通常单组分多相系统随着温度的变化会呈现固态、液态和气态三种不同的结构和性质，而固体颗粒和流体组成的多相系统在循环流化床中随着气体流速的升高也会经历鼓泡、湍动和快速流化三种结构。两类体系虽然呈现不同的结构和性质，但是用介科学的概念对体系状态、区域过渡参数、驱动系统状态演变的能力、体系的控制机制等进行类比和分析，其物理根源却大同小异，均为复杂系统中不同控制机制在竞争中协调的必然结果。在对比了流态化与物质的相变两类体系之后，提出了基于能量最小多尺度模型（EMMS）的思想来构建相变理论的主张，从而期望能够充分理解物质的相变这一非平衡动力学过程。

近年来锂的开发随着新型能源的大规模应用得到快速发展。锂矿石是提取锂产品的主要来源之一，矿石提锂高效清洁工艺开发与资源综合利用是该领域发展的必然趋势。在分析锂矿石组成及结构特点的基础上，对酸法、碱法、盐法等典型提锂工艺进行了综述，重点讨论了锂生产过程中存在的环境污染及资源综合利用问题。酸法提锂工艺中锂回收率高，但酸性浸出液成分复杂，纯化步骤流程长，含氟矿石产生含氟气体污染环境。碱法和盐法工艺选择性好，但锂回收率较低、成本高、渣量大。除此以外，其他方法都存在明显的优缺点，如高温氯化法回收率高，渣的利用具有一定优势，但设备腐蚀严重。因此，矿石提锂新工艺的开发重点在于减少废渣的产出，并实现伴生资源的综合回收。

为实现超临界压力下吸热型碳氢燃料密度的准确测量，以相关测量技术为基础，设计搭建了一套密度在线测量系统。该系统在间距148 mm的管道上下游安装两只具有相同热电特性的K型热电偶作为互相关法的传感器，通过对热电偶检测到的随机温度信号进行相关计算，得出该信号经过上下游热电偶的延迟时间，计算得到流体截面的平均流速，在已知质量流量后，根据质量守恒定律进而求得流体密度。采用纯物质十二烷及质量比1∶1正辛烷/正庚烷二元混合物标定测量系统精度，实验结果与文献值的最大误差在±1.2%以内，平均相对误差小于0.6%。在此基础上，对压力p = 3.0、4.0、5.0 MPa，温度T = 302.0～529.6 K，吸热型碳氢燃料密度进行测量，该方法的应用为超临界压力下吸热型碳氢燃料密度的准确测量提供了新思路。

为了丰富对向心桨的混合特性的认识，比较了向心桨、Rushton桨、三斜叶桨和穿流桨的单层桨搅拌槽内的宏观混合特性，考察了搅拌转速、桨叶离底高度对搅拌槽混合时间和功率特性的影响。结果表明，四种桨的宏观混合时间均随着搅拌转速的增加而减少，搅拌功率均随转速的增加逐渐增大。当转速相同时，四种桨型中Rushton桨的功率消耗最大，三斜叶桨功率消耗最小，向心桨的功率消耗仅仅比三斜叶桨高。桨叶离底高度的变化对四种桨型的混合时间和功率的影响不尽相同。混合效率的影响因素大小顺序为：搅拌转速>桨型>桨叶离底高度。在考察的四种桨型中，向心桨的混合效率最高。研究成果可为向心桨等新型搅拌桨的工业应用积累实验数据，为其优化设计和放大提供理论依据。

以蒸发热水塔为研究对象进行可视化实验，借助高速摄像机以及图像处理软件研究热水塔内单孔筛孔塔板上方单个气泡的运动周期及运动特性，孔径为3 mm，在蒸汽中加入不凝性气体N₂和N₂/固体颗粒的混合物，研究固体颗粒对气泡生成、破碎与过程的影响。实验结果表明：气泡整个生长周期包括生成区、上升区、破碎区。气泡长径比在生成区由大变小，在上升区先增大后减小，在破碎区增大趋势明显；气泡的等效半径在整个运动周期中一直增大，其中在生成区的增大速度最快；生成区气泡的Y向运动速率呈现增大趋势，上升区以及破碎区气泡的上升速率平稳波动。当N₂带入煤粉颗粒后，发现气泡的上升区时间比例大大降低，破碎区的占比增加明显，有利于塔内的热质传递。

设计搭建了静态闪蒸实验台，利用高速摄像对不同压降速率下纯水静态闪蒸起始阶段气泡群的时间和空间分布规律开展了实验研究。实验中液膜初始厚度为0.2 m，压降速率为0.27～0.64 MPa·s^-1。实验结果表明：气泡群主要出现在压力陡降段。在时间分布上，压降速率越大，气泡群出现的时间越早，气泡数目增长越快，且气泡群数目达到最大值所需要的时间越短。在空间分布上，气泡数量随深度呈现了“缓增-陡增-缓增”的增长趋势；压降速率越小，气泡分布越集中；相同深度范围内，压降速率越大，气泡数量越多；至压力陡降段结束时刻，气泡群相对数量随液膜深度的增大有峰值存在。最后，根据实验结果拟合了气泡群时间和空间分布规律的实验关系式，其计算值与实验值吻合良好。

CO₂由于良好的环境特性和优良的热力学特性，被认为是一种理想的替代制冷剂。与传统制冷剂相比，CO₂有着十分不同的流动沸腾换热特性。然而现有的换热关联式都是基于各自的实验数据拟合得出，由于数据点太少和变量参数范围受限导致关联式的预测结果大相径庭。所以建立更加全面的CO₂管内流动沸腾换热数据库对不同换热模型进行对比分析，对于深入了解CO₂管内流动沸腾换热特性和研究更加准确的换热关联式具有重要意义。通过从24篇文献中搜集的4040个实验数据点对6个CO₂的管内流动沸腾换热模型进行对比分析，发现Fang（2013）关联式误差最低为10.6%，并绘制了气液相Reynolds数随管径的变化，气液相Reynolds数的变化的散点图以及Nusselt数随Bond数变化的趋势图，可为深入了解CO₂管内流动沸腾换热特性和将来研究更加准确的新型换热关联式提供参考。

喷雾冷却是高功率电子器件冷却领域最具有发展前景的散热方式。利用在去离子水中添加不同浓度低醇类（乙醇、正丁醇）添加剂以提升喷雾冷却换热性能的方法，搭建了喷雾冷却实验平台并就添加剂浓度对传热特性的影响进行了实验研究。实验结果表明在去离子水中加入乙醇和正丁醇，存在强化换热的最佳添加剂浓度。在还未达到最佳浓度值之前，添加剂浓度越高，喷雾冷却换热效果越好。乙醇的最佳浓度为4%，正丁醇的最佳浓度为0.5%。

建立了CO₂羽流地热系统（CPGS）热开采过程的热流固（THM）耦合模型，结合五点布井方案和多岩层三维几何模型，对一理想热储进行CPGS热开采数值模拟。分析了CPGS热开采过程中热储内的岩体变形特征及其对系统采热性能的影响，并研究了THM耦合下热储初始孔隙率对CPGS热开采的影响。结果表明：CPGS的运行会引起岩体的冷却收缩，造成热储表观体积的减小和热储孔隙率的增大，这有助于提高热储渗透率，加快地热开采速率，从而对地热开采产生积极影响。初始孔隙率越小，岩体变形对热开采的影响越明显。在假设初始渗透率相同的情况下，初始孔隙率越小，岩体变形引起的渗透率增幅越大，系统的热开采速率越快。

针对热源塔冬季运行时存在的吸湿问题，构建了一种新型热源塔溶液再生系统并对其进行实验测试。考虑到系统在初始运行时需要建立平衡的温度场且系统运行时存在溶液不断变浓的现象，对该溶液再生系统启动时的非稳态特性进行了研究，获取了各运行参数随初始运行次数的变化规律，同时对不同浓度下各运行参数变化规律进行了实验分析。实验结果表明：初始开机运行后，随着运行次数的增多，在总运行水量保持不变的情况下，单次运行所需电量呈下降趋势，冷凝水量呈上升趋势，最终系统趋于稳定。随着溶液浓度的变化，系统再生效率存在先增加后降低的趋势，当溶液浓度达到18.5%时出现最佳值，此时再生效率为4.28 kg/(kW·h)，再生速率为749 kg/d，再生百分比为14%。该装置将溶液的真空沸腾过程和冷凝过程融合在一起，系统能耗大大降低，具有较好的节能效果。

采用密度稍重于和稍轻于流体的两种颗粒，研究了气泡驱动液固流化床内二元颗粒的流化行为。通过测量压差和拍摄视频的方法确定了初始流化气速U_in,g、固含率和气含率。重颗粒的U_in,g通过流化床底部的压差变化确定，轻颗粒的U_in,g则通过观察得到。研究表明,在气泡驱动的液固流化床内，重颗粒和轻颗粒的初始流化气速都随藏量的增加而增加，但重颗粒增加幅度更大。完全流化后，重颗粒固含率在轴向上分布不均匀，而轻颗粒则分布较为均匀。在二元颗粒体系内，上部轻颗粒的流化受到下部重颗粒的影响而底部重颗粒的流化不受轻颗粒影响，导致重颗粒U_in,g和固含率分布主要受自身藏量影响，而轻颗粒U_in,g随二元颗粒的总藏量变化。

提出一种利用蒸气压缩制冷和空气加湿除湿原理相结合的家用纯净水生产系统，基于所搭建的性能测试台，实验研究了系统运行工况参数、制冷量、系统功耗、COP以及单位时间制水量和单位能耗制水量等性能参数随循环风量的变化规律。结果表明：随着循环风量的增大，系统制冷量、功耗及单位时间制水量均呈现上升趋势，COP则存在一个峰值；在实验工况下系统最大制水量达668 g/h，同时该系统存在一个最佳的循环风量为110.2 m³/h，使系统单位能耗制水量达最大，为2067 g/(kW·h)。利用该系统所制取水的卫生指标（TDS < 3 mg/L）和日产水量（> 12 L/d）均可满足一般家庭饮用需求，具有广阔的应用前景。

设计了一台名义制冷量为50 W/170 K的大冷量脉管制冷机，采用对置活塞式动磁线性压缩机驱动，冷指的蓄冷器和脉管部件为同轴布置，采用惯性管-气库组合的被动调相机构。根据电磁-机械-声耦合场原理，建立了脉管制冷机动力学模型，对负载下的压缩机特性进行了动态仿真。为达到整机的谐振状态，对压缩机质量-弹簧系统进行了调整。整机质量（不含电控部分）小于12 kg。在230 W输入电功下，能够获得50 W/170 K的制冷性能，电机效率92.7%，整机比卡诺效率16.5%。150～200 K温区范围内制冷机比功（输入电功/制冷量）小于5 W/W，额定输入功下，200 K温区能够获得90 W的最大制冷量，该制冷机可以用于航天大型红外焦平面阵列的冷却，同时为-60～-20℃制冷温区的商业低温冰箱低温冷源的选择提供了参考。

聚甲氧基二甲醚（DMM_3～7）作为柴油添加剂可提高柴油十六烷值和燃料利用率，具有广阔应用前景。以环丁砜处理后的磺酸树脂为催化剂，用于甲缩醛（DMM）和三聚甲醛（TOX）合成DMM_3~7反应，系统地研究了不同条件因素对反应过程中原料转化率和产物选择性的影响，并推断了反应机理。发现：反应体系中含有不同微量（mg/kg级）H₂O对原料转化率和产物选择性影响较大；当H₂O含量超过一定值时，有白色沉淀多聚甲醛（PF）生成，PF选择性随H₂O含量增加而增大，同时生成大量甲醇，导致目标产物DMM_3~7选择性降低。创新地采用环丁砜对酸性磺酸树脂NKC-9进行脱水处理，使固体催化剂表面及孔道吸附H₂O含量从2154 mg/kg显著降至198 mg/kg；同时使用13X分子筛对原料DMM进行吸附脱水处理，使DMM中H₂O含量从710 mg/kg明显降至54 mg/kg。当反应温度313 K（40℃）、反应2 h、压力1.0 MPa、DMM与TOX质量比2/1时，DMM和TOX转化率以及DMM_3～7质量选择性分别从48.27%、88.41%以及45.27%显著提升至52.91%、93.34%和61.58%。与文献报道的数据相比，改性后的磺酸树脂在低温下即表现出极佳的催化效果，DMM_3～7质量选择性突破60%。

由于尿素结晶呈白色针状，晶貌单一，且传统结晶工艺不可控，严重影响药物的一致性评价结果。采用分子动力学模拟方法，从分子水平上研究不同种类的添加剂对尿素晶体生长的调控作用，揭示添加剂对药物晶体生长的调控机制。结果表明：① 六种添加剂(海藻糖、蔗糖、葡萄糖、山梨醇、赖氨酸、精氨酸)在101.325 kPa、290 K下相较于无添加剂时都能不同程度地抑制(520)晶面的生长；② 添加剂对尿素晶面(520)的吸附能越负，其抑制晶面生长效果越好，其中海藻糖抑制(520)晶面生长效果最好；③ 添加剂分子携带基团的种类与数目决定与晶层的相互作用的强弱，特别是海藻糖、蔗糖双糖类分子含有8个羟基，与晶层上的尿素分子氢键相互作用强，与溶液层中的溶质形成竞争性吸附，能更好抑制(520)晶面生长。

以170万吨/年甲醇制丙烯（MTP）实际装置为背景，对MTP分离流程进行了研究和优化，借鉴石脑油乙烯装置分离的经验，并针对MTP产品气的组成特点，优化形成了适合MTP产品气分离的顺序、前脱丙烷和前脱乙烷分别组合装置自身物料做吸收剂的中冷油吸收技术的三种分离流程，省去了乙烯制冷系统。通过对全流程模拟计算数据的对比分析，优选出了前脱乙烷组合装置自身物料做吸收剂的中冷油吸收技术分离流程。对优化组合采用脱乙烷预分离技术、脱甲烷塔尾气回收分凝分馏塔技术、吸收剂物流的选择、碳二分离高度热耦合技术进行了研究，并通过对全流程模拟计算数据的比较分析，优选出了最优化的分离流程，即前脱乙烷中冷油吸收流程组合预分离技术、用自身物流混合碳四做吸收剂、分凝分馏塔回收脱甲烷塔尾气技术和高度热耦合的脱碳二分离技术。在没有乙烯、碳四和碳五循环回MTP反应器及尾气中乙烯损失满足设计要求的前提下，采用此优选分离流程，产品气压缩机和丙烯压缩机双机功率为19.8 MW。

采用COSMO-RS方法探究了不同离子液体在分离乙酸乙酯-乙腈共沸物系中的应用；通过预测值与实验值的对比，验证了COSMO-thermX预测离子液体分离效果的准确性。离子液体的选择性和不同离子液体对乙酸乙酯-乙腈近沸点处相对挥发度的影响为指标，计算和分析了17种阳离子和13种阴离子组成的221种离子液体对乙酸乙酯-乙腈共沸物系的分离效果的影响规律。结果表明，含有[OAc]^－和[Cl]^－的离子液体对于乙酸乙酯-乙腈混合物的分离具有更好的促进效果，而阳离子的变化对于乙酸乙酯-乙腈混合物分离的促进效果差异较小。应用表面电荷密度分布（σ-profile）进一步研究了阴离子[OAc]^－和[Cl]^－对共沸物的影响，研究发现，阴离子[OAc]^－和[Cl]^－对乙酸乙酯-乙腈的分离效果影响顺序为[OAc]^－>[Cl]^－；综合筛选结果，得出离子液体[BMIM][OAc]有望在乙酸乙酯-乙腈共沸混合物分离过程中成为一种高效的萃取剂。

为了优化旋风分离器的分离效率和能量损耗，确定影响旋风分离器性能的主要结构参数，采用响应曲面模型和CFD数值模拟，以排尘口直径（D_d）、排气口直径（D_e）、入口速度（V）为设计变量，以压降和总分离效率为目标函数，进行三因素的优化设计分析。研究结果表明，排尘口直径对压降和分离效率影响不大，排气口直径与速度对压降和分离效率影响显著，且排气口直径与速度的交互作用明显。针对本次0.5～10 μm的颗粒群，推荐最优参数组合是D_e/D=0.35、D_d/D=0.37、V=12 m/s。与实验的结构相比，在相近的分离效率情况下，压降降低了一半，有效地减少了能耗。表明所建立的响应曲面模型能够较精确地表示设计变量与目标函数之间的关系，基于响应曲面模型的优化设计方法可以有效用于旋风分离器的结构优化。同时不同的粒径要求可以采用不同的结构进行除尘，在达到分离要求的前提下，采用最小压降的结构，本次研究为分离0.5～10 μm粒径的结构提供有利的依据。

基于提升排放烟羽高度以及排烟脱白的需求，必须对燃煤锅炉烟气湿法脱硫后的湿烟气进行妥当处理。但湿法脱硫后的湿烟气腐蚀性很强，将对下游设备造成严重腐蚀。本文在91 MW层燃供热锅炉湿法脱硫系统后烟道进行了现场腐蚀实验，测试和评估了5种钢材的耐腐蚀能力。实验结果表明，钢材的表面温度对腐蚀过程具有关键影响。随着表面温度的升高，钢材的腐蚀程度首先因为表面沉积物中氯离子浓度升高而加剧，然后因电解质的匮乏而减轻。

为解决因水结垢造成的管线堵塞问题，提出了变被动结垢为主动结垢的思路。针对某油田注入水，以镀锌铁为研究基质，综合动态模拟剪切实验以及SEM、EDS和浊度测试，探究碱类型和浓度对CaCO₃污垢生长特性的影响机理。结果表明5种常用碱——碳酸钠Na₂CO₃、碳酸氢钠NaHCO₃、三乙醇胺TEOA、氢氧化钙Ca(OH)₂和氧化钙CaO对污垢结垢量、失钙率及结垢诱导期影响各异，其中Na₂CO₃对失钙速率影响显著，而CaO对结垢速率影响较为明显。其次，不同碱促使污垢形成不同的晶型晶貌，其中方块状和层状垢物易于在材料表面堆积，即有利于结垢。最后，碱浓度对污垢生长影响具有双重性，存在抑垢和促垢浓度区间。

蒎烯可衍生为高能量密度燃料，但在酿酒酵母中的全生物合成却未见报道。酿酒酵母由于拥有强大的蛋白表达和翻译后修饰系统以及完整的内膜系统，相比于大肠杆菌等原核生物更适于P450等蛋白的表达，因此将酿酒酵母作为宿主细胞，对于蒎烯或者其他物质实现如“疯狂碳环”的高能量化是至关重要的。本研究在酿酒酵母底盘中表达内源焦磷酸香叶酯合成酶（ERG20）的突变体ERG20^ww和火炬松来源的蒎烯合酶（PtPS）构建了蒎烯的合成路径。通过截短PtPS N端2～51位氨基酸残基（tPtPS），蒎烯产量较初始产量（0.329 mg·L^-1）提高了2.23倍。在过表达异戊二烯焦磷酸异构酶（IDI1）和RNA聚合酶Ш负调控因子（MAF1）的基础上，表达ERG20^ww和tPtPS的融合蛋白，蒎烯产量进一步提高了5.16倍。通过将内源基因ERG20启动子原位替换为弱启动子HXT1，下调ERG20的转录，蒎烯的产量提高了26.0%。最终通过调节发酵过程中的培养基pH使蒎烯产量达11.7 mg·L^-1，较初始产量提高了34.5倍。本研究在酿酒酵母中实现蒎烯的从头合成，并获得已知蒎烯摇瓶水平的最高产量。

在生物体内存在可催化多步连续反应的通用酶，对生物代谢过程具有重要作用。八氢番茄红素脱氢酶（CrtI）作为典型代表,可以催化多步连续脱氢反应,生成番茄红素等具有重要价值的产物。本文以酿酒酵母为底盘研究CrtI的催化功能特征。首先通过组合设计与筛选番茄红素合成路径中的三种外源酶CrtE、CrtB和CrtI，发现CrtI是主要的限制因素，且三孢布拉氏霉菌来源的CrtI(BtCrtI)表现出优异的催化功能。通过生物信息学与蛋白结构分析发现BtCrtI的S311残基是连接和稳定活性中心结构的关键。随后通过分析该位点的饱和突变结果，揭示了该位点的氨基酸残基类型对活性中心结构和功能的显著作用，为酶的设计和改造提供了新的思路。同时发现CrtI的活性差异未对合成路径中的类胡萝卜素的代谢流造成扰动，表明CrtI是番茄红素的产量和纯度的决定因素。

利用卧式固定床实验炉制得不同温度下干燥处理的煤样，采用低温氮吸附法测试煤样的比表面积、孔体积和孔径分布等孔隙特征参数，使用复吸实验装置测定不同干燥程度褐煤煤样的平衡含水量，探索了高温干燥处理后褐煤孔隙结构的演变与其复吸特性之间的关联规律。结果表明：褐煤原煤及不同干燥温度(600~800℃)下半焦的等温吸附曲线均属于第Ⅱ类吸附等温线，褐煤原煤、600℃和700℃干燥半焦的吸附回线均属于L1型，800℃干燥半焦的吸附回线有从L1型转变为L2型的趋势；随着干燥温度的增加，干燥半焦的比表面积先增大后减小，介孔峰值的孔径微分同样先增大后减小，而大孔孔径微分基本保持不变；分形维数D₁和D₂呈相反的变化趋势，且D₂>D₁；不同干燥程度半焦的复吸曲线变化趋势相同，且平衡含水量随着干燥温度的升高而减小；半焦复吸特性与孔隙结构有关，平衡含水率与其孔容积之间呈较好的线性关系。

采用共沉淀法制备了还原石墨烯纳米片和磁铁矿复合材料（rGO-Fe₃O₄）。利用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和透射电镜（TEM）对其进行了表征。以酸性红73（AR73）为目标物，研究了rGO-Fe₃O₄活化过硫酸盐（PS）处理酸性红73的效能，考察了催化剂投加量、PS浓度、溶液初始pH以及反应温度的影响。结果表明，室温下催化剂投加量为1.0 g/L、PS的浓度为1.0 g/L及初始pH为6.9时，10 min内50 mg/L酸性红73的脱色率达到100%。淬灭实验结果表明rGO-Fe₃O₄/PS反应体系同时存在SO₄^-?、?OH和单线态氧¹O₂，其中¹O₂的氧化反应起主导作用。复合材料rGO-Fe₃O₄不但活性高，而且便于分离，应用前景良好。

内重整（IR）和外重整（ER）是固体氧化物燃料电池（SOFC）以天然气（NG）为燃料时的两种工作方式，不同重整方式下的电池性能、效率也不尽相同。借助有限元分析软件COMSOL Multiphysics^? 5.2，以天然气为燃料，建立了电池组成为Ni-YSZ//YSZ//LSCF-GDC的ER-SOFC和IR-SOFC两种三维单电池模型。模拟结果表明：相同条件下，IR-SOFC具有比ER-SOFC更高的功率密度、燃料利用率和能量利用率；阳极重整反应主要发生在靠近燃料入口的区域内；H₂和CO含量在IR-SOFC中先升高后降低，在ER-SOFC中则一直降低；IR-SOFC的温度变化更剧烈，燃料入口处温度梯度最大；越靠近集流体的区域，电解质表面的离子电流密度越大；ER-SOFC阳极不会发生热力学上的积炭现象，对于IR-SOFC，CH₄热分解反应是整个阳极发生积炭的主要原因，其在燃料入口处的积炭活性高达270。

为资源化处理奶牛场沼液、探究小球藻Chlorella vulgaris NIES-227对奶牛场沼液的处理能力以及生物质利用潜力，在柱式光生物反应器中利用小球藻处理沼液占比分别为25%、50%、75%和 100% 4种不同浓度的未灭菌污水。研究结果显示，各浓度污水中总氮、总磷和COD的去除率分别为36.0%～92.5%、42.8%～100%和6.9%～32.2%。在沼液占比为25%的污水中氮磷的去除率最高，氨氮、总氮和总磷的去除效率分别可达99.9%、91.0%和100%。微藻在低浓度沼液（25%～50%）中生长状态良好，在沼液占比为50%的污水中可获得最高生物质产率393.6 mg/(L·d)。但是在高浓度沼液（75%～100%）中微藻生长受到一定抑制，导致氮磷的去除效果变差。培养期间细菌的数量增长显著，促进了COD的去除。各浓度沼液生物质中总脂、总糖和蛋白质含量分别为13.2%～32.2%、12.3%～27.6%和16.2%～30.9%。实验数据表明，低浓度沼液能产生更多高能量组分的生物质，适合用作生物燃料的开发；高浓度沼液能产生含较多蛋白质的生物质，更适合用作动物饲料。

经水热预水解技术处理木质纤维素，木片的主要成分发生变化，对后续的化学制浆性能及制浆黑液性质带来影响。本实验采用不同预水解强度（P因子）处理相思木片，并对其硫酸盐制浆行为和黑液性质进行分析。研究结果表明，随着P因子的增大，粗浆得率和细浆得率逐渐降低；浆料的卡伯值逐渐升高。当P因子＜200时，水解后木片的黑液固形物含量由空白组的138.48 g/L升高到162.86 g/L；木素含量由58.57 g/L升高到72.68 g/L；残碱量由4.37 g/L迅速降低到2.07 g/L。当200＜P因子＜600时，黑液固形物含量由162.86 g/L降低到142.71 g/L；黑液中木素含量由72.41 g/L降低到59.16 g/L；残碱量由2.07 g/L降低到1.26 g/L。当P因子＞600时，黑液中固形物含量由142.71 g/L升高到156.95 g/L；木素含量由59.16 g/L升高到62.16 g/L；残碱量由1.26 g/L升高到1.37 g/L。不同条件下，黑液中无机物含量变化不大；黑液固形物的热值由对照组的13.71 MJ/kg提高到14.63~15.09 MJ/kg。

以厌氧活性污泥为阳极菌种，乙酸钠为阳极底物，硫酸铜和重铬酸钾溶液为微生物燃料电池（MFC）阴极液，人工模拟含镉重金属废水为微生物电解池（MEC）阴极液，构建MFC-MEC耦合系统，利用MFC的产电驱动MEC运行，在不消耗外部能源的情况下，实现含镉重金属废水中Cd²⁺的去除。实验研究了MFC反应器容积、MFC堆栈、MEC电极材料、MEC阴极液pH对MFC-MEC耦合系统电性能及含镉重金属废水处理效果的影响。结果表明：MFC反应容积的扩大可以提高其产电性能，但与此同时会造成MFC的内阻升高，随着MFC容积的增加，MEC中Cd²⁺去除率逐渐增加，但同时MFC阴极Cr⁶⁺去除率逐渐下降；MFC堆栈可以提高工作组两端电压，串联时最大输出电压为1509 mV，Cd²⁺去除率为69.3%；以钛板作为MEC电极时，微生物能有效附着在阳极表面，MFC阳极COD去除率为85%，MEC中Cd²⁺去除率为51.5%；MEC阴极液pH在3~5时，有利于含镉重金属废水的处理，Cd²⁺去除率80%以上。经XRD分析，MEC阴极还原产物为CdCO₃。

为研究CO₂驱油田分离器内泡沫层产生及消除机理，设计了一套高压溶气原油泡沫测试系统，采用降压法研究了CO₂-原油体系的发泡特性。利用高速摄像机对泡沫产生至衰变的演变过程进行了记录，总结分析了不同降压阶段的气泡行为，研究了降压速率和搅拌速率对原油发泡特性的影响规律。研究发现，随压力降低，稳定存在气泡的直径增大，气泡位置上移，发泡行为更加剧烈；降压速率增加对降压阶段的发泡行为无明显影响，但会加剧稳定工作压力下的发泡行为；在转速小于等于120 r/min的条件下，搅拌速率增加会加剧降压阶段的发泡行为，但会加速稳定工作压力下的泡沫衰变。

针对余热回收和能源利用的问题，以液化天然气(LNG)作为冷源，稠油开采废气作为热源，提出了一种结合天然气液化和废气发电与CO₂捕集的余热回收利用系统。分析了关键热力学参数对系统热力学性能的影响。结果表明：对于有机朗肯循环和制冷循环，增加透平膨胀机的进口温度，降低其出口压力以及减少制冷循环压缩机进出口的压缩比，可获得最大净输出功为454.9 kW，余热回收效率为34.2%。对于天然气液化系统，采用C++进行非线性约束优化计算，以氮膨胀制冷循环压缩机总功耗为目标函数进行优化，得到压缩机最优总功耗为101.54 kW。降低天然气压缩机(K110)进口温度，氮气膨胀机(T3)出口压力以及氮气质量流量，可获得最大LNG调峰量为378.8 kg/h，反之，CO₂捕集量可提高28.6%。

利用计算机模拟方法(耗散粒子动力学)研究了双响应性嵌段聚合物修饰的纳米孔的开关效应。通过在纳米孔内接枝具有温度和pH响应的嵌段聚合物(N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酸)，研究不同嵌段序列(即wall-PNIPAM-PAA或wall-PAA-PNIPAM)对纳米孔开关效应的影响，结果表明，只有wall-PNIPAM-PAA嵌段序列可以实现纳米孔在不同条件下的开关效应。同时还探究了接枝密度、链长和嵌段比例对纳米孔开关效应的影响，结果表明，中高等接枝密度、适合的链长和中等比例的嵌段比可以实现不同特征的纳米孔，用于控制纳米孔的开关效应。

以Pickering乳液法进行了石墨烯基气凝胶(GA)的制备，并以纯有机物和水中乳化油分为吸附对象，对其饱和吸附能力进行了评价，综合对比了不同研究者利用碳纳米材料所制备碳基气凝胶对纯有机化合物的吸附能力，发现包含本文所制备的GA在内的各种碳基气凝胶对不同的有机物的吸附能力与有机物的密度成正比，表明单位质量碳基气凝胶吸附有机物的体积(cm³?g^?1)为定值，与具体的被吸附有机物的种类无关。推断有机物在气凝胶材料中的吸附是一种体积填充行为，气凝胶孔隙体积的大小对于其吸附有机物的能力具有重要影响，但孔隙的占有率也是决定实际吸附有机物能力的关键因素。所制备的GA对水中油分的吸附能力低于其对纯油分的吸附能力，应与水的竞争吸附、有机物的扩散阻力等有关。

为了寻求温度段在2~3℃的低温相变材料，采用低共熔法，以理论计算为基础制备了癸醇-棕榈酸（DA-PA）二元复合相变材料。为提高其热导率，利用膨胀石墨（EG）的多孔特性，制备了最佳质量比为15∶1的DA-PA/EG复合相变材料。通过DSC、步冷曲线、红外光谱测试、SEM、Hot Disk热常数分析、高低温循环实验对复合相变材料的结构和性能进行了研究。实验结果表明，当DA-PA质量比为97.8∶2.2时的低共熔温度为2.9℃，相变潜热为203.6 J·g^-1。真空吸附后DA-PA被均匀地包裹在EG的多孔网状结构中，DA-PA/EG的相变温度为2.7℃，相变潜热为193.9 J·g^-1，热导率为1.416 W·（m·K）^-1，相比DA-PA提高了4.3倍。经过100次高低温循环后，DA-PA/EG仍保持良好的稳定性，在冷链物流中有较大的应用价值。

采用乙烯基三甲氧基硅烷(VTMOS)对SiO₂疏水改性，通过自组装法，将改性SiO₂接枝在商业PVDF(聚偏氟乙烯)膜表面，使其表面达到超疏水。利用场发射电子显微镜、红外光谱仪、接触角测量仪及毛细流孔径分析仪等仪器对改性前后膜的表面形貌、化学组成、接触角及孔径变化等性能参数进行表征。结果表明，VTMOS不仅对SiO₂疏水改性，还通过自身的水解缩聚反应，生成了规整圆球状的聚乙烯基倍半硅氧烷(PVSQ)微粒，纳米级SiO₂分布于微米级PVSQ表面，在改性膜表面构造了多层次微/纳米粗糙表面，在低表面能疏水基团乙烯基和甲氧基的共同作用下，成功实现了超疏水改性，改性膜水接触角达到159.5°，滚动角降至8.1°。以NaCl、HA和CaCl₂混合溶液为进料液，对商业PVDF膜和改性膜进行了长期直接接触式膜蒸馏(DCMD)实验，探究其抗污染性能。结果表明，改性膜适用于长期DCMD实验，并表现出比商业PVDF膜更稳定的通量，截盐率始终大于99.99%，具有良好的稳定性和抗污染性能。

以氧化石墨烯溶胶为前体，通过旋涂工艺制备薄膜型气敏元件，在低温80～180℃下进行热处理，获得系列不同还原程度的还原氧化石墨烯气敏元件，采用XRD、AFM、FT-IR、XPS对样品的层结构、薄膜厚度及含氧官能团变化属性进行表征，将气敏薄膜元件在相对湿度为11.3%～93.6%的范围内进行预湿处理，并测定元件对甲醛气氛的敏感性能。结果表明：随热还原处理温度的升高，氧化石墨烯的结构逐渐向类石墨结构转变，含氧官能团逐渐脱失，缺陷增多，薄膜的方块电阻呈数量级地减小，从41 MΩ减小至928 Ω；经不同湿度预处理的气敏元件置于甲醛气氛中产生了水分子与甲醛分子的竞争吸附，从而导致电阻的明显变化；在10^?4甲醛气氛下，未还原或热还原温度较低的气敏元件适用于低、高湿环境下甲醛气氛的气敏测试，最大灵敏度为69.1%，而还原温度适中的元件则适用于中湿环境的甲醛测试，最大灵敏度为80.3%。

以Co(COOH)₂、FeCl₃和PdCl₂为原料，柠檬酸为稳定剂，乙醇为加速剂，采用超声辅助制备Co-Fe-Pd金属纳米粒子，并评估其氧还原反应(ORR)电催化性能。研究结果表明，Co-Fe-Pd金属纳米粒子平均粒径约3～5 nm，由于Co、Fe固溶于Pd晶格，使Co-Pd、Fe-Pd和Co-Fe-Pd纳米粒子仅显示Pd衍射峰，且伴有不同程度的宽化；相比于Co-Fe、Fe-Pd或Co-Pd纳米粒子，三元Co-Fe-Pd晶格压缩更为明显，晶格缺陷诱使的活性位点增加，氧还原催化能力增强；其氧还原起峰电位为1.03 V(vs RHE)，Tafel斜率为?87 mV/dec,可与商用Pt/C催化剂相媲美；氧还原过程中电子转移数为3.80±0.04，说明其主导四电子转移路径；此外，RRDE结果显示氧还原过程中的中间产物H₂O₂含量约10%。

研究了马来酸酐(MAH)/二乙烯基苯(DVB)接枝聚乳酸(PLA-g-DVB/MAH)对微晶纤维素(MCC)/聚乳酸(PLA)复合材料性能的影响。首先采用熔融接枝法，将DVB作为MAH的共聚单体接枝到PLA分子链上制备PLA-g-DVB/MAH接枝聚合物，然后以PLA-g-DVB/MAH为相容剂，采用注射成型法制备MCC/PLA复合材料。利用FTIR对PLA-g-DVB/MAH进行表征，探究了PLA-g-DVB/MAH对MCC/PLA复合材料流变及力学性能的影响。结果表明，MAH成功接枝到PLA上，并得到接枝聚合物PLA-g-DVB/MAH；添加PLA-g-DVB/MAH后，MCC/PLA复合材料的储能模量、复数黏度、平衡扭矩以及剪切热都有明显升高；PLA-g-DVB/MAH的添加有利于改善MCC和PLA的界面相容性，进而提高了MCC/PLA复合材料的力学性能。

采用喷涂法在碳化硅（SiC）支撑体上覆膜，根据碳化硅材料的氧化特性，设计了有氧烧结和氩气烧结随温度转换的组合烧结制度，并通过优化保温时间降低碳化硅陶瓷膜烧结成本。研究结果表明，新的烧结制度能有效地控制有氧烧结阶段产生的二氧化硅（SiO₂）量，并促进其与烧结助剂氧化锆（ZrO₂）等在气氛烧结阶段的反应，反应生成的锆英石相和添加莫来石相共同形成SiC颗粒连接颈部。制备的碳化硅陶瓷膜平均孔径为3.03 μm，气体通量为175 m³?m^-2?h^-1?kPa^-1。且在100℃的0.25 mol?L^-1的H₂SO₄溶液和0.25 mol?L^-1的NaOH溶液中腐蚀6 h后，膜层表面形貌无明显变化，具有较强的抗腐蚀性能。

基于Martini力场采用粗粒化分子动力学模拟研究了Pluronic嵌段共聚合物在疏水纳米表面自组装膜结构，考察了Pluronic嵌段共聚合物结构对自组装单分子膜结构的影响。模拟结果发现Pluronic聚合物在疏水纳米表面自组装形成了以纳米材料为核，聚合物为壳的特殊核-壳结构。聚合物的浓度和结构都会影响该壳层结构，在浓度较低时，聚合物EO嵌段卷曲地附着在疏水纳米颗粒表面，类似形成层状的壳层结构；随着浓度的提高，EO嵌段伸向溶剂相，形成星形自组装膜结构。增加Pluronic共聚物相对分子质量，吸附在纳米材料的聚合物壳层厚度也逐渐增加。随着聚合物PO摩尔的增加，吸附在纳米材料表面的PO嵌段由“S”形或“W”形吸附逐渐变成“U”形吸附。这可能因为随着聚合物浓度的提高，有限的纳米颗粒表面不足以提供足够多的吸附位点导致聚合物吸附构型转变。

利用Monte Carlo方法，分别模拟二氧化硅和钼掺杂二氧化硅对Cu(Ⅱ)的吸附行为。结果表明，Cu(Ⅱ)被吸附于该纳米材料的表面和原子间隙之中；模拟发现加入少量氧化钼于二氧化硅中不会显著改变对Cu(Ⅱ)的吸附能力。同时采用广义梯度近似(GGA)的密度泛函理论(DFT)对其过程进行验证，并通过微量热技术佐证了二氧化硅及钼掺杂二氧化硅对水中Cu(Ⅱ)的吸附行为，实验发现，吸附过程的ΔH<0，ΔS<0，范德华力为吸附驱动力，分子模拟与实验结果相吻合。

石墨烯是一种具有优异自润滑、力学和热学等特性的新型材料，虽然在润滑油领域具有很好的应用前景，但因其在润滑油中的分散性较差、容易团聚而限制了它的广泛应用。通过在石墨烯表面接枝长链烷烃得到了亲油型改性石墨烯(MGM)，且改进了润滑油添加剂(LOA)的配方以加强润滑油和石墨烯的相互作用、促进石墨烯的稳定分散并协同石墨烯发挥润滑作用，最终得到了具有极佳助润滑性能和稳定分散性的石墨烯润滑油添加剂(MGLOA)。结果表明，MGM和LOA在其它市售润滑油中的最佳添加量分别为0.004%(质量)和5%(质量)，此时润滑油的极压润滑性能能够提高11倍以上，且在应用过程中展现出了很好的降温、降噪和减振作用。

借助差示扫描量热仪（DSC）和低温显微系统，研究了升降温速率（5、10、25、50和100℃/min）和氧化石墨烯（GO）浓度(0.01、0.1、1和5 mg/ml)对VS55溶液降温过程结晶和升温过程冰晶再生长的影响。结果表明：（1）随着升降温速率的增加，VS55溶液体系在降温过程中的结晶焓H_f以及升温过程中的再结晶焓H_Td都会减小；（2）对浓度为2.1 mol/L的VS55溶液进行降温时，GO浓度越大，其结晶焓H_f越大，且初始冻结温度显著提高；但对4.2 mol/L VS55降温时，其结晶焓H_f会随着GO浓度增加呈现出先减小后增大的特点；8.4 mol/L VS55已完全玻璃化，GO对其没有影响；（3）在升温过程中，GO浓度越高，VS55浓度越低，其溶液体系内冰晶再生长抑制程度越大，如GO浓度为5 mg /ml时，2.1 mol/L VS55溶液添加GO前后再结晶焓的差值ΔH_Td为14.55 J/g，而4.2 mol/L VS55就显著降低到7.95 J/g，接近8.4 mol/L VS55的6.91 J/g。总体来看，GO对VS55溶液降温过程冰晶生长特点的影响主要取决于VS55浓度和GO浓度，但对复温过程反玻璃化或冰晶再生长特点的影响主要取决于VS55浓度、GO浓度以及升降温速率。

最大反应速率到达时间(TMR_ad)是化工工艺热风险评估中一个十分重要的参数。一般计算TMR_ad的方法是基于N级模型的分析。但对于复杂的反应过程统一采用N级模型分析计算可能会引起较大偏差甚至得到错误的评估。因此，提出运用基于反应类型的数值计算方法进行TMR_ad和T_D24的评估，通过分别代表N级反应和自催化反应的20% DTBP甲苯溶液和CHP的ARC测试分析表明：对于N级反应，该方法能可靠地用于TMR_ad和T_D24的求取；而对于自催化反应，尽管拟合效果很好，原有方法计算偏差很大，原因是不同模型下动力学参数不同，还进行偏差大小分析。由此可知该数值计算方法有广泛的适用性，对于放热曲线，需在了解其反应类型的基础上利用该方法进行TMR_ad和T_D24的评估，由此评估的结果更为可靠准确。

针对深水钻井作业安全问题，基于风险熵和复杂网络理论，在考虑风险不确定性的基础上，提出深水钻井井喷事故风险演化量化评估方法。依据深水钻井流程，构建井喷事故场景复杂网络演化模型，判断节点聚类性；针对风险传递的随机性与模糊性，引入风险熵表征两类不确定性；给出风险传递路径最大可能性的表达式，并转化为线性规划问题，通过Dijkstra算法得出事故最短路径。结果表明：深水井喷事故复杂网络的聚类系数为0.132，节点聚集程度较低而演化性较强，具有小世界网络特征；以自然因素类的钻遇浅层气作为初始事件的风险传递路径对井喷事故的影响最大，但所有初始事件的风险经少数几步传递即可导致井喷事故的发生，验证该方法在复杂过程系统定量风险评估方面的可行性。

利用激波管，对常压下温度1200~1600 K、体积分数1.0%~2.4%范围内的92号汽油-空气混合气的着火延迟特性进行了实验研究，以探索低压初始环境中油气爆炸的着火延迟规律。分析了着火延迟时间随点火温度和油气浓度的变化规律；得到了不同浓度下汽油着火延迟时间的计算公式；根据实验结果对比分析了七种机理模型的优劣；结合机理中主要组分的产生、消耗速率变化，剖析了浓度影响着火延迟的原因。结果表明，汽油着火延迟时间与点火温度的倒数呈良好的指数关系；同一高温下，浓度越大，油气着火延迟时间越长，原因是高油气浓度下烃分子与H的反应更强，从而抑制H与O₂的反应；在验证的七种机理中，Abhijeet Raj机理在低压下对各油气浓度的着火延迟时间计算精度较高，适宜应用到油气爆炸模拟中。研究为汽油燃烧动力学机理的验证、优化与应用提供了较为准确的数据基础。

开展了氢气-空气预混气在透明方管内的爆燃实验研究，分析在一端开口一端封闭的狭长空间内，浓度和点火位置对氢气-空气预混气爆燃特性的影响。实验结果表明：氢气浓度和点火位置对火焰锋面结构以及发展有重要影响；各当量比条件下，均在距封闭端100 mm位置点火时反应最为迅速；在极贫燃或极富燃条件下，点火位置对火焰发展影响更大。氢气浓度与点火位置共同作用于压力波形，以距封闭端300 mm点火位置为界，分别在管道前后两段点火时，不同当量比条件下超压波形呈现复杂变化。超压峰值对氢气浓度具有极强依赖性，并且浓度对爆燃超压的影响程度远大于点火位置；在各点火位置下，均在Φ = 1.25时获得最大超压；最大超压对应的点火位置取决于当量比。

受限于仪器原理，绝热加速量热法数据分析需进行热惯量因子修正。然而，现有的修正方法均违背由反应物比热及炉体温度动态追踪效果变化等引起热惯量因子动态变化的事实，导致动力学参数求取存在偏差。针对上述不足，提出一种基于C80与绝热加速量热数据联用的绝热加速量热热惯量因子修正及动力学计算方法。具体步骤如下：基于Friedman法分析C80数据获取无模型动力学参数，将其代入绝热数据求解反应体系比热容与等效热惯量因子乘积，并在绝热平衡方程中由上述乘积替代恒定热惯量因子及比热实现动力学计算。以过氧化二叔丁基(DTBP)和过氧化氢异丙苯(CHP)为实验对象进行实验验证。结果表明，基于两种量热模式联用的热惯量因子修正方法避免了热惯量动态变化对动力学分析的影响，从而获得更加准确的动力学参数。