结晶是物质分离与纯化的重要技术，目前主要采用离线分析的方法监测结晶过程参数，存在滞后性、消耗人力等弊端。基于过程分析技术（process analytical technology，PAT）的在线监测对于结晶生产工艺的优化与控制具有重要意义，可以充分提高生产效率与产品质量。原位成像技术能直观地反映结晶状态，图像分析算法提供的定量信息可用于研究结晶动力学等机理。虽然原位图像分析极具挑战性，但近些年以深度学习为代表的人工智能技术显著提升了预测精度。在简要介绍结晶领域各种常用PAT技术的基础上，重点综述了基于原位成像技术的相关研究进展，侧重于图像分析方法及其揭示的结晶行为与机理。最后，展望了原位成像技术对实现结晶过程智能监测的一些未来发展方向。

锂离子电池因其高能量密度、低成本与长循环寿命在近年来得到广泛应用，电池模型的研究也迅速发展。与等效电路模型相比，机理模型能够对不同温度、不同工况下电池的性能表现进行高精度预测，然而模型的精度高度依赖参数的精度，传统侵入式测量方法烦琐且精度无法保证，基于电压、电流等数据对电池模型的参数进行辨识成为研究的热门。综述了锂离子电池机理模型参数辨识的关键步骤，包括模型建立、参数敏感性分析以及最终的参数寻优。

高压流化床工业应用广泛。利用计算流体力学-离散元耦合模型(CFD-DEM)在1.15~92.0 kg/m³范围内考察了气体密度对A、B类颗粒最小流化速度、最小鼓泡速度、气泡和压降等流体力学行为的影响规律。模拟结果表明，不同压力下A类颗粒均存在散式流化区，流化因子随压力提高而略有增加，B类颗粒的流化因子始终小于1.1。此外，随气体密度增加，B类颗粒中气泡尺寸显著减小、数量显著增加。当气体密度由1.15增加到92.0 kg/m³时，粒径为300 μm的B类颗粒中的气泡尺寸减小了约60%，气泡数量增加了2.5倍。典型A类颗粒中的气泡尺寸与数量几乎不受气体密度影响。床层压降标准差和压力脉动振幅均随气体密度增加而降低，B类颗粒降低更显著。最后，通过对颗粒碰撞力和曳力系数的分析，探讨了气固、固固相互作用的竞争对高压流态化稳定性的影响机制。

颗粒物料团聚体在化工过程中普遍存在，其在运输时常因内部相互作用或与反应器碰撞引发变形及破碎现象。这些破坏过程时间极短，传统实验手段难以有效观测。离散元方法（DEM）和有限元方法（FEM）是两种常见的数值模拟方法。结合这两种方法的优势，有限离散元方法（FDEM）应运而生。使用改进的弹塑性铁摩辛柯梁胶结DEM模型（上交胶结模型，SJBM）与弹塑性FDEM模型，分别对颗粒碰撞和单轴压缩进行模拟。结果表明，SJBM能更精细刻画颗粒体系的应力集中与演化，在变形过程中展现出更细节的微观力学特征；FDEM在保证模拟精度的前提下，自动转换材料行为，具有相对较低的计算资源消耗。两种方法的比较，为更复杂化工过程优化和颗粒过程预测提供了模拟工具的选择依据。

工业规模气固系统的模拟研究始终面临着计算量巨大的问题，粗粒化方法将真实颗粒群打包为粗颗粒或颗粒包，提高了数值模拟方法可以处理的粒子规模。作为典型的两类气固系统粗粒化模拟方法，粗粒化离散颗粒法（coarse-grained discrete particle model，CG-DPM）和多相质点网格法（multiphase particle-in-cell，MP-PIC）具有各自的优势，CG-DPM模拟精度高但计算量较大，MP-PIC模拟速度快，但因颗粒间碰撞处理的简化在稠密系统中精度不足。本工作基于空间计算域分解策略将CG-DPM与MP-PIC耦合，在密相区域使用CG-DPM保证精度，在稀相区域使用MP-PIC加速计算，并在鼓泡床模拟中验证了耦合方法的计算精度及速度，为气固颗粒系统的加速模拟方法提供了新思路。

砖砌式换热室是塔式锌精馏炉的关键设备，主要用于预热入炉空气和回收烟气余热。由于砖砌式换热室的结构限制，其存在气体流速分布不均、换热效率低等问题。因此，以锌精馏炉砖砌式换热室为研究对象，利用CFD技术对换热室进行全面的数值研究，并基于场协同理论，以积分中值协同角、体积加权平均协同角、综合强化传热性能系数等为评价指标，评估并获得了结构优化方案。研究表明，烟气侧速度分布不均的现象集中在换热流程的连接口，空气侧流速不均的现象集中在底层空气道；结构优化应重点关注底层东侧空气道；拓宽空气道入口可有效强化筒形砖内空气流量的均匀性，相对标准偏差仅为17.5%，并改善换热室的综合传热性能；底层东侧空气道入口的最佳宽度为435 mm。

为解决常规层流流量计（laminar flow meter，LFM）线性度不佳的问题，设计了一款内有导锥、环形截面的层流元件，并且通过将引压孔设置在层流段的方式进一步提高了压差-流量线性度。采用计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）仿真技术确定了合理的导锥角度为30°，对流道尺寸分析发现，流道大小对测量段压差影响较大，流量误差随流道的增大而减小。以空气、N₂、CO₂气体为工质，探究了层流元件对不同气体的适用性，三者的流量误差均小于2%。借助CFD仿真技术对新型层流流量计进行模拟计算能够得到流道沿程压力损失和内部流场的详细数据，可以为实验提供有用的流动细节、可行的设计思路，从而提高实验效率。

本文针对氯化胆碱-乳酸低共熔溶剂（ChCl-LA）的碱木质素溶解度随乳酸摩尔比增大而提升的实验现象，从原子、分子尺度探究ChCl-LA组分配比影响碱木质素溶解度的本质机理。基于密度泛函理论，考察了不同组分配比ChCl-LA的分子表面静电势、组分间的相互作用、氢键键能，分析了这些因素与ChCl-LA溶解木质素能力的内在关系。利用分子动力学模拟，研究了不同组分配比ChCl-LA、纯乳酸与木质素的相互作用，统计分析了各组分与木质素之间的氢键数、相互作用能、径向分布函数、空间分布函数对木质素溶解的影响规律。结果表明，ChCl-LA的组分配比决定了ChCl-LA内的活性质子和氢键性质，进而影响了ChCl-LA与木质素形成氢键、催化木质素解聚的能力，从而改变了ChCl-LA的木质素溶解度。以上结果为调控ChCl-LA溶解木质素的能力提供了理论支撑，对于ChCl-LA的制备和应用以及绿色、高效溶解木质素具有重要意义。

热等离子体技术以其高温、高焓、高电子密度的特性，在CO₂与富烷烃气体重整领域展现出巨大潜力。本文首先通过数值模拟，从热力学和动力学两个层面揭示了原料配比对热等离子体重整体系粒子时空演化行为的影响机制并预测产物组成，表明热等离子体重整CH₄和CO₂的反应速度极快，可在毫秒尺度内完成转化；受键能影响，CO₂的解离难度大于CH₄，导致体系内CO的生成速率低于H₂的生成速率。进一步实验研究了CH₄以及复杂炼厂气（含CH₄、C₂H₆等组分）与CO₂在热等离子体反应器中的重整行为，建立了原料配比、输入功率等关键参数与产物组成的关系，发现炼厂气重整的产物仍以H₂和CO为主，最佳条件下，CH₄和CO₂的转化率分别达到99.6%和93.2%，对应H₂和CO的选择性分别为83.7%和98.3%。上述结果为炼厂气与CO₂协同转化制备高附加值合成气提供了新的思路。

电化学合成氨工艺由于条件温和等优势具有取代传统Haber-Bosch法的潜力，对其全流程进行定量评估具有重要价值。基于锂介导的氮还原反应（Li-NRR）和吸收法分离合成氨，构建了整套电化学合成氨流程，并对其20年的运营周期进行了模拟与优化。结果表明，电化学法的初期投资成本远低于Haber-Bosch法，但总成本仍高于Haber-Bosch法，其中电化学反应的电费占总成本的80%以上。为提升电化学合成氨的实际应用价值，应着眼于提高电化学反应的转化率及氨选择性，降低反应的电压，以降低运维成本；同时，应降低电化学反应器中的贵金属用量，或寻找可替代的新型催化剂，以进一步降低电化学反应器的初期投资成本。

甲醇制芳烃是一种可行的替代石油路线的芳烃生产技术，其关键在于开发高性能甲醇制芳烃工业催化剂。考虑到反应器尺度传递过程会影响工业催化剂的整体性能，建立了从工业催化剂到固定床反应器的双尺度颗粒分辨计算流体力学模型，并借助该模型探究了工业催化剂结构对甲醇制芳烃性能的影响规律。结果显示，拉西环催化剂颗粒对应的床层空隙率大，催化剂内扩散限制小，相比于其他催化剂外形具有最低的床层压降和较高的反应器出口芳烃收率。减小催化剂颗粒粒径能有效提升反应器出口芳烃收率，但是也会显著增加反应器压降。催化剂孔径为200 nm以及空隙率为0.5时能有效平衡催化剂内扩散以及催化材料含量和分布，显示出最高的反应器出口芳烃收率。研究结果将为甲醇制芳烃工业催化剂设计优化提供一种强大的模型工具以及一些重要的理论依据。

首先，提出了一种全局自优化控制（gSOC）问题的代理模型构建策略。该策略针对gSOC问题的特殊性，融合了划分空间设计和子模型混合自适应采样方法，提升了构建效率。在此基础上，对gSOC算法流程进行了优化，加速了最优组合矩阵的求解，扩展了算法对复杂和大规模过程的适用性。其次，改进后的算法应用于连续重整（CCR）反应过程的控制结构设计。通过结合改进的gSOC算法与模拟和启发式集成框架，系统地分析和设计了CCR反应过程的自优化控制结构，缓解了进料性质、循环氢流量及反应器入口温度的参数不确定性扰动与故障带来的芳烃损失。最后，动态模拟实验结果表明，所设计的SOC结构表现出显著的实时优化性能。该研究为工业CCR装置的控制提供了理论指导。

催化裂化（fluid catalytic cracking，FCC）沉降器跑剂故障复杂，故障发生时多个参数会偏离正常状态，需迅速检测和缓解，以保障FCC装置长周期稳定运行。提出了一种集成自编码器（autoencoder，AE）和多尺度符号转移熵（multi-scale symbol transfer entropy，MSTE）的无监督跑剂故障检测方法（AEM），充分考虑了时间序列数据中复杂的时间依赖关系及故障后时间序列的非平稳性。将双重注意力（dual attention，DA）机制融入长短期记忆单元（long short-term memory，LSTM）的编码器-解码器结构中，其中特征注意力（feature attention，FA）机制通过为输入特征变量分配权重，动态强调关键特征并识别主要故障变量；时间注意力（temporal attention，TA）机制则通过为时间维度内的每个时间步分配权重，捕获其依赖信息，从而进一步提升检测效果。此外，利用MSTE方法构建了非平稳过程的因果关系图，揭示了变量之间的时间延迟并排除了间接因果关系。通过分析沉降器快分头封头穿孔过程，验证了AEM的有效性，且提升了决策过程的可解释性。

随着化工行业朝着智能化方向发展，化工反应系统频繁遭受网络攻击，产生了严重的后果。现有工控安全仿真研究大多单独在网络领域进行，缺少针对化工反应系统的工控安全仿真技术。因此，针对该问题，以化工反应系统中常见的连续搅拌式反应釜（continuous stirred tank reactor，CSTR）为研究对象，提出一种针对CSTR的工控安全虚实融合仿真技术。首先建立CSTR控制系统模型，提出了基于攻击类型分析、攻击仿真方法、响应分析方法与攻击监测和控制方法的工控安全虚实融合仿真技术框架，利用CSTR工控安全仿真平台，实现了针对CSTR系统的攻击模拟和响应分析，并验证了提出的针对网络攻击的监测和控制方法，为推动网络安全在化工领域内的研究提供了借鉴。

针对湿法磷酸工艺中非水溶磷损失高的问题，采用分子动力学研究方法，从微观角度观察湿法磷酸工艺中磷矿的分解过程。基于该工艺的实际反应，建立了两阶段的分子动力学模型，模拟结果表明，在磷矿的分解演化过程中，\mathrm{H}\mathrm{P}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}进入CaSO₄晶格中形成共晶磷，其嵌入CaSO₄结晶之中，使得磷石膏中夹带磷导致磷损失。CaSO₄结晶在形成过程中会覆盖在磷矿表面，过量的CaSO₄分子包裹住磷矿，导致磷矿无法被完全分解，未参与的磷矿分子形成沉淀磷损失。同时，探究了不同磷酸、硫酸浓度对非水溶磷(共晶磷和沉淀磷)的影响，发现共晶磷随硫酸浓度的增大而减少，沉淀磷在硫酸质量分数为3%时最低。

通过分子动力学(MD)模拟方法，考察了多巴胺接枝的三甲胺N-氧化物(DOPA-TMAO)新型两性离子化合物的水下疏油性能，并将其与多巴胺接枝的甲基丙烯酸磺基甜菜碱(DOPA-SBMA)两性离子化合物的水下疏油性能进行了对比，还考察了不同盐浓度环境下DOPA-TMAO体系的水下疏油性能变化。结果表明，与DOPA-SBMA体系相比，纯水环境中DOPA-TMAO体系的水下疏油接触角更大，且有着厚度更大的水化层，其疏油能力更强。DOPA-TMAO体系在含盐水溶液中展现出良好的抗盐特性，这与TMAO分子中正负基团的极短间距有关，这进一步拓宽了其应用潜力。进一步研究发现，DOPA的邻苯二酚基团通过范德华力与静电相互作用显著增强表面黏附性能，与TMAO的水合屏障功能形成“锚固-屏蔽”协同效应，从而使DOPA-TMAO体系保持稳定的疏油性能；同时，TMAO优异的水合作用与抗盐机制的协同作用保障了高盐环境下的稳定疏油性能。基于贻贝仿生策略，本研究成功提升了两性离子表面在水下疏油过程中的稳定性，并揭示了新型两性离子TMAO在疏油和抗盐性能方面的显著优势，为其在复杂环境中的应用提供了理论依据。

针对天然气净化厂脱硫再生工段现有工艺再生能耗高、塔顶余热利用率低问题，本研究提出了基于机械蒸汽再压缩（MVR）热泵蒸馏改造方案。通过构建吸收-再生模拟系统，创新设计塔顶蒸汽经MVR系统增压升温后供给再沸器热源的闭式循环架构，形成余热品位提升与热能自平衡的新型再生模式。基于能效分析与过程能耗评估，针对压缩机、换热器等建立操作参数优化模型，开发含敏感性分析、响应面法与非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）的协同优化框架，构建以节能增效、减排降本为核心的多目标体系，并采用三级递进策略提升能效。结果显示，改造后硫化氢流量波动≤0.13%，再生单元能耗降低39.86%，碳排放强度下降30.66%。该方案为天然气净化低碳改造提供了创新路径，兼具经济与环境效益。

采用三维直接数值模拟方法，研究了连续相速度脉动对微通道内聚合物液滴生成与形貌的影响规律。基于黏弹塑性Saramito模型和流体体积法，结合局部自适应网格细化技术，分析了液滴的生成过程与形态特征。结果表明，适当的速度脉动可以促进液滴生成，分散相的最大拉伸长度随脉动频率的增加呈现先减小后增大的趋势，脉动振幅的增加会缩短分散相的拉伸长度。脉动作用下，液滴形貌发生显著变化。当液滴速度占主导地位时，液滴头部和侧面会出现明显的轴向拉伸应力。而当连续相速度占主导地位时，液滴侧面拉伸应力显著减小，液滴长度被压缩。此外，连续相速度脉动下，液滴平均长度可以调控在102~193 μm。液滴平均长度和宽度由脉动频率主导，振幅的影响较小。

针对传统二氧化碳加氢制甲醇单程转化率低的问题，提出了一种新的工艺：共电解耦合CO₂间接加氢制甲醇（Co-SOEC-CO₂tM），该工艺由共电解制取合成气单元、精馏单元以及二氧化碳捕集单元组成。基于工艺全流程模拟数据，进行公用工程电气化改造，并采用元素利用率、能效、CO₂排放、生产成本指标等对新工艺进行技术经济评价，并与传统甲醇合成工艺进行对比分析。结果表明：新工艺的能效最高可达61.76%，远高于其他传统工艺。新工艺的氢元素利用率为70.99%，碳元素利用率为80.84%，CO₂排放可以低至0.197 t/t （MeOH），相比于其他合成甲醇工艺具有明显优势。然而，当前可再生能源电价为0.35 CNY/kWh，新工艺成本较高，随着可再生能源的大力发展，未来电价下降至0.1 CNY/kWh时，新工艺的成本最低可降至1785.16 CNY/t （MeOH），具备良好的经济可行性和优势。

低温甲醇洗工艺存在运行能耗高和CO₂捕集不充分的问题。为优化捕集性能、降低能耗，设计了一种“双级减压闪蒸耦合半贫液循环”工艺，降低再生能耗的同时提高CO₂捕集效率，结果显示CO₂产量增加12.16%。设计两种“自热再生”优化方案，并对其进行换热网络设计，从能耗、㶲损、CO₂排放量、年度运行费用、单位CO₂产品成本等多个维度进行评价。结果表明，基于自热再生的两种甲醇洗工艺较原工艺㶲效率有所提升，热力学性能得到优化，能耗分别降低36.98%、37.20%，㶲损分别降低26.72%，26.86%，年度运行费用分别降低17.25%、15.06%，单位CO₂产品成本分别降低13.33%、10.91%。改进后的低温甲醇洗工艺在经济性以及节能、减排、环保方面表现出更好的性能。

间歇式精馏因其操作灵活性和适应性广泛应用于精细化工、制药及食品加工等行业，然而其非稳态特性和显著变化的操作条件使得传统静态模型难以精确描述系统动态行为，最终导致物质在塔内的分离效果不佳。为此本研究以乙醇-水二元混合物体系间歇精馏塔馏出液和塔釜乙醇质量分数数据为研究对象，提出了一种基于卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）和双向长短期记忆网络（bidirectional long short-term memory，BiLSTM）复合的预测软测量模型（CNN-BiLSTM），并通过改进的雪消融优化器（improved snow ablation optimizer，ISAO）优化模型超参数，旨在使其能够替代在线测量仪对间歇精馏控制起到辅助作用。实验结果表明，在馏出液和塔釜乙醇质量分数预测中，经过ISAO优化后的CNN-BiLSTM神经网络在测试集上的均方根误差和平均绝对误差相较于初始模型降幅至少为82.27%，其动态预测性能显著提升。

氯气剧毒且泄漏后常沿地面扩散，非均匀湍流涡团结构常导致扩散预测不准、相关避险措施设置不合理、引发人员中毒等事故。为指导现场快速风险评估、安全标志布置、应急处置及救援，有必要精准预知大尺度密集场景下氯气非均匀扩散规律。采用单相欧拉和组分输运方程，建立了基于能量最小多尺度（EMMS）湍流模型的高危氯气非均匀湍流扩散模拟预测方法。以美国陆军Jack Rabbit液氯泄放实验为对象，验证模拟准确性并考察了不同风速、风向、泄漏量条件下氯气非均匀扩散特性。结果表明：提出的模拟方法能较好地预测大尺度密集场景氯气非均匀扩散，误差在8%以内；风速增大会加速开阔区域氯气扩散，但对集装箱密集区浓度分布影响有限；风向偏离建筑对称轴引发“狭管效应”，会使局部浓度瞬间上升；泄漏量增大后，高浓度区域扩大形成“屏障效应”，氯气体积分数为0.045以上的面积占比增加36.6%。

工业过程工况改变时，新旧工况的数据分布不一致，导致软测量模型失配；且新工况样本稀缺，难以准确建立新的软测量模型。为此，提出了一种基于参数迁移的域适应宽度学习软测量建模方法，以提升模型的跨工况场景适配能力。在宽度学习系统框架下，设计了可学习的源域-目标域参数转换映射，最大限度地减少分布差异，对齐目标域与源域的预测输出分布，实现域间共享知识的迁移。构建了输出参数正则项、迁移参数正则项与基于最大均值差异准则的分布对齐正则项，避免跨域软测量模型的知识负迁移与过拟合。提出了模型参数的交替优化算法，实现输出参数和迁移参数的自适应学习。基于工业青霉素发酵和三相流工业过程验证所提方法的有效性与准确性，结果表明所提方法与现有迁移软测量方法相比具有更优的预测精度和泛化性能。

针对某大型煤化工厂产生的约15000 m³/h（标准工况）非渗透气作为废气燃料直接火炬燃烧导致的能源浪费问题，提出在原有煤制甲醇系统中引入固体氧化物燃料电池（SOFC）热电系统，开展煤化工与SOFC和透平发电技术耦合技术研究。使用仿真软件Aspen Plus建立煤制甲醇耦合SOFC系统的工艺流程，模拟SOFC进气温度、电流密度、气体利用率以及制甲醇流程弛放气循环比例对系统功率、效率的影响，并计算该耦合方案的经济成本。结果表明，与原煤制甲醇系统相比，非渗透气回收100%，其中85%用于燃料电池发电，系统额外产生13000 kW的电力，综合能量利用率提升2%，该系统在能源有效利用和缓解化工厂用电压力方面具有优越性，为现代煤化工产业绿色转型与SOFC商业化发展提供了思路。

混合气体多级膜分离是一种高效的分离技术，通过多级膜系统的协同作用实现混合气体中各组分的高效分离。但对其进行优化设计时需要建立复杂的混合整数非线性规划（MINLP）模型，求解困难。本文提出了一种混合气体多级膜分离系统的全局优化方法，使用分解算法将复杂的MINLP问题分解为混合整数规划（MIP）问题和非线性规划（NLP）问题，通过MIP模型枚举分离序列，引入多线程并行计算方法，将各线程中的分离序列代入两个不同精度的NLP模型中序贯优化，综合所有优化结果后确定全局最优解。通过天然气脱硫案例得到的膜分离系统年总成本（tac）较文献最优结果降低7.35%，通过高炉煤气中捕集CO₂案例验证了该方法可拓展至可变压力的膜分离系统优化。

CO₂管道出现断裂扩展时，必须考虑管内介质减压行为对该过程的影响。由于流固耦合方法存在计算成本高、收敛困难等问题，本文提出分区施加载荷的解耦计算方法，该方法可以大大简化管道边界条件计算的复杂性，并缩短运算时间。借助激波管模型、减压波模型以及管道襟翼减压经验公式作为CO₂减压模型，分别对裂尖及其前后施加不同减压形式的压力载荷，以此来模拟断裂发生过程中CO₂的减压行为。同时，所建立的有限元模型考虑了回填土及管道自重对断裂过程的影响，采用结构化网格过渡技术进行网格划分，在保证计算精度的前提下大大提高了计算效率。经对比，试验测得的平均断裂速度为108.21 m/s，相应的模型计算值为114.18 m/s，相对误差为5.52%，模型更好地预测了启裂速度，并且得到的峰值速度也与试验值更为接近。本模型计算结果在考虑保守性的同时体现出了更高的精度。

随着氢能作为清洁能源广泛应用，其安全性问题日益受到重视。氢气由于具有低密度、高扩散性及宽可燃范围等危险特性，泄漏后易形成大范围可燃云团，遇点火源可能引发火灾或爆炸，对公共安全构成严重威胁。针对这一安全问题，对液氢泄漏扩散规律进行安全研究，可以预防和减少氢泄漏事故，保护人民生命财产安全。本研究采用计算流体动力学（computational fluid dynamics，CFD）软件Fluent，结合Lee模型和流体体积多相流（volume of fluid，VOF）模型，模拟液氢泄漏及气化过程。研究发现，风速增加会延长下风向扩散距离，降低垂直高度。并基于可燃气云扩散规律，针对氢气传感器的局限性，提出利用温度传感器监测环境温度变化来预测氢气浓度的新方法。通过分析泄漏初期温度与氢气浓度间的数学关系，建立数学模型，验证模型在0.8 m高度平面上布置的温度传感器能够快速响应泄漏事件，从而提高加氢站的安全管理水平。

木质素作为自然界储量丰富的可再生高分子化合物，因其独特的结构特性及环境友好性，在污水处理领域展现出巨大应用潜力。系统综述了木质素基絮凝剂的制备策略、絮凝机理、关键影响因素及其实际应用问题。通过接枝共聚、胺化反应、交联改性和磺化改性等化学手段，可有效调控木质素分子量，优化官能团活性，并优化空间构型，从而显著提升其絮凝性能。电荷中和、吸附桥接及网捕作用是木质素絮凝剂的絮凝机理。絮凝效率受浓度、pH和温度等因素的协同影响。实验研究表明，木质素基絮凝剂在浊度去除、染料去除及重金属去除方面表现优异。如对阴离子染料的去除率可达94%以上，对重金属离子（如Cu²⁺、Pb²⁺）的去除率接近100%。与传统絮凝剂相比，木质素基絮凝剂具有低毒、可生物降解的优点，但其实际应用仍面临改性工艺复杂、潜在毒性试剂残留等问题。为推动木质素基絮凝剂的规模化应用，仍需进一步优化绿色改性工艺，平衡性能需求与环保要求，并建立高效可持续的合成路径和应用方案。

人口的增长和工业化进程的推进使工业废液的无害化处理及资源化利用成为当今社会面临的重大挑战。纳滤技术作为一项绿色高效、环境友好的膜分离技术，在工业废液处理领域展现出巨大的应用潜力。然而，传统纳滤膜在实际应用中普遍受到选择性与渗透性之间的“trade-off”效应以及膜污染问题的制约。近年来，将具有优异物理化学性质的纳米材料引入纳滤膜中，为解决上述问题提供了新的思路。本文综述了用于纳米复合膜制备的纳米材料，重点聚焦于原位生长在纳滤膜中构筑纳米分离层或功能层中的应用，详细阐述了其制备策略、结构调控机制及性能优化机制，并介绍了所制备的纳米复合纳滤膜在工业废液处理中的应用进展，以期为高性能复合纳滤膜的设计与制备提供理论指导和技术参考，推动该领域的技术创新与工业应用。

随着有机固体废物产量的逐年递增，如何实现其高效处理与资源化已成为当下环境领域的研究热点。高固厌氧消化被视为实现有机固体废物资源化的核心技术，但面临着高固体负荷引发的系统失稳及产气效率低等问题。导电材料凭借自身导电性、孔隙结构及氧化还原活性等特性调控微生物代谢与电子传递，被广泛应用于有机固废的高固厌氧消化处理领域。在现有研究基础之上，总结了铁基、碳基及铁碳复合材料对高固厌氧消化的强化效应。从关键酶活性调控、功能微生物群落优化和直接种间电子传递强化三个角度，阐明了导电材料提升系统性能背后的具体作用机制。进一步探讨了机器学习模型通过产甲烷效能预测与关键参数识别在导电材料参数优化中的应用潜力。同时，对导电材料强化有机固废高固厌氧消化的未来研究方向进行了展望。

石墨相氮化碳（g-C₃N₄）作为新型非金属光催化剂，凭借其可见光响应和环境兼容性，在有机污染物降解领域备受关注。然而，其本征光生载流子复合率高、光谱吸收范围窄（<460 nm）及表面活性位点不足等缺陷，导致光量子效率低下。通过能带工程优化与界面电荷定向传输，构建异质结体系，可显著提升载流子分离效率并拓宽光响应边界。相较于金属基异质结，g-C₃N₄基非金属体系在避免重金属溶出风险的同时，展现出更优的化学稳定性。然而，关于不同类别非金属材料与g-C₃N₄构成的非金属异质结材料在光催化降解水中有机污染物方面的研究，目前尚缺乏系统的综述。本文综述了不同非金属材料，如碳材料、黑磷、氮化硼、共价有机框架（COF）、苝二酰亚胺（PDI）、氮化碳等分别与氮化碳构建非金属型复合异质结材料的结构特征、构建策略、催化降解效率、机理及其性质，对典型的g-C₃N₄基非金属异质结光催化剂的研究成果进行了系统总结。最后，指出了当前g-C₃N₄基非金属异质结复合材料面临的挑战，并对其未来的发展前景进行了展望。

碳酸盐型卤水广泛存在于自然界和各种工业过程，新型资源和过程的开发同样需要相图和热力学模型的支持。碱金属（Li，Na，K）的碳酸盐卤水体系是典型和普遍的，补充必要的相图数据完善卤水体系热力学模型是亟需的。为此，本研究首先对多温相图数据缺乏的Li₂CO₃-K₂CO₃-H₂O体系实验补充了273.15、323.15、348.15 K的相图数据；而后在完善Li₂CO₃、Na₂CO₃、K₂CO₃三个二元体系热力学模型的基础上，重新获得CO{}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{2}}^-离子多温等压摩尔热容参数；构建了Li₂CO₃-Na₂CO₃-H₂O、Li₂CO₃-K₂CO₃-H₂O、Na₂CO₃-K₂CO₃-H₂O三个体系的多温热力学模型，获得了Li⁺，Na⁺，K⁺，CO{}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{2}}^--H₂O体系全部多温液相特征参数（3组离子对与水、3组离子对之间的交互作用参数）和9个固相物种热力学参数；预测得到三元体系的完整相图结构。对相图数据一致性较差的Na₂CO₃-K₂CO₃-H₂O体系，给出了各种盐类稳定平衡相区的判断。结果表明，所获得热力学参数对碳酸盐卤水体系的溶液物性和固液相平衡规律表达具有合理性和热力学一致性，可满足计算准确性的要求。

碱水制氢电解槽极板上气泡的生成和合并会改变电解液的流动状态，影响电解液的速度场、温度场分布，导致局部过电流和热点出现，进而降低电解槽的电解效率。采用水平集耦合流体体积（CLS-VOF）数值技术对极板通道中的气液两相流动状态进行了模拟研究，考察了气泡在极板通道表面上的生成、成长和脱落过程，以及气泡之间的合并规律，研究了电流密度、电解液流量和通道截面形状对极板通道中含气率、表面气体覆盖率和压力降的影响。结果表明，气泡合并尺寸、含气率、表面气体覆盖率随着电流密度增大而增大，随着电解液流量增大而减小。

研究电场对小尺度射流扩散燃烧特性的影响能够为高性能微动力装置设计提供指导。搭建了生物柴油小尺度射流扩散火焰实验台，探究了正向和反向均匀电场对火焰稳燃范围、稳燃火焰高度和宽度以及火焰爆炸频率的影响。使用可视化方法研究了电场对气液两相界面与毛细管口之间距离（以下简称界面距离）的影响。结果表明，当施加外部电场时，火焰的燃烧下限和燃烧上限会分别增大和减小，且反向电场的作用效果较正向电场更加显著。随着电压的增大，无论施加正向还是反向电场，火焰爆炸频率均减小，稳定燃烧时界面距离增大；随着正向电压增大，稳定火焰的高度和宽度分别增大和减小，最大变化幅度分别为10.18%和11.14%。反向电场时则相反，最大变化幅度分别为高度减小7.28%、宽度增大17.02%。

为了降低高聚合物黏结炸药（polymer bonded explosives，PBX）在制备生产过程中的安全风险，推动PBX炸药的连续化、规模化生产，以非含铝PBX代料为研究对象，设计了五种不同配比的代料药浆体系，推导并建立了基于物性参数、结构参数和操作参数变化的机筒/螺杆与物料间传热系数的计算模型。同时，探讨了实际挤出过程中螺杆计量段热传导的方向，热传导在物料温升中的贡献比例。结果表明：螺杆计量段热量转化中热传导量占主导地位，特别是在含能氧化剂∶铝粉为6∶2的物料体系中，计量段机筒换热量在黏性生热量的10倍以上；本文建立的传热系数计算模型更为全面，且计算结果介于早期传热研究理论的结果之间；本模型在相同实验条件下预测的理论出口温度与实验测量值的绝对误差在0.2℃以内，预测温升误差在20%以内。

为优化振动叶片（VB）形成的振荡流场，提升流体混合能力与综合传热性能，提出一种振动叶片与柔性板的耦合结构（VBFP）。通过实验、数值模拟及混沌分析，揭示流体混合与传热强化机制。结果表明，VB诱导周期性旋涡脱落与破碎，形成具有混沌特性的高速振荡流，使流动演化为混沌混合，但旋涡分布不均导致中心区域传热较差。在振荡流的驱动下，柔性板的被动变形振荡诱导次级和近壁旋涡，形成二次高速气流，增强非线性特征和能量级联效应，从而强化流体混沌混合，改善传热。相较光滑通道，VBFP降低时均最高温度（T_max，av）16.7℃，改善时均Nusselt数（Nu_av）69.1%，最终提升综合传热因子（η）42%；最高温度相当时，功耗和噪声分别降低6.4 W和20 dB，具备显著节能降噪优势。

废弃塑料中聚丙烯约占25%，将其选择性转化为高值芳烃原料对于推动循环经济和实现碳中和目标具有重要意义。尽管金属-分子筛催化剂已被证明能够促进聚烯烃催化转化为芳烃，但聚丙烯在分子筛外表面裂化的反应路径及金属对该裂化反应的影响仍不明确。本研究通过构筑选择性暴露外表面位点的金属-分子筛催化剂，研究了聚丙烯转化过程中主要中间物种2，4-二甲基-1-庚烯在催化剂外表面的催化裂化行为，揭示金属能够显著增强富含甲基取代基的烯烃中间物种在分子筛外表面的裂化深度，生成的小分子烯烃物种扩散至分子筛微孔中，进一步发生芳构化反应，从而提高微孔内芳构化位点的利用效率。在优化条件下，聚丙烯催化转化制芳烃的总收率为73.5%，其中三苯收率为65.6%。本研究建立了金属-分子筛催化剂结构与多步反应性能之间的关联机制，为化学回收聚丙烯制芳烃的高效催化剂设计提供了理论依据和技术支持。

油水聚结过滤过程中，明晰滤材中的液体分布和压降演化对于研究过滤机理、优化滤材结构至关重要。利用油水聚结过滤材料性能实验装置，分析了不同孔径滤材中的液体分布特性和压降演化过程，深入探讨了过滤速度和液体载荷率对滤材饱和度和过程压降的影响。结果表明：油水聚结分离过程中的液体分布和压降变化符合跳跃-通道模型，但是由于液池的存在，会导致通道阶段初期的压降突变。孔径大小决定了进入滤材内部的液体数量，进而影响液体行为和压降变化。随着过滤速度的增大，大孔径滤材中的饱和度逐渐降低，但下降幅度逐渐减弱，跳跃压降逐渐增大，通道压降保持相对稳定；小孔径滤材的饱和度则恰好相反。随着载荷率的增大，大孔径滤材的饱和度上升，跳跃压降和通道压降均增加；对于小孔径滤材，载荷率的增加对饱和度影响较小，跳跃压降几乎不变，但通道压降明显增大。最后建立了滤材中的液体分布预测模型，可用于定量表征通道饱和度与孔径、过滤速度和载荷率之间的关系。本研究可为优化滤材结构和操作参数、降低维护成本提供理论依据和技术支撑。

交联聚氧化乙烯（PEO）是目前用于CO₂捕集的热点膜材料之一。然而，基于环氧开环聚合反应形成交联PEO过程中会产生大量羟基，导致分子链间形成丰富的氢键作用，从而降低链的运动性，增大气体分子的渗透阻力，使膜材料渗透性不理想。为了提升交联PEO膜的CO₂分离性能，将18-冠-6（C6）小分子引入PEO交联网络中，形成均相混合物，利用C6分子的空腔结构及其对PEO分子链间氢键作用的干扰，促进CO₂的溶解和扩散过程。CO₂渗透系数提升至PEO膜的4.2倍［636 Barrer（1 Barrer=3.35×10^-16 mol·m·m^-2·s·Pa）］，同时保持了较高的分离选择性（约50），且膜性能在300 h的连续测试中保持稳定。

在Aspen Plus上采用UNIFAC方法构建了用于描述三聚甲醛体系的汽液平衡模型，结果表明本模型在温度处于343~423 K，甲醛浓度低于65%（质量分数，余同）以及三聚甲醛浓度低于80%时拥有良好的精度，相对平均偏差小于9.15%。同时拟合和估算了系统的密度、黏度和相变焓，与文献值相比，最大相对平均偏差不超过8.17%。在此基础上，对三聚甲醛生产工艺中的浓缩塔进行设计和优化，探讨了进料甲醇对三聚甲醛提浓塔的影响，发现含有甲醇时提浓塔的能耗更高。此外，对提浓塔进行水力学校核，以保证设计的完整性。

高能量密度燃料作为航空推进系统的关键能源，可通过分子结构设计与组成优化提高飞行器的航程、航速和载荷能力。光化学为张力结构燃料和多环结构燃料合成提供了一种绿色工艺，但面临光生电荷分离效率低、反应性能差等问题。本工作研究了ZnO/WO₃异质结光催化降冰片二烯和环己烯酮混合体系的［2+2］环加成过程。通过反应路径调控实现了混合燃料组成调制，有效解决了单组分燃料中密度和冰点性能的制约限制。研究发现，在光催化剂催化和环己烯酮敏化作用下，降冰片二烯分子内环加成制备四环庚烷的反应过程被促进。相比于ZnO，ZnO/WO₃异质结光催化剂会抑制激发三重态环己烯酮的形成，进而抑制环己烯酮参与的分子间［2+2］环加成反应过程。最终通过加氢脱氧精制获得混合燃料产品，其中QC/1-adduct质量比约为1.20时，其密度为0.984 g/cm³，热值为43.17 MJ/kg，冰点<-60℃。本工作为开发高效和可持续的航空能源体系提供了新思路。

利用快速压缩机发展了可燃混合气引燃固相推进剂的实验方法，研究了C₃H₆/O₂/Ar混合气及C₃H₆/O₂/Ar混合气+NEPE推进剂体系着火特性，使用瞬态压力传感器和高速相机同步获得了C₃H₆/O₂/Ar混合气及C₃H₆/O₂/Ar混合气+NEPE推进剂体系着火过程压力及高速图像，分析了不同C₃H₆/O₂浓度及压缩上止点压力对混合气及混合气+NEPE体系着火的影响，揭示了气相C₃H₆/O₂/Ar混合气引燃含氧化石墨烯NEPE推进剂的机制。结果表明，C₃H₆/O₂/Ar混合气的添加促进了含氧化石墨烯NEPE推进剂的着火，降低了其着火极限；随着C₃H₆/O₂浓度增加，在20 bar（1 bar=0.1 MPa）压力下，NEPE推进剂由不着火转变为着火，并在2% C₃H₆/9% O₂/89% Ar混合气（Mix3）条件下发生爆燃；随着压缩上止点压力的增加，Mix4与Mix4+NEPE体系由不着火转变为着火，且着火延迟期逐渐缩短。

大容量储能电池凭借其高能量密度的优势，已成为当前新型储能系统和新能源电动汽车发展的重要方向之一。本研究围绕大容量储能电池的产热行为特性及其容量衰减机制，采用实验测试方法探讨了在不同充放电条件下，电池的热行为与性能衰减之间的关系。实验结果显示，不同的工作条件(如温度、倍率等)对电池的产热行为有着显著影响。高倍率1.0C放电致使电池的最大温升达21.64℃，而低倍率0.25C放电温升仅为3.5℃，此外多点温度监控结果证实大尺寸电池的温度分布明显不均匀，负极附近温升高于其他区域；在容量衰减方面也呈现出与温度的强相关性，在45℃高温环境中，电池连续100次充放电循环测试其容量衰减速率是25℃的2.26倍。本研究有望为大尺寸/容量储能电池安全性和电池管理系统设计提供指导和依据。

以准东五彩湾高碱煤（WCW）为实验对象及模型进行合成灰配比，选用SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、Na₂CO₃和CaCO₃/CaSO₄为原料进行合成灰制备。对样品进行燃烧实验，对所得灰样进行筛分、XRD和FTIR检测，以探究不同钙对高碱煤灰烧结特性的影响。结果表明，使用CaCO₃制备的合成灰（RR-1-Cal）初始烧结温度低于使用CaSO₄制备的合成灰（RR-1-An），RR-1-An烧结倾向强于RR-1-Cal。灰中CaCO₃对液相烧结的影响路径是因为Na-Si-Al之间反应生成钠长石，CaO与Si/Al反应生成含钙硅铝酸盐后，钠长石与含钙硅铝酸盐发生低温共熔。除此之外，硫酸根的加入会使得硅铝结构在高温下更不稳定，更易出现熔融烧结现象。在固相烧结过程中，CaCO₃对煤灰硅结构先破坏后聚合，CaSO₄则促进煤灰在更低温度下发生聚合。

锂离子电池产热对电池高能量和高功率密度下安全稳定运行至关重要。基于COMSOL Multiphysics平台，建立了锂离子电池的伪二维模型（pseudo-two-dimensional electrochemical model， P2D），探究了正负电极活性材料体积分数、正极厚度和隔膜电解质体积分数对电池产热的影响，并基于此，结合NSGA-Ⅱ多目标优化算法，系统分析上述关键结构参数对电池容量与产热的协同影响，从而为实现锂离子电池高容量和低产热的性能优化设计提供理论支持。

为降低氢液化过程的比能耗并提高深冷阶段的冷能利用率，提出一种新型的基于双混合工质深冷的级联氢液化工艺。该工艺使用混合工质预冷，通过级联的双混合工质逆布雷顿循环深冷。工艺的液氢产量为300 t/d，通过六级正仲氢转化后，产品仲氢浓度大于99%。利用Aspen HYSYS软件对工艺进行模拟，并在Matlab中调用遗传算法以比能耗为目标函数对工艺的关键参数进行优化。基于优化结果进行㶲分析和换热器性能分析，结果表明：优化后该工艺的比能耗为6.07 kWh/kg，㶲效率为53.01%。各级换热器的冷热流复合曲线更加匹配，最小换热温差均在1.0~1.5℃。该工艺设计可为大规模氢液化工艺的优化和改进提供参考。

以高分子非催化还原（PNCR）脱硝剂及该工艺应用过程中产生的垃圾焚烧底灰和飞灰为对象，研究PNCR脱硝剂热分解过程氮元素释放与残留特征，表征垃圾焚烧底灰和飞灰结构，揭示PNCR脱硝工艺应用后垃圾焚烧的底灰和飞灰含氮污染物特征，探究底灰和飞灰对氨的吸附行为及热解释放特征。结果表明，PNCR脱硝剂在高温条件下，氮元素几乎完全分解和释放，底灰和飞灰残留含氮污染物含量低于0.5%（质量分数）；GCMS和XPS表征结果表明，底灰和飞灰中含氮物质主要以无机氮盐（硝酸盐、铵盐）和有机氮（吡啶类、吡咯类和腈类）形式存在；通过TG-MS和in-situ IR等表征以及直接热脱附实验发现，加热释放的氨含量显著低于其他热脱附气体，热分解产物主要是NO _x，并且飞灰与底灰对游离氨吸附残余容量极低。研究结果将为垃圾焚烧行业固废含氮污染物有效处置提供理论支撑，以促进PNCR脱硝工艺推广和应用。