机器学习和数据科学相关研究从计算机科学学科涌向化学工程，将为化学工程领域创造变革范式的机会，其中物理信息神经网络（PINN）因将物理方程嵌入神经网络中使得网络输出满足物理规律而获得广泛关注。首先介绍PINN的算法思想及其采样策略；进一步讨论对PINN的损失函数不同的处理方式，主要包括无观测值、方程降阶、方程离散化和只嵌入部分物理方程等；最后概述了PINN方法在气液两相流、多孔介质两相流、液固两相流、两相流传热等领域最新进展。

限域传质分离膜面向分子/离子的亚纳米尺度高精度分离，是目前国内外膜领域研究的热点和难点。厘清膜内的限域传质效应，形成共性传质机制及调控方法，是突破trade-off效应，实现超常膜分离性能的关键途径。从限域传质通道构筑、限域传质机理及限域传质分离膜应用三个方面入手，对限域传质分离膜近年来的研究进展进行举例介绍与讨论，并对限域传质分离膜的未来发展方向进行了思考与展望，以期为高性能膜材料的设计与应用提供参考。

液流电池储能技术具有安全性高、效率高、寿命长、环境友好等特点，适用于大规模储能和分布式储能。离子传导膜是液流电池的关键材料之一，其性质和成本直接影响着液流电池的性能和成本。复合离子传导膜选择层和多孔支撑层的组成和结构可以分别调控，可以兼具高选择性、高传导性和高稳定性，目前已经在液流电池中得到广泛的研究和应用。此外，通过对复合膜选择层结构的调控，其选择性和传导性等性能可以得到进一步优化，从而提升液流电池的性能和寿命。本综述基于液流电池用复合膜的研究进展，总结不同的基于多孔支撑层的多孔复合膜选择层的结构调控策略，为液流电池用离子传导膜的进一步发展提供理论指导。

氢能是一种重要的可再生能源，具有能量密度大、热值高且环境友好等优点。在“碳达峰”和“碳中和”的背景下，氢能成为代替传统化石能源的重要选择之一。氢液化是氢能大规模应用的基础，而正-仲氢催化转化则是氢液化过程中不可缺少的关键环节。尽管正-仲氢催化转化在液氢生产中已发挥了重要作用，但对正-仲氢催化转化的发展过程及机制仍缺乏系统归纳总结。为此，综述了自20世纪30年代以来，国内外正-仲氢催化转化的研究进程，从催化剂、反应机制和反应动力学等方面总结了正-仲氢催化转化催化剂的发展历程、反应机理的认识过程，以及反应动力学的研究进展。最后，对正-仲氢催化转化的未来研究方向做了展望。

锂二次电池凭借成本低、电压平台高和环境友好等优点备受关注，日益复杂的应用场景对锂二次电池的容量、耐候性以及安全性等提出了更高的要求。阐明复杂工况下材料结构与电池性能之间的“构-效”关系并预测不同服役工况下的电池性能，对开发出性能更高和适应场景更宽的锂二次电池至关重要。有限元（FEM）数值模拟是基于电场、温度场和力学场等物理场耦合建立电池数值模型，描述电池内部的物质传递、热量传递及界面反应过程的有效方法，能够揭示不同服役工况下材料结构与电池性能的内在规律关系，为高性能锂二次电池设计和开发提供了理论和技术支撑。本文从多物理场耦合方面介绍了电池体系中FEM数值模拟的算法基础、研究范畴和发展历程，综述了FEM数值模拟在高性能锂二次电池设计中的研究进展，展望了未来发展方向及其在储能器件中的应用前景。

芳烃的硝化反应作为工业生产中最重要的基本反应类型之一，随着化学品安全、绿色、高效生产的要求，其反应工艺向微尺度方向的发展已是必然的趋势。如何实现微尺度芳烃硝化反应的高质量发展，是重大工程前沿方向之一。本文全面综述并剖析了硝化微反应工艺的发展和面临的问题，从微尺度硝化反应动力学研究入手，为芳烃硝化微反应工艺设计及强化指明方向，并总结了当前硝化微反应工艺中的过程强化及安全性评价方法，最后对其未来发展方向进行了展望。

异形微纤维因其多样化的结构和功能被广泛应用于仿生材料、药物控释和生物医学等诸多领域。微流控技术作为一种新型的微纳材料制备技术，通过调节通道结构、流体物性和流动条件，可以实现多种异形微纤维的可控制备。综述了近年基于微流控技术制备面向医药、化工和环境等重要领域的异形微纤维的研究进展。介绍了通过设计微流控装置的通道结构实现可控制备实心、中空、纺锤状和螺旋状等异形微纤维的诸多策略，探讨了基于异形微纤维的微观结构实现其功能多样化的重要思路，展望了微流控技术在可控构建新型异形微纤维方面的发展趋势，以期通过加强流动机制和成型机理的研究为制备高仿生性的异形微纤维提供重要参考。

液滴筛分是液滴微流控技术的基本操作之一。与传统宏观设备中的液滴筛分技术相比，微流控液滴筛分技术可实现连续化操作，能够在一个微流控芯片上实现从液滴生成到筛分再到收集的全过程连续化生产，该技术已广泛应用于细胞封装、药物筛选、基因分析等领域。基于微通道的液滴筛分技术可分为主动筛分和被动筛分，综述了近年来微通道内液滴筛分技术的研究进展，并对该领域未来的研究方向和需要解决的问题进行了展望。

轻量化和多功能性已成为航空航天领域飞行器结构设计和制造的发展需求，负泊松比材料轻质多孔的结构形式和优异的力学性能，是满足这一需求的新载体。本文从负泊松比结构的种类和变形机理角度出发，重点论述了不同维度下改进设计后负泊松比材料的结构特点及其性能的变化，同时讨论了负泊松比材料在航空航天领域的应用前景，最后对负泊松比结构在未来发展中可能遇到的挑战和机遇进行了总结和展望。

物质在超临界条件下有独特的性质与反应活性，常被用作为超临界反应介质，但作为反应物被实际应用于化工反应的例子并不多见。聚焦于至少一种反应物处于超临界条件的反应，总结其在一些具有化工实践价值反应中的应用，特别关注所有反应物均处于超临界状态时超临界反应的基础研究及工业应用，并展望了该技术未来的研究方向与发展前景。

碱性离子膜（阴离子交换膜）作为电解水制氢、二氧化碳还原等电化学过程的关键材料，在传递离子、分隔阴阳两极和阻隔气体渗透方面具有重要的应用价值。现有碱性离子膜起源于电渗析过程，其离子传导率偏低，无法满足电化学过程对高电流密度、高稳定性的需求。针对电解水制氢过程对高通量、低电阻、低能耗的需求，从膜内离子传递过程出发，结合氢氧根传递特点分析满足综合性能需求的碱性离子膜结构特征，重点阐述膜内强化离子传递策略，归纳分析最新研究成果，分类讨论交联、定向排列、微相分离以及构筑微孔等具体策略，指明高性能碱性离子膜研究路径，促进以电解水制氢为代表的电化学反应器技术发展。

杜仲是我国传统名贵药材，具有抗肿瘤、抗氧化、抗骨质疏松、消炎和调节血压等医疗保健作用，其中的绿原酸、黄酮等小分子具有较高的药用价值。然而，传统中药存在成分复杂、生产工艺落后的问题。膜分离技术具有分离效率高、能耗低、操作简单、无二次污染等特点，在中药的分离纯化中展现出良好的应用前景。杜仲是中国特有的药材，国际上对于膜分离杜仲有效成分研究较少，国内对其研究还处在起步阶段。本文分析了膜的分离机理，综述了膜在杜仲有效成分分离纯化中的应用进展，讨论了膜分离过程的影响因素，最后进一步指出膜技术用于中药有效成分分离纯化时在膜材料及膜污染等方面存在的问题，并对未来膜技术在低成本专用膜材料及系统开发和膜污染控制方面的研究进行了展望，以期为杜仲有效成分的高效利用提供参考。

层状镍钴锰酸锂（LiNi_1－x－y Co _x Mn _y O₂，0<x+y<1）因具有能量密度高和成本低等优点，是备受关注的动力锂离子电池正极材料之一。然而，该材料在充放电循环过程中因锂离子脱出和晶格氧逸散引起的不可逆相变、过渡金属离子溶出等因素导致容量衰减、结构损坏和安全隐患，严重制约了其在电动汽车上的应用。表面包覆改性技术通过增加正极材料与电解质之间的界面稳定性、抑制微裂纹产生以及提高电池的热稳定性，能够有效提升正极材料的循环稳定性和安全性能。本文在分析高镍三元正极材料界面降解机制的基础上，系统介绍本课题组在提升高镍正极材料电化学性能方面开展的一系列创新性包覆策略，旨在为高性能锂离子电池正极材料的开发应用提供新的思路。

生物制造以生物体机能进行大规模化学品加工与合成。这种生产方式相较于传统的化学制造，具有更低的能耗、更少的废物排放和更高的产品附加值，是一种绿色、可持续的生产方式。构建微生物细胞工厂是生物制造的具体实现形式之一。然而，微生物细胞工厂常因胞内辅酶层次的串扰而未能呈现出预期功能。简要介绍调控胞内氧化还原辅酶水平的常规方法及其局限，说明创制非天然辅酶介导系统的必要性。此外，重点以烟酰胺胞嘧啶二核苷酸和烟酰胺单核苷酸为例，介绍如何研制新型生物学元件、氧化还原模块进而设计新的微生物细胞工厂。最后，预测了基于非天然辅酶的生物制造未来发展方向，并分析了所面临的挑战。

原子级分散催化剂（ADCs）结合了均相催化剂和非均相催化剂的优点，具有高比表面积、高原子利用率、结构明确等特点，使其表现出优异催化性能的同时又易于分离回收，故在工业催化领域得到了广泛关注，被认为是最有潜力的催化剂。对原子级分散催化剂的通用合成方法进行了分类总结，此外，调研了原子级分散催化剂在选择性加氢、羰基化、脱氢化学反应的催化应用。最后，总结了ADCs所面临的机遇和挑战，为其后续的发展与应用提供借鉴。

大量化石资源开采和利用带来的能源安全和环境污染问题已经引起广泛关注。利用可再生资源，发展可再生能源和绿色化学品是可持续发展的重要方向。生物质是唯一可持续发展碳资源，其转化利用是实现“双碳”目标的重要途径之一。几丁质作为第二大生物质，是唯一含氮多糖；将几丁质转化制备含氮化学品具有独特的理论和应用意义。近年来，将几丁质转化制备含氮化学品取得较大进展。主要针对几丁质含氮结构特点，总结了几丁质水解生成寡聚物和单糖N-乙酰氨基葡萄糖，以及几丁质及单糖转化制备呋喃化合物、杂环含氮化学品和其他含氮化学品的最新研究进展。重点归纳了几丁质及单体催化转化制备3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃的进展和规律。针对这些进展，还提出了该领域存在的问题和挑战，并展望了该领域的发展方向，以期推动几丁质催化转化制备含氮化学品高质量发展，助力实现“双碳”目标。

生物荧光标记及成像技术的发展，密切依赖于荧光染料的亮度、光稳定性以及生物相容性等关键发光和化学特性，发展新型荧光团和提升发光性能也将推动生物荧光技术的进步。荧光染料的新颖发光特性又紧密关联于它们的分子结构，而染料结构创新的主要策略包括发现全新的荧光团和对传统荧光团母体进行结构改造。本综述从荧光染料的发光-构效关系切入，详细概述了一系列通过分子结构创新而在发光性能上获得显著提升的荧光染料，并讨论了这些染料在先进生物荧光成像等前沿应用中展现出的卓越表现。最后讨论了生物成像领域中荧光染料的发展所面临的挑战。

将超声波与微反应器结合能解决常规微反应器易被固体颗粒堵塞、操作弹性欠佳、放大困难等问题，使超声微反应器（USMR）成为新一代微反应器技术，广泛应用于涉及固体堵塞和混合传质受限的反应过程，特别是纳米材料的合成。虽然目前有不少关于USMR的研究报道，但大多局限于实验室用的小型反应器，鲜有关于USMR放大的研究。系统地介绍了USMR系统的结构组成以及各组成部件之间的谐振匹配和放大策略。一般来说，USMR系统包括超声波电源、超声波换能器、微通道反应器、通道中的流体四部分，超声波能量由电源产生并经换能器、微通道传输到流体中。要保证该系统较高的能量传输效率，需要这四个部分对应的谐振频率保持一致、阻抗实现匹配。将USMR系统的放大分成超声波电源放大、反应器辐射面放大、微通道尺寸放大三个方面，系统阐述每个方面放大遇到的核心关键问题和解决思路。最后重点介绍了USMR在纳米材料合成领域的应用，并根据合成过程的机理将其分为反应成核生长控制、分子自组装控制、乳液及界面限域控制三种纳米材料合成类型。综合结果表明，USMR在控制纳米材料尺寸形貌均一性方面展现了巨大的优势。

流动化学作为化学合成的重要前沿技术，具有高效、安全可控、环保等特点，广泛应用于药物合成、精细化工和材料科学等多个领域。近年来，随着自动化与人工智能技术的发展，流动化学逐渐实现了全流程自动化和智能化的系统转型。自动化流动化学系统通过集成自动化设备与控制系统，实时监督与调控反应条件，尽可能减少人为操作带来的误差，从而提高实验稳定性和可重复性。人工智能算法的引入使系统能够处理大量文献及实验数据，探索高维化学空间，缩短实验周期，提升反应效率和发现新反应。初步总结了智能化流动化学系统的发展现状，介绍了自动化流动化学系统的构建与应用，同时探讨基于人工智能的智能化发展路径，包括机器学习算法和大语言模型的应用等。基于实例分析现阶段的研究成果，展示了智能化流动化学系统在化学合成中的巨大潜力与应用前景。

以吲哚美辛作为模型药物，选用不同种类的抗肿瘤药物探究其与吲哚美辛形成自组装纳米粒的能力，采用Hansen溶解度参数模型、COSMO-RS理论模型、结合能计算等不同手段获得描述符预测纳米自组装行为与基于分子指纹作为描述符的机器学习算法预测进行对比验证，并通过分子动力学模拟可视化分子自组装过程以及量化计算进行分子间相互作用能分析发现氢键为自组装过程关键驱动力。研究表明，机器学习算法可快速预测药物分子自聚集和与吲哚美辛分子共聚集的概率初步筛选出药物分子组合，进一步结合热力学理论模型研究比较药物分子自身与不同药物分子间结合能大小、Hansen溶解度参数差值以及表面电荷密度分布等描述符可更准确地筛选合适的药物组合，为设计制备递送效率高、可联合治疗的无载体纳米药物递送系统提供重要的理论指导。

无机粒子掺杂聚乙烯醇（PVA）改性膜材料在渗透汽化酯化体系脱水方面展现出良好工业应用前景，但还缺乏微观层面的机理探究和基础理论数据。采用分子模拟手段构建了ZSM-5和ZIF-67两种粒子分别与PVA混合后的杂化材料分子结构模型，得到了无机粒子在PVA链段间的分布情况；利用Monte Carlo（MC）方法模拟了乙酸乙酯、水在PVA杂化材料中的吸附行为，考察了掺杂比例和温度对吸附量、吸附等温线的影响；利用分子动力学（MD）方法模拟了乙酸乙酯、水在杂化材料中的扩散行为，计算了杂化材料内部的自由体积分数（FFV），考察了掺杂比例和温度对小分子在杂化材料中扩散系数的影响。结果表明，两种杂化材料对水的吸附量显著高于酯，且ZSM-5/PVA材料对水的吸附量高于ZIF-67/PVA材料；水在两种杂化材料中的扩散系数大于乙酸乙酯，且由于ZSM-5/PVA材料具有更大的FFV，小分子在ZSM-5/PVA中的扩散系数远大于在ZIF-67/PVA中的扩散系数。本研究为PVA材料改性及传质分离提供了理论指导。

利用传质在线表征技术研究了微通道内聚丙烯酰胺（PAAm）溶液为分散相的牛顿/非牛顿流体液-液两相流传质过程。首先探讨了两相流型，发现了一种独特的串状弹状流，并考察了PAAm浓度对弹状流、串状弹状流和环状流流型分布的影响。研究发现，牛顿流体和非牛顿流体液滴内的传质均受对流和扩散共同主导，但非牛顿流体的剪切变稀特性使液滴内的涡流和浓度分布发生显著改变。弹状液滴内的对流传质与流速、液滴长度和毛细管数相关。基于渗透理论，提出关联流量比和毛细管数的无量纲项以量化对流的影响，很好地预测了弹状流传质系数。

通常认为，减小气泡尺寸是提高气液鼓泡体系传质效率的有效方法。然而研究表明小气泡可能受体系内污染物的影响更严重，其带来的传质强化效果可能不及预期。实验研究了CO₂单气泡在含污染物水溶液中的上升吸收过程，考察了污染物浓度和气泡初始尺寸对单气泡运动和传质特性的影响。结果表明，污染物浓度的上升会降低气泡运动速度与传质效率，但这些影响存在上限；气泡初始尺寸同样影响传质效果，一定污染条件下，较大气泡在较高的上升高度内更具优势。由此，可根据液体的污染性质和反应器结构参数，依据最佳能效原则，选择合适的气泡尺度。

微通道中环状流广泛应用于精细化学品合成等领域，而环状流中薄液膜的流动形态及厚度对反应过程的热质传递影响显著，因此实验利用激光诱导荧光法对薄液膜厚度进行精准在线测量。结果表明，随气相剪切力增大，液膜厚度降低，波动形态由低频高振幅波转变为高频低振幅波。二氯甲烷液相流量为3 ml/min、含气率为0.7时波动频率最高可达260 Hz。在相同含气率下，液膜形态由流体黏度和表面张力决定，液膜厚度随流体黏度增大而增大，液膜波动频率随表面张力增大而减小。通过薄液膜在微通道内受力分析，构建了不同流体的薄液膜厚度的预测模型，预测值与实验值偏差±15%。本研究明晰了微通道内不同物性液体及气速对液膜波动及厚度的影响，为薄液膜强化热质传递提供理论指导。

设计了一种具有嵌入式结构的筛孔微通道并研究了水-硅油体系的液滴生成过程。在不同的两相流量下观测到滴出流与喷射流两种流型，并考察了两相流量、界面张力对活化孔数量分布和液滴尺寸的影响。结果表明，随着分散相或连续相的毛细数Ca增加，筛孔活化数量增加；对于液滴尺寸，随着连续相流量的增加和界面张力的降低，液滴尺寸降低，而随着分散相流量的增加，液滴尺寸呈现波浪式增加。基于实验结果，建立了液滴尺寸预测模型，预测值与实验值吻合较好。此外，还考察了添加微孔膜阻件对活化孔数量分布和液滴尺寸的影响，发现微孔膜阻件能使分散相在更低流量下活化筛孔，生成尺寸更小的液滴。

为实现高热通量电子器件冷却，以HFE-7100作为工作流体，对3种楔形歧管微通道流动沸腾特性进行实验研究，并与常规的矩形歧管微通道进行对比，讨论了不同流量和过冷度条件下两种歧管几何形状和两种表面强化结构对沸腾传热系数、临界热通量和流动压降的影响。结果表明：楔形歧管结构能够促进流型由搅拌流转变为环状流，并提高流体输送效率与蒸汽排放效率，从而在改善换热性能的同时降低流动压降。与微针翅结构相比，采用激光烧蚀的多孔表面提供了一种简单便捷的强化沸腾换热的方法，能够极大地拓展换热表面，提供大量的成核位点，显著提高临界热通量（CHF）。将楔形歧管供液结构与多孔微通道相结合，歧管微通道平均两相传热系数提高了21.6%，临界热通量提高了30.4%，两相压降降低了12.7%，实现微通道散热器综合性能的显著提升。

液滴基微反应器制备量子点过程中，作为连续相的全氟聚醚油与分散相由于密度差较大，会改变液滴运动行为并影响反应的热质传递。实验利用同轴微通道研究了浮力与流动的相对方向及两相流量对液滴动态行为的影响。结果表明，浮力影响水平液滴内部流场的轴对称性使其在脱落前期同轴度降至0%。通过调控流动与浮力的相对方向，实现液滴在较低的连续相流量（Q_c=1.514 ml/min）下同轴度稳定至100%，但在较高Q_c（3.666 ml/min）向下液滴的同轴度（96.8%）仅降低了3.2%。调控两相流量，液滴尺寸可控制在537~980 μm，基于浮力分别对水平/向上和向下液滴的促进和抑制作用机制，建立液滴尺寸预测模型，偏差约为±10%。实验阐明了微通道内浮力对液滴行为的影响，为液滴基微反应器设计提供指导。

微型连续搅拌反应器（CSTR）作为一种新型主动式强化微反应器，具有较强的处理涉固反应体系的能力。构建了一套基于磁力搅拌、总体积为3 ml且由16个微圆槽串联而成的微型CSTR，通过停留时间分布测量和Villermaux-Dushman快速平行竞争反应实验对其流动特征以及微观混合性能进行探究。研究结果显示，对于该微型CSTR，流速和转速对其返混程度只有较小的影响，Peclet数（Pe）整体维持在20~30之间，返混程度略高于传统管式微反应器，但仍属较低。微型CSTR微观混合效率优于管式微反应器，尤其是在低流速时，其混合效率远高于管式微反应器。进一步通过团聚模型计算获得该微型CSTR的特征混合时间，其值处于0.5~1.0 ms之间。

在聚多巴胺辅助二次生长法制备负载型催化填料（SCP）基础上，通过多次晶化及碱处理协同改性，开发了高性能SCP制备方法。研究结果表明，SCP的活性组分层负载量随晶化次数增加而线性增长，但过密的活性组分层结构限制了活性位点的利用。四甲基氢氧化铵（TMAOH）处理通过溶解硅原子形成介孔，提高了外比表面积和扩散效率，增强了SCP的催化活性和焦炭容纳能力。在优化的改性条件下，即晶化次数为3次、TMAOH溶液浓度为0.05 mol/L、碱处理温度为80℃、碱处理时间为120 min，SCP活性提升3.74倍。尽管SCP在乙酸环己酯合成中活性有所下降，但通过焙烧再生可恢复活性。环己烯高温聚合产生的积炭是活性降低的主要原因。

提出了在填充流化床中以矿物碳酸化（MC）原位封存水煤气变换反应（WGSR）制备H₂副产CO₂的连续操作新工艺。除了借助WGSR的高温、高压、高湿环境强化MC，吸收剂粉末流化通过WGSR催化剂填充床的连续分离可应对产物层增厚导致的MC吸收速率快速衰减。基于晶粒尺度溶解扩散MC模型和WGSR表观动力学建立了该反应器的一维稳态活塞流模型，以此分析了750 MW整体气化联合循环（IGCC）装置中应用此新工艺的技术经济性。基于模拟获得的CO₂、MC吸收剂粉末转化率及给定能耗、碳税等计算CO₂减排费用表明：将MC吸收剂的碳酸化产物作为水泥辅助性凝胶材料（SCM）产生附加值是此技术商业化的前提；考虑CO₂、MC吸收剂粉末转化率与研磨能耗，宜采用10 μm左右的MC吸收剂细粉末。

单组元能源属于燃气能源，不同于依赖氧气燃烧释能的常规能源，它是无须空气条件下通过催化分解含能液体化学品生成高温高压气体，流经拉瓦尔喷管产生推力或吹动涡轮输出轴功率。特点是高可靠，快响应，低成本，飞行高度不受限，常被用于为航空航天装备提供轨道维持和应急保障的动力。该类能源动力系统启动时，液体推进剂进入到反应催化床内与催化剂接触，并在毛细管力作用下，浸入载体微-纳孔道内被贵金属纳米粒子活化，发生催化分解反应生成高温高压小分子气相。受催化剂孔道结构、尺寸及表面活性影响，孔道内催化分解产气速率大于流体向外运动速度时，内部气相压力会急剧升高，甚至破坏载体毛细孔道结构导致失活。本文采用Poiseuille流描述催化剂孔道内的气相产物流动、毛细管力驱动牛顿第二定律解析气-液界面移动、反应物扩散-反应模型预测产气速率，揭示肼推进剂催化分解反应启动时在催化剂微纳孔道内的流动，催化反应以及气相压力形成过程，解析了启动过程中孔道内压过大导致催化剂破坏失活的物理现象，为单组元推进剂分解用催化剂孔道结构设计开发提供理论基础。

丁二酸酐（SA）是合成可降解塑料聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的原料，开展顺酐（MA）加氢制备SA催化剂的研究具有重要的应用价值。为解决MA低温加氢转化率低且容易失活的问题，本文以介孔碳为载体制备了系列不同镍含量的yNi/MC催化剂并进行表征和催化性能评价。由于介孔碳具有较大的比表面积和孔容，故适量提高金属Ni负载量［40%（质量）］可以增加金属Ni位点，有利于提高MA催化加氢反应的活性。在低负载量情况下，适当增加氢气的弱吸附位点有利于提高MA催化加氢的活性；而Ni的负载量高于20%（质量）之后，H₂吸附解离能力相对较强，而C=C键的桥式吸附成为反应活性的提升关键。研究表明，40%（质量）镍负载量的40Ni/MC催化剂经500℃还原后，在较低的温度（60℃）和较高的质量空速（8.3 h^-1）条件下可实现100%的SA选择性和80.1%的MA转化率，并在5次循环套用中表现出较佳的稳定性。而且，当反应温度提高至90℃时，MA转化率和SA选择性均接近100%。当采用固定床反应体系评价时，可达到150 h后依旧保持100%的MA转化率和SA选择性。因此，所制备的介孔碳负载镍催化剂在MA加氢领域显示了良好的工业应用前景。

连续流层析具有提高过程产率和介质利用率、降低生产成本等显著优势，在抗体药物生产中具有良好的应用前景。但是，连续流层析模式多样，影响因素众多，传统的基于实验的过程开发方法存在困难。将模型辅助方法引入到连续流层析亲和捕获过程，建立了模型辅助过程优化方法，系统比较了两柱、三柱和四柱连续捕获模式，确定了最佳模式和操作条件，并经实验验证。结果表明：模型预测与实验结果基本一致；与批次层析相比，四柱连续捕获的过程产率提高了27.2%，介质利用率提高了50.1%，且产品质量稳定。由此说明，模型辅助方法有助于确定最佳连续捕获模式和操作条件，促进过程优化，加速抗体药物连续生产过程的工业实现。

针对传统甲壳素制备工艺污染大、水耗高等缺点，提出了基于离子液体的高纯甲壳素制备绿色新方法。结果表明，所用离子液体中1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐（［Emim］OAc）、甲烷磺酸胆碱（［Ch］Ms）可分别通过溶解-再生两步法、溶解-分离一步法制备得甲壳素，纯度分别达到90.7%、97.4%，收率分别达到38.1%、63.9%。相比于［Emim］OAc提取体系，水含量对［Ch］Ms提取甲壳素影响较小，当水含量增大至50%时，甲壳素纯度仍达94.3%，收率维持在60%。此外，［Ch］Ms分离所得甲壳素结构未发生明显变化，仍保持为α构型，但［Emim］OAc分离所得甲壳素构型转变为半α构型。提出了［Ch］Ms阴、阳离子协同作用脱除蛋白质、碳酸钙，制备甲壳素机理。相比于［Emim］OAc体系，［Ch］Ms提取甲壳素具有低成本、易分离、流程短及产品纯度高等优势，更有利于大规模应用。

双回流（DR）变压吸附（PSA）工艺具有不受压力比影响的优势，有望突破传统PSA的热力学限制同时获得两种高纯气体。基于两塔四步DR PSA工艺，分别考察了活性炭（AC）、13X和5A分子筛复合吸附剂以及Cu（Ⅰ）/AC单吸附剂的分离效果，实现了同时制备高纯H₂和CO产品。利用Aspen Adsorption模拟平台开发了一个由质量、动量和能量平衡方程组成的非等温吸附模型，并通过固定床吸附实验验证了模型的可靠性。结果表明，AC、13X和5A分子筛复合吸附剂的DR PSA工艺分离效率欠佳，但表现出更强的CO解吸能力；而单独以Cu（Ⅰ）/AC为吸附剂，可以显著提升分离效率，即以CO/H₂=0.5/0.5（体积比）合成气为原料，获得纯度>99.999%的H₂产品，其中CO含量<0.20 ml/m³，收率达96.69%；同时CO产品纯度>97.00%，收率达99.16%。增大轻、重组分回流比可以进一步提高H₂和CO产品气的纯度。

利用膜分离技术进行染料脱盐，对实现纺织印染废水的清洁处理与资源回收具有重要意义。以聚全氟乙丙烯（FEP）中空纤维膜为基膜，通过邻苯二酚（CA）和聚乙烯亚胺（PEI）共沉积改善膜表面亲水性，利用聚吡咯（PPy）构筑中间层优化界面聚合过程，制备FEP中空纤维复合膜。结果表明：改性后，膜表面的水接触角由122°降至39°，亲水性改善；当吡咯（Py）浓度为10%（质量分数）时，所得复合膜综合性能最佳，对考马斯亮蓝和刚果红等的截留率达95%、NaCl和MgSO₄等的截留率均低于8%，可实现染料与无机盐的高效分离。经有机溶剂处理以及在高运行温度（80℃）下，膜的截留率保持稳定，显示耐热和耐溶剂性良好。此外，FEP中空纤维复合膜还可实现二元染料分离。

随着全球塑料产量的增加，废弃塑料处理问题日益严重，热解技术作为一种将废弃塑料转化为高附加值产品的方法，引起了广泛关注。通过分子水平动力学模型与机器学习相结合的方法，研究了聚乙烯（PE）的热解过程。首先，利用分子水平动力学模型针对不同分子量分布的PE原料，生成大规模热解数据集。然后，基于大规模数据集构建了9种机器学习模型，评估其预测能力及特征重要性，分析影响热解产物收率的关键因素。结果表明，反应时间和热解温度是主要影响因素，KNN模型在气、液相产物预测中表现最佳。通过优化机器学习模型和扩大数据集，可以显著提升热解过程的预测准确性和效率，为废弃塑料资源化提供了新的思路和方法。

针对生物质气化制备绿氢过程中气化效率低、氢气选择性差的挑战，提出了一种热解串联挥发分化学链重整制氢的解耦工艺。在对上述过程理论分析时发现，热解挥发分的产量和组成与生物质性质和热解操作条件之间的复杂关系难以通过传统模型化方法被准确关联，从而制约了上述工艺的精确分析调控。因此本文基于机器学习方法建立了生物质快速热解过程的产物分布预测的神经网络模型，并结合粒子群优化算法确定最佳热解条件，使热解挥发分的氢原子比和高位热值最大化，氧原子比最小化。随后，基于流程模拟对挥发分化学链重整制氢工艺进行了分析和优化。研究结果显示，所建立的神经网络模型能够准确预测热解三相产物的产率、热解气的详细组成、热解油的元素分布及高位热值等。在上述输出参数的综合测试集中，模型的平均决定系数为0.821，平均均方根误差为2.00。优化后，草本生物质（小麦秸秆、玉米秸秆）和木本生物质（榕树、松木）的热解挥发分产率为64.49%~78.62%，氢原子占比在3.77%~4.39%之间。在重整温度700 ^oC，蒸汽/生物质质量比0.71~0.88的优化工况下，小麦秸秆的氢气产量和CO₂负排放能力最高，分别为0.60 m³/kg与-1.74 kg /m³。采用生物质挥发分化学链重整制氢工艺，四种生物质的氢气产量相较常规气化分别增加了61%、35%、16%和34%。研究结果为生物质制备绿氢提供了有效的基础支撑。

准确预测气体在液相中的溶解度对研究气体水合物的稳定性和分解动力学具有重要意义。采用Valderrama-Patel-Teja状态方程和Wong-Sandler混合规则关联了CH₄和CO₂在水相中的溶解度数据。为了进一步扩展至电解质溶液体系，考虑了Debye-Hückel静电力作用；由汽液相平衡数据和低压盐析系数拟合了气体-水、气体-电解质的交互作用参数。基于扩展的Patel-Teja状态方程与Chen-Guo水合物模型，预测了水合物共存体系下CH₄和CO₂在纯水和电解质溶液中的溶解度。结果表明，理论模型计算结果与实验数据具有较好的一致性，纯水体系下二者的平均相对偏差分别为5.740%和3.530%；对于NaCl水溶液体系，其预测的气体溶解度平均相对偏差分别为2.340%和1.990%。模型可为海底CO₂水合物法固态封存、CO₂置换开采天然气水合物等技术开发提供理论参考。

电解水制氢的分布特性对水电解池的性能和寿命有着重要影响。利用分区印刷线路板对电解水的稳态与动态过程进行电流密度分布和温度分布的原位表征，分析在水流量和表观电流密度影响下传质极化对多物理场的作用效果。结果表明，当水电解池处于电化学极化和欧姆极化区时，电流密度分布和温度分布较为均匀且稳定；而当水电解池处于传质极化控制区时，电流密度分布差异明显，而且传质极化程度越大局部电流密度分布差异越大，对应温度分布的高温区随流量增大从进水侧逐渐向出水侧偏移。此外，采用归一化电流密度分布分析了动态过程中电流密度的分布演化过程，结果表明，造成水电解池分布均一性变化的主要原因是传质极化，传质极化发生过程中靠近下游出口区域的低电流密区逐渐增大，最终形成稳定传质极化时的分布特征。

在海底或寒冷地区原油的开采和运输过程中，当达到气体水合物形成的温度和压力条件后，水合物会在管道内形成和聚集，进而堵塞管道、阀门等，威胁油气运输安全。因此，研究水合物在油气输送管道中的形成问题一直是油气生产和运输部门关注的焦点。本实验应用高压可视水合物膜生长微观实验装置，采用悬滴法对悬垂在甲苯、甲苯与正庚烷混合油相（1∶1，体积比）、正庚烷中的微水滴表面甲烷水合物膜形貌与生长特性进行研究，测定了不同温度（274.15~277.15 K）和压力（5.37~7.26 MPa）下甲烷水合物膜生长动力学数据。实验结果表明，水合物膜生长速率随甲烷在不同油相中的溶解度增大而增大，膜生长速率（274.15 K，6 MPa）在正庚烷中（0.26 mm/s）>混合油中（0.23 mm/s）>甲苯中（0.21 mm/s）。水合物膜增厚生长过程中水通过膜向外转移，使得水合物膜上的褶皱间的“沟壑”逐渐被增厚生长的水合物填平，甲苯中形成的水合物表面粗糙增厚速率最快而正庚烷中形成的水合物膜表面光滑增厚速率最慢。温度的降低和压力的增加都使得水合物膜横向生长速率增加，其中压力的影响比温度更显著，且生长速率均呈现在甲苯中最慢正庚烷中最快。以压力差为驱动力的模型可很好地预测甲烷水合物膜生长动力学数据（AARD=6.12%）。

2060年碳中和目标下，发展清洁可再生能源势在必行。然而，颠覆百年工业革命下以化石能源为基础的工业文明，建立以清洁能源为基础的全新工业架构存在巨大挑战。关键问题在于可再生能源的物质转化与能量利用的理论极限未知，与之相匹配的工业流程仍不明晰。基于“绿电引入后工业过程热的缺失”问题，本文从“系统—环境”、“热—电”及“效率—速率”三个方面提出热力学视角下的碳中和三问，利用能够描述过程理论极限的热力学方法剖析碳中和问题；并尝试思考基于绿电转换器、光电化学工程、膜分离及热泵等再电气化手段的化学工业流程再造蓝图，以期为理解和布局碳中和所需颠覆性技术提供化工新视角。