气液界面的传质行为显著影响化工反应与分离过程的效率，从而影响化工设备的设计、优化和操作。随着微纳科学和技术的发展，气液界面传质行为的研究从毫米尺度得以深入到微纳米尺度。研究人员发现传统的宏观连续模型难以描述与解释微纳气液界面传质行为，因此发展适用于微纳尺度的新模型意义重大。本文综述了近年来关于微纳尺度气液界面传质行为的研究进展，具体内容包括：（1）微纳气液界面结构和分子富集现象；（2）表面张力及表面张力差、密度差等引起的界面不稳定现象；（3）现有的气液界面传质理论与微纳尺度下气液界面传质的研究进展。

微气泡具有液相停留时间长、界面电位高、传质效率高等特点，在水处理、矿物浮选、食品加工、化学工业、医疗检测等领域具有广泛的应用潜力。微气泡的高效发生是微气泡过程强化技术的关键。现有的微气泡发生通常包括初始气泡在孔口的形成与脱落、运动气泡的破碎、气体溶解度骤变析出等过程，据此分别对气泡生长-脱落过程控制、气泡破碎控制、气体溶解度控制、多种方式耦合等微气泡发生方法进行了介绍，指出现有微气泡发生器仍存在气体处理量小、能耗高等问题，同时亟待建立一套基于各行业需求、用于筛选微气泡发生方法的综合评价标准。

气固流化床反应器因其良好的两相接触特性在炼油、化工领域获得了广泛应用。但近年来炼化企业对目标产品的要求趋于多元化，这就需要在同一反应器内完成多种反应，采用不同性能催化剂颗粒的耦合反应器是一种很好的解决方案。本文分析了小差异和大差异双组分颗粒流化床反应器在多产低碳烯烃催化裂化过程中的应用，对比各种二元颗粒体系流化床反应器的结构和工艺条件，结合大型冷模实验研究的结果，指出大差异二元颗粒多区耦合反应器比组合流化床更易实现两种反应过程流动-传递-换热的耦合。并提出开发二元颗粒体系流化床反应器所需关注的问题，为其设计提供参考。

热化学反应工程是研究以“热”诱发或“热”驱动的化学反应的工程科学与技术，与光化学反应工程、电化学反应工程、催化反应工程、聚合反应工程等同属于化学反应工程的重要分支，也是“工程热化学”新兴交叉学科的关键基础。热化学反应工程广泛应用于化工、能源、冶金、材料、环境、航空航天和国防等众多工业领域，其核心设备为热化学反应器，反应器内部的动量、质量和热量的传递过程直接影响着工艺效率与产品质量。本文聚焦热化学反应工业中具有代表性的五个行业：气化、热解、钢铁、炭黑和水泥，系统梳理了典型热化学反应器的发展历程，重点分析了原料种类、反应器形式、供热方式及反应类型等关键要素的演变。通过揭示“热”与“反应”在微观尺度、反应器尺度以及过程/系统尺度上的匹配机制，探讨了其对各行业技术进步的推动作用，为热化学反应工程领域的快速、低碳、创新发展提供可借鉴的思路和参考。

乙苯作为大宗化工原料应用广泛，目前工业上主要通过分子筛催化苯与乙烯烷基化制得，分子筛催化剂的开发与更新换代对于实现乙苯的绿色低碳高效生产具有重要意义。本文从三个方面综述了用于乙苯生产的分子筛催化剂的研究进展，包括气相法、液相法及其它制备乙苯路线所使用的分子筛催化剂，并总结了分子筛催化剂的活性中心修饰、孔道结构调变及晶体形貌控制在乙苯生产中的应用，指出应基于具体乙苯生产路线的特点，有针对性地对分子筛催化剂在活性中心、水热稳定性、传质性能等方面进行优化。

本文综述了面向CO₂加氢制甲醇反应的Cu基催化剂新型设计策略。开篇介绍了Cu基催化剂的研究现状，强调了其低温活性和商业应用的优势。然而，传统Cu基催化体系的组成和合成方法较为固定，通过优化反应条件、改性催化剂载体等策略提高甲醇选择性和CO₂转化率存在瓶颈。为此，重点介绍了反相催化剂、原子层沉积（ALD）、贵金属掺杂等新型设计策略，并阐述了其在改善Cu基催化剂的稳定性、活性和选择性方面发挥的作用。本文详细综述了这些新策略的作用机制及其在实际应用中的潜力，旨在为CO₂加氢制甲醇的资源化利用提供理论支持与技术指引。

丙烷氧化脱氢催化反应是增产丙烯、实现烷烃资源高值利用的重要途径。硼基催化剂在丙烷氧化脱氢制丙烯过程中展现出重要的科学价值和工业化应用潜力，近年来引起了业界的广泛关注。研究者们从催化材料和催化反应动力学角度出发，设计构筑组分及结构可调的硼基催化剂，助力活性位点的识别，揭示硼基催化剂丙烷氧化脱氢反应机理。本综述对近期丙烷氧化脱氢硼基催化剂的结构特点及其催化性能等方面进行了系统的讨论，总结了这些硼基催化剂的活性位来源，阐明催化剂的构效关系。基于目前的研究现状和所面临的挑战，对硼基催化剂体系的研究前景和未来工业化应用进行了展望。

随着全球对环境保护和可持续发展的日益重视，过程工业的绿色化转型显得尤为重要。分子筛作为一类重要的催化材料，在石油化工、环境治理等领域发挥着关键作用。本文聚焦于分子筛的绿色合成技术，探讨了实现分子筛绿色合成的新方法，旨在减少环境污染、提升资源利用率。本文从模板剂的选择、原料的优化以及合成方式的创新三个方面进行了详细阐述。首先，讨论了无模板剂或晶种的使用，以减少合成过程中有害有机模板剂的排放；其次，分析了利用工业副产品或废弃物作为原料，实现资源的循环利用；最后，介绍了外场强化新型合成技术，这些技术能够提高合成效率、降低能耗，并减少废物的产生。通过这些绿色合成方法的应用，可以显著降低分子筛合成对环境的影响，同时保持或提高其催化性能，为催化剂制备的绿色发展提供了新的思路和技术支持。

随着越来越多的新型有机污染物出现，水处理技术面临更大的挑战。非均相催化臭氧氧化技术是高效去除难降解污染物和深度处理废水的有效方式之一，受广大研究者的关注，该技术的关键在于新型高效臭氧氧化催化剂的开发。近年来，钙钛矿氧化物因其结构稳定和具有较强的可调控性，在废水处理领域得到广泛应用。本文综述了钙钛矿氧化物催化剂在催化臭氧氧化过程中的研究进展，总结并进一步探讨了钙钛矿氧化物催化剂在催化臭氧氧化过程中的活性位点辨析及性质调控机制、反应机理等，为今后的研究提供新的见解和参考。

光控药物可以实现对药物活性的高时空分辨调控，提升药物选择性，在疾病精准治疗方面展现出广阔的应用前景。然而，基于传统光开关染料的光控药物往往受限于光调控-药物活性难以协同、生理环境毒性大、稳定性差等瓶颈，难以满足活体应用需求。药物活性光开关染料兼具药物活性及光开关性能，以此构建的新型光控药物可以实现光控单元与药物活性“一体化”，协同光反应性能与药物活性，有效提升光控药物设计效率与生物相容性。本文围绕光调控效率、生物相容性这两个关键性能，对近年来报道的基于药物活性光开关染料构建的新型光控药物及其生物应用进行归纳总结，对不同种类的光开关染料特性进行概括与评价，最后对未来光控药物设计及光药理学应用前景进行了展望。

电镀铜是制约集成电路载板质量和产能的关键工艺，镀铜质量直接影响了电子产品的电气性能和可靠性。随着人工智能（AI）、5G通讯和智能制造等行业的快速发展，市场对集成电路载板镀铜技术要求越来越高。为了给集成电路载板工业应用的电镀铜工艺优化和创新提供参考，本文综述了集成电路载板电镀液的基础镀液及各种添加剂（加速剂、抑制剂和整平剂）的作用机理，并介绍了动力学建模在电镀铜技术研究方面的应用，着重阐述了有机添加剂之间的相互作用在电极动力学中的进展，提出现有动力学模型的主要问题是动力学参数多为人为设定、模型普适性有限，提倡在全面理解添加剂作用机理的基础上，开发更具普适性和高精度的电极动力学模型，为实际工业应用中的电镀铜工艺优化提供有力支持。

桨叶对气液搅拌釜式反应器的传质和反应性能起到至关重要的作用。本研究建立并验证了一种耦合欧拉双流体模型和群平衡模型的气液搅拌釜计算流体力学模型，并利用该模型研究了三层桨叶结构及组合形式对气液分散性能的影响规律。当径向六抛物面叶片圆盘涡轮桨（PDT）和六箭叶圆盘涡轮桨（ABDT）置于底部，轴向四宽叶轴流桨（KYA）、四宽叶翼型桨（WH_D）和斜四叶开启式涡轮桨（PBT）置于上部时，形成的流场结构相近，但PDT+2KYA桨叶组合中KYA排液量大，相比其他桨叶组合更有利于釜底物料更新。由于KYA排液量大，ABDT破碎气泡能力强，有利于延长气泡停留时间，因而PDT+2KYA和ABDT+2PBT搅拌釜均有较高的气含率。ABDT+2PBT桨叶组合对应的气泡尺寸最小，容积传质系数最高，单从传质性能考虑该桨叶组合最优。随着搅拌转速的提高，ABDT+2PBT和PDT+2KYA桨叶组合的容积传质系数接近，并且前者搅拌功率更大。高搅拌转速下PDT+2KYA桨叶组合对应的单位功率气含率和单位功率平均容积传质系数更高，综合考虑PDT+2KYA桨叶组合最优。这些研究结果可以为气液搅拌反应器的桨叶设计优化提供一些理论指导。

为了计算气固催化反应和传热过程中能量的转移和转化，并预测固体温度的变化，采用自主提出的硬球-拟颗粒方法，建立了反应-扩散-传热过程的离散-连续耦合模型。通过模拟高温气体效应下气固作用过程，揭示了微观尺度上的能量交换机制。结果表明当来流温度从600 K升高到4 200 K时，固体表面总热流密度从0.4 MW/m²增加到9.5 MW/m²，提高了23倍。模拟实现了气固表面复杂作用下固体热流和温度分布的预测，为纳微尺度材料表面反应和传热过程的研究提供了可行的模型和方法。

为了准确描述对苯二甲酸二甲酯（DMT）加氢反应器的性能，利用Aspen和计算流体动力学（CFD）二者优势，基于Aspen辅助CFD进行DMT加氢反应器内气液两相流动、组分传递和传热过程的模拟。采用Aspen计算获得DMT加氢反应动力学模型和热物性关联式，且验证反应模型的有效性。利用用户自定义函数（UDF）将反应动力学模型和热物性关联式引入CFD控制方程组，CFD模拟了DMT加氢反应器床层多相流动、组分传递和反应过程。Aspen辅助CFD计算结果与工艺设计计算结果吻合良好，说明数值方法和所建模型的有效性。基于验证后的CFD多相多组分数学模型基础上，探索催化剂颗粒直径、氢酯比（气相中氢气和液相中DMT物质的量之比）及入口速度分布对床层温度、压降和组分的分布规律，掌握DMT加氢反应器的性能，为其工程设计服务。

为了更好地预测生物质和聚乙烯（PE）共热解过程中的气体产率，本研究整理了生物质和PE共热解文献中气体产率的数据集，采用机器学习方法建立了PE-生物质共热解气体收率的预测模型，并采用特征重要性和偏依赖分析方法来量化输入因素与气体产率之间的关系。在不同输入数据集的情况下，梯度提升决策树模型（GBDT）、K-近邻模型（KNN）和随机森林模型（RF）在训练数据和测试数据中均表现出良好的通用性和准确性。GBDT模型的训练结果显示，均方根误差（RMSE）为1.19，决定系数（R²）为0.99，在预测气体产率时，RMSE为3.86，R²为0.91。生物质的氮含量和灰分含量在共热解过程的气体生成中发挥了最重要的作用，其次是加热温度和塑料与生物质的质量比。

采用一种带有中心轴结构的环形旋流反应器，以液-液混合反应方式制备无机盐颗粒，探究该设备在反应结晶方面的优势。通过计算流体力学（CFD）模拟分析环形旋流反应器的流动特性，包括压降、停留时间、速度梯度、湍流动能和剪切率等。随后，向反应液中加入羧甲基纤维素钠（CMC），研究反应液黏度对碳酸钙颗粒结晶的影响。CFD模拟显示，该旋流反应器具有压降低（＜5 kPa）、平均停留时间短（＜2 s）、旋流段稳定且存在较高的速度梯度、高湍流动能、高剪切率、高液-液混合程度的特点，其内部流型类似于平推流，可使无机盐颗粒有近似相同的生长时间，有利于获得粒径均一的碳酸钙颗粒。加入CMC后，得到的碳酸钙晶型为方解石和球霰石。相较于搅拌设备，旋流反应器合成的碳酸钙颗粒粒径更均匀，表面更光滑，平均粒径为4～6 μm，标准偏差为1.0～1.6 μm，说明旋流反应器在反应结晶方面具有独特优势。

合成反应器是醋酸乙烯生产装置中的关键设备，其放大设计是反应器开发的核心难题，需要通过获取准确的反应动力学方程来解决。采用密度泛函理论（DFT）、动力学蒙特卡罗（kMC）及计算流体力学模拟（CFD）相结合的多尺度模拟方法，研究了乙烯气相法合成醋酸乙烯过程的反应动力学，并应用于醋酸乙烯合成反应器的设计开发。通过构建催化乙烯法醋酸乙烯合成反应的PdAu催化剂模型及醋酸乙烯合成主反应和副反应的反应网络，利用DFT计算得到主副反应网络中各基元反应活化能与指前因子等参数；然后基于上述研究，通过kMC模拟，研究得到幂函数型反应动力学方程；最后，采用CFD将该反应动力学方程应用于反应器设计开发中，提出合成反应器的放大准则。通过该方法建立的放大方法，已实现了大规模工业应用，为反应器设计开发提供了一种新思路。

碳酸二甲酯与乙醇酯交换生成碳酸甲乙酯（EMC）属于可逆-连串的复杂反应体系，针对该反应体系设计了较低温度反应-较高温度精馏集成的“背包式”反应精馏生产碳酸甲乙酯新过程，酯交换反应和精馏分离可以分别处于最优工况条件，并与常压精制塔、高压回收塔构建了碳酸甲乙酯生产新工艺。以年度总成本（TAC）最小为目标，采用改进的蝙蝠算法，利用Aspen Plus和Matlab软件对精馏总塔板数、进料位置、催化剂装填量、侧反应器台数、侧线采出位置进行优化设计，在最优工艺条件下，单位EMC的TAC为10.48 $/kmol。为最优工艺流程设计了一种针对全流程的温度-比例控制方案，添加±10%碳酸二甲酯进料流量扰动，具有良好的鲁棒性，为工业设计和装置稳定运行提供参考。

1,3,6-己烷三腈（HTCN）在特种异氰酸酯和电池电解液方面有重要应用。本工作从绿色、安全和热力学可行性的角度对HTCN制备1,3,6-己烷三亚甲基异氰酸酯（HTMI）的反应过程进行理性设计，并对各反应的自由能、原子利用率及安全性指数等参数计算，构建了强化反应过程的耦合反应体系。在HTCN加氢制1,3,6-己烷三亚甲基胺（HTMA）反应体系中，甲醇-水为氢载体的加氢反应具有明显优势；在HTMA甲氧羰基化制1,3,6-己烷三亚甲基氨基甲酸甲酯（HTMC）反应体系中，碳酸二甲酯、CO₂-甲醇分别为甲氧羰基化剂的反应具有优势。通过HTMA的碳酸二甲酯甲氧羰基化反应与甲醇氧化羰基化反应耦合、HTMA的CO₂-甲醇甲氧羰基化反应与水汽变换的反应耦合设计，可以显著提高热力学优势和增加原子利用率。本工作为建立HTCN制备HTMI新工艺提供了理论基础。

探索高效、低成本的助催化剂以提高光催化制氢性能，在能源利用技术发展中具有重要的意义。本研究以Ti3AlC2为原料，通过选择性刻蚀方法及随后的液相剥离过程，成功制备了二维Ti3C2Tx纳米片。采用经典的水热法，在Ti3C2Tx纳米片表面原位修饰了Cd0.8Zn0.2S纳米颗粒，合成了一种新型的异质结光催化剂。得益于Ti3C2Tx纳米片优异的电子传输作用，所制备的Cd0.8Zn0.2S/Ti3C2Tx纳米材料表现出较强的光生空穴-电子对分离与迁移能力，并展现出优异的光催化析氢活性。在可见光照射下，Cd0.8Zn0.2S/Ti3C2Tx纳米材料的产氢速率可达1954.2 μmol/(g·h)，是相同条件下纯Cd0.8Zn0.2S纳米材料的4.2倍。

采用水热法合成了Sn掺杂的CeO₂（xSn-CeO₂），再浸渍Pt，制备了一系列Pt/xSn-CeO₂催化剂，并考察了其催化丙烷氧化脱氢（CO₂-ODP）反应的性能。结果表明，Sn掺杂形成了Ce_1-xSn_xO₂固溶体，且随Sn含量增加，Pt/xSn-CeO₂催化剂表面氧缺陷浓度先增大后降低，而Pt电子密度则单调降低。反应结果表明，随催化剂中Sn掺杂量从0增加到5%（质量分数），初始丙烷转化率先增大后降低；而初始CO₂转化率和丙烯选择性则分别呈现单调降低和单调升高的变化规律。其中，Pt/1Sn-CeO₂催化CO₂-ODP的性能最佳，其初始丙烷转化率和丙烯选择性分别为48.3%和73.2%。关联分析Sn影响Pt/CeO₂催化CO₂-ODP的结构和活性结果表明，氧缺陷含量和Pt电子密度是影响Pt/xSn-CeO₂催化CO₂-ODP活性的关键因素。上述认识为进一步优化设计Pt基CO₂-ODP高性能催化剂提供了重要的参考价值。

飞行器在高速飞行过程中面临严峻的热管理问题。碳氢燃料的催化重整反应作为一种强吸热反应，能够提供比其他化学反应更高的化学热沉，有望解决超燃冲压发动机的热管理问题。本研究制备了具有小粒径和高度分散的铑基催化剂（Rh/γ-Al₂O₃），并对其构效关系进行了表征分析。使用固定床反应器考察了所制备的Rh/γ-Al₂O₃在不同Rh负载量、空速、还原气氛下的催化活性和稳定性，使用固定填料式电加热管反应器评价了其在超临界条件下的催化重整效果及对热裂解的影响，考察了超临界条件下含水量、催化剂用量、流量等因素对正癸烷催化重整热沉的影响。结果表明，在含水量为20%（质量分数）条件下，催化反应热沉在675 ℃可达4.25 MJ/kg，相较于热裂解热沉提升了0.75 MJ/kg。

化学链甲醇氧化蒸汽重整（CL-OSRM）可以在自热重整的同时实现气体分离，是新型分布式高效制氢途径。本工作以CuO/ZnO/Al₂O₃催化剂为载氧体，通过CL-OSRM过程实现载氧体在还原阶段提供晶格氧并催化甲醇重整，氧化阶段再利用空气再生载氧体。通过固定床反应器评价载氧体的反应性能，对反应温度、进料流量及水醇比进行优化，在反应温度为220 ℃、进料流量为0.04 mL/min、水醇比（物质的量之比）为1的条件下，实现甲醇转化率超90%且氢气中CO浓度低于1%。氧化-还原循环实验表明，载氧体在CL-OSRM过程中保持良好的活性和结构稳定性。高分辨透射电子显微镜及X射线衍射分析表明，载氧体与甲醇反应过程中，铜物种由CuO经过Cu⁺的中间态逐步被还原为Cu⁰，其分别对应甲醇完全氧化、部分氧化与催化重整阶段。本工作为CL-OSRM工艺的进一步优化及在清洁制氢领域的应用提供了重要理论基础。

以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和氟化铵（NH₄F）作为结构导向剂，采用一步法自组装合成了MOF-74/ZIF复合催化剂的前驱体。随后，在氮气氛围下对前驱体进行热处理，制得碳氮负载的Cu-Cu₂O催化剂，记为Cu-Cu₂O/MFZ-CN，将该催化剂用于CO₂与环氧化合物的加成反应。结果表明：Cu-Cu₂O/MFZ-CN催化剂在CO₂与氧化苯乙烯的环加成反应中，展现出优异的催化活性，其氧化苯乙烯的转化率高达70.1%，且碳酸苯乙烯酯的选择性达到了99.0%。在催化剂的热解过程中，生成的金属Cu，Cu₂O和MgF₂成为了重要的活性组分和载体。其中，Cu₂O具有一定的Lewis酸性，可以有效活化环氧化合物和CO₂，从而促进反应的进行。整体来看，Cu-Cu₂O/MFZ-CN催化剂的成功合成与其优异的催化性能为未来在CO₂转化领域的发展提供了新的见解和潜在的应用前景。