为了响应国家“节能减排”的号召，基于ASM1模型，建立了造纸污水处理过程温室气体排放机理模型。该模型通过了温室气体排放实验模型的验证，具有一定的可靠性。下图是本课题组开发的造纸污水生化处理过程温室气体直接排放量在线软测量系统的主界面。采用分层控制思想，提出了一种基于造纸污水溶解氧智能优化控制的节能减排方案。与开环控制相比（曝气量为10 h-1），实施优化控制使污水处理过程的平均曝气量降低了21%，温室气体总排放量减少了8.55%。
为了保证污水处理过程稳定、有效运行，本课题组实现了基于数据驱动和基于模型的造纸污水处理过程故障诊断，并搭建了集故障监测，故障定位、故障信号重构于一体的故障诊断框架。下图是造纸SBR过程设备简化图，通过传感器采集过程数据，例如液位，溶解氧浓度等等数据输入故障诊断框架，实时监测过程是否出于正常状态，若出现异常则进行报警并定位到故障源头，同时可以对故障信号进行重构和恢复。
挥发性有机物（VOCs）及工业污水不仅对环境造成持久性伤害还危及人体健康。针对目前对造纸工业环境空气中污染现状的认知不足和VOCs治理技术薄弱现状，我们课题组开发了一种新型的带有嵌入式监控系统的自动分析仪，可以实时检测造纸厂的多组分气体污染物，并通过对造纸环境气体的系统分析，建立了气态污染物源排放化学特征；从分子微观角度，以密度泛函理论（DFT）模拟材料能带结构及气体吸附行为作为基础，通过影响光催化降解的因素实验，研究纳米TiO2光催化剂对造纸污染气体的光催化降解机理，建立造纸污染气体自动光催化降解系统；从计算流体力学的角度出发，以纳米TiO2光催化反应动力学为基础，模拟光催化反应器中的流体分布、浓度分布和辐射场分布，用于光催化反应器的设计和放大研究。采用掺杂金属元素等改性手段进一步提高光催化反应活性。采用氙灯作为可见光源或UV灯作为紫外光源，实现造纸污水和污染气体的光催化降解。
18世纪60年代的工业革命给人类的生产力带来了质的飞跃，改善了人类的生活。但由于科技的快速发展，造成了严峻的的环境污染问题。其中大气污染与噪音污染、水体污染、固废污染一起并列为社会四大环境公害。因此，对于大气中的污染、毒害气体等的检测和有效的实时监控预警逐渐成为关注的焦点，气敏传感器应运而生，并且成为社会科学的前沿话题。纳米半导体材料已广泛应用于气敏传感器的研究。通过阳极氧化、静电纺丝、水热法等手段，可以合成出结晶性高、可控性强的纳米材料，由于其高的比表面积带来的大量的反应位点，使得响应水平较高。
当材料与空气接触时，空气中的O吸附于材料表面，从材料的导带中获得电子形成O离子，在材料的表面形成电子耗尽层，材料的电阻升高。当与目标气体接触后，材料表面吸附的O离子会和目标气体发生反应，将电子返还给材料的导带并且离开表面，材料电阻降低，形成完整的气敏响应。本课题组制作的TiO2纳米管对于NH3的响应可以达到200。
湿度传感器作为一种检测工具，能够实时有效地传递生活环境的舒适性，已广泛应用于农业种植、气象探测和智能生活等领域。2019年新型冠状病毒严重威胁着人们的生命和健康，因此，用于健康监测、疾病监测等方面的可穿戴电子设备受到了越来越多的关注。
传统的基于半导体的湿度传感器由于其刚性和昂贵的集成过程，限制了其集成到柔性可穿戴电子设备和电子皮肤中。从仿生策略出发，我们制备了柔性的TOCNF/MXene湿度传感器，由于TOCNF和MXene的协同作用，复合膜表现出优异的拉伸强度，同时对湿度的响应最高可达90%。基于此，该湿度传感器也被用于动态监测人体呼吸、指尖以及皮肤湿度的可行性，表明其在智能柔性设备中的应用潜力。
随着气体传感器技术的不断发展，搭载气体传感器阵列的气体检测系统被广泛应用于大气环境监测领域。研制能够同时监测多种气体的全自动数字式的微型、无线、智能气体检测系统将是该领域的重要研究方向。制浆造纸工业向大气中排放诸如氨气（NH3）、硫化氢（H2S）和挥发性有机物（VOCs）等气体，为了实现对造纸污染气体快速便捷的自动检测，并对局部空间环境质量实施全面、有效的监控，设计开发了一款基于气体传感器阵列的造纸污染气体无线远程自动检测系统。系统由传感器阵列、单片机系统和手机APP三个部分组成。传感器阵列由气体传感器阵列和温/湿度传感器组成；单片机系统为核心，驱动传感器阵列采集环境气体和湿度信号，并将传感器阵列的电压信号转换成数字信号，通过Wi-Fi无线传输模块将检测数据传输到手机上；最后在手机APP的界面上实时显示气体浓度变化曲线。
计算机模拟技术是一种基于数学模型和计算机高速运算特点，为相关企业、科研人员在不确定条件下进行各种决策的预测方法。随着计算机科学的发展与制浆造纸领域数字化智能化发展的需求，计算机建模与模拟技术在纸张性能预测领域有重要研究价值。本课题组通过对纸页结构建模与性能预测希望实现对制浆造纸理论的进一步探索完善，为各类新型纸张开发、生产提供理论基础和技术指导。目前研究内容包括：（1）基于造纸原料性能和产品性能数据建立数学统计模型，实现对产品性能的预测和造纸原料配比的推优，从而稳定产品性能并降低生产成本；（2）基于质点-弹簧模型实现造纸纤维及纸张结构建模，并模拟预测纸张力学性能；（3）基于CLSM二维纸张图像实现纸张三维模型重构并计算其孔隙率、渗透率等性能。
纸基材料的孔隙结构是影响流体流动和渗透性能的关键因素，对过滤、吸附、分离等应用尤为重要。因此，精确表征纸张纤维孔隙微观结构进而探究其与纸张的渗透性能之间的联系具有重要意义。传统的实验测量方法既无法将纸张内部孔隙结构可视化，也不能建立孔隙结构及其与纸张渗透性能间的相关关系。为了解决上述问题，本文首先对纸张的真实孔隙结构进行无损化三维表征，然后对液体和气体在孔隙内的流动情况进行计算机模拟，分析孔隙结构对纸张内部的流体流动影响及作用机理，为后续设计和优化纸基材料的结构与性能提供了一种新型研究手段。
