石油和天然气的高效开采与利用关系着中国能源发展的安全，不断提高油气开采效率与资源利用率，是中国油气开采的重要发展方向。然而，在油气田开采过程中经常会出现盐垢析出堵塞输送油气管道、钻具和油气井等现象，严重影响了油气开采的效率。探明油气田结盐现象的原理并开发新型防盐技术，是应对该挑战的重要方向。综述了现有油气田结盐成分与机理的研究成果，系统梳理了现有常用的防盐技术，重点总结了现已开发的防盐剂种类和原理，归纳了防盐剂的筛选原则及其研究面临的挑战和未来的发展趋势，为未来油气田体系中新型防盐剂的设计开发提供理论支撑与实践指导。

氢能源一直被认为是化石能源最有潜力的替代者。电解水制氢是一种简单有效的方法，但其中涉及的析氢和析氧反应均为缓慢的动力学过程，这严重阻碍了电解水制氢的商业化应用，因此开发低成本、高效、稳定的催化剂来提升电解水的效率是当前迫切需要解决的问题。氮化硼纳米片因其具有独特的二维结构、优异的抗氧化性、热稳定性、宽带隙等特点，使其在电解水析氢和析氧反应中表现出优异的电催化活性。因此，氮化硼纳米片在电解水领域中有着广阔的应用前景。论文综述了近些年国内外氮化硼纳米片的主要制备方法，包括机械剥离法、化学剥离法和化学气相沉积，并分析了这些方法的优缺点。同时，还综述了氮化硼纳米片在电解水领域中应用的研究进展，包括析氢反应和析氧反应。最后，对氮化硼纳米片在制备方法和电解水领域的未来发展趋势进行了展望。

随着新能源行业的快速崛起，锂离子电池在各个领域的应用持续激增。然而，石墨负极的商用锂离子电池的高性能只能在0 ℃以上实现，这限制了电池在低温寒冷地区的应用。为了满足锂离子电池的低温应用需求，通过分析石墨低温环境的受限因素，探究其机理并深入了解导致锂离子电池低温性能差的关键因素。重点介绍了提高低温性能的可行性策略和解决方案，从结构设计、形貌控制、表面与界面修饰、多相材料等方面综述了低温负极材料工程化的最新进展。最后，对低温石墨负极材料领域有待解决的问题进行了讨论。旨在为开发具有优异低温电化学性能的下一代LIBs提供有价值的见解和指导。

在湿法磷酸生产过程中，磷石膏中的共晶磷是导致磷资源浪费的关键因素，解决共晶磷损失问题对磷酸生产具有重要意义。为了降低二水法湿法磷酸工艺的共晶磷损失、提高经济效益，设计在Ca（H₂PO₄）₂-H₃PO₄-H₂SO₄体系下模拟无固相的二水法湿法磷酸生产过程，考察反应温度、液相P₂O₅质量分数、陈化时间和液相SO₃浓度对磷石膏中共晶磷含量的影响。结果表明，当反应温度为75 ℃、液相P₂O₅质量分数为26%、陈化时间为3.0 h、返酸中添加过量3.0%的硫酸（液相SO₃质量浓度为41.19 g/L）时，磷石膏中的共晶磷含量显著降低至0.21%（质量分数）；对比不同反应条件下生成的二水硫酸钙晶体形貌差异，观察到该反应体系生成的二水硫酸钙晶体以板状和棒状晶形为主，其中长棒状晶体在轴向方向的优势生长有利于减少磷石膏中共晶磷的含量。实验对磷石膏中共晶磷含量的变化及其结晶形貌进行了研究，有利于更加全面的认识共晶磷的形成机理，同时对二水法湿法磷酸实际生产选择合适的工艺参数具有参考价值。

针对钛系锂离子筛（H₂TiO₃）在周期循环过程中存在溶损，导致循环性能较差的问题，研究通过金属离子掺杂改变晶格结构来提升稳定性。采用球磨混料，经过高温固相反应和离子交换，制备了镍改性钛系锂离子筛（Ni-HTO），探究了镍掺杂对吸附剂的结构、吸附性能及稳定性的影响，并考察了其在盐湖提锂领域中的适用性，为实际应用提供参考。结果表明：Ni掺杂有效降低了偏钛酸离子筛中Ti⁴⁺的溶出；此外，镍改性离子筛的（002）晶面间距有所减小，对Li⁺的吸附选择性显著提升，其中Li⁺对Mg²⁺的分离因子达到了281.23，且饱和吸附量为30.5 mg/g。成型后的颗粒吸附剂（Ni-HTO）用于拉果错盐湖卤水提锂测试，经20次循环吸附，对Li⁺的吸附容量保持在9.55 g/L左右，平均Ti⁴⁺溶损率由改性前的0.68%降低至0.20%，且平均选择性显著提升，表明其具备优异的吸附性能、循环稳定性及选择性。综上，镍改性钛系锂离子筛在盐湖提锂领域具有较大的应用潜力。

利用聚羧酸酯减水剂（PCE）接枝改性氧化石墨烯（GO），合成了一种新型GO基减水剂（PCE@GO），GO改性实验简便易行。接枝改性后的PCE@GO不仅可以克服GO在水泥砂浆中的团聚问题，还可以将PCE@GO作为增强材料，提升水泥砂浆的力学性能。结果表明，PCE@GO在水泥溶液中可以均匀分散，其分散稳定性得到明显改善，这是因为GO表面接枝的PCE提供的空间位阻效应和静电排斥作用阻碍了GO的团聚。此外，PCE@GO还可以显著提高水泥浆体的力学性能：掺入质量分数为0.1%的PCE@GO时，水泥复合材料28 d时的抗折强度和抗压强度达到最大值8.0 MPa和65.4 MPa，分别比掺加0.1%的GO样品提高了6.7%和23.2%。掺加PCE@GO还提升了水泥砂浆的流动性，并降低了水合物的晶粒尺寸，改善了固化后复合材料的性能。该研究为设计制备高性能水泥材料提供了理论和实验依据，对促进GO基材料在水泥砂浆中的应用具有一定的指导意义。

以正硅酸乙酯作为硅源，三甲基氯硅烷作为疏水改性剂，玄武岩纤维、玄武岩纤维-高硅氧纤维复合材料、高硅氧纤维作为基体材料，通过溶胶-凝胶法和超临界干燥技术制备出3种SiO₂气凝胶复合材料，探究紫外环境下气凝胶复合材料微观结构与性能变化。结果表明紫外老化测试前，纤维作为复合材料的骨架被气凝胶紧密包裹，两者之间形成紧密结合。老化测试后玄武岩纤维/气凝胶复合材料、玄武岩纤维-高硅氧纤维/气凝胶复合材料及高硅氧纤维/气凝胶复合材料表面均出现了微坑状结构，少量纤维从气凝胶中脱离，气凝胶结构也开始变得松散，力学性能分别降低了9.8%、11.9%、9.1%，热导率则上升了8.3%、8.5%、5.4%。基于等效辐射量理论建立自然环境下紫外老化寿命的预测方程，以力学性能衰退低于10%作为失效阈值，预测其自然环境下紫外老化寿命分别为10.0、10.8、10.9 a。3种气凝胶复合材料均呈现出桥梁紫外辐射环境下长期稳定服役的潜力，有望应用于桥梁防火领域。

针对察尔汗盐湖老卤生产碱式碳酸镁过程中所得滤饼中氯含量高导致生产所需用水量大的问题，提出一种利用察尔汗盐湖老卤两步法制备碱式碳酸镁的新思路。重点探究了一步法与两步法在制备碱式碳酸镁过程中用水量及氯含量的差异，并通过XRD、SEM等表征技术对样品的晶型、形貌进行了表征，揭示了反应过程的机理。结果表明：利用两步法合成工艺过程中，首先通过制备棒状结构的三水碳酸镁，不仅可提升过滤效率且极大降低了滤饼中氯离子的夹带率，相比一步法合成工艺，在未使用淋洗液的条件下，所得固样中氯离子夹带含量由6.12%下降至2.16%（质量分数），同时生产所需用水量仅为一步法所需生产用水量的40%，最终所得产品中MgO含量、Cl⁻含量满足HG/T 2959—2023《工业水合碱式碳酸镁》，且最终收率可达97.06%。因此，利用两步法合成碱式碳酸镁可明显改善一步法工艺大量用水问题，同时此工艺可为察尔汗盐湖老卤制备碱式碳酸镁工艺提供重要参考。

为解决传统粉煤灰混合水泥砂浆早期强度发展缓慢、孔隙结构粗化等问题。通过共沉淀法合成了聚羧酸盐改性水化硅酸钙（C-S-H/PCE）纳米复合材料，并采用多种表征对其结构进行分析。深入探究其对粉煤灰混合水泥砂浆早期力学性能、孔隙结构、水化动力学和水化产物的影响。结果表明：掺加C-S-H/PCE能够有效提高砂浆的早期抗压强度，且其抗压强度增长率与C-S-H/PCE掺量成正比；随着养护龄期的延长，抗压强度增长率减缓；C-S-H/PCE能够显著降低砂浆试样的孔隙率，并减小砂浆中的大孔比例，从而起到提高水泥砂浆的致密性，细化孔隙结构的作用；C-S-H/PCE能够促进水泥浆体的早期水化，提高浆体的早期水化程度且C-S-H/PCE掺量越高，促进效果越明显；C-S-H/PCE不仅有效促进了水泥生成更多的水化产物，加速了整个水化进程，而且这一过程并未改变水化产物的种类组成，确保了水泥性能的稳定性与可控性。未来研究可进一步聚焦于优化C-S-H/PCE的制备工艺，探索其在不同种类水泥及掺合料体系中的适用性，以及其对水泥基材料长期耐久性的影响机制。同时，结合先进的计算模拟技术，深入揭示C-S-H/PCE纳米复合材料与水泥基体间的相互作用机理，为开发高性能、长寿命的水泥基材料提供理论基础和技术支撑。

为获得纯铁法磷酸铁产业化生产工艺技术条件，在完成小试探索试验、公斤级放大试验的基础上，建成1 000 t/a磷酸铁中试装置，以99.9%高纯铁锭、85.0%净化磷酸、27.5%双氧水为原料（均为质量分数），采用磷酸溶铁、双氧水氧化沉淀磷酸二氢亚铁生产磷酸铁的工艺。该工艺实施过程需要以磷酸二氢亚铁液Fe²⁺质量分数为目标控制磷酸溶铁工艺，实验优化的工艺条件：磷酸质量分数为26%~27%，溶铁温度为88~90 ℃，溶铁时间为13~15 h，并对磷酸二氢亚铁液的存储给出了建议。将磷酸二氢亚铁Fe²⁺质量浓度控制在44~46 g/L，n（P）∶n（Fe）控制在（2.65~2.75）∶1时，以产品的比表面积为目标的氧化沉淀优化工艺条件：起始氧化温度为62~64 ℃，双氧水加料时间为50~60 min。最终获得的无水磷酸铁产品的P质量分数为20.40%~20.70%、Fe的质量分数为36.18%~36.58%、n（Fe）∶n（P）为（0.970~0.985）∶1、粒径D₅₀为3~5 μm、比表面积为6~9 m²/g、振实密度大于0.60 g/cm³、磁性物含量控制在0.5 mg/kg以下，各项指标达到电池级磷酸铁质的要求。

锂离子电池（LIBs）在电动汽车（EV）中发挥着至关重要的作用，高镍层状金属氧化物（LiNi _x Co _y Mn_1-x-y O₂，NCM，x≥0.8）是锂离子电池正极材料中最主要的类型之一。为了提高电动汽车的续航里程，增加NCM正极材料中镍含量可以提升电动汽车的实际放电比容量，然而高镍含量导致正极材料结构不稳定和容量保持能力较差。掺杂外源元素的策略可以很好地解决上述问题，利用固相烧结的方法，研究了一种通过高价W原子掺杂抑制晶格变形引起体积收缩问题的策略，同时掺杂非活性Ti原子来稳定刚性框架，这种策略能显著抑制应力的集中，从而稳定结构防止微裂纹的形成，提高电化学性能。由于其独特的结构特性，在0.1C倍率下的初始容量为221.4 mA·h/g，0.5C倍率循环200次后放电比容量为162.9 mA·h/g，容量保持率为74.6%，为高性能层状正极材料的设计提供了思路。

为缓解磷石膏堆存污染问题，促进磷石膏大宗化利用。研究采用硫酸耦合硅烷偶联剂对浮选后磷石膏作进一步除杂增白。此除杂增白工艺的适宜条件：硫酸质量分数为30%、酸浸液固质量比为5∶1、酸浸温度为80 ℃、酸浸时间为30 min、硅烷偶联剂质量分数为5%、硅烷偶联剂的反应温度为80 ℃及硅烷偶联剂反应时间为60 min。在此条件下，样品白度可由65.19%提高到91.91%，提纯效果显著。除杂增白过程中氟类与磷类杂质主要是通过与硫酸反应的方式被转化去除；硅类与有机质类杂质主要是通过硅烷偶联剂吸附聚集成大颗粒状被过滤去除。经该工艺除杂后的磷石膏与自然石膏的白度及纯度较接近，其在建材、造纸、农业、橡胶、耐热增强绝缘材料等相关行业的应用前景显著提高，对磷石膏大宗化利用的实现有一定的指导意义。

为了减少钻井生产对周边环境的污染和破坏，以煤层气钻井废泥饼为研究对象，掺入不同比例的矿渣基固化剂对其进行固化处理，将固化体的强度和浸出液的pH、悬浮物（SS）、色度、化学需氧量（重铬酸盐法，COD_Cr）等指标用于评价其固化效果，并采用X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）探究其固化机理。结果表明：随着矿渣基固化剂掺量的增加和龄期的延长，固化体抗压强度会随之增加，当矿渣基固化剂掺量为20%时，固化体养护7 d后抗压强度为0.17 MPa，已经满足原地铺路要求；当矿渣基固化剂掺量为10%时，养护7 d后，固化体浸出液的各项指标均能满足GB 8978—1996《污水综合排放标准》中的一级标准，而且矿渣基固化剂的固化效果明显优于水泥；通过微观分析得知，矿渣基固化剂在水化过程中生成的水化硅铝酸钙（C-A-S-H）和水化铝酸钙（C-A-H）等水化产物与泥饼颗粒胶结形成网络状结构，使其结构致密。该研究为钻井废弃泥饼的处理与利用提供一定的参考和理论依据。

磷石膏作为磷肥工业的副产品，其不当堆存已成为重要的环境问题，尤其是其引发的氟污染对生态系统构成了潜在威胁。通过模拟不同浸出条件（浸出时间、固液比、温度和浸出剂pH），探讨磷石膏和土壤中氟的浸出特性。结果显示，磷石膏中氟释放量显著高于土壤，特别是在酸性、高固液比和高温条件下。随着浸出时间延长，磷石膏和土壤中氟的释放逐渐趋于稳定，浸出率分别达到2.0%和9.9%；当浸出剂pH从酸性（3.03）升高至近中性（6.88）时，氟的浸出量则呈下降趋势。浸出后，磷石膏和土壤的表面形貌发生了显著变化，颗粒减小且结构更紧密。这些研究结果表明，磷石膏在酸雨和高温条件下具有较高的氟浸出风险，尤其是在夏季常见的高温和强降雨情况下，这将导致氟进一步进入环境。研究强调了对磷石膏堆存环境的有效监测和管理的重要性，尤其是在夏季高温和强降雨地区。

锌尾矿是一种有害的工业废弃物，清洁与高效利用锌尾矿不仅具有重要的环保价值，还能产生显著的经济效益。以某锌尾矿为添加剂制备了硅酸盐水泥熟料，研究了锌尾矿对熟料相组成、显微结构与水化性能的影响，探讨了Zn²⁺在熟料水化过程中的转移行为，最后总结出Zn²⁺浸出活性的钝化机理。结果表明：引入锌尾矿促进了f-CaO溶于液相，有助于C₃S晶粒的发育生长。但锌尾矿的引入也会导致ZnO与C₃A发生反应，生成了Ca₁₄Al₁₀Zn₆O₃₅，从而抑制了C₃A相的合成。随着锌尾矿的掺入，水泥净浆的3 d抗压强度逐渐下降，7 d与28 d的抗压强度却逐渐上升。当锌尾矿的掺入量增至12%，试件养护28 d后具有43.49 MPa的抗压强度。Zn²⁺浸出活性的钝化机理研究结果表明，部分Zn²⁺能固溶于C₃S相，但大多数Zn²⁺分布于中间相，并以合成无水化活性的Ca₁₄Al₁₀Zn₆O₃₅的途径被固化；此外，水化后含Zn²⁺的C₃S生成水化硅酸钙凝胶物理包裹Zn²⁺，束缚其浸出活性，两者协同赋予制品良好的环境安全性。研究结果为锌尾矿的清洁高效利用提供了新的途径。

为了解决隧道内部由于空气流通不畅，导致汽车排放尾气NO聚集所造成的污染问题。首先通过蒸发溶剂-原位热聚合法制备了B元素掺杂的富氮氮化碳（B/C₃N₅）复合材料，B原子掺杂后并非取代N原子形成B—C键而是取代C原子形成B—N键。B掺杂后实现了光生载流子的高效分离，光生载流子荧光寿命延长，表现出良好的可见光NO去除活性，可见光照射2 h内NO去除率最高可达97.36%。以环氧树脂E-44作为成膜基质，B/C₃N₅复合材料作为活性中心，低表面能有机氟硅作为功能单体合成了自清洁乳液，通过喷涂法将乳液喷涂到混凝土表面形成B/CN自清洁涂层，涂层具备良好的超疏水和疏油性能，1.3% B/CN涂层的静态水接触角达到了160.2°。经过紫外光照射7 d，砂纸磨擦30次和水油冲击15次后涂层静态水接触角仍高于150.0°，涂层具备良好的耐久性。自清洁涂层具备优异的可见光去除NO活性，可见光照射2 h，1.3% B/CN涂层几乎将NO完全去除，去除率达到了99.98%，循环使用5次后仍保持了高于96.00%的NO去除活性，适用于隧道混凝土内壁降解去除汽车尾气有害NO气体。

为了解决室内装修释放HCHO气体的危害和废旧风电叶片的资源化利用问题。研究以3-氨基-1，2，4-三唑为前驱体，硫脲为硫源，通过原位热聚合法制备了S掺杂量为2.0%的富氮氮化碳（2.0% S-C₃N₅）光催化剂，采用X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱（FT-IR）、N₂吸附-脱附、紫外可见漫反射光谱（UV-vis DRS）、稳态荧光光谱（PL）、电子顺磁共振波谱（EPR）、瞬态光电流谱（TPC）和交流阻抗谱（EIS）等技术对光催化剂的物相、基团、比表面积、光谱吸收、光电子-空穴复合、缺陷和电化学性质等进行了表征。S掺杂后实现了光电子-空穴的高效分离和光谱响应的增强，有效提高了C₃N₅的光催化活性，实现了对HCHO的高效去除，HCHO的去除率达到了94.97%。以废旧风电叶片物理粉碎后的玻璃纤维增强树脂基复合材料（FRP）作为增强填料制备的FRP填料混凝土作为基体，掺杂2.0% S-C₃N₅的硅酸盐水泥净浆作为光催化涂层，构筑了FRP增强混凝土负载2.0% S-C₃N₅水泥涂层，2.0%S-C₃N₅掺杂量为5.0%的涂层在可见光下对HCHO的去除率为91.05%。相比普通混凝土，FRP的掺杂和2.0% S-C₃N₅水泥涂层的涂覆使得普通混凝土的力学性能得到了显著提升，养护28 d抗压强度和抗折强度分别提升了18.97%和20.00%。