2022年, 第49卷, 第1期　刊出日期：2022-01-20

  

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综述
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  脂肪酶催化缩聚合成脂肪族聚酯的研究进展

  于跃, 杨兴, 韩志跃, 刘欢, 王芳, 邓利

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(1): 1-10. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.01.001

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  近年来，酶催化合成聚酯由于具有反应条件温和、选择性高、无需保护-脱保护、环境友好、产物易降解等优点而越来越受到人们的关注。本文综述了脂肪酶催化缩聚合成脂肪族聚酯的研究进展，介绍了脂肪酶以及饱和脂肪族聚酯、不饱和脂肪族聚酯的酶催化合成，总结了酶催化聚合存在的问题并提出了相应的改进策略，可以为相关研究提供参考。
化学与化学工程
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  超高速旋转填充床连续可控制备乳液研究

  解静, 尚汝松, 初广文, 孙宝昌, 陈建峰

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(1): 11-16. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.01.002

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  首次提出采用超高速旋转填充床对分散相单独做功连续制备乳液，考察了操作参数和填料规格对乳液粒径和粒径分布的影响规律。研究发现上述操作条件对乳液分散相的粒径和粒径分布具有显著影响，并获得了较优操作条件：转速9 000 r/min，乳化剂质量分数4.2%，油相流量15 L/h，填料类型为3D打印填料；在该条件下制备出平均液滴粒径约为12 μm的乳液。建立了用于预测分散相粒径的数学模型。所得结果为连续、可控、低成本制备乳液提供了一条新途径。
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  超重力吸收与批式解吸工艺结合用于乙醇胺(MEA)-乙醇溶液沼气脱碳的研究

  尹龙天, 李秀金, 张良, 常燕青

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(1): 17-25. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.01.003

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  利用超重力反应器对乙醇胺（MEA）-乙醇溶液用于沼气脱碳的吸收性能进行了研究，将批式解吸工艺用于沼气脱碳，对使用了加热器的MEA-乙醇富液的批式解吸性能进行分析。研究发现进液量、进液MEA含量和转子转速的升高以及进气量、进气CO₂含量的降低会提升脱碳效果；最佳转子转速为1 000 r/min，此时当进入超重力反应器的n（CO₂）/n（MEA）<0.4时CO₂去除率可以接近100%；解吸液CO₂负荷最低可以达到0.03 mol/mol；在MEA浓度4.92 mol/L、解吸时间20 min时，单位解吸能耗（释放单位质量CO₂的能耗）达到最低，为3.17 MJ/kg，此时解吸液负荷为0.16 mol/mol。批式解吸可以通过控制解吸时间准确地调节解吸液CO₂负荷，吸收-解吸循环次数的增加不会导致脱碳效果的恶化。
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  循环射流混合槽内油-水两相流复杂动力学特性分析

  禹言芳, 孔令敏, 刘振江, 陈雅鑫, 孟辉波, 吴剑华

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(1): 26-34. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.01.004

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  采用流体力学计算软件ANSYS FLUENT V16.1中的Eulerian-Eulerian多相流模型和剪切应力输运（SST）k-ω湍流模型，对循环射流混合槽内油-水两相流的动力学特性进行研究，分析不同雷诺数Re和不同相含率对多孔射流中心线速度自相似性、涡量和剪切速率的影响。研究发现：在不同Re及分散相相含率条件下，射流方向上连续相水的流动状态满足自相似性；Re=6 346、9 519和12 692时无量纲高度z/H=0.9处的涡量与Re=3 173时相比分别增大118.3%、253.7%和373.4%；轴向、径向和周向位置处涡量等值线图揭示高涡量区域主要集中在射流孔附近，射流中心线两侧存在反向对涡，射流中心线附近涡的相对强度与中心主体混合区域相比高2个数量级；与涡量及Q准则相比，第三代涡判别法Liutex对流场中大尺度涡结构的识别基本相同，对主体混合区域细小涡结构的识别相对更加准确；剪切速率随周向位置的增大呈现先增后减的趋势，在θ=12°处随着Re从3 173增加到12 692，平均剪切速率增大86.2%~257.7%。
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  天然气乙烷回收关键参数分析研究

  饶何隆, 马国光

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(1): 35-43. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.01.005

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  开展天然气乙烷回收可提高油气田的经济效益。以西北油田顺北区块天然气为案例，基于HYSYS软件建立乙烷回收模拟仿真模型，分别研究进深冷装置关键参数（进深冷装置压力、温度），关键设备参数（低温分离器温度、膨胀机出口压力、膨胀机效率、脱甲烷塔顶压力）和关键节点参数（干气回流比、低温分离器气相分流比）等对乙烷收率和装置能耗的影响规律，结果表明脱甲烷塔顶压力和低温分离器温度是乙烷回收最敏感的影响因素，因此在生产操作控制上应尽量保持脱甲烷塔顶压力和低温分离器温度为定值，减少其波动；另外，可通过改变干气回流比和低温分离器气相分流比来调节乙烷的收率和装置能耗。基于这些关键参数对乙烷收率和能耗的影响分析，为天然气乙烷回收的参数控制和参数调节提供了依据。
材料科学与工程
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  MBT插层的CaAl-LDH对水性环氧树脂涂层耐腐蚀性能的提升作用

  颜嘉彤, 赵景茂

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(1): 44-52. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.01.006

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  采用离子交换法制备了2-巯基苯并噻唑（MBT）插层的CaAl层状双氢氧化物（CaAl-MBT^--LDH），并将其添加到水性环氧树脂中以提高水性涂料的耐腐蚀性。利用X射线衍射仪（XRD）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）和扫描电子显微镜（SEM）对CaAl-MBT^--LDH进行了表征，结果表明缓蚀剂MBT成功插入LDH层间，CaAl-MBT^--LDH具有类似六边形的结构。通过盐雾试验和浸泡试验评价了添加一定量CaAl-MBT^--LDH粉末的环氧树脂涂层的耐腐蚀性能，结果表明，当0.08 mol/L MBT制备的CaAl-MBT^--LDH（CaAl-MBT_0.08M^--LDH）在环氧树脂中的添加量为2%（质量分数）时，环氧树脂涂层经过盐雾试验170 h后依然没有严重的腐蚀痕迹。在3.5%（质量分数）NaCl溶液中浸泡13 d后，添加2% CaAl-MBT_0.08M^--LDH的环氧树脂涂层的界面电荷转移电阻（R_ct）仍高达1.922×10⁶ Ω·cm²，而纯环氧树脂涂层的R_ct仅为1.621×10³ Ω·cm²。以上结果表明，在环氧树脂中添加一定量的CaAl-MBT^--LDH粉末有助于提高水性涂层的耐腐蚀性能。
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  取心工具用大尺寸疏水吸油海绵的制备与吸油性能研究

  张辉, 陈忠帅, 李绍坤, 王帅, 刘莲英

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(1): 53-62. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.01.007

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  海绵取心工具（取心衬筒）中一种关键材料是高吸油海绵，为了满足钻井取心的使用需求，需要制备大尺寸、超疏水的吸油海绵。利用多巴胺（DA）氧化自聚（以NaIO₄为氧化剂）以及聚多巴胺（PDA）与疏水剂（十八胺，ODA）的反应，采用一步和两步浸涂法对小尺寸（30 mm×30 mm×10 mm）和大尺寸（910 mm×400 mm×10 mm）商用三聚氰胺海绵进行疏水改性；利用扫描电子显微镜（SEM）观察改性海绵的表面形貌，并测定其水接触角和吸油性能。结果表明：改性海绵表面形成了PDA粒子，两步法所得改性海绵的表面粒子细密、均匀；增大DA的质量浓度和提高氧化剂含量，海绵表面PDA粒子增多。确定了海绵改性的最优条件：DA质量浓度为4~6 mg/mL，DA与NaIO₄的质量比为1：1，海绵在ODA溶液中的浸泡时间为2~4 h。在小尺寸样品研究结果的基础上，将大尺寸海绵在DA溶液中浸泡1 min，在空气中放置2 h，然后与ODA溶液反应4 h进行改性，所得大尺寸改性海绵的表面水接触角为152.6°，10 s时吸油量达90 g/g，并且多次吸油、析油后仍保持较高的吸油量和解析率，可以满足取心衬筒的使用要求。
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  静电植绒法制备石墨微鳞片高导热界面材料

  谢琼丹, 辛光红

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(1): 63-69. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.01.008

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  为了制备高导热、低热阻的大面积导热界面材料，使用静电植绒法在高电压静电场下垂直取向石墨微鳞片，取向后的石墨微鳞片阵列在平面方向上呈现无规且紧凑的结构。通过微粉灌注法向石墨微鳞片中填充高密度聚乙烯（HDPE）或聚氨酯微粉，或者通过液态刮涂法填充低黏度硅橡胶前驱体，加热固化后，形成大面积高导热界面材料。导热性能测试结果表明：石墨微鳞片阵列（粒径1 000 μm）与柔性聚氨酯微粉复合形成的导热膜在68.95 kPa和689.5 kPa的压力下测得的垂直方向导热率分别为4.3 W/（m·K）和8.7 W/（m·K）；与柔性硅橡胶复合形成的导热膜在68.95 kPa和344.75 kPa的压力下测得的垂直方向导热率分别为2.0 W/（m·K）和4.1 W/（m·K）；与硬质HDPE微粉复合形成的导热膜由于表面过于粗糙和坚硬，无法测得可靠的导热率。实际散热效果显示，柔性硅橡胶导热膜与石墨纸贴合的散热结构能够将热聚集点的热量快速传递到石墨纸表面，并通过石墨纸层均匀散开。
生物技术与环境工程
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  海神单胞菌属的基因组测序数据分析

  王梦汝, 顾嘉怡, 王雅欣, 李正军

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(1): 70-78. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.01.009

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  海神单胞菌属（Neptunomonas）于1999年被首次鉴定，目前包含8个菌种，其中6个已经完成全基因组测序。本文总结了海神单胞菌属的菌种特征和基因组信息，并利用基因组测序数据对该菌属的碳源利用途径、聚羟基脂肪酸酯代谢途径和芳香族化合物降解途径进行了分析。研究发现，海神单胞菌属具有完整的糖酵解和乙酸利用途径，普遍含有Ⅰ型和Ⅲ型的聚羟基脂肪酸酯合成酶，存在芳香族化合物的降解途径。基因组测序数据分析结果可以为海神单胞菌属在聚羟基脂肪酸酯合成与环境治理保护等领域的应用提供理论依据。
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  绿僵菌与小檗碱复配制备水分散粒剂

  杨肖, 葛喜珍, 刘国新, 田平芳

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(1): 79-89. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.01.010

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  将金龟子绿僵菌（Metarhizium anisopliae）和小檗碱复配为水分散粒剂，可以起到既抗虫又抗病的双重效果，并且可降低田间施药的成本。测得小檗碱对绿僵菌的有效中浓度（EC₅₀）为47.2 mg/mL，表明小檗碱对绿僵菌没有明显的抑制作用；根据以往绿僵菌的田间试验及小檗碱的抗真菌实验，确定小檗碱的最终添加量为3%（质量分数）。在单因素试验的基础上，利用响应面法确定水分散粒剂的配方为：25%绿僵菌孢子粉、3%小檗碱、3%乳化剂NP-10（润湿剂）、2.1%亚甲基双甲基萘磺酸钠（分散剂）、5.3%木质素磺酸钙（分散剂）、18%海藻酸钠（崩解剂）、1.7%羧甲基纤维素钠（黏结剂），用硅藻土（载体）补足100%（均为各成分占制剂的质量分数）。按照此配方在造粒机中制备了水分散粒剂，质量检测结果表明：所制备的水分散粒剂的崩解时间为174 s，孢子萌发率为85.4%，孢子悬浮率为86.34%，含水量为1.88%，杂菌率为2.01%，符合相关行业标准。
机电工程和信息科学
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  基于Comsol Multiphysics的新型高压直流继电器电弧仿真分析

  史岩, 陈平, 田浩, 陈志忠, 虞展伟

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(1): 90-97. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.01.011

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  传统直流电磁继电器采用电磁驱动方式，分断间距为2~3 mm，在工作负载增大时需增加线圈匝数，导致继电器质量增加、灭弧难度增大。为解决上述问题，采用微电机蜗轮蜗杆作为驱动机构、分断间距相比传统电磁继电器大数倍的新型高压直流继电器设计方案，并利用多物理场耦合软件Comsol Multiphysics，基于磁流体动力学（MHD）理论建立了直流继电器的二维电弧仿真模型。考虑到分断间距、电流、磁场强度以及分断速度等条件对电弧的影响，分析了不同上述条件下电弧的运动特性，得到了适定参数下较为合理的间距、工作电流、磁场强度和分断速度，为新型高压直流继电器灭弧系统的结构设计提供参考。
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  基于导热反问题圆管内壁腐蚀减薄及污垢增厚的识别

  张经豪, 熊平, 郝睿智, 卢涛

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(1): 98-105. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.01.012

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  以二维圆管为研究对象，基于有限元法的导热正问题（direct heat conduction problem，DHCP）以及基于列文伯格-马夸尔特（Levenberg-Marquardt，L-M）算法的优化方法来构建二维稳态导热反问题数学模型，通过关联COMSOL与MATLAB对圆管内壁腐蚀减薄和污垢增厚两类缺陷进行了定量识别。为了探究模型的有效性与精确性，分别设定了几种典型缺陷进行数值计算，并系统地分析了初值选取、管道外表面测温点数目及测温误差对反演精度的影响。数值实验结果表明该模型能够准确地识别圆管内壁面的两类缺陷，且具备良好的稳定性与抗噪性。
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  基于深度特征提取神经网络的滚动轴承故障诊断

  丁春嵘, 周雨轩, 胡浩, 唐刚

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(1): 106-112. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.01.013

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  滚动轴承作为旋转机械的重要组成部分，其运行安全性受到大量关注，但传统的基于信号处理的时频分析故障诊断方法较为依赖专家知识从而难以广泛应用。结合应用较广的卷积神经网络和长短时记忆网络模型的优点-自动提取振动信号的深层特征信息以及可识别所提取的长时连续的振动信号时序特征信息，提出一种深度特征提取神经网络模型，将原始的振动信号作为模型输入，进而通过多层卷积与长短时记忆网络对振动信号进行故障特征信息提取，可以有效提取滚动轴承振动信号中的深层时序故障特征信息，进而准确辨识滚动轴承不同的故障模式，并且避免了复杂的信号预处理与人工进行信号特征提取的过程。通过凯斯西储大学滚动轴承故障实验的10类健康状态数据验证了所提方法的有效性，并对实验结果进行分析，解释了在迭代过程中出现精度波动的可能原因。
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  微穿孔板-三聚氰胺吸音海绵-空腔复合结构声学性能优化设计

  王飞萌, 王良模, 王陶, 王伟利, 陈威, 姜统飞

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(1): 113-121. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.01.014

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  基于Johnson-Champoux-Allard（JCA）模型和微穿孔板理论，利用传递矩阵法建立了三聚氰胺吸音海绵不同填充方式形成的复合结构的吸声系数理论模型，并比较了其吸声性能：与单层微穿孔板结构a相比，微穿孔板-吸音海绵复合结构b和微穿孔板-吸音海绵-空腔复合结构c的吸声性能均有较大提升，微穿孔板-空腔-吸音海绵复合结构d的提升效果次之。分析了几何参数对复合结构b的吸声性能的影响，得出：微穿孔板的孔径越小，复合结构在中高频段的吸声效果越好；厚度越大，复合结构在高频段的吸声性能越低；穿孔率越大，复合结构在低频段的吸声性能越低；吸音海绵厚度的增加在总体上有利于提高复合结构的吸声效果。基于粒子群算法对复合结构b和c的吸声性能进行了优化，结果表明：与优化前的复合结构b相比，优化后的复合结构c的平均吸声系数从0.565 4提升至0.751 9；与优化后的复合结构b相比，其吸声性能几乎不变，但吸声材料厚度减少了30%，在保持良好吸声性能的同时实现了轻量化。
管理与数理科学
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  基于改进阈值的MRI图像降噪

  吕振亚, 崔丽鸿

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2022, 49(1): 122-127. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2022.01.015

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  针对传统硬阈值函数的不连续性和软阈值函数存在恒定偏差的不足，提出一种新的具有连续性、渐近性和灵活调节性的改进阈值函数。具体地，首先选取改进的固定阈值并经过实验选择合适的小波基，然后通过增加调节参数来降低阈值函数的恒定偏差，最后通过实验模拟验证了本文方法在图像相似性评价标准上去噪效果的优越性。