概述了生物技术在油田地面处理和地下开采系统中的发展现状和存在的问题，重点论述了在地面和地下两个生产系统中的热点研究方向。在地面处理系统中，生物技术已经涉足到多个研究领域，尤以生物修复、生物破乳、生物絮凝3个方面得到了广泛研究和一定应用，但受到技术成熟度、实际工况条件、处理成本等因素的限制，制约了其进一步的推广和应用。在地下开采系统中，生物技术涉猎范围很小。其中，微生物驱油技术历经几十年的发展，业已成为油田系统最具深远意义的前沿热点研究领域，部分成果已经得到了小规模的应用，但该技术难以实现受控，且极大地受到油藏特点的影响，限制了其推广；此外，近年来发展起来的油藏勘探技术成为一大亮点，利用地表微生物群落构成识别油藏的位置已经取得了一定成果。未来随着相关技术不断完善，解决与实际工况条件有机契合问题，将促使生物技术在油田生产中有更为广阔的发展前景。

硅烷流化床生产粒状多晶硅的技术具有节能、高效、环境友好等优点，是生产太阳能级多晶硅的首选工艺技术，但国内对于该工艺技术的研究仍处于起步阶段。本文简介了硅烷流化床的基本原理，包括操作原理和反应模型，并讨论了温度、硅烷分压、颗粒尺寸以及流化速度等反应条件对硅烷流化床内流动稳定性和硅粉尘产生的影响。根据发展硅烷流化床所面临的热壁沉积、产生硅粉尘、加热方式的选择、硅晶种的获得、气体分布方式的控制以及产品纯度的控制等技术挑战，分析了不同的流化床设计对这些技术挑战的解决方案，指出了不同的流化床设计的优缺点与工业应用前景。讨论了硅烷流化床的CFD模拟与一般的流态化模拟的区别，并回顾了相关的研究工作。最后指明了对硅烷流化床技术的研究应从优化反应条件、改善反应器设计以及完善多尺度模拟硅烷流化床的模型三个方面着手。

流固两相流中稀疏离散相广泛存在于化工、储运、分离等工程实际应用中，其复杂的湍流运动规律的描述是目前两相流研究的热点和难点之一。对流固两相流中稀疏离散相模型的发展历程进行了综述和分析，从离散相轨道模型的理论依据、建模过程、数值模拟方法以及应用情况等几个方面详细地分析了离散相既定轨道模型、随机轨道模型、改进随机轨道模型等模型，并针对离散相和连续相间的相互耦合关系进行了阐述，进而对相应的模型进行了评价；并指出离散相轨道模型目前存在的问题和今后发展的方向，对连续相脉动速度进行随机处理提出基于随机Fourier级数描述离散相合力的改进随机轨道模型，从而较好地描述离散相的运动规律，同时结合考虑两相耦合的方法建立两相流的全耦合振动动力学模型，可全面、系统地描述流固两相流中稀疏离散相的运动特征，为流固两相流中稀疏离散相模型的深入发展提供前期基础。

R290（丙烷）及其混合制冷剂具有优秀的环保性和热物性，是理想的替代制冷剂，但存在可燃的问题。通过对R290及其混合制冷剂在水平管内相变换热的研究，可以优化制冷系统的换热器，减少充灌量，降低R290及其混合制冷剂的可燃性。本文综述了国内外R290及其混合制冷剂在水平管内相变换热的研究，表明R290及其混合制冷剂拥有接近或超越传统合成制冷剂的相变换热性能。列出并对比了相关研究中得到的相变换热关联式，汇总了相关研究中质量流量、热流密度、干度等因素对相变换热的影响。指出当前研究大多在过去常用的传热管进行，为了降低R290及其混合制冷剂的可燃性，减少制冷系统的制冷剂充灌量，必须对R290及其混合制冷剂在小管径（7mm、6mm、5mm，甚至4mm）传热管内相变换热的关联式和影响因素进行深入研究。

对管内插入Kenics静态混合器的水平液固循环流化床换热器进行实验研究，实验考察了静态混合器扭率、静态混合器安装方式、液体流速、颗粒体积分数对传热性能和流阻性能的影响，并运用综合强化传热性能评价指标（PEC）对其进行分析。实验发现，传热性能和阻力系数均随扭率增加而减小。当雷诺数在10000~45000之间时，扭率为1.5、2、2.5、3.5的Kenics静态混合器的PEC指标均大于1，说明了水平流化床换热器插入Kenics静态混合器能够改善传热。在雷诺数达到25000左右、Kenics静态混合器扭率为2.5、颗粒体积分数为4%时，水平流化床换热器的PEC指标最高达到1.18。当两个扭率均为2.5的Kenics静态混合器安装间距为200mm时，水平流化床换热器的PEC指标最高。

螺旋对称流厌氧反应器（SSSAB）的最高有机负荷能在中温条件下（35℃）可达361.5kgCOD/（m³·d），然而在常温条件下（10～30℃）其运行性能及污泥特征尚不明确，需进一步探究。以分段组合式厌氧反应器（TCAB）和升流式厌氧污泥床反应器（UASB）为参比，在常温下，以相同的操作条件研究了SSSAB的运行性能和污泥特征。实验结果表明：SSSAB的COD平均去除率（88%）高于TCAB和UASB（80%和78%），SSSAB的一级反应动力学常数为5.4d^-1，高于TCAB的3.6d^-1和UASB的2.2d^-1。SSSAB内颗粒污泥宏观上相比于TCAB及UASB轮廓清晰、黑亮密实，且SSSAB颗粒污泥表面微观上较为粗糙，存在许多孔道。SSSAB颗粒污泥的胞外聚合物（EPS）总量高于TCAB及UASB，为底物的质量传递创造了条件，SSSAB颗粒污泥EPS的蛋白质（PN）/多糖（PS）较低，更有利于维持高污泥强度和优良的沉降性能。相比于UASB，SSSAB厌氧颗粒污泥凝聚性的分布更优，且其凝聚性波动更小。

基于图像处理技术和混沌理论，提出了一种气体射流图像的量化方法，用以反映气液混合性能。本文使用大津法来获得自适应阀值，并得到最佳的图像分割效果。混合性能（M）用以表征气体射流的空间分布，其定义为气体射流像素占比（W）与射流区域内的灰度标准差（N）之比。通过混合性能的非线性时间序列来表征射流喷射过程的不稳定变化，并得到了以下结果：在射流区制下，射流的稳定性随着修正弗鲁德数的增加而增加，证明了所提出方法的可靠性；其次，在同一工况中射流的稳定性与最大李雅普诺夫指数之间具有明显的线性关系，其线性相关系数为0.954，并构建了射流的稳定性与最大李雅普诺夫指数的线性关系模型。证明了最大李雅普诺夫指数不仅可以判断混合过程是否呈现混沌状态，而且其数值的大小反应了气体射流稳定性的强弱。

为从微观角度分析中变质烟煤的低润湿特性，以巨野煤田赵楼气肥煤为例，选用核磁共振（NMR）与X射线光电子能谱（XPS）手段对其微观分子结构进行实验，并分析了分子结构参数对其润湿性的影响规律。结果表明，赵楼气肥煤煤尘的芳香度为0.77，芳香结构含量较高，且主要以质子化芳环为主；脂肪链结构中以链状烷烃和环烷烃侧链为主，且存在一定的甲基侧链；煤尘表面含氧官能团主要为醚基（C—O—C），其次为羰基（C=O）与羟基（C—OH），含量最少的是羧基（COOH），上述4种含氧官能团含量之比约为4∶2∶2∶1.5。赵楼气肥煤煤尘不仅芳香度较高，芳香簇尺寸较大，缩合度偏高，而且烷基侧链少而短，导致煤尘分子结构单元表现出较强的疏水性；而对表面亲水性贡献较大的羧基（COOH）和羟基（C—OH）含量却只占表面含氧官能团总量的13.53%、21.45%。因此，受微观分子结构的影响，赵楼气肥煤煤尘总体表现出疏水性的特点，润湿性较差。

为探讨铁细菌与黏液形成菌混合微生物污垢的结垢特性，进而为微生物污垢阻垢和抑垢的研究打下基础。本文以微生物污垢中最常见的铁细菌和黏液形成菌为研究对象，实验研究了板式换热器中两种细菌在形成混合微生物污垢时相互协同抑制的关系以及不同工况下的结垢特性。结果表明，微生物污垢存在明显诱导期，铁细菌的污垢热阻渐近值约为2×10^-4m²·K/W，黏液形成菌的污垢热阻渐近值约为1.2×10^-4m²·K/W，铁细菌相比黏液形成菌有较强的致垢能力，1∶1比例混合菌的热阻值介于二者之间；无论哪种细菌量占据主导时，它们之间的互相协同作用会促使混合污垢的致垢能力增强。30℃时混合菌的热阻渐近值低于35℃时的情况，达到渐近值的时间约为35℃时的2倍；流速对混合菌污垢特性的影响明显，流速为0.1m/s时的污垢热阻渐近值约为0.15m/s时的2倍，达到渐近值的时间约为0.15m/s时的2.7倍。

为了探索检测生化药品真空冷冻干燥过程中冻干室内发生微量漏油和判断升华干燥结束点的有效方法，采用质谱仪对冻干机内硅油泄漏和一次升华干燥过程进行在线监测。结果表明，质谱仪能检测到冻干室内本底硅油量为1×10^-12，当硅油泄漏量为1×10^-6时，采用质谱仪可在15min内检测到；当冻干机空载运行时，采用质谱仪检测N₂、O₂、H₂O、Ar占气体体积分数分别为82.31%、15.68%、1.37%、0.64%，药品在一次升华干燥过程后期，4种气体占气体体积分数分别为82.47%、14.9%、1.75%、0.88%，可用空载冻干室内空气各组分所占比重判断药品一次升华干燥过程的结束。本研究为冻干机内硅油泄漏和生化药品冻干进程的判断提供了新方法。

采用等温滴定量热法（ITC）测定猪肺血管紧张素转化酶（angiotensin converting enzyme，ACE）催化水解其体外模拟底物马尿酰-组氨酰-亮氨酸（Hip-His-Leu，HHL）反应的热动力学参数，考察了温度对动力学参数的影响。结果表明，该反应的摩尔水解焓ΔH_hydr为正值，是吸热反应，且随温度升高ΔH_hydr增大，等压比热容c_p为0.2126kJ/（mol·K）；ACE催化HHL的水解反应符合Michaelis-Menten机理，在实验温度范围内（298.15～313.15K），米氏常数K_m随温度升高而减小，催化常数k_cat随温度的升高先增大后减少，在308.15K时达到最大值2.534s^-1。将该法与传统的初始速率法进行比较，传统法存在的局限性使测得的K_m相对偏大。同时使用ITC结合动力学分析测得ACE抑制剂药物依那普利拉为竞争性抑制剂，抑制常数K_I为12.1 nmol/L，与文献比较证明该法可用于抑制剂类型的判断，是一种开发ACE抑制剂的新方法。应用该方法确定活性多肽Arg-Tyr-Leu-Gly-Tyr（RY-5）为非竞争性抑制剂，抑制常数K_I为1.0 μmol/L。

针对混合C₉芳烃原料中沸点接近、分离困难的连三甲苯-茚满物系，以环丁砜为萃取剂进行了萃取精馏分离提纯实验，并采用Aspen Plus化工流程模拟软件对萃取精馏工艺过程进行了模拟研究，萃取精馏实验数据与模拟结果吻合较好，相对偏差小于5%。结合萃取精馏实验和流程模拟考察了萃取精馏塔的理论塔板数、溶剂比（萃取剂与原料的质量比）、回流比以及原料和萃取剂的进料位置等因素对分离效果的影响规律。结果表明，环丁砜萃取精馏提纯连三甲苯较适宜的工艺条件是：萃取精馏塔的理论塔板数为60~65、溶剂比为5~7、回流比为3~4、原料的进料位置为第34~36块板、萃取剂的进料位置为第8~10块板，在此条件下，塔顶可获得高纯度的连三甲苯产品，其质量分数可达99%以上，回收率可达93%以上。

甲酸甲酯-甲醇-水是化工生产过程中最常见的三元混合物之一。目前，间歇精馏工艺分离该三元混合物的研究较少，在动态控制方面也少有报道。本文研究了分离甲酸甲酯-甲醇-水的带有中间储罐的间歇精馏工艺动态控制模拟优化。利用Aspen Plus和Aspen Plus Dynamics软件，在稳态模拟的基础上，分别考察了液位控制结构和组分控制结构两种控制方案。结果表明，液位控制结构控制性能较差，达到稳定后甲醇和水的纯度较低。组分控制结构虽能提高产品纯度，但出现了较为严重的振荡现象。根据对组分控制结构的动态响应分析，本文提出了一种改进的组分控制结构，该控制结构能实现带有中间储罐的间歇精馏工艺的稳健控制，使各产品纯度得到提高。

稠油、油页岩、油砂都需要通过加热的方式来开采或者提高油的品质，而微波加热则是一种高效、快速、洁净的新型加热方式，对实现非常规油资源低成本、高效率的开发具有重要意义。本文详细介绍和评述了微波加热技术在开采和处理上述三类非常规油资源中的应用。分析表明微波加热具有能量利用率高，对环境友好等特点，不仅能快速均匀地加热整个油层，而且在催化剂的作用下，可以使原油裂解和脱硫，从而提高原油的品质。总结得出研制大功率微波发生器与模拟更真实地层条件下的室内实验评价装置、开发纳米型微波添加剂、将微波加热技术与其他开采技术结合，是未来高效利用微波加热技术的发展方向。最后建议有关部门给予支持，先进行小区块的微波采油试验。

油砂是一种储量巨大的非常规石油资源，油砂热解技术具有良好的工业化前景。本文概述了油砂热解的相关基础研究进展，包括油砂热解的3个阶段、气液固三相产物的性质及多种油砂热解动力学模型的总结。分析了常压干馏、惰性气体保护热解、加氢热解、减压热解及复合热解工艺，简述了不同工艺对产品收率和产品性质等方面的影响。回顾了油砂热解的装置，从固定床、旋转干馏炉、流化床干馏炉到Alberta Taciuk Process （ATP） 装置，重点介绍了具有不同载热方式和能量回收方式的旋转干馏炉和流化床干馏炉。从能源利用效率的角度分析对比了各种热解工艺和热解设备的优势与劣势，阐明了降低能耗提高能源效率是热解技术的主要问题，进而提出了旋转干馏炉和流化床干馏炉具有更好的工业前景。

加入适宜的催化剂可以提高气化反应速率，降低起始气化温度。为了研究不同阴离子（SO₄^2-、CO₃^2-、Cl^-）盐对府谷煤热失重过程的影响，利用热重分析仪对负载了8种催化剂（K₂CO₃、K₂SO₄、KCl；Na₂CO₃、Na₂SO₄、NaCl；FeSO₄、FeCl₂）的煤样进行了CO₂气化实验，其中每克府谷煤的K⁺、Na⁺、Fe²⁺负载量分别为0.001mol。同时采用升温动力学模型进行了数据拟合。实验结果表明：催化剂对煤与CO₂的低温热解并无明显的催化作用，而在高温气化阶段催化效果显著。对于钾盐和钠盐催化剂，当阳离子相同时，其催化活性顺序为：CO₃^2->SO₄^2->Cl^-。对于铁盐催化剂，FeSO₄的催化活性优于FeCl₂。动力学结果发现：负载催化剂煤样的活化能大小符合上述实验规律，分布在169～232.6kJ/mol之间，相比原煤（267.9kJ/mol）都有一定程度的降低。

以开发循环流化床（CFB）燃烧/煤热解分级转化工艺为应用背景，为在移动床混合段内利用有限高度空间达到理想的灰/煤混合效果，建立了内置锥面形挡板结构的固-固冷态混合实验装置，并对颗粒的混合特性进行了研究。分别以石英砂和硅胶模拟CFB循环灰和煤，采用挡板重力混合的方法，探究了挡板角度、层数、放置方式（对向和旋转放置）以及物料混合比等因素对混合效果的影响，并与机械混合实验进行了对比。结果表明，在混合过程中颗粒的混合和分散是并存的，旋转放置30°的挡板层数越多，硅胶和石英砂颗粒混合越均匀，混合物料中石英砂比例越高，混合效果越好。通过优化挡板结构及设置方式强化对流混合和剪切混合可明显改善固-固混合效果。虽然与机械混合相比，挡板混合效果略差，但在一定操作范围内仍可满足灰/煤混合热解工艺的要求。

随着环保问题越来越受到世界各国的重视，各国相继推出了高质量的清洁燃料标准。低硫化是柴油清洁利用的发展趋势，研制开发高效稳定的加氢脱硫催化剂是加氢脱硫技术研究的主要方向之一。本文主要阐述了国内外在柴油加氢脱硫方面的研究成果，主要分析了柴油加氢脱硫反应机理、柴油加氢脱硫催化剂的主催化剂、助剂和载体的研究进展。分析表明，柴油加氢脱硫的主要路径是直接脱硫和加氢路径，而柴油中受空间位阻影响大的4.6-二甲基二苯并噻吩的脱除路径主要是加氢路径和烷基转移路径。文章从柴油加氢脱硫催化剂的组成和结构分析了催化剂的加氢脱硫机理，得到加氢脱硫活性与催化剂的表面微观结构紧密相关。分析了近年来催化剂载体的研究进展，发现柴油加氢脱硫催化剂的载体主要是氧化铝及改性的氧化铝。

利用热力学数据对煤基合成气甲烷化用镍基催化剂硫中毒以及积炭热力学进行了详细的计算。计算发现，活性金属Ni、Mo在甲烷化反应条件下与H₂S、COS发生反应是自发进行的过程。10^-10数量级分压的H₂S含量、10^-14数量级分压的COS含量即可使镍金属活性组分生成硫化镍而使催化剂失活；当Mo作为助剂添加到Ni基催化剂时，硫含量不能超过10^-6数量级。不同温度区间发生的积炭反应类型不同，当温度为633.15～898.15K时，积炭反应主要以CO歧化反应、CO还原反应为主；898.15～983.15K时以CH₄裂解反应为主。另外，在0.1MPa下，添加摩尔分数为11.11%及以上含量水蒸气可以避免积炭。

采用等体积浸渍法制备了添加不同金属助剂的铜钴复合氧化物（Co/Cu质量比为0.6）催化剂，考察了其催化N₂O分解的活性。结果表明，稀土金属Ce以及过渡金属Fe对钴铜催化剂催化N₂O分解的活性有明显的促进作用。通过分析催化剂的X射线衍射（XRD）、比表面积测定（BET）、氢气程序升温还原（H₂-TPR）以及扫描电镜（SEM）等表征结果发现，助剂的添加并没有引起催化剂晶相结构的明显改变，但可以提高钴离子与铜离子的还原能力。尤其是添加Ce和Fe之后还原峰向低温区显著移动，从而提高了钴铜复合氧化物催化剂的活性。

目前工业上生产1，3-丙二醇的方法存在一定局限性，为了开发出避免醛类副产物生成的1，3-丙二醇合成工艺，在高压连续固定床反应器上，以丙二酸二乙酯为原料，使用Cu/HMS催化剂催化加氢制备1，3-丙二醇。考察了原料液浓度、氢酯摩尔比、液时空速、反应温度、反应压力对反应的影响，之后进一步考察了催化剂的稳定性，并通过XRD及TEM表征分析了催化剂失活的主要原因。结果表明：在原料液质量分数7.5%、氢酯摩尔比400、液时空速1.8h^-1、反应温度200℃、反应压力1.8MPa的工艺条件下，催化剂表现出了较佳的催化加氢性能，丙二酸二乙酯转化率为93.4%，1，3-丙二醇收率可达到52.8%。反应120h后催化剂完全失活，结合XRD及TEM表征，认为粒径增大、活性组分流失或被部分氧化为Cu⁺是催化剂失活的主要原因。

通过水热法制备了平均粒径约为20nm的CeO₂，并在纳米CeO₂上引入不同浓度的3种碱土金属氧化物（MgO、CaO和BaO）。催化结果显示在用于催化二氧化碳和甲醇直接合成碳酸二甲酯（DMC）的反应中，此3种碱土金属氧化物均未对纳米CeO₂的催化活性起到促进作用。此外通过透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、比表面积及孔分布测试（BET）、X射线光电子能谱（XPS）和程序升温吸附（TPD）对所制备的催化剂进行了表征。研究结果表明，少量的碱土金属氧化物的掺杂不会导致CeO₂晶格变形，而是以无序的形式存在；且碱土金属氧化物的掺杂对纳米CeO₂的形貌、尺寸和织构性质影响不大，对其表面的Ce（Ⅳ）/Ce（Ⅲ）和酸碱性位的数量以及强度有较大影响。此外，较高的Ce（Ⅳ）/Ce（Ⅲ）和较多的酸性位是影响纳米CeO₂催化性能的重要因素。

采用晶种法，在合成体系中引入十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）制备了具有多级孔道的ZSM-5分子筛。采用XRD、SEM、NH₃-TPD、XRF和氮气吸附等多种技术对其进行了表征，并考察了不同CTAB添加量对该分子筛结构、酸性及其在甲醇芳构化反应中催化性能的影响。结果表明，CTAB的添加显著影响分子筛的形貌、孔结构及分子筛的酸性，进而决定其在甲醇制芳烃反应中的稳定性和芳构化选择性。分子筛增加的介孔性提高了大分子化合物的扩散，进而提高了催化剂寿命。CTAB的添加抑制了铝源进入骨架进行配位，增加CTAB的用量导致Si/Al比提高，进而导致分子筛酸性下降以及芳烃选择性下降。

以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为模板剂，用共沉淀法分别制备了介孔La_0.6A_0.4NiO₃（A=Ce、Sr、Y、Nd、Pr）钙钛矿复合氧化物，用XRD、SEM、FTIR、BET和程序升温技术等对复合氧化物的晶相结构、表面形貌、表面积、孔径分布及表面性能等进行了表征，同时在蔗渣高压液化反应中探讨了A位离子掺杂种类对介孔La_0.6A_0.4NiO₃催化活性和液化产物分布及液化油含量的影响。结果表明，掺杂的A位离子均能进行不同程度的同晶取代，其中掺杂的Pr³⁺能较好的与La³⁺发生同晶取代，且具有较大的比表面积和孔径分布，表面存在较强的氧物种传导性和碱性中心，在蔗渣高压液化反应中具有较高的液化油产率和较低的残渣率，生物质油的主要成分为乙酰柠檬酸三丁酯、柠檬酸三正丁酯、对乙基苯酚、6-乙基-3-肽酸酯，有利于提高油品的质量。

纳米结构硫化物因其独特的物理和化学性质，在超级电容器应用中展现出优良的电化学性能。本文以硫化钴多样的纳米形貌、与石墨烯的复合材料以及在导电基底上的直接生长为主线，综述了近年来国内外关于超级电容器以硫化钴作为电极材料的研究进展。归纳总结了硫化钴纳米结构的制备方法及其提高电化学性能的原理。与石墨烯的复合以及在导电基底上的直接生长则有利于结构稳定和电子传输，进而提高了倍率性能和循环稳定性。最后指出，硫化钴纳米中空结构的设计、修饰，与石墨烯的复合方式，对导电基底的预处理方式和开发纳米结构导电基底以及为商业化设计简单高效、价格低廉的大规模生产路线，将是未来研究的重点。

用改良Hummers法和碳热还原法分别制备了石墨烯和碳化钼。用扫描电子显微镜和XRD表征了材料的形貌和结构。用循环伏安和线性扫描测试了材料的氧还原催化性能，结果发现，复合材料的氧还原峰电流和起峰电位均大大优于单一材料，表现出较好的催化性能。含有12mg/cm² α-MoC碳化钼/石墨烯复合材料作为阴极催化剂的MFCs最大功率密度为417.6mW/m²，达到商业铂碳的68.2%。因此，廉价的α-MoC/石墨烯复合材料作为MFCs阴极氧还原催化剂具有巨大的应用潜力。

以蒙脱石为载体，水溶性聚合物聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为稳定剂，通过硼氢化钠化学液相还原高铁离子制备了零价铁纳米粒子。采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射分析、X射线光电子能谱分析等手段对所得铁粒子进行了表征。结果表明，所得铁粒子大致呈球状形貌，尺寸较均匀，平均粒径约为34nm，在蒙脱石颗粒外表面分散良好。该铁粒子内核为零价铁，表面包覆铁氧化物外壳，外壳厚度保持3nm左右，有效抑制了零价铁内核的深度氧化。PVP自身及其与蒙脱石颗粒通过界面作用形成的层离结构均可对铁粒子起到分散作用，使所得铁粒子较之蒙脱石和PVP未参与制备的铁粒子粒径减小、分散程度提高。

以聚苯乙烯（PS）微球为模板，氧化锡（SnO₂）纳米晶为骨架，采用颗粒模板法成功制备了贯通有序大孔SnO₂气敏材料。改变PS微球的粒径，可以调节大孔SnO₂气敏材料的大孔孔径，本文以平均粒径约284nm和356nm的PS微球制备了大孔孔径分别约为200nm和260nm的贯通有序大孔SnO₂气敏材料。对制备的样品进行了热重、X射线衍射、扫描电子显微镜和氮气吸附脱附分析。结果表明：大孔排列高度有序，孔道贯通，孔壁由SnO₂纳米晶构成。制备的大孔SnO₂气敏材料不仅具备大孔-介孔-微孔结构，而且具有大的比表面积，具备优异的气敏性能。气敏测试结果表明孔径为200nm和260nm的贯通有序大孔SnO₂在280℃的工作温度下对300mL/L的乙醇气体的灵敏度为145、245，分别是无大孔SnO₂纳米晶的2.2倍、3.7倍。

以氧化石墨烯-羧基碳纳米管水溶液为原料，葡萄糖酸β内酯为交联促进剂，通过冷冻干燥法制得负载有多乙烯多胺的氧化石墨烯-羧基碳纳米管三维多孔气凝胶。通过在制备过程中改变多乙烯多胺的加入量可以调节其负载量。FTIR、XRD、TG、SEM、XPS、Raman、N₂吸脱附等测试表征发现：多乙烯多胺通过酰胺键与基体连接，所得材料呈蜂窝状，且比表面积、孔容和平均孔径随胺类负载量的增加而逐渐降低，引入多乙烯多胺后的气凝胶材料通过化学作用实现CO₂吸附。在200kPa、328K下，多乙烯多胺含量为55.8%的改性吸附剂的CO₂吸附量可达3.9mmol/g，为相同条件下未改性吸附剂的9.8倍。结果表明，将多乙烯多胺、氧化石墨烯和羧基碳纳米管制备成三维蜂窝状多孔材料能有效提高CO₂吸附性能。

采用酯交换缩聚法，以聚四氢呋喃醚二醇（PTMEG）和1，6-六亚甲基二氨基甲酸甲酯（HDU）为原料，以1，4-丁二醇（BDO）为扩链剂，以二丁基氧化锡为催化剂制备脂肪族聚醚型聚氨酯（PU）弹性体。用TGA和FTIR考察聚氨酯弹性体的热降解机理及原料组成对聚氨酯热降解过程的影响。结果表明：聚氨酯弹性体的热降解过程包括两个阶段，分别为硬段（氨基甲酸酯）和软段（聚醚多元醇）的降解，其中硬段（氨基甲酸酯）的降解主要降解产物为碳化二亚胺、CO₂、四氢呋喃及水，软段（聚醚多元醇）的降解主要产物为四氢呋喃和水。随着硬段含量的降低，聚氨酯弹性体初始热降解温度由282℃上升至327℃，聚氨酯弹性体的热稳定性升高。

聚乙二醇（PEG）与环糊精（CD）自组装形成的准聚轮烷水凝胶可作为蛋白缓释载体。在此三元体系中，PEG、CD和蛋白质之间可能存在一定的相互作用。本文以牛血清白蛋白（BSA）为模型蛋白，通过紫外-可见吸收光谱，荧光光谱，X射线粉末衍射（XRD）和NOESY谱分析等技术，研究BSA在PEG/a-CD准聚轮烷水凝胶中结构的变化。结果表明BSA对水凝胶的生成速率具有显著的影响。通过荧光光谱和同步荧光光谱分析可知，BSA在水凝胶中其三级结构发生轻微变化，致使最大荧光发射波长发生红移，而Trp和Tyr残基在水凝胶中其微环境发生了微小变化。这些变化随着BSA浓度的提高而趋于显著。对比XRD谱图发现，水凝胶在加入BSA前后，2q = 6.56°、11.54°、12.06°、20.56°、22.04°、26.04°这些衍射角位置的谱峰发生明显变化，说明BSA对PEG/a-CD准聚轮烷的晶型有一定的改变，反映了BSA与水凝胶不只是单纯的混合，而且存在形成复合物而改变蛋白质结构的可能性。2D NOESY谱图也表明BSA与PEG/a-CD准聚轮烷之间存在氢原子的相互耦合作用，证明了两者之间的相互作用。

木质素磺酸盐是造纸工业主要副产物之一，本文利用木质素磺酸钙和柠檬酸为原料通过绿色简便的原位反应制备木质素磺酸钙/石墨烯复合量子点，利用荧光光谱、紫外可见光谱和透射电镜等研究了复合量子点的光学性能、结构模型和对金属离子的选择性吸附性能，结果表明该复合量子点的荧光强度是石墨烯量子点的4倍多，并且复合量子点可以选择性识别Fe³⁺，在10～500μmol/L范围内，Fe³⁺的浓度与复合量子点溶液的荧光强度有良好的线性关系，可应用于Fe³⁺的检测。此荧光探针制备简便，成本低廉，检测铁离子速度快，准确性高，选择性好，在离子检测方面有潜在的应用价值。

一体化生物加工过程（consolidated bioprocessing，CBP）指通过对理想底盘微生物的开发和利用来实现一步转化木质纤维素为生物产品的生物加工程序。本文回顾了一体化生物加工过程的研究背景，简述了其开发理念和技术路线，全面综述了近年来该技术在转化木质纤维素生产二代生物乙醇研究中的不同策略及最新的研究进展。分析了CBP系统中自然菌株、重组菌株和共培养菌株在转化木质纤维素生产生物乙醇时的优点和瓶颈因素。研究了基因工程、代谢工程等工程手段和技术在克服此技术中的阻碍性因素及提升乙醇得率等方面的应用价值和潜力。最后，论述了组学及合成生物学等新兴生物技术对CBP生物乙醇的贡献和二代生物乙醇的商业化发展现状及CBP乙醇未来所面临的机遇与挑战。

赤霉素为植物五大激素之一，对植物生长具有多种生理作用，如调控植物的茎干延长、种子发芽、打破种子休眠、诱导开花等。目前赤霉素已经广泛应用于农业、林业、酿造业等，具有很大经济效益和市场前景。赤霉素的工业化生产主要通过藤仓赤霉液体发酵。尽管赤霉素具有多样性的应用及巨大的经济效益，但高生产成本严重制约其广泛的应用。本文首先介绍了赤霉素的生物合成途径以及赤霉素合成基因表达的调控机制，随后重点总结了赤霉素发酵过程的菌种、营养因素、发酵参数、发酵工艺以及下游分离提纯工艺等研究进展。同时指出未来的研究重点在于利用新型的诱变方法与分子生物学方法选育高产菌株以及发酵工艺的革新，以提高赤霉素的产量，降低发酵成本，促进赤霉素的大规模应用。

随着代谢工程理论体系的发展，代谢工程的研究方法目前已从对单一途径的调控转变为对整个代谢网络的全局调控。同时，为了在工业微生物领域实现与化学工业生产规模相当的生物炼制过程，代谢工程需要一套通用的菌株优化策略。其中关键问题之一，是解决代谢通量的不平衡。本文介绍了基于传统的理性代谢工程与近年来兴起的组合工程中存在的问题，研究者提出了一种模块化的代谢网络优化策略——多元模块工程（multivariate modular metabolic engineering，MMME）。阐述了多元模块工程的原理和方法，列举了其常用的调控技术和手段，在此基础上综述了近年来模块化策略在代谢工程领域的应用进展，提出了该策略面临的主要问题并展望了其未来的发展方向。

苯乳酸是一种高值有机酸和新型的天然防腐剂，可由乳酸菌等多种微生物代谢产生。苯乳酸有着较为宽广的抑菌谱，对大多数革兰氏阳性、阴性菌和真菌都有明显的抑菌作用，不仅作为天然抑菌剂可替代化学合成的防腐剂，而且可经聚合反应合成聚苯乳酸新型高分子材料，作为聚乳酸高分子的替代物。因此，苯乳酸在化工、制药、生物、材料和食品等领域有广阔的应用前景。本文从苯乳酸抑菌特性、微生物菌株、转化合成、代谢途径及下游分离纯化等方面，简述了其生物转化合成和分离的研究现状。微生物菌株是苯乳酸合成的关键，基因工程菌的转化能力虽然高效，但构建工程菌较复杂；从自然环境中筛选安全优良的菌株，可以简化转化合成过程，提高转化率和料液中苯乳酸的浓度；苯乳酸的分离纯化还处于实验室的规模，有待进一步探索以达到工业化的要求。

以在无锡桃花山垃圾填埋场筛选出的具有较好降解聚乙烯醇（PVA）能力的混合菌群所产的PVA降解酶为研究对象，对其对不同聚合度和醇解度的PVA的降解能力以及降解条件进行了研究，并对其降解PVA的机理进行了初步探索。实验结果表明，PVA降解酶降解PVA的能力受PVA聚合度和醇解度的影响较大，对PVA1799的降解效率远远高于对PVA1788和PVA124的降解效率；混合菌群产生的PVA降解酶降解PVA的最适温度为40℃，最适pH为7.0；Fe²⁺对PVA降解酶酶活有一定的促进作用，外加Fe²⁺能使酶活提高26%左右。PVA降解酶在最适条件下作用1 g/L的PVA1799 6 h后，PVA相对分子质量降低14.8%，熔点由221.3℃ 降低至216.7℃。高效液相色谱（HPLC）结果分析表明降解产物中存在乙酸，碘仿反应表明降解产物中存在甲基酮，PVA的降解途径有可能是长碳链上相邻的两个羟基被氧化成羰基后水解断裂并最终产生乙酸。

目前，非常规油气藏的开采备受重视，常规水基冻胶压裂液因其流变性较差及摩阻较高而无法满足降压增注的施工工艺，达到体积压裂的目的。为了解决伤害性较大及摩阻较高等问题，本文推出了一种能够同时满足降低摩阻、提高流变性的压裂液减阻剂。采用反相乳液聚合方式合成出了此种聚丙烯酰胺压裂液减阻剂，通过优化合成工艺，利用丙烯酰胺、3-烯丙基-2-羟基-1-丙烷磺酸钠及丙烯酸十八酯合成出了一种性能稳定的白色乳液压裂液减阻剂，并利用红外光谱仪、投射电子显微镜及激光粒度仪对聚丙烯酰胺乳液的结构及乳液粒径进行表征，结果表明，聚丙烯酰胺压裂液减阻剂中含有磺酸基和十八酯基团，乳液粒径为80nm，粒径较小。随后通过对乳液的减阻率及流变性测试，研究结果表明，在室温下，流速为10m/s、浓度为1g/L时，压裂液减阻剂的减阻率为78%，减阻性能较好，另外，压裂液减阻剂具有较好的溶解性、耐剪切性和黏弹性，与常规黏土稳定剂和助排剂有着较好的配伍性。能够满足非常规油气藏体积压裂施工要求。

目前聚羧酸减水剂的合成工艺主要以加热为主，低温合成工艺报道较少。本文为了解决这一问题，以异戊烯醇聚氧乙烯醚（TPEG）、丙烯酸（AA）为主要聚合单体，研究分析反应温度、保温时间、A/B液滴加时间、酸醚比、引发剂过硫酸铵用量（APS）等因素对合成减水剂产品性能的影响。并利用正交试验，筛选出常温条件下较优的合成工艺：酸醚比n（AA）∶n（TPEG）=3.5∶1，引发剂过硫酸铵用量（按TPEG单体质量分数计）为0.5%，反应温度30℃，A液滴加2.25h，B液滴加3.5h，保温时间1.5h。合成减水剂产品在水灰比0.29，掺量0.25%的条件下，水泥净浆初始流动度达到240mm，1h后净浆流动度损失5mm，相同掺量下与其他减水剂产品相比具有更好的分散性和分散保持性。

远洋船舶燃烧低品质重油所释放的尾气中，NO_x与SO_x等有害成分比例高，严重威胁海洋的生态环境和沿海居民健康。本文介绍了现有国内外船舶尾气后处理技术的分类、原理及优缺点，综述了船舶尾气脱硫、脱硝和脱硫脱硝一体化处理技术的研究进展，认为现有的大部分船舶尾气后处理技术去除污染物成分单一，不能高效地实现船舶尾气污染物的减排，研究脱硫脱硝一体化处理技术是实现船舶尾气高效治理的发展方向，但是高效低能耗的一体化处理技术目前仍然处于探索与实验阶段。通过分析脱硫脱硝一体化技术面临的瓶颈问题，指出光催化技术和低温等离子体技术近年来虽得到了巨大的发展，但因成本高且安全问题难以保证尚无法在实船应用；改性海水法则凭借处理效率高、占用船舱面积小，成本较低等优势，未来在船舶尾气综合治理方面具有良好的发展前景。

对不同海水预处理工艺进行了研究，对比分析了不同工艺产水浊度、化学需氧量（COD_Mn）、污染密度指数（SDI₁₅）等参数及不同预处理工艺对超滤膜膜比通量的影响。混凝-沉淀或气浮处理能够有效降低海水浊度，配合砂滤或纤维过滤，浊度可以降低到0.3NTU左右。当超滤处理海水时，无论采用何种预处理方法，其产水浊度和SDI₁₅都可以满足反渗透进水要求。直接超滤时，COD_Mn去除效果较差，超滤结合混凝-沉淀或气浮处理时，COD_Mn去除率有了较大的提高。预处理方法对超滤膜膜比通量影响较大，直接采用超滤进行处理时，超滤膜膜比通量衰减较快，经混凝-沉淀或气浮处理后，膜比通量衰减有所减缓，进一步经砂滤或纤维过滤后，膜比通量的衰减得到了较好的控制。采用混凝-沉淀/纤维过滤预处理工艺时超滤膜膜比通量衰减最低。

含偶氮型染料废水色度高、降解困难，对环境危害大，采用传统水处理方法难以达到严格的工业废水排放要求。本文选取典型偶氮染料酸性红B为研究对象，采用超声辅助Fe₃O₄活化过一硫酸盐的高级氧化方法进行处理。以酸性红B染料废水的色度去除率为指标，研究Fe₃O₄投加量、PMS投加量、超声功率、超声频率、初始染料浓度、溶液初始pH等参考对降解效果的影响规律及该法的适用范围。实验获得最优的酸性红B处理条件为Fe₃O₄ 1.0g/L，PMS 60mmol/L，超声频率50kHz，超声功率80W。结果表明，该法可在pH为3.5～8.5范围中适用，能处理初始浓度1g/L酸性红B溶液。实验还研究了催化剂循环利用性能，发现重复3次的时候色度去除率仍然可以保持在95%以上。该研究结果可为偶氮型染料工业废水的处理提供技术指导。

为了考察高炉水淬渣处理实际电镀废水中重金属离子和COD的可行性，分别研究了吸附剂投加量、pH、吸附时间以及温度等单因素对Cu²⁺、Zn²⁺或COD去除率的影响。在单因素实验的基础上，应用 Box-Behnken中心组合方法进行三因素三水平试验，建立二次多项数学模型，并验证该模型的有效性。采用响应曲面法探讨吸附剂投加量、pH、吸附时间3个因子的交互作用及其最佳水平。结果表明：在吸附剂投加量为1.4g、pH为8、吸附时间为120min的最优化条件下，电镀废水中Cu²⁺、Zn²⁺和COD去除率达到最大，分别为99.35%、98.46%和53.63%。经对最优条件进行验证，预测值与验证实验平均值接近。吸附后废水中的Cu²⁺和Zn²⁺低于GB 21900—2008电镀废水新建企业污染物排放限值要求，而COD没有满足排放要求，所以仅应用高炉水淬渣吸附技术还不足以去除电镀废水中所有有害物质，因此可利用此技术作为辅助工艺，联合其他技术共同去除电镀废水中的重金属离子和有机物，使出水水质达到国家排放标准。

为探讨季节变化对典型工程中悬浮填料强化硝化的影响，以青岛市某采用改良A²/O-MBBR工艺的污水处理厂为研究对象，采用静态烧杯试验方法和高通量测序技术，对秋冬两季活性污泥系统与悬浮填料-活性污泥复合系统的硝化反应速率变化以及硝化菌构成进行研究。结果表明：活性污泥系统的比氨氧化速率（K_A）普遍大于其比硝化速率（K_N），悬浮填料-活性污泥复合系统的K_A与K_N则大体相当；无论是活性污泥系统还是悬浮填料-活性污泥复合系统，其K_A与K_N值均随秋冬季节温度下降而下降，且K_A下降幅度均大于K_N；与活性污泥系统相比，悬浮填料-活性污泥复合系统在秋冬季节能够在相当程度上提高活性污泥系统的K_A和K_N值，尤其在冬季，对K_N的提高程度更加明显；悬浮填料对AOB和NOB均有极强的富集作用，且对NOB的富集效果更好。

采用紫外（UV）激活过硫酸盐（PS）生成活性极强的自由基（·SO₄^-、·OH）降解莠灭净（AMT），考察了UV/PS工艺对AMT降解效果及反应动力学模型。研究了水中不同浓度的无机阴离子（Cl^-、HCO₃^-、NO₃^-）、天然有机质（腐植酸）对反应效果及速率的影响，比较了超纯水、自来水和锡东水厂不同工艺出水作为不同水质背景时AMT的去除效率，并推测了UV/PS降解AMT的降解产物及可能的降解路径。结果表明：UV/PS对AMT的降解符合准一级反应动力学模型（R²≥0.94）。水中Cl^-浓度为5mmol/L时，会抑制AMT的降解，而其他浓度的Cl^-对反应的影响并不明显；随着HCO₃^-浓度的增加，准一级反应速率常数k_obs逐渐减小；NO₃^-会加快AMT的去除，当其浓度为200mmol/L时对AMT降解的促进作用变弱；随着腐植酸质量浓度的增加，k_obs逐渐减小。AMT在超纯水中的降解率高于其他实际水体中的降解率。UV/PS系统降解AMT过程中主要的降解产物可能是2-甲硫基-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪和2-羟基-4-乙氨基-6-异丙氨基-1，3，5-三嗪。

基于优化工艺单元参数实现原位盐分削减的构思，以广东韶关钢铁厂一期和二期焦化废水处理工程为例，用电导率表征废水中盐分的含量，通过水质和运行参数、投加药剂的种类和浓度讨论工程工艺各单元的电导率变化规律，分析影响盐分变化的因素，再分别从生物降解实验、药剂用量实验、混凝条件实验深入分析生化过程及物化过程水样、泥样中的主要阴离子浓度变化及其对盐分归趋的主要作用途径。研究发现：焦化废水的生化处理工艺与物化处理优化的工艺均能实现盐分浓度的部分削减，过程中，盐分的主要来源是有机物的矿化以及生化过程磷盐和碱的投加所致，此外还有物化过程混凝剂阴离子的引入，盐分的削减包括生化工艺废水中表现为盐分的N、S元素及强电解质C₆H₅O^-转化为非电解质N₂、H₂S、CH₄、CO₂和H₂O以及物化工艺以Fe²⁺与废水中CN^-、S^2-、SCN^-、OH^-、CO₃^2-结合为弱电解质或难溶性盐的混凝沉淀、络合沉淀共同作用的结果，两方面比较，来源量小于削减量，导致废水电导率下降；生化过程之前的有机物特别是难降解有机物的预分离，物化过程的投药量、投药顺序和pH控制的优化均有利于盐分在废水处理工艺中的原位削减。上述结果表明了基于某一性质的焦化废水其工艺原理选择、反应原理与条件优化控制成为了影响水处理过程中盐分变化的重要因素，原位削减盐分对于废水零排放具有重要工程学指导意义

用共沉淀法制备了一系列Ce-Cu-Al-O复合金属氧化物吸附剂，用于低温下脱除CO₂气体中的微量H₂S。采用XRD、N₂物理吸附、SEM及XPS等手段对脱硫前后的吸附剂结构进行表征。研究了Ce含量、煅烧温度、气体空速、杂质气体及吸附温度对吸附剂脱除H₂S性能的影响。结果表明，Ce-Cu-Al-O系列吸附剂在40℃条件下可有效脱除CO₂气体中的H₂S，Ce含量为10%的吸附剂（10Ce-Cu-Al-O）具有最大H₂S穿透吸附量，为94.1mg/g。研究发现，引入CeO₂能有效改善CuO的分散性，提高吸附剂的比表面积和孔容。提高煅烧温度，较大空速均不利于吸附剂的脱硫效果；平衡气CO₂会抑制H₂S的吸附；吸附温度不高于100℃时，10Ce-Cu-Al-O的穿透吸附量随温度升高而增加且不会生成COS副产物。表征结果显示，硫化后吸附剂的组分团聚导致了比表面积和孔容降低。此外，失活后的脱硫剂可在100℃用空气再生。

应用巨正则系综蒙特卡罗模拟（GCMC）方法研究了298K下甲苯在4种铝基金属-有机骨架材料（Al-MOF）上的吸附特征。通过对比模拟与实验结果，发现Dreiding力场能够较好地描述甲苯在Al-MOF上的吸附行为。由于4种Al-MOF材料均具有丰富的微孔结构，使得其甲苯吸附量（取1.5kPa时吸附量值比较）均高于传统吸附剂的吸附量（一般小于400mg/g），分别为1375mg/g （MIL-101）、866mg/g（CYCU-3）、807mg/g（MOF-519）、504mg/g（CAU-3-BDC）。通过Snapshot图和密度分布曲线分析了甲苯在Al-MOF中的吸附位，结果表明，在低压（低负载量）时，甲苯优先吸附在骨架中的小孔道内，随压力（负载量）的增大，甲苯分子逐渐填充到大孔道。此外，甲苯与有机配体的相互作用强于与金属簇的相互作用，说明有机配体处为优先吸附位。将298K、1.5kPa条件下甲苯吸附量与MOF的物理性质相关联，结果发现甲苯吸附量的大小与吸附剂的比表面积、孔容积成线性正相关，而与骨架密度成反比关系。

磷石膏脱硫钙渣是磷石膏化学分解后产生的以氧化钙为主要成分的尾渣。以氯化铵溶液浸取磷石膏脱硫钙渣并碳化浸取液以制备轻质碳酸钙是一种有效利用磷石膏脱硫钙渣中钙资源的方法。本文分析了该方法在不同氯化铵浓度下浸取液的组成、钙浸出率及pH，同时为了研究浸取液中NH₄⁺、铁、铝、镁等对产品碳酸钙晶型的影响，配制了含有杂质离子的NH₄Cl-NH₃·H₂O溶液，比较了其碳化产品与相同条件下脱硫钙渣碳化产品的晶型差异。结果表明，随氯化铵浓度升高，浸取液pH降低，铝含量降低，铁、镁含量升高。在氯化铵浓度范围内，NH₄⁺对球霰石形成有促进作用，而铁、镁杂质对方解石形成有促进作用，由于铝离子存在形态不同，铝在1mol/L时对形成球霰石有促进作用，在大于1mol/L时对形成方解石有促进作用。当氯化铵浓度小于4mol/L时，各种杂质相互作用形成球霰石晶型，氯化铵浓度等于4mol/L时，各种杂质相互作用形成球霰石和方解石混合晶型。

随着化石燃料的日益枯竭，回收工业过程中产生的低温余热已成为一种利用能源的重要方式，针对能量回收再利用的问题，将低温燃煤废气（70℃）及LNG（-162℃）冷能进行联合利用，以朗肯循环为基础，设计了一种可以在发电的同时，对CO₂进行液化的LNG冷能三级式利用系统。详细分析了膨胀机入口压力和温度对LNG冷能三级式利用系统热力性能的影响，确定了循环参数，利用HYSYS进行模拟计算，并与之相对应的LNG冷能二级式利用系统进行比较。结果表明：设计的三级式系统发电单元的热效率及（火用）效率较二级式系统分别提升了57.74%及36.67%；三级式系统总净输出功较二级式系统提升了61.16%，按90%发电效率，0.5元/（kW·h）电价计算，三级式系统每年可带来约52万元的经济效益，CO₂液化量为1580kg/h，每年可减排约CO₂ 1.365×10⁴t，具有可观的经济效益和较好的减排效果。