在碳中和目标下，未来发展之路是从化石能源的原料体系转变到可再生能源的原料体系。作为化石资源的重要替代品，生物质是唯一能够大规模取代化石资源的可再生碳资源。生物质快速热解技术是实现生物质资源转化为液体燃料的重要途经，其技术核心是反应器。下行式循环流化床反应器具有产物停留时间短、近平推流性能等优点，在生物质快速热解方面具有广阔的应用前景。本文介绍了流化床反应器的特点及其中试和示范/商业级装置的研究现状，详细总结了下行床反应器的特点、结构、分类及流体力学特性，并分析了目前下行床反应器放大过程中的瓶颈问题以及进一步研究的方向，为推动下行床反应器在生物质快速热解工业应用提供参考。

氨是重要的化学品以及理想的能源载体，人工合成氨主要来源于高能耗的Haber-Bosch（H-B）工艺。相比而言，电催化合成氨以N₂和H₂O为原料，实现了温和条件下产氨。Ru基催化剂在氮还原（NRR）过程中表现出优异的催化活性，但由于较为稀缺限制了其发展。基于此，首先概述了NRR的反应机制并对现有的Ru基合成氨电催化剂进行了系统的介绍；详细分析了性能提升策略（结构调控、表/界面工程、缺陷工程），如何调控活性组分或电子结构，进而提升催化剂的性能；最后分析了Ru基催化剂所面临的挑战。旨在通过Ru基催化剂性能提升策略，实现贵金属Ru的高效利用，并为其他NRR催化剂的开发设计提供指导。

木质纳米纤维素因具有制备工艺简单、环境友好、成本效益高等特点而在各领域受到广泛关注，其制备与应用已成为相关领域的研究热点。然而，木质纤维组分间的聚集结构和复杂的化学键(醚健、酯键等)结合形成了抗解聚屏障，需要对其进行预处理破除屏障。酸性助水溶剂体系具有溶解选择性高、产物易分离、可循环利用等优点，是一种高效环保的绿色预处理工艺，是木质纳米纤维素制备及高值化利用的重要预处理方法。本文首先介绍了酸性助水溶剂的概念及作用机理，综述了酸性助水溶剂体系制备木质纳米纤维素的方法及性能，讨论了木质纳米纤维素的功能化应用进展，最后总结了酸性助水溶剂体系存在的不足，并对其今后的研究方向进行了展望。

生物质资源制备塑料替代品成为当前最具吸引力的研究课题之一。纤维素是生物质中广泛存在的聚合物，因其具有可降解性、可持续性和良好力学性能等特点而被作为高价值材料的前体。然而，纤维素中丰富的羟基结构增强了亲水性，导致纤维素基材料吸水后变软，严重地影响了其力学性能。在保留纤维素环境友好特性的前提下，改善纤维素基材料的耐水性能以提高其在高湿环境下的水稳定性和力学性能，从而拓宽纤维素基材料的实际应用范围，使其成为石油基或煤基塑料的优良替代品。先通过对纤维素结构与性质的分析，引出纤维素基材料所面临的耐水性能差的问题，再介绍了纤维素基材料的耐水性能指标和行业要求，重点阐述了改善纤维素基材料耐水性能的三种优化方法，即涂覆疏水涂层、制备复合材料和施加添加剂。最后对纤维素基材料的耐水性能进行了总结和展望，提出了其在实际优化过程中存在的阻碍和挑战。

导电薄膜材料由于导电性好、透射率高、可弯曲折叠等优点，在光电转换、电热转换、电磁转换等领域应用广泛。薄膜材料的导电填料主要包括金属及其化合物、碳基材料和导电聚合物。单种导电材料往往难以适应导电性和稳定性的双重需求，两种或两种以上的导电材料以掺杂或组装的方式制备复合导电薄膜表现出更好的导电性和环境稳定性，表面改性是改善导电材料与衬底结合强度的有力方法。以导电性能为重点综述了各类导电薄膜材料的特性及优缺点，提出改善导电薄膜材料导电性和稳定性的建议，为导电薄膜材料的研究提供参考。

基于木质素天然高分子成本低、可再生性、来源丰富、制备工艺简单以及结构可控等优势，将其制备成碳纤维并应用于超级电容器、可充电电池等储能元件，进一步发挥其充放电速度快、能量密度高和循环寿命长等优异的性能，已得到证实及应用。本文系统综述了近年来利用纺丝方法制备的木质素基碳纤维的过程工艺与纤维性能，并基于木质素基碳纤维在结构设计上的多样性，重点总结了不同木质素基碳纤维用作超级电容器和可充电电池电极材料所表现出的差异化电化学性能。此外，对木质素基碳纤维复合材料的发展前景和面临的挑战进行了展望，为木质素基碳纤维复合材料的下一步研究和开发提供思路。

在提升管大型冷模实验装置中，采集了两种射流形式（射流向上倾斜和射流向下倾斜）提升管射流影响区内的压力动态数据，获得了压力脉动强度的轴、径向分布，并结合压力脉动信号的小波分解分析了不同射流形式对提升管内气固间作用规律的影响，建立了射流影响区内压力脉动特性与射流速度的联系。结果表明，与向上倾斜射流相比，向下倾斜射流使得提升管内压力脉动标准偏差整体数值增大约30%，而轴向、径向变化梯度均有所减小，气固混合过程的强度增大。小波分析结果表明，随着射流速度的增大，射流向上倾斜时，射流喷嘴入口截面附近区域小波能量整体数值将降低约25%，而在射流向下倾斜的射流影响区内小波能量整体数值将增大29%左右，其中ED4、EA8能量占比最大；向下倾斜的射流能有效增加射流影响区内高频压力脉动强度，有利于提高气固接触效果。

黏性颗粒多以聚团形式存在于气固两相系统中，流体施加于聚团的曳力对两相流动及传热传质起着至关重要的作用，而聚团的不规则、分形结构增加了曳力特性的复杂性。基于黏性离散单元方法生成不同分形结构的聚团，利用计算流体力学方法（CFD）直接求解分形聚团内部多孔结构的气流流动，得到了气体流过聚团时的周围与内部流场，研究了低Reynolds数（Re=0.1~10）条件下聚团结构特征对曳力的影响。结果表明：聚团的疏密程度显著影响聚团整体流场分布，多孔疏松结构增强了聚团的渗透性，使其与流体接触面积增加，所受曳力增加。分析不同结构聚团的曳力系数发现：除了聚团孔隙率、分形维数等结构参数的影响，气体流经聚团的方向也影响聚团曳力系数。在此基础上，综合考虑聚团分形维数、聚团与气流的夹角方向、Reynolds数拟合得到聚团曳力系数关联式。

为探究几何相似涡流空气分级机环形区流场的分布特性，建立不同尺寸的涡流空气分级机模型，提取关键结构的几何参数，通过数值模拟分析尺寸比例因数对分级机环形区流场分布的影响。模拟结果表明，在相同进口风速下，几何相似分级机模型环形区内切向速度呈准自由涡的分布。模型尺寸增大，环形区内柱面面积加权平均切向速度增大，环形区切向速度分布不均匀。转笼内外缘切向速度越接近，环形区内近转笼外缘处切向速度产生的波动越小。几何相似分级机模型环形区内径向速度分布符合点汇流动的规律，除了在靠近转笼外缘处径向速度数值有较大差异外，环形区其余位置柱面面积加权平均径向速度不随比例因数变化而变化。以几何相似分级机模型数值模拟数据作为训练样本拟合分级机环形区内柱面面积加权平均切向速度和径向速度预测公式，并建立测试样本分级机模型对预测公式进行验证。柱面面积加权平均切向速度和径向速度预测值与模拟值的最大误差分别为3.5%和1.8%。此外，通过对几何相似涡流空气分级机模型环形区流场运动相似和动力相似分析，得出几何相似分级机模型流场具有相似性。

基于DEM方法利用MFIX软件分别模拟了两种不同粒径纳米颗粒在旋转流化床内的流动。模拟结果与以往实验结果进行比较发现结果吻合较好，验证了旋转流化床模型的准确性和可靠性。对纳米颗粒在旋转流化床中的运动过程进行数值模拟，加入范德华力，得到了纳米颗粒分布、纳米颗粒速度矢量分布以及纳米颗粒床层压降在不同离心加速度下随气速的变化。结果表明，少部分纳米颗粒在旋转流化床上部游离，其余颗粒随旋转流化床运动，当纳米颗粒上升到60°旋转角附近时，颗粒出现回落，然后进行反复运动，由于纳米颗粒的运动受到颗粒堆积的影响，最终纳米颗粒在旋转流化床底部往复循环。纳米颗粒在旋转流化床内的压降均随离心加速度和气速的增加而增加，相同条件下TiO₂颗粒的床层压降大于Al₂O₃颗粒的床层压降，而且与TiO₂相比Al₂O₃ 颗粒先达到稳定状态。

采用微波加热方法考察了煤泥干燥过程基本特征及其热量和质量传递特性，阐述了不同阶段动力学和能耗变化基本规律。结果表明煤泥微波干燥可以分为预热升温、恒速干燥和降速干燥三个阶段，其中自由水主要在预热升温和恒速阶段去除，而结合水则在降速阶段去除。恒速和降速干燥阶段的动力学特征可以采用线性模型和修正的Page模型(Ⅰ)分别描述，进而获得所选样品在降速阶段的表观活化能为3.23 W/g。样品在恒速干燥阶段脱水能耗(2.94~5.90 kJ/g)明显低于预热升温和降速干燥阶段，且脱水能耗随着微波功率(500~800 W)增大或初始质量(150~300 g)增加而逐渐降低。

起伏振动下气液两相流含气率的准确预测对漂浮核电站的安全稳定运行有重要意义。实验研究了不同振动和流动工况下垂直上升管气液两相流的含气率特性。结果表明，起伏振动对泡状流下的含气率影响比较明显，对弹状流、搅混流和环状流的影响较弱。整体来看，起伏振动导致泡状流的含气率增加，其他三种流型下的含气率减小。对静止管道内常用的含气率计算模型进行评价，发现现有含气率计算模型比较适用于起伏振动下含气率的计算，但对泡状流和弹状流下含气率的预测误差较大。考虑振动的影响，引入了液相Froude数，建立了考虑流型的含气率计算关系式，显著提高了起伏振动下含气率的预测准确度。

采用CFD模拟方法预测了300 MW循环流化床机组SNCR脱硝过程中的还原剂液滴蒸发、烟气混合和反应特性。结果表明烟气在旋风分离器内贴壁旋转流动并形成外旋流为准自由涡和内旋流为刚性涡的双涡结构，使液滴与烟气接触约0.01 s后开始恒温蒸发，并强化了烟气与气态还原剂的混合效果。氨水为还原剂时，NH₃主要分布于旋风分离器锥体上方；尿素为还原剂时，蒸发后快速分解的HNCO消耗速率高于NH₃，其中NH₃浓度分布与氨水为还原剂相似，相同烟气温度和氨氮摩尔比时氨水和尿素溶液对应脱硝效率分别约为79.5%和76.5%。温度对脱硝效率的影响表现为先上升后下降趋势，当温度由1023 K提高至1173 K时NH₃与NO反应速率提高，脱硝效率由19.7%提高至81.0%；而当温度由1173 K进一步提高至1323 K时，NH₃由于自身氧化速率显著提高而导致脱硝效率降低至17.4%。脱硝效率随氨氮摩尔比（NSR）增大而升高，但还原剂利用率的降低致使氨逃逸率增大，综合考虑本台CFB锅炉SNCR脱硝效率和氨逃逸率，NSR选取1.25~1.50可以满足NO _x 排放低于50 mg/m³的超低排放标准。

以乙烯催化氧化制环氧乙烷体系为研究对象，采用有限元算法对异形催化剂失活动力学方程与反应-传质-传热方程组同时求解，模型收敛性和计算结果准确性均很好。催化剂颗粒经过16个月反应后，主副反应活性系数均下降明显，且副反应失活速率大于主反应。随着催化剂失活，第一类失活内扩散效率因子随时间增加而上升，第二类失活内扩散效率因子随时间增加先下降然后小幅度上升。通过定量计算表明催化剂内扩散阻力的存在能“延缓”由于失活导致的表观反应速率下降。对于存在强内扩散限制的此反应体系，表观失活速率只有不存在内扩散影响的失活速率的50.8%。内扩散对失活动力学方程实验测量有很大影响，必须区分本征失活动力学和宏观失活动力学。当催化剂活性降低到一定程度，可以提高反应温度以保证反应在高速率区间进行。应用此模型能指导反应器设计和失活状态下反应器的操作参数优化。

采用一步法在Al₂O₃表面原位生长一系列Mg含量不同的超薄水滑石纳米片，并采用分步浸渍复原法逐步引入助剂In和活性组分Pt，进一步通过焙烧和还原处理制备了负载Pt-In双金属催化剂PtIn/HTR-x(x = 0.05，0.1，0.15，0.2 mol·L^-1)。探究了催化剂及其前体的结构、物化性能与异丁烷直接脱氢性能之间的关系。结果表明，制备母液中Mg²⁺浓度会影响纳米片厚度，进而影响催化剂结构、还原能力、表面化学状态、表面酸性和脱氢性能。当Mg²⁺浓度为0.15 mol·L^-1时，催化剂获得最佳脱氢性能，其中异丁烯产率高达58%。催化剂PtIn/HTR-0.15优异的活性、选择性、稳定性及良好的抗积炭性能与催化剂高的比表面积、低的强酸量和酸强度、强的金属载体相互作用以及高的表面In³⁺/In⁰原子比有关。

深度频繁调峰超（超）临界火电机组燃煤锅炉将服役于温度频繁、大幅度多变的非常规条件，然而，依赖于某一恒定温度下连续暴露时间的传统腐蚀动力学模型无法适用于非常规服役锅炉的腐蚀预测及安全评估。从锅炉高温受热面管内（处于超临界水环境）腐蚀的原子/分子尺度过程出发，提出了适用于超（超）临界锅炉非常服役条件的低密度超临界水环境合金腐蚀微纳尺度动力学模型构建方法，以及该模型在宏观腐蚀数据拟合及微尺度腐蚀过程解析方面的多尺度应用途径；获得了典型材料T92钢的微纳尺度腐蚀动力学模型，建立了以温度和膜厚为自变量的微纳尺度氧化膜生长速率模型，并开展超期服役（已知腐蚀程度）、频繁变负荷（非恒定温度）等非常规服役条件下锅炉的腐蚀预测，可为灵活调峰火电机组安全保障技术的开发奠定基础。

在氧化还原法制备α-MnO₂的基础上，通过控制焙烧温度和气氛制备了Mn₃O₄催化剂，系统考察了其甲苯催化性能。结果显示，Mn₃O₄催化性能优于MnO₂，并且在230℃下保持转化率90%以上稳定运行100 h。原位红外等表征结果表明，与MnO₂相比，Mn₃O₄具有适当的氧化还原能力、更高的晶格氧活性、更多的表面吸附氧和更强的甲苯吸附能力，促使催化剂表面苯甲酸物种的快速转化，进而提高其甲苯催化性能。本研究可为锰基催化剂的制备及其甲苯催化氧化性能提升机理研究提供参考。

合理设计具有出色光吸收和电荷分离与转移能力的纳米催化剂，实现高效的光催化制氢仍然是一个挑战。借助间苯二酚-甲醛树脂（RF）模板和Ar气氛煅烧工艺构建了三元Ni@C@TiO₂核壳双重异质结纳米催化剂，实现了高效热积聚和高通量电荷转移。该体系充分结合了碳层的宽带吸收、Ni纳米粒子（NPs）的等离激元特性以及TiO₂的保护和催化功能。在双重异质结中建立了较大的内部电场，使电荷分离效率提高了2.4倍。得益于Ni@C芯光热效应与Ni/C-C/TiO₂双重异质结的协同效应，从而实现有效的电荷分离和传输，提高了电荷转移速率；核壳结构的构建降低了体系热量损耗，最终实现高效的太阳能光热转换（光热效率78.0%）和光热催化分解水产氢性能（析氢速率为1538 μmol·g^-1·h^-1）的提升。稳健的核壳纳米颗粒可以应用到其他光热催化系统的设计中，为开发更高效的全光谱利用型光催化剂提供思路。

采用二次生长法在高机械强度、高装填密度的四通道α-Al₂O₃中空纤维载体（7 cm）上制备MFI分子筛膜，探究了膜合成时间、操作温度、原料分压和吹扫气流量等条件对二甲苯异构体膜分离性能的影响。结果表明，160℃水热合成12 h制得的四通道中空纤维MFI分子筛膜对二甲苯异构体分离性能较优，在150℃、原料分压2 kPa、吹扫气流量20 ml/min时对二甲苯/邻二甲苯分离因子高达878，PX渗透性为2.1×10^-8 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1。基于优化的制膜及分离操作条件，进一步将MFI分子筛膜制备于27 cm长的四通道中空纤维载体上，也获得了优异的对二甲苯/邻二甲苯膜分离性能，且所制得的膜材料对该体系的分离可稳定运行100 h以上。为推进中空纤维MFI分子筛膜的批量化制备和传统分离工艺的技术革新奠定了基础。

选择性电渗析（selective electrodialysis，S-ED）技术是目前实现高镁锂比卤水锂资源提取的有效手段。通过建立一种二维传质稳态模型，以离子通量分布为研究对象，探究体系离子强度、外加电压和通道流速对镁锂分离的影响。结果表明：体系离子强度和通道流速的增大与外加电压的减小均对镁锂分离具有促进作用。在体系离子强度为1378 mol/m³，外加电压值为0.8 V，通道流速为5.7 cm/s的条件下，锂镁分离系数为2.31。研究结果可为推广S-ED过程数值模拟提供理论指导和数据参考。

低浓度废酸的资源化长期困扰着相关涉酸工艺。基于Donnan渗析原理，提出以低浓度废酸驱动中和渗析地表水脱盐，借助模拟和实验来探索耦合工艺的可行性。首先，基于Nernst-Planck、Navier-Stokes方程和电中性条件，面向中和渗析过程数学建模，研究废酸浓度对脱盐率、脱盐速度和体系pH等脱盐效果的影响。模拟结果表明，常规低浓度废酸（pH=0.5~2）足以有效驱动中和渗析脱盐过程，且提高酸浓度也未得到明显强化。进而，以均相或异相离子交换膜构建中和渗析膜堆，开展条件实验，获得了系列与模拟结果相吻合的实验规律。实验也表明，对于高浓度废酸，异相膜较显著的同离子泄漏现象会严重劣化脱盐效率。综合研究表明，耦合新工艺有望为低浓度废酸的资源化开辟新途径。

利用软测量技术实时预测化工过程中的关键参数对生产过程的在线监测、自动控制、实时优化具有十分重要的意义。为此，提出了一种基于隐马尔可夫模型的动态软测量建模方法。首先，针对数据规模大导致模型计算效率低和数据缺失导致数据无法充分利用的问题，提出了一种基于分布式贝叶斯隐马尔可夫回归的预测模型；其次，针对该模型进一步提出了一种能够获得精确后验分布的分布式训练方法。最后，利用蜡油加氢过程对所提方法的有效性进行了验证。

发酵过程的状态监测对于及时发现各类异常故障起到了至关重要的作用。然而，由于发酵过程数据呈现非线性特性，导致在提取特征信息时存在困难，增加了故障监测的难度。为了解决上述问题，提出了一种基于注意力动态卷积自编码器（attention dynamic convolutional autoencoder， ADCAE）的发酵过程故障监测方法。首先，设计了一种动态卷积结构（dynamic convolution structure），该结构可以在浅层使用大尺寸卷积核提取低级特征，在深层使用小尺寸卷积核提取高级特征，从而拓宽了模型特征学习的尺度；其次，设计了一种通道卷积注意力（channel convolutional attention， CCA）模块，该模块能够从不同尺度提取输入的非线性特征，并且在通道向量转化为权重的过程中可以更好地提取局部特征，提高了对有效信息的关注能力；最后，将动态卷积结构与CCA模块融入卷积自编码器中，使模型能够有效地捕获变量中的非线性关系，从而更好地应对发酵过程中的故障监测问题。利用青霉素发酵过程仿真平台和大肠埃希菌实际生产数据对该方法的可行性进行了验证，结果表明该方法具有较好的故障监测性能。

现有质量相关监控方法基于数据平稳的假设，而实际生产中存在大量的非平稳过程。针对上述问题，提出了一种基于共同趋势模型的非平稳过程质量相关故障检测方法。该方法首先识别出系统中的非平稳过程变量和质量变量，再利用Gonzalo-Granger分解求解共同趋势模型，从而分离非平稳数据中的平稳部分和非平稳部分，然后，整合平稳数据，以及非平稳数据的平稳子空间整合，应用慢特征分析（slow feature analysis， SFA）和典型相关分析（canonical correlation analysis， CCA）建立质量相关的监控模型，实现对非平稳质量变量的有效监控。最后通过对比实验，证明所提出方法可以有效发现非平稳过程质量相关故障。

以泵出型螺旋槽油气密封为研究对象，基于油相和气相连续性方程推导并建立了油气密封流场求解的双相雷诺模型，采用有限体积法离散和编程求解获得了油气密封介质流场分布，对比分析了商用软件VOF模型、单相雷诺模型和双相雷诺模型在求解油气密封流场中的计算精度和效率，研究了密封间隙、油气比、转速、介质压力等运行参数和密封环尺寸对油气密封流场和稳态性能的影响，重点探讨了油气密封近零泄漏特性及其关键影响因素。结果表明，提出的双相雷诺模型求解方法是一种高精度、高效率的油气密封流场数值模拟方法，具有与商用软件VOF模型近似的精度，但计算时间降低1个数量级；油气密封的介质泄漏特性和近零泄漏压差主要受到密封间隙、转速和端面宽度的影响，通过上述参数的合理取值有望实现油气介质的零泄漏。

离子液体（Et₃NHCl-AlCl₃）催化1-己烯和萘合成了多己基萘基础油，以聚α-烯烃（PAO8）基础油制备的锂基润滑脂作为参照，通过调节基础油中多己基萘与PAO8的复配比（10∶90、20∶80、30∶70和40∶60）制备了不同皂分含量的锂基润滑脂。对不同润滑脂样品的理化性能进行测试表征，利用流变仪和SRV-V摩擦磨损试验机系统地评价了加入的多己基萘对锂基润滑脂的流变学和摩擦学性能的影响，并借助3D白光干涉仪对钢盘磨损表面进行了分析。实验结果表明：基础油中多己基萘与PAO8复配质量比为20∶80时具有良好的协同效应，添加多己基萘可以显著提高PAO8基础油的稠化能力，节约稠化剂的用量，同时在较高温度（85℃）的工况下，多己基萘可以提高PAO8锂基润滑脂的流变和摩擦学性能。

针对航空发动机涨圈密封在高温工况下磨损严重的特性，提出一种动环端面开设螺旋槽的动压涨圈密封。综合考虑切口对主密封端面流动的相互影响，建立流固热耦合数值分析模型，分析动压涨圈密封的密封性能，采用响应面法对静环结构参数进行多目标优化分析，试验验证模型的准确性。研究结果表明：动压涨圈的密封性能主要受切口间隙影响，而减磨性能主要受轴向厚度和径向宽度影响；切口间隙的增大将导致密封性能和减磨性能的下降，但轴向厚度和径向宽度的增加可有效减弱切口间隙的不利影响。优化参数组合为切口间隙0.2 mm、轴向厚度13 mm、径向宽度6.5 mm，优化后泄漏率降低26.73%，密封性能、减磨性能得到明显提升。

利用十八烷基三氯硅烷（octadecyltrichlorosilane，OTS）对中硼硅玻璃管制注射剂瓶内表面进行化学改性，使用接触角仪（水接触角从50°±1°增加至90°±2°）、原子力显微镜（表面粗糙度从0.448±0.086增加至1.282±0.117）、红外（出现—CH₂—和—CH₃特征峰）对表面进行验证，成功制备了具有疏水性能的玻璃表面。给玻璃瓶中的单克隆抗体施加机械应力，使用微流成像技术、尺寸排阻-高效液相色谱法（size exclusion-high performance liquid chromatography，SE-HPLC）、外源荧光对单抗制剂的稳定性进行全面表征。结果表明，OTS处理的疏水性界面可以减少机械应力诱导的蛋白质聚集体的产生。由于疏水表面与蛋白质强的疏水相互作用，OTS处理的疏水表面可有效抑制机械应力诱导的抗体分子的聚集。

利用碳酸酐酶（CAs）捕集CO₂更符合可持续发展的理念，但亟需降低其分离纯化的成本和增强在复杂环境的生存能力。以铁蛋白（Ferritin）为标签，经linker把CAs与之相连，在胞内表达形成微米级难溶活性聚集体，经低速离心实现酶高效分离，酶活回收率达84.8%，活性聚集体超声30 min后，50℃孵育50 d酶活基本不变，在pH=9.0的缓冲液中半衰期为150 d。难溶活性CAs聚集体可转变为可溶性纳米CAs，其活力提升10倍以上，80℃时半衰期为（211±22）h。在15%（质量）离子液体［N1111］［Gly］（pH=11.64）中半衰期达（40.8±2.2）h，可用于后续离子液体和重组CAs联合吸收和再生CO₂。静电作用是难溶活性CAs聚集体形成的重要原因之一。研究结果表明，CAs融合Ferritin后，既能极大简化制备过程，又能大幅提高稳定性，为酶法捕集CO₂奠定了基础。

从不同的自然生境中采样，经富集驯化-分离筛选出6株具有高效去除SO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}能力的硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria，SRB)，经分子生物学鉴定，确定所筛菌株皆为脱硫弧菌属。采用系列批式实验对筛选菌株进行生长特性及硫酸盐还原性能分析，并将各菌株按照1∶1∶1∶3∶6∶6比例进行复配组合构建SRB混合菌群，中性条件下其硫酸盐还原能力高达0.401 kg/(m³·d)。采用低pH冲击实验探究混合菌群在酸胁迫条件下的脱硫性能，结果表明，随着pH的不断降低，混菌体系在微生物生长和硫酸盐还原等方面均优于各单菌体系；当pH降至4.5时，混菌体系在经历12 d的迟滞期后，能够逐渐适应酸性环境并恢复硫酸盐还原功能，于28 d后达到90%的SO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}去除率，而各单菌体系则表现出不同程度的酸抑制甚至相继失效。SRB混合菌群的构建能够通过不同菌株之间的互补协同作用使处理系统具备良好的耐酸性和稳定性。

开发高效廉价铁基载氧体是天然气化学链重整制氢技术走向应用的关键。为探究高效铁基载氧体设计的基本依据，利用自行设计的脉冲反应器和气体产物全量同步在线分析系统，在800℃和无内外扩散影响的条件下研究了不同Fe₂O₃质量分数的Fe₂O₃-Al₂O₃载氧体的甲烷脉冲法还原特性。结果表明：Fe₂O₃的还原反应依两段机理进行，随载氧体颗粒内Fe₂O₃含量的多少可停止于Fe₃O₄，也可完全进行至FeO；气相产物中CO₂与CO的摩尔比随CH₄脉冲次数的变化规律也与Fe₂O₃含量密切相关。对用α-Al₂O₃粉末稀释高Fe₂O₃质量分数载氧体粉末的方法制备的低Fe₂O₃质量分数颗粒进行的脉冲还原实验结果，进一步揭示单位时间进入单个载氧体颗粒内的CH₄量与其Fe₂O₃含量的摩尔比决定单个颗粒以及整个床层的Fe₂O₃还原度。最后对还原度和CH₄转化率以及CO₂选择性数据进行关联分析，发现只有将载氧体的还原过程止于生成Fe₃O₄阶段才能得到较高的CO₂选择性，从而达到低成本回收高纯CO₂的目的。

微米级铁粉是极具潜力的新型无碳固体燃料，为实现金属燃料规模化高效清洁燃烧利用，需要掌握其基础燃烧特性及其化学反应动力学机理。这需要大量关于动力学参数的研究，特别是活化能。热重分析（TGA）是实验获得动力学数据最常用的工具，而等转换动力学分析是处理TGA数据计算的最有效方法。本文利用热重分析仪对6、25、30、40、55及120 μm 6种微米级铁粉进行实验，采用Friedman等转化率对TGA数据进行处理与分析，主要包括TGA数据原始数据分析，获得转化率数据，定转化率数据插值选点，根据Friedman等转化率拟合，计算六种铁粉活化能与转换函数，不同粒径铁粉数据联合对比分析。结果表明大部分情况下，微米级铁粉粒径越小，同温度下反应越充分；在反应速率达到峰值前，铁粉粒径越小，反应速率越快；在反应速率达到峰值后，铁粉粒径越小，反应速率越慢；在转化率大于0.300时，对于30、40、55及120 μm的铁粉，粒径越小，活化能越小。研究成果基于氧浓度、粒径大小、加热速率多变量取得，研究了微米级铁粉的中低温全过程氧化特性，计算了多种微米级铁粉的活化能数据，为金属燃料应用提供理论基础，为建立铁粉燃烧反应动力学机理提供实验参数，为金属燃烧仿真实验提供理论参考，为金属燃料应用提供基础。

利用自制的高压反应釜实验研究了离子液体N-丁基-N-甲基吡咯烷四氟硼酸盐([BMP][BF₄])、动力学抑制剂聚乙烯己内酰胺(PVCap）及其二元复合物对CH₄/C₂H₆/C₃H₈混合气体水合物生成动力学的影响，发现在任何浓度下(0.25%~2.0%，质量分数)，[BMP][BF₄]对混合气体水合物抑制能力远弱于PVCap，但对PVCap具有显著协同效应，且随着PVCap占比增大而增强。粉末X射线衍射(PXRD)和低温激光拉曼光谱测试结果证实，所有体系中形成的样品中均含sⅡ型和sⅠ型两种结构水合物，含PVCap体系中sⅡ/sⅠ水合物相对含量降低。低温冷冻电镜（Cryo-SEM）观测结果显示，添加单一PVCap及其与[BMP][BF₄]的混合物会使水合物晶体的微观形貌更粗糙且多孔。

基于对有机污染场地生物修复潜能评价需求，通过微宇宙试验探讨了醌指纹法解析三氯乙烯（TCE）污染土壤功能微生物活性的潜力。为此，探讨了土壤TCE的降解过程，绘制了土壤醌指纹图谱，通过与现有醌的谱库对比解析了醌指纹图谱并筛选出TCE污染土壤具有指示功能菌群活性潜能特征醌。根据总醌浓度（TQ）和特征醌浓度变化，解析了降解过程中活性微生物量变化和功能菌群活性变化并验证了其可分别作为反映活性微生物量和功能微生物活性潜在指标的可行性。结果表明，主要降解期间在0~50 d， TCE的降解率均在65%以上，三组土壤TCE生物降解途径存在差异；UQ-8、UQ-9、MK-6、MK-8为TCE污染土壤中的特征醌；TQ和微生物量碳（MTOC）、特征醌总浓度与脱氢酶活性均存在显著正相关（P<0.05）。因此，醌指纹法可为有机污染场地监测自然衰减风险管控或生物修复的实施提供重要的监测方法指导。

设计了铁炭微电解-硫酸盐还原菌（Fe/C-SRB）、铝炭微电解-硫酸盐还原菌（Al/C-SRB）、炭-硫酸盐还原菌（C-SRB）、铁炭微电解（Fe/C）、铝炭微电解（Al/C）和炭（C）6个反应器，并研究了它们修复铀尾矿库渗滤水中U、Mn、Zn、SO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}以及NO{}_{\mathrm{3}}^{-}的效果。结果显示：经过2.5 h，Fe/C-SRB系统出水U浓度降至0.05 mg/L以下；1 d后，Mn浓度降至10 mg/L以下；1 d后，Zn浓度降至0.05 mg/L以下；10 d后，SO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}浓度降至50 mg/L以下；18 d后，NO{}_{\mathrm{3}}^{-}浓度降至10 mg/L以下，均达到了相关国家排放标准，并运行稳定，处理效率显著高于其他反应器。60 d时，Fe/C-SRB系统填料中具有还原U（Ⅵ）功能的微生物Desulfotomaculum、Desulfovibrio和Desulfosporosinus群落丰度总和达到61.45%，与Al/C-SRB、C-SRB、Al/C、Fe/C和C系统相比，分别高了40.35%、60.06%、57.22%、59.73%和52.46%；渗滤水中33.20%的U（Ⅵ）被微生物和铁还原成U（Ⅳ）。本研究表明Fe/C-SRB是一种具有应用前景的修复铀尾矿库渗滤水的方法。

以电石渣为原料，采用过体积浸渍法制备KOH改性电石渣，考察了不同制备条件及工艺条件对脱除羰基硫（COS）的影响，并通过N₂-BET、SEM-EDS、XPS、FTIR等方法进行表征，初步探究了改性电石渣的脱硫性能及反应过程，发现KOH改性电石渣脱除COS的过程中主要发生催化水解、氧化反应及酸碱吸附。结果表明，最佳制备条件为焙烧温度800℃、焙烧时间6 h，KOH最适添加量为25%；在此条件下，当入口浓度、反应温度和空速分别为600 mg/m³、25℃和5733 h^-1时，KOH改性电石渣脱除COS效果最佳，穿透吸附量为43.70 mg/g。

针对固-液相变材料易泄漏和热导率较低的问题，提出了聚乙二醇(PEG)固-固相变的复合材料。复合材料由不同比例、热导率较大的膨胀石墨(EG)骨架与PEG化学枝接得到。研究结果表明，EG质量分数为10%时，复合相变材料仍存在泄漏现象，而EG质量分数为20%、30%时不再有泄漏现象，复合材料表现为固-固相变。另外，复合材料的热导率随EG含量的增加而增大，其中EG质量分数为30%时，复合材料的热导率最高，为8.031 W·m^-1·K^-1，是纯相变材料热导率(0.289 W·m^-1·K^-1)的27.79倍。经历50次循环后，所有复合相变材料的相变温度和相变焓均未有明显变化，证明其具有良好的热稳定性。考虑综合性能，EG的质量分数为20%时，复合相变材料性能最佳，定形效果良好，相变焓(138.30 J·g^-1)和结晶度(88.6%)较高，热导率也可以达到6.870 W·m^-1·K^-1。

以N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）和烯丙基硫脲（ATU）为共聚单体，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂，2,2′-偶氮二（2-甲基丙基咪）二盐酸盐（V50）为引发剂，通过沉淀聚合法制备了一种可用于Hg²⁺检测与去除的聚（N-异丙基丙烯酰胺-共聚-烯丙基硫脲）（PNA）智能微凝胶。利用傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）、X射线光电子能谱仪（XPS）和扫描电镜（SEM）对微凝胶进行了化学成分和形貌表征。利用动态光散射纳米粒度分析仪（DLS）对微凝胶的粒径分布及温度响应性进行了研究。探究了干扰离子、pH和温度对微凝胶Hg²⁺响应性能的影响。利用原子吸收光谱仪（AAS）探究了PNA微凝胶对Hg²⁺的吸附去除效果。结果显示，PNA微凝胶具有良好的温敏性以及对Hg²⁺的特异响应性，响应Hg²⁺后引起的收缩比（R_D）随着ATU单体比例的增加而减小，并确定了最佳检测温度为30℃。随着Hg²⁺浓度的增加，R_D值逐渐减小，根据Hg²⁺浓度与R_D之间的对应关系拟合出相应的Hg²⁺浓度计算公式。该PNA微凝胶最低检测浓度可达10^-8 mol·L^-1。在吸附实验中，PNA微凝胶的吸附容量随着Hg²⁺浓度的增加而增加，对10^-4 mol·L^-1以下的Hg²⁺溶液，吸附率可达80%以上，最低可使Hg²⁺浓度降至0.0005 mg·L^-1。相比Zn²⁺、Cd²⁺和Pb²⁺，微凝胶对Hg²⁺的吸附率是其他金属离子的7倍左右。研究结果为有害金属Hg²⁺的检测和去除提供了新方法。

兼具优良导电性和多重形状记忆多功能水凝胶柔性传感器的构筑极具挑战。通过分子设计采用自由共聚和冷冻-解冻法将MXene纳米片引入兼具温度响应的高分子聚乙烯醇和金属离子响应的聚丙烯酸网络中，制备了具有双重形状记忆的导电水凝胶并构筑了应变传感器。采用透射电镜、扫描电镜、X射线衍射及傅里叶红外光谱等技术研究了该纳米片和复合水凝胶的形貌及结构，研究了MXene含量对该水凝胶力学性能、导电性能及形状记忆性能的影响规律。研究表明：MXene纳米片均匀分散在复合水凝胶中，且与水凝胶网络通过氢键交联，这不仅强化了该水凝胶的力学性能，而且提高了双重形状记性水凝胶的形状固定率。其中，复合水凝胶的抗拉强度提升至236.10 kPa，是纯水凝胶的7.3倍，对铁离子的形状固定率从69.44%增加至94.44%，对温度响应的形状固定率从63.89%增加至88.89％。该水凝胶传感器的信号在多次快速拉伸应变循环下表现出色的连续性和一致性，这为环境适应性柔性传感器的构筑提供了新思路。

基于分子动力学模拟方法，对石墨炔纳米带（GYNR）的热输运特性进行了深入研究，重点探讨了几何尺寸、缺陷类型及缺陷的位置（水平方向和垂直方向、苯环与乙炔链）和排列方式等对声子热输运的影响规律，揭示并分析了其声子热输运调控机理。研究结果表明，理想GYNR的热导率仅为18.22 W/（m·K），且相比于石墨烯，GYNR随尺寸增大热导率仅升至21.37 W/（m·K），对几何尺寸依赖较小；对于缺陷类型，空位缺陷的存在相比于氮掺杂对热导率抑制更强，可低至9.19 W/（m·K）；对于缺陷位置，位于苯环上或靠近纳米带边界时相比于炔链热导率更低；多个缺陷若以平行分布相比于三角形结构分布可获得更低的热导率，低于8.00 W/（m·K）。研究结果可以为石墨炔材料在纳米器件的热电领域开发、应用及调控等方面提供理论支持和参考。