纳米受限界面处的流体由于受到界面性质的影响显著，且存在复杂的传递和反应机制耦合问题，其流体分子行为难以调控，成为了现代化工新技术（如膜过程、多相催化）突破的瓶颈。结合了近几年本课题组的相关工作进展，以化学性质稳定的高比表面氧化钛作为研究平台，对界面处流体分子受限行为进行分析，研究了传递和反应机制分别对界面处流体行为的影响，并探索其调控机制；同时对建立的相应分子热力学模型进行了初步探索，通过原子力显微镜技术将界面摩擦性质和分子间相互作用关联，为分子热力学模型提供分子参数。

液滴动态行为的调控在包括微化工、相变传热、喷雾冷却、农药喷洒、微流控芯片等领域都具有广泛的应用。液滴润湿过程包含着复杂的固液界面现象，借助界面效应对液滴动态行为进行调控是液滴调控领域的热点方向。将围绕多尺度润湿、界面结构驱动的液滴动态行为等过程中的若干科学问题进行综述。首先介绍了多尺度表面润湿基本理论，讨论了核化过程、液滴多尺度润湿、液滴弹跳和液滴多向迁移过程及液滴撞击固体表面过程中的固液界面作用机理，并展现了液滴动态调控在相变传热、喷墨打印、农药喷洒和微流控等工业过程的调控作用、应用以及主要发展趋势和方向。

加氢、氧化等气液慢反应过程广泛存在于现代过程工业之中，这些反应过程一般受传质速率控制。因此，对这类多相反应体系的传质强化一直是研究热点之一。但总体而言，除外场和微通道（微流控）强化等一类强化反应器外，以往的研究大多集中于界面尺度为毫-厘米级的传统反应器的搅拌与混合方式、气泡分布状态、流体流型、构效关系等方面，而鲜有将研究视角投放到传统以米为直径计量单位的反应器平台上如何构建尺度为微米级的界面体系及其特殊效应方面。探讨了多相反应体系的微界面反应强化理念，并简述了微界面的涵义、微界面反应强化与构效调控方法、微界面反应器的结构与形成原理、微界面体系的微颗粒测试与相界面表征技术、微界面反应强化面临的问题与挑战等，以与本领域同行共同研讨。

阐述了限域传质分离膜的研究背景及现状，分析了该领域面临的关键科学问题及研究思路，介绍了我国在此领域的研究进展，并提出了未来的发展方向。

随着皮肤激光医学的高速发展，与之配合的表皮冷却技术日益重要，具有极大的市场应用前景。制冷剂瞬态闪蒸喷雾冷却（CSC）已经成为激光治疗血管性皮肤病的重要辅助冷却手段，可以有效减小黑色素吸收激光能量导致的表皮热损伤，从而提高入射激光能量、改善治疗效果。CSC涉及到低沸点高挥发性介质的闪蒸雾化、冷却表面沸腾相变传热等多相流与传热复杂科学问题，已有研究大部分是以实验的方式进行。本文从闪蒸喷雾机理、闪蒸喷雾特性、表面动态传热规律与传热强化4个方面对CSC在近二十年的研究进展进行综述，对比分析了典型研究方法与研究结果，并对其影响因素进行了探讨，使用更低沸点的新制冷剂与背压/距离耦合的喷雾新技术可以极大提高冷却能力。最后，指出了当前研究的难点以及后续研究方向。

化工过程在实际操作过程中时刻面临着扰动，稳定性作为化工过程可操作性的一个重要元素，决定着化工过程在扰动消失之后能否回到原来的操作点，直接关系到产品的质量以及过程的安全性。对于稳定性的研究有助于理解及调控化工过程的非线性行为，例如多稳态现象和持续振荡等，从而保证化工过程在扰动的作用下能够长周期、平稳、安全运行。本文从多稳态现象和多稳态点的稳定性分析、考虑稳定性的化工过程优化方法、化工过程稳定性的调控以及不确定性条件下的稳定性分析4个方面综述了化工过程稳定性分析的研究进展。

降龙涎醚具有特殊的龙涎香香气，因其独特的香气特征和特有的定香能力被广泛应用于各种香精配方。目前降龙涎醚的工业生产主要以香紫苏醇、β-二氢紫罗兰酮、金合欢醇类似物为原料进行制备，但这些生产方法从绿色化学的角度来看依然存在诸多的问题。综述了降龙涎醚合成的研究进展，详细阐述了以香紫苏醇为起始原料的合成方法研究进展。其中，以香紫苏醇为起始原料，双氧水作为氧化剂，通过杂多酸盐等催化剂催化合成降龙涎醚，操作简便，污染小，是极具潜力的绿色合成方法。

微反应器和声化学技术都是化工过程强化的重要手段，但都有优缺点。阐释了“声化学微反应器”的理念——微反应器和声化学技术相互集成，利用超声强化微通道内的混合、传质和预防堵塞等，同样借助微反应器实现声场和气泡场的有效调控并解决声空化过程的放大难题，实现协调强化的目的。同时，深入剖析了声化学微反应器内的声空化行为、声场和气泡场调控规律，以及多相流动体系中的混合与传质强化机制。最后展望了该领域的发展方向，并指出超声空化过程中表界面时空尺度现象和理论是实现并优化超声强化的基础。

现代新型煤化工是我国当今基础有机化学工业发展的新亮点，也是世界化工界的又一次革命。煤制化学品路线经历气化、变换、甲醇合成、甲醇制烃类等过程，其中，最为重要的是分子筛上甲醇转化的过程。本文综述了分子筛上甲醇转化的相关研究，一方面从ZSM-5上甲醇转化的生成烃池及烯烃的热力学机制和产物分布出发，介绍了多甲基苯生成烯烃热力学平衡模型和其中的芳烃池生成烯烃热力学机制，另一方面，介绍了基于Ising模型的分子筛离散拓扑结构模型。利用分子筛孔道堵塞与围棋中“气”的有无的类似性，能够很好地再现SAPO-34上的相变失活现象和不均匀的积炭分布现象。以模型为指导，介绍了一些分子筛多级结构构筑的工作，这些工作很好地提升了催化剂选择性和寿命。这些概念对于准确理解甲醇在分子筛上的反应与失活机制、产品分布及提高选择性有指导意义。

纳米药物作为一种新兴技术，为肿瘤的精确定位和早期诊断、靶向、长效和联合治疗提供了重要的研发平台，为克服传统药物非特异性靶向和非选择性损伤机体组织的瓶颈问题提供了可能。近年来研究者基于量子点、纳米金、纳米介孔硅等无机纳米药物载体设计合成了大量可用于肿瘤诊疗的纳米药物，主要通过“核-壳”结构设计、表面修饰等方法提高纳米药物性能。综述了无机纳米材料作为纳米药物载体在肿瘤诊疗中的应用，详细介绍了纳米药物的设计策略和肿瘤诊疗作用机制，并对未来进行无机纳米药物在肿瘤诊疗中的临床应用进行了展望。

近年来，随着核电、航空航天、锂电动汽车等行业的快速发展，全球对锂产品的需求逐年增加。鉴于卤水锂资源约占世界锂资源的65%及世界锂产品产量的58%来自于卤水工艺，过去十余年卤水提锂材料、技术与装备研究方兴未艾，吸引越来越多的科技工作者关注。根据全球特别是中国卤水锂资源赋存特征与状态，归纳分析了沉淀法、膜法、萃取法和吸附法等卤水提锂关键技术，综述了各种方法的适应性及发展方向。

蛋白质色谱界面行为解析对实现以高吸附容量、高活性收率和高传质速率为特征的高效色谱具有重要意义。利用分子模拟技术在微观过程展示方面的独特优势解析色谱界面过程已经广泛开展。本文综述色谱界面上蛋白质的取向、构象转换以及传质过程的分子模拟研究工作。首先，概述色谱界面上蛋白质取向研究，总结取向的成因和调控因素，探讨通过蛋白质取向调控实现高吸附容量。其次，概述色谱界面上蛋白质构象转换，尤其是变性现象的分子模拟研究，以通过色谱条件优化获得高活性收率。最后，阐述色谱介质表面传质过程研究及现存问题。本文以高吸附容量、高活性收率和高传质速率为目标，总结其对应微观过程的分子模拟解析，服务于色谱表面优化设计以实现高效色谱。

限域传质是流体分子通过与其运动自由程相当的传质空间的过程，流体分子与限域壁面的作用与和流体分子间的相互作用决定了传质效率。当碳通道尺寸小于10 nm时，由于其壁面具有无摩擦效应，导致传质阻力小；因此，具有限域传质效应的碳基分离膜传质通量和选择性都高，有望成功突破渗透性和选择性的博弈效应。本文综述了近年来具有限域传质效应的碳基分离膜的研究进展，主要介绍了两类碳基分离膜，规整排列的碳纳米管膜和层层堆叠的石墨烯膜，概述了这两类膜的限域传质机理、构筑方法及其在水处理、脱水、脱盐、离子分离、气体分离等领域的应用。此外，展望了具有限域传质效应的碳基分离膜的发展及需要解决的问题。为创制新一代兼具高渗透性和高选择性的限域传质效应的分离膜的设计制备与应用提供了参考。

共沉淀法可高效、低能耗制备出较高纯度的球形层状LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂正极材料，广泛应用于基础研究和工业生产中，主要包括液相共沉淀及高温煅烧过程。对这两个过程中涉及的机理进行了阐述，并分析相关影响因素，考察了共沉淀制备前体这个关键步骤中颗粒成核过程以及Ni、Co、Mn 3种金属离子发生的络合及沉淀反应。通过建立的反应和热力学平衡方程，分析未沉淀的3种金属离子及其相互之间比值随pH和氨水加入量的二维变化，首次定量得出制备所需Ni、Co、Mn配比三元正极材料的理论最佳条件。此外，从前体及正极材料的结构特性以及最终材料的电化学活性出发，定性探究了最优操作条件。最后，展望了三元正极材料工艺条件优化的科学方法。

反向电渗析作为一种利用盐差产能工艺，具有清洁、可持续、无污染、能量密度高等优点。以反向电渗析的结构组成、产能机理及影响因素为出发点，结合全球所面临的能源短缺和环境污染的重大问题，介绍了反向电渗析工艺在能源和环境保护领域的新应用和新进展；针对反向电渗析的单一操作、与其他技术的内集成和外集成操作进行了介绍与总结，并对其进行了初步分析和评述，以期为以后的研究工作提供参考。

配位型离子液体在过去一段时间内得到了广泛的关注。其中，螯合型离子液体因其存在多个配位点，因而可以通过螯合作用增强金属与配体的相互作用。根据金属在分子中所处的位置，可以将螯合型离子液体分为4种类型：阳离子螯合型离子液体、阴离子螯合型离子液体、阴阳离子螯合型离子液体和中性螯合型离子液体。对近年来报道的螯合型离子液体的合成、物理性质及其应用进行了综述，阐述了其存在的问题、面临的挑战和今后研究的方向。

反应精馏技术是过程强化概念在化学工业成功应用的典范。由于反应与精馏耦合的高度复杂性和非线性，反应-精馏相互影响机制、耦合方式及其过程能效调控与优化成为制约该技术广泛应用的关键科学问题。综述了近二十年来国内外反应精馏技术从基础研究到工业应用的概况，包括反应精馏过程的可行性分析与概念设计方法、稳态模拟过程优化与动态模拟控制策略设计、兼具催化反应与气液传质的高效内构件开发以及反应精馏在各领域的应用。探讨了目前制约反应精馏广泛应用关键问题的解决方法与途径，阐明了普适性的反应精馏过程开发方法，总结了基于反应精馏过程耦合的新型过程强化技术，指出了反应精馏技术的发展趋势。

纤维素热解的机理研究对于生物质能的热利用至关重要，能够有效指导工业实际应用。基于著名的Broido-Shafizadeh模型，纤维素热解被分为两步，首先转变为活性的熔融态中间体（中间态纤维素），然后通过解聚和开环生成左旋葡聚糖、5-羟甲基糠醛、羟基乙醛等重要的化工原料。在这两步转变中，主要涉及低温段氢键网络的断裂、中间态纤维素的生成，以及高温段的解聚和吡喃环开环反应。本文从这3个部分对前人的研究进行了综述，着重介绍了中间态纤维素的生成和表征，综述了纤维素热解几个研究方向：结晶度和结晶形态对热解的影响、纤维素解聚反应方式、吡喃环开环方式等，详细阐述了二次反应对纤维素热解的影响，并提出了部分解决方案。关于纤维素热解依然存在诸多未知和争论，需要进一步的实验研究和理论计算对其进行揭示。

催化裂化提升管进料段内油、剂两相的流动-混合状况对目标产品的收率具有重要的影响。早期研究多属于“探索性”的结构优化。近年来，通过大型冷模实验，结合理论分析和数值模拟，发现在传统结构进料段中，对油、剂混合流场起重要作用的是Kutta-Joukowski横向力引起的原料射流“二次流”。对二次流“用其利、抑其弊”是优化传统结构进料段的关键，目前已取得广泛的工业应用。而近期Kutta-Joukowski横向力分析以及冷模实验、数值模拟的结果表明，油剂逆流接触新型进料段可更有效地促进油剂混合，使两相接触更为均匀；较传统形式进料段结构具有更明显的优势。

氧化还原酶可以催化具有特定区域选择性、化学选择性、立体选择性的反应，反应条件温和且催化效率高，因此在有机化学和制药领域发挥着日益重要的作用。绝大多数氧化还原酶依赖烟酰胺腺嘌呤二核苷酸NAD（H）和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NADP（H）为酶促反应提供氧化还原当量。NAD（H）/NADP（H）由于价格昂贵、稳定性差导致无法化学计量投入。经过几十年研究，形成了4种经典的NAD（H）/NADP（H）再生方法：酶法、化学法、电化学法和光化学法，与此同时，一系列稳定性好、活性高且廉价的人工烟酰胺辅因子mNAD（H） s尤其是1，4-二氢吡啶类烟酰胺辅因子的开发和利用为NAD（H）/NADP（H）工业化运用提供了新的思路。

代谢工程是通过对代谢途径的设计、构建与优化，进行营养品、药品、生物燃料以及化工产品等各种生物基产品合成的关键技术。传统的改造策略如基因的敲除、弱化与过表达会造成代谢流的失衡，而利用微生物自身的调控方式和调控元件，构建合成调控元件，对代谢途径进行动态调控，可以平衡细胞生长与产物合成，从而实现高产量、高底物转化率与高生产强度的统一。利用微生物在转录水平对于外界环境以及胞内代谢物浓度的变化的响应机制，以及在转录后水平通过顺式及反式作用元件的调控，和在蛋白质水平通过途径酶的别构调节以及对蛋白质降解速率的调节，都能开发出相应的动态调控元件并对微生物的代谢进行动态调控。本文分别从转录水平、转录后水平及蛋白质水平3个层次总结了目前常见的一些动态调控元件，并对其在微生物代谢工程中的应用进行了介绍。

近年来，锂离子电池技术发展迅速，隔膜作为电池中的核心材料之一，决定着锂离子电池的性能，因此隔膜材料及制备技术亟需被深入研究。目前，商业化的锂电池隔膜以聚烯烃隔膜为主，制备工艺正从干法向湿法过渡，但是近几年已经发展出了不同材料体系、不同制备工艺的隔膜。本文简要介绍了聚烯烃隔膜生产技术，重点综述了非织造隔膜材料、涂层以及新型隔膜制备技术的研究成果，并展望了锂电池隔膜的发展方向。

轻烃的气固相催化转化与合成是重要的基础能源化工过程，其苛刻的反应条件与显著的热效应严重影响了反应器生产效率、过程能耗与排放。微结构催化反应器传递性能优越，可兼顾紧凑性与低压降，能在高反应通量下精确调控轻烃气固相催化转化与合成过程，适应日益增长的分布式生产需求。介绍了微结构催化反应器的制造并重点讨论了催化剂-反应器集成方式，以强吸热的甲烷蒸汽重整过程和强放热的甲烷化、乙烷氧化脱氢过程为例，综述了微结构反应器气固催化过程强化的研究与工业化进展，展望了新技术的未来发展方向。

电池管理系统是保证锂离子电池高效、安全运行的重要手段。在电池管理系统功能中，电池状态估计，特别是荷电状态（state of charge，SOC）估计和健康状态（state of health，SOH）估计至关重要。SOC/SOH不仅与全生命周期内电池安全运行直接相关，也是其他功能有效实现的必要前提。本文围绕模型类电池状态估计方法，综述了国内外在锂离子电池模型构建、SOC及SOH估计方法方面的研究进展；指出了模型类状态估计方法存在的难点和局限，提出了今后研究重点。

有机废气是重要的空气污染物，基于负载型贵金属催化剂的催化燃烧技术因效率高、无二次污染等特点而被广泛研究和应用。但目前催化燃烧技术仍存在高耗能和高成本等缺点。有机废气多相催化燃烧效率均与催化剂一定尺度范围内的结构密切相关。在有机废气催化氧化反应体系内存在从活性中心到高性能催化剂与过程的多尺度效应。依据不同尺度范围内催化剂的功能，对催化剂进行相应的设计和功能强化，是提高催化剂净化效率的有效方式。总结了近年国内外研究者在有机废气催化燃烧贵金属催化剂不同尺度范围内的设计理念和效果，并对有机废气催化燃烧催化剂的未来发展方向进行展望。

锂离子电池被广泛应用于电子产品、电动汽车和大规模储能材料等多个领域。随着电动车市场的快速发展，其使用量还将显著增加，随之产生数量极大的退役锂离子电池。退役锂离子电池的回收利用可以避免环境污染和资源浪费，尤其对实现锂资源供需平衡具有重要意义。综述了退役锂离子电池中有价金属元素回收技术研究现状，探讨了该领域未来发展方向。电池安全高效拆解技术与装备、有价元素整体化回收技术、电极材料再制备工艺以及避免二次污染环境是未来退役锂离子电池循环利用领域值得关注的重点。

抗体，特别是单克隆抗体是一类重要的生物技术药物，具有巨大的市场前景。目前抗体药物生产的瓶颈已由抗体表达转移到抗体的分离纯化中，其中层析是最关键的技术。典型的抗体纯化过程首先通过蛋白A亲和层析对抗体进行捕获，然后进一步精制，主要方法包括离子交换层析、疏水相互作用层析以及羟基磷灰石层析等，这些传统的层析方法不可避免存在一定的局限性。为此，研究者致力于开发合适的新方法，如疏水性电荷诱导层析和短肽仿生层析等，很好地弥补了传统层析方法的不足。本文根据近年来国内外在单抗药物分离纯化方面所取得的研究进展，着重介绍了在单抗分离纯化中的常用的层析技术及研究进展。

酶的结构与催化稳定性是生物催化与转化过程中的研究热点之一。与单体酶相比，寡聚酶在进化过程中亚基之间的聚合使其在结构和功能上具有一定的优越性，然而寡聚酶独特的四级结构导致其在制备和应用中存在诸多问题，如制备效率低、催化位点利用率低、催化稳定性差等，其中亚基解离导致的催化稳定性问题在很大程度上限制了其工业化应用。目前，介质工程、多亚基固定化、亚基界面工程和融合蛋白策略被应用于寡聚酶的催化稳定性改造，而寡聚酶至单体酶的改造策略则试图从根本上解决寡聚酶的制备和应用问题，具有较好的应用前景。本文介绍了酶的寡聚结构演替所产生的新功能，总结了寡聚酶在制备和应用中存在的问题，重点阐述了提高寡聚酶制备效率和催化稳定性的策略。

为了储存120℃以下的热能，提出了以水为介质的热化学吸附储热方法。配制了一种以膨胀蛭石为多孔基质、氯化钙为反应盐的新型复合吸附剂，并对其进行了微观形貌表征、吸附性能测试、同步热分析测试和储热密度的理论计算。扫描电子显微镜（SEM）观测显示膨胀蛭石特有的片层状的大孔结构产生了相对巨大的孔体积；利用恒温恒湿箱实验排除有溶液泄漏问题的含盐量；通过恒温恒湿箱对30℃、3种相对湿度下的动态吸附过程进行测试，分析了含盐量和相对湿度对吸附特性的影响，证实了该复合吸附剂具有3个不同的吸水阶段，包括物理吸附、化学吸附和溶液的气-液吸收过程；利用同步热分析测试（STA）和数值计算进一步对上述3个吸附过程的吸水量、吸附热和反应温度进行分析。最终优选出含盐量47.9%（质量分数）的复合吸附剂，其吸水量高达1.24 g·g^-1，质量和体积储热密度分别高达1.25 kW·h·kg^-1和213.56 kW·h·m^-3。

采用离散单元法（discrete element method，DEM）模拟了工业尺度螺旋输送器中两种不同密度与粒径的颗粒的流动状态与混合过程。采用Lacey混合指标的定量分析表明，该输送器的混合性能强烈地依赖于操作条件和结构尺寸，转速和物料的添加速率对混合效果影响最大，其次是混合段螺距和物料粒径。根据工业生产的具体要求，可参考上述发现合理地选择技术参数、提高混合效率、降低能耗。

采用内径为280 mm的上流式反应器，以空气模拟气相、甘油和水混合溶液模拟渣油。用3种不同粒径的氧化铝球形工业催化剂颗粒为填充颗粒，考察了不同模拟物系的颗粒粒径、颗粒密度、液相黏度、不同床层的高径比和不同操作条件对上流式反应器内床层压降及其波动、床层轴向返混的影响规律。得到模拟工业运行物系和操作条件的上流式反应器床层总压降关联式，相对误差在12%以内。床层总压降均随床层高径比、颗粒密度和液相黏度增加而增大，但随颗粒粒径的增大而减小，床层压降波动随表观气速增加而增大。填充颗粒粒径越小、颗粒密度越小、高径比越大，床层内轴向返混越严重；床层内压降和轴向返混均随表观气速的增加而增大。

研究了曳力模型和湍流模型对气升式内环流反应器流体力学参数的影响，进一步证实了DBS-Local曳力模型在气升式内环流反应器中的适用性。结果表明：曳力模型决定了是否可以模拟出下降管中的气体；而曳力模型和湍流模型共同作用，决定了气含率模拟结果的准确性。Schiller-Naumann、Tomiyama、Grace、Ishii-Zuber这4种曳力模型均无法预测出下降管含气这一现象，而DBS-Local曳力模型能够模拟出下降管中的气体。DBS-Local曳力模型与standard k-ε mixture湍流模型组合，对气含率的预测值与实验值较为接近，而与RNG k-ε dispersed湍流模型组合，对轴向液速的预测值与实验值更为接近。

采用燃烧法制备MoO₃/ZrO₂催化剂，该催化剂由于具有比表面积大、粒径小的优点，表现出很高的低温耐硫甲烷化活性。通过考察硫化工艺条件的影响发现，硫化过程中硫化时间、硫化压力、硫化氢浓度的影响不大，而硫化温度的影响较明显，300℃下恒温硫化效果最佳，表征结果表明，300℃下恒温硫化可以使催化剂完全硫化，得到较多的MoS₂晶格条纹，有利于提高催化剂的甲烷化活性。恒温硫化时，硫化温度低于300℃时，催化剂硫化不完全，形成的MoS₂晶格条纹较少；硫化温度过高会导致催化剂过度硫化并发生团聚，从而导致催化剂的耐硫甲烷化活性降低。分步硫化时目标温度为400℃时效果最佳，且与300℃恒温硫化的效果接近，对于MoO₃/ZrO₂催化剂，可选择300℃恒温硫化，适宜的硫化条件为：硫化压力0.1 MPa，硫化温度300℃，硫化氢浓度3% H₂S/H₂，硫化时间4 h。

生产低硫或无硫柴油是当今世界范围内清洁燃料发展的趋势，加氢脱硫（HDS）是大规模生产清洁柴油最为有效的技术之一，而研制高活性的HDS催化剂成为该技术的关键。以镁铝水滑石与氧化铝的复合氧化物为载体，通过等体积浸渍法制备了一系列Mo/Al₂O₃-MgO催化剂，以二苯并噻吩（DBT）的正庚烷溶液为原料，在固定床反应器上评价所得催化剂的HDS活性，考察了不同镁铝比的水滑石、焙烧温度和添加量对催化剂物化性质和催化性能的影响。研究结果表明，镁铝比、焙烧温度和添加量均影响催化剂的酸性、金属还原性、硫化性能和MoS₂片晶的堆垛度等，当镁铝摩尔比为3、焙烧温度为800℃、成型时水滑石加入量为10%（质量分数）时，所制备催化剂的HDS活性最高，其脱硫率可达96.2%。这是由于该催化剂的酸性较适宜，活性组分与载体间的相互作用力适中，活性组分更易硫化，有助于提高MoS₂片晶的堆垛度进而改善催化剂的HDS性能。

传统的反应器通常由刚性材料制成，容器壁面不会主动地参与其内部流体的混合和反应。在人和动物的消化系统工作机制的启发下，开发一种新型的柔性反应器（SER）。反应容器由透明度良好、有一定韧性和弹性的有机硅橡胶制作而成，并且在一套容易操作、稳定、可重复性强的曲柄连杆机构驱动下实现往复形变。系统分析研究了牛顿流体在柔性反应器中不同实验条件下的混合过程和混合时间。实验结果显示，柔性反应器能够实现流体的混合且混合效果可以由形变频率和形变程度进行有效控制。利用新的Reynolds数公式，还初步比较了相同尺度和实验条件下的柔性反应器和传统三叶斜桨式搅拌器的混合效果，在低Reynolds数区域（10～1000）柔性反应器略优于三叶斜桨式搅拌器。

以煤粉为碳源，加入磷酸氢二钠、磷酸二氢钾为辅助剂，通过水蒸气活化的方法制备了具有不同孔径结构分布的活性炭载体。利用氮气吸脱附曲线、亚甲基蓝吸附曲线、X射线衍射（XRD）及扫描电子显微镜（SEM）分析技术对活性炭载体和催化剂进行表征。在等温固定床反应器中模拟实际生产转换器单管装置，考察了不同孔径分布的载体对催化剂催化性能的影响。结果表明：调节不同的磷酸氢二钠、磷酸二氢钾配比量和活化蒸汽量，可以制得不同比表面积和孔径分布活性炭载体，中孔率可达81%；高中孔含量的催化剂载体有利于活性中心的分散，且由其制备的催化剂在高空速下活性稳定性更好，寿命更长。

由于芳香族聚酰胺反渗透膜在抗污染性以及耐氯性方面存在不足，限制了其在海水淡化等方面的应用。采用往油相中添加氧化石墨烯（GO）的二次界面聚合法改性了商业反渗透膜，评价了GO掺杂反渗透混合基质膜的分离性能和耐氯性能，并用接触角仪、Zeta电位仪、扫描电镜和原子力显微镜等仪器表征了膜的亲水性能、荷电性能以及膜表面形貌。结果表明，GO的添加提高了膜的分离性能、耐氯性能和亲水性能；当GO添加量为30 mg·L^-1时，膜的通量为（77.7±0.9） L·m^-2·h^-1，膜的截留率为97.6%±0.5%，相比商业膜分别提高了38.4%和4.5%。当氯化强度低于4800 mg·L^-1·h时，膜的水通量和盐截留率变化不明显。

采用氨基化氧化石墨烯（NGO）为界面聚合水相单体，制备了超薄复合纳滤膜。研究采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）表征了NGO以及复合纳滤膜的化学组成和形貌。系统考察了水相单体浓度、有机相单体浓度对于制备的超薄复合纳滤膜性能的影响。该超薄复合膜在低压（0.2 MPa）下纯水通量可达27.8 L·m^-2·h^-1，对小分子染料有较高的截留率（甲基橙截留率74.8%，橙黄钠截留率96.0%，刚果红截留率98.5%，甲基蓝截留率99%），对于无机盐的截留率较低（Na₂SO₄截留率21.4%，MgSO₄截留率10.7%，NaCl截留率5.3%，MgCl₂截留率1.5%），展现出优异的染料/盐分离性能。同时制备的复合纳滤膜展现了较好的长周期稳定性以及抗污染特性。

耦合溶胶-凝胶技术与水热法，制备具有核壳结构的海胆状Fe₃O₄@TiO₂磁性纳米介质（sea urchin magnetic nanoparticles，SUMNPs）。采用TEM、SEM等方法对SUMNPs的形貌等性质进行表征，证实该材料呈现出以Fe₃O₄为核，以TiO₂为壳的海胆状结构，壳层直径约400 nm，比表面积高达236.082 m²·g^-1，表面孔径约6.274 nm。SUMNPs对重金属离子选择吸附的结果表明，基于Pb²⁺离子半径大、电子层数多等物化特点，在Pb²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺ 5种金属离子混合体系中，SUMNPs可以高容量、高选择性快速吸附Pb²⁺，而对其他4种重金属离子几乎无吸附活性。单一Pb²⁺吸附可在5 min内快速平衡，平衡吸附容量为283 mg·g^-1。吸附过程符合Langmuir等温吸附模型，SUMNPs对Pb²⁺的最大饱和吸附容量为458.72 mg·g^-1。经EDTA二钠解吸，NaOH再生后的SUNMPs可以重复使用8次以上。SUMNPs对Pb²⁺具备优异的选择性吸附性能，在处理水体铅污染、恢复水体生态领域具有良好的应用前景。

以淀粉为原料，使用水热法将其碳化后用活化剂KOH对其活化，制备了淀粉基多孔碳材料，并对其进行结构表征和CO₂/CH₄的吸附性能测试，计算吸附热以及材料对CO₂/CH₄的吸附选择性，讨论了碳材料结构对其吸附性能的影响。结果表明：在制备过程中，随着活化剂KOH用量比例的增大，所制得的材料其比表面积和孔容增大，其孔径分布也就越宽。所制得的碳材料其比表面积可达2972 m²·g^-1。这些淀粉基多孔碳材料对水蒸气的吸附等温线呈现出Ⅳ类等温线。所制备材料对CO₂吸附容量主要取决于其孔径小于0.8 nm的累积孔容（Vd < 0.8 nm）。材料的超微孔的孔容越大，其对CO₂吸附容量也越大。所制备的C-KOH-1材料在101325 Pa和298 K条件下，对CO₂的吸附量达到4.2 mmol·g^-1，其对CO₂的吸附热明显高于其对CH₄吸附热，其对CO₂/CH₄吸附选择性为3.7～4.26，同时本文通过对材料的水蒸气吸附等温线进行测试，结果表明所得材料主要表现为中等憎水性，这对材料在实际工况的应用奠定了基础。

催化裂化过程是重质油轻质化的重要手段，为了研究操作条件、原料性质等因素对产品分布的影响，通常需要对催化裂化过程建立准确可靠的数学模型。选择合适的输入变量对模型预测效果有着较大的影响，而在现有的催化裂化装置模型中，输入变量的选取主要依赖于对催化裂化机理的理解。本文从数据驱动建模的角度出发，提出一种Filter法与Wrapper法联合使用的特征子集选择方法。该方法在输入变量选取的过程中不依赖于催化裂化的先验知识，是一种数据驱动的自发的特征变量选择过程。以某炼油厂催化裂化装置为研究对象，利用该装置的生产数据分别选择用于干气和焦炭产率预测模型的输入变量，建立了预测精度高、输入变量数目适中的模型。此外，该方法为催化裂化装置建模的变量选取提供了新角度。

采用直接数值模拟方法对表面活性剂溶液在不同尺寸宽肋矩形微沟槽通道内的湍流流动进行了数值模拟研究。结果表明表面活性剂溶液的减阻性能在合适尺寸的微沟槽通道内能进一步得到强化，同时微沟槽的最优减阻尺寸在表面活性剂溶液中也可以得到放大；表面活性剂溶液在微沟槽通道内的协同减阻强化效果是由微沟槽的“约束作用”和“尖峰作用”这两个主要因素相互博弈的结果。微沟槽尖峰处具有较高的剪切应力，槽谷内部剪切应力很小。当微沟槽能有效防止近壁湍流涡侵入槽谷内部，且又能对部分流向涡的展向运动起到较好的约束作用时，微沟槽将表现出减阻强化性能，反之则会出现增阻性能。微沟槽在槽谷内诱导的数量多、尺寸小且旋转强度弱的二次流向涡是其在表面活性剂溶液中能增大“约束作用”和发挥减阻强化性能的本质因素。

金属有机骨架材料化工应用是近年来的热点研究课题。但这类材料对生物发酵过程的影响研究报道很少。以大米发酵和Cu-BTC金属骨架材料为例，在发酵过程中加入酒曲（质量分数为0.5%）和Cu-BTC晶体，使用高效液相色谱（HPLC）检测发酵产物中的葡萄糖、乙醇和乳酸的浓度。实验发现，随着Cu-BTC加入量的增加，产物中葡萄糖、乙醇和乳酸的浓度均逐渐降低。此外，MOF-5材料也具有类似的效果。这说明水不稳定的Cu-BTC和MOF-5对于发酵过程有抑制作用。

类Fenton工艺又称非均相Fenton工艺，主要用于降解废水COD，可避免传统Fenton工艺产生的铁泥问题，但双氧水利用率尚有待提高。采用1个陶瓷膜分布H₂O₂，另1个陶瓷膜分离催化剂，构成双膜促进的非均相Fenton新工艺，考察了不同催化剂对制浆废水中COD的降解效果，优化了H₂O₂进料速率和反应渗透通量，分析了催化剂的稳定性和陶瓷膜污染情况。结果表明，自制立方体结构的Cu₂O对制浆废水中COD降解效果最佳，当Cu₂O添加量为1 g·L^-1，H₂O₂加入量为0.8 ml·L^-1，反应温度为30℃，反应渗透通量为137 L·m^-2·h^-1时，RO（Ⅰ）～RO（Ⅳ）4种废水的COD降解量分别为11、130、291和417 mg·L^-1，H₂O₂的利用率分别为9%、106%、232%、334%，H₂O₂利用率大于100%的主要原因是废水中大量的氯离子与铜催化剂作用产生氯自由基参与了降解反应，COD降解量与Cl-含量呈现线性关系，并且COD降解率随膜渗透通量的减小而增大。360 min的连续运行表明陶瓷膜分布器在非均相Fenton反应过程中会形成可逆滤饼层，膜污染较小，COD降解率稳定保持在65%以上。随着制浆废水中盐浓度的增大，Cu₂O催化剂稳定性变差，Cu离子的溶出量增大。陶瓷膜可以强化非均相Fenton工艺处理制浆废水效果，提高双氧水的利用率和连续运行的稳定性。

氧化不熔化过程是煤沥青基球状活性炭制备中的核心工艺，对其过程特性和动力学机理的认识是实现氧化过程工艺优化的关键。本文以煤沥青萃取球为原料，通过实验研究，重点探讨了粒径范围、升温速率和氧化温度对其氧化不熔化过程的影响，并确定氧化动力学参数及其反应机理函数。结果表明：氧化不熔化过程可分为轻组分热解、初步氧化、氧化增重和恒温氧化失重4个阶段。煤沥青球经过氧化不熔化后，C、H含量减少，O含量增加，表面光滑平整。减小粒径并选取合适的升温速率（0.25～0.5℃·min^-1）以及氧化温度（275～325℃），更有利于氧化不熔化快速稳定地进行。粒径范围为0.3～0.6 mm的煤沥青球在升温速率为0.5℃·min^-1、氧化温度为300℃的条件下活化能最小，各个阶段的值分别为83.34、293.19、302.25和357.05 kJ·mol^-1。

玉米芯提取木糖后残留了大量富含纤维素和木质素的废弃物。针对玉米芯残渣（corncob residues，CCR）中木质素含量高和半纤维素含量很低的特点，采用碱性亚硫酸盐法进行预处理。研究了预处理pH、液固比、温度、亚硫酸盐用量等条件对纤维素保留率、木质素去除率、底物酶解效率以及预处理液中木质素磺酸钠含量的影响规律。结果表明，当亚硫酸钠用量为10%（质量）、氢氧化钠为5%（质量）、液固比为6：1、160℃预处理1 h时，可去除86.1%的木质素、保留82.4%的纤维素，底物的72 h酶解率达85.1%[酶载量为5 FPU·（g葡聚糖）^-1]，预处理液中木质素磺酸钠的收率为31.5 g·（100 g CCR）^-1。为了指导放大试验和工程应用，提出了一个能准确预测底物木质素含量的参数——木质素因子（lignin factor，LF），在此基础上成功建立了脱木质素反应动力学经验公式以及底物酶解效率的预测方程，预测值与实测值误差在10%之内。

采用燃烧法合成了具有尖晶石结构的CoFeAlO₄载氧体材料，通过表征手段和实验研究考察了不同温度下CoFeAlO₄载氧体的化学链燃烧反应特性和循环稳定性，并对CoFeAlO₄载氧体晶相结构和表观形貌的变化规律进行了分析。结果表明，温度升高有利于提高CoFeAlO₄载氧体转化还原性气体CO的能力，使得还原反应速率更快，但高温下经“还原-氧化”会造成CoFeAlO₄载氧体相态分离，难以保持稳定的自载体尖晶石结构。对反应前后CoFeAlO₄载氧体晶相结构的分析表明，高温条件下经过“还原-氧化”后生成的CoFe₂O₄和CoAl₂O₄是导致CoFeAlO₄载氧体烧结和循环稳定性下降的主要原因。

富氧燃烧是最具工业化前景的燃烧中碳捕集技术之一，为更深入掌握煤粉富氧燃烧的着火模式和污染物生成特性，本文构建了热重-质谱联用实验系统，以烟煤和无烟煤标准煤样为对象，针对3个不同的氧气体积分数：21%、30%和50%，研究了O₂/Ar和O₂/CO₂气氛下煤粉的富氧燃烧特性。结果表明，O₂/CO₂气氛下煤粉着火温度和燃尽温度均降低，燃烧速率提高，燃烧时间缩短；两种煤粉在O₂/Ar气氛下的燃烧都属于非均相着火，而富氧燃烧都属于均相着火模式；氧气体积分数在30%以上时，无烟煤O₂/CO₂燃烧的表观活化能明显低于O₂/Ar气氛，在相同工况下烟煤的表观活化能均低于无烟煤；O₂/CO₂气氛促进了CO和挥发分NO的逸出，生成温度均低于O₂/Ar气氛，CO会对NO起到还原作用。