左旋葡聚糖酮（LGO）在有机合成领域有巨大的应用价值，快速热解生物质制取左旋葡聚糖酮是生物质能开发与利用的研究热点。目前LGO的应用主要受到其产量的限制：一是没有较好的化学合成方法，二是常规热解生物质得到的产物中左旋葡聚糖酮的含量极低，使得LGO难以大量生产。催化热解可以显著提高左旋葡聚糖酮的产率，目前用于催化热解生物质制取左旋葡聚糖酮的各类催化剂，包括液体酸、固体酸、金属氯化物、离子液体等均取得了一定的成果，但效果差异明显，因此分析了不同催化剂间的优势与劣势，并对以后的工作进行了展望。

随着锂资源供需关系的紧张和需求量日益增大，从海水、废旧锂电池以及粉煤灰等低品位或者二次资源中回收锂受到重视。综述了煤及粉煤灰中锂资源的含量及分布、粉煤灰多元复杂体系中锂资源提取的技术现状，回顾了当前国内外从其他低品位资源中提锂的技术方法、材料和反应机制，分别从碱性、中性、酸性三种不同的提锂环境进行总结和阐述，对其用于粉煤灰提锂的可行性进行了评估，并对其存在问题和发展方向进行了分析和讨论，从其他低品位资源中提锂的方法可为粉煤灰提锂提供借鉴和参考。文章结尾对粉煤灰中锂资源的提取进行了展望，提出了粉煤灰中伴生资源协同提取的重要性和发展方向。

在传统空气源热泵（ASHP）机组上耦合空气除湿设备，实现其无霜连续高效稳定运行，有利于ASHP在低温高湿度地区清洁供暖中的推广应用。在对三类结霜过程进行分析的基础上，总结了各种无霜ASHP技术原理，并将其分为三大类：固体除湿型无霜技术、液体除湿型无霜技术和其他无霜技术。重点概括了固体和液体除湿型无霜ASHP技术的研究现状。指出了各种无霜技术存在的问题及局限性并给出了推荐研究和不同环境条件下的发展优先级，提出今后应主导做好影响无霜热泵系统投资成本和运行性能相关的各方面研究，进而开发性能良好且地域限制较小的多功能无霜ASHP技术。

城市现代化与工业化的快速发展给环境造成的污染日趋严重，尤其以水体污染最为明显。近年来，工业废水中药物的含量逐年上升，污染程度已经不容忽视。因此，开发新型多孔材料用于废水中药物分子的吸附分离，已经成为了当前的研究热点。综述了近年来生物质源多孔碳（生物炭）在废水中污染物吸附分离方面的研究，首先简单介绍了废水中污染物的治理方法，在此基础上重点探讨了生物炭的制备与修饰，并结合碳材料表面化学性质与孔道结构，总结并展望了生物炭对药物的吸附性能。

超临界CO₂输运管道泄漏可能造成断裂扩展、人员伤害和输运介质损失等重大事故，因此对泄漏过程中热力学参数变化规律的深入研究具有重要意义。目前对超临界CO₂管道泄漏特性研究不够，有必要进行详细的文献综述分析。介绍了CO₂管道泄漏特性研究背景及意义，综述了国内外CO₂管道泄漏过程中减压过程、近场射流膨胀及远场扩散规律实验、理论分析和数值模拟方面的研究现状，分析了目前超临界CO₂管道泄漏特性的研究不足，并对将来的研究方向进行了展望。

采用等温溶解平衡法研究了298.2 K四元体系MgCl₂-SrCl₂-AlCl₃-H₂O的相平衡关系，测定了该体系的溶解度和平衡溶液的密度、折射率。根据实验数据，分别绘制了298.2 K该四元体系的空间立体图、相图、水图、密度-组成图和折射率-组成图。研究发现：298.2 K下，四元体系MgCl₂-SrCl₂-AlCl₃-H₂O无复盐或固溶体生成，稳定相图由2个共饱点、5条单变量曲线和4个结晶区组成。四个结晶区分别为MgCl₂·6H₂O、SrCl₂·6H₂O、SrCl₂·2H₂O和AlCl₃·6H₂O，其中SrCl₂·6H₂O结晶区最大，SrCl₂·2H₂O结晶区最小，说明SrCl₂·6H₂O更容易结晶析出。平衡液相的密度和折射率随着J（MgCl₂）的变化呈规律性变化。采用Pitzer模型进行了298.2 K四元体系MgCl₂-SrCl₂-AlCl₃-H₂O溶解度计算，对比发现，计算结果与实验结果基本吻合。

通过搭建可视化试验台观测了重力场中水平金属纤维表面的液滴形状，并测量了液滴形状参数，包括液滴直径、高度、接触角、接触线宽度和接触线高度。通过拟合参数关联式，求解了液滴固-液界面子模型和气-液界面子模型的描述方程，开发了一种椭球形的纤维液滴形状模型。液滴模型的轮廓预测结果和观测试验得到的液滴图像吻合度较好，可以在±10％的误差范围内描述98%的试验结果，平均偏差为4.6％。

针对石墨烯/水纳米流体的分散不稳定问题，采用化学方法制备了不含表面活性剂的改性石墨烯/水两亲性纳米流体，研究了以改性石墨烯/水两亲性纳米流体为工质的太阳重力热管在不同加热功率、安装角度和浓度下的热性能。结果表明，与去离子水相比，两亲性纳米流体可以降低热管的启动温度。在实验加热功率范围内，当加热功率相对较小时，两亲性纳米流体热管的热阻明显低于去离子水；随着加热功率的增加，热阻差异可以忽略。当安装角度相对较小时，其对蒸发段传热能力影响较大。当加热功率为20 W，纳米流体质量分数从0.1%增加到0.6%时，蒸发段传热系数下降了54.7%；当加热功率为40 W，纳米流体质量分数从0.1%增加到0.6%时，蒸发段传热系数下降了48.9%。

传统多层刚性桨用于假塑性非牛顿流体混合搅拌死区较大，流场界面稳定，混合效率低。提出多层刚柔组合桨诱发流场界面失稳强化非牛顿流体混沌混合的方法。实验以羧甲基纤维素钠为非牛顿流体体系，通过扭矩传感器测量功率特性，酸碱中和脱色法测定混合时间，并利用Matlab 软件编程计算最大Lyapunov 指数，分析了非牛顿流体混合过程中的混沌特性及其混合性能。结果表明，组合方式为RF-（PBTD+PBTD+DT）、桨叶排列方式θ=60°、柔性片长度安装比例r=0.8、1.2时，混沌程度较高，混合性能较好。多层刚柔组合桨可以产生多股螺旋流，并在层间柔性片扰动频率差下实现流场界面失稳，搅拌死区减小，在较低转速下使体系进入混沌状态（多层刚柔组合桨体系N>88 r/min时LLE>0，多层刚性桨体系N>125 r/min时LLE>0）；在相同转速下，多层刚柔组合桨混合速率、单位体积功率高于多层刚性桨，而单位体积混合能大致相同。

稠油热采水平井注蒸汽是一个复杂多变的过程，水平井沿程蒸汽热物性的预测对于储层的均匀动用十分关键。考虑储层渗透率、围压和蒸汽相变等条件的相互耦合影响，建立了预测水平井注汽流动的综合数学模型。与现场测井数据进行对比分析，验证了模型的准确度。模拟结果表明，单一变量条件下，水平井跟部注汽压力越大，注汽井内质量流量和蒸汽干度下降越快，当注汽压力由11 MPa降为8.5 MPa时，配汽距离增加1倍；在水平井相同位置处，跟部注汽干度越高，注汽井内质量流量越大，且蒸汽压力下降越快，注汽干度提高1倍时，压降也几乎增加1倍；跟部注汽流量越大，蒸汽压力下降越快，注汽流量提高1.75倍时压降提高了5.3倍，但管内蒸汽干度下降趋缓；储层渗透率越高，注汽井内的蒸汽干度下降越快。该模型可以为现场注汽提供理论支撑，有效提高配汽效果达到增产降耗。

蒸发相变广泛存在于薄膜过程及晶体生长等工业生产和日常生活中，液层表面蒸发和热毛细对流相互影响、相互制约，使得蒸发界面能量传递机制变得非常复杂。为了深入了解水在低压纯蒸汽环境中的蒸发特性，对环形液池内水蒸发时的温度分布和蒸发速率进行了一系列实验研究。环形液池壁温控制在3~15℃之间，蒸发环境压力在394~1467 Pa之间变化，开始测量时液层深度为10 mm。结果表明，蒸发界面气相侧温度总是高于液相侧，气液界面存在明显的温度跳跃。随着压比减小，蒸发速率增加，界面温度跳跃随之增大；随着距壁面距离增加，局部蒸发速率降低，温度跳跃值减小；相同压比下，随着壁面温度的升高，气相侧热通量减小，蒸发界面温度跳跃值整体降低；在实验范围内测得的最大温度跳跃值为2.56℃。由于蒸发冷却效应和热毛细对流的耦合作用，蒸发界面下液相侧存在一个厚度为2 mm左右的温度均匀层，且壁面附近温度均匀层厚度大于中间区域厚度。在温度均匀层内，径向温度梯度诱导的热毛细对流将热量从壁面传输至气液界面以补偿蒸发所需汽化潜热；在温度均匀层以下，浮力对流和导热共同作用使得液相温度迅速升高。

将平板微热管光伏光热组件改造为新型光伏光热蒸发器，研发新型太阳能-空气双热源热泵系统，对太阳能供热模式和双热源供热模式下系统的运行性能进行研究。研究表明：受太阳辐射和环境温度影响，双热源供热模式下环境空气的作用会在放热和吸热之间转换，环境温度与背板温度的温差在-3.1~3.5℃之间波动；双热源供热模式适合在低辐照条件下运行，其热效率、综合性能效率和COP分别达56.7%、81.7%和2.38，比太阳能供热模式提升20.3%、25.0%和6.7%；在高辐射条件下，双热源供热模式会造成系统散热加快，但是对系统发电性能有提升作用。根据上述特性，当背板温度小于环境温度时启动双热源供热模式，反之启动太阳能供热模式，可以进一步提升系统的运行效果。

考虑旋流衰减的影响，对气液螺旋环状流的压降特性进行研究并推导出了螺旋环状流压降预测模型。定义压降旋-直比系数为气液两相螺旋环状流和气液两相直流的压降之比，以此来表征旋流衰减对压降的影响。基于量纲分析的方法对压降旋-直比系数进行分析，推导出其表达式，压降旋-直比系数依赖于Lockhart-Martinelli 参数和气相Froude数变化。最终，得出了气液两相螺旋环状流的压降预测模型。在50 mm内径的水平管内对螺旋环状流的压降特性进行了实验研究，其中气相表观流速变化范围为10~16 m/s，体积含液率（LVF）变化范围为0.6%~4.8%。通过与实验数据进行对比，压降预测模型的相对误差在±15%以内，为工程应用提供了参考。

应用管内相分隔技术可以产生沿管道横截面的径向压差和沿管壁变化的轴向压差，研究表明，径向压差与两相流的总流量和相含率呈一定函数关系，若轴向压差与两相流的总流量和相含率也呈一定的函数关系，那么就可以通过双压差（轴向压差和径向压差）的联立实现多相流双参数的测量。以油水两相流为例，系统研究了基于管内相分隔产生的轴向压差在多相流测量的理论机理，并结合径向压差进行了实验验证。结果表明，在管内相分隔状态下，旋流器下游某两截面之间的轴向压差与油水两相流的总流量和体积含油率呈一定的函数关系，两者的实验值和理论值之间的相对误差分别在±1.05%和±9.84%以内；通过双压差的联立，可以求出某一状态下两相流的总流量和相含率，两者的实验值和理论值之间的相对误差分别在±1.13%和±6.89%以内，验证了基于管内相分隔双压差在多相流双参数测量应用的可行性。

研究了在冷面温度T_w=-10℃和-30℃，环境相对湿度RH=60%和80%，3种润湿性表面在不同磁场强度下的结霜规律。通过可视化观测和图像二值化处理计算，分析了磁场强度和表面接触角对霜晶形态、水珠粒径、结晶时间、液滴和霜晶覆盖率、霜层厚度和密度的影响。结果表明：磁场作用下，疏水性表面水珠粒径减小40%左右，结晶时间延长500 s以上，凝结水珠分布更加稀疏；结霜厚度和密度随着磁场强度和接触角的增大而减小；随着冷面温度的降低和相对湿度的增大，表面特性和外加磁场对结霜过程的影响降低。

采用一步热解法制备了木棉纤维（KF）改性的石墨相氮化碳（g-C₃N₄）催化剂，并考察了催化剂光催化降解有机污染物的性能。采用XRD、UV-Vis DRS、FT-IR、TEM、XPS、N₂吸附-脱附、PL表征对催化剂进行了结构、形貌、光学性能测试。结果表明，KF改性可以提高催化剂的比表面积，更大的比表面积可以提供更多的活性位点来参与光催化降解过程。UV-Vis DRS结果表明KF改性可以缩小催化剂的禁带宽度，提高催化剂对光能的吸收。在可见光下，KF改性的g-C₃N₄基催化剂对苯酚降解速率常数为0.259 h^-1，是纯g-C₃N₄的4.2倍，且具有优异的催化稳定性和结构稳定性。

木质素是自然界中含量最丰富的可再生芳香聚合物，具备取代或部分替代石油用于生产大宗化学品的潜力。然而，由于木质素复杂的分子结构和化学键连接方式，当前木质素综合利用技术普遍存在目标产物选择性低等问题。因此，新型催化体系的研究对于设计与开发木质素高效转化过程具有重要意义。利用一种新型高效的杂多酸离子液体催化体系，通过选择性氧化裂解木质素的C—O键和苯环，将木质素转化为重要化工产品马来酸二乙酯，并提出了可能的反应机理。研究结果表明，当以含有β-O-4连接的典型木质素模型化合物4-甲氧基-α-[(2-甲氧基苯氧基)甲基]-苯甲醇为反应底物时，在杂多酸离子液体催化剂[BSmim]CuH₂PMo₁₀V₂O₄₀的作用下，180℃下反应5 h后，上述木质素模型化合物转化率可达到98.5%，得到84.3%(质量)和62.2%的马来酸二乙酯收率和选择性。同时，杂多酸离子液体可以通过温度的调节实现与产物的分离，简化了催化剂的回收过程，而且该催化剂具有良好的循环使用性能，重复使用6次后仍表现出较好的催化活性。

以浸渍法模拟碱金属中毒NH₃-SCR催化剂过程，制备不同Na含量（质量分数）的铜基小孔分子筛Cu/SSZ-13和Cu/SAPO-34，对比研究了二者的碱金属中毒机理。结果表明，外引Na离子均可严重影响两种催化剂的NH₃-SCR催化活性，造成催化剂的晶相结构坍塌，酸性量减少，活性物种减少。不同的是，Na引入量较低（<1.82%）时，Cu/SAPO-34比Cu/SSZ-13具有更强的Na离子耐受性，而当Na含量高于3.48%时，Cu/SAPO-34几乎完全丧失NH₃-SCR催化活性。通过催化剂的结构表征（BET、XRD和SEM）和酸性位表征（DRIFTS、NH₃-TPD和H₂-TPR），研究表明随着Na中毒程度的加深，Cu/SSZ-13的结构破坏是渐变式的，而Cu/SAPO-34的结构破坏是突变式的；Na中毒的机理研究表明，酸性位的减少是Cu/SSZ-13的SCR活性下降的主导原因，结构坍塌是Cu/SAPO-34的SCR活性下降的主导原因。

催化湿式氧化（CWAO）技术可高效处理有机废水，但现有催化剂的性能，尤其是其稳定性距工业应用还有很大差距。利用ZrO₂对TiO₂载体进行掺杂调变，研制出了具有良好稳定性的Ru/TiO₂-ZrO₂催化湿式氧化催化剂。结果表明， Ru/TiO₂催化剂在进行连续5次催化湿式氧化降解苯酚磺酸（phenolsulfonic acid，PSA）废水的反应后，总有机碳（total organic carbon，TOC）转化率由99.1%降低至65.3%；而Ru/TiO₂-ZrO₂催化剂在Ti/Zr质量比为9∶1~7∶3范围内，能表现出优良的反应性能，在连续5次反应后， TOC转化率稳定保持在90%以上。X射线仪衍射（XRD）、N₂吸脱附（BET）、X射线扫描微探针电子能谱仪（XPS）、氢气程序升温还原（H₂-TPR）和电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）表征结果表明：ZrO₂能够进入TiO₂的晶格，TiO₂-ZrO₂固溶体的生成阻止了TiO₂由锐钛矿相向金红石相的转变。另外，ZrO₂的调变加强了Ru与载体的相互作用，有效抑制了活性金属Ru的流失。稳定的载体结构和良好的抗流失性能是Ru/TiO₂-ZrO₂催化剂具有优良反应性能的主要原因。

利用微型流化床反应分析仪（MFBRA）研究了油页岩矿物质催化半焦燃烧特性，重点考察了半焦内部矿物质和外部页岩灰床料对半焦燃烧的催化作用，揭示了流化床反应器中半焦燃烧过程和机理。结果表明：内部矿物质和外部床料对半焦燃烧均具有明显催化作用，而两者共同催化效果最为显著。矿物质中CaO和Fe₂O₃对半焦燃烧具有催化活性，CaO催化作用强于Fe₂O₃。油页岩半焦燃烧反应活化能在60.41~78.97 kJ/mol之间，矿物质的催化作用会明显降低反应活化能。流化床反应器中，矿物质对半焦燃烧的催化作用主要表现在四个反应，即：挥发分裂解和燃烧、半焦表面炭燃烧、半焦内部炭燃烧以及一氧化碳燃烧。

氮氧化物（NO_x）是大气中的一种主要污染物。采用具有菱沸石结构（CHA）的铜基分子筛作为催化剂，通过选择性催化还原（SCR）技术可有效去除NO_x。采用一种经济环保的制备方法，在不使用模板剂的条件下水热合成一种具有结构缺陷的低硅铝比CHA型分子筛（Phi，Si/Al=4.7）。结果表明，经Cu离子交换制备的Cu/Phi具有最丰富的表面酸性与孤立态Cu²⁺，表现出较好的低温活性、较宽的工作温度窗口以及良好的水热稳定性。Na或Mg的存在降低了Cu/Phi的表面酸性及孤立态Cu²⁺的含量，水热老化后的Na，Cu/Phi和Mg，Cu/Phi均呈现出不同程度的骨架坍塌，相应导致了催化剂失活。

采用盐助溶液燃烧法制备磁性铁酸锰（MnFe₂O₄），催化过一硫酸氢盐（PMS）氧化降解水溶液中的双酚A。通过XRD、BET等手段对制备的铁酸锰催化剂进行了表征。探究了MnFe₂O₄投加量、PMS投加量、溶液初始pH、淬灭剂、共存离子等因素对双酚A降解效果的影响，评估了MnFe₂O₄催化剂的循环利用性能。结果表明，MnFe₂O₄和PMS的最合理投加量分别为 0.3 g/L、0.3 mmol/L，初始pH为11.0时双酚A降解效果最好，60 min内的降解率可达99.3%。淬灭实验表明，催化体系中同时存在多种活性物质，¹O₂是主要活性物种。溶液中Cl^-、HCO₃^-和HPO₄^2-等共存离子的存在影响双酚A的降解。双酚A在60 min内的TOC去除率为34.9%，苯环断裂和开环反应是其主要降解路径。MnFe₂O₄催化剂循环使用三次后，双酚A的降解率仍保持在90.0%左右。

针对CO₂置换吸附分离CH₄/N₂过程中CO₂再生困难的问题，采用少量产品气CH₄真空吹扫以提高CO₂的解吸效果，并以解吸得到的CH₄/CO₂混合气为置换步骤的置换气，通过置换来强化含氮低品质甲烷的浓缩过程。以自制椰壳活性炭为吸附剂，对CH₄/CO₂混合气置换强化吸附回收含氮低品质甲烷工艺过程进行了实验与模拟研究。在gPROMS软件中建立并求解固定床吸附分离模型方程，预测了CH₄、N₂ 和CO₂在自制椰壳活性炭上的竞争吸附穿透曲线，通过预测结果和实验的对比，验证了数学模型方程的准确性。对比了不同置换气强化吸附分离低品质甲烷的效果，结果表明CH₄/CO₂混合气置换强化相对于CO₂置换强化可获得更高纯度产品。进行了CH₄/CO₂混合气置换强化真空变压吸附循环实验，可以将14%的CH₄/N₂和53%的CH₄/CO₂联合富集到98.8%，同时获得77.8%的回收率。

纤维聚结滤芯广泛用于压缩空气净化、发动机曲轴箱通风、加工和切割等一系列工艺过程中，用于除去气流中的液体气溶胶颗粒。由于聚结滤芯饱和度对于过滤效率及阻力具有重要影响，因此建立饱和度与滤材参数及操作条件之间的关系将有助于优化滤芯结构并提高过滤性能。目前实际工业用聚结滤芯通常由多层微米级玻璃纤维材料组成，然而现有计算模型无法用于此类滤芯的饱和度预测。因此，本文基于多种常用亲油型聚结滤芯压降及饱和度实验测试结果，根据“跳跃-通道”模型及毛细管理论建立了新的饱和度预测模型。通过与大量已发表文献数据对比发现，当饱和值大于0.2时，预测值与实验结果吻合度较好，相对偏差≤20%。随着饱和度的降低，滤芯润湿区域和非润湿区域之间界限逐渐明显，此时无需对毛细管半径进行修正。然而，新模型仍然要依靠压降测量值进行计算，这一问题需在后续工作中加以解决。

烟气中SO₂具有高回收价值，在吸附法净化烟气过程中，可采用冷凝法对解吸气中SO₂提纯为高纯度液态产品。基于邯钢烧结机烟气活性炭吸附脱硫工艺中的富硫解吸气，进行了冷凝法回收SO₂的实验研究。重点考察了SO₂气源浓度、压力和冷凝温度等工艺参数对回收率和冷凝排出气SO₂浓度的影响。结果显示，回收率随气源浓度、压力的升高和冷凝温度的减小而升高；排出气SO₂浓度是压力的-1次幂函数，并随冷凝温度的降低而呈指数型函数降低；设计冷凝器时要以可能出现的最高浓度为设计依据，实际生产时应结合预期回收率确定合理的压力上限，尽量采用以低压策略为基础降低温度的措施提升回收率。研究结果可为烟气吸附脱硫过程中SO₂的资源化提供参考。

选用桑蚕废弃物蚕沙为碳源，利用ZnCl₂和FeCl₂作为活化剂，通过一步合成法获得一种Fe掺杂高石墨化多孔生物炭材料Fe/Z-ASE，并测定香精化合物分子苯乙醇和茴香醚在Fe/Z-ASE上的吸附和缓释动力学行为，然后再通过量子化学计算分析苯乙醇、茴香醚与Fe/Z-ASE的作用关系以及苯乙醇、茴香醚分子间作用力。结果发现：蚕沙多孔炭Fe/Z-ASE孔隙结构发达，表面石墨化碳含量高，Fe元素分布均匀，其BET比表面积为950.9 m²/g且中孔占60%以上，是一种表面疏水并呈现弱极性的多级孔生物炭材料；在苯乙醇和茴香醚的扩散和控释过程中，茴香醚具有比苯乙醇更高的吸附量（510 mg/g）和扩散动力学常数（1.7×10^-2 min^-1），而且在不同初始茴香醚吸附量下（150~500 mg/g）其都能获得较好的控释效果。随后通过密度泛函DFT模拟计算可知，茴香醚和苯乙醇都是弱碱，能与Fe/Z-ASE材料上的弱酸性吸附位（Fe-C）产生相互作用，而且由于茴香醚的碱性更弱，所以与Fe/Z-ASE的作用力更强。然后再通过分子动力学分析可知，苯乙醇分子间能产生强氢键作用而茴香醚分子间不存在强相互作用，所以苯乙醇分子在高初始吸附量下不易被脱附，而茴香醚分子在高/低初始吸附量下都能获得较高脱附保留率。

采用超声乳化聚合法制备了聚甲基丙烯酸丁酯纳凝胶，然后经结晶致孔法制备了内嵌纳凝胶的甲基丙烯酸羟乙酯纳晶胶，对其接枝功能单体N，N，N-三甲基乙烯基苯甲氯化铵，得到内嵌纳凝胶阴离子交换纳晶胶，用于从发酵液中分离苯乳酸。结果表明：所得纳晶胶具有良好的渗透性能和轴向分散性能，在流速为1 cm·min^-1时，不同配比纳晶胶对牛血清白蛋白的吸附容量为3.9~5.4 mg·ml^-1；将质量比为 8∶2（HEMA∶pBMA）的纳晶胶用于从转化液中分离苯乳酸，所得苯乳酸的纯度达89.24%，回收率93.74%，分离效果好，表明其在生物分离方面有良好的应用前景。

气液聚结元件在压缩气体净化等工业领域应用广泛，目前聚结元件的性能难以满足行业不断增长的需求，但是提高聚结元件过滤效率的同时，阻力也会随之升高，不利于其综合性能的优化。为研制低阻高效的聚结元件，利用不同浓度氟硅氧烷丙烯酸酯溶液对聚结滤材进行疏油改性，分析了表面能不同的滤材在气液过滤过程中压降、过滤效率以及二次夹带现象的变化，并对改性在聚结滤芯上的应用效果进行研究。结果表明，改性滤材在过滤效率提高10%的同时，稳态压降可降低约30%。滤材表面性质变化导致的跳跃压降减小是稳态压降降低的主要原因；滤材内液体分布对扩散、惯性分离作用的增强以及二次夹带的减少是效率提高的主要原因。对于表面能不同的疏油滤材，稳态压降和效率均随表面能的减小而升高。聚结滤芯经过改性后品质因子最大可提高92%。

传统基于核映射的非线性故障检测方法的性能受核函数类型和核参数的调优影响较大，且实际工业环境中对过程变量的非线性阶数存在很多物理限制。针对这一问题，提出一种非线性动态全局局部保留投影（nonlinear dynamic global-local preserving projections，NDGLPP）的故障检测算法。该方法首先使用动态全局局部保留投影算法对数据矩阵进行降维；然后对降维后的矩阵建立二阶多项式映射提取非线性空间的相关特性；接着通过迭代这两个步骤以获得高阶非线性映射；最后，将所提方法应用于乙烯精馏过程和Tennessee Eastman（TE）过程仿真中，验证了检测方法的有效性和可行性。

化工企业控制系统日益复杂，辨识被控对象模型是自动控制和优化设计的首要任务。针对化工过程多数辨识实验需要对过程施加测试信号，可能导致生产中断或引发安全事故的问题，利用长短时记忆（long short-term memory，LSTM）网络对含高维度、强耦合、非线性等特点的工厂时序数据具有的强适应性的特点，提出一种结合注意力机制思想的LSTM非线性动态模型辨识算法。该算法在LSTM模型基础上考虑输入变量对目标变量的重要性，为输入序列中影响输出结果的关键特征分配更多注意力，提高了LSTM模型的泛化能力。基于工厂日常运行数据构建LSTM网络模型可作为被辨识对象的数字化虚拟装置，利用人工测试信号在虚拟装置上离线辨识局部线性模型。在Tennessee-Eastman（TE）过程上的辨识实验验证了本文方法的有效性。

准确、可靠地测量污水处理厂的出水水质指标是成功控制和优化污水处理厂的关键。由于现有的离线化验方法存在操作繁复、测量滞后的问题，难以实现水质的实时控制。为了提高估计的准确性和可靠性，提出了一种偏最小二乘的随机配置网络方法（PLS-SCN）。为了克服输入数据高维度和多重共线性导致的预测风险，将偏最小二乘（PLS）方法嵌入到随机配置网络（SCN）框架中，以代替经典的普通最小二乘（OLS）方法。PLS-SCN方法从隐含层输出中提取影响水质指标的主要潜在变量，通过正交投影运算来增强泛化性能。某城市污水处理厂水质指标仿真结果表明，PLS-SCN网络具有良好的输入输出关系，性能优于传统SCN和PLS方法，能够快速、可靠地估计污水水质的质量。

针对获取复杂工业过程的难以检测质量或环境污染指标数据的时间和经济成本高导致有标记建模样本稀缺的问题，提出了基于改进大趋势扩散和隐含层插值的虚拟样本生成（VSG）方法，并将其应用于城市固废焚烧过程的二英（DXN）排放预测。首先，采用基于子区域欧氏距离改进大趋势扩散（MTD）方法对真实样本输入/输出空间进行扩展；接着，采用等间隔插值方式生成虚拟样本输入，再结合映射模型和删减机制获得虚拟样本输出；然后，采用基于正则化改进的随机权神经网络隐含层插值依次得到虚拟样本输出和输入，再结合扩展空间对虚拟样本进行删减；最后，将上述具有互补性的虚拟样本与原始真实样本进行混合，实现建模数据容量扩充。通过基准数据集和工业过程DXN数据验证了所提方法的有效性和合理性。

软测量建模能够有效地解决生产过程中在线分析仪表测量滞后大、价格昂贵、维护保养复杂等问题。目前，基于数据驱动的神经网络是软测量建模的主要工具之一。而在建模数据的采集过程中，主导变量的采集相对辅助变量要困难得多，由此产生了大量缺失标签的数据。但传统的软测量建模方法却忽视了这些无标签数据，只利用少量的有标签数据建模，从而影响了模型的预测精度。为了解决标签缺失的问题，采用最近邻算法对无标签数据进行伪标记，同时设计了由卷积操作与门限循环单元神经网络（GRU）结合的网络结构来进一步利用无标签数据，提取不同时刻数据中的动态特征，提高神经网络的预测精度。最后将该方法应用于丙烯精馏塔塔顶丙烷浓度的预测，实验结果表明该模型能有效处理非线性动态系统的标签缺失问题，具有更高的预测精度。

有机硅单体分馏过程需分离的物质多且分离技术要求高，是有机硅单体生产过程中能耗较高的单元之一。能耗模型的建立对分馏过程的生产优化有着重要的意义。虽然分馏过程中各提纯单元的塔器设备型号、操作条件存在差异，但由于各提纯单元存在相似性，如何充分利用这些相似性进行能耗建模，从而减少建模过程中对数据量、质的要求是要解决的问题。通过引入迁移学习算法，增大源单元和目标单元数据域的相似性，实现不同数据域的知识传递，充分利用现有数据中包含的知识，建立新的能耗模型。以某有机硅企业采集的现场数据进行算法验证，结果显示，当训练样本量不足时，迁移学习可以有效提升模型性能，从而验证了该算法的有效性与实际应用价值。

针对瑞利台阶构型，采用有限单元法基于JFO空化边界条件求解Reynolds方程，建立了流体动压润滑数值模型。对比了正向和反向瑞利台阶构型的液膜压力与密度比分布，评价了反向瑞利台阶构型在不同操作工况与结构参数下的液膜空化性能。阐释了反向瑞利台阶机械密封液膜空化抽吸机理并对比分析了其密封性能，评价了液膜空化抽吸效应水平。结果表明，结合操作工况在合理的结构设计下，反向瑞利台阶主槽区域可产生充分的液膜空化效应，从而使其机械密封具有良好的空化抽吸效应，可实现密封介质的零泄漏或反向抽吸。

采用正交实验法研究了多因素对电化学软化水特性的影响，定量分析了电化学水软化特性影响因素的作用机制，得到了电化学水软化的最优组合方案。选取了5个因素5个水平，进行正交实验，实验次数由5⁵减少至25；实验结果表明，硬度是影响实验效果最显著的因素，脉冲电源实验组与直流电源实验组中软化水效果的最优组合方案分别为A₃B₂C₁D₄E₃、A₂B₅C₃D₁。10 V电压下，单位能耗成垢离子去除量随间距的增大先增大后减小，在间距为125 mm时达到最大。当电压超过10 V时，使用高频电源可以提高单位能耗成垢离子去除量、降低能耗。降低电压是提高单位能耗成垢离子去除量的重要途径。研究结果可为电化学水软化特性的结构优化和参数控制，以及电化学软水装置电源的选择提供依据。

利用高温烟气加热实验室规模输送床模拟菱镁矿闪速轻烧工业输送床反应器，建立基于热重分析计算菱镁矿中MgCO₃分解率方法，研究了煅烧条件和原料粒径对菱镁矿细粉输送床分解的转化率和产品活性的影响，揭示了煅烧过程中产物微观结构变化特性。菱镁矿粉（<150 μm）轻烧为秒级快速反应，仅需1~2 s菱镁矿中MgCO₃分解率即可达98%以上，验证了输送床闪速轻烧技术的可行性。输送床煅烧产物的柠檬酸显色时间17~55 s，活性显著高于固定床煅烧产物（显色时间294 s），且产物活性由菱镁矿分解率和微观结构共同决定；煅烧过程中产物MgO晶粒尺寸逐渐增大，表面结构由疏松多孔变为致密光滑，该结构变化可在数秒内完成。

为了解决厌氧发酵系统中氢分压限制种间氢扩散速率问题，利用金属-有机骨架ZIF-8衍生多孔碳材料促进乙醇厌氧发酵生产甲烷，探究其对微生物种间电子传递的增强机理。扫描电镜SEM表明ZIF-8衍生多孔碳起到菌群固定化作用，并且能促进纳米导线产生。实验结果表明，随着ZIF-8衍生多孔碳添加量的增加，甲烷产量和最大产甲烷速率逐渐提高。添加200 mg/L ZIF-8衍生多孔碳时，系统导电性提高了3.58倍，三维荧光光谱分析表明ZIF-8衍生多孔碳能够促进微生物胞外聚合物（EPS）中类富里酸的相对含量由18.0%提高到23.6%，对应的甲烷产量和最大产甲烷速率分别增加了18.81%和19.04%。

天然气水合物分解是一个相变过程，开采时涉及各种形式能量的消耗和转化，如电能、化学能、热能等。为了科学地评价天然气水合物开采技术的经济性，建立了以有效能（）为核心的能源效率计算方程，并以CO₂置换法开采天然气水合物为例，介绍任意生产周期内能源效率的计算方法和流程框图。在CO₂置换开采天然气水合物的工艺过程中，注气量、产气量和产气中甲烷含量是三个关键参数，将产气量与注气量之比定义为采注比，分析采注比及产气中甲烷含量对能源效率的影响。结果表明：在设定条件下CO₂置换开采天然气水合物的整体能源效率介于0.31～6.4之间；增大采注比，有利于提高能源效率；产气中甲烷的摩尔分率越高，气体分离的能耗越低，能源效率也可显著提高。因此，调控产气量和产气中甲烷摩尔分率是提高CO₂置换法能源效率的主要途径。通过所建立的能效计算方程为天然气水合物开采工艺的优化提供指导。

基于计算颗粒流体动力学（CPFD）建立了三维鼓泡流化床水蒸气-空气混合气化的数值模型，并进行了模型验证，结果表明模拟和实验具有良好的一致性。在该模型的基础上，研究了气化炉内气体分布以及温度分布；同时探究了生物质属性（颗粒粒径、含水率、种类）以及操作条件（气化温度、床料高度）对气化特性的影响。结果表明，生物质颗粒粒径对气化性能的影响存在一个最优值，平均粒径为0.6 mm是最佳的；较高的含水率会降低可燃气体产量，不利于气化反应的进行；四种生物质中，锯末气化的效率最高、可燃气体产量最大、气体热值最高，稻壳仅次于锯末但其碳转化率高于锯末；提高气化温度可以增加可燃气体的比例、提高气化效率；而初始床层高度的变化可以改变H₂/CO的比例。本实验为生物质水蒸气/空气气化提供了理论参考，有助于生物质原料的选取和处理，也有助于气化炉的放大和优化。

以富含含氮官能团的大豆秸秆为原料前体，结合微波加热的特殊优势，将微波加热技术应用于大豆秸秆热解和活化工艺。以热解固体产物为活化原料，以CO₂为活化剂进行活性炭制备研究，以期制备出高脱硫性能的生物质活性炭。首先通过正交实验设计及极差分析得出最优活化水平，再通过单因素实验法考察微波功率、CO₂流量和活化时间对活性炭产率、孔隙结构以及脱硫性能的影响。对比分析选出最佳活化条件为微波功率900 W，CO₂流量0.10 L/min，活化时间20 min。在此条件下活性炭产率为76.3%（质量），SO₂饱和吸附容量为112.56 mg/g，比表面积为466.28 m²/g。相比热解炭，活性炭的比表面积更大，孔隙更加丰富，脱硫性能显著提高。

利用固定床管式炉研究了玉米秆中氯、硫、碱及碱土金属（AAEMs）在不同烘焙温度下的释放和迁徙转化规律。研究发现氯、硫的释放率随烘焙温度升高呈递增趋势，在220~300℃范围内氯和硫的释放率分别为10%~40%和27%~60%。烘焙后样品中氯的绝对含量相比原样有所增加，并且以碱金属氯化物形式存在的无机氯占比减少，有机氯占比增加；硫的绝对含量显著降低，烘焙后可达到Ⅰ级成型燃料中硫含量要求。AAEMs在烘焙过程中释放率均较低，但赋存形态发生一定变化，主要表现为水溶性AAEMs含量降低，有机结合态AAEMs含量增加，此外盐酸酸溶性和不溶性Ca、Mg的占比也有一定程度增加。

制备了一种新型竹制生物炭负载TiO₂-SnO₂的颗粒电极，采用SEM、FT-IR、BET及XRD对其进行表征，并对其在三维电化学系统中处理焦化废水的性能进行了研究。结果表明：竹制生物炭拥有致密的微孔空间结构，改性后其表面和内部存在大量的Ti-Sn氧化物；在电流密度为30 mA/cm²，经过150 min电解处理后，焦化废水的COD去除率达到73.96%，DOC去除率达到66.72%，UV₂₅₄由6.65 cm^-1降至3.00 cm^-1；三维荧光光谱结果表明：焦化废水中大部分有机化合物和可溶性微生物副产物被降解和转化。Ti、Sn的加入提高了颗粒电极电氧化、电吸附和电催化的性能，改善了焦化废水的处理效果。此外，本研究为电化学氧化法处理焦化废水的工程实践提供了基础研究的可能性。

探讨了新型生物电化学-颗粒污泥反应器在不同进水氮浓度下的脱氮效能与产电性能，并从颗粒污泥的关键酶活性、胞外聚合物组分以及微生物群落分布等角度系统研究了其影响机制。结果表明，COD、NO₃^--N、NO₂^--N和溶解性甲烷在第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ阶段（进水NO₃^--N和NO₂^--N浓度分别为60 mg·L^-1和20 mg·L^-1、100 mg·L^-1和40 mg·L^-1、140 mg·L^-1和60 mg·L^-1、180 mg·L^-1和80 mg·L^-1）均得以有效去除，其中COD去除率在第Ⅳ阶段效果最佳，去除率达96%以上，NO₃^--N出水浓度在第Ⅱ阶段更为稳定，其去除率达99%以上，NO₂^--N去除率在各阶段均达99%以上；该反应器最大的功率密度与输出电压值为第Ⅳ阶段的4号格室，分别为471.2 mV·m^-3和608.1 mV。污泥疏松型胞外聚合物（LB-EPS）中多糖与蛋白含量最高为第Ⅱ阶段的5号格室，分别为13.7 mg·g^-1和14.7 mg·g^-1；1号格室污泥中辅酶F₄₂₀活性最低，进水氮浓度的增大提高了污泥中蛋白酶活性。由第Ⅰ阶段至第Ⅳ阶段，该反应器中变形菌门（Protebaoteria）相对丰度减少，而绿弯菌门（Chloroflexi）、厚壁菌门（Firmicutes）和浮霉菌门（Planctomycetes）相对丰度增加；具有脱氮作用的陶厄氏菌属（Thauera）在1号格室减少了8.64%，但该反应器脱氮效果未受到影响；甲烷丝状菌属（Methanothrix）在4号格室相对丰度增至12.3%，表明产甲烷菌可在该反应器中与其他菌群联营共存。

为了获得高性能的气体分离膜，实现烟道气中CO₂/N₂高效分离回收，以磺化聚醚醚酮（SPEEK）和聚琥珀酰亚胺（PSI）为原料，己二胺为交联剂，原位交联反应制备富含氨基的半互穿网络共混膜，在膜内构建CO₂传递通道和亲和位点，并采用红外光谱对共混膜的结构进行表征。研究水含量、PSI用量和进料气压力对膜气体分离性能的影响，在混合气条件下考察其气体分离性能和长时间运行稳定性。研究结果表明：SPEEK与PSI两相界面相容性较好，它们之间存在较强的相互作用，且呈半互穿网络微结构；PSI含量为60%（质量）时，纯气和混合气条件下CO₂渗透性分别为652和601 Barrer，对应的CO₂/N₂选择性为67.6和60.3，优于纯SPEEK膜，且超过2008年的Robeson上限；共混膜运行360 h后，CO₂渗透性和CO₂/N₂选择性仍然稳定。这主要是因为SPEEK与PSI形成富含氨基的半互穿网络微结构后，一方面提供了CO₂促进传递载体；另一方面，增强了共混膜的保水性能，形成大量CO₂传递水通道。

为解决以柞蚕丝素蛋白（ASF）为基材的生物材料力学性能差、水溶失率高等问题，首先，以ASF为原料，烯丙基缩水甘油醚（AGE）为改性剂，在碱性条件下ASF与AGE发生亲核取代反应，形成具有反应性的烯丙基丝素蛋白（ASF-AGE）；然后，以N-异丙基丙烯酰胺（NIPAAm）为单体，在不使用任何交联剂的情况下，将ASF-AGE与NIPAAm进行聚合，最终形成烯丙基丝素蛋白温敏p（ASF-AGE-NIPAAm）水凝胶。采用茚三酮比色法对ASF-AGE的氨基转化率进行测定，采用¹H NMR对ASF-AGE分子结构进行表征；采用XRD、DSC、压缩测试等方法研究ASF-AGE含量对水凝胶结晶结构、温敏特性、溶失稳定性和力学性能的影响。结果表明：烯丙基双键成功引入ASF大分子链上，ASF与AGE的质量比为1∶8，温度20℃，pH=10.5，反应24 h时，得到的ASF-AGE的氨基转化率为55.21%；ASF-AGE与NIPAAm聚合形成稳定形态的水凝胶，水凝胶的LCST约为32℃，具有明显的温敏特性；ASF-AGE与NIPAAm配比为4/6时，水凝胶具有良好的溶失稳定性和综合力学性能。

在室温下利用NaBH₄溶液还原Co₃O₄纳米线获得富含氧空位（V_O）的三维自支撑纳米线阵列用作全水解电催化剂，其中NaBH₄处理10 min的Co₃O₄/NF在碱性介质中对析氧反应（OER）和析氢反应（HER）表现出很高的活性，在10 mA·cm^-2电流密度下分别仅需240和132 mV的过电位。V_O-Co₃O₄/NF同时作为阴极和阳极电催化剂时，在10 mA·cm^-2下电解水槽电压仅为1.63 V，其耐久性可达60 h以上。该工作为富含氧空位结构的过渡金属氧化物双功能电催化剂的制备提供了新的方法和思路。

以聚己内酯（PCL）为基体，添加不同含量聚乳酸（PLA）熔融共混制备具有不同分散相形态的PCL/PLA共混物，利用超临界二氧化碳（scCO₂）微孔发泡工艺制备不同发泡倍率和开孔率的PCL/PLA多孔材料用于吸油应用。针对边长3 mm正方体样品溶解度实验发现100 min后CO₂在PCL中已达到饱和吸附状态。PLA分散相含量的增加显著增大了PCL/PLA共混物泡孔密度，并使共混泡孔尺寸减小且分布更加均匀；发泡温度升高6℃，泡孔尺寸增大50%，发泡倍率增大38%，开孔率减小了20%。PCL/PLA开孔材料具有明显的亲油疏水性，发泡倍率越高，疏水性越好；针对花生油和硅油的吸油实验发现材料吸油率与发泡倍率和开孔率整体呈正比，实际吸油量高于理论计算值，10次循环吸油测试后样品吸油率仅降低8.5%，材料吸油量与油品特性黏度关系不大。

为改善钼氮化物的电化学储锂性能，以钼酸铵、六次甲基四胺及氧化石墨烯（GO）为原料，通过水热、冷冻干燥及在H₂/N₂混合气中热处理，制备了Mo₂N量子点@氮掺杂石墨烯复合材料（Mo₂N-QDs@Ngs），并探究了GO复合量对电化学储锂性能的影响。透射电子显微镜（TEM）测试结果表明：制备的Mo₂N量子点尺寸约为2~5 nm，Mo₂N量子点均匀地分布在氮掺杂石墨烯的表面。电化学测试结果表明：当GO复合量为30%时（Mo₂N-QDs@Ngs-30），制备的复合材料具有最佳的电化学储锂性能，其在0.1 A·g^-1的电流密度下具有699 mA·h·g^-1的比容量，在2 A·g^-1下仍具有286 mA·h·g^-1的比容量。