，且研究还处于实验阶段，未能进行工程化生产，因此还需要不断完善粉煤灰改性技术，同时进一步研究附加粉煤灰负载光催化材料的功能性建筑材料，提高其实用性。

微塑料作为一类新污染物，其广泛存在于水体、土壤和大气等环境介质中，并对生态安全和人体健康造成潜在威胁。本文归纳总结了环境介质中典型微塑料（PE、PP、PS、PVC、PET）的污染特征，系统阐述了微塑料的微生物降解途径，深入剖析了微生物介导微塑料降解的分子机理和影响因素。环境介质中微塑料可通过细菌、真菌和放线菌等微生物进行降解（包括微生物定殖、生物膜截留和生物酶降解等过程），其降解效率与微生物模型和微塑料特性密切相关，并受到典型环境因子（如光照、温度、pH等）的影响。本论文系统总结了微生物介导降解微塑料的研究进展，以期为基于微生物技术控制微塑料提供理论指导和技术支撑。

近年来，地下水卤代烃污染问题日益突出，在多种修复技术中，过硫酸盐（PS）高级氧化技术由于其氧化能力强、反应适用pH范围广、半衰期长且氧化范围广，在水处理界引起了广泛关注。本文先对地下水卤代烃的赋存类型进行了分类，指出国内污染场地检出的卤代烃大部分为重非水相液体（DNAPLs），然后对收集的155个污染地区的卤代烃检出类型和频次进行了统计。对于PS高级氧化技术对卤代烃的降解机制，本文作了详细的分析，大体上分为自由基途径和非自由基途径。由于单一的PS活性不高，因此需要将其活化才能起到较好的氧化效果。在此，总结了金属基催化剂和碳基催化剂的种类和特点。最后讨论了具体应用时PS浓度、无机阴离子、反应初始pH和地下水中天然有机物对反应的影响。与传统的地下水卤代烃修复技术相比，过硫酸盐高级氧化技术可以成为高效清洁的替代技术。

在新能源快速发展和“双碳”目标背景下，长期来看我国化石能源空气污染物排放将大幅度减少，但2030年之前，我国需要治理的煤炭、石油等传统化石能源空气污染物排放量仍会增加，我国可能升级与石化烟气和挥发性有机物（VOCs）排放相关的空气质量标准和污染物排放标准政策。本文指出：美国环保标准政策对我国今后制修订标准政策仍有参考意义，建议我国针对各种烟气和VOCs排放源，进一步建立或完善污染物排放量大小判据，抓大放小；在制定严于美国标准的控制指标时应依托成熟可靠技术，高度重视标准政策的时效性、相对稳定性和地域性；建议研究论证在生态环境部《重污染天气重点行业应急减排技术指南》中增加燃煤电厂等烟气中可凝结颗粒物排放控制指标的可行性；如果要进一步提高石化VOCs排放标准政策，建议将有机液体储罐列为优先管控对象；建议将油气田作为石化行业甲烷排放管控重点，研究在重污染天气通过干涉大气阴阳离子组成来减轻或尽快结束重污染天气过程。在对GB 31570—2015（石油炼制工业污染物排放标准）、GB 31571—2015（石油化学工业污染物排放标准）、GB 31572—2015（合成树脂工业污染物排放标准）这3项污染物排放标准修订时，建议：①原则上修订内容应使污染物排放总量减少；②参考美国标准中术语定义和分析方法，将我国标准中的非甲烷总烃修改为总有机化合物（TOC），TOC不包括甲烷、乙烷；③将GB 31570—2015表4、GB 31571—2015表5中废水处理有机废气处理装置污染物项目非甲烷总烃修改为TOC，TOC≤60mg/m³；④将GB 31570—2015表4、GB 31571—2015表5中有机废气排放口的非甲烷总烃去除率≥97%修改为TOC去除率≥99%，或者TOC浓度 ≤60mg/m³；GB 31570—2015表4中增加苯≤4mg/m³、甲苯≤15mg/m³、二甲苯≤20mg/m³控制指标；⑤取消有机废气排放口大气污染物排放浓度的氧浓度折算。

焚烧是我国生活垃圾最主要的处置手段，焚烧飞灰含有二英和重金属，属于危险废物，处理方式比较受限，但处理需求量大。推动生活垃圾焚烧飞灰无害化处置与资源化利用处理技术的发展，积极补齐城镇生活垃圾处理设施短板，符合国家节能减排与绿色发展的要求。本文系统分析了我国典型地区生活垃圾焚烧飞灰基础特性、二英和重金属产生特征，综述了飞灰二英的主要处理技术，包括高温烧结、高温熔融/玻璃化、水泥回转窑热处理、低温催化热解、水热处理技术、机械化学降解技术，对比了飞灰中重金属的主要处理方法，包括固化稳定化、固热处理、金属分离技术，并对飞灰处理技术的工程化应用进行总结与展望，以期为我国生活垃圾焚烧飞灰减量化、无害化、资源化技术发展提供理论支撑。

为考察不同氧化体系及运行参数对土壤多环芳烃降解性能的影响，本文通过人工仿真合成菱铁矿（SFC）并进一步引入纳米零价铁（nZVI）制备改性菱铁矿（FFC），催化氧化修复实际多环芳烃（PAHs）污染场地土壤。实验结果表明，SFC和FFC催化过硫酸钠（PDS）体系均能有效降解PAHs。通过优化运行参数包括降低初始pH、提高土水比和延长反应时间等可进一步提高土壤PAHs降解率。而等价处理实验结果显示，采用H₂O₂等价代替PDS虽可以降低治理成本，但PAHs降解率却有所下降。同时，土壤毒性评估结果发现经SFC/PDS和FFC/PDS处理后的黑麦草种子发芽率得到显著提高。本研究表明SFC和FFC催化体系可有效修复PAHs污染土壤，并缓减土壤生态毒性。

通风量是影响食品废弃物好氧发酵产物质量且关系过程成败的重要制约因素。本文通过调整发酵过程中的通风量，控制食品废弃物中油脂的降解与有机酸的产生和累积，实现发酵过程的有限酸化，不仅可减少NH₃挥发与流失，还可提高发酵产物的质量。研究结果表明，随着通风量增大，发酵物料的峰温度升高，但高温期缩短，有机质降解率和腐熟度先升高后降低，当通风量为0.2L/(L·min)时，发酵效果较佳。通风量越大，NH₃累积挥发量越低。通风量为0.1L/(L·min)时，高温期较长，不利于硝化微生物的生长繁殖，NH₃排放量最大。通风量为0.3L/(L·min)时，高温期最短，同时水分散失严重，有机物降解不彻底，NH₃挥发量也最低。与未添加自制除油微生物菌剂（ORMI）相比，接种ORMI可以有效促进食品废弃物好氧发酵的效果，发酵结束时，油脂降解率、种子发芽指数和总养分含量分别提高了23.08%、29.48%和7.36%。通风量通过影响相关微生物活性及脂肪酶酶活促进油脂降解，减少氨的累积挥发量，最终有效提升发酵产物的腐熟度和总养分含量。

纳米流体由于其独特的强化传热性能，已广泛应用于各个领域。而热导率和黏度直接影响纳米流体在实际工程中的适用性，因此在考察纳米流体的强化传热特性前首先要分析研究其热导率和黏度。本研究利用炭黑和胶原蛋白，采用两步法制备了水基炭黑胶原蛋白纳米流体。实验分析了炭黑和胶原蛋白质量分数、温度对纳米流体热导率和黏度的影响。采用灰色关联方法对这些参数的权重进行了数学计算，基于实验数据建立了三输入两输出的BP神经网络预测模型，并利用遗传算法（GA）对BP模型进行优化。结果表明，遗传算法优化后的BP神经网络模型对预测输出具有更高的准确性和更好的稳定性，回归系数和最大偏差分别为0.99918和0.002。本研究不仅对于理解和控制水基炭黑-胶原蛋白纳米流体的热物理性能有重要意义，而且为工程设计和材料科学等方面的应用提供了新思路。

光催化产过氧化氢（H₂O₂）作为一种绿色可持续发展技术，相比于工业上常用的蒽醌法，具有清洁无污染、安全、低能耗及低成本等优点。石墨相氮化碳（g-C₃N₄）作为一种无机非金属材料，是一种很有前景的产H₂O₂光催化剂。然而，块体g-C₃N₄存在光生电子空穴复合严重以及光生电荷迁移能力弱等问题，导致其光催化产H₂O₂效率低。为了提高g-C₃N₄的光催化产H₂O₂活性。本文通过简单的连续两步高温煅烧制备了含有碳空位的超薄g-C₃N₄纳米片（CNS₅₈₀），通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、原子力显微镜、电子顺磁共振仪、紫外可见漫反射、瞬态光电流、电化学阻抗谱测试等对光催化剂进行了一系列的结构形貌、光吸收性能以及电化学性能表征。结果表明，该光催化剂具有超薄纳米片结构，厚度约为2.15nm，可提高光生电荷的传输效率；同时引入的碳空位可捕获光生电子，这将改善其光生电子空穴的分离能力。在光催化产H₂O₂的实验中，CNS₅₈₀光催化反应6h，其产H₂O₂浓度可达到0.091mmol/L，是块体g-C₃N₄的4.13倍。此外，讨论并提出CNS₅₈₀光催化产H₂O₂可能的机理。

炼化污染场地抽出水中污染物种类复杂、毒性强，水质水量不确定性强，快速达标处理并就地回用是较为理想的处理处置途径之一，需优选高效处理技术和运行参数，缩短处理流程。研究通过正交实验优选芬顿与光电耦合处理的最优条件，形成抽出水短程处理工艺。结果表明：化学芬顿关键影响因素为H₂O₂与有机污染物（以COD表征）的质量比，耦合紫外光照射后可提高药剂效率降低泥量，电化学关键影响因素为极板间距，其次为极板种类。在正交实验确定的最优处理条件下，耦合工艺对抽出水中TOC的总去除率可达88.33%，TN总去除率可达98.09%，可使出水TN达到现场回用水指标（≤40mg/L）要求。形成的芬顿与光电耦合处理工艺能大幅度缩短现有处理流程，减少药剂投加从而减少污泥量，并保证出水的稳定达标。该研究表明，芬顿与光电耦合技术可快速高效去除炼化污染场地抽出水中高浓度污染物，支撑污染场地修复工程的快速实施，同时能避免污水拉运的环境风险以及对污水处理厂先行工艺的冲击，为现场高效快速处理工艺的选择及其运行参数的调节提供重要参考。

建立了蒸汽管道多层复合保温结构传热模型，采用DN200mm管道实验研究了不同保温结构和保温材料对隔热性能的影响，根据实验数据验证了数学模型准确性，并以此为基础给出了不同工况下最佳保温方案的确定方法。实验结果显示，管道表面热流密度随着对流层的加入和气囊层数的增加而降低，随披肩厚度和保温总厚度的增加逐渐降低，而反射层数量增加热流密度先降低后升高。传热模型预测结果与实验数据高度吻合，相差不到6%。从经济性分析，不宜采用对流层作为保温材料。最终确定的最佳保温方案能够显著降低系统的供热总成本，最优保温厚度值随管内介质温度和管径的增加而升高。对于温度大于400℃的高温管道，采用复合保温结构相比于单一硅酸铝保温可节省超过30%的投资。