流场板是质子交换膜燃料电池的核心部件之一，其结构直接影响着反应气体的利用效率以及燃料电池的排水及散热性能。综述了近十余年来质子交换膜燃料电池流场板的设计与研究进展。研究者们基于平行流场、蛇形流场、交指流场、点状流场，从流道尺寸、流道截面、进口分配段、流道布置等方面开展结构设计和优化，不同程度提高了燃料电池水热管理以及电性能。此外，各种形式的组合流场可综合不同流场优点，多级分形仿生流场优化了反应物、压力与电流密度分布，三维精细化流场通过改善供气方式降低了浓差极化。

丁二酸因其C₄分子结构在化工领域的潜在价值，被认为是一种具有广阔应用前景的生物基平台化合物。结合生物基丁二酸的产业现状，综合分析了丁二酸生产菌种及菌株改造、生物过程优化和丁二酸分离纯化这三个方面的研究现状。重点介绍以大肠杆菌、产琥珀酸放线杆菌、解脂耶氏酵母为代表的主要生产菌株及其改造策略；低值生物质利用及控制发酵过程中CO₂ 供给和pH 调节等生物过程优化策略；包括钙盐法、电渗析法、直接分离法等方法在内的丁二酸分离工艺。同时指出未来的研究重点将综合考虑经济性与能耗问题，将菌株与发酵和分离全过程整合，提高丁二酸产量，降低发酵及分离成本，进一步拓展生物基丁二酸市场应用领域。

空调器采用翅片管式换热器作为蒸发器，在制冷工况下换热器表面发生析湿及粉尘沉积，导致性能衰减。建立湿翅片表面粉尘颗粒物沉积过程的数学模型，模拟冷凝水捕集颗粒物以及湿积灰层黏附颗粒物的过程。被冷凝水捕集的颗粒物数量等于运动轨迹与水表面轮廓会出现相交的入射颗粒物的数量；后续的入射颗粒物与湿积灰层碰撞时，部分入射颗粒物会发生沉积且部分被碰撞的已沉积湿颗粒物会发生移除，这两部分的颗粒物数量相减即为被湿积灰层黏附的颗粒物数量。模拟与实验结果的对比表明，预测的湿积灰层形状与实验照片的吻合度较好，预测的单位面积颗粒物沉积质量与91%的实验数据之间的误差在±20%之间，平均误差为11.8%。

基于HIDiC的理论和Aspen 模拟的结果，建立了新型内部能量集成的精馏塔的塔节结构，对筛孔式结构的复合HIDiC塔节做了CFD模拟，探索了不同参数下的水力学性能，优化了新型复合塔节的结构。结果表明：对于筛孔式复合塔节，减小塔板孔径，降低出口堰高有利于提高传质和传热效果。利用SolidWorks软件针对温度与压力下的双重效应做了静应力分析，通过HIDiC理论，模型构建，水力学模拟相互验证，将HIDiC逐板换热的理论与实际模型完美结合。

针对电容层析成像技术的图像重建问题，提出了基于数据驱动的卷积神经网络图像重建方法。根据气固两相流的流型特点，通过数值模拟的方法随机生成了60000组介质分布图像，并利用有限元法计算了与之对应的电容向量，从而建立了一个“电容向量-介质分布”数据集；然后根据电容层析成像图像重建特点建立了卷积神经网络模型，对数据集中的训练集进行学习和训练，并利用测试集对训练结果进行了验证与评价。在此基础上，对获得的ECT图像重建卷积神经网络模型进行了静态实验和流化床测试实验研究。模拟和实验结果表明：所建立的卷积神经网络能较好地实现ECT图像重建，可直接用于流化床内的颗粒浓度分布测量。

Al-Cu-Si基相变材料具有成本低、相变潜热高、抗氧化性能高等优势，是最具潜力的太阳能储存材料之一。而Cu含量对其储热性能特别是体积潜热有重要影响，但相关研究未见报道。通过差示扫描量热仪和激光热导分析仪研究了Al-Cu-Si合金的相变温度、质量潜热和体积潜热随Cu含量变化的关系，以及比热容、热扩散率和热导率等随温度变化的关系。研究结果表明，在Cu含量35%～55%时，Al-Cu-Si合金相变温度为512.5～604.2℃，质量潜热为354.4～458.1 J?g^-1，体积潜热为1524.1～1763.8 J?cm^-3。质量潜热和体积潜热均随着Cu含量的增加呈现出“双峰型”的变化趋势，Cu含量42%时质量潜热最大，为458.1 J?g^-1；Cu含量48%时体积潜热最大，为1763.8 J?cm^-3。Al-Cu-Si合金的热导率随着Cu含量的增加而降低，且在500℃时Al-Cu-Si合金的热导率为91.4~137.5 W?m^-1?K^-1。综合研究表明，Al-Cu-Si合金在太阳能储热领域具有很高的应用价值。

消化器官内壁有着多级多尺度结构且运动方式复杂，理解其在消化吸收过程中的作用对人类健康具有重要意义。着眼于人体小肠绒毛，从化学工程师的独特视角出发，建立多物理场耦合模型描述小肠绒毛运动驱动下的营养物质传递与吸收。成功应用动网格方法实现绒毛往返周期运动。同时建立分析方法，量化传质与吸收效果。模拟结果显示绒毛沿着小肠管路轴向的往返运动，可以形成两个特征涡流，有效强化绒毛间流体和外部流体的交换，减小径向传质阻力。绒毛顶部在吸收中起到了关键作用。绒毛运动周期越小，最大传质增强因子越高，吸收量越大。绒毛越高，最大传质增强因子越高，再加上吸收面积越大，总吸收量会显著提升。对于900 μm高的绒毛，在运动周期为6 s情况下，传质效果比绒毛不运动时的传质效果提升超过500%。

利用盘管组来加热融化浮顶油罐内含蜡原油是油罐加热融化的主要方式之一。而优化盘管组的布置方式对提高罐内含蜡原油的融化效率、降低生产成本具有重要的意义。基于此，在考虑含蜡原油融化过程中形态和流变性变化的基础上，建立了盘管组加热的浮顶油罐内含蜡原油湍流融化物理数学模型。考虑到罐顶空气层、钢板层、保温层的规则性以及罐内含蜡原油区域的非规则性，利用浸入边界法在结构化网格上处理罐内含蜡原油与盘管组之间的耦合问题。利用文献结果对模型进行验证。以实际1000 m³浮顶油罐为例，对罐内含蜡原油的融化规律进行研究，并对倾角对融化过程的影响进行分析。

以某50 MW塔式光热发电项目外露管式熔盐吸热器为研究对象，进行了建模，通过理想条件下的动静态仿真和实际气象条件下的模拟，给出吸热器特性参数的动静态响应曲线，提出了吸热器出口盐温控制的改进方法，分析了其在实际气象条件下的运行特点，总结了以下规律：吸热器表面最高温度、温度梯度、散热功率与太阳法向直射辐照度的变化基本呈正比关系；效率随太阳法向直射辐照度增大而升高但斜率逐渐减小；风速主要影响对流散热功率；太阳法向直射辐照度扰动下吸热器出口熔盐温度、表面最高温度、散热功率的过渡过程响应时间较吸热管轴向温度梯度更长，效率在瞬间突变后会重新逐渐回复到接近扰动前的水平；流量阶跃下降对吸热器性能影响更大。利用吸热器特性参数与太阳法向直射辐照度和熔盐流量三者间的定量关系可改进运行中的熔盐流量调整策略。

对CeO₂纳米流体进行了池沸腾传热特性研究，考察了CeO₂/水基纳米流体的热导率，静态接触角以及沸腾后表面沉积情况对沸腾传热的影响。结果表明，CeO₂纳米流体可提高沸腾传热系数，且纳米流体最佳质量分数为0.05％，其沸腾传热系数较去离子水提高36%。热导率以及接触角随纳米流体质量分数的增加而增加，在本实验范围内，热导率最大增加1%；而纳米流体接触角从50.5°增加到92.9°；表面沉积随纳米流体的质量分数增加越来越明显，去离子水在沉积表面的接触角发生较大变化（51.4°~134.4°）。纳米流体的热导率影响可忽略不计；而接触角和沸腾表面颗粒沉积对纳米流体的强化传热作用影响较大。

针对水流量标准装置分析了水中溶解气对流量稳定性和计量精度的影响，并安装了微泡排气阀进行对比实验。经理论分析和实验测试表明，水中溶解气在经历减压过程后会由于前后端压差而分离析出，然后形成游离的微小气泡，这些微小气泡在水中继续流动，这会影响水流量标准装置的流量稳定性和计量精度，当水流经微泡排气阀后，微泡排气阀可以捕捉从水中分离析出的微小气泡，从而提高了水流量装置的流量稳定性和计量精度，可使流量稳定性达到0.1%～0.2%的水平，为水流量标准装置的设计和流量稳定性的研究分析了一种新的影响因素并就此提供了解决方案。

纯硅分子筛Silicalite-1原粉（Si/Al>470）在6 MPa压力下制成自支撑颗粒状吸附剂，经XRD和77 K氮气吸脱附表征表明自支撑颗粒型的Silicalite-1保留了原粉的晶体结构和比表面。静态重量法测试了273/298/313 K下CH₄和N₂在其上的吸附等温线，利用理想吸附溶液理论（IAST）法计算了吸附剂对CH₄/N₂的选择性。动态气体穿透实验测试了颗粒型Silicalite-1吸附剂对不同浓度CH₄/N₂混合气的分离效果，结果表明该吸附剂更适合于低浓度甲烷（20%/80% CH₄/N₂）的富集脱氮。通过总传质模型利用数值模拟预测了颗粒型Silicalite-1吸附剂的变压吸附分离（PSA）富集低浓度煤层气中甲烷的效果。模拟结果显示20%/80%的CH₄/N₂混合气经一次提浓，CH₄浓度可以提升至37%~41%，回收率达到60%~92%；30%/70%的CH₄/N₂混合气经一次提浓，CH₄浓度可以提升至50%~53%，回收率达到58%~92%。

实验考察了撞击流式反应釜内水合物法分离沼气中CO₂的特性。选取纯水和十二烷基硫酸钠（SDS）两个不同的体系，考察了水合物生成过程中压力、温度、撞击强度的影响。实验结果表明在纯水体系和SDS体系下压力的升高均有利于水合物的快速生成，但并不利于沼气中的二氧化碳捕集；实验通过改变撞击流式反应器的撞击强度发现，当撞击强度为0.128时，CO₂分离因子(S.F.)在纯水和SDS两种体系下均达到最大，纯水体系下S.F.的最大值为138.9，SDS体系下S.F.的最大值为64.5；实验结果表明添加剂SDS可以促进水合物的生成，最适宜的浓度为600 mg/L，此时耗气量、CO₂水合率S.Fr.(CO₂)和CH₄水合率S.Fr.(CH₄)达到最大，但SDS对CH₄水合物生成过程的促进作用大于CO₂水合物，反而不利于CO₂的分离，降低CO₂的分离因子。

离子交换法因适于低浓度物质的分离富集而被广泛应用于湿法冶金行业，新型高效吸附材料的合成与应用成为该领域的发展趋势。针对铀矿中伴生铼这一稀缺资源需要同步回收的现状，根据新近研发的氨基改性苯乙烯阴离子交换树脂(LSC-Re)，通过静态和动态吸附解吸试验，系统考察了溶液酸度、初始浓度、吸附时间、吸附温度等因素对吸附性能的影响，结果表明：在室温(25℃)下，铼溶液初始浓度为100 mg·L^-1，该树脂6 h达到吸附平衡，酸度对该树脂吸附铼的影响不大，树脂在pH=1.5时铀铼分离效果最佳，分离系数可达到41.68；树脂的饱和吸附容量达到129.3 mg·g^-1；从热力学和动力学角度分析，吸附过程符合Langmuir吸附等温模型和准二级动力学模型，且吸附是自发的吸热过程。动态吸附解吸试验中，控制溶液流速0.5 ml·min^-1，动态饱和吸附容量达到76.17 g·L^-1，饱穿比为2.35，用1 mol·L^-1 氨水进行解吸铼效果较好，8个树脂床体积可将其解吸完全，由此可见富集倍数接近70倍，具有良好的工业应用前景。

在内外层算法的基础上，采用联立方程思想将主塔、侧线汽提塔视为一个整体进行建模，并针对复杂炼油塔的特点对算法提出了改进。首先，由于传统内外层法简化的K值模型对组成的变化不敏感，在处理带有石油的体系时，容易出现迭代次数较多，甚至部分塔板温度更新异常的问题，因此采用了汽相分数加和式推导了简化的K值模型加权因子。其次，借鉴流量加和法思想，规定侧线汽提塔的塔底产品流量作为设计变量，增强了算法收敛的稳定性。为验证改进后算法的有效性，采用不同的算法对实际的常压塔进行了模拟，结果显示改进后的算法适合应用于复杂炼油塔的模拟计算。

软测量技术被广泛应用到工业过程中重要且难以在线测量变量的预测。然而，由于工业过程的复杂性,非线性和高昂的数据获取成本，使得建模所需的输入和输出变量数据比例严重不平衡。因此，本文在已有的co-training模型的基础上，将协同训练算法与前馈神经网络（BP）算法相结合，提出了针对非线性问题的co-training BP模型。然而，由于软测量模型应用过程的时变性和不确定性，以及外部环境等因素的影响，会造成数据突变、延迟和波动性大等情况，导致模型预测性能的衰减。因此，本文提出了一种半监督异构的自适应co-training RPLS-RBP模型。一方面，该模型使用奇偶分组的方法将标记数据进行两部分均分。另一方面，递归PLS（RPLS）与递归BP（RBP）同时用于标记数据的建模和预测。为了验证模型的预测性能，所提出模型在一个污水处理的仿真基准平台(BSM1)和一个实际污水厂(UCI)的数据中得到了验证。结果表明，所提模型具有较好的预测性能。

针对目前燃料电池热管理系统在变载时存在温度波动较大、调节时间较长和响应速度较慢等问题，本文提出了流量同时跟随电流及功率方式和神经网络自抗扰方法两种热管理控制策略。结果表明：流量同时跟随电流及功率控制策略能够有效地削弱水泵和散热器风扇的耦合作用，明显减少电堆进出口冷却水温度及其温差的超调量和调节时间。此外，虽然神经网络自抗扰控制策略在最大功率工况下的控制效果较差，但总体控制效果比流量跟随电流控制策略好。

提出了一种基于核熵成分分析（kernel entropy component analysis，KECA）的非线性过程故障检测与诊断新方法。该方法首先利用KECA获取过程数据的得分向量及非线性特征子空间；然后鉴于KECA可以以角结构的方式揭示数据中潜在的集群结构，设计了基于角度的监测指标VoA。该指标通过各得分向量之间的角度方差来描述变换后数据间的结构差异,并根据角度方差的变化情况实现故障检测；接着，为了在检测到故障后有效地进行故障识别，构建了KECA相似度因子来度量特征子空间的相似程度以识别故障模式；最后，以非线性数值案例及Tennessee Eastman过程进行仿真测试研究，结果验证了所提方法的可行性及有效性。

传统石油制乙二醇（OtEG）路线严重依赖于石油资源且生产成本高，而我国拥有丰富的煤炭资源，使得煤制乙二醇（CtEG）技术日益受到重视。基于全流程模拟结果，对OtEG和CtEG路线进行了详细的技术经济分析。结果表明，CtEG路线单位产品的能耗比OtEG高2.62 t-ce标准煤；但CtEG具有较好的成本优势，约可节省成本802 CNY?t^-1，但其总投资约为OtEG的2.58倍。适当扩大生产规模可明显提高OtEG和CtEG工艺的经济效益，尤其是降低CtEG的总投资。通过分析原料价格波动对两条路线竞争力的影响发现，当油价低于40 USD?bbl^-1(美元/桶)，且煤价高于500 CNY?t^-1时，CtEG与OtEG的生产成本比将高于1.0；当油价高于60 USD?bbl^-1，即使煤价高达850 CNY?t^-1，生产成本比也将低于1.0。此外，CtEG的CO₂排放量和水耗分别比OtEG高约5 t?t^-1和20 t?t^-1。因此，在大力发展CtEG产业的同时，亟需解决其高能耗、高排放等问题。

变量筛选是现代工业过程产品质量预测研究中的热点问题之一。过滤式变量选择方法因其计算速度快且不易造成过拟合得到了广泛应用，但其存在容易忽略变量相关性且不能准确反映工况信息的问题，在高维数据维度灾难问题日渐突出的当今不再适用。针对这一问题，提出一种分步约简的敏感变量选择方法。该方法在明确敏感变量和关键敏感变量的基础上，根据变量对工况的描述能力和辅助变量与主导变量的净相关性定义了敏感性指标，实现敏感变量的初选；接着，构建加权余弦马田系统以解决变量冗余性问题，实现敏感变量的精选。所提方法应用于加氢裂化产品质量预测，实际工业应用结果表明，该方法不仅可以提高模型的预测精度，而且可以有效地降低模型复杂性。

生物燃料作为一种可部分代替化石燃料的潜在能源具有绿色、可再生、无硫等优势，但其生产成本一般较高。生物质油与蜡油在催化裂化装置中的共炼通过利用炼厂已有设备可有效降低生物炼厂的投资费用进而降低生物燃料的生产成本。为同时降低共炼过程的经济费用和环境影响以筛选最优的生物质原料和生物质油制备技术，采用Eco-indicator 99方法量化共炼过程的环境影响，提出了针对该过程的多目标优化模型。结果表明：无论是降低经济费用还是减少环境影响，采用催化热解技术制备生物质油优于快速热解；不同目标下所获得的最优生物质原料不同；生物质原料在费用和环境影响中占比最大。因此，在对共炼过程进行优化时，需要考虑过程对环境的影响，而降低生物质原料的消耗对共炼过程费用和环境影响的降低最为有效。

研究了油气两相动压密封的动态特性。在可压缩流体雷诺方程中引入油气两相流体物性，建立油气两相流体的稳态和动态雷诺方程；考虑密封变形对流体膜的影响，采用热流固耦合方法并用有限元法进行求解；分析操作参数(油气比、转速和压差)对油气两相动压密封动态性能的影响。研究结果表明：油气两相流体的黏度较大，使密封具有更大的刚度系数、阻尼系数及更好的动态性能；密封端面变形减小了密封的刚度系数，增大了阻尼系数，且影响程度最大为16.9%和31.2%，对动态性能影响较大。高转速使刚度系数和阻尼系数增加，有利于密封的动态性能；而大压差使刚度系数增大、阻尼系数减小，不利于密封的动态性能；因此油气两相动压密封适用于高转速、低压差的油气润滑工况。

密封端面开启力是保证非接触式机械密封非接触运行的重要指标。为克服普通自泵送流体动静压型机械密封端面开启力随转速增大而减小这一不足，基于离心式泵或压缩机的扩压器工作原理提出了一种扩压式自泵送流体动静压型机械密封。数值模拟比较了普通自泵送和扩压式自泵送流体动静压型机械密封的密封性能，探讨了密封面结构参数和工况参数对扩压式自泵送流体动静压型机械密封性能的影响规律。结果表明：扩压式自泵送流体动静压型机械密封相比同等螺旋槽参数的普通自泵送流体动静压型机械密封的密封界面开启力提升了50%以上，并随转速增大而增大；随着扩压环槽增宽，开启力和泄漏率都显著增大；减小扩压环槽深度，能有效提高开启力；扩压环槽结构尺寸的变化基本不影响槽扩宽比、槽数和螺旋角对密封性能的影响规律。在一定的工况参数下，通过结构参数匹配，扩压式自泵送流体动静压型机械密封可以获得较优的密封性能。

基于EOS-CG模型和GERG-2008模型计算含杂质二氧化碳混合气体的密度，基于CO₂-Pedersen模型计算混合气体的黏度。利用模型计算数据拟合获得含杂质二氧化碳混合气体密度、黏度与压力的关系式，用以描述混合气体的实际行为以及黏度随压力变化的规律。采用有限差分法求解稳态雷诺方程，得到了纯二氧化碳和含杂质二氧化碳干气密封开启力、泄漏率以及气膜刚度，并分析了杂质对二氧化碳干气密封性能(开启力、泄漏率、气膜刚度)的影响。考虑的变量有端面平均线速度、气膜厚度、进口温度以及进口压力等。结果表明：当进口压力为15.26 MPa，进口温度为363.15 K，线速度为74.030 m/s，气膜厚度为3.05 μm时，含杂质二氧化碳干气密封开启力和泄漏率都小于纯二氧化碳干气密封开启力和泄漏率，且杂质含量越多，差别越明显；杂质对二氧化碳干气密封开启力、泄漏率、气膜刚度的影响随端面平均线速度的增大而增大；对泄漏率、气膜刚度的影响随气膜厚度的增加而减小；对开启力、泄漏率、气膜刚度的影响随进口温度的增大而减小；对开启力的影响随进口压力的增大先减小，再增大，最后减小，对泄漏率的影响随进口压力的增大先增大后减小，对气膜刚度的影响随进口压力的增大先减小后增大。

探究硫酸存在时Q235钢在甲醇中的腐蚀行为，以及离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐（[Bmim]Cl）对金属表面的缓蚀作用。通过静态失重法、电化学测试、扫描电子显微镜来测定[Bmim]Cl对Q235钢的缓蚀性能。并利用量子化学计算和分子动力学模拟分析[Bmim]Cl分子的缓蚀机理。在甲醇中随着硫酸含量的增加碳钢的腐蚀速率增加。含有59.51 ml 0.05 mol·L^-1 H₂SO₄的甲醇溶液作为腐蚀介质时，随着[Bmim]Cl浓度升高，缓蚀效率逐渐增大，当浓度为0.6 mol·L^-1时，缓蚀效率达到最佳值，为90.63%，且[Bmim]Cl是主要控制阳极反应的混合抑制剂，SEM分析表明在含有缓蚀剂溶液中浸泡后的Q235钢表面相对于未加缓蚀剂更加平整。前线轨道分析和Fukui指数都表明，离子液体在碳钢表面的吸附位点分布在咪唑环上，与Fe发生化学吸附。分子动力学模拟结果表明缓蚀剂分子以阳离子[Bmim]⁺平行吸附于金属表面，阴离子Cl^-扩散在溶液中的方式达到缓蚀的效果。理论计算结果与实验结果一致，即[Bmim]Cl在甲醇/硫酸水溶液中对Q235钢具有很好的缓蚀作用，为新型离子液体缓蚀剂研究应用奠定了基础。

2,5-呋喃二甲酸（2,5-FDCA）是生物质基的平台化合物之一，在聚合物领域有广泛的应用前景。针对半乳糖二酸脱水环合制备2,5-FDCA存在的收率低、动力学数据缺乏等问题，在催化剂和溶剂筛选的基础上，开展了半乳糖二酸制备2,5-FDCA的工艺优化，得到了较佳的工艺条件为15%(质量)硫酸催化、环丁砜为溶剂、130℃下反应16 h，此时2,5-FDCA收率为49.1%。测定了不同硫酸浓度和不同温度下半乳糖二酸脱水环合制备2,5-FDCA反应动力学数据，采用一级反应动力学拟合得到了15%(质量)硫酸催化下半乳糖二酸降解反应活化能为54.4 kJ/mol、2,5-FDCA生成活化能为57.8 kJ/mol、其他副反应的活化能为50.7 kJ/mol、2,5-FDCA进一步降解反应的活化能为130.6 kJ/mol。研究工作对己糖二酸路线制备2,5-FDCA工业化进程有一定的推动作用。

采用植物乳杆菌合成了纳米氧化锌粒子并成功用于脂肪酶的固定化。将筛选得到的高耐硫酸锌的植物乳杆菌株LP4用于纳米氧化锌的合成，采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射等一系列分析测试手段对得到的产物进行了表征。结果显示合成的材料为直径9~35 nm球形颗粒，在359 nm处有最大吸收峰，晶体呈六方体纤锌矿结构，X射线衍射峰与标准纳米氧化锌对比结果一致，这些结果表明植物乳杆菌株LP4成功合成了纳米氧化锌。然后将合成得到的纳米氧化锌粒子用于固定假丝酵母（Candida sp.）脂肪酶，与普通氧化锌以及传统法合成的纳米氧化锌粒子相比，生物法合成的纳米氧化锌固定效果最好，固定化酶的酶活收率分别比普通氧化锌和传统纳米氧化锌提高114.2%和20.5%。论文还对该生物纳米固定化酶的pH和热稳定性以及重复使用性能进行了测定，结果表明酶固定化后稳定性明显提高，而且具有较好的重复使用性能。

吸附是柴油深度脱硫的一种有效方法，其关键是高效吸附剂的研究。以活性炭负载的苯并噻吩(BT)、二苯并噻吩(DBT)、DBTO₂、4,6-二甲基DBT(DMDBT)为原料，通过混酸硝化/氧化反应制备了四种炭载吸附剂(NBT/C、NDBT/C、NDBTO₂/C和NDMDBT/C)，表征了产品的组成和结构，并考察了其吸附脱硫性能。结果表明，吸附剂NDBTO₂/C与DBT之间具有较强的络合作用，可形成转荷络合物。NDBTO₂/C的吸附等温线符合Langmuir方程，其对模型油中DBT、BT和DMDBT的饱和吸附量分别为87.4、10.6和8.3 mg S·g^–1，对实际柴油中DBT的吸附量也高达37.2 mg S·g^–1。吸附剂可用甲苯/甲醇溶液洗涤再生，循环使用4次后，其吸附性能仍保持在95%左右。本研究为氧化脱硫或吸附脱硫过程中得到的噻吩硫化物混合物的综合利用提供了有益启示。

铁氨氧化（anaerobic ammonium oxidation coupled to Fe(Ⅲ) reduction，Feammox）是指在厌氧条件下，氨氮氧化耦合三价铁还原的一种新型污水生物脱氮工艺。为确定Feammox反应系统中存在的氮转化的途径，在厌氧条件下接种普通活性污泥驯化培养Feammox，探究了不同途径对氨氮转化的贡献率并进行了相关性分析。研究结果表明：在厌氧间歇反应器ASBR中，经过120 d的富集培养，\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}-\mathrm{N}最大去除率达53.8%，最大去除量约26.9 mg/L，其中Feammox反应途径对\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}-\mathrm{N}去除的贡献率为57.7%，厌氧氨氧化(Anammox)约占42.3%。在典型周期分析发现，在0~7 h内对\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}-\mathrm{N}去除量为14.74 mg/L，Anammox反应速率较快，起主导作用；7~24 h 对\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}-\mathrm{N}去除量为12.16 mg/L，以Feammox反应为主；在整个运行周期内铁盐反硝化（nitrate-dependent Fe(Ⅱ) oxidizing，NDFO）去除\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}-\mathrm{N}约5 mg/L。由相关性分析可得，\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}-\mathrm{N}浓度与Fe(Ⅲ)、\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}^{-}-\mathrm{N}浓度呈显著性正相关（P_Fe<0.05、P_{\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}}<0.01），而\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}-\mathrm{N}与Fe(Ⅲ)呈负相关（P<0.5）。实验结果表明在Feammox、Anammox以及NDFO共同作用下，该系统实现了污水自养型脱氮。

固碳产甲烷微生物电合成系统以附着其电极表面的生物膜为催化剂，可以在处理废水的同时将CO₂转化为甲烷，极具应用前景。微生物阴极是该系统的核心部件之一，其表面生物膜内的能质传输特性极大地影响系统性能。针对微生物阴极能质传输特性尚不明确的问题，推导了微生物阴极电极反应动力学方程（Nernst-Monod方程），构建了耦合生化/电化学反应的物质传输理论模型，研究了不同阴极电势、生物膜电导率以及孔隙率对阴极生物膜内电荷及物质传输的影响规律。研究结果表明当阴极电势高于-0.5 V (vs SHE)时，随阴极电势的降低生物膜内电流密度增大，底物浓度降低；但当阴极电势降低至-0.5 V(vs SHE)后，生物膜消耗电子还原底物的能力几乎达到饱和；低电导率（<10^-3 S/m）会导致生物膜内形成明显的电势差，使得底物利用速率降低，严重影响微生物阴极的性能；生物膜孔隙率控制在0.4时，微生物阴极可达到最佳电流密度。

低品位热能制氢技术首先是将热能转换为溶液浓差能，然后通过逆电渗析（RED）反应器将溶液浓差能转换成氢能。为了验证RED反应器能将溶液浓差能转换为氢能，探索关键运行参数变化对能量转换过程的影响。设计了一个由40个膜对所构成的RED反应器，以NaCl水溶液为工作溶液，NaOH水溶液为电极液的制氢系统。通过改变浓/稀溶液入口浓度，溶液过膜流速以及输出电流来考察对RED反应器产氢率、制氢效率和能量转换效率的影响。实验结果发现，浓/稀溶液入口浓度，过膜流速变化均会影响RED反应器的输出电流。在外电路短接条件下，输出电流越大，反应器产氢率和制氢效率越高，但能量转换效率越低。

铅碳电池是一种新型的铅酸蓄电池，在一定程度上，铅碳电池可以抑制高倍率部分电荷状态（HRPSoC）下，负极出现的不可逆硫酸盐化现象。但由于碳材料的加入，铅碳电池会出现析氢等问题，另外如何进一步抑制负极不可逆硫酸盐化，仍然是铅碳电池面临的问题。通过溶胶-凝胶法制备油茶果壳C/ZnO复合材料，利用XRD、SEM、BET、EDS、电化学测量技术等手段对复合材料进行表征分析，结果表明，ZnO成功包覆在碳材料表面，由此获得Zn（Ac）₂∶油茶果壳碳材料的最佳质量比为1∶5.69，在该质量比下，油茶果壳结构得到较好的保留，比表面积为152.04 m²/g，添加C/ZnO复合材料的负极材料的比电容为5.25 F/g、电极电阻为0.22498 Ω。组装模拟铅碳电池，进行首次充放电、循环寿命测试，质量比为1∶5.69的油茶果壳C/ZnO复合材料相较于物理研磨对照样品材料电化学性能更好，其首次放电容量为177.6 mA·h/g，在250次循环后，容量保持率为64.3%。这表明，在负极材料中加入油茶果壳C/ZnO复合材料，能够有效抑制铅碳电池负极不可逆硫酸盐化和析氢现象。

为考察市政污水条件下高效包埋填料的硝化特性，采用聚乙烯醇对硝化细菌进行固定化处理。实验室恢复培养后实验考察了包埋填料对水力停留时间、温度等因素的适应性变化以及包埋填料在市政污水中的应用。结果表明，恢复后的填料实现了氨氧化速率93.20 mg·(L·h）^-1的高表达。在常温条件下，水力停留时间对包埋填料硝化速率影响较小；温度对硝化速率影响显著，当水温为12℃时，氨氧化速率最高为30.70 mg·(L·h）^-1。在市政污水低温和常温条件下，当水力停留时间分别为3 h和1 h时，进水氨氮基本完全去除，表明包埋填料用于市政污水硝化是完全可行的。扫描电镜结果显示填料内部有良好的孔隙度，网状结构明显；荧光定量PCR结果表明细菌大量增殖，说明填料为微生物提供了良好的生长微环境。

本研究旨在揭示生物质热解过程中纤维素组分对含氮组分热解过程的影响，采用快速热解-气相色谱/质谱联用与密度泛函理论计算相结合分析生物质主要含氮组分（苯丙氨酸和谷氨酸）、纤维素单元葡萄糖和混合物热解过程中产物析出特性以及分布规律，揭示葡萄糖对氨基酸热解作用机理。研究发现葡萄糖与苯丙氨酸主要发生聚合反应；还会起到供氢的作用，促进苯丙氨酸/苯乙胺发生脱氨反应生成苯乙烯；而和谷氨酸主要发生聚合反应，会促进谷氨酸发生脱羧反应形成2-吡咯烷酮。计算结果表明，葡萄糖C1位羟基为苯乙胺C2连接的氨基提供氢，可以降低苯乙胺脱氨的反应能垒；链式葡萄糖醛基与谷氨酸氨基结合，可以降低脱羧的反应能垒，促进2-吡咯烷酮的生成。

污泥和褐煤通过共水热碳化预处理以制备高品质固体燃料，为污泥和低阶煤的有效处理提供了一种可行方案。本研究主要考察了城市污泥（SS）和褐煤（LC）在不同温度下（120，180，240和300℃）进行共水热碳化制得的固相产物（水热炭）的热化学转化特性和规律，包括燃烧、热解和半焦CO₂气化过程，并分析了这些过程中的协同作用。结果表明，共水热碳化预处理对城市污泥和褐煤的热利用行为有显著影响。一方面，共水热碳化处理后的水热炭相对其计算值具有更高的产率、煤化程度、热值等，同时具有更低的灰分含量。另一方面，混合物水热炭在燃烧、热解和半焦CO₂气化过程均表现出一定的协同作用（促进燃烧和热解行为，降低气化活性），且水热温度在240℃附近时，这种作用最为明显。鉴于热解和气化过程的协同效果均低于燃烧过程，共水热碳化产物被认为更适合用于燃烧。这些发现表明，将共水热碳化改性提质处理与后续热化学工艺相结合，对于能源的产生和有机废弃物的利用都有一定的积极意义。

以商业煤基活性炭为原料，经低浓度氧气焙烧、H₂O₂氧化改性，并以四乙烯五胺（TEPA）浸渍，得到胺负载复合氧化活性炭，用于模拟烟道气[(15%(体积)CO₂+85%(体积)N₂）+10%(体积)H₂O]中CO₂吸附。低浓度氧气焙烧后，活性炭的最大比表面积和孔体积分别为1421.82 m²/g、0.83 cm³/g。经复合氧化改性后，活性炭的介孔体积增大，表面含氧官能团增加，使得TEPA负载复合氧化活性炭的CO₂吸附性能提高。焙烧时间为4 h，H₂O₂氧化、负载40%TEPA的样品COAC-4-40TEPA，在60℃时CO₂饱和吸附量最高为2.45 mmol/g，是TEPA负载未改性活性炭AC-40TEPA的2.02倍。经过十次吸附循环后，COAC-4-40TEPA的 CO₂饱和吸附量可维持在92.24%，而TEPA的浸出量仅有0.67%。失活模型研究表明，COAC-4-40TEPA的初始吸附速率常数是AC-40TEPA的1.64倍，且失活速率常数低于AC-40TEPA。

以海藻酸钠（SA）、氯化钙、微米零价铁（MZVI）为原料，制备了海藻酸钙（CA）固定化MZVI填料（CAZ），通过静态烧杯实验和动态PRB模型实验，探讨了CA运用对Cr(Ⅵ)的去除性能的影响，并通过电镜扫描分析了CA避免团聚、堵塞机制。实验结果表明，CA凝胶颗粒的运用能显著提升MZVI的除Cr(Ⅵ)性能，CAZ相比MZVI对Cr(Ⅵ)的去除率和反应速率分别提升7.1倍、23.0倍；MZVI利用率的提高是CAZ反应器处理Cr(Ⅵ)水量显著大于MZVI反应器的主要原因，MZVI反应速率的提高是CAZ反应器出水Cr(Ⅵ)浓度显著低于MZVI反应器的主要原因。电镜扫描结果表明，SA与氯化钙交联形成的CA具有丰富的骨架孔道结构，具有骨架支撑作用，能有效克服MZVI颗粒因重力作用导致团聚、降低比表面积的缺陷。CA表层固定的MZVI颗粒与Cr(Ⅵ)反应生成的(Fe_xCr_1-x)(OH)₃ 络合沉淀会冲破CA表层外壳，释放到零价铁-渗透反应墙（Fe⁰-PRB）系统中，导致PRB反应初期出现堵塞现象；大部分MZVI颗粒被固定在CA内部，CA内部有较多孔隙结构，这些孔隙结构会控制(Fe_xCr_1-x)(OH)₃ 络合沉淀释放，从而缓解了Fe⁰-PRB后期长期运行持续堵塞的问题。

通过城市污泥（SS）慢速热解制备污泥基生物炭（SSB），并研究初始pH、投加量、共存离子、吸附时间和温度等因素对SSB去除U(Ⅵ)的影响，探讨吸附动力学和吸附等温线特征。通过元素分析、扫描电镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）分析U(Ⅵ)吸附去除的机理。结果表明SSB去除U(Ⅵ)的适宜条件为：pH=3、投加量1 g/L、吸附时间240 min；在此条件下，在温度30℃时最大吸附量为34.51 mg/g。吸附动力学符合拟二级动力学模型；Langmuir吸附等温模型能更好描述生物炭对U(Ⅵ)的吸附行为。U(Ⅵ)吸附去除机理主要包括静电作用，与Si—O—Si的n-π相互作用，与羟基（—OH）、羧基（—COOH）的配位络合。通过5次吸附-解吸试验发现，U(Ⅵ)去除率和SSB再生率均在80%以上。本研究表明污泥基生物炭具备处理与修复酸性含U(Ⅵ)废水污染的潜力。

针对受控生态生保系统（CELSS）中生活废水（含卫生废水和尿液废水）的水质特点，采用厌氧、好氧两级MBfR工艺，完成CELSS特征性生活废水的微生物转化处理，以达到循环回用作植物营养液的水质要求。本文研究了水力停留时间（HRT）、尿液强度对该工艺有机物去除及氮素转换效率的影响。试验结果表明，当HRT≥1 d时，HRT对该系统TOC的去除效率无明显影响，其去除效率大于90%，出水TOC的浓度低于15 mg/L； HRT=1 d时，好氧反应器全程硝化能力达到最高，其容积负荷为0.418 kg N/(m³·d)；而HRT≥2 d时，能获得相对更为稳定的氮素转换效率。工艺系统最高能处理1/5尿液强度的生活废水，该条件下，系统TOC的去除率达94.3%，出水TOC浓度低于20 mg/L；系统氮素的全程硝化效率为90.6%，且反应器容积负荷较高为0.409 kg N/(m³·d)。本文构建的两级MBfR工艺能较好地实现CELSS中特征性生活废水的有机物去除和氮素的有效转换，研究结果可为CELSS中生活废水微生物处理系统的设计和运行提供参考。

作为最具潜力的低品位热能发电技术之一，有机朗肯循环（ORC）近年来受到越来越多的关注。与传统的高品位能源发电技术相比，其运行性能对环境温度的变化极其敏感。提出一种新型非共沸混合工质ORC系统，利用分液冷凝器调节混合工质组分，以适应环境温度的变化，进而提高系统性能。根据环境温度的变化构建热力学优化模型获得最优组分；冷凝过程中利用分液冷凝器和组分调控系统改变混合工质组分。通过案例验证了新系统的热经济性能优势，研究结果表明：对于100℃热源，在定压运行工况下，新系统较传统系统的经济性可提高38.90%，而在滑压运行工况下，新系统较传统系统的经济性可提高15.35%，且使用不同非共沸混合工质时，系统性能有显著差异。

水热及水热氧化处理技术可改变生物质的特性，从而提高热解产物的品质及热解效率。本研究使用高压反应釜在180~280℃下对棉秆进行水热及水热氧化过程处理，使用色谱质谱联用仪、波美密度计及pH酸度计对比分析了水热过程水相产物（HTAP）及水热氧化过程水相产物（HOAP）的有机组分、折光指数和pH。结果表明，HOAP中酸类有机物含量最高时的温度（200℃）低于HTAP（230℃）。200~230℃下HOAP中酚类化合物的含量明显高于HTAP。水热氧化过程抑制了HOAP中酮类化合物的生成。180~280℃下HOAP的折光指数高于HTAP，且随着温度增加而下降。HOAP的pH随着温度的升高而增加，并且180~260℃^{下HOAP的pH低于HTAP。HTAP与HOAP的理化性质和木醋液基本一致，有潜力应用于农业、林业等领域。}

锂硫电池具有较高的理论能量密度，被认为是最有发展潜力的下一代高能量密度储能器件之一。然而多硫化物穿过隔膜形成的穿梭效应导致电池容量衰减过快、使用寿命降低，严重阻碍了锂硫电池商业化。以层状氧化石墨烯为模板，采用氧化还原法合成了二氧化锰纳米片，通过低压抽滤获得二氧化锰改性隔膜。利用TEM、XRD、FTIR、SEM、AFM等对该二氧化锰纳米片及改性隔膜的微观结构、形貌等进行表征；采用恒电流充放电、循环伏安法、电化学阻抗法对二氧化锰改性隔膜电化学性能进行测试。研究结果表明，二氧化锰纳米片能均匀覆盖聚丙烯隔膜表面的微孔，通过物理阻隔和催化作用，有效抑制了多硫化物的穿梭，提高了锂硫电池的比容量和循环稳定性。

膜材料形貌结构和物化性能对膜过滤系统的安全和稳定至关重要。以聚偏氟乙烯(PVDF)改性中空纤维膜为研究对象，考察了预氧化剂高锰酸钾(KMnO₄)在pH分别为5、7、9条件下对膜材料表面形貌、亲疏水性、机械强度、纯水通量及膜污染行为的影响。结果表明，在不同pH条件下，KMnO₄对PVDF膜表面的改性层及分离层造成了破坏，导致了膜表面不同的形貌结构、化学成分、亲疏水性及抗污染性的演变。酸性条件下，由于高锰酸钾的氧化性，PVDF膜材料的CC遭到破坏，同时引入羟基(OH)，继续氧化生成了醛类和酮类化合物；而在碱性条件下，膜表面发生了脱氟化氢反应，生成了羰基(CO)。膜污染实验表明，膜分离界面的物化性质变化严重影响了膜污染行为。此研究为预氧化膜过滤工艺中pH的变化对PVDF膜材料形貌结构和性能的影响提供了数据参考。

在真空腔室内壁生长硼膜是托卡马克装置至关重要的壁处理技术。自主搭建了球形辉光放电真空室，选用乙硼烷为硼源，采用等离子体化学气相沉积(PECVD)法在真空室内壁成功制备出硼膜。扫描电镜和结合力测试表明：制备出的硼膜结构致密，覆盖完整，结合力良好，膜层的结合力>240 N/m。同时系统研究了乙硼烷浓度、气压、电流密度和温度对硼膜生长的影响规律，并得出了室温条件下，乙硼烷浓度1%~2%，气压在5~10 Pa，电流密度4.7~6.2 μA/cm²的最佳制备工艺。通过残余气体分析仪(RGA)检测腔室内残余气体压力，进而研究硼膜对杂质的抑制性能。结果表明：硼化后腔室内残余气体H₂O、CO₂、CO和O₂的分压明显降低，比硼化前分别降低了200%，400%，200%和10%。结合腔室残余气体的分压结果和硼膜成分的X射线光电子能谱分析(XPS)，推测出硼膜对杂质的抑制机理。

制备了NaCl-CaCl₂、NaCl-KCl-CaCl₂、NaCl-CaCl₂-MgCl₂、KCl-CaCl₂-MgCl₂、NaCl-KCl-MgCl₂、NaCl-KCl-CaCl₂-MgCl₂六种氯化物熔盐材料。采用差示扫描量热法确定它们的低共熔点和组成，测量其比热容、密度、黏度等热物性。测试熔盐材料的质量损失曲线确定工作温度上限，根据测试的结果，对其储能密度进行计算。研究结果表明：NaCl-KCl-CaCl₂-MgCl₂熔盐材料熔点为380.3℃，流动性较好，工作温度范围为430~700℃，储能密度为625.1 J·cm^-3，是六种熔盐中熔点最低、储能密度最大的熔盐，适合作为传热储热材料。NaCl-KCl-CaCl₂熔盐熔点为503.8℃，工作温度范围为550~850℃，储能密度为559.9 J·cm^-3，储能密度仅次于NaCl-KCl-CaCl₂-MgCl₂熔盐，适合作为高温储热熔盐材料。

以苯基三乙氧基硅烷(PTES)和β-3,4-环氧环己基乙基三甲氧基硅烷(A186)为原料，甲醇、乙醇混合溶液为溶剂，酸性条件下水解制得含有Si—H键的环氧基低聚倍半硅氧烷(EP-POSS)，通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(¹H NMR)、核磁共振硅谱(²⁹Si NMR)等手段对其结构进行表征。用制备的EP-POSS对环氧树脂进行改性，分析了EP-POSS用量对树脂涂层附着力、耐冲击性、疏水性、耐热稳定性的影响。结果表明：当EP-POSS加入量为5%时，环氧树脂涂层附着力达到1级，耐冲击性达到50 cm，对水的接触角为90°，热稳定性大幅提升。

建立了危险化学品集装箱燃爆事故模型，针对事故形成的溢流火在相邻集装箱外立面受限空间内传播规律及温度场分布进行模拟研究。根据实地调研数据，分别设置了三种不同开口大小的危化品集装箱，同时研究了相邻间距为0.4、0.8、1.27 m等10余种不同工况的溢流火演化规律及温度场分布。研究提出了不同间距条件下发生火溢流行为的空气卷吸模型，并对溢流火焰高度进行了修正。研究结果表明，与燃爆集装箱开口相对的集装箱体对附近空气的卷吸效应具有限制作用，从而将影响开口溢流火行为的演化与发展。当相邻集装箱体间距小于一定值时，空气主要来自侧面卷吸，外部溢流火焰高度与温度均出现显著增加，此时对相邻叠加堆放的集装箱体损坏较大；随着相邻间距的增大，来自正面与侧面共同作用下的空气卷吸量增加，受限空间内的温度逐渐升高，溢流火焰高度逐渐降低，此时的破坏作用主要体现在对相邻集装箱体的热毁损破坏行为。