碱性电解水制氢技术在规模化应用过程中仍存在组件腐蚀、管道结构劣化等可能引发氢氧混合和氢气泄漏的风险，对系统运行安全构成威胁。通过分析碱性电解水制氢系统的结构组成和工作机理，识别出影响制氢安全的关键组件和原因。针对电极催化剂在高电流密度下活性位点不足和稳定性差的问题，提出采用三维电极结构设计或者构筑亲水疏气界面的方法。对于隔膜材料因亲水性不足和机械强度缺陷引发的氢氧混合风险，亟需开发性能优异的隔膜材料。本文还揭示了各操作参数和波动工况对气体纯度的影响机理，指出当前通过调整单一参数提高气体纯度方法的不足。为工业大规模碱性电解水制氢安全提供理论支撑。

随着“双碳”目标下新能源的迅猛发展，熔融盐辅助生物质高值化转化受到了广泛关注。鉴于此，综述了熔融盐在辅助生物质高值化转化领域的研究进展，讨论了面向不同产物制备场景下熔融盐的关键作用及机理，并总结概述了熔融盐热化学技术面临的挑战和亟需开展的研究方向，具体结果如下：熔融盐中丰富的金属阳离子能够催化化学键的断裂和形成，实现生物油中高值化学品的定向富集；灵活的熔融盐种类和组成可促进气化反应，提高合成气产量，还为比例可调控的合成气产出提供了良好的反应环境；此外，熔融盐刻蚀作用以及与炭基质的氧化还原反应改善了炭材料的孔隙率等理化特性，且熔融盐介质中热-电协同的新工艺可进一步提高生物炭材料的附加值。

低共熔溶剂（DES）作为一种绿色、高效的新型溶剂体系，在植物纤维阳离子化改性领域中展现出显著优势。本文系统综述了DES体系在植物纤维阳离子化改性中的研究进展，重点探讨了二元和三元TDES溶剂的化学工艺、改性机理及其应用性能。首先，分析了不同预处理方法（物理、化学及生物酶法）对提升纤维可及性和反应活性的作用；其次，详细阐述了羧基酸类、尿素类及甘油类二元DES溶剂体系在纤维阳离子化中的作用机制，并总结了三元TDES溶剂通过多元组分协同效应进一步优化改性效果的研究成果。研究表明，DES溶剂通过破坏纤维素的氢键网络，高效将季铵基团引入纤维素分子，提高了纤维分散性和纳米纤维产率。改性后的阳离子化纤维在制浆造纸、纳米材料、污水处理及生物医药等领域具有广泛应用。本文进一步探讨了当前DES体系在组分相互作用机制、溶剂回收及工业化应用中的技术瓶颈，并对未来研究方向提出了展望，可为植物纤维的高值化利用提供理论依据和技术参考。

一氯一氟乙烯（HCFO-1131）是一种含氟原子、氯原子及碳碳双键官能团的功能性化合物，其独特的分子结构赋予其特殊的物理化学性质。作为合成铁电性/压电性含氟聚合物P(VDF-TrFE-CFE) 的核心单体（质量占比达7%~10%），该材料在智能传感、固态制冷及新能源器件领域展现出巨大应用潜力，预计未来市场需求有望呈指数级增长。综述了HCFO-1131的合成路径及其在智能材料领域的应用拓展。HCFO-1131的主要合成路线包括含氯烯烃的氟化法、氟氯烷烃锌粉还原脱卤法以及多卤代烷烃液碱/热/催化脱HCl法。然而，上述方法普遍存在转化率低、选择性差、三废排放量高等缺陷，严重制约其规模化量产进程。针对环境友好性与材料性能的协同需求，亟需优化现有工艺或开发新型合成策略，以实现HCFO-1131的绿色高效制备，进而推动其在生物医学柔性器件、固态制冷芯片及储能复合材料等前沿领域的应用，为下一代智能装备提供关键材料支撑。

R513A因其良好的环保特性和循环性能而受到广泛关注。基于等体积饱和法，进行了R513A和R134a在聚乙烯醚（PVE）润滑油中的相平衡研究，实验温度范围283.15~343.15 K，压力范围0~1.6 MPa。此外，使用黏度计测定了润滑油在溶解制冷剂后的黏度变化。结果表明，两种制冷剂在PVE32（FVC 32D）油中的溶解度随温度升高而降低，当温度恒定时，溶解度随压力升高而增加。此外，使用非随机两液体（NRTL）方程对溶解度数据进行了关联，实验数据与NRTL模型吻合良好。随着制冷剂在油中的溶解度增加，混合物的黏度在初始阶段显著降低，随后其变化逐渐趋于稳定。溶解在油中的制冷剂大大降低了润滑油的黏度，但两种制冷剂差距不大。在应用PVE润滑油的系统中，R513A是R134a的一种合适的替代制冷剂。

卧式双轴捏合脱挥器结构复杂，桨叶在重叠区域相互交错，对其流动成膜特性尚缺乏深入认识。采用基于重叠网格和VOF模型的数值模拟方法，系统研究了捏合脱挥器在黏度为50~1000 Pa∙s、转速为1~5 r·min^-1下达到周期性稳态的成膜和表面更新特性。膜厚模拟数据与可视化装置测试结果吻合度高。脱挥器内形成不对称液位，不对称度受黏度和转速的综合影响。成膜面积随转速增加而增大，恒定转速下的成膜面积随黏度升高先迅速增加，后趋于平缓。捏合杆间的剪切拉伸作用显著，局部形成高速流体区域，有助于提高混合效率。表面更新主要发生在捏合杆抽出、捏合、“E”字形前后侧及进入区域，平均表面更新频率与搅拌转速呈线性关系。研究结果可为捏合脱挥器结构设计和工艺参数优化提供理论依据。

超长重力热管（SLGHP）因其优异的热传输能力和无泵驱动的特点，在地热能开发领域展现出广阔的应用前景。然而，在实际应用中，SLGHP的启动过程涉及复杂的气液相变与传热机制，尤其是工质注入后的温度响应及热力平衡过程尚不明确。结合实验测量与数值模拟，研究了SLGHP-热泵供暖系统的注液启动过程、取热启动特性及热泵启动方式对系统运行性能的影响。实验采用光纤测温技术实时监测注液过程中管壁温度的动态演变，发现氨工质自上而下润湿过程中形成的温度转折点与工质注入深度高度关联，可作为工质分布的动态指示参数。注液完成后，热管轴向温度梯度由初始的18.4℃/km降至2℃/km，均温性显著提升。数值模型与实验结果误差小于3%，验证了工质分布与温度场演化预测的可靠性。此外，提出了基于注液完成12 h后井口蒸汽温度与地层平均温度偏差的工程判据，无须额外布设管外测温装置即可评估注液启动阶段完成状态。进一步分析表明，热泵冷启动时，排气压力由0.55 MPa升至1.06 MPa，供暖量1 h内达900 kW，性能系数（COP）稳定于6.5；而热泵热启动过程由于系统残余热量，系统达到相对稳定所需时间缩短28%。本研究揭示了SLGHP-热泵系统启动阶段的传热机制，为SLGHP地热系统的优化设计与稳定运行提供参考。

为解决换热器通道内的颗粒污垢问题，通过搭建实验台研究了脉动通道内开孔涡流发生器的抑垢特性。对比了四种不同类型通道的颗粒污垢特性；研究了脉动通道内不同翼型开孔涡流发生器的颗粒沉积特性；分析了开孔矩形翼涡流发生器迎流角度对颗粒污垢的影响规律。结果表明，相较于光滑通道，脉动通道的抑垢率为15.7%，脉动＋矩形翼通道的抑垢率为41.2%，脉动＋开孔矩形翼通道的抑垢效果最佳，其抑垢率为47.5%。对比三种不同翼型（三角翼、梯形翼、矩形翼）开孔涡流发生器，发现开孔矩形翼涡流发生器的抑垢效果最好。当迎流角度小于90°时，污垢热阻随着开孔矩形翼涡发生器迎流角度的增大逐渐减小，当迎流角度为90°时污垢热阻达到最小。

建立了适合模拟过渡流高Knudsen数（Kn）条件下的热流逸现象的LBM-BGK方程，并修正了松弛系数和速度滑移边界条件，将温度阶跃考虑到速度滑移边界条件中，采用D2Q9模型模拟了长直微通道内空气在过渡流态时的温度、压力、流线及速度分布情况。结果表明：随着Kn增大，微通道中心处空气的温度和压力分布将发生畸变，由线性分布转变为非线性分布，同时纵截面处流线由相互平行变为不断波动，即流场的随机性逐渐增强；Kn增大意味着空气处于更稀薄的流态，此时压力差也更大，即越稀薄的流态对于提升压力差越有利；Kn越大，微通道中心处空气的无量纲速度增长幅度就越显著地低于壁面处，速度滑移效应更明显；在高Kn区域，滑移速度无量纲斜率均值\overline{\phi }与Cercignani的结果更接近。模拟结果可为介尺度流动和稀薄气体动力学领域提供一定参考。

外热式回转窑因其具有加热均匀、温度控制精准、节能环保等优点，在锂电池负极人造石墨制备关键环节石油焦碳化工艺中具有良好的应用前景。对石油焦碳化过程中回转窑壁床换热性能规律的认识不足，制约了该类回转窑的精准设计及节能低碳运行。利用电加热回转窑实验系统，研究了操作参数对石油焦、石英砂颗粒壁床传热系数的影响。结果表明：随着填充率的增加，石英砂和石油焦颗粒的壁床传热系数出现不同程度的下降；提高转速可以使石英砂颗粒壁床传热系数得到显著提升，但对石油焦颗粒强化传热作用有限，主要原因在于石英砂颗粒呈滚动运动，而石油焦颗粒呈滑动运动；滑动运动的壁床传热系数远低于滚动运动，炉体内壁设置肋带可以使石油焦颗粒床发生规律混合，从而强化传热70%~180%。

针对FC-72在具有可弹性变形壁面的PDMS矩形微通道中的冷凝流动特性进行了实验研究，采用截面为300 μm×150 μm的微通道，质量流率为290和482 kg/(m²·s)、入口干度为0.1~0.9。通过高速摄像系统捕捉两相流型的演变过程，并采用白光共焦同轴位移计实时测量壁面变形量。实验结果表明，流型为间歇流时，液塞流经位置的壁面呈现显著的厚度增加现象，且壁厚变化率与质量流率及干度呈正相关。分析发现，表面张力作用不足以解释实验中观测到的壁面变形程度。进一步研究表明，弹性壁面厚度的变化主要来源于液塞内部的局部压降，这种压降是由冷凝过程中气体液化导致细长气泡收缩所引发的。当冷凝速率达到一定程度时，液塞内部将产生显著的局部压降，从而驱动弹性壁向通道内部移动。基于上述机理，建立了预测由于内部流动凝结导致微通道弹性壁面变形的理论模型，该模型在高干度条件下与实验测量结果表现出良好的一致性。

流道结构优化是提升质子交换膜燃料电池反应气体传输及输出性能的重要手段之一，受水滴表面微流动特性启发，提出一种新型仿生水滴流道，并借助仿真软件COMSOL Multiphysics对比分析了仿生水滴流道、波形流道及直流道三者对质子交换膜燃料电池（PEMFC）性能的影响。对极化曲线、氧气浓度分布、膜电流密度、平均流速以及压降进行分析，结果表明：在仿生水滴流道最大深度为0.65 mm、周期数为8的条件下，仿生水滴流道电流密度较波形流道、直流道分别提升了2.1%和6.1%。此外，仿生水滴流道在氧气浓度分布、膜电流密度和平均流速上均比波形流道和直流道有优势，进一步说明了仿生水滴流道具有反应气体浓度均匀、输出性能高等特点。

制备了系列不同金属负载量的Ni-Ag/SiO₂双金属催化剂，揭示了草酸二甲酯（DMO）选择性加氢制乙醇酸甲酯（MG）的活性位点协同机制。采用氮气物理吸附、氢气程序升温还原、X射线衍射、X射线光电子能谱等表征技术对催化剂的形貌和活性位点结构进行了详细分析。结果表明，制得的Ni-Ag/SiO₂双金属催化剂中Ni物种主要以层状硅酸镍结构存在，且Ag颗粒负载在其表面。结合催化性能测试与原位红外光谱、程序升温脱附等表征实验探究了催化剂的构-效关系，发现不同Ni/Ag的双金属催化剂表现出显著差异的DMO和H₂的吸附活化行为。其中，Ni含量增加促进了DMO吸附活化，而Ag含量增加有利于H₂吸附活化，表明Ni-Ag/SiO₂双金属催化剂中Ni⁰/Ni ^δ+界面位点和Ag位点可能分别与DMO和H₂吸附活化相关。当调控Ni/Ag（质量比）至5∶1，可有效平衡DMO与H₂吸附活化，其中5Ni-1Ag/SiO₂双金属催化剂上DMO转化率和MG选择性分别达到了99.6% 和91.5%，且连续运行350 h无明显衰减。研究结果可为煤基合成气制MG的高效催化剂设计提供借鉴。

选取氨水、碳酸铵、碳酸氢铵和尿素为沉淀剂，以高比表面积Al₂O₃作为非溶解性铝源，Ce(NO₃)₃·6H₂O作为可溶性铈源，通过沉积沉淀法合成CeO₂-Al₂O₃载体，经Pt浸渍负载制备了Pt/CeO₂-Al₂O₃催化剂，考察了沉淀剂类型对CO催化氧化性能的影响。表征结果表明，尿素均匀沉淀法制备的催化剂展现出最优活性，被归因于增强的Pt-CeO₂界面相互作用。沉淀剂类型通过调控结晶动力学和前体种类，影响了CeO₂的分散度、分布均匀性、形貌特征及其与Pt的相互作用。在Al₂O₃存在的尿素均匀沉淀中，限制孔道内的缓慢沉淀机制促进了纳米棒状CeO₂粒子在Al₂O₃孔道内的均匀分布且高度分散，避免了氨水沉淀剂因快速沉淀而引起的纳米球状CeO₂在Al₂O₃外表面上的富集团聚，从而强化了Pt与CeO₂间的相互作用，最终实现催化性能的提升。

为了获得具有高CO₂氧化乙烷脱氢制乙烯活性的Co基催化剂，依次通过离子交换法及浸渍法制备了一系列Co/SSZ-13催化剂。通过Raman、XPS等表征手段探究了Co物种的落位和价态，并基于本课题组提出的反应路径分析方法揭示了高分散双位点Co物种协同催化CO₂氧化乙烷脱氢制乙烯的机理。结果表明，在离子交换法基础上通过浸渍在催化剂上二次负载Co物种能够有效提升催化剂活性，675℃时乙烯收率由23.46%升至38.20%；离子交换法主要在分子筛上锚定高度分散的Co（Ⅱ）物种，其表现出良好的直接脱氢活性；在此基础上进行浸渍能够在表面负载Co₃O₄物种，其在反应过程中还原为Co⁰物种从而促进逆水煤气反应，进而提升催化剂的表观氧化脱氢性能。然而，当浸渍负载量过高时，Co₃O₄物种在反应过程中原位还原为低分散度的Co⁰物种，降低了催化剂乙烯选择性。本文揭示了双位点Co物种的协同机制，指出需精准调控催化剂原始双位点比例以兼顾活性和稳定性。

电解水制氢具有绿色高效的优势，但受限于动力学缓慢及贵金属催化剂成本高，亟需开发高效稳定的非贵金属催化剂。以泡沫镍为基底，采用一步电沉积法制备Fe掺杂Co(H₂PO₂)₂催化剂[Fe-Co(H₂PO₂)₂]。研究表明，该催化剂形成三维自支撑微球结构，并呈现无定形特征，从而显著提高电化学活性位点的暴露度。此外，Fe掺杂有效调控Co(H₂PO₂)₂的电子结构，增强电荷传输能力，加速催化反应动力学。电化学测试结果显示，Fe-Co(H₂PO₂)₂在10 mA·cm^-2电流密度下的析氢和析氧过电位分别为24 mV和220 mV，并可在50 mA·cm^-2下稳定工作40 h，展现出优异的双功能电催化活性和良好的稳定性，在电解水制氢领域具有广阔的应用前景。

氨基能源催化燃烧技术因高热效率与低污染特性成为清洁能源研究热点，其核心挑战在于高效催化剂的开发。针对传统试错法周期长、成本高的问题，提出数据驱动策略，整合597组氨气转化率与529组氮气选择性数据，采用随机森林回归（RFR）、梯度提升决策树（GBDT）及类别型梯度提升（CatBoost）模型进行性能预测。结果表明，RFR模型在双目标预测中综合表现最优，测试集对氨气转化率预测R²=0.912，MAE=0.047，氮气选择性R²=0.918，MAE=0.033。特征重要性分析显示，反应温度对两目标特征影响最大。通过部分依赖图（PDP）解析CuO与CeO₂的协同效应，预测在500、700及900℃下不同比例负载量对应的催化氧化性能，实验验证显示预测误差<3%。该方法显著缩短了开发周期、降低了成本，可为机器学习驱动的催化剂设计提供可借鉴的方法论框架。

近年来，稀土元素改性二氧化钛（TiO₂）在环境催化领域展现出巨大潜力。采用溶剂热法制备了一系列稀土元素修饰的RE-B-TiO₂（RE：Nd、Sm、Eu、Er、Tm）纳米催化剂，并系统探究了其在可见光下降解盐酸四环素（TCH）的性能与机理。其中Er-B-TiO₂展现出最优的可见光催化性能。多尺度表征技术（XRD、TEM、XPS等）证实，Er-B-TiO₂由具有双晶面暴露特征的双锥体纳米单元自组装形成纳米棒结构，这种独特的晶体构型显著促进了光生载流子的空间分离效率。在可见光照射下，Er-B-TiO₂对TCH的降解效率在120 min内达到93.2%。深入研究表明，Er³⁺掺杂通过以下协同效应显著提升催化性能：（1）引入丰富的氧空位缺陷；（2）有效抑制光生电子-空穴复合；（3）通过4f能级调控将光响应范围扩展至可见光区。系统考察了环境因素对降解效率的影响，发现溶液pH和特定阴离子（如Cl^-、\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}）对反应过程具有显著调控作用。结合自由基捕获实验和EPR分析，证实超氧自由基（·{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}^{-}）是降解过程中的主要活性物种。通过高效液相色谱-质谱（HPLC-MS）的分析揭示了TCH的降解路径，毒性评估表明降解中间体的生态毒性显著降低。本研究阐明了稀土元素通过能带工程增强TiO₂光催化活性的内在机制，可为设计高效稳定的可见光响应型环境催化剂提供新思路。

混合基质膜结合了聚合物和无机材料的优点，性能可超过聚合物膜，在气体分离方面具有广泛的应用前景。为了获得高性能的CO₂/N₂分离膜，利用丙烯基-1，3-磺酸内酯（BS）的环氧基团与CAU-1的伯胺基团开环反应制备磺化CAU-1（CAU-1@BS）。然后，将CAU-1@BS添加到聚乙烯胺（PVAm）中制备制膜液，将其涂覆在亲水性改性聚砜超滤膜上制备得到混合基质复合膜。借助XPS、FTIR和BET表征了CAU-1@BS的化学结构和孔隙结构，并通过SEM表征了膜的形貌结构。此外，还研究了混合基质复合膜的制备条件和测试条件对气体分离性能的影响。研究结果表明，当CAU-1@BS的含量为7%（质量分数）时，制备的混合基质复合膜表现出优异的分离性能，其CO₂渗透速率为505 GPU（1 GPU=3.38×10^-10 mol·m^-2·S^-1·Pa^-1），CO₂/N₂选择性为67，与纯PVAm膜（CO₂渗透速率为296 GPU；CO₂/N₂选择性为39）相比，分别提高了70.6%和71.8%。一方面，这是因为通过开环反应引入的磺酸基团不仅可以作为Lewis碱性位点与CO₂发生酸碱相互作用，而且能够吸附水分子从而增强CO₂在膜中的促进传递效果。另一方面，PVAm中的氨基与CAU-1@BS的多孔结构协同作用提高膜的气体分离性能。此外，在以CO₂/N₂混合气为原料气的条件下，制备的混合基质复合膜在长达360 h的时间内保持了良好的稳定性，其平均CO₂渗透速率和CO₂/N₂选择性分别为527 GPU和70，这表明该膜具有较好的应用前景。

萃取剂构效关系是溶剂萃取研究的重要内容，但是协萃剂构效关系对萃取性能影响的研究却较少见。本研究合成了两种芳基取代磷酸二酯协萃剂，分别为苯基磷酸二（2-乙基己氧基）酯（BPPO）和对甲基苯基磷酸二（2-乙基己氧基）酯（BTPO）。以邻羟基苯甲酸正辛酯（OHB）作为主萃剂，构建了两个混合萃取体系。研究了有机相组成、水相碱度、相比、水相锂浓度以及有机相饱和负载等因素对萃取实验的影响。结果显示，甲基取代的OHB/BTPO萃取体系萃取性能和分相效果上明显优于无取代的OHB/BPPO体系。将萃取性能较好的OHB/BTPO萃取体系用于沉锂母液提锂。通过采用三级逆流萃取工艺，锂的萃取率E_Li可达94%。借助紫外、荧光、红外光谱对萃取机理展开了深入研究，结果表明，在萃取过程中OHB构型发生Keto-Enol转化，当其处于Keto构型时，具有308 nm紫外吸收峰，且无荧光发射；当其处于Enol构型时，具有340 nm紫外吸收峰，在340 nm波长的光激发下产生410 nm的蓝色荧光。同时，红外光谱上CO伸缩振动（ν_CO）、苯环的骨架振动（ν_Ph）等均发生了明显变化。

二氧化碳的直接空气捕获是抑制全球变暖的一个必要组成部分，开发高效、低浓度CO₂分离技术成为近年来研究的焦点。本研究采用聚合物-MOF复合的含氟1F-PUiO-66作为填料材料，并与对应的cPIM-1聚合物基质共混构建出负载量高达50%（质量）且对CO₂具有高亲和力的混合基质膜，实现低浓度CO₂的高效分离。所制备的50%（质量） 1F-PUiO-66/cPIM-1膜在1%（体积）低CO₂浓度进气条件下，CO₂渗透通量高达6428.3 Barrer，CO₂/N₂选择性提高至69.13，相较于cPIM-1纯膜分别提升1167.3%和81.2%，大幅度超越了2019年Robeson上限。本研究的聚合物-MOF复合填料材料在低CO₂浓度进气条件下显著的CO₂/N₂分离潜力，可为工业实际气体分离提供参考。

油气田采出水是油气开采过程中产生的废水，含锂、溴等高附加值矿物资源。目前，溶存锂、溴提取需分步进行，效率较低、操作较为烦琐。因此，开发同步提取技术，对实现锂、溴的高效、绿色、低成本资源化提取与回收具有重要意义。本文分别采用高温固相法和水热法制备LiMn₂O₄（LMO）和BiOBr（BOB）电极活性材料，进而构建LMO/BOB电极体系；对无膜同步分极吸附和有膜同步分极脱附的操作电压进行调控，并对两电极间活性材料质量比进行优化匹配。优化条件下，3 h达到吸附平衡，Li⁺吸附容量24.13 mg/g、Br^-吸附容量88.13 mg/g；3 h脱附达到平衡，基于单位质量LMO电极，单次分极脱附可得到2.70 mmol LiBr溶液。研究结果为油气田采出水中锂和溴的同步提取与回收提供了方法和数据参考。

生物基1,3-丙二醇的分离是其产业化的瓶颈，传统吸附树脂的吸附容量低，洗脱液用量大，目标产物回收能耗高。为此，本文利用1,3-丙二醇与硼酸存在亲和作用的特点，首先将苯硼酸固定化到多孔氯甲基聚苯乙烯树脂上，制备了PS-APBA和PS-CPBA两种功能性亲和树脂，并通过理化性质表征手段确认了苯硼酸基团的成功嫁接及树脂的热稳定性；其次考察了pH对树脂吸附容量的影响，确定了两种树脂在pH为13时的最大吸附量分别为226.4和192.6 mg/g；再次通过吸附动力学、吸附等温线、动态吸附、双组分竞争吸附实验考察了树脂的吸附特性，表明吸附过程符合准二级动力学，Langmuir模型拟合的最大吸附量分别为328.1和314.9 mg/g，Thomas模型拟合的最大动态吸附量为202.4和196.3 mg/g，树脂对1,3-丙二醇的吸附具有选择性；最后将两种树脂应用于浓缩发酵液中1,3-丙二醇的吸附分离，发现树脂经5次吸附-解吸后仍保留了较高的吸附量，1,3-丙二醇脱附率达到96%以上。本文的研究结果为生物基1,3-丙二醇的高效分离提供了新的技术方案。

针对钢铁生产园区多工序时空深度耦合、碳排放核算粗放及减排路径不清等问题，构建了钢铁生产全流程碳流演化模型，提出碳流监测追踪及碳排放核算方法。以南京某钢铁园区为对象开展了钢铁生产流程碳演化路径及CO₂排放特性分析。研究发现：系统层面，碳元素主要来源于外购焦炭、炼焦煤和喷吹煤粉（超过80%）；去向上碳主要转化为CO₂直接排放（超过87%），进入产品的最少（仅约2%）；其中，喷吹煤粉转化为CO₂的比例最高（约84%），而石灰石最低（仅43%）。工序内部，直接碳排放量最大的是炼铁工序，自发电环节次之，轧钢工序最低；焦化工序内部碳转化至产品中的比例最高，转化至CO₂排放的占比最低；炼钢工序的转炉煤气循环利用率最高；轧钢工序内碳元素转化至CO₂排放的比例最高。根据系统碳演化路径及各工序碳转化机制，提出一套新的产品碳排放量核算方法；阐明了煤气放散、煤气低效发电等副产气能量损失对碳排放的关联机制，提出一系列减排路径。

针对污水处理内部机理错综复杂，出水水质难以实时检测和有效控制的问题，提出了一种基于数据分解与改进蜣螂优化（DBO）TCN-BiGRU/BiLSTM的出水水质组合预测模型。采用相关性分析法在进水变量中选出与出水指标强相关的变量，作为预测模型的辅助输入特征；通过变分模态分解（VMD）对出水水质序列进行分解，简化为若干子序列，并计算每个子序列的样本熵，将其按照复杂度划分为高、低两类，据此构建出TCN-BiLSTM和TCN-BiGRU两种混合预测模型；引入Tent混沌映射和柯西变异策略改进的DBO算法对组合模型进行优化。对比实验结果表明，在出水总氮（TN）和化学需氧量（COD）的预测中，相较于CNN-LSTM、VMD-TCN-BiGRU、VMD-TCN-BiLSTM和VMD-TCN-BiGRU/BiLSTM模型，所提出的模型平均RMSE和MAE分别降低35.22%~52.41%和39.38%~55.53%，平均R²提高2.91%~7.55%，模型预测精度明显提高，且对于实测数据中的非线性复杂性问题表现出色，具有良好的工程应用价值。

氢致鼓泡断裂是高压氢气快速减压过程中橡胶内部发生的一种损伤现象。针对常用的密封件材料丁腈橡胶（nitrile butadiene rubber，NBR），建立NBR氢致鼓泡有限元模型，研究了单次氢暴露和氢循环暴露工况下橡胶内部损伤演化机制，并探究了填料、氢渗透特性、服役工况参数和空穴参量对NBR氢致鼓泡的影响。结果表明，在单次氢暴露中，泄压结束时刻是NBR最有可能发生鼓泡断裂的时间点；氢循环暴露会扩大空穴损伤，加剧鼓泡断裂风险。填料的加入可提高NBR的抗氢致鼓泡断裂。氢溶解度的增大、氢扩散系数的减小会提高鼓泡断裂的可能。减小氢气压力和泄压速率可以降低鼓泡断裂风险。较大的空穴半径、较小的空穴间距以及较大的空穴数量会带来较大的鼓泡断裂风险。

为了解决高速工况下接触式机械密封端面过热的问题，提出了一种动环外侧面设有人字槽的接触式机械密封新结构，基于计算流体动力学（CFD）建立了其流固传热数值模型，考察了密封环与密封腔内流场、温度场、压力场和速度场分布，分析了人字槽区与密封腔流体流动传热特性，揭示了对流换热机理与冷却规律。研究结果表明，人字槽结构引发的压差流显著增加了传热表面附近流体与密封腔流体之间的混合效应，提高了人字槽壁面附近流动的湍流强度，该流动减薄了外壁附近的流动和热边界层，增大了局部Nusselt数，强化了换热效果，转速增大时人字槽机械密封的换热性能也随之增强。分析了人字槽角度、槽深、排数以及端面距对换热效果的影响，其中排数与端面距的影响较大。与传统机械密封相比，外侧面人字槽机械密封的端面温升明显下降，转速为10000 r/min时温升下降38.8 K，温度降幅达22.1%，密封温升显著降低，为高性能接触式机械密封的优化设计与工程应用提供了理论依据。

医疗领域广泛使用抗生素治疗感染性疾病，然而其高极性、低挥发性的理化特性导致废水中大量药物残留，进而引发环境-生态-健康的风险级联效应，使得细菌具有耐药性的同时破坏水生生态系统。因此，高效处理废水中残存的抗生素十分必要。光催化与光芬顿技术是降解废水中残存抗生素的有效手段，然而现有光催化与光芬顿技术催化剂回收机制不完善、反应器光能利用效率低下，严重阻碍该技术从实验室向工业规模转化。为解决上述问题，本工作通过功能层原位设计，成功制备了PVDF/LFTCO （LaFe_0.55Ti_0.2Co_0.25O₃）催化膜，在光催化与类芬顿氧化协同耦合机制下，催化剂经由光致激发产生光生电子-空穴对，通过电荷分离和转移过程以及氧化还原循环反应，高效激活H₂O₂并生成活性自由基，PVDF/LFTCO催化膜在连续流装置中可稳定高效降解87.78%的盐酸四环素并在90 min内维持该性能。类光芬顿再生后，PVDF/LFTCO催化膜经过五次循环重复使用对盐酸四环素的降解率保持在73.50%，为构建高效废水处理膜提供了创新性解决方案。

孔隙结构是影响热解脱挥发分的重要因素之一。为了研究煤热解过程中孔隙的演变规律和分形特征及其对挥发分传质行为的影响，本文通过N₂吸附法和分形理论对不同热解终温（393~1073 K）下半焦的孔隙结构进行了分析和定量描述。并基于半焦孔隙的演变规律和分形特征，从颗粒尺度上对热解过程中孔结构的演变进行了建模，模型考虑了焦油的二次裂解反应、挥发分在分形孔隙内的扩散，同时能预测煤颗粒的瞬态温度分布、挥发分的生成以及孔隙结构的变化。结果表明，半焦热解过程中以狭缝状介孔为主；影响孔隙演变的机制包括干燥脱气、有机质裂解与孔隙收缩；微孔存在增加了半焦孔结构的非均质性。孔结构主要通过改变焦油的扩散机制来影响挥发分的产率，对轻质气体的产率影响不大。

我国生活垃圾焚烧处置的快速增长使得飞灰产生量急剧增加。潜在的重金属溶出、二英等环境风险制约着飞灰的资源化利用。通过在水洗过程添加磷酸二氢钠，探究了磷酸二氢钠对飞灰水洗和热处理（600℃和700℃）产物污染特性的影响。结果表明，添加磷酸二氢钠可抑制飞灰水洗过程中Cl、Pb、Ba和Se的溶出，但对As和Cr的溶出存在促进作用。当药剂添加量不少于飞灰的5.0%时，加药水洗飞灰的Pb浸出浓度能够满足《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范（试行）》（HJ 1134—2020）标准限值的要求。水洗液中含量最多的重金属是Pb，添加5.0%磷酸二氢钠可使水洗液的Pb浓度降低至10 mg/L以下。水洗-热处理过程促进了飞灰中Pb、Cu、Cd等元素的挥发，但水洗-热处理飞灰的重金属浸出浓度较低，满足相应的标准限值要求。热处理温度是影响水洗飞灰中重金属挥发的重要因素，600℃热处理有利于控制重金属挥发。700℃处理后，水洗飞灰的Pb从（1700±100）mg/kg降低至（320±80） mg/kg。磷酸二氢钠的添加有利于减少热处理过程中氯盐和硫酸盐的挥发，而对水洗飞灰热处理前后的重金属浸出特性没有显著影响。研究结果为水洗飞灰在焚烧炉内原位处理提供了科学依据，有利于飞灰的源头减量、无害化和资源化。

间接内重整固体氧化物燃料电池（IIR-SOFC）在紧邻电池片处增设重整多孔介质层，利用电池产生的热量对燃料气进行重整，为电池提供氢气。但受重整反应影响，电池内部温度分布不均匀，从而影响电池的发电性能和寿命。采用数值模拟方法得到板式间接内重整SOFC的燃料和空气的流动方向、运行温度、重整气流速对电池温度分布及发电特性的影响，并在重整流道内采用催化剂载量梯度分布方式改进温度分布。结果显示，阴、阳极流道内气体顺流情况下电池最大温差比逆流时小；随着工作温度的升高，电池内的最大温差逐渐增大；随着重整混合气入口流速的增加，温度梯度及功率密度先增大后减小。在改变重整流道内的催化剂载量分布后，电池内温度分布趋向均匀，温度梯度明显减小，最大温差减小约60%。

在可燃冰开发过程中，及时分解、清除排采系统中的水合物，是海域可燃冰开发过程中流动安全保障的重要工作。针对液相中游离客体分子及纳米气泡对CO₂-CH₄水合物分解动力学的协同作用机制尚未明晰、亟待系统探究的问题，本研究采用分子动力学方法构建了CO₂与CH₄分子比例为1∶1且孔穴占有率为100%的CO₂-CH₄水合物体系，在不同温度条件下，通过在液相中加入不同数量的CO₂或CH₄分子，模拟并观察其摩尔分数变化以及纳米气泡的出现对水合物分解速率的影响。研究结果表明，液相中存在的高浓度游离客体分子促进了CO₂-CH₄水合物的分解。游离客体分子在液相中形成较大尺寸的气泡，显著加快了水合物的分解速率。

为了研究多孔介质结构特征对燃烧强化作用的影响，在孔隙率和孔径基础上，引入新的结构参数弯曲度表征多孔介质的形貌结构特性，并对不同结构参数条件下多孔介质中低热值H₂/CO混合气的燃烧稳定性开展实验研究。结果表明，多孔介质可提高稳燃上限，拓宽贫燃极限并降低污染物排放。与孔隙率和孔径对燃烧稳定性的非单调影响特性不同，实验中弯曲度对燃烧稳定性的影响呈单调变化趋势，高弯曲度结构具有更强的燃烧增强效果。通过优化结构参数，可以扩大多孔介质燃烧的稳燃范围。此外，三个结构参数针对不同的燃烧状态也表现出不同的影响，对于高功率密度燃烧，采用高孔隙率结构可以实现更低的CO排放，对于极贫燃燃烧则应采用高弯曲度、低孔隙率的结构。

纳米流体由于其优异的光热转换性能，已成为太阳能热应用领域的研究重点。采用两步法制备了质量分数在0.001%~0.02%范围内的水基炭黑纳米流体，并对其稳定性进行了表征。在模拟太阳光和自然光照射下对不同质量分数的纳米流体进行光热转换性能测试，发现在一定范围内随着炭黑质量分数的增加，纳米流体光热转换效率显著提高，0.009%的纳米流体在自然光照射下光热转换效率可以达到60.31%，体现出优异的光热转换性能。本研究证实了水基炭黑纳米流体是一种优异的太阳能光热转换介质，可以实现太阳能光热高效转换。

盐溶液冰浆作为良好的储冷介质，广泛用于空调制冷、生物医药等领域。本研究将流场与相场法耦合，利用LBM方法分析研究过冷盐溶液在静止和流动条件下的枝晶生长与分布特性，并采用偏最小二乘法（partial least squares，PLS）分析了影响溶液过冷结晶的影响因素的权重。结果表明，当流速从0.1 m/s增加到0.5 m/s时，上游的枝晶生长率增长27%，而下游的枝晶生长率增长了12%；受到流速的影响，各向异性强度对枝晶形状的影响减弱；随着浓度的增加，枝晶生长速率变小。过冷度和热通量是影响冰晶生长的重要参数，随着过冷度、热通量的增加，盐溶液过冷结晶越容易发生，枝晶生长更加明显。

为满足70 MPa氢燃料电池汽车加注的需求，液氢加氢站多采用增压汽化工艺，但该工艺对液氢泵要求较高。为推动核心设备国产化，提出了结合45 MPa液氢泵与热压缩的泵-热协同增压系统，以降低液氢泵出口压力，提高系统可行性及国产泵的适配性。基于泵-热协同增压液氢加氢站系统，构建了热力学和㶲分析模型。通过对核心组件、加注过程及全系统的研究，分析了液氢泵、压力容器、换热器和压力控制阀等部件在不同工况下的㶲损及㶲效率。结果表明：液氢泵的㶲效率随着出口温度和压力的增加而降低，45 MPa液氢泵的㶲效率优于90 MPa液氢泵；初始温度和压力对压力容器在泵-热增压过程中的㶲效率影响显著；通过优化调整部件及其进出口参数，系统部件的㶲效率均可保持在0.74以上。通过㶲分析揭示了新型液氢加氢站系统的能量利用情况，为系统优化和性能提升提供了依据。

为改善管壳式相变储热器的储放热性能，基于内管可移动卧式管壳相变储放热实验平台，结合高精图数采集系统与固液相界面定量表征方法，研究了换热内管在既定竖直运动方向下不同移动速率（0.01、0.05和0.1 mm·s^-1）与移动距离（5、10和20 mm）对储放热特性的影响规律。结果表明，内管运动可有效强化相变材料的传热过程，储放热性能随内管移动速率和距离的增加而增强。与静止状态相比，优化的内管运动策略下储放热时间分别减少5221和1978 s，平均温度变化率分别提高至静止时的1.82倍和1.07倍。研究结论可为内管移动式相变储热装置的优化设计提供指导，并为主动强化传热技术的研究奠定基础。

三周期极小曲面（triply periodic minimal surface，TPMS）结构因其独特的几何形貌、可调控的孔隙结构和优异的热性能，为相变蓄热系统设计提供了新的解决方案。通过激光选区熔化技术制备了四种典型的TPMS结构多孔AlSi10Mg合金，包括Gyroid-Sheet、Gyroid-Network、Diamond-Sheet和Diamond-Network结构，并与石蜡进行复合。采用侧面加热边界条件，基于可视化实验研究，探讨了孔隙率、胞元结构和类型对石蜡/TPMS结构多孔AlSi10Mg合金复合相变材料等效热导率、比表面积及蓄热性能的影响规律，探明了熔化过程中固液相界面的演变规律和温度分布特征，揭示了TPMS结构的强化蓄热机理。结果表明，TPMS结构复合相变材料在提高蓄热性能方面表现出显著优势，具有等效热导率高、比表面积大的特性，其蓄热速率较纯石蜡提高了60%以上。当孔隙率为70%~85%时，四种TPMS结构中，Diamond-Sheet结构的蓄热速率最快，温度均匀性最好。本研究旨在为TPMS结构多孔金属复合相变材料的结构设计提供指导，并为其应用提供实验数据支持。

为降低建筑运行能耗，空调新风系统的绿色低碳运行至关重要。膜式新风全热回收装置因其结构紧凑且热湿交换效率较高，在新风系统节能领域具有广泛的应用潜力。以聚偏氟乙烯（PVDF）为基材，采用氧化石墨烯（GO）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）等材料对其进行改性以强化热湿交换效率。测定了改性膜材料的水蒸气透过率，系统分析了其组分、表面特性及微观结构对水蒸气透过的影响机理。在新风热回收系统中，对改性PVDF膜材料构建的热回收芯体进行了实验研究。分析了温度、相对湿度和风量等因素对装置全热回收特性的影响规律，并建立了全热回收效率的预测模型。结果表明，GO含量为0.1 g、PVP含量为7.0 g时，改性PVDF膜材料接触角为39°，此时水蒸气透过量可提高至3641 g/(m²·d）。与商用膜相比，改性PVDF膜的全热回收效率平均提高29.7%，全热回收量平均提高33.7%。基于无量纲参数构建的预测模型与实验结果的偏差均在±5%以内，具备较高的预测精度。

超低温液体储存技术面临被动绝热方案热泄漏高与主动绝热方案能耗大的技术瓶颈。提出主动冷却屏（actively cooled thermal shield，ACTS）绝热与多层绝热（multi-layer insulation，MLI）耦合的热传递模型，以实现超低温容器热泄漏与冷却功耗的协同最小化。基于液氦容器搭建ACTS绝热性能实验装置，分析了MLI和ACTS的瞬态温度变化及热传递规律，验证了理论模型的精度。通过参数优化研究，揭示了ACTS温度、位置及数量对MLI温度梯度场、热通量分布及冷却能耗的影响机制。结果表明，ACTS通过温度梯度扩大了MLI的低温区，减小了低温容器与ACTS之间的温差；单ACTS的最佳温度和位置分别为73.6 K、0.425（位置0为冷端），温度临界值为150 K；双ACTS的最佳位置分别为0.2375、0.5875，其最佳温度为36.4、128.7 K，综合评价因子较单ACTS降低24.6%；三ACTS方案将热通量降低至0.0202 W/m²，相较于单/双ACTS分别降低44.6%、28.5%，验证了多个ACTS改善超低温容器绝热性能的显著优势。该研究为超低温容器主动绝热性能控制提供了理论依据与数据支撑。

采用水热法制备了一种粒径约为40 nm的γ-Al₂O₃颗粒，并将其作为摩擦催化剂，利用聚四氟乙烯（PTFE）转盘进行机械搅拌。表征并分析了γ-Al₂O₃纳米颗粒在不同转速、RhB浓度和pH条件下，对RhB的摩擦催化降解性能。通过监测多次回收使用后的γ-Al₂O₃纳米颗粒对RhB的降解率变化，来评价其循环使用性能。结果表明，在转速为600 r/min、pH为7的条件下，经过3 h的摩擦催化反应，10 mg/L RhB的降解率可高达95%； γ-Al₂O₃纳米颗粒经过5次回收利用后，对RhB的降解率仍能达到90%以上。γ-Al₂O₃纳米颗粒展现出高效的染料降解性能和良好的回收稳定性，表明其在收集环境中的摩擦机械能驱动摩擦催化降解染料废水方面具有重要的应用前景。

丙烯酸甲酯（MA）与甲基丙烯酸甲酯（MMA）虽具有相似的单体结构，但在可逆加成-断裂链转移（RAFT）控制的聚合反应中常表现出显著的行为差异。通过对比4种不同链转移剂（CTA），重点揭示了MA与MMA在RAFT聚合中关于分子量控制及多分散指数差异的内在机制。结合聚合动力学实验与密度泛函理论（DFT）计算，重点分析了中间体自由基的断裂倾向（φ）及CTA与增长自由基间的相互作用强度（控制指数C）。实验结果表明，中间体自由基的解离倾向及其与CTA的作用强度是影响聚合速率和分子量分布的关键因素。当φ趋近于1时（如MA/CTA 2-4体系），分子量与理论值吻合良好；而在MMA体系中，由于甲基对P_n·自由基的稳定作用导致R·解离受阻（φ趋近于0），初期分子量显著偏离理论值，后续通过短链再生逐步降低偏离。本研究为RAFT聚合中分子量预测的异常行为提供了实验与理论解释，对RAFT聚合的精确控制具有指导意义。

生物质衍生的碳量子点（carbon quantum dots， CDs）具有优异的生物相容性和可再生特性，目前的合成方法具有步骤烦琐、经济性较低的缺点，不利于CDs的规模化生产。通过高温碳化和超声分散分离工艺，简便快速合成水仙基碳量子点（Nar-CDs）。以水仙球茎作为生物质前体材料，其20 L体系产率最高可达16.4%。通过紫外-可见光谱、荧光光谱、透射电子显微镜（TEM）等表征，证实纳米尺度的Nar-CDs成功制备。X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）表明其因带有含氧官能团而具有水溶性，KMnO₄和DPPH法实验的结果显示，Nar-CDs具有较强的还原能力和自由基清除能力。此外，通过细胞毒性测试和溶血试验验证Nar-CDs的优良生物相容性，对人脐静脉内皮细胞（HUVEC）几乎无毒性，并且没有引起明显的溶血作用。这些性能研究证明了Nar-CDs潜在的商业应用价值，为生物基CDs的进一步工业化生产和应用提供理论基础。

从生物质原料制备可低温固化的高性能苯并嗪树脂对满足工业领域可持续发展具有重要意义。但制备兼具低固化温度和高性能的苯并嗪树脂是当前领域的难点，为了克服这一困难，以生物质香草醛和对羟基苯甲醛为原料，合成了含氰基基团的生物质单体，采用无溶剂法合成了两种苯并嗪单体HN-fa和VN-fa。通过热分析（DSC）研究了氰基对苯并嗪开环聚合的影响。由于分子内氰基官能团的存在，HN-fa和VN-fa的固化峰值温度分别低至200和206℃，将单体热固化聚合制得poly（HN-fa）和poly（VN-fa），并对其热和阻燃性能进行了测试。制得的树脂具有优异的耐热性，poly（HN-fa）和poly（VN-fa）的玻璃化转变温度（T_g）分别高达247和189℃，此外poly（HN-fa）和poly（VN-fa）还具有优异的阻燃性能。研究结果表明，氰基的引入不仅可以降低树脂的固化温度，对于提高树脂的耐热性和阻燃性也有积极的影响。

为提高超细水雾对锂电池热解气体（LBPG）爆炸的抑制效果，降低常规细水雾抑爆剂潜在的腐蚀与环境风险，选用生物基表面活性剂CAB35和抗氧化剂OPC作为超细水雾添加剂，利用LBPG爆炸传播及抑爆实验系统，开展了无细水雾、纯水超细水雾、CAB35和OPC一元体系及CAB35@OPC二元体系超细水雾抑制LBPG爆炸实验研究。通过分析不同雾通量、不同浓度一元及二元体系超细水雾对LBPG爆炸超压及其峰值、爆炸火焰形状、爆炸火焰速度等参量的抑制特性，发现不同工况下的爆炸火焰均出现了Searby特征火焰。CAB35和OPC的一元体系超细水雾对LBPG爆炸均有一定抑制作用且优于纯水超细水雾，随着雾通量的增加，一元体系水雾抑制效果的增强趋势渐缓，CAB35与OPC的最佳抑爆浓度分别为0.5%（质量）和1.0%（质量）。相比之下，0.5%CAB35+1.0%OPC的二元体系超细水雾抑爆效果优于一元体系，随着二元水雾体系雾通量的增加，其抑制效果显著，火焰变形更为明显，浮力型火焰出现得更早。当雾通量为12.6 ml时，二元体系超细水雾作用下的爆炸超压峰值为14.3 kPa，相较于无水雾下降了66.3%，超压峰值时间延后了11.8 ms，火焰平均速度以及速度峰值分别为10.2 m/s和20.7 m/s，相较于纯细水雾分别下降了71.8%和68.4%。基于防火防爆理论，阐明了CAB35@OPC二元体系的协同抑爆机理。研究成果可为开发绿色高效的LBPG爆炸抑爆策略提供技术支持。

精准定位天然气管道泄漏点对事故应急处置具有重要意义。针对现有泄漏定位方法依赖瞬时信号、易受管道运行噪声干扰、定位精度不足的缺陷，提出了基于TPE(tree-structured Parzen estimator)-XGBoost（eXtreme gradient boosting）模型的管道泄漏定位方法。通过采集持续200 s的压降速率时间序列数据构建训练集，对比了TPE、PSO（粒子群算法）、BOA（贝叶斯优化）和Optuna四种优化算法对XGBoost模型精度的影响；分析了TPE-XGBoost与SVM、CNN及CNN-LSTM-Attention模型的定位准确性；探究了数据时间窗（30~200 s）与叠加运行噪声对定位准确性的影响规律。研究结果表明：（1）经TPE优化后，XGBoost模型的性能显著提升，在测试集上决定系数R²达0.9835；（2）在泄漏定位任务中，TPE-XGBoost模型的定位偏差仅为3.77%，优于SVM、CNN及CNN-LSTM-Attention等对比模型；（3）当数据时间窗长度在30~200 s变化时，模型在测试集上的R²始终高于0.96；（4）在叠加管道运行噪声场景下，模型定位偏差为7.58%。

煤直接液化反应器大型化是提高转化效率和经济性的必然选择，前人针对大型液化反应器涉及的工程化难题进行了诸多研究，支撑了神华百万吨级工业装置的稳定运行以及二代技术的发展，但仍面临提高油收率的挑战。深入认识煤直接液化技术换代伴随的煤反应环境的变化及其对自由基反应的影响是提高油收率的基础。本文着重分析了神华煤直接液化两代技术中煤浆的温度分布和化学反应特征，尤其是分配盘下部的自由基反应，研判了二代技术环境下煤的反应时间及液化效率，论证了煤浆温度、溶剂循环比以及梯级升温对上湾煤和哈密富油煤自由基碎片生成和加氢速率匹配的影响，探讨了高温溶剂外循环所导致的热高分温度提升促进缩聚反应的原因，提出降低外循环溶剂的量或温度进而提高油收率、降低缩聚反应、提高装置稳定性的思路。