气液多相流广泛存在于石油、化工、动力、冶金等诸多工业领域，其流型的在线识别和流量的在线不分离测量具有重要的科学和工程意义。气相、液相的热物性不同，在外加热源条件下气液多相流的组分变化会使管壁产生对应的温度响应，本文介绍了本文作者课题组基于此现象提出的一种由管壁温度波动间接反演气液多相流流型和各相流量的热扩散式测量法，并已在实验室内完整验证。该方法是一种新型的多相流测量方法，具有非接触、无辐射、低成本、实时在线、无外加阻力等优点，助力工业过程气液多相流的在线监测与智慧化转型。

气液两相流现象广泛存在于石油开采与运输、能源化工、航空航天等诸多领域。针对气液两相流流型识别问题，基于有限元多物理耦合仿真技术，建立典型气液两相全稳态流型的二维几何剖分仿真模型。设计双发四收的超声换能器收发方式以及三时段组合采样的采样模式对气液两相流全流型进行测试，结合超声波在气液流体中的传播机理对声压信号进行特征映射，并作为极限梯度提升树（XGBoost）分类算法的输入参数，实现对气液两相流分层流、泡状流、环状流和塞流4种流型分类。在此基础上，通过挖掘超声机理对分层流和塞流两类流型进行细分，即区分平滑分层流，波状分层流和塞状流、段塞流流型，从而实现对气液两相流全流型分类。超声传播机理特征与时域特征分类效果对比结果表明：搭建的基于超声的多接收分布式超声测试系统能提取更具流型识别性的超声机理特征参数，相较于时频特征具有较高的识别率，气液两相流分层流、泡状流、环状流和塞流总体识别率为98.5%，其中平滑分层流和波状分层流最高识别率为96.15%，气液塞状流和气液段塞流最高识别率为96.85%。

气液两相流具有复杂多变的流动状态，包括典型状态和过渡状态。流动状态的准确识别与监测对深入理解两相流机理和保证工业过程的安全运行至关重要。然而，传感器部署成本的限制和实际流动过程数据采集的难度导致了气液两相流的数据欠缺。本文系统地讨论了气液两相流的少样本流动状态识别问题，采用电导传感器信息处理、多尺度域时频特性分析、原型网络小样本元学习框架。首先，利用响应快、安全、成本低的电导传感器进行测量，获取反映气液两相流动态特性和流动结构的含水率信息。然后，对电导传感器的响应信号进行时频分析，通过改进的经验小波变换法获得电导信号在多尺度域的波动信息，实现不同流动状态的联合表征。最后，将所提取特征嵌入原型网络中，在元学习框架下进行模型训练，解决少样本场景下的气液两相流动状态识别问题。利用6种典型流动状态和4种过渡状态进行了少样本状态识别实验，在目标流动状态只采用3个或5个样本进行训练的情况下，平均识别准确率超过80%，验证了方法的有效性。

气固两相流广泛存在于石油、化工、核能、环境工程及生物医学工程等领域，其相含率的精确测量对系统的安全性和运行效率至关重要。本文开发了一种基于多频电容法的在线检测系统，以提高气固相含率的测量精度和抗干扰能力。系统通过现场可编辑门阵列（FPGA）控制数模转换器（DAC）模块生成多频激励信号，结合电容/电压（C/V）转换电路及数字相敏检波（DPSD）算法实现信号的实虚部信息提取。实验在有机玻璃管道中通过不同直径的有机玻璃棒模拟气固两相情况，在500kHz~1MHz频率范围内进行测量，结果表明该系统能够准确测量不同相含率，并具备良好的稳定性和抗干扰能力。该研究为气固两相流的在线测量提供了一种有效的电学方法，可广泛应用于工业过程以及生物医学领域的相含率实时检测。

扰动波广泛存在于蒸发器、天然气等环雾状两相流工业环境中，其中扰动波速是气液界面动量传递、传热和摩擦压降的重要参数。为提高扰动波大范围预测精度，本文以气相-液滴-液膜三流体模型为基础，考虑夹带液滴影响对气芯参数和液膜参数进行修正，提出了基于物理引导神经网络（PGNN）的扰动波速预测方法。利用环雾状流实验装置进行不同载气工况和液相流量实验，利用双电导环液膜传感器获得扰动波速，利用液膜提取装置测量液滴夹带率，并以气相韦伯数和液相雷诺数为参数建立了夹带率关联式。对提出的物理引导神经网络进行了超参数优化，利用不同工况（口径、压力、介质物性、流动方向）下的288组公开扰动波数据进行预测，76.74%的数据点在±5.0%误差带以内，94.10%的数据点在±15.0%误差带以内，相较于其他扰动波关联式和机器学习模型，本文提出的PGNN模型预测精度和可拓展性均大大提升。

油水两相流在水平管道中流动过程复杂多样，流体结构复杂多变，流态转化机理尚不明确。为实现油水两相流动过程可视化检测，本文建立了研究油水两相流动过程复杂相间界面效应及相间相对运动的多相流超声测试仿真平台，利用有限体积法（FVM）的三维流体仿真软件，构建油水混合输入的动态流动过程模型。通过提取多相界面横截面坐标，在多物理场耦合仿真软件中基于有限元法（FEM）构建被测场二维几何剖分模型，建立FVM-FEM耦合的多相流可视化仿真平台。在超声波激励作用下研究油水两相流与超声相互作用的机理。研究结果表明：水平管道动态水包油与油包水流型中，离散相数量在一定范围内增大，但由于聚拢作用离散相数量会有所减少，超声衰减系数与离散油泡或水泡数量为正相关。最后，对水包油向油包水流型反相的过渡过程进行了深入探究，油水两相均以非离散形式存在，超声衰减系数随分层数量的增加而增大。

针对水平管道油气水三相流流型的准确辨识问题，提出一种脉冲波/连续波超声组合式测试手段与多域特征提取方案。研究中，首先利用单晶的脉冲波超声传感器与双晶的连续波超声传感器对水平管道油气水三相流开展动态实验测试，同步获取流动过程中的回波强度数据与多普勒频移数据。通过分析测试数据在不同流型下的响应特性，揭示了油气水三相流不同流型的流动特点，并从回波强度剖面中峰值所在管道径向位置的概率分布、平均流速波动时间序列与多普勒频移的频率分解中提取了相关特征，量化了相界面的空间域分布特性与流速的时域、频域波动特性。最终，利用所提取的多域特征向量搭建了基于随机森林的分类器，实现了水平管道中8种油气水三相流流型的准确识别，平均识别率达96.6%。所提方法为复杂工业多相流的流型辨识问题提供了一种简单、高效、低成本、非侵入性的解决方案，具有重要的科学与工程应用价值。

提出并验证了一种基于集成学习的垂直管环状流界面波速预测模型。通过鲸鱼优化算法（WOA）优化经验小波变换（EWT）的参数，以提高信号处理的精度。本文结合理论模型分别从时域和频域两个方面提取出环状流界面波速信号中的关键特征，进一步结合支持向量回归、决策树回归、随机森林回归、梯度提升树回归、Bagging回归等模型，以不同流速、压力工况条件下的气液界面波速为预测目标，建立了高精度的波速预测模型。分析结果表明，所提模型能有效捕捉气液两相流中的复杂流动特征，其中梯度提升树回归模型均方根误差（RMSE）为3.96×10^-7，说明模型具有较好的稳定性和预测精度，能够为气液两相流的流动行为分析和工程实践提供有效的支持，特别是在复杂工况下也能够稳定地预测波速，具有广泛的应用前景和潜力。

提出了一种基于DeepViT深度学习模型和彩虹散射的含颗粒液滴多参数提取方法，实现了从消光彩虹图像中对宿主液滴粒径和内含物体积分数的同时精确测量。介绍了DeepViT模型的基本组成和实现手段，包括训练数据预处理以及网络超参数的设置。随后，展示了含颗粒液滴彩虹光路系统和典型测量信号，分析了该方法在不同粒径和体积分数工况下的测量结果，并与消光彩虹法的测量值对比。本方法在0~0.3%体积分数条件下测量的粒径相对误差均在±0.5%以内，而消光彩虹法最大相对误差约为2%；在120~140μm粒径范围条件下测量内含物体积分数的最大绝对误差小于0.01%。所提出的基于DeepViT方法可快速地实现对动态含颗粒液滴这类非均质液滴的高精度原位参数测量，为含颗粒液滴测量技术的发展提供新思路。

针对当前液滴蒸发过程三维形貌测量方法存在的还原精度不足、易受噪声干扰等问题，本文采用Linnik干涉法搭建了一套LED离轴数字全息系统，在光学系统中采用LED光源结合参考光衰减技术以提高光学系统降低相干噪声的性能，算法上采用双曝光法结合加权最小二乘相位解包裹算法矫正相位畸变并减弱相干噪声，提高成像质量。利用该系统研究竖直玻璃表面微尺度无水乙醇液滴的蒸发过程，实现了液滴蒸发过程中的三维形貌还原和动态接触角测量。结果表明，液滴接触角在不同方向上表现出不对称性，尤其在与重力方向成45°角的方向上差异显著；在蒸发过程中重力、表面性质不均匀等均会影响液滴蒸发行为，液滴在不同方向上的蒸发速率具有差异性。本文的研究工作为微尺度液滴三维形貌的动态测量提供了新方法，有望为流体界面科学等领域的研究工作提供重要支持。

重力驱动下的倾斜壁面液膜流动，即使初始液膜能够完全铺展在壁面上，但在加热的作用下也可能会出现烧干现象，形成局部干斑，显著降低传热效率并损害设备性能。研究液膜流动不稳定性与烧干机制对于优化降膜蒸发过程和换热器设计至关重要。本文通过使用千分尺测量，研究了倾斜壁面在加热和绝热两种情况下的液膜厚度，精确捕捉了液膜流动过程中干斑的形成与演变，并进行了临界喷淋密度对流动不稳定性的探究，提出了能够精确预测倾斜壁面上液膜“干斑”出现的三维模型，该模型同时考虑了液膜的热毛细效应和蒸发作用。结果表明：在绝热条件下，液膜厚度的变化率划分为快速变化阶段和平缓变化阶段，液体的动力黏度和倾斜角度在快速变化阶段起关键作用；临界喷淋密度随着倾斜角度的增加显著升高，主要是重力和表面张力波动的共同作用导致了液膜流动不稳定性增强。在加热条件下，通过实验与模型分析，揭示了烧干机制的形成过程，重点阐明了热毛细效应引起的表面张力梯度与蒸发效应共同作用，导致液膜在壁面下部局部破裂，进而形成干斑区域。本文的研究内容丰富了降膜蒸发过程中液膜的流动特性，为降膜式换热器的设计提供了技术支撑。

液滴撞击广泛存在于自然界和工业过程之中，且往往涉及液滴和液膜之间的相互作用，耦合复杂的传质传热机制。本文设计并搭建了液滴撞击流动液膜的实验装置，产生的单液滴和周期性多液滴的重复性良好。在此基础上，结合高速摄影和图像处理方法，对液滴撞击流动液膜以及倾斜基板的形态特征进行了量化分析。结果发现：单液滴撞击流动液膜时，当液膜雷诺数R{e}_{\mathrm{f}}相同时，在不同液滴韦伯数W{e}_{\mathrm{d}}下，液滴铺展形成的液冠特征有明显的不同，且在液膜流动的上下游，液冠特征具有明显的不对称性；多液滴撞击时，第二个液滴形成的液冠铺展过程明显加快，液冠的持续时间更短。连续液滴撞击倾斜基板的动态演变过程同样具有明显的不对称性，当液滴撞击加热基板后，撞击点的温度显著降低。

液滴的破碎作为液体雾化过程中的二次破碎现象，在许多领域都起着重要作用，如内燃机燃料燃烧、喷雾冷却等。尽管均匀气流中的液滴破碎已有充分的研究，但已报道的相关研究中剪切气流环境下的液滴破碎机理仍存在不足。本文通过高速相机观测系统，结合Matlab以及ImageJ等图像处理分析软件，研究了中等剪切强度的剪切流中液滴的破碎特性。实验鉴定区分了两种不同表现形式的袋蕊破碎——蘑菇袋蕊破碎与手杖袋蕊破碎，其主要特征差异体现在液团花蕊结构位置不同。基于实验数据，建立了适用于两种袋蕊破碎的形变程度预测函数，经过实验数据的验证，函数的平均相对误差仅为3.85%。此外，研究量化了两种形式袋蕊破碎的子液滴尺寸分布规律并分析与测量了袋蕊破碎中空心袋结构、袋环结构和花蕊结构对破碎后子液滴尺寸占比的影响。

冻结液滴测量对深入探讨液滴结冰机制以及预测结冰过程具有重要意义。本文利用傅里叶变换红外光谱仪测量室温下（295.7K）纯水以及不同温度下（253.2~270.7K）冰的吸收光谱。基于比尔-朗伯定律构建了液滴高度反演模型，通过分析纯水与冰的光谱数据选取最优波长组合，研制了一套基于吸收光谱技术的冻结液滴高度测量系统，并探究了该系统中光斑位置对测量结果的影响。在此基础上，利用该系统并结合图像法对不同体积（5μL、10μL和20μL）的液滴冻结过程进行测量，同时通过分析热电偶所测液滴温度的变化来判断其是否已经完全冻结。结果表明，两种方法测得的常温与冻结液滴高度最大偏差分别为3.4%与19.2%，这是由液滴冻结后形成的尖端使测量系统中光线发生强烈偏转所导致的。

甲烷（CH₄）掺氨（NH₃）燃烧是实现高温热工过程减碳的可靠技术路径之一，在高通量双元燃料进给时，燃烧组织欠佳会导致痕量级燃料逃逸问题，脱硝系统的非正常运行也会加剧氨逃逸，因此急需对双元燃料逃逸进行同步测量。此外，甲烷掺氨燃烧中烟气水汽浓度较高，显著的气体分子展宽效应给传统且广泛使用的激光吸收光谱检测带来挑战。本文发展了适用于高湿背景痕量双元燃料同步测量的频分复用-波长调制光谱技术，通过测量配制的10%~50%（体积分数）高水气氛下痕量（1×10^-6~100×10^-6）双元燃料混合气体，定量分析了水汽对CH₄和NH₃光谱展宽的影响，获得了CH₄和NH₃浓度与目标谐波信号峰值的线性关系，系统地对比了频分复用测量与单路测量结果，验证测量结果的可靠性。通过Allan方差评估甲烷和氨检测下限分别为82×10^-9和88×10^-9，进一步通过对已知浓度的混合气体实时测量验证了该方法具有足够的灵敏度和快速响应的能力。

在锅炉恶劣测量环境下，为了保证热辐射成像技术对炉内燃烧温度场分布在线检测的持续有效性及可靠性，融合使用深度学习算法以获取炉内温度场分布。在对某电厂350MW四角切圆燃煤锅炉进行数据提取及计算后，获取包含机组运行参数和炉内燃烧温度场分布的数据集并进行划分及预处理，进而分别建立并训练基于多层感知器（MLP）、长短时记忆（LSTM）和转置卷积神经网络（TCNN）的燃烧温度场预测模型。使用3种模型对不同负荷工况进行了炉内温度场预测及误差分析，并使用测试集对3种模型进行了评价指标计算及对比。结果表明：在变负荷运行范围内，TCNN模型对炉内温度场的泛化能力在3种模型中最佳，能够更准确预测炉内燃烧温度场分布；在3种模型中，TCNN模型对测试集的平均绝对误差和均方根误差降低至45.51K和59.73K，并且平均预测相对误差小于3.6%，满足工程应用需求，论证了该模型可用于弥补图像探头清洁期间不能获得炉内温度场的不足，进而确保其在炉内恶劣测量环境下在线检测炉内温度场的连续性及可靠性。

燃煤发电厂的负荷信号往往基于蒸汽侧参数计算得到，而炉膛热力过程的热惯性会引起蒸汽参数的变化存在滞后性，从而影响运行人员的负荷监测和调整判断。因此，本文从炉膛火焰图像反映炉膛内部实际状况的特点出发，提出了一种基于火焰图像时序特征规整的改进锅炉负荷监测方法。该方法首先对锅炉火焰监控视频提取转换成连续图像帧，并经过滤波、分割等一系列自适应预处理步骤提取火焰时序特征，再通过降维得到火焰强度指标，最后将强度指标与负荷信号两时序信号进行动态时序规整计算，从而获得强度指标与负荷信号的规整对齐路径和时间延迟曲线。分析表明，动态时序规整算法在50%、80%、100%等各个典型负荷工况下使用图像监测指标对负荷信号的弹性关联提升效果明显，为燃煤发电厂等复杂工业系统的锅炉负荷变动监测和分析提供了一种高效准确的方法。

针对水平流动方向上超临界CO₂在不同小流道加热管内的对流换热特性进行了详细实验研究。结果表明，当加热管的管径尺寸保持恒定时，超临界CO₂的对流换热系数均随着质量流量的增大而显著增大，但随着加热功率的增大以及进口温度的升高而明显减小。然而，超临界CO₂的对流换热系数随着压力的变化趋势却有所不同。当流体温度低于假临界温度时，超临界CO₂的对流换热系数随着压力的降低而显著增大；当流体温度高于假临界温度时，超临界CO₂的对流换热系数随着压力的升高而显著增大。不同实验参数（压力、质量流量、加热功率以及进口温度）独自保持恒定时，超临界CO₂的对流换热系数均随着管径尺寸的减小而显著增大。相较于管径尺寸为1mm时的对流换热系数而言，不同实验参数的独立变化对超临界CO₂在管径尺寸分别为0.75mm以及0.5mm时的最小和最大相对传热增强率并无显著影响。若忽略不同小流道加热管内浮升力效应的影响，对流换热系数的变化规律可通过超临界CO₂的热物理性质在其假临界区域发生剧烈变化的现象进行合理解释。

针对原位、在线获取奥克托今（HMX）造型粉形貌信息的需求，设计了颗粒图像探针及采集系统，获取了造型粉悬浮颗粒图像。以掩模区域卷积神经网络（Mask RCNN）为框架，提出了一种基于改进Swin Transformer的图像处理方法，通过并联通道注意力模块和窗口自注意力机制提出CA-Swin Transformer结构以合理分配图像通道的关注度，并进一步结合特征增强模块建立了一种颗粒识别网络（particle recognition network，PRNet），有效提高了颗粒识别精度。以标注的HMX造型粉图像数据集对PRNet进行训练与测试。结果表明，PRNet的AP、AP₅₀和AP₇₅分别达到了62.3%、84.4%和72.5%；识别特征粒径D₁₀、D₅₀、D₉₀和D_max与人工标注值的相对误差分别为-4.788%、-0.770%、-0.272%和0.313%，均优于基准网络Mask RCNN及其以Swin Transformer为主干网络的变体。此外，对重叠颗粒的遮挡部分进行复原，重叠颗粒圆形度、Feret直径和长宽比与人工标注绝对相对误差分别小于8%、4%和5%。

随着国内陆上老油田剩余油挖潜难度不断增大，传统分层注水技术表现出测调效率低、精度差、下井作业频繁、生产成本高等一系列问题，已经不能达到进一步改善驱油效果、实现精细注水的战略目标。为了解决这一问题，本文对智能注水井在低渗透油田应用实践效果进行评价，并提出了利用智能分层注水技术分析井筒及储层状态的新方法。通过在油田低渗透区块智能注入井上进行现场试验研究，验证了对于3~7段的分层注入井，分层流量测量及调节精度优于5%、调节时间30~60min、操作成本约2000CNY，分别为传统工艺的1/6、1/30和1/10，实现了对储层注水的精细化管理，降低了生产成本且显著提高了注水效率和原油采收率。不仅如此，依托智能注水井可以实现储层参数实时监测，其中低渗透储层可在10min内录取有效的单层指示曲线，在5h内录取有效的关层压力恢复曲线；相比于传统工艺，提高了数据录取效率和质量，依此可对注采方案、储层状态和实施措施效果进行有效评价，以满足油藏分析的需求，为智能分层注水技术的发展提供了新思路。

使用深度学习建立化工过程模型往往面临数据获取成本高、数据短缺等问题。对此，本文提出了一种基于生成对抗网络（GANs）的低成本数据增强建模方法mGAN-NN。该方法在GANs生成器的损失函数中引入最大均值差异（MMD）判据，提高了生成数据与真实数据分布特征的相似度；然后利用生成的数据建立神经网络模型，进而使用真实实验数据对所建模型进行调整。这种方法明显的优势在于，即使在数据量有限的情况下，也能构建出鲁棒性强的模型。采用此方法建立了微反应器中制备脂肪酸甲酯磺酸盐（MES）活性物质量分数的预测模型，其拟合系数（R²）可达0.91，相较神经网络（ANN）提高了236%，相较支持向量机回归（SVR）提高了32%。同时，平均绝对误差（MAE）降至3.38，相较ANN减小了58%，相较SVR减小了45%，展示出了较高的泛化性以及预测精度。

绿色氢能有望在未来与基于可再生能源的新型电力系统并肩发展，共同助力碳中和目标的实现，它可在下游燃料、化工、炼钢、炼油等领域广泛应用，在所有的动力领域也有潜在应用前景。自2022年以来，绿色氢能在绿色甲醇、绿氨合成方面需求强劲，并有望在众多的氢能应用领域率先实现工业化。但绿色氢能究竟适用于合成甲醇还是合成氨，在技术和产业层面理解均不清晰。本文就绿氢转化制绿色甲醇和绿氨进行技术和产业层面分析，主要内容包括绿色甲醇、绿氨合成/分解技术介绍，过程及经济性的定性描述与定量分析等，试图给出一个较清晰的脉络，期盼为我国绿色氢能发展提供参考。

气体水合物技术在海水淡化、水合物蓄冷、CO₂封存等领域有着广阔的应用前景，水合物生成速度缓慢是制约水合物技术应用的关键问题之一。本文利用自主搭建的CO₂水合物可视化生成实验装置进行鼠李糖脂强化CO₂水合物生成的实验研究，分析鼠李糖脂对CO₂水合物生成过程中耗气量、诱导时间及形态学图像的影响。结果表明，与纯水相比，鼠李糖脂溶液中气体消耗量增加了4.47mmol/mol，且诱导时间缩短了260min。对不同质量分数的鼠李糖脂溶液中CO₂水合物生成特性进行研究发现，0.2%的鼠李糖脂溶液中水合物生成的诱导时间最短，质量分数持续增大会抑制水合物的生成。初始温度升高导致过冷度降低，CO₂水合物耗气量随之减少，认为体系内的诱导时间与初始温度变化存在一定的线性关系。初始压力的增大，缩短了诱导时间但降低了水合物生成量。不同生成条件下的鼠李糖脂溶液中CO₂水合物生成过程中形态学图像存在差异。

光热热源可解决中低价煤气化过程中元素利用率低等问题，但由于热源属性和传热方式改变，反应特性与传统煤气化过程不同，为消纳CO₂引入的混合气化剂会对反应器内的温度场产生影响。为研究上述问题，本文利用多场耦合软件Comsol Multiphysics，构建了光热热源的褐煤固定床气化反应器，研究了不同导热特性的气化介质水蒸气、二氧化碳、不同比例混合气化剂下反应器内温度分布和产物组成以及反应器内热质传递行为变化。结果表明，随着气化剂中CO₂添加比例由0增大至100%，由于CO₂加入带来了流体黏度、密度不断增大，使得流体间黏滞力增强，动量传递减少；气/固相间对流换热系数从26.3W/(m²·K)降至22.7W/(m²·K)。相较于水蒸气气化，CO₂的加入使得颗粒气化温度有所降低，煤气化反应速率下降，但CO₂浓度的增加又提高了半焦CO₂还原反应的速率，煤焦颗粒完全气化的综合时间没有明显改变。此外，光热储蓄热介质加热的方式使得反应器床层温度曲线整体呈“漏斗状”，导致炉内中心位置颗粒气化时间延长了70min，且在掺混CO₂后，传热效率的降低使得温升曲线出现明显的“滞后”效应。通过改变CO₂在气化剂中的添加比例发现，当CO₂添加比例增至40%（体积分数）时，气化炉表现出消纳外源CO₂的行为，其CO₂消纳量达0.013g/g；且随着气化温度的增加，CO₂气化反应速率升高， CO₂的消纳量增加，有效合成气产量增加，但H₂/CO下降。

干法电极技术是目前先进的锂离子电池制造技术之一，但目前研究报道的文献较少，且研究中黏结剂聚四氟乙烯（PTFE）质量分数均大于5%。为此，本文采用物料均纤维化后热压法制备了不同PTFE质量分数的140μm及180μm三元干法电极膜片，探究了PTFE的质量分数对三元材料纤维化、膜片结构形貌、接触角、拉伸强度、电阻率、充放电等物理和电化学性能的影响及其机制。结果表明，宏观上PTFE质量分数不影响物料的均纤维化，微观上膜片扫描电镜截面中的细纤维状黏结剂数量远多于表面，2.5% PTFE膜片具有最小的接触角68°左右、最低的电阻率10.35Ω·cm和较高的拉断力4.512MPa，180μm厚的膜片具有最好的倍率性能，1C放电容量达到149.13mAh/g。通过以上研究，认为干法电极技术是一种非常可行性的产业化电极制备技术。

综述了选择性催化脱硝的发展现状，详细介绍了超低温选择性催化脱硝在节约能耗、降低成本、削弱烟尘和二氧化硫毒害方面的独特优势，并进一步总结了超低温脱硝催化剂的类型、催化剂结构特点及其在超低温脱硝应用中面临的主要问题，包括超低温脱硝活性低、抗水性差和稳定性不足等。此外，还概述了超低温脱硝催化剂在抗水中毒和抗硫中毒方面的研究进展。最后，提出了超低温脱硝催化剂的未来发展方向，强调需要在提高催化剂活性、改善抗水性和抗硫性、增加催化剂产量以及反应机理等方面进行深入研究。总之，超低温氨气选择性脱硝催化剂具有显著的环境和经济效益，在大气污染控制领域具有广阔的应用前景。

采用共沉淀法成功制备了不同比例[Cu(EDTA)]^2-插层ZnAl类水滑石前体，经焙烧后形成混合金属氧化物催化剂。通过X射线粉末衍射（XRD）、傅里叶红外变换（FTIR）、N₂物理吸脱附、透射电子显微镜（TEM）、N₂O滴定测试、电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）和X射线光电子能谱（XPS）等方法对催化剂结构进行表征分析，并考察了其催化CO加氢制取低碳醇的性能。结果表明，较小的CuO颗粒可以增加氧空位数量，提高Cu分散度和Cu比表面积，增强对反应物的活化，进而提高催化活性。相较于其他比例的催化剂，HT-Cu_0.5（EDTA）催化剂中类水滑石层板的限域作用最强，导致CuO颗粒尺寸最小，Cu分散度最高，暴露的Cu比表面积最大且更易还原为Cu⁰，Cu物种与层板上的ZnO相互作用较强，氧空位相对含量最多，有利于促进反应物的吸附和活化，其总醇的时空收率高达1448.9mg ROH/(g Cu·h)，表现出最优的催化性能。

对石墨相氮化碳（g-C₃N₄，CN）进行改性是提高其光催化性能的重要手段。采用热聚合法以硫脲为前体制备了S掺杂氮化碳（SCN），以石墨相氮化碳、S掺杂氮化碳和TiO₂作为光催化剂的主要组分，制备了二元异质结复合光催化剂CN-Ti和SCN-Ti，利用X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、比表面积、紫外可见漫反射、电化学测试等表征手段分析了光催化剂的形貌、结构、光学和电化学性能，通过对NO的降解评价了其光催化性能，根据自由基捕获实验进一步研究了其光催化降解机理。结果表明，二元异质结复合光催化剂SCN-Ti具有更优的光催化性能，SCN和TiO₂质量比为5∶5时所得的光催化剂SCN-Ti-50在紫外光和可见光条件下对NO的降解率最高，分别可达84.9%和57.1%，显著高于CN在紫外光和可见光下对NO的降解率（分别为61.7%和44.2%），且经5次循环后，其仍具有良好的光催化活性。光催化活性的提高主要归因于SCN和TiO₂构建的Ⅱ型异质结促进了载流子分离，提高了降解NO活性物质光生电子、空穴和·{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}^{-}的生成效率。本文为拓宽g-C₃N₄在光催化领域的应用提供了可借鉴的思路。

Janus有机多孔膜是一种具有相反两面性质或不对称结构的特殊膜材料。相较于单一有机多孔膜材料渗透性低、选择性差和易被污染等固有缺点，Janus有机多孔膜材料具有独特的传输行为和分离特性，可以有效克服以上缺点，因此受到极大关注。本文对近年来不对称浸润性Janus有机多孔膜的制备方法，包括不对称聚合法和单面改性法等进行了系统总结，详细介绍了不对称浸润性Janus有机多孔膜材料在膜分离、膜蒸馏、雾收集、单向导水织物、医疗等领域的应用，并对其存在的问题和未来的发展方向进行了总结与展望。

沥青再生剂与老化沥青界面的扩散行为是影响废旧沥青路面的热再生效率、工艺水平以及服役性能的重要因素。本文系统综述了再生剂在老化沥青中扩散状态的模拟方法，包括浸泡法、分层萃取技术、表面润湿法、示踪技术和分子动力学模拟方法，对比分析了现有研究方法的优缺点，在此基础上归纳了不同扩散时程状态的表征方法及评价参数，讨论了各种评价方法的特点及适用性，并展望了沥青再生剂扩散行为表征方法的研究方向。基于表面润湿法获取的扩散试样有其独特的扩散状态表征方法和指标，适用于评价再生剂润湿老化沥青界面的特性、即时扩散速率；示踪技术能够捕捉扩散试样的切片混溶性状；浸泡法、分层萃取技术的扩散性状表征方法更加多元；采用计入热力学参数的分子动力学模拟与扩散试验相结合的方法是研究沥青再生剂扩散行为、驱动力机制的主要途径。未来应加强对沥青再生剂沿沥青膜表面的横向扩散行为的研究，计入再生剂与老化沥青的多种接触模式，建立考虑时温衰减效应的扩散动力学模型，为科学确定热再生沥青路面工艺参数提供理论依据和参考。

随着“双碳”目标的深入推进，低碳、低排放的生活方式已被大众普遍认可，因此炭材料的多元化、清洁利用受到广泛关注。球形活性炭（SAC）作为活性炭的一个重要分支，其凭借球形度高、孔隙结构发达、颗粒分布均匀、流动阻力小、机械强度高等优点，在气体捕获、污水净化、能量储存、化学防护、催化等领域具有良好的应用前景。然而，部分前体在制备SAC时存在工艺烦琐、耗能高、耗时长、易产生副产物等问题。为优化SAC的设计思路与制备工艺，本文以SAC在不同领域中的应用发展为导向，综述了SAC的前体选择、制备工艺、改性措施及其在各应用领域的研究成果和进展，并对未来SAC的应用前景进行展望，为实现SAC的多功能、规模化、绿色低碳发展，推动其前体的清洁、高附加值利用提供参考。

相变材料（PCMs）是指随温度变化而改变物质的物理性质并能提供潜热的材料，在太阳能热储存、电子设备、动力电池热管理、建筑温度控制等领域具有广泛的应用前景，在我国已经被列为国家级研发利用序列。然而，相变材料容易出现渗漏、热导率低、光吸收弱等问题，阻碍了其更广泛的应用和发展。为了克服这些固有问题，提高热物理性能，将碳基材料作为封装载体构建形状稳定的定型复合相变材料可以有效防止固-液相变渗漏，提高潜热性能。本文综述了碳纳米管、石墨烯、活性炭、生物炭等多孔碳支撑材料作为相变材料封装载体的主要研究进展，介绍了不同多孔碳材料作为封装载体对相变复合材料的热导率、潜热、相变温度、过冷度、形状稳定性和热循环稳定性等物理性能的影响，总结了不同多孔碳基复合相变材料在潜热性能方面的研究动态和各行业中的应用。最后，对多孔碳基材料在未来发展中的研究和面临的挑战进行了总结和展望。

超深地层钻井面临超高温、超高压、超高应力等复杂地质环境以及钻遇盐膏层、裂缝发育地层，导致钻井液降滤失剂等关键材料发生断裂、蜷曲等构象转变，造成钻井过程中滤失量增大、流变性能恶化等复杂情况。因此，本文从优化线型聚合物分子结构、调控聚合物凝聚态结构、利用纳米复合技术角度出发，对超深井钻井液用聚合物降滤失剂的研究进展进行综述，指出现有3种方法所存在的不足，并提出采用纳微米球形或超支化树形结构、深入研究两性离子聚合物基团间的协同增效机理、引入带疏水基团的材料提高纳米材料的分散稳定性、采用分子模拟与室内实验相结合等方法研发高性能、普适性强的聚合物降滤失剂，并且未来应结合人工智能和大数据技术提高钻井液的自我调节和优化功能。

针对目前国内外缺乏系统完善的耐高温纤维分析检测标准、滤料市场中耐高温纤维混用比例不实、产品质量良莠不齐的问题，基于现有高温复合滤料纤维分析检测的研究成果及进展进行总结。介绍了高温滤料行业中常用的有机纤维、无机纤维及其物化特点，重点综述了常规检测法如化学溶解法、燃烧法，现代测试技术如红外法、热重法、差热法、偏振光法以及多仪器联动组合使用技术在复合滤料纤维定量定性分析检测的测试现状，并结合实测方法应用的优劣势，展望了耐高温纤维未来分析检测的发展趋势。由于常规燃烧法受主观影响、溶解法污染环境，未来高温复合滤料纤维的分析检测应考虑现代测试技术并探索多种方法、不同技术的组合使用，今后应加快完善耐高温纤维的定量分析检测标准。

超临界水氧化（SCWO）技术是一种高效环保的高级氧化技术，被广泛应用于处理各种高浓度污染物，但在处理过程中会产生酸性物质导致设备腐蚀，严重限制了SCWO的发展。镍基合金具有优异的高温强度、抗氧化和抗腐蚀性能，是制备超临界水氧化设备的候选材料之一，探究其在SCWO中的腐蚀现象和机理对技术的发展具有重要的意义。本文回顾了在含不同侵蚀性离子（O^2-、Cl^-、S^2-、PO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}等）的超临界水环境中镍基合金的腐蚀情况，总结了不同侵蚀性离子对腐蚀的影响。对比发现，在含Cl或S的环境下对合金的腐蚀影响更大。详细讨论不同的侵蚀性离子在超临界水中对镍基合金的腐蚀机理，并提出涂层和表面改性两种减缓腐蚀的方法。最后，对合金腐蚀的未来发展方向进行了展望，提出使用同位素标记和纯金属腐蚀两种方法深入剖析阐明合金在超临界水氧化环境中的腐蚀机理。

探讨了原子力显微镜红外光谱技术（AFM-IR）的核心机制、技术进展及其在多个学科中的广泛应用。AFM-IR技术融合了原子力显微镜（AFM）的纳米级空间分辨率与红外光谱（IR）的化学分析能力，基于光热诱导共振（photothermal induced resonance，PTIR）原理，其不仅延续了AFM在微观形貌表征上的优势，还克服了传统红外光谱在空间分辨率上的局限，并且补充了AFM在化学组分分析上的空白。文中阐述了AFM-IR的工作原理和三种成像技术（接触、轻敲和峰值力轻敲），随后着重讨论了其在聚合物复合材料、生物组织、环境污染物检测以及压电铁电材料和电池材料表征等领域的应用实例。同时，也提出了AFM-IR技术在提高信噪比和软物质研究中应用的挑战。最后，提出了未来研究方向，以期推动AFM-IR技术的进一步发展，进而促进其在材料的设计与性能优化中发挥更加关键的作用。

次氯酸钠（NaClO）作为一种高效廉价的消毒剂而被广泛使用。电解法是制备NaClO的便捷、有效方法，其中电极是NaClO发生器的核心部件，决定设备的析氯效率、电能消耗和工作寿命。目前，混合金属氧化物涂层钛电极（Ti/MMO）因具备优异的电催化活性、较长的工作寿命、较低的电耗等特点，已成为该类电极材料研究的热点，但由于使用了贵金属材料，制作成本仍处于高位。本文总结归纳了多种用于电解法制备NaClO的电极材料组成、性能及其发展趋势，分析了早期的尺寸稳定阳极（DSA）钝化的原因，重点讨论了电极制备工艺优化的三种途径；结合当前研究中存在的问题，展望了电极材料的发展方向，其中，涂层中金属元素的合理选择及其多元化、通过阳极原位氧化引入二氧化钛纳米管阵列（TNT）中间层以及结合水热合成法制备电极是工艺优化的关键。

纳米填料具有尺寸小、比表面积高等优点，将纳米填料引入阻垢涂层可进一步提高阻垢涂层的阻垢效果，因此含纳米填料的复合阻垢涂层受到了广泛的关注。本文从纳米填料加入复合涂层后的阻垢机理入手，总结分析纳米填料在阻垢涂层中的作用机理主要有：①低表面能降低成垢物质的成核速率、生长速度及成垢物质在涂层表面的附着力；②表面微纳结构诱发垢层形成不稳定的晶体结构或抑制晶体形核。此外，介绍了纳米二氧化硅、碳纳米材料（碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯及其衍生物等）、纳米金属氧化物（TiO₂、CeO₂、ZnO）等常用纳米填料的性质及引入涂层后存在的优缺点，总结了纳米填料及阻垢涂层的制备过程及方法，并对纳米填料在阻垢涂层方面的研究方向进行了展望，以期为纳米填料在防垢复合涂层领域的应用提供一定的参考。

硅作为最有前景的锂离子电池负极材料，拥有较高的理论容量（4200mAh/g）。然而，硅的导电性较差并且在充放电过程中会发生巨大的体积膨胀，使得硅负极粉碎，导致电池性能急剧下降。二次造粒能使材料具有更好的各向同性特征，改善电池的首次库仑效率，进而提升倍率性能。其中，二次颗粒尺寸成为关键因素。本文以黄腐酸钾（FAP）为碳源制备硅/碳负极二次颗粒，将硅/碳负极复合材料组装为扣式电池，利用扫描电子显微镜（SEM）、电化学技术等表征手段对比分析了喷雾干燥过程中进风量对二次颗粒的尺寸影响。结果表明，喷雾进液速率为310mL/h、进风量为29m³/h时，制备的硅/碳负极复合材料的首次库仑效率达到86.39%，其循环100次后的可逆容量仍远高于纯硅负极材料，在0.1A/g倍率测试后仍具有1134.1mAh/g的可逆容量。

氯化钛白是化工、储能等领域重要的无机原料，其性能受到烧结热处理等多因素控制。传统实验手段难以准确量化烧结过程，而分子动力学模拟能从原子尺度准确评估烧结的动态演化过程，但现有研究对诸如温度、粒度、排列方式等因素的机理阐释比较单一局限。本文引入非等径多颗粒模型、烧结颈尺寸、Lindemann指数和表观活化能等有效表征参数，通过分子动力学模拟系统研究了温度、粒度及排列方式对TiO₂纳米颗粒的烧结行为的影响。结果表明，升高温度有利于激发剧烈的原子迁移扩散，加速烧结体的致密化进程。温度相同时，较小粒径的TiO₂纳米颗粒烧结速率更快，但易被较大粒径颗粒吸收融合。此外，颗粒排列方式也会影响烧结行为，堆垛排列比线性排列有更明显的烧结优势。烧结初期主要通过表面扩散生长，而后期通过晶界扩散致密化。研究结果对优化工业烧结参数、制备高性能纳米材料具有指导意义。

以甲酸为溶剂、聚己内酰胺（PA 6）为高分子聚合物基体、无机纳米粒子为填料，通过非溶剂相分离（NIPS）方法分别制备纯PA 6膜及无机粒子-PA 6复合膜，并对膜的结构和光热性能进行表征。结果表明，在实验所选的凝固浴质量分数范围内，凝固浴质量分数越大，PA 6膜的表层孔隙数量越多，太阳光谱反射率越大，但凝固浴质量分数对PA 6膜总体孔隙的孔径及分布影响不明显，人体热辐射波段范围内（7~14μm）的红外透过率变化不大。与纯PA 6膜相比，添加无机粒子后可使膜的表层变得更粗糙，可见光谱反射率提高，中远红外波段透过率下降；掺杂纳米SiO₂粒子后，膜的界面纳米尺度孔数量增多，且50nm粒径的SiO₂粒子明显降低了膜材料的热稳定性。

针对传统聚酰胺复合（TFC-PA）纳滤（NF）膜溶剂渗透性和溶质分离选择性相互制约、无法同时提升的问题，本文从界面聚合调控出发，由适当比例表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）和强碱（NaOH）组成二元调节剂。其中，SDS单分子层通过静电作用富集哌嗪（PIP），包裹有机酰氯避免其被NaOH水解，同时降低界面张力，加快PIP分子跨界面均匀扩散，提高界面聚合的速度和均匀性；适量的NaOH吸酸保持SDS的表面活性，同时去质子化活化PIP，加快界面聚合速度，形成均匀聚酰胺分离层。这种协同增强效应使在水相溶液含有0.35%（质量体积浓度）SDS和0.3%（质量体积浓度）NaOH条件下，生成的聚酰胺复合膜MPA-SDS-NaOH与TFC-PA NF膜相比，聚酰胺层交联度从44.8%提高到88.4%，孔径分布变窄的同时，厚度从125nm降到42nm，渗透通量从的6.04L/(m²·h·bar)提高到19.20L/(m²·h·bar)（1bar=0.1MPa），NaCl和Na₂SO₄的单盐分离选择性也从29.4上升到152.6，实现了膜渗透通量和分离选择性的同时提升。SDS和NaOH协同补偿调控策略为制备高渗透选择性脱盐聚酰胺纳滤膜提供了新的思路。

采用有机泡沫浸渍法制备了不同孔隙密度和孔隙率的泡沫碳化硅，并采用XRD、SEM、BET等测试手段分析了其物相组成和微观形貌结构等。为探究温度和孔结构对泡沫碳化硅电磁特性和吸波性能的影响，利用谐振腔微扰技术测试不同孔结构的样品从室温至400℃的介电参数；利用自主研制微波管式炉测试不同孔结构泡沫碳化硅的升温行为；通过矢量网络分析仪测试材料的反射损耗。结果显示，所制备的样品的复介电常数的实部都随着温度的升高而增大，在400℃时，实部最高值可达6.72；随着孔隙密度和孔隙率的增加，样品的损耗角正切增大，400℃时其最大值为0.037。样品的升温速率随着功率及孔隙密度和孔隙率的增大而增大，在1400W下最高可达65.4℃/min；泡沫碳化硅的反射损耗随着孔隙密度和孔隙率的增大而呈规律性减小，最小值为-12.8dB。表明温度和孔结构对样品的电磁特性和吸波性能都有很大影响，孔隙密度和孔隙率越大，泡沫碳化硅的吸波性能越强。本文系统研究了孔结构和温度对泡沫碳化硅吸波性能的影响，为多孔材料领域的微波电磁性能研究提供理论性指导。

针对结构致密性不足的问题，采用乳酸锌和氯化钙复合离子溶液对海藻酸钠基囊胚进行二元离子交联反应，制备致密性好且力学性能优良的HPMC肠溶空心胶囊。通过FTIR、XRD、SEM、EDS、力学性能试验等对胶囊膜进行结构表征和性能测试，并探究了复合离子溶液的Zn²⁺-Ca²⁺摩尔比对HPMC肠溶空心胶囊微观形貌及理化性能的影响。研究表明，添加一定量的乳酸锌能够提高胶囊结构的致密性，但当Zn²⁺-Ca²⁺摩尔比大于1∶4时，经交联后胶囊膜中锌元素和钙元素的总含量降低，剩余钠元素含量增大，即海藻酸钠与离子的交联率有所降低，这不利于胶囊膜的力学性能和胶囊的成型性指标。通过结构表征及理化性能评估，确定n(Zn²⁺)∶n(Ca²⁺)=1∶4时为胶囊交联反应的最佳比例，此时胶囊力学性能与致密性较优，拉伸强度达50.12MPa，断裂伸长率为2.0%，水蒸气透过率为2.75×10^-11g/(m·s·Pa)，成囊率达94%，松紧度合格率为96%，脆碎度合格率为96%。由最佳交联比例制得的HPMC肠溶空心胶囊产品表观质量良好，各项指标均符合《中国药典》（2020年版）和相关行业标准。

可见光催化氧化是一种高效、节能、环境友好的难降解有机废水处理技术，其净化废水效能的关键是催化剂性能。卤氧化铋（BiOX，X=Br、Cl、I）作为铋基半导体材料，具有带隙适宜、稳定性高和毒性低等特征，这是由于[Bi₂O₂]²⁺平板和双卤素原子层交错形成了四重钙钛矿结构。这种特殊的层状和拓宽能带结构，大大减少了光生电子-空穴对的复合，但量子效率低、带隙宽、难以回收循环利用等缺点限制了其规模性应用。铁基材料有着出色的光学性质和活化氧化剂的作用，通常具有磁性。两者复合后可解决卤氧化铋难回收问题，并提升其光催化性能，因此本文梳理了从卤氧化铋到不同的铁基复合卤氧化铋磁性材料的种类、合成方法、催化性能与重复可利用性，以期为提高光催化材料回收效率、可重复利用性和光催化性能提供参考。期望铁基复合卤氧化铋磁性催化剂在实际工程应用中，可以实现难降解有机污染物去除率80%~100%。未来铁基复合卤氧化铋磁性材料在印染废水、制药废水、有机化工废水中应用的关键是降低材料成本、创新改性方法、大规模投入实际工程等，提高其性价比与实用性。

我国磷资源丰富，但大部分是中低品位磷矿，其高效开发利用是我国磷矿资源可持续发展的重大需求。本文对中低品位磷矿制备湿法磷酸及净化技术的研究现状进行了系统梳理和归纳，详细介绍了中低品位磷矿的预处理技术、湿法磷酸制备技术和湿法磷酸净化技术等方面最新的研究进展，分析了它们的优缺点和存在的技术难点。最后，对中低品位磷矿制备湿法磷酸及净化技术所面临的挑战进行了总结，未来应加强对原矿预处理技术、磷石膏源头除杂技术和新型净化技术的研究，以提高磷酸产品的纯度和质量，实现磷矿资源的可持续利用。

随着我国工农业的迅速发展，大量环境内分泌干扰物（EEDs）在自然或人为因素作用下迁移至土壤介质中。EEDs污染造成了土壤质量的下降，引发了系列生态安全和人体健康问题，制约了我国农业的进一步发展。过硫酸盐（PS）高级氧化技术具有成本低、周期短、效率高等优势。在EEDs污染土壤修复领域，热活化、过渡金属离子活化、碳材料活化是3种极具代表性的、广受关注的典型PS活化技术。本文介绍了土壤典型EEDs分类、应用、来源及危害，论述了典型活化技术的基本原理和优缺点，重点综述了典型活化技术在降解过程中的影响因素，阐述了土壤性质对降解的影响，最后对未来研究方向进行了展望，如土壤EEDs排放清单建立、因地制宜匹配工艺、二次污染防控、土壤质量保证等，以期为EEDs污染土壤修复的现场工程应用提供理论支持。

农业是我国国民经济的基础，而农业的高速发展必然伴随着大量农业废弃物的产生。考虑到农业废弃物在环境污染风险和生物质资源利用价值上的双重属性，利用适当的转化技术对农业废弃物进行处理，可显著提升其经济与环境效益。本文基于农业废弃物的分类组成及其潜在价值，介绍了热化学转化中的水热液化处理技术，并针对主产物（生物原油）产率与品质的影响因素及其分离技术展开深入探讨。分析发现，各影响因素协同效应显著，但相互作用机制尚未明晰；高新分离技术不断涌现，但仍存在局限，尚未实现大规模工业化应用。因此，未来可从反应机理理论体系完善、全产业链布局优化、新型催化剂研发以及各类转化技术耦合等角度出发，充分挖掘水热技术应用于农业废弃物资源化过程的潜力，以期最终实现农业废弃物的高效综合利用。

近年来，日益严峻的能源危机和环境污染问题已成为全人类面临的巨大挑战，加快能源转型，探索低碳清洁的可再生能源刻不容缓。作为一类重要的生物质资源，农业废弃物数量大，具有环境污染风险和资源利用价值的双重属性，而利用适当的转化技术对农业废弃物进行处理，可显著提升其经济与环境效益。在众多转化技术中，水热炭化是近年来人们关注的重点。本文基于农业废弃物的管理处置现状，介绍了水热炭化反应机制及其产物的后续处理与利用价值，并针对水热炭的具体应用展开深入探讨。分析发现，各潜在领域均不断向深度、广度拓展，但仍存在局限，尚未实现全面工业化。因此，未来可从气、液相产物增值途径探索、反应机理理论体系完善、改性工艺优化升级等角度出发，充分挖掘水热技术在农业废弃物资源化利用过程中可发挥的关键作用，以期为相关工艺技术的开发设计提供启发，并最终实现农业废弃物的高效综合利用。

为了资源化利用脱硫石膏以及封存CO₂，研究在常温常压条件下脱硫石膏矿化反应制备球霰石型碳酸钙的工艺，探究了晶型控制剂对于矿化固体产物碳酸钙纯度、球霰石含量的影响，并对球霰石的稳定性进行了分析，检测了矿化反应副产的硫酸铵晶体重金属含量，初步讨论了丝氨酸促进球霰石形成的影响机制。结果表明，脱硫石膏矿化反应获得的碳酸钙的纯度随丝氨酸与脱硫石膏质量比的增大呈先增加后逐渐降低的趋势，但丝氨酸与脱硫石膏的质量比基本不影响碳酸钙中球霰石的含量；在搅拌速率为1000r/min、氨当量比为1.2、CO₂流量为400mL/min、固液比为15%条件下，丝氨酸与脱硫石膏最优质量比为30%；球霰石样品在367℃时开始发生晶型转变，当煅烧温度为450℃时样品中方解石质量分数为74.36%。研究表明，丝氨酸的极性侧链羟基与钙离子相互作用，促进了球霰石型碳酸钙晶核的形成，同时丝氨酸择优吸附在球霰石上，稳定球霰石晶核，阻碍其向方解石转化。在脱硫石膏矿化CO₂过程中添加丝氨酸是一种简易高效制备球霰石型碳酸钙的工艺方法，能够同步实现CO₂的封存和资源化利用。

环境pH降低会影响硫酸盐还原系统的生化性能，因此提升体系在酸胁迫条件下的耐性受到广泛关注。本研究通过构建高效的硫酸盐还原菌群（SRBs），以接种脱硫弧菌的纯菌体系作为对照组，利用菌群体系开展批式试验，研究了不同pH条件对系统微生物生长和硫酸盐还原性能的影响，解析了体系微生物对酸胁迫的生理应答。结果表明，随着pH的降低，纯菌体系的细菌生长和硫酸盐还原反应受到了明显抑制，pH降至5.0后体系细菌存活率不到10%，基本丧失硫酸盐还原功能。相比之下，SRBs体系微生物能够通过提高ATP水解酶（H⁺-ATPase）活性、产生应激蛋白、调节细胞膜脂肪酸组成及分布等途径提高系统抵御酸胁迫能力，在经过7天的生长适应期后逐步实现SO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}还原，达到30.90%的SO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}去除率，表现出一定的耐酸优势。进一步采用高通量测序技术分析SRBs体系中微生物群落对pH变化的响应，发现酸胁迫对SRBs体系微生物α多样性的影响并不显著（p>0.05），但改变了系统微生物群落结构组成，其中芽孢杆菌属Bacillus、梭菌属Clostridium等的相对丰度显著升高（分别为26.26%、5.14%），成为了优势菌属。研究结果揭示了弱酸环境中SRBs体系的适应性调控机制，从而为生化系统在低pH条件下的稳定运行提供理论参考。

为了更好地处理水环境中的偶氮染料污染问题，充分利用我国储量丰富的天然矿物资源，实验中直接使用纤蛇纹石矿物纤维作为非均相催化剂载体处理难降解废水问题。在保证矿物资源应用经济性的同时，充分利用纤蛇纹石中的多种活性组分，以探索纤蛇纹石矿产资源利用新路径。本文通过水热-煅烧法制备具有核壳结构的复合材料NiCo₂O₄@纤蛇纹石纤维（NC@CF），将其用于活化过二硫酸盐（PDS）降解甲基橙（MO），并结合扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱等材料表征手段对NC@CF/PDS体系降解MO的机理展开探究。结果表明：NiCo₂O₄和纤蛇纹石的结合在MO的降解过程中具有协同作用，负载比为2∶1的NC@CF-2/PDS体系在最优条件下降解MO，去除率可达94.50%，降解过程符合准一级动力学模型。此外，结合自由基淬灭实验、电子顺磁共振、X射线光电子能谱分析以及电化学实验表明，NC@CF-2/PDS体系中MO的降解是在·OH和SO{}_{\mathrm{4}}^{-}·的自由基途径和电子转移的非自由基途径的协同作用下完成的。

磷酸盐的过度排放会造成水体富营养化，对水环境安全构成极大威胁，而磷作为一种不可再生资源，具有重大的回收价值。为获得成本低廉、性能优异的吸附剂，有效回收废水中的磷酸盐，采用高温碳酸钠法从剩余污泥中提取类藻酸盐多聚物（alginate-like exopolymers，ALE），制备了FeCa-ALE水凝胶复合材料。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）及傅里叶变换红外光谱（FTIR）等表征手段对FeCa-ALE微观形貌及官能团特性进行了分析。静态吸附实验表明，FeCa-ALE对磷酸盐表现出良好的吸附性能，且pH为9时的最大吸附量为15.92mg/g。拟二级动力学模型、Elovich动力学模型和Freundlich等温模型能很好地描述FeCa-ALE对磷酸盐的吸附过程，说明该吸附过程以非均相化学吸附为主。在实际水环境条件下的吸附性能测试表明，绿色环保、易生物降解的FeCa-ALE在一定程度上可抵抗盐度抑制效应，可用于实际废水中磷酸盐的去除。

采用氯甲基聚苯乙烯大孔树脂（D201）作为接枝载体，通过接枝有机胺类物质制得胺化改性的树脂脱硫吸附剂，并用于脱除苯中微量CS₂；对有机胺类型、洗涤方式、树脂与有机胺质量比等制备条件以及吸附温度、吸附空速、原料CS₂浓度等工艺条件对吸附剂吸附性能的影响进行了考察；采用BET、有机元素分析仪、傅里叶变换红外光谱（FTIR）对吸附剂进行了表征，并对吸附机理进行了分析。研究表明：胺化改性树脂的吸附过程是通过表面伯胺及仲胺基官能团与CS₂反应生成硫代酸，硫代酸不稳定分解生成异硫酸氰酯，继而生成硫脲而被选择吸附下来。在吸附温度为45℃、常压、体积空速为1h^-1、进料CS₂浓度为2000mg/L的条件下，采用D201接枝乙二胺制得的D201-EDA吸附剂的穿透吸附容量和饱和吸附容量分别高达183.33mg/g和200.78mg/g。