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2015年, 第42卷, 第4期 刊出日期:2015-07-20
  

  • 全选
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    专题综述
  • 刘振宇;王仁醒;纪雷鸣;蒋卷涛;承小杰;石磊
    . 2015, 42(4): 1-9.
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    煤热解联产焦炭、焦油和煤气,是煤化工的重要分支。为了提高焦油和煤气的品质及产率,国内外研究了多种催化剂对煤热解过程的影响,大量文献表明,含钙化合物可以催化焦油裂解、提高焦油品质和煤气中高附加值组分(如H2和CO)的产率。本文基于近30年来的文献数据,从钙化合物对煤热解产物的收率、组成以及性质的影响方面展开评述,分析了钙化合物对煤热解过程的作用机理、对S和N迁移的影响,最后提出了需要进一步解决的问题。

  • 化学与化工工程
  • 王西志1;莫恒亮1;方耀2;唐阳1;陈咏梅1;杨晓进1;万平玉1
    . 2015, 42(4): 10-16.
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    以β-PbO2/石墨电极为工作电极,在支持电解溶液中加入一定量待测有机物,在低于析氧电位下进行恒电位电解时,因电极表面吸附态羟基自由基的消耗速率受电解质溶液中有机物分子向电极表面的扩散过程控制,表现为阳极电流强度的增加值(ΔI)与有机物质量浓度ρ之间呈线性关系。本文研究了多种待测有机物的ΔI与ρ的线性关系,发现由于有机物种类不同造成羟基自由基消耗速率不同,因而线性比例系数有所不同。实验结果表明在测定混合水样的化学需氧量(COD)值时,应采用与待测水样具有相似有机物混合比例的标准溶液制作工作曲线,以减少测量误差。

  • 董兆龙;韩春英;孙然;张丽丹
    . 2015, 42(4): 17-21.
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    采用水热合成法,以NdCl3·6H2O、CoCl2·6H2O、2,2′-联吡啶-3,3′-二羧酸(H2bpdc)、氢氧化钠和水为原料合成了一种新型3d-4f金属有机框架晶体材料。该晶体呈红色棒状,经X-射线单晶衍射分析,其结构属单斜晶系,P21/n空间群,化学式为{[Nd2Co(bpdc)3(OH)2(H2O)2]·(H2O)2}n。通过单一变量法确定其最佳合成条件为:n(Nd3+) : n(Co2+) : n(bpdc)=1 : 1 : 1.5,溶于5mL去离子水,以NaOH调节溶液pH≈5,150℃恒温72h,降温速度1℃/h。热重分析表明该材料具有良好的热稳定性,在340℃以下可以稳定存在;经循环伏安法测试,此晶体材料具有良好的电化学活性。

  • 化学与化学工程
  • 寇永丽;李亚平;杨作银
    . 2015, 42(4): 22-27.
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    通过旋转和平移两种操作方式改变435663 CH4 笼型结构中四元环、五元环、六元环的相对位置,对435663 CH4 笼型结构的破坏过程以及甲烷溢出的可能性进行了密度泛函(DFT)理论研究,并计算了甲烷溢出笼型结构过程中所需的能垒值。结果表明:与改变五元环、六元环相对位置相比,通过改变四元环相对位置来破坏435663 CH4 笼型结构是最容易的;当四元环背离笼型结构平移0郾30nm 时,甲烷可以顺利溢出笼型结构;当四元环背离笼型结构平移0郾25nm时,再通过旋转来改变四元环相对位置,可以有效降低甲烷溢出笼型结构所需的能垒。
  • 王韬;于丹;胡晓丹;崔侨;何馨;李群生
    . 2015, 42(4): 28-33.
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    设计开发了A、B、C 3种比表面积为125m2/m3的新型大通量规整填料。以空气-水为介质对填料进行冷模实验,研究其流体力学和传质性能,并在相同实验条件下与传统大通量填料Mellapak125X进行对比。实验结果表明,3种新型填料的塔压降均低于Mellapak125X,A、B两种填料的传质效率高于Mellapak125X;在喷淋密度L=33.72m3/(m2·h)时,A、B、C 3种大通量填料的湿塔压降平均比Mellapak125X分别下降了26.7%、34.2%、40.3%, 液泛气速平均分别比Mellapak125X大7.5%、11.3%、15.1%,A型填料等板高度平均比Mellapak125X低20%,B型填料的等板高度与Mellapak125X相似,C型填料的等板高度高于Mellapak125X。上述结果表明新型填料在增大通量的同时还保持了较高的分离效率。
  • 位宁宁;王韶锋;黄克谨
    . 2015, 42(4): 34-39.
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    针对乙二醇(EG)与乙酸(AA)的两步连续酯化反应,以年总成本(TAC)最小为目标,对单反应段反应精馏塔(RDC-SRS)和双反应段反应精馏塔(RDC-DRS)过程进行了优化。结果显示RDC-DRS有更好的节能特性,这是由于其有更多的自由度来增强反应操作和分离操作的内部物质耦合和能量耦合。采用浓度控制方法设计了RDC-SRS和RDC-DRS的控制方案,并比较了其动态特性; 在出现进料流量扰动和产品组分扰动时,RDC-DRS都要好于RDC-SRS,且流量扰动更大时,其优势更明显,表明在分离两步连续反应时,RDC-DRS是更好的方案。
  • 材料科学与工程
  • 李楠楠;丁文明;任丹丹;王智
    . 2015, 42(4): 40-43.
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    对锆改性颗粒活性氧化铝(Zr-GAA)的改性条件进行了研究,并对Zr-GAA的除氟性能进行了评价。结果表明,制备Zr-GAA锆的最佳质量浓度为2。0g/L,此时锆的负载量为32.58mg/g;Zr-GAA的吸附平衡时间为180min,吸附速率比GAA提高25%以上;Zr-GAA在低浓度下对氟离子吸附量提高显著,在氟离子的平衡浓度为1.0mg/L时,其吸附量为GAA的5.25倍;Zr-GAA的适用pH范围为4.5~9.7,较GAA明显增大;SO2-4和HCO-3对Zr-GAA吸附量的影响较大。
  • 唐可;信春玲;张聪;闫宝瑞;任峰;何亚东
    . 2015, 42(4): 44-49.
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    通过分析熔融树脂对连续纤维的浸渍过程建立熔融浸渍理论模型,该模型将材料物性参数(纤维直径、纤维束展宽及厚度、树脂黏度等),设备参数(浸渍辊数、浸渍辊形状参数等)以及加工工艺参数(牵引速度、加工温度等)等结合起来,可以预测复合材料的浸渍程度及其变化趋势。对所制备复合材料的孔隙率测试以及虹吸实验表明,该理论模型能定量描述浸渍辊数、牵引速度以及加工温度等对浸渍效果的影响,而测试材料孔隙率是衡量浸渍程度的
    简捷易行的方法。
  • 李 颖;王芳辉;朱 红
    . 2015, 42(4): 50-56.
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    通过热解聚苯胺涂层的MnCo2O4颗粒制备出MnCo2O4C/N-C材料,即一种新型的碱性聚合物电解质膜燃料电池(APEFC)阴极非贵金属催化剂。在不同温度下热处理得到了一系列的MnCo2O4C/N-C催化剂,对其进行XRD、Raman、XPS表征和LSV电化学测试,结果表明:热处理温度为900℃,MnCo2O4C质量分数为15%时,MnCo2O4C/N-C催化剂具有最佳的催化活性,氧还原反应起始电位为0.90V;该催化剂中石墨型的碳和氮含量最高,这是其具有较高的氧还原催化活性一个重要因素。
  • 李沙沙;李齐方;陈广新;周 政
    . 2015, 42(4): 57-62.
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    通过两次原子转移自由基聚合(ATRP)制备了含有笼型倍半硅氧烷(POSS)的温度和pH双重敏感的两亲性聚合物POSS-PMEO2MA-b-PDMAEMA,并采用GPC和1H-NMR对引发剂和聚合物的化学结构进行了表征。利用动态光散射(DLS)、荧光光谱仪、透光率测试等手段研究了聚合物在水溶液中的自组装。结果表明,在较低温度下聚合物在水中自组装形成球形胶束,温度高于临界溶解温度(LCST)后,胶束脱水发生聚集,形成更大尺寸的聚集体;调整溶液的pH值为9时,聚合物的浊点温度下降;聚合物胶束的尺寸随着pH值的升高而减小。通过改变温度和pH值都能调控聚合物在水中的自组装形态。

  • 赵彦华;钟文斌
    . 2015, 42(4): 63-67.
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    通过在氧化石墨烯(GO)表面原位聚合吡咯(Py)制备了聚吡咯(PPy)/GO复合物(PGO);以PGO为前驱体,经水热过程后,用KOH作为活化剂得到了三维氮掺杂多孔炭/石墨烯(NPCG)网络结构,采用XPS、SEM和N2吸/脱附等手段对其形貌和结构进行了表征;系统地研究了GO与Py的质量比和活化温度对合成的NPCG电化学性能的影响。结果表明:当GO与Py和PGO与KOH 的质量比分别为1/15和1/3时,650℃活化温度下合成的NPCG具有优异的电化学性能,当电流密度为1A/g时,其比容量高达398F/g;在电流密度为10A/g条件下,经1000次充放电循环后,其比容量保持率为94%。

  • 生物技术与环境工程
  • 润顺琪;李会玉;田平芳
    . 2015, 42(4): 68-72.
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    为提高磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的催化活性,构建了两个载体分别表达:(1)磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC);(2)与NAD+合成相关的关键酶,包括烟酸转磷酸核糖激酶(pncB)、烟酸单核苷酸腺苷酰转移酶(nadD)和NAD+ 合成酶(nadE)。将这两个载体共转化大肠杆菌,获得重组菌E.coli(pET-pepc&pUC-pncB-nadD-nadE)。聚丙烯酰胺凝胶电泳显示这些酶均实现了高表达。摇瓶发酵显示,与单独过表达PEPC的重组菌相比,双质粒工程菌的PEPC酶活提高了4.36倍;与野生型大肠杆菌相比,双质粒工程菌的琥珀酸产量提高了4.23倍,达到0.9g/L,富马酸产量提高了5.23倍,达到5.4mg/L。上述结果表明加强NAD+合成途径提高了PEPC活性,并增加了还原三羧酸循环的代谢流量。

  • 李青原;赵会英;蒲玉琦
    . 2015, 42(4): 73-77.
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    建立了一种简便灵敏的用于测定盐酸美金刚缓释胶囊释放度的分析方法。采用溶剂萃取酸性染料比色法来测定盐酸美金刚缓释胶囊的释放度,染色剂选用溴甲酚绿(BCG),萃取剂为氯仿,通过改变水相pH、BCG试液用量、反应时间等条件对比色法的测定条件进行优化。结果显示,当水相pH=4.0、溴甲酚绿试液用量为4mL时,本方法在0.3~12 μg/mL质量浓度范围内具有较高的灵敏度和重复性,标准曲线为A=0.05347ρ+0.09001,r=0.9991(n=6);盐酸美金刚平均回收率为100.13%,相对标准偏差为1.86%(n=9)。

  • 温赛1;杨建国2;王凤寰1;汪兵3
    . 2015, 42(4): 78-82.
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    从中温α-淀粉酶生产菌株枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)264中克隆得到中温α-淀粉酶基因(amyL)并构建了重组表达质粒pAX01-amyL。该质粒转化枯草芽孢杆菌264后利用同源重组机制将由木糖操纵子引导的amyL表达盒整合入枯草芽孢杆菌染色体的lacA位点,以增加中温α-淀粉酶基因的拷贝数。经淀粉平板产酶初筛及Southern blot鉴定,成功分离获得了可高效分泌表达中温α-淀粉酶的基因工程菌ZHWY。该菌株在摇瓶发酵75h后α-淀粉酶酶活可达到730U/mL,比酶活为156U/mg总蛋白,与原始菌株264相比提高了70%,且继代过程中表达水平稳定。在5L发酵罐中,枯草芽孢杆菌ZHWY发酵所产中温α-淀粉酶酶活最高达到1450U/mL,具有良好的工业应用前景。
  • 机电工程和信息科学
  • 李志江;闫宝瑞;信春玲;何亚东
    . 2015, 42(4): 83-88.
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    针对高聚物挤出发泡所用的双阶挤出系统中需要解决连接体压力稳定控制的动态建模问题,提出了一种用于双阶挤出系统预测的状态子空间系统辨识策略,该方法利用系统的输入输出数据成功辨识出了双阶挤出系统的动态模型,并将实际测量数据与辨识得到的模型仿真输出数据进行对比,结果验证了基于状态子空间的辨识算法得到的系统模型能很好地反映实际情况。
  • 李晓虎; 何亚东; 信春玲; 罗祎玮; 杨兆平
    . 2015, 42(4): 89-94.
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    以聚苯乙烯(PS)/CO2发泡体系为研究对象,采用细胞模型建立了气泡非等温生长过程的数学模型;通过matlab数值模拟计算,研究了工艺参数对于气泡生长的影响,得到了气泡生长与工艺参数之间的传递函数,并建立了泡孔生长预测模型。结果表明:气泡非等温生长过程中,体系的降温速率越快,气泡的生长速率就越慢;系统压力对于气泡生长的影响最显著;建立的泡孔生长预测模型可用于预测气泡半径及气泡生长最大生长速率。
  • 刘玉琴; 陈娟; 郭青
    . 2015, 42(4): 95-100.
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    针对高阶或多时叠加滞复杂模型,提出了一种基于粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)的复杂模型近似方法,讨论了PSO算法在模型近似中初始值设定问题。仿真研究表明,针对高阶或多时滞复杂模型,与传统模型近似算法相比,该方法得到的低阶近似模型能在时域和频域范围内能更好的反应系统的动力学特性,得到的近似模型精度更高。
  • 贾元昕; 李大字
    . 2015, 42(4): 101-105.
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    针对带约束非方系统的控制问题,设计了一种基于标准二次规划(QP)转化方法的快速模型预测控制算法。首先利用非方传递函数矩阵对Diophantine方程进行求解,结合系统的单位阶跃响应矩阵重构系统的预测模型;然后,考虑系统的约束条件,包括输入输出变量、控制增量约束,通过引入松弛变量及等式转化,将模型预测控制MPC过程中的最小化目标函数问题转化为带有不等式约束的标准QP问题,实现最优控制律在迭代过程中的一步求解,从而解决传统控制方法中计算量大、不能够直接应用于在线控制的问题。将本文所提出的方法应用于经典的Kalman非方系统的控制。得到仿真结果表明,该预测控制方法在系统的抗噪声扰动、设定值跟踪等方面均有着较好的性能,同时能满足系统的约束条件,并得到满意的控制效果。
  • 祝海江;崔阳;周靖林*
    . 2015, 42(4): 106-111.
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    针对超声图像连续性差、自身具有稀疏性的特点,提出了一种适用于超声图像的压缩感知重建方法。该方法以小波变换为稀疏基,Hessenberg矩阵为测量矩阵,引入正交匹配追踪(OMP)算法实现了超声图像的重建。超声C-扫描图像重建结果表明在观测数据采样率降低、数据缺失等条件下均能清晰的成像,验证了该方法的有效性。此外,本文给出Hessenberg测量矩阵的有限等距性(RIP)性质证明;并与基于Toeplitz测量矩阵的图像重建方法进行了比较,实验结果表明利用本文方法的重建图像在平均结构相似度(SSIM)、峰值信噪比(PSNR)和三维差值图等指标上均较优。该压缩感知重建方法在采样率为50%,原始数据较差的前提下,成功恢复出相似度在80%以上的超声图像。
  • 于涛; 李和平; 王建林; 赵利强
    . 2015, 42(4): 112-119.
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    针对间歇过程的时段划分问题,提出了一种滑动时间窗加权MPCA方法,利用了相邻观测数据所蕴含过程信息的相关性,降低了过程扰动、观测噪声以及多阶段间过渡过程等不确定性因素对时段划分的影响,进而改善了间歇过程的监测效果。将所提出的方法应用于青霉素发酵过程阶段划分和监测,实验结果表明,所提出方法与常规MPCA相比,能够得到更好的效果。
  • 管理与数理科学
  • 兰光强; 张翀
    . 2015, 42(4): 120-123.
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    本文给出随机微分方程向后欧拉逼近解满足指数稳定性的充分条件。通过将线性增长条件改为耗散性条件,改进了已有的结果。此外,构造了一个例子,并通过数值模拟验证了本文的结论。
  • 邵川钋; 冯志芳*
    . 2015, 42(4): 124-130.
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    采用时域有限差分法设计并模拟了微波波段的三维立体结构中任意弯曲波导及空间腔腔耦合波导结构。模拟结果表明,三维立体的woodpile结构除了可以实现平面内任意弯曲波导如C型波导、Z型波导对光的可控制传输外,还可以实现非平面内光的多角度多方向的可控制传输。