苯并芘（B［a］p）作为典型多环芳烃化合物之一，具有强致癌、致畸及致突变作用，广泛分布在土壤、大气以及水体环境。基于过硫酸盐的高级氧化技术因其快速、简便以及高效等优点在环境治理领域一直是研究热点。尤其是铁基催化材料，因其环保、成本低和反应活性高等特性被广泛应用在过硫酸盐活化领域，但其在应用过程中存在易氧化、易团聚以及Fe（Ⅱ）再生能力差等缺陷。因此，本工作采用一步水热法制备了FeS₂/高岭石复合材料，用于高效活化过一硫酸盐（PMS）降解B［a］P。其在投加量为2.0 g/L，初始B［a］p浓度为20 mg/L，PMS剂量为2 mmol/L的条件下，15 min内对B［a］p的去除率达到93%，并证实了体系中¹O₂和O₂^•−起主导作用。此外，在土壤体系中，随着复合材料和PMS用量的增加，B［a］p的降解率逐渐增加；随着水土比（质量比）的增加，呈现出先增加后降低的趋势；而随着pH值的增加，降解效率反而呈现降低的趋势，选取催化剂用量50 mg/g，PMS用量80 mg/g，水土比3：1以及pH值为3的条件下进行实验，60 min内对B［a］p的去除率达到69.02%。

异养反硝化深床滤池是目前深度脱氮最常用的方式方法，如何在异养反硝化滤池同一个反应器内实现同步脱氮除磷是非常值得研究探讨的科学问题和现实技术需求。以低品位胶磷矿为主要成分，添加硬石膏、煅烧菱镁矿颗粒作为填料构建异养脱氮动态柱，进行同步脱氮除磷研究。考察不同矿物组合对脱氮除磷的影响，查证基于低品位胶磷矿的组合滤料同步脱氮除磷可行性。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、微生物群落分析对填料微观结构、新生矿物形貌、矿物与微生物界面关系进行表征，探究脱氮除磷机理。结果表明：低品位胶磷矿及其与硬石膏、煅烧菱镁矿颗粒物组合都可以作为异养脱氮微生物的载体，通过添加有机碳源反硝化脱氮，在水力停留时间不低于1 h条件下，出水总氮稳定低于3 mg/L，体系高pH值对脱氮效果基本没有影响；低品位胶磷矿+硬石膏+煅烧菱镁矿组合填料具有最好的同步脱氮除磷效果，在水力停留时间1 h条件下出水磷质量浓度稳定低于0.5 mg/L，达到城镇污水处理厂一级A排放标准要求（GB18918—2002）。该组合填料高效除磷作用的机制在于：硬石膏、煅烧菱镁矿分别缓释钙离子和羟基，促进了以低品位胶磷矿中磷灰石为晶种的晶体生长。生物膜的存在对磷灰石生长过程中离子扩散具有隔膜效应，除磷效果显著低于无菌体系。

中国是世界最大的铬资源消耗和铬污染排放国，每年产生万吨级的高毒性六价铬铬渣。现有修复技术存在易氧化“返黄”、含铁添加剂污染等难题，无法实现铬污染的长效治理与资源化再利用。本工作对实际铬污染场地土壤开展了碱性条件下的微生物矿化实验，探讨了矿化产物的稳定性、可回收性与反应机理。结果表明，该方法能高效还原铬渣中的六价铬和三价铁产生含三价铬的矿化物。与空气充分接触长达60 d后，矿化产物仍未出现再氧化和再分解等现象，且具有弱磁性，具备磁选回收潜力。本工作为解决场地铬污染与铬资源回收再利用问题提供了一种低成本、高效率的原位、长效治理方案。

整合还原固定材料与电修复技术，是增强Cr（VI）污染治理效果的有效方法。利用磁铁矿/磁黄铁矿复合材料构建矿物强化电修复的Cr（VI）治理体系，研究Cr（VI）的去除效果，比较该治理体系与电修复体系的Cr（VI）返溶率，并利用Raman光谱仪、X射线衍射仪、环境扫描电子显微镜及能谱仪对含铬产物进行表征。结果表明：对Cr（VI）含量为350 mg/kg的污染模拟土壤，Cr（VI）去除率近100%，总铬（TCr）去除率可达96%；矿物强化电修复实验组中Cr（VI）返溶率降低54%以上；铬与铁元素的分布相关性高，铬以矿物相的形式稳定存在。实验证明，电修复中整合矿物可以提升铬的去除率并强化铬的矿化。本工作为长效稳定地修复Cr（VI）污染场地提供了新思路。

大尺寸的蒙脱石纳米片对于制备二维蒙脱石功能复合材料具有重要意义。采用原子力显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射仪等方法研究了蒙脱石在渗透水化过程中的剥离行为，通过电导率分析和分子动力学模拟揭示了渗透水化剥离蒙脱石的机理，蒙脱石的剥片主要是在层间阳离子与外界水之间的渗透压作用下发生，进一步揭示了蒙脱石渗透水化过程中透析水量和悬浮液质量分数调控二维剥离的作用机制。结果表明：在渗透水化过程中，蒙脱石的片层厚度逐渐减小，但其片径尺寸并未遭到严重破坏，从而成功制备了大尺寸的二维蒙脱石纳米片。渗透水化制备的二维蒙脱石的厚度可达到超声剥离的效果，片径尺寸约为超声剥离的2倍以上。

煤矸石含有丰富的高岭土矿物资源，对其进行资源化利用是处置这类大宗固体废弃物的重要途径，但其加工方式常受到矿物学属性的制约。以产自四川宜宾的高铁型煤系高岭土为例，采用X射线荧光光谱法、X射线粉晶衍射、扫描电子显微镜和热重-差示扫描量热法等分析测试手段研究了该煤系高岭土的化学成分、物相组成、微观形貌和热效应特征，探讨了矿物属性对热活化制备偏高岭土的影响。结果表明，宜宾煤系高岭土的主要组成矿物及其质量分数为低结晶度的高岭石（56%）、固定碳（15%）、石英（12%）和含铁矿物（11%）等；在煅烧过程中，高岭石从413 ℃开始脱除羟基，晶层在550 ℃逐渐变得无序，受其他组分影响，830 ℃时完全转变为非晶态的偏高岭石，质量损失合计26.24%；同时，黄铁矿和菱铁矿发生氧化，煅烧产物中出现含量较高的赤铁矿。此煤系高岭土经煅烧后活性显著增强，Al₂O₃溶出率在750 ℃时达到最高（68.47%，质量分数）。本工作可为高铁型煤系高岭土资源的综合利用提供矿物学依据和开发指导。

赭曲霉毒素A（OTA）常见于霉变饲料中，动物食用后会严重损害其身体机能；蒙脱石具有良好的吸附性能，常用作吸附剂，具有保护动物胃肠粘膜的作用。使用氯化十六烷基吡啶（CPC）改性蒙脱石，通过X射线衍射、红外光谱、润湿接触角等揭示改性前后蒙脱石的层间距、官能团和亲疏水性的变化规律，并对比蒙脱石改性前后对OTA的吸附效果。结果表明：CPC成功进入蒙脱石层间且疏水性提升；改性后的蒙脱石（CPC-Mt）对OTA的吸附率高于未改性的蒙脱石。CPC-Mt对OTA的吸附动力学和等温线表明：CPC-Mt吸附OTA符合准二级动力学吸附模型和Linear等温线模型，说明CPC-Mt对OTA以化学吸附为主，且满足吸附/分配模型。根据等温线结果提出吸附机理，CPC-Mt与OTA主要以疏水和静电作用相结合。

随着赤泥堆存量不断增加和城市化进程加快，赤泥资源化利用和低碳透水砖开发，成为协同解决2大问题的关键。基于赤泥和透水砖材料基因共性，以赤泥为原料，采用造粒工艺将赤泥制成免烧骨料，结合混料、成型、养护等步骤，成功制备了高强度免烧透水砖。为系统阐明透水砖制备过程中材料性能的影响因素与构效关系，进一步探究了水灰比、目标孔隙率以及发泡剂占比对透水砖性能的影响，发现水灰比和目标孔隙率主要通过改变砖体内部浆料的流动性，以及连通孔隙数量来显著影响砖体的性能。在发泡剂添加量低于4%（质量分数）时，可以有效提升砖体内部的孔隙率，但是过高的添加量会使透水砖的水灰比增大，弱化了发泡剂本身的造孔作用。采用X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜研究透水砖制备过程中的强度形成机理，发现在砖体制备过程中，赤泥以及水泥反应形成了硅酸钙凝胶，可以有效凝结骨料，赋予透水砖强度以及透水性能。本工作体现了“变废为宝”的资源化利用理念，为赤泥的资源化利用与海绵城市建设对高端建材的需求，提供了新的思路和方法。

玉米赤霉烯酮（ZEN）由于强生殖毒性、致癌等毒害作用，严重危害动物和人体健康，吸附法是去除ZEN的有效方法之一。采用咪唑类离子液体表面活性剂（C_nmimBr，n=12、14、16、18）改性凹凸棒石（APT）制备了ZEN吸附剂（C_nmimBr-APT）。通过Fourier红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、氮气吸附-脱附分析等表征方法结合烧失量、吸湿率测定，探讨了C_nmimBr-APT的微观结构及表界面性质，系统考察了改性参数（C_nmimBr用量及碳链长度）和吸附条件（吸附剂用量、吸附时间、初始浓度、pH值、共存营养物质）对C_nmimBr-APT吸附性能的影响。结果表明：C_nmimBr改性过程未改变APT的晶体结构，改性后吸附剂的表面疏水性增强。吸附驱动力主要为C_nmimBr中碳链与ZEN分子间的疏水作用，吸附性能与C_nmimBr用量和碳链长度呈正相关。C₁₆mimBr-APT对ZEN的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温模型，当C₁₆mimBr用量为5.0%（质量分数）时，C₁₆minBr-APT对ZEN的最大吸附量为7.45 mg·g^-1。吸附体系的pH值及共存氨基酸、维生素和矿物质（L-赖氨酸、维生素B₁、Ca²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺等）对ZEN吸附性能无显著影响。因此，C_nmimBr-APT在吸附去除ZEN方面具有潜在的应用价值。

为了开发具有高活性、高稳定性和绿色环保的过硫酸盐催化剂，采用浸渍-过滤成膜-干燥-煅烧的方法制备一种CuO/海泡石催化过滤膜，并对其催化过硫酸盐的性能和活化机理进行了探究。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段详细表征了CuO/海泡石催化过滤膜的晶体结构、形貌、表面性质等，明确了制备催化过滤膜的最佳条件（煅烧温度为400 ℃、硝酸铜溶液的浓度为20 mmol/L）。经过连续催化降解15 L的10 mg/L的对硝基苯酚（PNP）溶液后，CS-400催化过滤膜的性能未出现明显下降且结构未被明显腐蚀。最后，通过自由基淬灭实验证明了羟基自由基（•OH）和单线态氧（¹O₂）是此催化反应体系中降解PNP的主要活性物质，并提出了可能的催化机理。

具有特异性对称结构的天然自发极化矿物—电气石被广泛应用于环保和医疗保健领域，厘清电气石成分-结构-性能之间的作用关系可为电气石行业提供性能最优的理想构型，为其他天然复杂矿物的构效分析和性能调控提供方法参考。通过对含铁电气石样品进行全成分、端元占位、晶体微结构和自发极化性能分析，揭示了铁镁电气石成分-微结构-自发极化性能的影响控制过程：在铁含量高于镁含量的电气石中，晶胞体积随镁含量升高而升高，Fe²⁺含量越高且Z位含铁时，电气石多面体扭曲增强，固有电偶极矩增大；在铁含量低于镁含量的电气石中，晶胞体积随铁含量升高而增大，结构扭曲和固有电偶极矩随铁含量的升高而减弱，随Fe²⁺含量增大而增大；自发极化性测试证明电气石的性能强弱与固有电偶极矩变化规律一致；整理过往文献数据，分析Y位阳离子主导下的电气石固有电偶极矩变化趋势，揭示以Fe元素为主要影响因素的构效关系：当Mg/Fe摩尔比小于1时，电气石性能随Fe含量的减小而减弱；当Mg/Fe摩尔比大于1时，电气石的性能随Fe含量减小而增强；而当Mg/Fe摩尔比大于2时，其自发极化性上升趋势则趋于平稳。

疏水性有机污染物对生态系统和人类健康造成了严重危害，亟需开发低成本、高效、环保及可再生的吸附剂用于去除疏水性有机污染物。通过超声溶胀和冷冻干燥法制得密度低（34.61 mg/cm³）、疏水性强和可燃性低的有机蒙脱石/聚氨酯海绵复合气凝胶。对该复合气凝胶的形貌和结构进行了分析，并探究了其对疏水性有机污染物、油和有机溶剂的吸附/吸收能力。结果表明：有机蒙脱石/聚氨酯海绵复合气凝胶对苯蒸汽的静态吸附量可达682.3 mg/g，对溶液中双酚A和硝基苯的吸附量分别为339.8 mg/g和137.0 mg/g，对不同油和有机溶剂的吸收量为20.8~37.0 g/g，且具有良好的可重复利用性。此外，有机蒙脱石/聚氨酯海绵复合气凝胶对实际污水中的有机物也有较好的吸收性能（7.12 g/g），且易于回收利用，有望作为一种高效的蒙脱石基吸附材料应用于污染控制领域。

在目前的国家发展形势下，传统非金属矿物的高值化利用和高性能矿物功能材料的开发对于非金属矿产业的升级和转型尤为重要。埃洛石纳米管（HNT）是一种具有天然纳米管状结构的硅铝酸盐矿物，主要用作生产陶瓷和耐火材料。本文首先介绍了HNT的基本性质、矿物学特征、产地等情况，然后基于HNT本身的结构特征和表面性质，阐述了常见的HNT结构调控和表面改性方法，并阐述了其在医药、环境及食品包装等领域的应用及进展，最后对HNT的结构调控和应用前景进行了展望。

天然黏土矿物储量丰富、廉价易得，独特的晶体结构和表面性质赋予其物理吸附和化学反应性能，是环境友好材料研究的热点。埃洛石属于高岭土族黏土矿物，具有中空管状结构、高比表面积、丰富孔结构、较高的机械性能、无毒害等特点，在水处理、土壤污染治理和大气污染控制等领域展现出巨大的潜力。然而天然埃洛石杂质含量多、功能性有限，经提纯加工、表面改性和功能化修饰后可提升其在环境处理方面的性能。本文介绍了埃洛石纳米管的基本物化性质以及有机改性、纳米改性、聚合物改性、复合改性等策略，系统阐述了其作为环境矿物材料的应用进展。

碲化铋（Bi₂Te₃）基化合物作为室温附近性能最优异的热电材料，在热电制冷及发电技术中已获得广泛商业化应用。目前商业化生产的Bi₂Te₃基热电材料主要采用区熔法制备，虽然具有优异的热电性能，但材料容易解理，力学性能较差，无法满足微型热电器件的加工需求。本工作探索最佳热挤压工艺参数，采用热挤压技术在不同工艺条件下制备了n型Bi₂Te_2.7Se_0.3热电材料样品，并对样品进行物相分析、热电性能以及力学性能表征。结果表明，在确定的挤压比以及挤压速率下，提高挤压温度有利于减少样品裂纹，而过快的挤压速率则会导致样品断裂，最佳工艺参数为挤压温度400 ℃以及挤压速率0.05 mm/s。采用最佳工艺参数在不同工艺条件下制备的n型Bi₂Te_2.7Se_0.3样品中，通过放电等离子烧结结合热挤压所制备的样品热电性能最高，在400 K时zT值可达到0.83，并且其力学性能显著提升，维氏硬度可达602.5 N/mm²，为区熔Bi₂Te_2.7Se_0.3材料的2倍。Bi₂Te_2.7Se_0.3材料的机械加工性能也随之提升，采用封装切割工艺可以加工出最小尺寸达到147 μm的微型热电粒子，为后续Bi₂Te₃基微型热电器件的加工制备提供了材料基础。

纳米硅的储锂容量高，被认为是最有应用前景的新一代锂电负极材料。然而纳米硅的体积膨胀效应和低电导性不利于其实际应用。将天然蒙脱石酸活化和铁负载改性，再经过镁热还原反应，得到了原位复合的硅/硅化铁纳米复合材料。硅化铁具有良好的导电性和机械稳定性，可显著提升硅负极的循环稳定性和倍率性能。在1 A/g的电流密度下循环500圈后，硅/硅化铁纳米复合材料的比容量高达781 mA·h/g，容量保持率为77%。该方法为制备高性能硅基负极材料提供了新思路。

针对当前半球谐振陀螺平板电极表面吸附有机杂质问题，利用TiO₂薄膜的光催化性质，设计了一种TiO₂/Au复合薄膜结构以减弱平板电极表面有机物的存在，提高平板电极表面薄膜质量。通过射频磁控溅射法在熔融石英衬底上制备了不同厚度（80~327 nm）的TiO₂薄膜，利用表征手段对TiO₂薄膜的晶体结构、晶粒大小、表面形貌、吸光特性和光催化性能进行研究，结果表明：厚度为240 nm的TiO₂薄膜具有较好的结晶度，合适的晶粒尺寸，最小的禁带宽度，从而具有最佳光催化活性。最后通过实验验证TiO₂/Au复合薄膜结构的平板电极的力学性能和光催化性，结果表明：TiO₂/Au复合薄膜满足平板电极表面膜层结合力要求，有助于提升表面膜层的耐摩擦性能，同时具有优异的降解有机物的性能，能够减小有机杂质对电容均匀性的影响，为高精度谐振陀螺的研制提供技术支撑。

采用O₂等离子体活化键合技术，实现了β-Ga₂O₃与SiO₂的低温直接键合。通过对O₂等离子体处理时间进行调控，系统研究了接触角、羟基密度随处理时间的变化。随着O₂等离子体活化时间的增加，SiO₂和β-Ga₂O₃晶片表面亲水性大幅度增强，晶片表面的羟基密度明显提升。同时探究了退火温度对衬底表面质量及键合强度的影响，发现键合强度随着退火温度的增加而提升，但较高退火温度容易导致β-Ga₂O₃衬底的开裂。通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜对键合界面进行分析，键合界面的O、Ga、Si元素在退火过程中发生充分扩散。测试说明，采用O₂等离子体活化方法成功地实现了β-Ga₂O₃/SiO₂晶片的异质集成。由于β-Ga₂O₃和SiO₂衬底可以在不需要真空处理的情况下实现原子级的结合，技术路线成本低，因此本工作提出的直接键合技术将有助于推动β-Ga₂O₃材料在器件方面的发展及应用。

聚羧酸减水剂（PCE）的吸附行为是其性能发挥的关键，但现有的研究缺少从原子或分子尺度上揭示其吸附机制。采用全原子分子动力学（MD）模拟研究磺化改性PCE（PAA-g-PALS）和传统结构PCE（PAA-g-HPEG）在水泥浆体环境下的构象及界面连接的结构、动力学和稳定性的差异。结果表明：水泥浆环境下PAA-g-HPEG和PAA-g-PALS分别趋于梳状和网络状构象；磺化改性分散了PCE与基底的结合点的分布，提高了PCE与基底的结合力，使聚合物朝远离基底方向伸展，显著增大渗透体积（增大约132.64%）。本研究结果不仅从原子水平上为PCE的作用机制提供新的见解，还为促进水泥基材料高性能发展提供理论依据。

透明玻璃陶瓷荧光转换材料是高功率固态照明技术领域的研究热点。以非晶SiO₂纳米粉体和Gd_2.94Al₂Ga₃O₁₂：0.06Ce³⁺（GdAGG：Ce）荧光粉为原料，采用低温共烧工艺制备了半透明GdAGG：Ce-SiO₂玻璃陶瓷。结果表明：GdAGG：Ce荧光粉颗粒未受到明显破坏，均匀分散于SiO₂玻璃基体中；玻璃陶瓷保留了GdAGG：Ce荧光粉的发光性能，在450 nm激发下呈现峰值位于536 nm的宽发射带，量子效率约为63%，且荧光热猝灭效应不显著；停止激发后，玻璃陶瓷呈现明亮的黄绿色余辉，余辉强度衰减到初始强度80%时的寿命约为27 ms；将玻璃陶瓷与450 nm蓝光芯片或激光器耦合，所得白光发光二极管器件在150 mA直流电驱动下的光效为81.7 lm/W、色温为5 805 K、显色指数为70.8，在交流电驱动下的闪烁指数降低为68.9%，所得白光激光器件的光效为132.6 lm/W、色温为6 528 K、显色指数为70.6；因此，GdAGG：Ce-SiO₂玻璃陶瓷是一种优良的交流白光发光二极管用荧光转换材料。

为了研发具有高透过率和强伽马射线屏蔽性能的新型玻璃材料，以SiO₂-PbO-M₂O（M为碱金属元素）体系的铅硅酸盐玻璃为基质，设计并制备了几种不同PbO含量的伽马射线屏蔽铅玻璃。对屏蔽玻璃的伽马射线屏蔽性能进行了理论模拟与实验测试，通过密度测试、膨胀系数测定仪、Fourier红外光谱、Raman光谱和分光光度计对样品进行了表征，并探讨了氧化物组分（PbO、K₂O和Na₂O）对屏蔽玻璃结构和性能的影响机理。测试结果表明：PbO含量为50%（质量分数）的屏蔽玻璃对⁶⁰Co伽马射线的屏蔽率可达到50%，且在400~800 nm波长范围内线性透过率可达到85%以上。此外，该屏蔽玻璃还具有良好的化学稳定性和热稳定性。本工作可以为开发用于核工业、医学诊断和原子科学研究等领域的高性能屏蔽玻璃材料提供有益的参考和指导。

热电制冷是一种基于Peltier效应的新型固态制冷技术，具有体积小、重量轻、可靠性高、无机械运动部件等特点，在5G芯片制冷、红外探测器制冷、高精度温控等高科技和航空航天领域具有广阔的应用前景。近年来，对新型固态制冷技术的需求越来越迫切，热电制冷技术和热电制冷材料的研究引起越来越多的关注。简要介绍了热电制冷的基本原理，对热电制冷材料，包括近室温区热电材料，低温区热电材料等的研究现状进行了综述，分析了研究中存在的问题，并对未来的研究发展进行了展望。

SiOC具有理论比容量高、机械柔性好、结构稳定和价格低等一系列优良性能，被认为是极具潜力的锂离子电池负极材料之一。然而，SiOC电导率低导致倍率性能和循环能力较差，从而制约了其在锂离子电池领域的发展与应用。纳米碳材料具有高比表面积、高机械稳定性以及优异的导电性等特点，与SiOC复合后作为负极材料可显著改善锂离子电池的电化学性能。本文综述了石墨、碳纳米管、石墨烯以及碳纳米纤维等与SiOC负极材料的复合工艺路线，探讨了基于不同碳材料的改性设计思路，以及电极微观结构与电化学性能之间的构效关系。最后，指出了SiOC/C复合负极材料存在的主要问题和发展方向，并展望了SiOC基负极材料的应用前景。

基于固体氧化物燃料电池（SOFC）电化学催化重整甲烷是实现我国化石能源清洁利用的有效途径。CH₄的直接催化重整是通过SOFC阳极将CH₄先转化为化学活性更高的合成气（H₂和CO），再进一步被氧化成水和二氧化碳并产出电能的过程。首先，分析了基于SOFC的CH₄重整应用前景及潜在优势，介绍了SOFC的电化学转化工作原理及以CH₄为燃料时积碳形成机理，论述了干、湿、部分氧化3种直接催化重整甲烷方法及存在的主要问题；重点探讨了SOFC阳极抗积碳的几种主要材料，包括修饰后的Ni基和耐碳无镍阳极材料；最后，对甲烷基SOFC高效稳定电化学转化的发展方向进行了展望，为碳基燃料低碳高效利用提供参考，助力以天然气为燃料的SOFC绿色供电商业化发展。