煤是自然界中分布最广、储量最丰富的含碳资源，其分子结构与纳米碳材料具有天然的相似性，是优质的纳米碳材料前体。多年来，以煤为前体制备的各种纳米碳材料已被广泛应用于能源、信息、环境和生物医学等领域。其中，煤基零维纳米碳材料如纳米金刚石、富勒烯、碳纳米洋葱、碳点等，因其具有小的纳米尺寸、大的比表面积、独特的球形结构等，表现出优异的荧光特性、电化学性能以及催化性能等，在能源转化和存储等领域展现出极大的应用潜力。本文综述了基于煤炭及其衍生物为前驱体的各类零维纳米碳材料的制备方法和性能，并对其在照明显示、电化学储能、光/电催化等方面的应用进展进行总结，指出目前存在的问题与挑战及其解决策略，最后对其未来发展进行了展望。这为促进煤炭的高附加值转化和利用以及大规模制备煤基零维纳米碳材料提供理论和实践支持。

钠离子电池因其储量大、成本低和高安全性等优势，成为锂离子电池的有效替代品，可在一定程度上缓解锂资源短缺引发的储能电池发展受限问题。本文对钠离子电池发展现状、面临的挑战以及未来发展趋势进行梳理分析，并精选钠离子电池最新前沿综述，包括正极材料、负极材料和先进表征技术等，探讨当前钠离子电池的研究热点，为新能源材料领域技术研究提供参考。

为了建立起一个统一的、可同时应用于纯质与混合物高压黏度计算的绝对速率理论模型，基于此前已有的纯质黏度模型，提出了相应的混合法则，将其扩展至对混合流体的计算当中。为验证模型精度，首先选取了27种纯质流体，通过拟合其黏度数据得到模型参数。随后，对27种二元混合物以及3种三元混合物的黏度进行了计算。其中，对于二元混合物，仍需要引入额外的二元交互参数，可通过拟合混合体系黏度数据得到。结果表明，该黏度模型对所选纯质、二元混合物和三元混合物的黏度均有着较高的计算精度，其相对偏差的平均绝对值分别为1.54%、2.35%和3.86%，最大偏差为8.62%、12.9%和19.7%。最后，将本文模型与自由体积模型进行了比较，其对高黏度和互缔合流体的计算精度均高于后者。

近年来，二氧化碳(CO₂)提高原油采收率(CO₂-EOR)技术得到了广泛的研究。充分了解CO₂-烃类混合物的热容性质是该项目能够成功实施的基础，但是目前对此性质的研究非常有限。基于绝热量热法，搭建了一个绝热量热计，测量了温度为317.15~353.15 K，压力高达29.49 MPa时，CO₂-碳氢化合物(正己烷、正辛烷、十一烷、环己烷、乙苯)二元液相混合物的比定容热容(C_v )数据，共获得335个数据点。此外，采用预测模型(结合热力学关系的PR状态方程)和经验模型计算C_v，计算平均绝对相对偏差(AARD)分别为0.81%~3.66%和小于2.56%。经验模型的形式简单，但PR模型有较强的预测能力。实验测得的C_v 数据以及建立的两种计算模型对CO₂-EOR项目的实施至关重要。

为合理开发四川盆地富溴地下卤水资源，对五元体系NaBr-KBr-MgBr₂-CaBr₂-H₂O进行了298.15 K条件下完整的相平衡与相图的研究。根据实验测定的溶解度数据，绘制出了完整的空间立体相图，NaBr·2H₂O、MgBr₂·6H₂O和CaBr₂·6H₂O三种盐饱和面的干基投影相图，以及相应的含水量图。研究结果表明该五元体系在298.15 K下的空间立体相图中包含有十条单变量曲线、三个共饱点和六个结晶区（KBr结晶区、NaBr结晶区、NaBr·2H₂O结晶区、MgBr₂·6H₂O结晶区、CaBr₂·6H₂O结晶区、KBr·MgBr₂·6H₂O结晶区）。其中KBr结晶区最大，CaBr₂·6H₂O结晶区最小，表明在该体系中CaBr₂·6H₂O的溶解度最大，KBr溶解度最小。

采用密度泛函理论M06-2X/6-311G（d）方法，对对苯二甲酸丁二醇酯二聚体的水/醇/氨解反应机理进行了量子化学理论研究。提出了各种可能的水/醇/氨解反应路径，对各反应的中间体、过渡态及产物进行了几何结构优化和频率计算以获得热力学与动力学参数值，分析了对苯二甲酸丁二醇酯二聚体主链酯键中的酰氧键位置水/醇/氨降解的反应机理。计算结果表明：水/醇/氨解条件下能够降低对苯二甲酸丁二醇酯二聚体主链酯键中的酰氧键裂解的反应活化能，使反应更易于进行，水/醇/氨解中主要基元反应步的反应能垒分别约为170.0、155.0和165.0 kJ/mol。对苯二甲酸丁二醇酯二聚体水解产物主要为对苯二甲酸和1,4-丁二醇，醇解产物主要为对苯二甲酸二甲酯和1,4-丁二醇，氨解产物主要为芳香腈和1,4-丁二醇等，其中1,4-丁二醇会进一步降解形成四氢呋喃。在对苯二甲酸丁二醇酯二聚体水/醇/氨解反应过程中，甲醇介质中的裂解反应优于氨气气氛中的反应、氨气气氛中的反应优于水分子环境中的反应，且反应温度的升高可以增加其自发性。

实验考察了FCC催化剂(d_p=90 μm)和分子筛(d_p=1875 μm)构成的双组分大差异颗粒体系在流化床内的混合/分离特性。结果表明，在密相床层，随着大颗粒初始比例X₀逐渐增加，床层稀密相界面处的单位高度压降逐渐上升。双组分混合颗粒完全流化时密相床层内大颗粒质量分数在径向上总体分布均匀，但随着表观气速的增加大颗粒在径向上呈现出边壁高中心低的“U”形分布。全床混合均匀性在X₀<20.0%时较佳，且均匀性会随着表观气速u_g增加和X₀的增加而逐渐减小。在稀相空间，被夹带到稀相空间的大颗粒随着表观气速u_g增加逐渐增大，随着X₀的增大先增大后减小，当X₀=68.5%时夹带量最大。稀相空间内大颗粒质量分数在径向上呈“M”形分布，并且随着轴向高度的增加逐渐由“M”形分布转变为倒“U”形分布。基于实验结果，给出了计算完全混合高度和分级效率的经验关联式。

为了提高板壳式换热器的换热性能，通过离散元法研究了平面、梯形、椭圆形、梯形+椭圆形和三角形掺混单元对颗粒流动和换热的影响。研究表明：平面的掺混率几乎为零，梯形掺混单元的掺混率最高。颗粒在绕过除平面外的掺混单元时，温度边界层被破坏，并在掺混单元下游区域重新发展。在掺混单元上游区域，掺混单元对颗粒运动有阻碍作用，阻碍作用越大接触热阻越小。颗粒在梯形掺混单元下游的特征速度最大，入口平均温度最高。梯形掺混单元的掺混效率最高。在掺混单元下游区域，梯形、椭圆形、梯形+椭圆形和三角形掺混单元的传热系数显著大于平面(平均增加41.5%、31.5%、28.9%和25.3%)。相比其他掺混单元，颗粒外掠梯形掺混单元的流动换热特性最好。

利用超声波悬浮技术将四丁基溴化铵(TBAB)溶液液滴悬浮，观测了不同TBAB质量分数(15%、20%、25%)时的水合物生长过程，并与悬挂液滴进行了对比。实验发现，超声波悬浮的液滴处于快速旋转状态，液滴呈扁球状，水合物生长速率较快，但当液滴中含有气泡时生成水合物的诱导时间延长。总结出超声波悬浮状态下TBAB水合物生长方式可以分为两大类：由内而外，由外而内。由外而内又可以分为单平顶式、双平顶式和包裹式。建立悬浮液滴和悬挂液滴的传热模型，通过对比发现，超声波可以加快悬浮液滴的传热效率，加速水合物的生成和生长。该实验为观测水合物生长提供了一种新的方法。

丙烷(R290)作为一种性能优异的自然制冷剂，其两相流动压降特性在换热器设计及制冷系统优化等方面起到重要作用，而且目前对于低质量流率以及低饱和压力条件下的压降分析相对较少，且仅有少数研究结合流型进行分析。因此，开展了R290在内径6 mm的水平光管内压降特性实验研究。在如下实验工况范围内，质量流率70~190 kg·m^-2·s^-1，热通量10.6~73.0 kW·m^-2，饱和压力0.215~0.415 MPa，干度0~1，获取了压降实验数据，并进一步基于实验工况以及流型分析了加速压降、两相摩擦压降的变化趋势。对比了现有的摩擦压降关联式并基于Friedel模型，使用Re_v/Re_l 和液相Froude数Fr表征气液相相互作用，获取了一个新的基于流型的两相摩擦压降关联式。新模型可以很好地预测R290实验数据，预测结果的平均相对偏差(ARD)为-0.2%，平均绝对相对偏差(AARD)为5.2%，λ_30%为97.9%。对比文献中的实验数据，10组数据预测结果的ARD为10.0%，AARD为19.3%，λ_30%为80.3%，由此可见新模型具有一定的预测精度和适用性。

采用数值模拟方法对撞击流反应器内幂律流体的流动特性进行研究，分析了不同喷嘴间距和入口流速下清水和不同质量分数幂律流体的径向射流扩展率、径向速度衰减率、剪切应力、表观黏度等分布规律，研究表明：幂律流体中径向射流的径向速度分布规律与清水径向射流相似。随喷嘴间距的增大，扩展率增大，径向速度衰减率减小，平均剪切应力呈先增大后减小的变化规律，其中L=3D时平均剪切应力值最大，更利于流体混合。入口流速越大，扩展率越小，径向速度衰减率越大，平均剪切应力也随之增大。幂律流体的平均剪切应力大于清水，且随质量分数的增大，其扩展率增大，为清水扩展率的1.3~3.3倍，而幂律流体的径向速度衰减率从-1.268~-1.125降低到-1.144~-1.082，逐渐小于清水。幂律流体径向射流区域的剪切应力呈“M”形分布，表观黏度则呈“W”形分布，流体的流变性质对撞击流反应器内流体的流动规律影响显著。

换热设备颗粒污垢一般指悬浮在流体中的固体颗粒在换热面上的积聚。开发了一种Ni-P-TiO₂防垢型复合改性表面，并将之用于板式换热器抑制纳米MgO颗粒污垢在换热表面的积聚。基于搭建的板式换热器颗粒污垢热阻动态监测实验系统，研究了不同冷却水流速(0.1~0.3 m/s)、入口温度(30~40℃)及纳米MgO浓度(100~400 mg/L)对Ni-P-TiO₂复合改性换热表面抑垢特性的影响。结果表明，随着流速的增加，污垢热阻渐近值减小了27.85%~34.41%；随着冷却水入口温度的升高，污垢热阻渐近值减小了25.15%~39.14%；随着MgO颗粒浓度的增加，热阻渐近值减小了26.15%~45.36%。结合Ni-P-TiO₂复合改性表面的表面能分析了其表面的抑垢性能，发现制备的Ni-P-TiO₂复合改性表面的表面能与纳米MgO颗粒污垢层的表面能相接近，符合Zhao提出的“最优表面能”抑垢理论。与常规板式换热器不锈钢表面相比，Ni-P-TiO₂复合改性表面不仅抑制了颗粒污垢的积聚，还降低了颗粒污垢的固着强度，使得积聚其上的颗粒污垢更容易被剥离换热表面，实现了换热表面持久高效抑垢。

建立了采用空气射流冲击冷却方法的冷凝换热实验系统，对R134a在铝质微小菱形离散肋通道中的冷凝换热特性进行了实验研究。实验工况范围为制冷剂干度0~1、饱和压力0.50~1.50 MPa、制冷剂质量流率160~380 kg/(m²·s)、热通量10.1~59.8 kW/m²。实验获得了不同工况下的通道局部冷凝传热系数，分析了干度、饱和压力、质量流率以及热通量对冷凝换热的影响规律。实验结果表明：局部冷凝传热系数随干度、质量流率和局部热通量的减小而减小，随饱和压力的降低而增大，其中在干度x>0.4的区域内质量流率对于冷凝传热系数的影响效果更为明显。基于实验数据，提出了一个适用于本实验中微小菱形离散肋通道的冷凝换热计算公式。

利用不同的改性方法对多孔泡沫铜表面进行浸润性改性处理，并制备了一系列具有不同疏水性的吸气板，系统研究了悬挂吸气板对沸腾单气泡生长、脱离阶段的影响。结果表明，不同吸气高度和吸气浸润性均对沸腾气泡动力学特性具有重要影响。当吸气高度小于气泡最大生长高度时，吸气板可实现强制气泡脱离并有效减小气泡最大脱离直径。当吸气板表面浸润角为150°时，吸气效果最佳，最短可将脱离阶段缩短至3 ms，最大瞬时吸气速率可达5.46 mm³/ms，为浸润角是100°吸气板吸气速率的3.96倍。耦合控制吸气板的吸气高度、浸润性和换热表面的微结构可共同实现对气泡生长阶段的提前干预和对脱离阶段的强制促进，真正实现沸腾动力学的全程强化。

以润滑油为工质，采用数值方法对圆管内插同轴交叉等腰梯形涡产生器的管内流动与传热进行了数值模拟，分析了不同结构参数如扭率（T_r=3，4，5，6）、间距比（S_s/W=0.8，0.9，1.1，1.2）和基带宽度比（W_b/W=0.30，0.45，0.60，0.75）对圆管内插同轴交叉等腰梯形涡产生器的管内流动与传热特性的影响。结果表明：在相同Re下，平均Nusselt数Nu_m、二次流强度Se、强化传热因子JF均随扭率和间距比的减小而增大，而其与基带宽度比的变化没有明显规律，阻力系数f随着扭率的减小和基带宽度比的增大而增大，间距比对f的影响甚微。在相同结构参数下，JF和Se均随Re的增大而增大。在Re=50~1000范围内，相比于光滑圆管，内插不同结构参数的同轴交叉涡产生器的Nu_m增加了32.8%~208.6%，f增加了3.38~8.92倍，JF最大可达1.434。Nu_m与Se呈幂函数相关，内插同轴交叉翼型涡产生器管内的二次流强度决定了其对流换热强度。

CO与亚硝酸甲酯(MN)氧化偶联制草酸二甲酯(DMO)是合成气制乙二醇过程的关键步骤，现有工业装置存在效率低的问题。采用包括副反应(生成碳酸二甲酯和甲酸甲酯)动力学的动力学模型和二维两相反应器模型，对CO氧化偶联的移热式固定床反应器进行建模，研究了换热方式及操作条件对反应器性能和安全性的影响。结果表明，以温度的二阶导数作为飞温的判据是灵敏和可靠的。与常规的逆流和恒温移热方式相比，并流移热使反应器形成更为均匀的温度分布，有利于提高反应器产能。增加入口MN含量会升高反应器MN转化率和热点温度；但是，由于CO、NO和反应物MN之间存在竞争吸附，增加入口CO和NO含量会导致MN转化率和热点温度降低，所以增加入口压力导致MN转化率降低。且热点温度对MN和NO的含量更为敏感，应严格控制入口MN和NO的含量。采用遗传算法进行反应器工况寻优，确定了最优的反应条件，可提高单台反应器对应的乙二醇(EG)年产能至12万吨。

绝热加速量热主要采用基于单一实验数据的模型拟合方法进行动力学预测，难以应用于未知机理反应和复杂反应。为此，通过数值模拟方法在绝热条件下产生n级反应与Kamal自催化反应数据，采用Vyazovkin和Friedman等转化率方法进行动力学求解；然后在不同起始温度和等温条件下，采用无模型动力学参数进行绝热和等温动力学预测，并与模拟数据对比。结果表明，绝热加速量热采用Vyazovkin方法预测最大相对误差为39.9%，Friedman方法预测最大误差超100%，前者更适合进行预测；建议在预测温度±40℃范围内进行实验测量。这为未知化学物质和复杂反应热失控风险评估及化工事故模拟等提供了有效手段。

以NiCl₂·6H₂O为镍源，采用水热法首次合成了不同Ni²⁺取代量的锌钛层状双金属氢氧化物(NiZnTi-LDH)，通过X射线衍射、透射电镜、低温氮吸附、X射线光电子能谱与紫外-可见漫反射等测试研究了Ni²⁺取代对ZnTi-LDH晶相结构、微观形貌、孔结构、表面氧空位与光吸收性能的影响。以NiZnTi-LDH为催化剂，分别考察了模拟太阳光与可见光照射下的NO光氧化消除性能。结果表明：Ni²⁺部分取代Zn²⁺可在ZnTi-LDH的能带结构中形成一新的中间能级，产生可见光响应，同时Ni取代可于ZnTi-LDH表面形成氧空位(O_V)。可见光照射下，ZnTi-LDH无NO氧化活性，最优催化剂27% NiZnTi-LDH的NO去除率为52.1%，NO _x 脱除选择性高达97.4%。模拟太阳光照射下，27% NiZnTi-LDH的NO光氧化去除率为64.8%，是ZnTi-LDH的2.76倍，NO _x 脱除选择性可达96.9%，且NO{}_{\mathrm{3}}^{-}生成量占总硝酸盐的95.6%。Ni²⁺取代及由此形成的O_V不仅促进光生电荷分离，同时利于超氧自由基(·O{}_{\mathrm{2}}^{-})的生成，在增强NO消除性能的同时，抑制有毒NO₂的产生，实现NO至NO{}_{\mathrm{3}}^{-}的深度光氧化。

离子液体作为萃取溶剂已广泛用于油酚混合物的分离，但由于阴阳离子的可调控性，不同离子液体的性质差异较大，快速筛选得到具有应用前景的离子液体至关重要。针对间甲酚-异丙苯分离体系，采用COSMO-RS模型考察不同阴阳离子结构对离子液体分离性能的影响，并通过分子间相互作用能进行分析。在此基础上，提出一种多尺度的离子液体筛选方法，该方法包含无限稀释热力学性质计算、物性估算、相平衡关系计算和过程性能评价。该多尺度方法从分子尺度到单级平衡尺度，再到多级平衡尺度对离子液体进行逐步筛选。结果表明，1-乙基吡啶硫氰酸盐([C₂py][SCN])和1-乙基吡啶双氰胺盐([C₂py][DCA])是最终筛选得到的两种更具有油酚分离应用前景的离子液体。

工业废油脱水去固处理是其资源化工艺的重要环节，为高效地去除废油乳化液中的水和固体颗粒杂质，提出一种能够实现油-水-固相高效分离的异构旋流三相分离装置。装置结构及其参数是影响油-水-固三相分离效率的关键因素。于是，通过耦合多相流控制方程、群体平衡和稀疏颗粒条件下的颗粒追踪方程，忽略颗粒对整体质量守恒和动量守恒的影响，建立了异构旋流三相分离数值模型，通过模型考察了分离装置去固段结构对去固脱水效率的影响，并进一步优化了分离装置去固段的结构参数。计算与实验结果表明：装置去固段结构的变化会显著影响异构旋流三相分离装置的去固性能，对脱水率的影响不明显；最佳底流管、去固管和侧流管直径分别为6、15和6 mm时，装置侧流口的固体颗粒回收率和脱油率同时达到最高，可达87%以上，为设计研制高性能工业废油资源化装置提供理论和技术支撑。

1，3-丙二醇是一种重要的化工原料，生物法发酵制备1，3-丙二醇具有操作简便、反应条件温和、副产物少等优点，使用需钠弧菌作为新的工业底盘细胞生产1，3-丙二醇有很好的应用前景。高产菌株的构建过程中优化基因强度组合时，具有单次实验周期长、成本高且体系复杂、非线性强的特点。为了实现对1，3-丙二醇合成途径关键基因强度组合的快速优化，使用了一种以高斯过程回归算法为代理模型，以增益期望为采集函数的贝叶斯优化方法。在每轮迭代中，高斯过程回归算法用于拟合当前数据并预测未知点的概率分布，增益期望函数将概率分布映射到解空间中，选择解空间中最大值对应的点作为下一轮的实验点，实验后进入下一轮迭代。构建高产1，3-丙二醇的需钠弧菌过程中使用贝叶斯优化方法优化关键基因强度组合，在三轮迭代后搜索到了最优的基因强度组合，1，3-丙二醇的产量达到（13.01±0.63）g/L，较第一组实验点中最高值提高了8.32%。

功热网络设计问题指在流程设计中对变压和换热过程进行耦合优化设计的问题，以此来提高整体系统的能效并降低成本。前人工作中一般采用数学规划法对功热网络建模优化。然而，由于存在变压过程和换热器面积计算的非线性约束，以及换热匹配的二元变量，整体模型往往是一个高度非凸的混合整数非线性规划模型，难以求解。本文提出一种高效的功热网络优化方法。模型中分别用透平压缩机和换热器实现功热网络中轴功和热的交换。求解过程采用分解算法，主问题中用随机算法对关键变量优化，功和热两个子网络问题中用确定性算法求解。目标函数考虑了经济和环境影响。案例测试对比了不同优化目标得到的结果以及多目标Pareto曲线，验证了所提出方法的高效性。

为了快速准确地预测出质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)在冷启动过程中的启动时长及启动方法的应用效果，提出了以堆栈温度和温度增量分别作为BP(back propagation)神经网络预测目标的堆栈温度实时预测模型，分别为模型T和模型K，并采用四个不同的预测精度评估标准来评估预测结果的准确性。基于文献中三种冷启动工况实验数据对预测模型进行验证，结果表明，模型K的平均相对误差在三种工况下均低于模型T，分别为0.4553、0.9537和1.0844。模型T在早期预测阶段缺乏训练样本，预测结果的堆栈温度变化趋势为零，因而模型K在早期预测阶段具有更大优势。堆栈温度变化趋势预测方法能够为用户当前的PEMFC冷启动实现效果提供参考。

全球CO₂的排放量不断升高，导致气候问题频发。“双碳”目标下，如何高效、低成本地捕集燃煤电厂烟气CO₂已经成为迫在眉睫的问题。传统的化学吸收法由于能耗高、成本高、溶剂易挥发等问题严重制约了其发展，而膜法碳捕集因为其操作简单、能耗低、环境污染小等优势被认为是最有前景的捕集方式。本文以PI中空纤维膜为分离膜，建立和求解了气体分离膜模型。并以燃煤电厂烟气CO₂为捕集目标，利用多岛遗传算法求解了膜分离捕集CO₂工艺的不同配置，并优化了分离过程中的关键参数(膜面积、操作压力)。结果显示：在二级膜分离工艺中，二级一段膜分离工艺的第一级膜和第二级膜操作压力分别为5.8 bar和7.1 bar，第一级膜和第二级膜的面积分别为448000 m²和180000 m²时，单位捕集成本为27.36 USD/t CO₂。与二级二段膜分离以及其他几种传统的CO₂捕集方法(MEA法、相变吸收法)相比，二级一段膜分离捕集CO₂的捕集成本和能耗均最小。本研究将为CO₂捕集实现低能耗和低成本化提供依据。

采用X射线CT(computed tomography)成像仪对富油煤(长焰煤)进行了三维表征，建立了统计孔径分布(PSD)的等效孔隙网络模型(PNM)，研究了压力梯度和流动方向对渗流过程的影响。结果表明：孔隙、矿物和基质分别占总体积的11.30%、1.03%和87.67%，连通孔隙率为5.13%。孔隙等效半径在3~8 μm内的数量占89.23%，平均配位数为2.87，孔隙连通性较差。等效半径小于2 μm的喉道数占73%，喉道的等效长度主要分布在10~30 μm之间。在相同压力梯度下，三个方向的孔隙压力、渗流速度和流动路径分布不同，表现出各向异性。随着压力梯度的增大，渗流速度逐渐增大，且渗流速度随压力的变化呈现明显的非线性关系。三个方向上的调和平均渗透率为0.1403 mD，这与前人测得的榆神府矿区富油煤渗透率(0.1345 mD)相差在5%以内。

利用热重分析仪和两段式固定床研究了生物油蒸馏残渣(DR)与废弃塑料(MS)的共热解特性，探索了DR与MS混合比、无催化、原位催化及异位催化对产物分布及液相产物化学组分的影响，以及共热解产物的相对选择性与协同作用。结果表明：随着混合比的增加，液相产率呈现增长趋势；相比于无催化，原位催化、异位催化下液相产物中芳烃相对含量增高、含氧化合物相对含量降低。在原位催化下，DR与MS在脂肪族化合物与含氧化合物上表现出的协同作用与异位催化、无催化相反。对于单环芳烃，DR与MS的协同作用参数值大小关系为：无催化>异位催化>原位催化；对于脂肪烃，在DR∶MS=1∶1时，无催化、原位与异位催化下的协同作用参数最大，分别为-20.7%、25.2%、-41.2%；对于脂环烃，在DR∶MS=2∶1时，无催化、原位与异位催化下的协同作用参数最大，分别为184.2%、132.5%、50.0%；对于多环芳烃，DR与MS在不同催化方式下均表现为负协同作用。

目前，如何经济有效地实现低C/N生活污水深度脱氮仍是污水处理厂面临的一个重大挑战。理论上后置反硝化可以实现深度脱氮效果，但往往由于缺乏外碳源难以同时满足经济高效脱氮。本研究建立的新型污泥双回流-厌氧/好氧/缺氧(AOA)工艺有利于富集培养以Candidatus Competibacter为主的反硝化聚糖菌(DGAOs)，能够开发与利用内碳源脱氮。该系统长期处理低C/N (3.2)实际城市生活污水，TIN去除率达91.81%，出水TIN浓度为4.36 mg·L^-1。此外，提高第二污泥回流量增加了缺氧区的MLSS同时提升了比内源反硝化速率，是深度氮去除的主要原因。随着去除效果的提升，充分的厌氧环境使得内碳源贮存量升高，脱氮效果呈现正向循环。二沉池底部产生的额外碳源随第二回流引入系统进一步强化脱氮。本研究阐明了污泥双回流-AOA系统节碳脱氮的原理与关键，为低C/N城市污水的脱氮效率提供了一种可行性。

针对10 t/d级氢液化装置研制要求，构建了液氮预冷的连续转化型双压Claude氢液化流程，并开展了氢物性计算方法筛选、连续转化热模型构建以及流程热力设计与参数优化，分析了膨胀机等熵效率、换热器窄点温差以及原料氢沿程阻力等因素对流程参数的影响，给出了不同工况下的流程性能及各关键部件的热力设计参数范围，可为膨胀机、换热器的研制提供设计热力输入参数。该氢液化流程在基础工况下（考虑较恶劣膨胀机运行条件）的最大理论液氢产量12.96 t/d，液氢产品仲氢含量97%；理论总氢液化比功耗为10.50 kWh/kg LH₂ （不含原料氢增压），对应的流程㶲效率为35.06%；可为连续转化式大型氢膨胀液化装置的研制提供参考。

孔隙水是底泥氮素污染的主要载体和释放源头，对富含氮素的孔隙水予以分离和脱除是控制内源氮释放的潜在方案。以富营养化湖泊底泥为研究对象，采用自制底泥孔隙水电动导排装置，在上覆水深度为20 cm的条件下进行底泥孔隙水电动导排，共设置对照、重力排水(0 V/cm电压梯度)和间歇通电(0.5 V/cm电压梯度，4 h On/4 h Off)3组实验，分析了泥-水界面氮浓度及释放通量的变化特征，监测了孔隙水及底泥中氮形态、pH等理化参数，评估了电动导排孔隙水对泥-水界面氮释放通量的控制效果及影响因素。结果表明：电动导排孔隙水可有效降低泥-水界面的氮释放通量，实验进行632 h后，通电实验组泥-水界面累计DTN释放通量为282.28 mg N/m²，与对照组相比氮释放通量削减95.61%。电动导排孔隙水使阳极孔隙水呈酸性，阴极孔隙水呈碱性，pH的改变促进了底泥中可转化态氮(TTN)的活化，与重力排水相比，电动导排孔隙水后底泥离子交换态氮(IEF-N)去除率由11.11%~12.97%提升至12.59%~22.31%。电动导排孔隙水后底泥总氮脱除量为47015.72 mg/m³，累计能耗为162.38 kWh/m³。

为解决部分亚硝化-厌氧氨氧化（PN/A）反应存在的硝酸盐残留问题，将PN/A颗粒污泥与固相反硝化（SPD）系统相耦合，用于高氨氮废水的连续处理。在逐级提高颗粒污泥自养脱氮效能的基础上，系统考察了石英砂、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）和羟基丁酸戊酸共聚酯（PHBV）三种填料的SPD效能。结果表明，在高水力选择压下，PHBV的反硝化性能最佳，使PN/A-SPD组合工艺的总氮去除率超过了93%，远高于石英砂（83.6%）和PBS（85.8%）的水平。通过高通量测序与功能基因注释可知，固态碳源的溶出水平是影响生物膜菌群多样性的关键因素。其中，在PHBV表面占据主导的水解菌Clostridium-sensu-stricto-7与Comamonadaceae等反硝化菌形成了稳定的协作关系，在有效洗脱自养脱氮功能菌的同时，显著提升了菌群参与多元素循环的功能潜力。上述发现对于系统优化PN/A-SPD组合工艺，推动其工程化应用具有重要的指导意义。

己烷异构体中双支链异构体的分离可以提高汽油的辛烷值从而减少发动机的爆震现象。针对传统的蒸馏方法耗能高和新型吸附剂金属有机框架成本高、工作能力低、稳定性差的缺点，采用高通量计算筛选方法研究了688种共价有机框架(COFs)对己烷异构体的分离性能。首先计算了所有COF的几何结构描述符，通过限制孔径(PLD) 6.2~15 Å的范围筛选出209个可容纳所有己烷异构体的COF，再利用巨正则Monte Carlo (GCMC)方法模拟433 K下上述COF对己烷异构体的吸附解吸过程。对再生能力R>80%且吸附性能分值(APS)最高的COF进行排序，筛选出具有最高APS值的COF-DL229 2-fold，APS值为23.36 mol/kg，R为99.38%。分析了6个几何结构描述符与APS的相关性，发现对于COF来说较高的孔隙率(VF)、较高的孔隙体积(PV)、较低的密度(\rho)可提高COF的APS值。最后基于PV、VF、\rho利用决策树算法设计出高APS值COF的筛选路径，研究工作对今后设计用于己烷异构体吸附分离的COF具有一定的指导意义。

二维结构氧化石墨烯(GO)纳米片在高分子导热复合材料领域有良好应用前景，但常受限于片层间相互作用过大导致的局部团聚，不利于力学性能和导热性能的提高。借助GO纳米片表面和边缘提供的大量活性位点以吸附铁基催化剂，进而通过微波辅助合成方法在GO表面原位生长碳纳米管(CNTs)的策略，在数分钟内合成具有三维多层次结构的纳米杂化体(GO-CNT)。通过常规熔融共混方法，可获得GO-CNT在聚丙烯(PP)基体中良好剥离与均匀分散形态，明显不同于GO/PP复合体系中严重的局部团聚现象。均匀分散的GO-CNT对PP复合材料的力学性能和导热性能提升效果显著：在3%(质量分数)含量下，复合材料的屈服强度和热导率分别达到了38.0 MPa和0.76 W/(m·K)，较纯PP增幅分别为20%和230%，明显优于传统GO改性复合材料。本研究为解决纳米片状填料在导热复合材料中的应用瓶颈提供了可行的结构设计策略和复合材料制备方法。

微流控纺丝技术制备海藻纤维已在诸多领域得到认可，但快速凝胶反应限制了螺旋纤维形貌的灵活调控。鉴于此，采用同轴环管毛细管微流控装置制备海藻纤维，外相为氯化钙溶液，内相为海藻酸钠溶液，通过添加柠檬酸钠降低凝胶反应速率，并系统考察了凝胶速率和内外相流量对纤维分布和螺旋形貌的影响。结果表明，凝胶速率降低有利于螺旋纤维形成，并影响直线、螺旋、波浪和堵塞等纤维分布。实验发现粗细两种螺旋纤维，其形貌特性与凝胶速率和两相流量的关系存在显著差异。经比较，粗螺旋直径和螺距、细螺旋振幅对凝胶速率和两相流量的影响更为敏感。凝胶速率和剪切力分别是调控粗、细螺旋螺距的主导因素，利用螺距与内外流量比可很好划分两种螺旋纤维。

AgInS₂量子点(AIS QDs)由于具有绿色环保、发射波长可调、荧光寿命长、斯托克斯位移大等优势，在光电和生物医药领域具有广阔的应用前景。采用微波辅助加热法在十八烯溶剂中制备了AIS QDs。通过X射线衍射、透射电子显微镜、光致发光光谱系统研究了反应时间对AIS QDs的物相、形貌及荧光性能的影响，采用傅里叶红外光谱和X射线光电子能谱表征了量子点表面结合的情况。实验结果表明：当微波功率为800 W、反应时间为5~25 min时均可以制备出AIS QDs。随着反应时间的延长，AIS QDs的粒径由3 nm增加至4 nm，发光峰位在592.0~619.6 nm范围内调谐；同时AIS QDs的荧光强度逐渐提高，并在15 min达到峰值，量子产率(PLQY)达到16.16%。进一步采用ZnS作为包覆壳层有效钝化量子点表面缺陷、提高荧光性能，制备出的AIS@ZnS QDs的PLQY增加至31.21%。将AIS@ZnS QDs和商用荧光粉共同作为发光层制备成白光发光二极管(WLED)器件，在20 mA电流驱动下发光效率(LE)为74.90 lm/W，显色指数(CRI)和色温(CCT)分别为83.31和3823 K，表明制备的量子点在固态照明领域具有潜在的应用前景。

建立了大空间液氢射流泄漏三维非稳态CFD数值计算模型，开展了泄漏扩散规律研究。并对比研究了静风与顺风条件下，液氢射流泄漏所产生氢气云团的运动特性，使用无量纲数对同一时刻流场中不同位置的氢气云团行为进行了分析。结果表明，液氢射流泄漏过程包括自由出流、相变沉降、气云上升和稳定四个阶段。射流体具有较大水平速度时，由于惯性力的作用更显著，浮升力的作用难以体现，氢气云团会贴地运动更长的距离，这也增大了泄漏事故的危害性。

生物质和煤协同热化学转化是实现非化石能源和化石能源耦合高效利用的技术手段，对实现“双碳”目标具有重要现实意义。基于生物质等含碳燃料高挥发分组成和富氧特性，热化学转化过程不可避免地发生挥发分-半焦交互作用并影响原料性质和设备过程参数。综述了生物质与煤（共）热解/气化过程中挥发分-半焦交互作用的研究进展，总结了交互作用对挥发分的催化裂解规律、对半焦结构与性质的影响及生物质和煤协同热化学转化下的解耦研究思路三方面具体内容。针对目前挥发分-半焦交互作用机制解析过程所采用的研究方法及思路，提出了新的见解并对未来交互作用的重点研究方向进行了展望，以期为进一步认识交互作用的物理化学本质提供理论指导。

木质素（LG）含氧量高，化学结构复杂，难于资源化利用。共混剂和催化剂的介入，能够强化LG分解，有效提高其利用效率，但具体机制尚待进一步剖析。本文基于原位红外手段，考察低密度聚乙烯（PE）和过渡金属（Ni、Fe、Mn）的添加对造纸黑液LG表面官能团演变的影响。研究结果显示，LG在200℃左右从C—C连接键开始逐渐分解（波数在2044 cm^-1处），而含氧表面官能团在500℃以后才开始减少（波数在1040~1645 cm^-1和3450~3600 cm^-1处的—OH、C—O、C—O—C和C\stackrel{}{̿}O等）。PE的介入，在400℃左右即能开始促进LG含氧表面官能团的脱除，在500℃左右即能实现大部分含氧表面官能团的脱除。而Ni的添加，能够强化LG与PE之间的相互作用，使得LG中大部分含氧表面官能团在PE快速分解阶段（460℃左右）即脱除。另外，工艺参数，包括过渡金属种类、过渡金属浓度、LG与PE混合比例、升温速率等均对混合体系中LG和PE的相互作用存在不同程度的影响。本文从表面官能团变化的角度为LG的资源化利用提供了重要技术指导。

采用高温高压反应釜进行了污泥(SS)和高硫煤(CS)的共水热碳化实验。分别考察了混合比和温度对水热炭中硫氮元素形态转化规律的影响。研究结果表明，经过水热处理后，SS中蛋白质氮(N-A)转化为杂环类氮，CS中吡咯氮(N-5)和吡啶氮氧化物(N-X)转化为吡啶氮(N-6)和季氮(N-Q)；SS与CS中硫元素逐渐转化为噻吩硫和硫酸盐。随着CS混合比例和温度的升高，水热炭中含氮芳族杂环(例如N-6、N-5和N-Q)占比增加。另外，随着CS混合比例和温度升高，水热炭中噻吩硫含量分别逐渐增加至22.61%和24.98%；升高温度提高了水热炭中硫酸盐含量，而增加CS混合比例却降低了硫酸盐含量。本研究可为后续SS和CS的资源化清洁利用提供理论基础。

利用污泥与大豆蛋白研究了不同温度下水热碳化过程中有机氮迁移转化路径和规律，氮元素全过程平衡分析结果表明随着水热碳化温度由150℃升高至240℃，焦炭中残留的氮占污泥总氮比例由68.9%下降至29.8%，焦油中由4.2%升高至35.0%，水溶液中则由18.8%提升至30.4%，含氮气体释放量低于0.02%。原污泥中蛋白质主要转化路径为通过分解转化和水解反应依次产生焦油态胺类、水溶性有机氮、NH₃和NH{}_{\mathrm{4}}^{+}，反应程度随温度上升而加深。胺类在高温下通过美拉德、曼尼希等反应形成较稳定的吡咯、吡啶等杂环氮。焦炭中残留的含氮物质包括未分解的蛋白质、杂环氮以及季氮和少量腈类；焦油中的含氮物质为胺类氮和杂环氮，无腈类氮出现；水溶液中以有机氮为主，其次有大量NH{}_{\mathrm{4}}^{+}；释放的含氮气体主要为HCN。

生物质可以替代化石燃料，减少温室气体排放，是一种有前途的可再生能源。生物质通过化学链气化制备氢气，碳化活化制备活性炭，两条工艺路线耦合可以联产绿色能源氢气和具有高附加值的活性炭，但是原材料选择和工艺参数优化成为规模化生产的主要障碍。在生物质联产氢气和活性炭工艺模型的基础上，建立高性能的随机森林预测模型，并探究生物质组分、工艺参数和过程产物对联产工艺的相对重要性。结果表明：生物质组分中的灰分、碳元素、氢元素的含量以及气体重整温度和水蒸气用量是准确预测氢气浓度和产量的重要影响因素。其中，重整温度、合成气中氢气浓度、水蒸气用量三个影响因素对氢气浓度的影响高达61%，活化剂用量、水蒸气用量两个因素对氢气产量的影响高达63%。此外，基于随机森林模型对生物质制氢过程中的因素进行分析和优化，可以实现氢气浓度达到96.8%(体积)。

基于简单碰撞理论，建立了含有无机元素影响的焦炭气化反应动力学模型。建模过程中，考虑了七种无机元素含量、催化/抑制能力以及单一无机元素饱和催化倍率对焦炭反应性的影响。实验部分，选取四种生物质样品置于微型流化床反应器中测试了焦炭反应性，并与模型计算值进行了对比，结果表明模型能够较好预测焦炭反应性，同时表现出对不同样品的适应性。该模型能够通过输入样品特性参数和反应工况条件实现焦炭反应性的定量预测。该模型的建立表明固体燃料通用气化反应的规律是存在的，可以为进一步阐明气化反应规律提供理论参考。

气化技术是处理日益增多的废旧塑料并生产富H₂合成气的重要方法。利用ReaxFF-MD与DFT方法相结合研究了聚丙烯(PP)塑料水蒸气气化的反应机理及各产物气的生成路径，进一步探究了温度、水含量对合成气产物分布的影响。研究结果表明：PP塑料的水蒸气气化前期以解离能较小处的单体连接键断裂形成丙烯(CH₃—CH\stackrel{}{̿}CH₂)单体为主要反应过程。随后，单体继续解离生成更小的C₁~C₂烃类分子及·H、CH₃·等自由基片段。在水蒸气重整反应阶段，H₂的生成有多种路径，但由前期含C结构上脱掉的游离·H自由基与H₂O的结合是H₂的最主要生成路径，占据了H₂生成量的70%。同时伴随产生的·OH自由基通过与小分子结合，脱H等过程，是CO的主要生成方式。提高温度和含水量可促进烃类的水蒸气重整反应，从而提高H₂和CO合成气产率，但改善效果逐渐减弱。以上结果对于掌握塑料水蒸气反应进程，以及实验参数调整有重要指导意义。

为了寻求食用菌菌渣合理的资源化利用途径和开发绿色、高效的除磷吸附剂，以香菇菌渣(mushroom residue， MR)为原料，将其在800、900和1000℃下碳化制备生物炭后用于含磷废水的处理(MR-800C、MR-900C和MR-1000C)。理化特性分析显示，该生物炭富含K、Na、Ca和Mg等矿物质，尤其是Ca，其含量高达4328.43~4919.38 mmol/kg。Ca在生物炭中主要以CaCO₃的形式存在，随着热解温度升高，部分被分解为CaO。另外，生物炭还具有较高的pH_pzc（11.86~12.04）、发达的孔隙结构(比表面积为167.56~223.80 m²/g)和丰富的表面官能团(如C\stackrel{}{̿}O、C\stackrel{}{̿}C、C—O、Ca—O等)。在磷的吸附过程中，生物炭对磷的吸附量服从MR-800C< MR-900C< MR-1000C，且均可被Langmuir吸附等温线模型和准二级动力学模型很好拟合，即该吸附过程为化学作用主导的单层吸附。MR-800C、MR-900C和MR-1000C对磷的理论最大吸附量分别为104.17、121.95和128.21 mg/g。静电作用、孔填塞、配位作用及CaO所引起的沉淀作用［形成CaHPO₄和Ca₅(PO₄)₃（OH）］在该过程中起着重要作用。结果表明，食用菌菌渣可被开发作为低廉、高效的除磷吸附材料。