木质素是自然界中含量最丰富的可再生芳香资源，各芳香基本单元通过C—O和C—C键连接。氧化解聚能显著降低化学键键能，对木质素结构中C—C键的裂解尤为有效，并生成芳香醛、酸、酮等高度功能化的高值产物。针对不同键的断裂能定向制备所需产物，如C _β —O键断裂易生产苯酚类以及酮类产物，C _α —C _β 键断裂易制备芳香醛类和羧酸类产物，C _α —C_ary键断裂能有效去除侧链烷基等。文章重点从断键路径的角度综述了以上三种化学键的研究现状，同时介绍了各种化学键断裂的催化剂研究以及真实木质素氧化解聚进展。在此基础上，展望了未来木质素氧化解聚的研究方向，以实现木质素的高价值转化。

离子液体(ILs)和低共熔溶剂(DESs)作为一类新型的绿色溶剂，由于其独特的物理化学性质，在混合物分离方面已经受到了研究者的广泛关注，因此逐渐成为绿色化学领域的研究重点。针对特定的分离过程，选择合适的溶剂是非常重要的，然而，由于ILs和DESs种类较多，结构复杂，通过实验的方法逐一进行筛选费时费力、成本高，且几乎不可能找到最优选择，因此应用理论计算模型对ILs和DESs进行筛选是非常有必要的。真实溶剂类导体屏蔽模型(COSMO-RS模型)是一种由量子化学计算与统计热力学方法相结合的预测模型，它可以在不需要实验数据的情况下预测液体混合物的热力学性质，已经被研究者广泛用作各种分离问题的快速筛选工具。整理了应用COSMO-RS模型筛选ILs/DESs用于各种油中酚类、含氮化合物、含硫化合物、萜类化合物、天然维生素E的萃取分离，以及CO₂捕获和共沸混合物等的分离过程，表明COSMO-RS模型用于特定混合物萃取溶剂的筛选是快速有效的，可为难分离混合物分离过程中ILs/DESs的预筛选提供有价值的参考。

交叉偶联反应是构建C—C键、C—N键和C—O键的高效方法。利用有机聚合物材料作为催化剂载体进行的异相催化反应具有催化剂可回收、反应高效等优点。综述了共价有机骨架（COFs）通过负载金属构成异相催化剂，在多种交叉偶联反应中的应用；对催化效率和催化剂的循环次数进行了详细描述，并指出了该领域面临的问题与挑战。

随着锂离子电池（LIBs）大规模退役，废旧电池对环境的二次危害已成为一个亟待解决的问题，且其中的有价金属回收受到了广泛关注和研究。针对LIBs回收工艺的最新进展进行了综述，分析总结了火法冶金、湿法冶金等回收工艺存在的问题。重点对机械化学法（MC）回收正极材料中有价金属的现状进行全面分析和梳理，包括机械化学技术回收磷酸铁锂（LFP）、钴酸锂（LCO）、镍钴锰三元锂（NCM）、锂锰氧化物（LMO）等正极材料方面的研究，为LIBs回收工艺进展提供了参考。

针对膜生物反应器（membrane bioreactor， MBR）处理污水时存在脱氮效果差、运行能耗高和膜污染严重问题以及微生物燃料电池（microbial fuel cell， MFC）存在出水质量差、所产电能未被有效利用的技术缺陷，电化学膜生物反应器（electrochemistry membrane bioreactor，EMBR）耦合MBR和MFC处理技术，可弥补两者技术缺点，能够实现高效去除污染物的同时减缓膜污染，具有广阔的应用前景。根据EMBR结构特点进行分类；从组成材料选取和运行参数优化角度重点阐述提升EMBR污水处理性能的策略；并从污染物去除、产电性能和膜污染减缓方面详细阐述了EMBR在污水处理中的研究现状；最后指出EMBR处理污水存在的问题及不足，并从新材料的开发与使用、装置规模、膜污染减缓机制、微生物群落结构组成及代谢机理等方面提出建议和展望，以期为EMBR处理技术实现规模化应用提供科学依据。

自优化控制（SOC）是一种通过选择被控变量实现化工过程实时优化的控制系统设计方法，具有控制结构简单、优化效果好等优点，近年来得到了快速发展。详细阐述了SOC的基本工作原理及其在过程控制系统中的定位与作用，对其发展历程和研究现状进行了系统性的总结，主要包括：被控变量求解方法、变量筛选快速算法、可变约束集问题、间歇过程SOC方法和混合实时优化策略等内容。最后，全面回顾了现阶段SOC在化工过程中的应用案例，并从理论和实践角度对其未来发展方向进行展望。

有机朗肯循环(ORC)因其低温热电转换的能力而备受关注，寻找高效环保工质，以代替具有较高全球变暖潜能值(GWP)的氢氯氟烃(HCFC)和氢氟烃(HFC)，是推动ORC应用的重要任务之一。构建一个基于图神经网络(GNN)的ORC烃类工质热力学性质预测模型，通过图神经网络学习分子结构的特征，并将分子结构信息与温度结合，利用多层感知机(MLP)构建热力学性质预测模型。模型基于2508种C₂~C₁₀的链状烃、环烃和芳香烃分子构建训练集，所得模型在预测临界温度、蒸发焓、气相摩尔热容和液相摩尔热容上均取得良好效果，优于文献的预测效果。此外，应用所得模型预测了超43万个氢氟烯烃(HFO)的热力学性质。

采用基团贡献法估算了己二酸、2-乙基己醇及三羟甲基丙烷酯化反应体系中各组分的基础热力学数据，探讨了温度对反应焓变、熵变、Gibbs自由能变和平衡常数的影响规律，热力学分析结果表明体系内各反应在所考察的温度范围内均为自发吸热过程，且升高温度有利于反应的正向进行；研究了氧化亚锡催化己二酸与2-乙基己醇以及己二酸单2-乙基己醇酯与三羟甲基丙烷的酯化反应动力学，实验结果表明两步反应均受动力学控制，且在一定的转化率区间内符合二级不可逆反应动力学特征，确定了两步反应的活化能和指前因子，建立的动力学模型能够较准确地描述复合型多元醇酯的合成过程。

高温热泵因其能将低温废热转化为高温热能，成为低温废热再利用的一项关键节能技术。其中，针对高温热泵的混合工质筛选问题是当前研究焦点之一。基于由低沸点工质CO₂和中高沸点工质HC类、HFO类组成的低GWP三元非共沸混合工质，提出了一种广泛适用的基于工作压力、温度滑移、可燃性和能效等关键因素的热泵用非共沸混合工质筛选方法，并对高温热泵系统进行了能效评估。结果表明，当混合工质CO₂/R600a/R1234ze（Z）的质量分数为0.1/0.1/0.8时，设定工况下的热泵系统最大热力性能系数（COP_h）为4.31，对应的单位容积热容量（VHC）为2766 kJ/m³，㶲效率（η_ex）为0.50。

微通道内的流动沸腾被公认为是一种极具潜力的高功率密度微电子设备/器件散热技术，但微通道的极限散热能力依赖于其下游的状态。为了进一步提升流动沸腾过程的传热特性并从根本上解决下游过早干涸的问题，基于逆流式微通道的概念，将传统顺流平行微通道（CPM）分为两段，提出并设计了短程逆流式微通道（SFCM）。实验研究了去离子水在质量流速为118~219 kg/（m²·s）时，过冷度为50℃下的流动沸腾传热特性，并与传统顺流平行微通道的实验结果进行了对比。研究发现，与传统顺流平行微通道相比，短程逆流式微通道的临界热通量（CHF）和平均传热系数（HTC_ave）分别实现了160.6%~204.4%和91.2%~115.4%的提升。同时，相较于传统顺流平行微通道，短程逆流式微通道的压降和泵功分别降低了76.9%~80.4%和44.9%~48.2%。更重要的是，短程逆流式微通道实现了沸腾不稳定性的有效抑制。

作为CO₂制冷/热泵系统重要的节能部件，喷射器的工作能力对系统性能的提升有着重要影响。尽管CO₂喷射器的结构简单，但其内部流动十分复杂，包含非平衡相变、跨声速和马赫波等物理现象。为此，本研究建立了用于CO₂两相流模拟的均相弛豫模型（HRM），通过实验数据验证了模型的可靠性，并以此开展了对可调式喷射器的数值研究，分析了有无探针、探针位置和工况变化对可调式喷射器性能和内部流动的影响。研究结果表明，探针增加了一次流的不可逆损失，同时也改变了喷嘴出口一次流的膨胀状态；通过探针调整喷嘴喉部面积，提高了喷射器适应不同工况运行的能力，使喷射器在不同工况下保持最佳的运行状态；与固定式喷射器相比，可调式喷射器效率平均提升10.74%。

气液界面温度、曲率及蒸发弯月面附近的微观传热机制对热管传热性能的准确预测存在重要影响。采用将蒸发弯月面区域的微观传热与宏观区域传热耦合的方法，对梯形沟槽式铜-水热管蒸发端的传热进行模拟，研究了气液界面温度、曲率以及蒸发弯月面区域的微观传热对热管蒸发端径向传热系数的影响。结果表明：蒸发弯月面附近微观区域的气液界面的曲率和固液分子吸附力（分离压力效应）对界面温度的影响不可忽略；微观区域的传热传质对宏观区域的表观接触角以及热管壁面内的宏观温度分布存在显著影响，考虑微观区域传热传质计算出的宏观固体区域的温差更小；若假设气液界面温度T_iv等于蒸气的饱和温度T_sat，计算出的径向传热系数为h_rad = 7.8 W·cm^-2·K^-1，而考虑微观区域传热传质后得到的径向传热系数为h_rad = 4.2 W·cm^-2·K^-1。

针对不同流动方向上超临界CO₂流体在微型加热管（管径为0.75 mm）内的对流换热特性进行实验研究。实验结果表明，当系统压力、质量流量、加热功率以及进口温度保持恒定时，局部对流传热系数在水平流动方向和垂直向上流动方向上的变化趋势相同，并且水平流动方向上的局部对流传热系数始终大于垂直向上流动方向上的局部对流传热系数。但在垂直向下流动方向上，局部对流传热系数随无量纲温度的升高而显著增大，并在无量纲温度最大时呈现出最佳的换热效果。不同流动方向上，局部对流传热系数均随质量流量增大而显著增大，但随着加热功率、进口温度的升高而显著减小。然而，在水平流动方向和垂直向上流动方向上，当流体温度低于其假临界温度时，局部对流传热系数随系统压力的升高而显著减小。当流体温度高于其假临界温度时，局部对流传热系数则随系统压力的升高而逐渐增大。

微通道沸腾冷却在电子器件方面的应用近年备受关注。将多孔烧结微通道作为微电子器件的有效冷却方案进行了流动沸腾传热性能的实验研究，重点围绕热通量和通道宽度对流动沸腾特性的影响。烧结微通道采用铜粉加压烧结的方法，使用150 μm树枝状铜粉进行烧结，制备了三种通道宽度分别为1.8、0.6和0.2 mm的并联微通道，对应的槽数分别为11、22和33槽。研究发现：存在最优通道宽度，其综合沸腾换热效果达到最优。在4 L/h流量下，中等宽度样品最高传热系数可达200 kW/(m²·K)，临界热通量可达到170 W/cm²左右。可视化研究发现：通道宽度对压力脉动曲线会造成很大影响，适中的通道宽度压力脉动曲线更为有序，大大缓解压力脉动从而提升微通道的沸腾换热性能。

以废弃海绵作为碳材料前体，通过惰性气氛碳化和接枝磺酸基团，合成了系列磺酸功能化碳基固体酸，用于木薯渣快速热解制备左旋葡萄糖酮（LGO）。研究采用多种物理化学表征手段，如X射线衍射、红外光谱、液氮吸脱附、扫描电镜等，系统分析了制备的废弃海绵衍生碳基固体酸物化特性。结果表明，废弃海绵衍生碳基固体酸具有较丰富的孔道结构，其表面接枝了丰富的磺酸基团，因而有利于木薯渣选择性热解转化获得LGO。其中，在碳化温度500℃、碳/酸比1 g∶0.5 ml时，废弃海绵衍生碳基固体酸展现出较优的催化热解性能，产物中LGO质量收率可达12.93%。本文研究将为废弃海绵资源化利用提供新的思路，同时又能够促进固废衍生碳材料在农林废弃物高值转化方面应用。

直接电解碳酸氢盐可避免CO₂解吸的高耗能步骤，为将CO₂转化为增值化学品提供了一条具有商业前景的路径。寻找廉价、高效的电解碳酸氢盐催化剂以替代贵金属催化剂（如Ag），是一项重要的工作。本研究将Ni-N-C催化剂引入电解碳酸氢盐体系，以活性炭为碳载体制备了具有发达孔隙结构的Ni-N-C催化剂，为电解碳酸氢盐提供了丰富的催化活性位点和充足的物质传输通道。在N₂饱和的3.0 mol·L^-1 KHCO₃溶液中，Ni-N-C催化剂在100 mA·cm^-2的电流密度时CO法拉第效率（FE_CO）为57.2%，相同条件下Ag催化剂的FE_CO仅为42%。本研究证明了Ni-N-C催化剂在电解碳酸氢盐体系中可以取代Ag将碳酸氢盐转化为CO。

在工业生产过程中经常遇到含有大量水的乙酸乙酯/乙醇/水三元共沸体系，萃取精馏是实现共沸物有效分离的常见手段。对于某一组分含量较大的三元共沸物的萃取精馏分离，预分离的引入能够显著提升过程经济性。针对含有大量水的乙酸乙酯/乙醇/水三元共沸体系的分离，建立了常规三塔萃取精馏、含有预分离的四塔萃取精馏以及预分离塔与萃取剂回收塔耦合的三塔萃取精馏流程，并以年度总费用（TAC）最小为优化目标采用考虑惩罚函数的遗传算法对各流程进行经济优化以获得最优的操作参数和经济费用。经济优化结果表明，预分离塔与萃取剂回收塔耦合的三塔萃取精馏流程与常规的三塔萃取精馏流程相比，可节省27.1%的TAC与29.7%的能量消耗。同时，与含有预分离的四塔萃取精馏流程相比，预分离与萃取剂回收功能的耦合可降低9.9%的TAC与13.0%的能量消耗。

为解决井下油水分离水力旋流器串接工艺较为复杂的问题，基于串联旋流分离原理提出一种新型多级螺旋分离器结构。利用响应曲面设计结合计算流体动力学方法，构建多级螺旋分离器参数与分离效率间的数学关系模型，得出最佳结构参数匹配方案，并针对最优结构模型系统地探究在一定范围内不同入口流量、油相体积分数及分流比对应的分离性能变化规律。开展室内分离性能实验，对数值模拟结果的准确性及优化结果的高效性进行验证。结果表明，优化后的结构可使分离效率由91.0%提高至96.2%。对比不同入口流量条件下的分离性能，得出最佳入口流量为2.5 m³/h；在一定范围内，随着油相体积分数及溢流分流比的增加，分离效率均呈先增大后减小趋势，其中模拟效率最高可达99.72%，实验效率可达97.70%，进一步验证了模拟结果的可靠性及优化结果的高效性。

邻域保持嵌入（neighborhood preserving embedding， NPE）是一种常用的无监督学习方法，在故障检测领域得到了广泛应用。由于NPE提取的数据特征无法解释输入数据和输出数据之间的关系，因此在化工过程质量相关故障检测方面存在局限性。另外，NPE在提取数据流形结构时忽略了动态信息的表征。为了解决上述问题，基于NPE和慢特征分析（slow feature analysis，SFA）算法提出了一种名为双子空间并行回归（twin-space parallel regression，TSPR）的质量相关故障检测方法，该方法能够同时提取数据的流形特征和变化速度信息。首先，通过基于互信息的策略将原始过程空间分为序列相关子空间和序列无关子空间，以应对变量在时间序列相关性的差异。其次，在两个子空间中分别应用提出的邻域保持-慢特征嵌入算法（neighborhood preserving-slow feature embedding regression，NP-SFE）和NPE算法提取数据的有效结构特征，并同时用最小二乘回归在两个特征子空间中构建过程变量与质量变量的回归关系。随后，通过对回归系数的协方差矩阵分解，得到质量相关子空间和质量无关子空间，进而在相应子空间建立统计量并估计其控制限。最后，将所提方法在典型案例上进行测试验证，以说明所提方法的有效性和合理性。

对于发生源/阱参数变化的换热网络（HEN），提出一种系统的干扰响应/参数调整方法，用于平衡系统盈余热量/冷量，辨识制约能量回收的瓶颈及对应的解瓶颈策略。在拓扑结构分析基础上，枚举可行的响应对象及扰动传播路径，明确换热器的负荷转移规律。推导了换热器热阻需求（R^req）、面积增量（∆A）、系统年度总成本（Ct）与热容流率波动系数（α）之间的关系。构建热阻需求变化趋势图和经济变化图，以成本最优为目标，选择最佳的响应对象并确定其热负荷变化值，定位响应变量调整过程中因热阻制约而产生系统用能瓶颈，确定解瓶颈所需的面积增量。该方法无须复杂模拟计算即可确定扰动状态下加热/冷却介质流量需求变化值及各换热设备面积需增量，可以有效指导生产工艺的设计、优化和改造。以苯烷基化生产过程为例展示该方法的应用，当α位于［0.75，0.88］和［0.88，1.35］时，两台加热器分别是最优的响应对象，最大节省年度总成本19400 USD∙a^-1和24024 USD∙a^-1。

实际化工过程建模具有多变量、非线性和动态性等特点，会导致模型复杂度提高且提取特征时产生冗余信息和时序分布漂移问题，因此提出一种基于时序迁移和双流加权的有序神经元长短时记忆网络（ONLSTM）模型。首先，利用时序迁移对特征分布进行匹配以自适应表征特征分布信息，采用划分特征分布差异最大时间域进行训练，减小时序分布失配，从而解决时序分布漂移问题；其次，在时序迁移框架内嵌入双流加权ONLSTM模型，通过对ONLSTM主遗忘门和主输入门分别加权，更精确控制传递信息；进一步结合双流结构设计双信息流控制相应门控单元，减小参数调节过程中的耦合影响，降低模型复杂度，提高其预测性能；最后，将所提模型应用于硫回收过程以及某火电厂脱硫过程排放烟气SO₂浓度软测量建模，并与其他深度学习网络进行对比，验证了模型有效性。

针对厂际多周期换热网络优化，提出了一种考虑柔性设计的数学规划模型，旨在解决现有网络设计缺乏灵活性及无法适应生产波动等问题。该模型由两个子模型组成，第一个子模型通过厂际热集成的超结构模型优化各个周期内的换热网络结构，第二个子模型以年度总成本费用为目标函数，优化换热器面积与热负荷。在每个工厂内，所有换热器都具有共享功能，通过开闭阀门调整过程物流走向，改变网络结构以完成热量传递任务。案例测试表明最小网络年度总成本费用为210919.4 USD·a^-1，需要设置13台共享换热器，其中工厂1有6台，工厂2有4台，工厂3有3台。提出的厂际多周期换热网络优化模型具有设计灵活性高、应对生产环境变化能力强等特点，为企业提供了一种更为智能且高效的换热网络设计方法。

大规模维修任务的调度优化在实际生产过程中具有广泛的应用，例如煤层气井维修任务调度优化、修井作业调度和压裂作业调度等。该问题规模庞大且求解困难，是实时调度优化的难点和挑战。合理的大规模维修任务调度对于保障油气田平稳生产和降低成本具有重要意义。为了有效解决这一难题，提出了基于ALNS-TS的优化求解算法，并通过不同规模的案例验证了算法的有效性。实验结果显示，对于代表性的10、50和100个维修任务的案例，求解时间分别为0.03、8.33和74.32 s，都能在分钟级时间内给出合理的调度方案。随着问题规模增加，基于ALNS-TS的算法比传统算法更高效，并能找到目标函数值更低的更优解。

间歇过程的多模态特性使得未考虑模态因素建立的软测量模型预测精度较低，现有的间歇过程模态划分方法对初始参数敏感且未考虑异常数据对模态划分结果的影响，其不合理的划分结果是制约多模态间歇过程软测量模型预测精度提升的一个重要因素。提出了一种基于密度加权和相似标签分配密度峰值聚类相关向量回归（weighted destiny and similar label allocation density peaks clustering-relevance vector regression， WSDPC-RVR）的多模态间歇过程软测量方法。首先，以不同数据点的密度贡献程度对低密度区域数据点的局部密度进行加权，准确选取聚类中心，并引入\epsilon近邻结合数据点间的距离与局部密度构建剩余数据点的分配策略；然后，定义模态评价指标并分析不同模态的统计特性，构建异常模态判别策略获取有效模态数量，完成间歇过程模态划分；最后，建立各有效模态的RVR软测量模型，实现间歇过程主导变量的在线预测。青霉素发酵过程的仿真实验结果表明，所提方法能够实现合理的模态划分，有效地提高了软测量模型的预测精度。

基于水合物的固体天然气（solidified natural gas， SNG）技术为天然气储存提供了一种新型、高效途径，但水合物的高压生成环境限制了其分离与储存，进而制约了水合物的连续制备，而强化水合物的生长动力学，实现水合物高效生成、分离与储存是该技术应用的关键。提出了一种新型螺旋搅拌反应装置，实现了水合物生成、分离与储存一体化，并通过乳液聚合法制备了—\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}@PSNS与—COO^-@PSNS两种纳米促进剂，强化了后期水合物生长动力学，进而实现了水合物高效制备。研究表明，在较温和条件下（5 MPa，275.15 K，30 r/min），纳米促进剂与螺旋搅拌协同作用大幅强化了水合效率，在—\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}@PSNS与—COO^-@PSNS体系，水合物诱导时间分别为1.59和6.48 min，水合物储气量高达128.38 m³/m³，且与—COO^-@PSNS相比，—\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}@PSNS对水合效率的强化更突出。利用螺旋搅拌反应装置制备水合物仅需较低能耗，在—\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}@PSNS和—COO^-@PSNS体系中，生成和分离1 kg水合物所需能耗分别为3.69×10^-2和6.81×10^-2 kW·h，且—\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}@PSNS体系比—COO^-@PSNS体系节能45.81%。研究结果使得水合物高效、连续制备成为可能，为固体天然气技术在天然气储存领域的应用提供了理论指导。

发展非主动式动力电池热失控传播抑制技术对解决电动汽车在静置状态下的自燃事故具有重要意义。现有的非主动式技术是基于热阻隔机制，但由此形成的大热阻将严重影响日常的电池热管理性能。本文提出基于泵驱冷却与热电转换的准被动式动力电池热移出系统，将电池系统部分产热量转换为电能以实现准被动式的热移出，在此基础上与热阻隔相结合以减小阻断热失控蔓延所需的热阻。本文研制试验样机，通过实验分析不同电池系统发热功率工况下的热移出过程，探究发热功率分布的影响。当发热功率减少33%时，泵驱冷却过程散热量、热电转换过程吸热量及产生电能的稳态值分别降低30%、27%和15%。本文研究有助于显著提升电动汽车安全性能。

基于超临界水煤气化合成气的成分特征，提出了一种新型CO₂近零排放的太阳能驱动超临界水煤气化耦合固体氧化物燃料电池(SOFC)发电系统。太阳能用于加热气化室给水以及提供煤气化反应热，气化合成气进入SOFC发电，SOFC阳极排气与纯氧在燃气轮机燃烧室内发生燃烧反应，产物为CO₂/H₂O混合物，易于实现CO₂的分离捕集。研究了气化室内煤浆浓度、SOFC工作温度以及重整温度等关键参数对系统性能的影响规律，揭示了系统能量能质的分布规律及转移转化机制，上述参数分别为11.3%(质量)、1000℃以及750℃时，系统的发电效率可达到47.59%。该研究通过煤炭化学能与太阳能的互补梯级利用，结合SOFC内电化学反应及燃烧室内富氧燃烧技术，实现了CO₂近零排放，对实现双碳目标具有重要意义。

在国家“双碳”目标下，化石燃料的无碳替代利用变得十分重要。金属燃料是一类新型的无碳燃料，其中微米铁粉被认为是最具潜力的金属燃料。然而，目前对铁粉燃烧机理的理解尚处于起步阶段。为了研究单颗粒铁粉的燃烧特性，基于振动-夹带流原理设计了一种新型铁粉燃烧器，实现了单颗粒铁粉稳定供给，并在热氛围中快速燃烧。研究了粒径主要集中在50~65 μm内的单颗粒铁粉在稀燃甲烷/空气热氛围中点燃和燃烧过程。观察到单颗粒铁粉的燃烧过程主要分为燃烧迟滞、正常燃烧和产物凝固三个阶段。采用高速摄像机拍摄了单个铁粉颗粒的燃烧历程，发现了典型的燃烧亮度反常现象，同时观察到铁粉颗粒的运动速度在燃烧后期发生突变。另外，通过对燃烧中间产物与最终产物进行采样分析，表明单颗粒铁粉在燃烧初期发生熔化，在燃烧过程中产生气体并膨胀，最终发生破裂形成空心薄壁球体。

基于火焰光谱诊断平台，利用光谱成像系统获得氨/甲烷扩散火焰的OH*、NH₂*和NH*辐射分布，并结合CHEMKIN探究其反应机理。结果表明：与纯甲烷燃烧相比，氨掺混后火焰的OH*辐射分布区域和辐射强度均降低较明显，在火焰下游分布形态向外延展。随着氨掺混比例的增加，NH₂*辐射分布区域向火焰下游拉升，辐射强度增加。NH*辐射分布区域基本不变，辐射强度随氨掺混比例的增加先增加后降低，在氨分数为0.2~0.3时达到最大。三个自由基辐射强度均随当量比增大而增加，其中OH*分布偏向氧化剂侧，NH₂*和NH*偏向燃料侧。添加NH₂*和NH*反应机理后，模拟结果显示，NH₂*的主要来源为氨的脱氢过程，掺氨比例的变化直接影响NH₂*的生成，NH*最大生成反应的反应生成率受氨和甲烷混合比例的影响。

基于电阻抗成像（electrical impedance tomography，EIT）技术设计了一种双侧阵列电极的膜污染原位监测装置，并应用于动态膜污染过程监测。通过模拟和实验比较了单侧和双侧电极阵列的成像效果。结果表明：电极双侧阵列方式依靠离子流动和外界电流产生额外电势差，监测更灵敏，重建图像与真实图像之间的相关系数0.89，能够更准确获得污染物信息。以高岭土、海藻酸钠（SA）和湖水为污染物，探究了不同污染物在超滤膜面的污染过程，得到了通量和膜污染成像图。结果表明，高岭土污染先集中于进水口附近，之后向中间区域和出水口迁移；湖水絮凝污染物主要分布在出水口附近；SA污染主要集中在进水口附近区域。建立了阻抗变化和污染物厚度之间关系，结果显示随厚度增大，阻抗变化增长速率也增大。

空冷型质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有自增湿、质量轻、系统操作简单等特点，适合应用于无人机等领域。氢气进气压力是影响空冷型PEMFC电堆性能的一个重要因素。以1 kW阴极开放式空冷型PEMFC电堆为研究对象，对比了不同氢气进气压力对单片电池电压及其一致性、电堆输出电压、输出功率以及氢气利用率的影响。研究结果表明，氢气进气压力越高，单片电池电压、电堆输出电压和功率越高，大电流下单片电池电压的一致性越好；此外，本实验利用排水法收集阳极尾气并计算氢气利用率，氢气进气压力越高，系统氢气利用率越低。

化石燃料燃烧排放的大量CO₂ 造成了全球气候变暖。CO₂矿化是近年来CO₂末端减排最有效的技术之一。CO₂矿化的本质是利用天然碱性矿物或工业碱性固废将酸性CO₂气体转化、固定为碳酸盐的过程，但目前所报道的技术大多仍面临高能耗、高成本的限制。提出一种安全、环保、低能耗的空气驱动的膜电解技术，可在低能耗下促使硅灰石有效矿化CO₂并产优质多孔白炭黑（二氧化硅）产品。核心技术为：电解条件下，阴极氧气还原反应（ORR）与阳极析氧反应（OER）同时进行实现低能耗下水的电离产生碱性和酸性液体。该电解技术比同电流密度下电解水低至少0.5 V的电解电压。电解所得酸性溶液溶解硅灰石后与电解所得碱性溶液混合可得优质多孔二氧化硅，CO₂通入后可被有效吸收并得到矿化产物碳酸钙，实现了高效矿化利用CO₂。