随着全球能源危机的加剧和碳中和的提出，污水资源化和能源回收成为近年来的研究热点。电容去离子（CDI）这一新型电化学技术，以节能、无污染等优势受到广泛关注。流动电极电容去离子（FCDI）技术是在CDI技术的基础上，结合离子交换膜及流动电极的新型电化学吸附方法，在保持节能的同时，能够实现连续运行从而不间断地产水。本文重点关注FCDI技术的原理、设计、操作模式、考察指标及在环境领域中的应用（包括污水处理、能源回收及其他新兴应用），全面概述了这项水处理技术的研究进展和未来前景。此外，还介绍了FCDI系统中常用性能评价指标，以便不同系统、不同条件之间进行对比。最后，提出了FCDI技术在未来全面应用中的主要挑战。

采用多种包覆方法制备的核壳纳米材料具有许多优于单一材料的性能，其独特的核壳结构可产生出色的协同作用和新特性，现在已经广泛用于催化、吸附、储能与转化、药物传递和光学等领域。在CO/CO₂热催化加氢反应过程中，壳层包覆可对核体粒子表面进行修饰，如改变核体的表面电荷、官能团和反应特性等，从而提高核体的稳定性与分散性。核壳催化剂可形成封闭的内部微环境以富集反应物，提高反应速率和催化活性。部分核壳催化剂甚至还能实现接力催化，并提高体系内的能量利用率。主要介绍了核壳纳米材料的常用制备方法，不同类型壳层包覆的核壳催化剂在CO/CO₂热催化加氢中的应用进展，并对该领域的未来发展进行了展望。

氢能作为一种理想的能源载体之一，近些年来受制于储存和运输的难题并未大规模发展。但随着电催化技术的成熟，在温和条件下，通过电催化分解含氢介质的制氢路线或将具备规模化开发清洁能源的潜力。氨(NH₃)具有高储氢密度(17.6%，质量分数)、运输便利、无碳等优点，被认为是合适的储氢介质之一。电催化分解氨的过程主要包括析氢反应(hydrogen evolution reaction， HER)和氨氧化反应(ammonia oxidation reaction， AOR)。重点综述了阳极电催化分解氨的反应机理及AOR催化剂的研究现状，对氨氧化技术的发展和应用进行了总结和展望，可为开发具有更高活性、稳定性的AOR催化剂和“以氨制储氢”的发展路线提供思路和指导。

纳米纤维素不仅具有天然纤维素的基本结构和特性，还具有纳米粒子的独特性能，使其成为众多领域的研究热点。然而，由于纳米纤维素表面存在丰富的羟基，导致表面化学性质单一，需要对其进行化学改性拓宽应用领域。原子转移自由基聚合法(ATRP)能够对纳米纤维素表面进行接枝改性，从而赋予纳米纤维素多样化的功能特性，是纳米纤维素高值化应用的重要方法。本文首先总结了传统ATRP法以及四种新型ATRP法在纳米纤维素表面接枝改性中的应用进展；随后介绍了ATRP法在纳米纤维素端基接枝改性中的应用进展；然后分别介绍了ATRP改性的纳米纤维素接枝共聚物在纳米复合增强、智能响应、环保和生物医疗等领域的应用研究；最后总结了ATRP法改性纳米纤维素存在的难点，并展望了未来ATRP法在纳米纤维素接枝改性领域的发展趋势。

采用COSMO-SAC模型研究了不同离子液体存在下氨水溶液的汽液相平衡，探讨了离子液体的亲水性、酸碱性、阴阳离子种类以及功能基团修饰等对氨的相对挥发度的影响。研究发现，不同性质的离子液体均会影响氨水系统的汽液相平衡。一般地，如果水与离子液体相互作用能高于氨与水的相互作用能，离子液体将有利于氨的逸出。当阴离子亲水性和形成氢键的能力越强，或者水与阴离子相互作用能越强，或者氨与阳离子相互作用能越弱，则离子液体越能促进氨水分离。水/离子液体之间的相互作用能与氨/水之间的相互作用能差值越大，离子液体越能提高氨的相对挥发度。当水与离子液体相互作用能低于氨与水的相互作用能时，离子液体也能促进低浓度下的氨水分离。阴离子要比阳离子更能影响氨的相对挥发度，其中氯离子([Cl]^-)、醋酸根离子([Ac]^-)型离子液体对促进氨水分离的效果更佳。对于甲基咪唑类阳离子([C _n mim]⁺，n=2、4、6、8)，烷基链越长，越不利于氨的分离，但在[C₂mim]⁺上嫁接胺基(—NH₂)将会改善低浓度下氨水的分离效果。

制冷系统中的有效充注量的计算依赖于制冷剂在润滑油中的动态析出特性。本文的目的是通过实验研究制冷剂在润滑油中析出时质量分数随时间变化的特性，并建立预测制冷剂质量分数动态变化的数学模型。实验方面，采用了外压骤降时制冷剂会析出的原理，搭建了动态溶析实验台，通过测量溶液折射率得到了R410A制冷剂在POE68润滑油中析出时质量分数的实时变化。实验结果表明，随着压力的骤降，制冷剂几乎同步析出，质量分数呈现急速下降、缓慢下降并最后稳定的动态变化趋势；随着压降幅度的增大，制冷剂最大析出速率增大，质量分数每秒最大下降16.4%，制冷剂质量分数稳定的时间变短，最短仅有4 s。建模方面，基于一维质量扩散原理，开发了能够预测制冷剂质量分数随时间变化的析出模型。模型结果表明，质量分数预测值与实验数据的平均绝对误差小于5%，平均相对误差小于25%。

基于液相循环法搭建的气液相平衡实验装置，在263.15~323.15 K温度范围内，实验测量了R32+R1234yf和R1234yf+R1234ze（E）二元混合物以及R32+R1234yf+R1234ze（E）三元混合物的气液相平衡数据，利用PRSV状态方程结合WS混合法则和NRTL活度系数模型进行关联拟合，获得二元混合工质的交互参数，并在其基础上预测了三元混合工质气液相平衡性质。计算结果与实验数据对比表明，二元体系R32+R1234yf和R1234yf+R1234ze（E）的压力平均绝对偏差分别为0.71%和0.20%，气相摩尔分数平均绝对偏差均约为0.0016，三元体系R32+R1234yf+R1234ze（E）的压力平均绝对偏差为0.82%，系统组分R32和R1234yf的气相摩尔分数平均绝对偏差均约为0.007。

超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide， S-CO₂)布雷顿循环燃煤发电系统中，炉膛内水冷壁管内S-CO₂传热恶化行为，对该系统的设计建造与安全运行具有重要意义。建立S-CO₂垂直上升管流动传热过程数值模型，开展S-CO₂在垂直上升管流动及传热行为的数值模拟研究，分析了压力、质量流量、热通量和管径以及由物性变化引起的浮升力效应与流动加速效应等因素对传热特性的影响。结果表明：对于垂直上升管内加热条件下的S-CO₂，提高其压力与质量流量有利于降低传热恶化程度。而提高热通量与管径则会加剧传热恶化。此外，在S-CO₂垂直上升管内，存在明显的浮升力效应，导致发生传热恶化现象，而流动加速效应对传热的影响可以忽略。最后，在内径为4~10 mm、压力为11.07~22.14 MPa、质量流量为0~1200 kg/(m²·s)、热通量为0~200 kW/m²的宽范围工况下，建立深度神经网络模型(DNN)，提出了临界热通量预测关联式，其预测精度可提升至94.96%。

对PAM-LiCl水凝胶复合吸附剂进行了吸附特性实验研究，基于D-A方程拟合其特性曲线，建立了该凝胶蜂窝吸附床的三维数学模型，用COMSOL软件完成了吸附床干燥/湿润工况下的动态吸/脱附过程模拟，结合实验完成该数学模型的验证，最终实现吸附床结构的优化。研究表明，蜂窝结构大幅提升了吸附床的吸/脱附性能。吸附速率与蜂窝传质通道的孔隙度呈正相关；总吸水量先增大后减小，当孔隙度为20%时，总吸水量最大。吸附床的吸附量随吸附床厚度的增大而降低。当空气流速低于3.6 m/s时，提高空气流速能显著增强吸附床的吸附性能。蜂窝吸附床解吸性能良好，在60℃ & RH10%的热空气中可实现完全解吸。

以Tween20、Span20及两者复配物为表面活性剂，实验研究了其对水过冷池沸腾传热特性影响。基于实验结果与表面张力、接触角、临界胶束浓度等基础物性分析发现，单一表面活性剂对沸腾传热的影响由其添加种类、浓度及热通量共同决定。一方面，不同于饱和沸腾情形，过冷状态下Tween20能够有效降低沸腾起始点温度与壁面过热度，但其沸腾强化效果在高热通量下减弱；另一方面，Span20只在低浓度下表现出强化效果，其浓度增大将引起壁面过热度大幅攀升。此外，尽管Tween20与Span20都具有强化沸腾传热的潜力，但两者复配表面活性剂在实验研究浓度范围内均恶化了沸腾传热过程。研究结果可为传热强化复合工质过冷池沸腾传热特性分析提供基础依据，并为其配制提供指导。

金属多孔网幕具有比表面积大、物理稳定性好等诸多优点，广泛应用于推进剂在轨气液分离及相变传热等领域。泡破压力是衡量其相分离性能的关键参数，可根据多孔介质的有效泡破孔径确定。然而多孔网幕的孔隙结构极其复杂，泡破孔径计算仍未有通用且高效的方法。建立了一种基于三维孔隙结构的多孔网幕泡破压力的通用型解析模型。该模型仅依赖于多孔网幕的几何结构参数，无须实验即可有效预测多孔网幕的泡破压力。模型预测结果与本文实验及文献实验中不同网幕规格、低温及常温工质数据吻合良好，平均误差仅为8%，表明该解析模型具有普适性和准确性，可为基于多孔网幕的液体获取装置的设计与性能预测提供参考。

采用实验的方法对不混溶的液液两相流体在不同入口结构下的正弦微通道(直通道正弦、波峰正弦和波中正弦)内液滴的流动特性进行了分析。硅油作为离散相，含有0.5% SDS的蒸馏水作为连续相，观测到弹状流、滴状流和射状流。分析了两相流动参数及不同的微通道入口结构对流型和液滴长度的影响。流型受微通道入口结构影响较大，波峰正弦微通道能够生成最大范围的稳定的流型。液滴长度随离散相体积流量和离散相与连续相体积流量之比的增大而增大，随连续相的体积流量和毛细数的增大而降低。微通道入口结构对液滴长度有影响，直通道的正弦微通道内液滴长度最短，更有利于液滴的形成。三种通道生成的液滴中，最大的液滴尺寸是最小的液滴尺寸的1.15~1.39倍，但正弦流动段对液滴速度几乎没有影响。

液滴与固体壁面间相互作用力的测量与研究是深入理解润湿机理、调控受限空间内多相流动行为的基础。以液滴轮廓形变为原位微作用力探针，通过拍摄并分析液滴与固体壁面作用过程中轮廓形态变化实现了液滴与固体壁面间相互作用力的测量，测量结果与商用精密微作用力测量仪结果符合良好。相较近年来文献报道的原子力显微镜(AFM)与表面力仪(SFA)测定方法，本方法无须借助外部精密机械探针，具有操作简单、过程可视、成本低廉、不受研究对象透光性限制等优势。最后利用本方法测定了水相环境中十四烷液滴靠近与远离固体壁面时所受的作用力，考察了水相组成对作用力的影响，并发现液滴与壁面间的总斥力仅取决于液滴的形变能力。

采用固相烧结技术制备了均匀多孔层、复合16芯和复合32芯三种多孔结构，并且建立了池沸腾传热测试系统来研究不同芯数量、粒径与结构高度对多孔结构沸腾传热性能的影响。实验结果表明，在测试范围内复合层高1 mm的多孔复合32芯结构传热性能较强，临界热通量(CHF)最高为386 W/cm²，传热系数最高达到9.5 W/(cm²·K)。同时利用高速摄影观察气泡行为来研究强化沸腾传热机理。可视化数据表明，相比于光滑表面，在高热通量下多孔复合表面上气泡周期更短，脱离更快，气泡的离开带来了更多的液体补充，进而不断提升传热性能，获得更高的CHF值。

氧化石墨烯(graphene oxide，GO)是一种新型二维平面结构碳纳米材料，具有高导热性和强亲水性。通过实验研究GO纳米流体对脉动热管(PHP)启动及传热的影响。PHP是由3个弯头构成的闭式回路，采用垂直底部加热，功率范围10~105 W；冷凝段强制风冷。去离子水为基液，GO浓度范围0.02%~0.11%(质量分数)；固定充液率约50%。结果表明：适当添加GO纳米颗粒可有效改善启动性能。当浓度为0.05%、0.08%时，启动温度可分别降低28.6℃(33.9%)、26.2℃(31.1%)，启动时间分别缩短320 s(19.5%)、304 s(18.5%)，启动过程更加平稳。GO纳米流体对PHP的传热强化作用与浓度及功率有关。当浓度在0.02%~0.08%范围、加热功率在20~105 W范围时，传热强化率在18.6%~57.1%之间，强化作用明显。在上述浓度范围(0.02%~0.08%)内，随着加热功率增加，热性能改善程度先增加，而后逐渐减少；加热功率为30 W时，热性能改善程度可达到46.1%~57.1%。最后，在实验基础上，综合应用Ku、Bo、Mo、Pr、Ja^* 等无量纲数组合，拟合得到实验关联式预测GO/水PHP传热性能。

在获取Lee相变传质方程中最优传质系数的基础上，研究了螺旋角、槽径比、槽堰比以及槽深等槽型结构参数对液膜机械密封汽化特性(平均汽相体积分数表征)的影响规律，并基于均匀试验设计方法和响应面法探明了槽型结构参数之间的交互作用。最后以槽型结构参数为设计变量，以平均汽相体积分数为优化目标，采用遗传算法获得了结构参数的最优解范围。研究表明：平均汽相体积分数随着螺旋角、槽堰比、槽深的增大而增大，随着槽径比的增大先增加再减小；槽堰比和槽深交互影响极其显著，螺旋角和槽深交互影响较为显著；螺旋角、槽径比、槽堰比以及槽深分别在25.0°~28.0°、0.10~0.30、0.10~0.25和4.0~6.0 μm时，可以获得较优的平均汽相体积分数值。

在全球能源紧张的背景下，“过程节能”手段的探索具有重要意义。消防工作在国民经济和社会发展中占据重要地位，将添加剂湍流减阻技术引进到消防系统，能提高消防水的射出速度和射程，在提高灭火效率的同时节省水泵功耗。根据消防水流特点，初步选定聚氧化乙烯/十八烷基三甲基氯化铵的聚合物/表面活性剂复配体系作为研究对象，借助介观分子动力学模拟手段，计算了此体系的抗剪切能力及表面张力。发现此体系的抗剪切能力较聚合物、表面活性剂单一体系有明显提升，且体系的表面张力较纯表面活性剂溶液有所提高，初步证明此体系适用于消防减阻。同时从分子动力学角度深入分析了复配体系内聚合物、表面活性剂分子之间的作用机制，可为进一步寻找适用于消防减阻的聚合物/表面活性剂复配添加剂体系提供理论指导。

将纤维素快速热解转化为高价值的左旋葡聚糖和左旋葡萄糖酮是国内外研究热点之一。通过制备及表征碳基固体酸，并优化纤维素催化热解的实验条件，在350℃下，Fe₃O₄/C₇₀₀-H₃PO₄与纤维素以1∶3的比例混合，可以显著提高热解过程中左旋葡聚糖[40.7%（质量）]和左旋葡萄糖酮[13.5%（质量）]的产率，分别比纯纤维素热解提高了2倍和22倍。该研究对纤维素的定向高值化转化具有指导意义。

利用下行床连续热解实验装置，采用催化剂原位填充方式考察了三种孔道结构，不同酸量的酸性催化剂HZSM-5、Al-MCM-41、USY和一种碱性催化剂铝酸钙(Ca-Al)及酸碱催化剂的不同组合方式对挥发分转化行为的影响。结果表明，Al-MCM-41因具有适宜酸性及较大的比表面积和丰富的介孔结构，降低了焦油中重质组分含量，增加了轻质组分含量，在降低积炭和减少焦油损失方面优于酸性较强的HZSM-5和USY催化剂。Ca-Al促进烃类物质脱氢产生富氢小分子，抑制了大分子物质的缩聚，显著降低了积炭产率。结合酸碱催化剂对热解挥发分各自作用的优势，将其进行不同方式的组合，探究了在组合催化剂作用后热解挥发分产物的组成和产率变化情况，结果显示热解挥发分先通过具有脱氢性能的Ca-Al、然后再通过裂解作用适中的Al-MCM-41的Ca-Al/Al催化剂组合，表现出较强的调控挥发分组分间转化行为的能力，有效地降低了积炭的产率。

直链烷基苯磺酸是一种重要的阴离子表面活性剂，由其合成的直链烷基苯磺酸盐是价格低廉的表面活性剂之一，广泛应用于洗涤和三次采油等领域。以某煤制油企业的工业混合烯烃生产的直链烷基苯为原料，在微通道反应器中连续合成直链烷基苯磺酸，考察磺化温度、原料摩尔比以及磺化剂浓度等工艺条件对磺酸产物的影响规律，并与纯十六烷基苯磺化规律进行对比。研究发现混合直链烷基苯磺化过程中各个工艺条件对产品收率的影响较大。在反应温度为50℃，SO₃与LAB摩尔比为1.0∶1，停留时间为5.09 s条件下，最终产品中活性物含量可达到94.5%(质量)。同时，设计并搭建了微反应器小试平台，实现连续合成混合烷基苯磺酸盐，磺酸盐产品收率在90%以上，可为该工艺的工业应用提供技术支持。

吸附容量高、吸附速率快以及憎水性强是分子筛用于挥发性有机物(VOCs)高效吸附的主要性能指标。分别以纯硅(S-1)和W掺杂(WS-1)MFI分子筛为母体，通过一步水热脱硅/补钨后处理制备了具有全空腔(HWS-1_S)和多孔芯(HWS-1_W)的两种中空结构分子筛，并以典型的VOCs气体分子丙酮为探针，系统研究了中空结构形态对于分子筛吸附性能的影响。结果表明：HWS-1_S表面部分开孔，内部全空腔且与外部连通，相比于母体S-1，相对结晶度较低，微孔孔容减少；HWS-1_W表面开孔细微，内部出现不规则的大/中孔结构，相比母体WS-1，相对结晶度提高，微孔孔容增大。干气条件下，HWS-1_S与HWS-1_W相比母体S-1和WS-1对丙酮具有更快的吸附速率；HWS-1_S微孔孔容损失严重，导致吸附容量有限(27.4 mg·g^-1)；HWS-1_W由于重结晶修复了部分结构缺陷，提高了丙酮吸附容量(51.2 mg·g^-1）。通过吸附动力学拟合，HWS-1_S和HWS-1_W符合典型的孔扩散机理，对丙酮主要以物理吸附为主。湿气条件下，W掺杂可有效中和中空分子筛表面硅醇基团，在一定程度上提高了W掺杂中空分子筛抗水汽竞争吸附能力。

碳酸锂的气液固三相反应结晶过程包含碳酸锂碳化反应和碳酸氢锂溶液的热析分解两个过程。首先对于碳化过程，考察了碳酸锂碳化转化率和反应速率的影响因素；建立并求解构建碳化微观机理模型，进而确定了碳酸锂碳化过程为气体传质控制。对于热析分解过程，研究了碳酸锂晶体产品的粒度分布、晶体形貌和聚结程度等与反应物浓度、温度、搅拌、晶种以及外场等因素的关系，尤其是在超声结晶条件下能够获得形貌完整且不聚结的碳酸锂棒状晶体。最后，揭示了碳酸锂的结垢机理，并基于实验验证提出了光滑表面、介稳区控制和晶种添加等方案可有效抑制结垢。

管柱式气液分离器(gas-liquid cylindrical cyclone，GLCC)是一种耦合离心力与重力作用的分离设备，常用于深海油气分离。气相带液(liquid carry-over，LCO)是影响GLCC分离性能的关键问题，且LCO率与GLCC上部筒体内的液膜流型有密切关系。因此，通过调控液膜流型来控制LCO率是一种可行方法。提出了一种向上分支的双入口管柱式气液分离器，并在其分支管增设一个阀门以控制两入口间流量比，达到调控液膜流型的目的。利用高速摄像机，通过改变入口气、液流量和阀门开度，系统研究了液膜的分布特征；并利用数值模拟对GLCC液膜流型、内部流线及速度特性做了研究。支路流通面积比从100%改变至0时，流经倾斜管主路的流量增多，液膜占据的筒体壁面高度沿轴向逐渐降低，且液膜集中在倾斜管主路入口附近并形成对分离性能有利的旋环流流型；模拟结果显示，在前述过程中，旋流场涡核中心逐渐稳定，有利于抑制LCO的发生。调节入口阀门开度以调控液膜流型是改善GLCC分离性能的可行手段。

重油催化裂化焦炭产率较高，会加重再生器负荷，降低剂油比和轻质油收率。对此，在催化裂化装置基础上添加外取热器。通过采用外取热和外甩油浆相结合的方法，实现重油催化裂化轻质油收率的提高。外取热器的作用是为了快速有效将再生器部分过多的热量取走，达到再生催化剂降温的目的。外甩油浆的作用是为了降低焦炭产率，减少烧焦产生热量。热量的降低可以有效提高剂油比，增加轻质油收率。原料残炭值的大小对产品分布有直接影响。原料残炭值越大，催化裂化装置的反应器部分产生焦炭越多，待生催化剂上含碳量也会升高，到达再生器烧焦以后释放大量的热量，热量增加不仅会影响再生器的寿命，也会使催化裂化装置中的剂油比降低，从而降低轻质油收率。通过控制向量参数化方法对CO助燃剂、主风、外取热和外甩油浆进行了不同层次的调控与优化，结果发现，对于重油催化裂化，CO助燃剂、主风的优化影响效果有限，而外取热和外甩油浆相互促进可以有效提高剂油比和轻质油收率。

针对碳五综合利用预处理工段能耗较高的现状，在反应精馏(RD)预处理流程基础上提出了隔壁反应精馏(RDWC)预处理流程。首先，利用化工模拟软件Aspen Plus搭建RDWC四塔等效严格模型，并对其进行自由度和单变量分析。在此基础上，以响应面Box-Behnken Design(BBD)方法作为模型拟合工具，拟合出目标变量与决策变量之间的函数关系，并对拟合结果进行方差分析(ANOVA)。最后采用基于分解的多目标进化算法(MOEA/D)对RDWC预处理流程进行多目标优化，得到一系列Pareto最优解，选出其中年总成本(TAC)最小的一组解与RD预处理流程进行对比。结果显示：与RD预处理流程相比，RDWC预处理流程可以节约TAC 12.8%，节省再沸器负荷27.8%，选择性也有所提高。

过程流程模拟中广泛应用的序贯模块法处理循环物流系统存在很多困难，如断裂流股的选择、迭代方程的收敛性等。基于稳定性理论解决循环物流系统的流程模拟问题，首先根据化工单元装置的模型方程将其分为正向模型和反向模型，并将循环物流中的变量定义为迭代变量和收敛变量；然后在收敛变量处将循环物流的流股断裂，迭代变量分别通过正向模型和反向模型计算收敛变量，二者的偏差通过增益系数对迭代变量进行修正，进而得到迭代方程；最后，利用控制理论中的稳定性理论来确定迭代方程的增益系数，将迭代方程线性化，采用劳斯判据确定增益系数的稳定范围，当增益系数位于稳定范围以内时，迭代方程必然收敛。催化裂化装置反应-再生系统因催化剂循环的存在而成为典型的循环物流系统，本文将反应器作为正向模型，再生器作为反向模型，以再生温度和再生催化剂含碳量作为迭代变量，构造了催化裂化装置反应-再生系统流程模拟的迭代方程，利用稳定性理论找到增益系数的稳定范围，保证流程模拟计算必定达到收敛，验证了该方法的可行性和有效性。

在工业过程中，存在着辅助变量与主导变量数据比例严重失衡的问题。协同训练算法是其中一种利用无标签数据中的潜在信息以提升学习性能的模型训练方法。然而目前在协同训练软测量建模过程中，学习器之间存在严重的训练特性交叉重叠的问题，这将导致对主导变量的预测性能衰减。针对这一问题，提出基于二子空间协同训练算法的半监督软测量模型two-subspace co-training KNN（TSCO-KNN）。该模型将二子空间分块算法与协同训练算法相结合，利用辅助变量与主成分子空间PCS和残差子空间RS两个特征子空间的相关性程度，将数据变量拆分为两个具有显著差异性的学习数据集，进而使用KNN回归器进行协同训练，共同用于对主导变量的预测。最后在乙烯精馏塔塔顶乙烷浓度和TE过程产品浓度软测量中进行仿真研究，验证本文所提算法的有效性。

“双碳”背景下，提升焦炭质量是保证钢铁行业高质量发展的研究重点之一，而炼焦行业存在着在线实时监测难、焦炭质量预测模型泛化能力差等问题。为此，提出一种通过自适应全局搜索算法，即改进鲸鱼优化算法（WOA）与长短期记忆（LSTM）循环神经网络综合建模的方法来解决这一问题。首先选取出配合煤中可反映焦炭质量的可测参数，再运用主成分分析（PCA）去除变异性小的冗余因子后，得到预测因子，将其作为LSTM网络的外部输入；通过加入自适应惯性权重以及最佳扰动更新改进WOA，从而训练LSTM网络的超参数，采用均方根误差（RMSE）和R-squared 进行算法检验；最后将改进后的AGWOA-LSTM模型与典型的LSTM、WOA-LSTM模型进行对比，以验证本方法的优越性。结果表明AGWOA-LSTM模型预测焦炭质量具有精度高、运行速度快等特点。研究对焦炭生产具有一定的理论指导意义。

为考虑发酵过程的质量变量和动态特征对于阶段划分的影响，提出了一种基于联合典型变量矩阵的多阶段发酵过程质量相关故障监测方法。首先，将历史三维数据沿批次方向展开，对每个时间片矩阵进行典型相关分析（canonical correlation analysis， CCA），得到融合过程变量和质量变量信息的联合典型变量矩阵，对其进行K均值聚类，实现基于静态特征的第1步划分；然后采用慢特征分析（slow feature analysis， SFA）算法提取表征过程动态性的慢特征，对其进行聚类实现第2步划分。最后综合分析两步划分结果，将生产过程划分为不同的稳定阶段和过渡阶段，并在划分的子阶段中分别建立CCA监测模型进行质量相关故障监测。该方法通过静态和动态特征的变化实现两步划分，准确区分强动态变化与阶段切换，有效提高质量相关的故障监测模型精度。青霉素仿真平台与大肠杆菌实际生产数据验证了所提方法的可行性和有效性。

为了探究结冰过程冰水界面结构的动态复杂性，利用分子动力学模拟方法构建微观的冰水两相共存模型，研究了冰水两相界面结构随温度和晶面的变化规律。结果表明，当冰水两相达到平衡时，冰水界面结构中存在无序水分子和有序冰晶结构的可逆动态转变，造成了界面结构的不均匀性。在改变环境温度和晶面类型时，冰水界面结构表现出不同的分布规律。在相同的温度下，一次棱柱面和二次棱柱面的界面层厚度比基面的略薄，而棱柱面水分子排列的有序性强，且存在分子间氢键的三维网络重组。当过冷度较大时，界面结构趋于六元环排列的有序状态，界面内无序水分子增多，同时水分子在界面层内的停留时间增长。从分子尺度上阐明了冰水体系界面结构的变化规律，对理解结冰过程和发展控冰技术具有一定的指导意义。

为了研究TC4合金在300℃和500℃下的微动磨损行为，利用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜分别表征表面磨痕形貌、磨损体积和磨痕轮廓，探究两种温度中TC4合金不同接触载荷作用下的微动磨损机制。结果表明： 磨损体积与接触载荷呈现正相关的关系，而摩擦系数和磨损率则呈现负相关的关系。两种温度下的无润滑微动摩擦磨损过程中，小载荷作用时磨损形式表现为氧化磨损和磨粒磨损；大载荷作用时磨损形式为氧化磨损和黏着磨损。与300℃相比，500℃时合金接触表面塑性变形严重，摩擦系数小，氧化磨损加剧，疲劳裂纹扩展严重。TC4合金高温环境中微动磨损机制为黏着磨损、磨粒磨损、氧化磨损和疲劳磨损，其中氧化磨损在TC4合金高温微动磨损中占据主导地位。

基于火焰光谱诊断平台，利用由高分辨率CCD相机成像系统和光纤光谱仪组成的光谱成像系统对甲烷反扩散火焰的光谱辐射特性进行研究。获得了不同氧燃当量比和CO₂稀释水平下CH₄/O₂同轴射流反扩散火焰的OH*、CH*二维辐射分布并进行了Abel反卷积处理。结果表明：随氧燃当量比的增加，OH*火焰逐渐中空，火焰锋面被拉伸，轴向高度和火焰面积均先增大后减小。CH*火焰核心反应区位置和形状随当量比增加变化不明显。随CO₂稀释剂体积分数的增加，OH*火焰被拉伸，并由完全包络状过渡为对称包络状，火焰面积逐渐减小。CH*火焰被拉伸并靠近中央轴线，火焰面积逐渐增大。对比OH*火焰层，CH*火焰层较薄且峰值强度低。

二氧化碳既是主要的温室气体之一，也是包含碳和氧的资源，把相对惰性的CO₂转化为易于利用的CO是其利用的方法之一。采用介质阻挡微等离子体反应器通过单变量和正交实验探究了反应器参数(放电区长度、放电间距、介质厚度)和工艺参数(输入功率、放电频率和停留时间)对CO₂分解为CO的转化率和能量效率的影响规律。研究结果表明，影响CO₂转化率的大小顺序依次为：放电间距>放电长度>输入功率≈停留时间>介质厚度>放电频率；输入功率60.0 W、放电频率9.0 kHz和停留时间1.5 s、放电区长度60 mm、放电间距0.5 m、介质厚度1.6 mm时，CO₂的转化率为10.6%，能量效率为4.1%。

在最小化二次反应的金属网反应器下对微晶纤维素进行低氧热解实验。采用带有脉冲安培检测的高性能阴离子交换色谱法(HPAEC-PAD)的Dionex ICS-6000离子色谱(IC)对热解后的产物水溶性中间态活性纤维素(WSIAC)和水溶性初生焦油(WSPT)的组成和分布进行分析。重点关注纤维素热解过程中几种脱水糖和糖聚物的生成转化规律。实验发现氧气通过促进中间态纤维素的生成来提前纤维素的分解。氧化气氛下，聚合度越高的脱水糖稳定性越差。氧气的存在一方面促进纤维二聚糖和纤维三聚糖生成，另一方面，它们的破碎或其他分解反应也在一定程度下受到氧气影响。

以溶胶凝胶法制备了BaFe₂O₄载氧体以及Ni、Ce、K修饰的BaFe₂O₄载氧体，筛选出最佳载氧体为10%(质量)K修饰的BaFe₂O₄载氧体(10K-BF)，探究了不同反应条件对其性能的影响，通过H₂-TPR、XRD、SEM、BET对载氧体表征。实验结果表明，Ni、Ce、K的添加均提高了载氧体的合成气产率，10K-BF载氧体在水蒸气与生物质质量比(S/B)等于3，过氧系数α=0.20，反应温度800℃时，气化效果最好，合成气产率1.864 m³/(kg Biomass)，氢气产率1.038 m³/(kg Biomass)，碳转化率90.49%，积炭率1.33%，10次循环后仍有较高的气体产率及碳转化率。H₂-TPR表明10K-BF载氧体在300℃开始释氧，在生物质热解的初始阶段即可参与反应，有利于焦油的裂解；XRD表明10K-BF载氧体再生后可以恢复部分尖晶石结构。

生物质热化学气化合成混合醇技术具有工艺相对简单、产物的能源化工应用广泛等优点，为准确评价该技术的资源能源消耗、辨析合成燃料的环境性能，基于生命周期分析框架和ReCiPe2016中点评价方法，对农林废弃玉米秸秆和木屑经气化、催化合成混合醇工艺的清单和9种环境影响类型开展分析和比较。结果表明：农林业阶段均为环境影响的主要阶段，秸秆混合醇生命周期影响高于木屑混合醇。前者的臭氧层耗竭潜值、海洋和淡水富营养化潜值、全球变暖潜值均为木屑混合醇相应结果的9倍以上。废弃物原料高碳含量和高混合醇收率有利于降低资源消耗和环境影响。与石化汽油相比，秸秆和木屑混合醇的全球变暖和化石能源消耗潜值均降低40%以上。

基于热力学第一定律对超临界CO₂混合工质再压缩布雷顿循环进行了热力学分析，重点讨论了在中低温热源下(200~400℃)加入气体种类及比例、透平入口温度、透平入口压力、分流比、主压缩机入口温度对循环热力学性能的影响。结果表明：加入0~10%的丙烷、新戊烷、异丁烷、正丁烷均能够提高循环效率，改善循环系统的热力学性能。在透平入口温度低于260℃时，加入乙烷的循环热效率低于单一工质CO₂。随着混合比例、透平入口温度和压力、分流比的增加，系统循环效率也随之提高。主压缩机入口温度增加，循环效率反而下降。

渗透汽化(PV)膜分离是一种高效节能、无污染的化工分离技术，在有机废水处理领域的应用潜力巨大。以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)改性二维ZIF-L(AZLs)，将其引入聚醚嵌段酰胺(PEBA)内制备AZLs/PEBA混合基质膜，用于分离水溶液中的苯酚。系统表征了所制膜的微结构与物化特性，考察了APTES添加量、AZLs填充量、操作温度、料液浓度等对膜分离性能的影响。结果表明：AZLs均匀分散在PEBA基质中，表明两者具有良好的界面相容性。AZLs的加入使得膜疏水性增强而表面自由能降低，从而提高了PEBA膜的选择性。当分离80℃、1000 mg/kg苯酚水溶液时，AZLs/PEBA膜总通量可达2046 g/(m²·h)，分离因子为25.4，并且具有一定的稳定性。所制AZLs/PEBA混合基质膜在含酚废水处理方面具有应用前景。

基于酚醛树脂原料中甲醛的危害性与不可再生性，使用安全、可再生的对苯二甲醛代替甲醛，合成了一种新型的酚醛树脂——对苯二甲醛酚醛树脂。采用核磁、红外、GPC和流变仪等分析手段对此类树脂的结构与性能进行了表征。为了进一步提高该树脂的热性能，使用二茂铁甲醛对其进行改性。采用Kissinger方程、等转换法及双参数自催化模型对改性前后树脂的固化动力学进行了研究，明确了二茂铁甲醛在树脂固化中的作用机理。最后通过MDSC和TG研究了改性前后树脂固化物的热性能，结果表明：在加入15%的二茂铁甲醛后，改性树脂呈现出优异的热性能，其玻璃化转变温度为319.3℃，起始分解温度为397.7℃，在800℃氮气气氛下质量保持率高达76.07%。