微生物燃料电池（microbial fuel cells，MFCs）是一种利用产电微生物将化学能直接转化为电能的技术，其在运行期间不消耗外界能量且无二次污染，日益得到人们的广泛关注。土壤因富含有机质和庞大的微生物种群，是产电微生物的“天然培养基”。近几年来，以土壤为基质的MFCs在产电、土壤污染评价和修复等方面展现了较大的研究潜能和应用前景。本文全面介绍了目前MFCs在土壤产电、有机污染物降解、重金属污染治理、温室气体减排以及生物传感器等方面的应用研究；总结了目前土壤MFCs研究中应用的反应器构型、电极和产电微生物种群；在此基础上提出了以土壤为基质的MFCs在研究及应用过程中存在的主要问题，并对其研究前景进行展望。

CaCl₂·6H₂O作为一种常见的常温无机水合盐相变材料，由于成本低、易获取、蓄热强而受到广泛的关注。按无水CaCl₂与H₂O的质量比为1.027：1制备了CaCl₂·6H₂O，经X射线衍射（XRD）表征其晶体结构；通过添加成核剂SrCl2·6H₂O和Ba（OH）₂对CaCl₂·6H₂O改性，发现两者的联合作用可抑制过冷，10次熔化-冷却循环平均过冷度1.07℃。采用差示扫描量热仪（DSC）测定CaCl₂·6H₂O添加成核剂前后相变潜热，发现潜热由223.54 J·g^-1降至160.41 J·g^-1；为了扩大CaCl₂·6H₂O相变温度的范围，通过添加质量分数分别为5%、10%、15%、20%和25%的MgCl₂·6H₂O，发现相变温度随MgCl₂·6H₂O质量分数的升高呈线性降低，但不宜超过20%；选取CaCl₂·6H₂O-20% MgCl₂·6H₂O二元共晶盐相变储热体系为改性目标，通过添加1% SrCl2·6H₂O和0.5% CMC，过冷度降至0.57℃，相变潜热为141.09 J·g^-1，低于单独组成盐CaCl₂·6H₂O的潜热223.54 J·g^-1和MgCl₂·6H₂O的潜热163.35 J·g^-1。研究表明，CaCl₂·6H₂O作为无机相变材料具有显著的应用价值。

R152a（ODP=0，GWP=124）对环境友好，热力性能完善，而吸收剂三乙二醇二甲醚（DMETrEG）沸点较高，毒性较弱，对较多制冷剂都有很好的溶解能力。因此，R152a与DMETrEG的二元混合物是一种具有潜在应用价值的吸收制冷工质对。采用气液双循环法，实验研究了R152a+DMETrEG在293.15~353.15 K温度范围内的汽液相平衡特性；分别采用NRTL模型和Wilson模型对测得的汽液相平衡（VLE）数据关联对比。实验结果与关联结果具有良好的一致性，NRTL模型拟合计算结果与实验结果的平均相对偏差为1.80%，而Wilson模型拟合计算结果与实验结果的平均相对偏差为1.83%。当混合溶液中R152a摩尔分数大于0.8时，R152a活度系数接近1，混合溶液可近似视为理想溶液。

正丙醇被广泛应用于化工、医药和农业等领域，可靠的热物性数据是理论研究和工程应用的基础。黏度作为流体重要的热物理性质之一，在生产流程的设计与优化和产品质量监测等方面具有重要意义。通过实验测量得到的黏度数据一般离散分布于不同的热力学状态，在工程中难以直接应用，因此，建立可靠的黏度方程以实现任意状态黏度的计算非常必要。经文献调研发现，目前缺少宽范围、高精度的正丙醇黏度方程，基于国内外已发表的实验数据开发了正丙醇高精度黏度方程。该方程不仅能够很好地复现实验数据，而且具有合理的外推性，其温度适用范围为150~400 K，压力适用范围为0.1~120 MPa，方程在计算范围内估计不确定度为1%~5%。

在288.15~313.15 K和常压下，利用乌氏黏度计测定了N，N-二甲基甲酰胺（DMF）分别与乙醇、丙醇、乙二醇和1，2-丙二醇组成的二元系全浓度范围内的黏度，计算了过量黏度△η和过量流动活化自由能△G^*E。用Redlich-Kister方程对过量黏度进行了关联；用黏度模型如Frenkel方程，Grunberg-Nissan方程，Katti-Chaudhari方程和McAllister方程对实验黏度数据进行了关联和预测，并利用Eyring理论方法计算了流动活化自由能、活化焓和活化熵等热力学函数。结果表明，4个二元系的过量黏度和过量流动活化自由能均为负值，且都随温度降低而偏差增大。过量黏度最低值均发生在DMF摩尔分数约为0.3处。McAllister模型对黏度数据的关联结果最好，预测值与实验值的平均相对偏差最小。比较并分析了DMF与一元醇和二元醇之间分子相互作用的差异。。

癸酸甲酯、月桂酸甲酯和肉豆蔻酸甲酯3种脂肪酸甲酯是生物柴油的主要成分，其声速是喷油系统优化设计和等熵压缩因子计算中所必需的参数之一。针对癸酸甲酯、月桂酸甲脂和肉豆蔻酸甲脂3种物质声速实验数据缺乏的现状，利用布里渊光散射法，沿0.1、2.5、5.5和8.5 MPa 4条等压线，在288.15~498.15 K温度范围内，分别测量了癸酸甲酯、月桂酸甲酯和肉豆蔻酸甲酯的液相声速；分析了声速随温度、压力的变化规律；依据实验数据，给出了在本文p-T热力学区域内，3种物质液相声速与温度和压力的关联式；关联式计算值与实验数据的相对偏差绝对平均值分别为：0.17%（癸酸甲酯）、0.10%（月桂酸甲酯）和0.15%（肉豆蔻酸甲酯），满足工程应用需求。

选取低Reynolds数k-ε湍流模型，采用数值模拟的方法计算了不同Reynolds数下入口效应和CC板通道单元体传热特性、阻力特性的关系。数值模拟的结果表明：入口效应的存在使得CC板通道前3个单元体的湍流强度显著变大，在第4个单元体之后入口效应对传热特性的影响可以忽略；随着Reynolds数的增加，由于CC板通道入口处湍流强度增加的程度逐渐变小，入口效应对传热效果的强化能力下降；随着Reynolds数的增加，入口段和充分发展段的摩擦阻力系数均有所下降；此外，由于入口效应的存在，CC板通道入口段的摩擦阻力系数比充分发展段高20%左右。

分别用体三维速度测量技术（volumetric three-component velocimetry measurements，V3V）和大涡模拟（large eddy simulation，LES）方法对涡轮桨搅拌槽内流场进行研究，发现在完全湍流状态下，涡轮桨搅拌槽内流场的量纲1相平均速度及湍动能分布同Reynolds数无关。用V3V方法实现了Rushton桨叶附近三维流场的重构；探讨尾涡的三维结构及运动规律；分析了叶片后方30°截面轴向、径向和环向速度沿径向分布规律。用V3V实验结果对比了2D-PIV（particle image velocimetry）数据中的尾涡涡对位置和涡量，涡对位置吻合度较好，但2D-PIV中涡量较V3V小37.5%；通过大涡模拟得到完整的尾涡结构，发现在叶片上边缘后侧存在一个和尾涡形成方式相同但不成对出现的涡结构；将大涡模拟结果和2D-PIV及V3V实验结果对比发现，大涡模拟在速度分布及尾涡运动轨迹方面均同实验结果吻合较好，表明大涡模拟能较好地预测涡轮桨搅拌槽内流场。

在许多强吸热化学反应的化工过程中，常常需要对反应流体流出反应器时进行快速急冷来避免副反应或逆反应发生，以期最终获得可观的目标产物。在本实验室前期开展的热等离子体裂解二氧化碳实验研究中，采取在高温反应器出口加装收缩喷管将裂解气高速导入夹套水冷管的方法，实现了对高温裂解气的快速急冷，显著地避免了裂解气中CO与O的逆反应，获得了意想不到的CO₂高转化率。本文利用计算流体力学软件模拟这一过程，以期揭示这种新的冷却方法导致极快速冷却的机制。模拟结果表明，加装收缩喷嘴确实可以期待对高温射流产生10⁷ K·s^-1量级的温降速率。深入分析表明，仅仅靠气体动力学效应不能完全解释如此快速的冷却速率。从喷管高速喷出的黏性流体在夹套水冷管内形成高速涡流，这种涡流一方面增强了主流体对周围气体的卷吸，另一方面加强了被卷吸流体在被卷入之前与夹套水冷管壁面的强制换热过程，是导致快速急冷的主要机制。

在研究单帧单曝光图像法（SFSE）流场测量的基础上，提出了测量湍流边界层相干结构的运动单帧长曝光图像法（MSFLE），该方法是具有拉格朗日性质的测量方法，测量时相机以被拍摄相干结构的迁移速度基本相同的速度移动，同时采用长曝光的方法记录粒子的运动轨迹。应用该方法，得到了充分发展湍流边界层流向-展向平面内相干结构的直观图像，清晰地展示了相干结构随时间与空间的发展演变过程，并对其中的运动特征进行了分析研究。实验结果表明，高低速条带之间的相互作用可以导致发夹涡的位移、合并和耗散，鞍点及附近强剪切层的存在是相干结构发展演化的关键。

超声波液体辅助冻结在食品、海水淡化及冰蓄冷等方面的应用得到了广泛关注。结合声场理论，在对液滴界面处热质传递分析的基础上，建立了超声波作用下的液滴冷却冻结数学模型，讨论了不同超声波频率、强度及作用时间对液滴界面处热质传递的影响，得到了超声波作用下液滴的冷却冻结规律。结果表明：超声波作用下界面处的传质系数随着超声波强度的增加而增大，但随超声波频率的增加而减小；在液滴冷却冻结过程中，质量传递与热量传递的方向相同，液滴的冷却冻结在超声波作用下得到了强化。在超声波频率为20000 Hz（强度为400 W·m^-2），经过相同的时间（60 s），超声波作用下的液滴温度比无超声作用的温度低2.0~2.5℃。研究将有助于深入理解超声波辅助冷却冻结机理，并为其工程应用提供了指导和参考。

在内径50 mm的流化床实验台上，测量SiO₂、Al₂O₃和TiO₂ 3种超细颗粒原生粒径从30 nm增加到5 μm的临界流化速度（U_mf），并以Geldart A类颗粒（粒径45 μm）为参照。结果表明：3种超细颗粒的U_mf随粒径的变化规律一致，随原生粒径从30 nm增加到5 μm，U_mf逐渐增大；当颗粒粒径增加到45 μm，U_mf大幅度减小，其与原生粒径为30和200 nm时接近。对于不同材料，U_mf由大至小的顺序依次为TiO₂、Al₂O₃、SiO₂。粉体安息角测量表明：对于同种材料颗粒，原生粒径对超细颗粒的U_mf和安息角的影响规律一致，即5 μm超细颗粒的安息角最大。聚团尺寸模型计算表明：稳定流化时，聚团尺寸随原生粒径的变化趋势以及随不同材料的变化趋势均与U_mf的变化趋势一致。研究结果为超细颗粒流化临界速度预测研究奠定了基础。

为强化气固接触，提出了一种新型塔式鼓泡循环床反应器，采用多个带有风帽的中间分布板、沿床层高度方向将反应器分隔成若干腔室，流化过程中形成一种特殊的涌渗（gushing）现象；依据连续拍照所得图像，基于快速傅里叶变换和小波包变换的方法，对床内压力脉动信号进行分析，研究涌渗产生和消亡条件，频率和能量大小，以期掌握涌渗的形成规律。结果表明，此反应器内流化数为3.47时涌渗产生明显，周期性寿命为1~2 s，频率分布于0.1~0.5 Hz区域；保持流化风速不变，改变反应器结构，加入一层中间分布板构成双腔室、调整下腔室高径比为3：1以及适当增大风帽开孔率时，涌渗主频明显，能量适中，涌渗效果得到优化。因此，塔式鼓泡流化床内的涌渗流动特性取决于流化风速以及塔式鼓泡床的几何结构。

液膜在离心粒化器边缘的破碎模式直接决定了雾化后的液滴形态和尺寸分布，是影响物料品质的关键因素。针对转盘粒化器，提出临界转变系数表征液膜由膜状向纤维状破碎的转变条件，并拓展至其他破碎模式，建立了滴状向纤维状、完全纤维状及纤维状向膜状破碎转变的临界关系。结果表明，转盘表面润湿性对于液膜呈滴状以及滴状向纤维状模式转变影响显著，未完全润湿导致临界流量存在一定的随机性，转盘直径与临界流量间无明确规律；而完全纤维状以及膜状时，大直径转盘临界流量明显升高。转速、流量、密度及黏度的提高，破碎模式趋向于膜状；而增大表面张力，即使对于较大流量和转速，液膜也能维持纤维状或滴状模式。调整转盘直径将引起表面张力与离心力同时变化，若未打破平衡，其破碎模式不会改变。研究结果为转盘粒化器的设计与优化提供了可借鉴的理论与应用基础。

以某冷却面积为405 m²的环冷机为研究对象，基于多孔介质和局部非热力学平衡理论，建立了环冷机二维稳态数值计算模型。借助COMSOL软件的自定义函数功能，将环冷台车沿运行方向的移动速度定义到数值模型中，研究并分析影响烧结矿余热回收的主要因素及其影响规律。以环冷机出口冷却空气的焓(火用）作为参数优化指标，并采用正交试验设计方法，得出环冷机一二段适宜的操作参数组合。结果表明：当其他操作参数不变时，随着入口风速的增加，出口冷却空气所携带的焓(火用）呈现先增大后减小的趋势。环冷机一二段适宜的操作参数为：冷却空气进口标况流量8.3×10⁵ m³·h^-1、料层高度1.6 m和进口风温424 K，此工况下出口热载体焓(火用）值比现有实际工况的提高了11.09%。

将离散元方法与颗粒热传导模型相结合，研究了页岩灰颗粒与油页岩颗粒在回转干馏炉内的混合传热过程，采用混合指数、颗粒平均温度和温度标准偏差作为评价混合传热效果的指标，分析了填充率、炉体转速、油页岩粒径及抄板形式对颗粒间混合传热特性的影响规律。结果表明，炉体转速和油页岩粒径是影响颗粒混合传热效果的主要因素，而填充率和抄板形式对混合传热效果的影响相对较小。当炉内未设抄板时，随着填充率和油页岩粒径的增大，颗粒间分层现象使混合传热效果变差，而随炉体转速的提高传热效果呈现出先增强后减弱的趋势；设抄板时，抄板形式对炉内颗粒间的混合起到不同程度的扰动作用，从而使传热效果得到显著改善。

纳米流体作为新型换热介质可广泛应用于多个领域。现有研究结果表明导致纳米流体沸腾换热性能变化的因素主要在于纳米颗粒在换热表面的沉积、加热表面粗糙度、表面张力、内部能量传递、气泡形成条件等。对水基SiO₂纳米流体进行池沸腾实验研究，得到SiO₂/水纳米流体与纯基液-去离子水核态沸腾换热特性的区别，比较不同颗粒粒径对纳米流体换热特性影响。结果表明：对于低浓度纳米流体，添加纳米颗粒后流体的换热特性与纯基液在相同条件下进行核态沸腾时的换热特性有较大差异，不同粒径之间换热特性变化明显，随着粒径的增加呈非线性增长趋势，随着热通量增大纳米颗粒粒径对换热特性的影响趋势增大。

纳米银（AgNP）作为应用最广、生态毒性最强的工程纳米材料之一，一旦进入地下水环境，将引发环境问题。目前，环境因素对纳米银在地下水环境中运移的影响机理尚不清楚。通过室内柱实验，研究了流速（1、2 ml·min^-1）和介质粒径特征（0.605、0.115 mm以及混合粒径的玻璃珠）对纳米银在饱和多孔介质中迁移的影响。研究结果表明纳米银在粒径较大（0.605 mm）的介质中的迁移主要受吸附沉降控制；在小粒径介质中（0.115 mm以及混合粒径玻璃珠），迁移过程同时受吸附沉降和阻塞沉降两种机理的控制，且阻塞效应主要受小粒径部分介质控制。水流速度提高能降低大粒径介质中纳米银颗粒的沉降效率，从而提高其迁移能力。而对于小粒径介质和混合粒径介质，流速提高除了降低纳米银的沉降效率，还能降低阻塞效应和促进尺寸排除效应，不但能更显著地降低纳米银在介质中的衰减，还能提高纳米银在介质中的穿透速度。研究成果对于理解复杂的场地条件下纳米材料的迁移分布动态具有理论价值。

分别以硝酸镍和氯化镍为镍源，利用热分解法和水合肼还原法制得镍纳米粒子，再经模板剂造孔法在镍核外部包裹一层介孔壳，通过焙烧和氢气还原制备了核壳结构催化剂Ni@mSiO₂和Ni-N₂H₄@mSiO₂，并以肉桂醛加氢为探针反应考察了核壳结构镍基催化剂与负载型镍基催化剂的加氢性能。结果表明，核壳结构镍基催化剂在肉桂醛加氢反应中比共沉淀法制备的负载型镍基催化剂具有更高的活性，氢化肉桂醛的收率可达90%以上。同时，Ni-N₂H₄@mSiO₂催化剂具有较高的磁饱和度，可实现该催化剂在反应后高效回收并循环套用。采用X射线衍射、比表面及孔分析、透射电子显微镜、H₂-程序升温还原和H₂-化学吸附等表征手段，研究了所制催化剂的结构特征，初步探讨了催化剂结构与性能的构效关系。

碳酸锂是制备各种锂化合物的基础锂盐，碳酸锂的制备是锂产业链当中的承前启后的关键技术。以察尔汗盐湖老卤为原料，采用响应曲面法中的central composite design（CCD）设计实验，分别考察了温度、碳酸钠加料速度、碳酸钠浓度和锂离子浓度4个因素及交互作用对反应结晶工艺中碳酸锂的收率和粒度的影响，并分别建立了响应值与影响因素之间的回归方程。响应预测最佳值为：碳酸锂收率93.68%、粒径（d₅₀）16.73 μm；相应的实验值分别为94.01%和16.91 μm。预测值与实验值接近，误差较小，说明响应曲面法建立的预测碳酸锂反应结晶的模型可靠，在最佳工艺条件下分析所制得的产品，用ICP-AES分析纯度为99.52%，用XRD分析基本无杂峰，说明反应结晶生成Li₂CO₃晶体，其主要晶面为（-1 1 0）、（-2 2 0）和（0 0 2）。

前期研究表明部分电荷中和的聚乙烯亚胺接枝琼脂糖介质FF-PEI-R440具有较高静态吸附容量和快速传质速率。本文选取硫氰酸根离子、氯离子、磷酸氢根离子以及硫酸根离子这4种反离子，在离子强度为0.03、0.06 mol·L^-1下，研究其对FF-PEI-R440吸附与洗脱行为的影响。结果表明：在两种离子强度下，饱和吸附容量的增加顺序均为SCN^- < SO₄^2- < HPO₄^2- < Cl^-；在低离子强度下，除SCN^-外，反离子种类对传质速率和动态结合容量没有显著影响；在高离子强度下，传质速率的增加顺序为SCN^- < SO₄^2- ≈ Cl^- < HPO₄^2-，而动态结合容量的增加顺序与饱和吸附容量序列一致；两种离子强度下Cl^-均保持最高的动态结合容量；反离子种类对蛋白质洗脱行为没有显著影响。上述结果说明反离子主要影响FF-PEI-R440的吸附性能，而不影响洗脱，且流动相中选择Cl^-为反离子最利于FF-PEI-R440的实际柱色谱操作。

提出按溶剂之间复配形成氢键的情况和修正的UNIFAC模型相结合的方法选择分离共沸体系的萃取精馏复合溶剂。准确测量了共沸体系与萃取精馏单溶剂和复合溶剂的汽液平衡数据，结果表明采用的萃取精馏单溶剂和复合溶剂的选择方法具有较好的准确度，模拟值与实验值比较，相对偏差均小于9%。通过综合比较得到分离乙酸乙酯-乙醇、乙醇-水和环己烷-苯3个共沸体系的最佳复合溶剂及配比。在最佳复合溶剂组成下，原共沸体系的相对挥发度达到最大值，该值优于组成复合溶剂的单溶剂所达到的分离效果。在最佳复合溶剂组成下，改变原料体系组成，复合溶剂组成对原料体系相对挥发度的影响趋势基本相同，这表明复合溶剂在萃取精馏塔内不同原料组成下均能较好地增加体系的相对挥发度，为工业上在萃取精馏过程中使用复合溶剂提供了理论依据。

多模态间歇过程测量数据异常直接影响数据驱动的多元统计分析过程建模的准确性，导致间歇过程的监控性能降低。针对多模态间歇过程测量数据异常问题，提出了一种基于动态超球结构变化（DHSC）的多模态间歇过程测量数据异常检测方法。该方法通过引入时序约束的模糊C均值聚类（SCFCM），利用隶属度变化划分多模态间歇过程的模态；针对不同模态，采用支持向量数据描述（SVDD）建立基于训练数据的静态超球体和基于待检数据的动态超球体，选择重要的支持向量作为球体结构，进而通过识别超球体发生结构变化实现过程测量数据异常检测。青霉素发酵过程仿真实验表明，所提出的方法能够实现多模态间歇过程的模态划分，减少了模态切换对过程测量数据异常检测精度的影响，并能够根据超球体结构变化检测过程测量数据异常，具有较高的检测精度，降低了误检率。

表面涂层形貌形成过程的定量描述对涂层质量控制效果的提升至关重要，建立了集成蒙特卡罗（Monte Carlo）和计算流体力学（CFD）的混合方法模拟复杂的海量液滴沉积成液膜及其随后的流平过程，并系统研究油漆液滴平均直径、黏度、密度以及表面张力对涂层表面粗糙度、流平速度以及流平时间的影响。模拟结果表明，油漆液滴平均直径增大，涂层初始表面粗糙度增大，流平速度减小，流平时间延长；黏度增大，涂层的初始和最终表面粗糙度增大，流平速度减小，流平时间延长；密度减小，涂层初始表面粗糙度增大，初始流平速度增大，流平时间稍微缩短，对最终表面粗糙度影响不大；表面张力增大，涂层流平速度增大，流平时间缩短，对涂层最终表面粗糙度影响很小。

针对燃煤锅炉受热面存在的高温腐蚀问题，采用料浆法在20G钢材表面制备复合陶瓷涂层，烧结后的复合陶瓷涂层表面较为致密，涂层与基材具有良好的结合状态。对喷涂及未喷涂陶瓷涂层钢片在SO₂腐蚀气氛环境下的抗高温腐蚀性能进行试验，并采用热分析动力学方法对试验数据进行处理，结果表明，在400~500℃温度范围内，两种试样的腐蚀过程均符合一维扩散反应动力学模式，计算求得喷涂涂层钢片腐蚀反应活化能低于未喷涂涂层钢片，涂层具有较好的抗高温腐蚀性能。对腐蚀试验后试样的形貌、成分和物相分析结果显示，涂层在SO₂气氛下腐蚀后，表面生成K₂SO₄晶粒，但由于涂层较为致密，阻止了S的扩散，内部基本没有检测到K₂SO₄的存在。

从土壤和污泥样品中分离得到一株能不对称水解甲霜灵的革兰阴性菌。通过分子生物学鉴定，命名该菌株为Albibacters sp.zjut528。当底物浓度为50 g·L^-1，湿菌体（含水量81%）：底物=0.3：1（质量比），反应28 h，产物得率为47.1%，主产物为R-甲霜灵酸，对映体过量值ee_p > 99.9%。将菌株细胞破碎得到的粗酶液分离纯化得到一个SDS-PAGE电泳纯的酯酶，分子量约为40×10³，酶的N端10个氨基酸序列为NH₂-Ala-Ala-Lys-Ala-Pro-Leu-Arg-Leu-Lys-Glu。该酶最适温度为40℃，20~40℃稳定性较好。最适pH为9.0，在pH 5.0~10.0范围内稳定。Fe²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺对酶活有促进作用，Fe³⁺对酶活有一定的抑制作用。在含有20%的乙腈、异丙醇、丙酮、二异丙醚、环己烷、正己烷的水溶液中，酶活均比在纯水相中有明显提高。该酶反应动力学符合米氏方程，V_m为0.18 mmol·L^-1·min^-1，K_m为2.29 mmol·L^-1，K_cat为0.85 min^-1。建立了一条利用Albibacters sp.zjut528细胞作催化剂拆分甲霜灵制备R-甲霜灵的工艺路线，终产品R-甲霜灵的纯度是96.2%，ee值为99.3%。

以燃煤电厂废弃SCR脱硝催化剂为研究对象，考察了浸出时间、温度、液固比和NaOH浓度对碱浸过程Al、Si、V、W、Ti等元素浸出率以及浸出渣比表面积、孔容的影响。结果表明，碱浸的最优工艺条件为反应时间180 min、温度160℃、液固比15 ml·g^-1、NaOH浓度2.5 mol·L^-1。在最优工艺条件下得到的浸出渣主要成分为锐钛矿型TiO₂，经稀硫酸洗涤后作为载体，通过负载与新鲜催化剂相同含量的WO₃和V₂O₅，制备了V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂。对催化剂进行脱硝活性评价，结果表明，再生载体制备的催化剂脱硝活性恢复至新鲜催化剂水平，300℃时NO转化率达到97.8%，且具有良好的抗硫抗水性。

在固定床管式炉反应器中进行了煤焦在H₂O、CO₂、H₂和CO混合气氛中气化特性的实验研究，考察了反应温度、原料气组成和加煤量对产物气组成以及碳转化率的影响。实验结果表明，在各实验条件下，合成气与煤焦反应后CO流量均增加最多，H₂少量增加。煤焦与CO₂的反应受到明显抑制。混合气体通过与煤焦反应可以提高有效气（CO+H₂）的含量，实验条件下反应出口气体中有效气浓度比反应结束时最多提高3.3个百分点。反应速率受气化剂之间的竞争和气化产物的抑制作用较为明显，在1100℃和1300℃时，煤焦在相同气化剂流量的合成气中的最高反应速率分别只有在纯气化剂（水蒸气或CO₂）中最高反应速率的49%和69%。受到多种气体组分之间的相互影响，气体在孔道里的扩散和吸附对反应影响更加显著，随机孔模型可以较好地拟合此类反应，而不考虑孔结构的均相模型和缩芯模型拟合度较差。

采用二级稀释采样方法对1台电厂煤粉炉、1台电厂CFB锅炉和2台工业层燃炉配备的WFGD前后烟气中PM_2.5进行现场采样。采用ELPI分析PM_2.5的数量及质量浓度粒径分布；通过SEM分析PM_2.5的显微结构，通过XRF、ICP-OES和离子色谱法分别对PM_2.5中次量、痕量元素及水溶性离子含量进行测定。研究结果表明，相比于WFGD前，煤粉炉和CFB锅炉WFGD后PM_2.5质量浓度减少，而层燃炉WFGD后PM_2.5质量浓度增加。WFGD后PM_2.5中存在大量块状、层状、片状、细小柱状和球形颗粒聚合体的结构，浆液成分及脱硫产物的附着会使PM_2.5的外观形貌特征发生显著变化。脱硫后由于脱硫浆液的参与，PM_2.5中Ca、S及相应Ca²⁺、SO₄^2-含量显著增加，Si和Al的含量下降；气相的As、Se和Hg也会发生不同的化学变化从而进入PM_2.5。湿法脱硫过程中浆液会捕集烟气中颗粒物，但脱硫浆液成分及脱硫产物会经由干化作用直接形成颗粒或与原有颗粒经碰撞聚合形成新颗粒。

采用¹³C NMR及FTIR对霍林河褐煤的化学结构特性进行深入分析，通过¹³C NMR计算得到霍林河褐煤包含34.32%的脂肪族碳、61.25%的芳香族碳以及4.43%的羰基碳。平均每个芳环团簇包含1~2个芳香环，每个芳香环中平均碳原子取代数为3~4。平均亚甲基碳链数为1.4，烷链支化度为25.47%，说明脂肪族多以短链分支形式存在。通过对霍林河褐煤红外光谱进行分峰拟合，计算得到煤的FTIR结构参数（平均亚甲基碳链数、芳香环取代度、烷链支化度）与¹³C NMR计算结果相吻合。虽然芳碳率（f_ar-F=55.37%）与¹³C NMR计算结果存在一定的偏差，但是FTIR很大程度上仍然可以反映煤的碳骨架结构特性。

采用通气的方式进行氧化还原电位（oxidation-reduction potential，ORP）调控，研究在添加抑制物条件下Kluyveromyces marxianus 1727-5利用葡萄糖、木糖以及两者混合体系的发酵性能，在此基础上考察了ORP调控策略对玉米秸秆水解液发酵的影响。研究结果表明：在调控ORP策略下，多种混合抑制物对酵母生长代谢造成的损害得以有效改善，细胞活性高，木糖、葡萄糖代谢速率加快。葡萄糖与木糖共发酵时，ORP调控至-150 mV时，葡萄糖发酵时间缩短近30%，木糖醇浓度由3 g·L^-1增加到10 g·L^-1。ORP调控策略也同样能有效缓解玉米秸秆水解液中较高浓度的多种抑制物对酵母细胞的胁迫，ORP为-100 mV时，相比于对照组，在保持终点乙醇不变的情况下，葡萄糖的发酵时间缩短了22%；木糖消耗由4.88 g·L^-1增至10.27 g·L^-1，木糖醇得率也由0.20 g·g^-1提高至0.48 g·g^-1。

建立了一种用于市场不确定条件下现代煤化工项目技术经济分析的方法。以煤制烯烃投资项目内部收益率、投资回收期、财务净现值、税后利润和单位利润CO₂排放量为主要目标，以聚烯烃价格、煤炭价格、建设投资及碳税税率为表征市场不确定性的4个变量，建立煤制烯烃技术经济分析模型。根据该模型，绘制了预测公式曲面图和等高线图，并在此基础上开展了敏感性分析和不确定性分析。敏感性分析表明聚烯烃价格变化与煤炭价格变化对各评价指标的影响最显著；利用Monte Carlo模拟的方法量化考察了市场不确定条件下煤制烯烃技术的经济性以及各风险因素对评价指标的影响，分析结果表明，在市场低迷情况下，当聚烯烃价格处于6000~8000元/吨、煤炭价格处于100~300元/吨的低位时，煤制烯烃仍可盈利。

针对低温环境条件下热泵逆循环除霜存在的诸多问题，提出了一套具备预热除霜功能的新型空气-水双热源复合热泵系统（new air-water double source composite heat pump system，AWDSHPS-N），通过阀门切换和低温水源侧水泵的启停控制可直接进入除霜模式，除霜过程中可保证制热的连续性，每次除霜时长不超过5 min。利用恒温恒湿环境仓模拟室外环境条件，可调控水温的低温水箱模拟太阳能等低温热源搭建AWDSHPS-N实验台，对不同测试工况下，单空气源制热模式（air source heating mode，ASHM）、单水源制热模式（water source heating mode，WSHM）、空气-水双热源制热模式（air-water source heating mode，AWSHM）3种制热模式将水从18℃加热至51℃的系统性能系数（coefficient of performance，COP）进行了实验，结果表明：AWSHM的COP比ASHM提高了6.1%~20.5%；当环境温度和低温水源温度均高于15℃时，系统COP高低顺序为AWSHM、ASHM和WSHM。

采用Al-Fe₂O₃（铝热剂）和Mg-Fe₂O₃（镁热剂）2种自蔓延高温合成体系（SHS）对无钙焙烧铬渣（COPR）进行固化处理，并通过浸出毒性试验对自蔓延产物的无害化效果进行评估。研究结果表明：2种反应体系均可实现铬渣的高效无害化，其中铝热剂体系和镁热剂体系铬渣含量分别高达80%和85%，其自蔓延产物浸取浓度ρ（总铬）和ρ（六价铬）分别低于4.5、1.5 mg·L^-1，符合生活垃圾填埋场污染控制标准GB 16889-2008，可进行填埋处置。在SHS反应过程中，六价铬还原率均高于90%，还原后的六价铬主要以非晶形式弥散分布于自蔓延产物中，且部分铬离子参与MgAlCrO₄尖晶石等矿物的形成，铬元素同时以物理和化学固定化的形式存在于自蔓延产物中。

以太西无烟煤为原料，采用催化热处理、改良Hummers氧化等方法，制备煤基氧化石墨烯（CGO），进而以CGO和聚苯胺（PANI）为前驱体，采用水热自组装法，制备得到PANI/石墨烯宏观体复合材料（3D-PCG）。采用FT-IR、XRD、Raman、SEM和TEM等技术，研究了材料的组成、结构和形貌，考察了3D-PCG的电化学性能。结果表明，PANI以纳米棒状形态均匀镶嵌在煤基石墨烯宏观体（3D-CG）的网状结构中；当PANI与CGO质量比为1：2时，3D-PCG的电化学性能优于PANI和3D-CG，其比电容可达663 F·g^-1。

以结构中含有开放金属位点的MIL-101（Cr）作为填料与3种不同的聚合物复合制备了混合基质膜，从填料结构、聚合物性质及填料-聚合物界面状况等角度对混合基质膜的CO₂分离性能进行了分析。结果表明，由于MIL-101（Cr）较大的孔道尺寸以及结构中开放金属Cr（Ⅲ）位点与CO₂分子间的Lewis酸碱作用，其掺杂能够同时显著提高PSF膜的CO₂通量及分离因子。而当聚合物渗透性及选择性较高时，MIL-101（Cr）的掺杂仅提高了气体通量，CO₂分离因子则略有降低。当聚合物分子链柔性较大时，MIL-101（Cr）的表面孔道会被分子链堵塞，造成混合基质膜气体通量的显著下降。

采用改进的Hummers法制备了氧化石墨（GO），对GO进行碳酸浸渍后，通过微波固相法剥离其为少层的还原氧化石墨烯（MRGO）。并采用低温原位化学沉积法制备微波还原氧化石墨烯/纳米硫（MRGO/NS）锂硫电池正极复合材料。通过FT-IR、XRD、SEM、TEM、BET对所制备的MRGO和MRGO/NS的微观结构、形貌等进行表征，采用恒流充放电测试和交流阻抗测试对复合材料的电化学性能进行研究。结果表明，通过微波固相法剥离碳酸浸渍后的GO所制备的MRGO为少层的折扇状还原氧化石墨烯，可为锂硫电池的硫和多硫化物提供足够的容纳空间，从而缓解穿梭效应，提高了电极材料的循环性能和倍率性能。

采用Euler模型与多孔介质模型对不同结构的柱式膜组件内的流体流动进行了计算模拟。研究了曝气孔数目（开孔率为1.92%保持不变）与膜组件高度对膜组件膜丝填充区域内的气液两相分布、壁面剪应力、湍流黏度以及液相速度场的影响。计算模拟数据与实验结果吻合良好。计算模拟表明：通过减小曝气孔直径，增加曝气孔数目的方式能够促进气液两相流场与液相速度场的均匀分布，以及壁面剪应力与湍流黏度的增强；增加膜组件的高度，有利于增加单支膜组件膜面积的同时充分利用曝气擦洗过程中气液两相流对膜丝壁面进行高效的气擦洗。综合考虑膜组件的安装运输、膜丝通量分布以及能耗等因素，对于直径250 mm的膜组件采用曝气孔的直径为6.32 mm，数目为30个，长度在2~2.5 m之间为最优。

利用二次生长法，以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为结构导向剂，一步水热合成了多级孔道ZSM-5分子筛膜。结果表明，CTAB球形胶束与分子筛颗粒自组装形成了介孔结构，同时，CTAB胶束及疏水长链抑制了晶体的长大。通过调整CTAB/SiO₂摩尔比、合成温度及晶化时间等制膜条件，改变分子筛膜的晶体颗粒尺寸及膜层交联度，实现了分子筛膜介孔结构的有效调节，其孔径范围7~30 nm。在CTAB/SiO₂摩尔比为0.05、合成温度180℃、时间20 h下，多级孔分子筛膜纯水渗透通量达到138 kg·m^-2·h^-1·MPa^-1，截留分子量28500，对应平均孔径7.39 nm，达到小孔径超滤的标准。

在考虑剪切导致分子链取向并升高其平衡熔点的基础上，建立了基于Nakamura方程的剪切诱导结晶动力学模型。在WLF-Cross黏度模型中引入结晶对黏度系数的影响，构建了考虑结晶的注射成型过程模型。采用改进的有限体积法对聚合物剪切诱导结晶行为进行了三维数值模拟，模拟中耦合了流动场、熔体压力、温度、诱导时间与结晶度。结果表明，本方法可清晰模拟出注射成型过程中聚合物的三维“喷泉”流动行为以及3层“皮-芯”结晶结构，同时，诱导结晶时间指数与相对结晶度的模拟结果与理论及实验结果吻合。

结合注射压缩成型（injection compression molding，ICM）工艺特点，运用平面偏振和数值仿真方法，对变曲率聚碳酸酯ICM制品残余应力的分布进行分析，研究不同压缩工艺下残余应力分布特点以及随曲率变化的规律。结果发现：除了浇口和末端小部分区域外，光弹应力条纹环绕制品形状分布；顺序式ICM残余应力条纹有较规整的对称分布结构，同步式ICM充填末端区域残余应力在厚度方向与传统注塑成型区别较为明显，呈现“压-拉”两层应力分布状态；同一平面内，变曲率ICM制品厚度方向残余应力随曲率的减小而递减。除平板制品外，其余四类不同曲率制品的平均残余应力与对应曲率均呈反比例变化关系。研究对优化变曲率透明聚合物制品的设计有一定指导意义。

锂硫电池因具有超高的理论比容量（1675 mA·h·g^-1）而被认为是最具有应用前景的二次电池。但硫基正极面临着硫导电性差、利用率低、正极结构稳定性差等问题。采用KOH化学活化法将廉价易得的农业废弃物玉米苞叶制备为多孔碳材料后，与升华硫复合获得硫/碳复合材料。利用XRD、SEM、TEM和BET对该硫/碳复合材料的微观结构、形貌等进行表征发现，玉米苞叶制备的多孔碳材料具有类石墨烯片层结构，且表面具有大量的介孔结构，硫元素均匀分布在多孔碳材料中。采用恒流充放电和交流阻抗法对该复合材料正极电化学性能进行测试发现其具有较高的放电比容量和良好的循环性能，这是由于类石墨烯片层结构的多孔碳材料提高了硫正极的导电性，且其极大的比表面积大幅增加了电化学反应位点，提高了硫的利用率。

通过二乙醇胺（DEA）和二氧化碳反应制得一种氨基甲酸铵化合物（DEAC）。DEAC初始分解温度约为54℃，二氧化碳含量14.6%。将不同份数的DEAC作为反应型发泡剂添加到硬质聚氨酯发泡体系中制备泡沫材料，得到密度为90~150 kg·m^-3，压缩强度为0.02~1.65 MPa性能良好的泡沫材料。DEA在火力发电厂作为二氧化碳吸收剂以减少二氧化碳排放。因此，DEAC可以来源于火力发电厂的副产物，成本低廉。本研究为硬质聚氨酯泡沫的制备提供了一种新型的绿色、环保、经济的方法。

以Zr（NO₃）₄·5H₂O和CH₃COOLi·2H₂O为原料，采用湿化学法，将Li₂ZrO₃包覆在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂锂离子电池正极材料的表面，研究Li₂ZrO₃不同包覆比例对LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂电化学性能的影响。SEM、TEM、EDS谱图分析表明，Li₂ZrO₃层均匀地包覆在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂表面，其厚度约为8 nm。与纯相相比，1%（质量分数） Li₂ZrO₃包覆的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂复合材料在1.0 C下首次放电比容量为184.7 mA·h·g^-1、100次循环之后放电比容量为169.5 mA·h·g^-1，其容量保持率达到91.77%，表现出良好的循环稳定性。循环伏安（CV）和电化学阻抗（EIS）测试结果表明，Li₂ZrO₃包覆层抑制了正极材料与电解液之间的副反应，减小了材料在循环过程中的电荷转移阻抗，从而提高了材料的电化学性能。

用改进的Hummers方法和机械剥离法制备纳米石墨片，以硼氢化钠为还原剂，采用一步法制备蠕虫状Pd纳米颗粒/纳米石墨片。结果表明这种新型的纳米石墨片的制备方法简单快速、温和高效。11.5 nm的Pd纳米颗粒能良好地分散在纳米石墨片上，且复合材料在碱性条件下对甲醇具有良好的催化活性和抗毒化性能，比相同条件下制备出的Pd负载在传统的改进Hummers方法制备的氧化石墨烯和商业炭黑Vulcan XC-72的催化性能更佳。

为克服碳酸熔盐热导率较低的不足，提出通过向三元碳酸熔盐（Li₂CO₃-Na₂CO₃-K₂CO₃）掺杂金属镁粉来改善导热性能的新思路，采用静态熔融法制备了掺杂1%、2%掺镁碳酸熔盐复合材料。采用扫描电镜-X射线能谱、阿基米德法、差示扫描量热法（DIN比热测试标准）和激光闪光法，分别观察了掺镁碳酸熔盐形貌结构，测量了熔盐和复合熔盐液体的密度、比热容、热扩散系数，最后计算获得复合熔盐液体的热导率。研究结果表明，镁粉的加入改变了纯盐（三元碳酸熔盐）的形貌结构，熔体内形成大量的2~5 μm球体颗粒，与纯盐相比，1%掺镁碳酸熔盐液体密度、热扩散系数和热导率都得到增强，液体比热容减小，复合熔盐液体的平均热导率增加了21.67%；2%掺镁碳酸熔盐液体密度、热扩散系数和热导率同样得到增强，虽然复合熔盐液体的比热容减小，但其平均热导率仍然增加了19.07%。1%掺镁碳酸熔盐具有更高的液体密度、热扩散系数和热导率，可作为传热介质在太阳能热发电传蓄热系统推广。

通过溶胶-凝胶制备过程中水含量控制，分别获得了硫酸根修饰的TiO₂（25）和无修饰的TiO₂（150）两种二氧化钛载体。在两种载体上，通过浸渍法引入不同浓度的碳点胶体，获得了系列不同C含量的C_x/TiO₂（25）和C_x/TiO₂（150）催化剂。利用TEM、XRD、FT-IR、UV-Vis、BET、XPS等表征分析了催化剂的表面形貌、晶格间距、晶型结构、光吸收、孔结构及元素组成。结果显示：相对于无硫酸根修饰的TiO₂（150）催化剂，硫酸根修饰的TiO₂（25）催化剂的光吸收发生显著红移，展示了更宽的可见光响应；对于TiO₂（25）样品，C的引入可提高其O_ads/O_latt比值。催化性能研究显示，C的引入可以提高其光催化活性。

在蓝宝石衬底上，利用PECVD在相对较低的温度和相对短的时间制备石墨烯。实验发现，在950℃，生长15 min，可制备纳米晶石墨烯。所制备的石墨烯为双层结构，存在较多的缺陷，使得其适合用于制作气敏传感器。制作的纳米晶石墨烯气敏传感器对甲醛气体显示出良好的响应和恢复特性。分析发现纳米晶石墨烯中大量的晶界和褶皱使气体的吸附和解吸附能垒降低是其表现出良好气敏特性的主要原因。

采用混合烧结工艺，通过改变硅藻土载体材料的质量分数制备5种不同参数的NaNO₃/硅藻土复合相变储热材料（CPCM）样品，并对其进行抗压强度测试、热物性测试、能谱表征、微观形貌观察及热性能分析。当硅藻土质量分数从30%增加到35%和40%时，样品抗压强度随之增加，表现出脆性材料特征，当达到45%和50%时，则表现出塑性材料特征。硅藻土的加入和混合烧结处理对NaNO₃的相变几乎没有影响。样品的热导率随温度升高而降低，在同一温度条件下，样品热导率均随硅藻土质量分数的升高基本呈上升趋势，但从30%增加到35%时，热导率的增幅大于从35%增加到50%时热导率的增幅，前者约为后者的8倍。与NaNO₃相比，样品在常温-相变前温度段和相变结束-最高温度段的平均比热容随硅藻土质量分数变化均出现先下降后上升的变化。硅藻土质量分数为35%时，样品内部结构致密，NaNO₃充分均匀吸附于硅藻土的分离独立小单元中。硅藻土质量分数为35%时样品具有较好的抗压强度和储热效果。

针对置障条件下容积式半密闭空间内油气着火爆炸特性进行了研究，通过高速摄影等技术手段对爆炸过程中火焰形态，爆炸超压特性进行了实验，并对实验进行了大涡模拟，精确模拟了火焰与障碍物相互作用时的火焰形态，流场结构，超压特性，与实验进行了对比分析。结果表明：障碍物的存在会使火焰结构发生变化，出现半球形→圆锥形→毛刷形的转变，并在障碍物下游由于未燃气体的卷吸产生火焰旋涡；爆炸超压峰值的产生是燃烧速度与泄压速度相互耦合作用的结果，在油气爆炸过程中，障碍物的存在会导致燃烧速度以及泄压速度的变化，进而对超压峰值产生一定的影响。

为进一步提高细水雾抑制甲烷爆炸的效率，搭建了小尺寸细水雾抑制甲烷爆炸实验平台，在普通细水雾中添加NaCl添加剂，并对其荷电，进行含NaCl添加剂荷电细水雾抑制甲烷爆炸火焰传播特性的实验研究。结果表明，含NaCl添加剂荷电细水雾对甲烷爆炸火焰传播的抑制效果，优于普通细水雾单独添加NaCl添加剂和荷电作用的抑制效果之和。随着NaCl浓度和荷电电压的增大，甲烷爆炸火焰传播速度明显减小；其中荷电8 kV、NaCl浓度12.5%的工况抑制效果最佳，甲烷爆炸火焰传播速度二次峰值较普通细水雾作用时下降了10.747 m·s^-1，下降比例高达60.26%；分析认为，在细水雾抑制甲烷爆炸火焰传播的过程中，NaCl添加剂和荷电作用之间存在相互促进抑制效果的耦合作用。

安全泄放是在失控条件下降低反应体系风险最为经济有效的技术措施之一。研究压力的数学模型既可以为泄放计算提供必要的参数，又可以让工程师深入了解样品在容器内的压力变化情况，设计出更可靠的泄放系统，并且在减少实验量的同时，还可以计算不同装载率下的泄放面积。以20% DTBP（过氧化二叔丁基）的ARC（加速度量热仪）测试为标准，结合理论推导得到了绝热条件下密闭容器中失控反应超压的数学模型，并将绝热修正后的压力测试曲线与模型模拟的压力曲线对比，验证了模型的正确性。最后，将模型的压力模拟数据应用于20% DTBP的泄放计算中，结合Leung方法，得到了不同装载率下的泄放面积，发现在装载率为20%时，泄放面积达到最大为0.0035 m²。研究结果表明建立的压力数学模型是正确可靠的，并且该模型能较好地应用于压力泄放的计算中。

搭建了半封闭的实验管道平台，开展了不同喷雾量的超细水雾降解与抑制甲烷爆炸的实验研究，分析了甲烷氧化菌的形态，抑爆过程中火焰变化，管道内部最大爆炸超压，平均升压速率的变化规律。结果表明：含甲烷氧化菌-无机盐的超细水雾能够有效降解甲烷，喷雾量越大，降解甲烷的速率越快，当甲烷的体积分数为9.5%，在喷雾量达到0.7 ml，立即引爆后的火焰亮度和火焰传播速率明显高于降解时间为360 min且二次喷雾量为0.7 ml的工况。喷雾量从0.7 ml增加至4.9 ml，无论近端还是远端最大爆炸超压均呈现下降的趋势，对于近端的平均升压速率也呈现下降的趋势。以无机盐为培养基的甲烷氧化菌和超细水雾降解与抑制甲烷爆炸具有协同作用，能够在一定时间内有效降解甲烷。