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2015年, 第42卷, 第5期 刊出日期:2015-09-20
  

  • 全选
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    专题综述
  • 阳庆元;郭翔宇;刘大欢;仲崇立
    北京化工大学学报(自然科学版). 2015, 42(5): 1-12.
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    介绍了计算手段在纳微结构材料的设计及其应用性能研究方面的意义,并以金属-有机骨架材料为例,从分子力场开发、描述静电作用的电荷计算、材料结构表征与数据库的建立等角度,综述了近年来围绕纳微结构材料的计算方法开发及其在气体吸附分离与膜分离性能研究方面的一些重要进展。通过对现有计算方法的客观阐述与评价,提出了该领域亟待解决的一些问题,最后展望了计算化学在纳微结构材料研究领域的一些发展趋势。
  • 化学与化工工程
  • 李宗祥1; 宋俊男2; 郭锴1; 王洋1; 郑月伦3; 钱智3
    . 2015, 42(5): 13-18.
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    在以增大端效应区为手段的旋转填料床(RPB)基础上设计了一种新型结构的RPB,即静态导流板式RPB,通过在主体填料区设置静态导流板,使周向运动的液体重新获取径向上的速度分量,液体重新被切割,产生第二端效应区,从而使气液传质效果得到加强。在脱碳实验中,对比静态导流板4种不同安装方式下的传质效果,结果表明,当导流板弧面切线方向与外填料垂直时,传质效果最好;CO2-NaOH气液传质实验的结果表明,安装静态导流板时设备的脱碳率比传统的满填料转子高5%左右,比未安装导流板时高10%左右;在H2S-CO2-MDEA的竞争反应体系中,H2S的脱除效率较高,选择因子较大,脱硫效率大于99.8%,净化气中H2S体积分数低于0.002%,同时选择性因子高达13.5。

  • 李玥1;李群生1;李春江2;郭凡1;刘中海2;唐红建2
    . 2015, 42(5): 19-23.
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    针对某聚氯乙烯厂精馏过程中氯乙烯产品纯度低、能耗高的问题,利用化工流程模拟软件Aspen Plus对氯乙烯精馏系统中的T203塔进行模拟优化,选择适合氯乙烯体系的NRTL模型进行计算,确定理论板数为28块。根据灵敏度分析和正交试验得到最佳操作参数为:回流比为0.8,进料位置为第2块理论板,侧线采出位置为第18块理论板。产品中氯乙烯质量分数达到99.999%,低沸物质量分数小于1×10-6,高沸物质量分数小于5×10-6。同时对精馏系统提出两项节能降耗技术,其中循环水改造技术预计为企业带来经济效益1034.85万元/a,高效导向筛板技术可以有效提高分离效率和生产能力。

  • 刘金淼; 马欣欣; 黄燕; 何艳峰; 刘广青
    . 2015, 42(5): 24-31.
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    为研究碱/碱土金属(AAEM)浸渍预处理对酸洗生物质热解特性的影响,本文选用稻壳、橡木和秸秆3种生物质为原样,对酸洗及酸洗后5种金属硝酸盐(KNO3,Ca(NO3)2,Mg(NO3)2,Fe(NO3)3,Ni(NO3)2)溶液浸渍样进行热重分析。结果表明:酸洗使得生物质中金属含量降低,而浸渍预处理使生物质中金属含量增加;经酸洗后生物质的TG和DTG曲线向高温方向移动,最大热解速率明显增加,焦炭产量下降;AAEM盐浸渍预处理可以促进生物质的热解过程,使生物质的TG和DTG曲线向低温移动;Fe、K、Ni盐的反应活性稍高于Ca、Mg盐。从动力学方面看,Coats-Redfern法对150~340 ℃范围内生物质热解均有很好的相关性,反应级数为一级,金属的添加使生物质热解所需活化能降低,对热解具有催化作用。

  • 王智;丁文明;程安国;李楠楠;任丹丹
    北京化工大学学报(自然科学版). 2015, 42(5): 32-36.
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    建立了活性氧化铝固定床吸附除氟过程的数学模型,通过连续实验获得了Langmuir吸附容量qm以及Langmuir常数KL,运用最小二乘法拟合了吸附过程的总传质系数ks,并使用龙格-库塔法求得模型的数值解。为了验证模型的可靠性,将所建立模型的计算结果与实验结果进行比较,使用相对误差法进行分析。结果表明当空速小于6.0h-1时,6组模拟与实验数据的相对误差均小于10%,模拟与实验所得穿透曲线吻合良好。所建立模型的准确性能够满足工程应用和设备设计的需要。 
  • 刘新杰;唐光诗
    . 2015, 42(5): 37-40.
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    采用铅核磁共振光谱(207Pb-NMR)研究了在不同温度、有无添加剂的碱性溶液中Pb(II)粒子的水解产物,论证了配体电负性对207Pb-NMR与对1H-NMR相反的影响,计算了不同温度的表观平衡常数以及活化能变。实验结果表明Pb(II)水解产物可能为构成平衡的Pb(OH)2- 4与Pb(OH)3- 5;升温导致207Pb共振移向低场;添加剂对207Pb化学位移的影响很小,对核磁峰宽的影响主要来自于水解粒子外部环境的变化。
  • 张津津;高正明;蔡雅婷;包雨云
    . 2015, 42(5): 41-46.
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    在内径为300mm的搅拌槽内,用六叶半椭圆管叶盘式涡轮桨(HEDT)、抛物线管叶盘式涡轮桨(PDT)和轴流式四叶宽叶翼型桨(WH)上提操作方式(U)和下压操作方式(D)组成的3种组合桨HEDT+2WHU,HEDT+2WHD和PDT+2WHD研究了不同操作条件下各组合桨的通气功率和传质性能。结果表明,各组合桨的相对功率需求(RPD)都随着转速和通气准数的增大而减小,HEDT+2WHU桨的RPD在实验操作条件下一直维持在0~75以上,大于另外两种组合桨;3种组合桨的容积传质系数kLa都随着功耗和表观气速uG的增大而增大,并且当气速较小时,增大气速可以大幅度增大kLa,但随着气量的增加,kLa的增大幅度有所减小;小气量下3种组合桨的kLa差别不大,但大气量下差别明显;PDT+2WHD在气速uG=0。0078~0.039m/s时表现出最好的传质性能,PDT+2WHD、HEDT+2WHD在uG=0.039m/s时的传质性能明显优于HEDT+2WHU。基于实验数据,回归得3种组合桨的功率准数和传质系数的关联式,可用于工业设计及应用。
  • 毛盾;唐建华;刘忠华;沈思康;礼全;游宇焜
    . 2015, 42(5): 47-52.
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    采用动态法通过激光监视技术分别测定了大豆苷元在乙醇、丙酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮6种有机溶剂中281.98~338.75K温度范围内的溶解度,将溶解度实验数据用Apelblat方程、λh方程和NRTL方程分别进行关联。结果表明,大豆苷元在有机溶剂中的溶解度随温度的升高而增大,相同温度下溶解度大小依次为,二甲基亚砜>N-甲基吡咯烷酮>N,N-二甲基甲酰胺>四氢呋喃>丙酮>乙醇;Apelblat方程、λh方程和NRTL方程对溶解数据的关联结果良好,平均相对误差分别为1.419%、2。172%和2.498%。
  • 材料科学与工程
  • 焦春磊;王会丽;张聪;邬娇娇;李姝谚;徐从斌;刘拓;张傑;林爱军
    . 2015, 42(5): 53-59.
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    采用低温电炉法对传统高温膨胀制备膨胀石墨的方法进行优化,并对其在染料废水处理中的应用进行了研究。考察了氧化剂、插层剂和氧化次数对膨胀体积的影响,并使用SEM、XRD、FT-IR对样品进行外观形貌和结构表征。研究结果表明:使用高锰酸钾-磷酸-硝酸氧化插层体系一次氧化下并使用低温电炉法进行膨化的效果最好,制备出的膨胀石墨样品膨胀体积为390mL/g,比表面积252m2/g。在对活性黄模拟染料废水处理的实验中,考察了膨胀石墨用量、活性黄浓度和温度3个因素对于活性黄模拟染料废水吸附效果的影响,结果表明:对于质量浓度为250mg/L的活性黄废水,膨胀石墨的最大吸附量可达到180mg/g;当膨胀石墨添加量为2.0g/L时处理效果最佳,去除率达到65%;而温度对于吸附过程影响较小。
  • 赵浩;张丽丹;韩春英;孔维青;张娜;齐干
    . 2015, 42(5): 60-64.
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    采用木质素磺酸钠接枝改性技术,合成了具有良好固沙性能的水溶性木质素磺酸钠改性脲醛树脂固沙抑尘剂。采用FT-IR对木质素磺酸钠改性脲醛树脂进行了表征,测试了其黏度,并研究了固沙抑尘剂的表面固沙效果、热稳定性、保水性和抗压强度等固沙性能。实验结果表明,固沙抑尘剂在室温至200℃区间内热稳定性良好;当使用的固沙抑尘剂的固含量(质量分数)为5%时,能够形成有效固结层,可满足室外固沙需要。
  • 王宁1;樊保民2;魏刚1;张占佳1;于永申1;乔宁1
    . 2015, 42(5): 65-70.
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    利用β-环糊精(β-CD)外端亲水,内部空腔疏水的分子结构特征,通过饱和溶液法,以β-CD为主体,苯并三氮唑(BTAH)为客体,制备了物质的量比1∶1的超分子结构包合物。利用二维核磁共振氢谱(2D-NMR)、傅立叶变化红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)等对产物的结构进行表征,结果表明,作为客体的BTAH分子已存在于环糊精的疏水空腔内,客体分子通过氢键与主体相互作用,形成超分子结构;原本具有良好结晶性的β-CD与BTAH经过超分子化后,形成了一种全新的物相。根据相溶解度的测定结果,可推断所制备产物的主客体物质的量比为1∶1,增溶效果明显。利用重量法与电化学法等手段,考察了所制备产物在模拟循环冷却水中对紫铜的缓蚀性能,结果表明40℃下,加入60mg/L超分子缓蚀剂后,对紫铜的缓蚀率可达92.3%。

  • 王钰淇;刘丽英;丁忠伟
    . 2015, 42(5): 71-75.
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    通过对ZSM-5分子筛颗粒表面改性的方法,使之与聚二甲基硅氧烷(PDMS)形成更好的接触面结构,再将其涂覆在聚醚酰亚胺(PEI)基膜上,制备了表面改性ZSM-5分子筛填充的PDMS/PEI复合膜。将复合膜用于CO2/CH4体系与O2/N2体系的气体分离研究,实验结果表明:填充经过表面改性的ZSM-5分子筛的复合膜与填充未改性分子筛的复合膜相比,改性后分子筛在聚合物中的分散更加均匀,分子筛与聚合物基体之间的联结更加紧密,这都增强了分子筛的筛分作用;填充改性后分子筛的复合膜对气体的渗透能力略有增大,改性分子筛填充量(质量分数)为20%的复合膜对两种体系的分离效果最佳,CO2/CH4体系的分离系数提升23.8%,O2/N2体系提升28.6%。
  • 李沙沙;李齐方;陈广新;周政
    . 2015, 42(5): 76-81.
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    以PEO-Br为大分子引发剂,通过原子转移自由基聚合(ATRP)合成了具有温度/光双重敏感性的亲水性聚合物PEO-P(NBMA-co-DMAEMA),并对聚合物在水中的自组装形态进行了研究。升高温度到临界胶束温度(CMT1)以上时,聚合物可以在水中自组装形成以P(NBMA-co-DMAEMA)为核,PEO链段为壳的胶束并负载模型药物尼罗红;在CMT1以上时,用紫外光照射胶束溶液,聚合物PEO-P(NBMA-co-DMAEMA)中的光敏感性NBMA基团逐渐发生裂解反应生成亲水的MAA,聚合物转化成亲水性更强的PEO-P(MAA-co-DMAEMA),导致体系的CMT2高于CMT1,胶束发生解离并释放出尼罗红。
  • 生物技术与环境工程
  • 王凤寰;续丹丹;王玉海;于云娟
    . 2015, 42(5): 82-86.
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    从嗜酸普鲁兰芽孢杆菌基因组中扩增出普鲁兰酶基因PulA,并将该基因连接到大肠杆菌表达载体pET-28a中,构建了普鲁兰酶基因的诱导表达载体pET-28a-PulA。测序结果表明,普鲁兰酶基因PulA长度为2766bp,编码922个氨基酸。将重组载体转化至大肠杆菌BL21(DE3)后,普鲁兰酶基因PulA在IPTG诱导下获得表达,产生胞内蛋白。SDS-PAGE测定的分子量约为110kD。细胞超声破碎液酶活为0.45U/mL。该酶的最适温度为55℃,最适pH为5.0,金属离子对酶活性影响不显著,具有I型普鲁兰酶特性。此重组普鲁兰酶的酶学性质表明此酶具有独特的耐酸性质,具备一定的工业化应用价值。
  • 机电工程和信息科学
  • 刘娇;关昌峰;王峰;何长江;阎华;杨卫民
    . 2015, 42(5): 87-91.
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    采用截面直接拍摄法获得水-硅油在内置折流扰流组合式转子管路中分散混合的画面,通过采集硅油液滴的粒径数据,得到分散混合性能指标Sautar平均直径以及硅油液滴的粒径分布曲线,对比分析了折流环数量N以及折流环表面开孔宽度大小d0对分散效果的影响。结果表明:与N=1,2相比,当折流环数量N=3时,硅油液滴的破碎程度最强,分散效果最好;当折流环表面开孔宽度d0=2,3mm时,硅油液滴的Sautar平均直径以及粒径分布相差不大;当d0=4mm时,硅油液滴的Sautar平均直径增大,出现粒径较大硅油液滴,粒径分布均匀性降低。
  • 易军凯;赵向凯
    . 2015, 42(5): 92-96.
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    为将印刷防伪中的莫尔效应应用于信息隐藏领域,本文提出一种新的信息隐藏框架,解决了将原有技术直接引入信息隐藏领域所产生的诸多问题。首先,直接引入可以隐藏信息并产生莫尔效应的周期性光栅,摆脱原有技术依附于印刷过程中的加网操作的限制;其次将已处理为轮廓矩阵的指定隐藏信息按照一定方法隐藏于母版图片中,实现周期直线光栅信息隐藏功能;同时增加光栅参数,引入曲线光栅,增加隐藏信息破解成本,提高信息安全性。

  • 管理与数理科学
  • 宗凯1;于建平2;孙永利1;吴素平1
    . 2015, 42(5): 103-107.
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    基于计算机代数中的Gröbner基理论并结合传统的BM-算法的模方法,提出了一种用于构建生物信息学中的逆向工程离散模型的插值多项式代数方法。该方法不仅可以有效地构造出生物信息学中逆向工程的离散模型,还可用于构造多个离散时间序列的多项式模型,同时可以有效地应用在有理数域并且避免中间表达式膨胀。
  • 申屠旻;常玉
    . 2015, 42(5): 108-112.
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    主要从分支的角度分析了一个五变量的胞内钙振荡模型中的钙振荡现象,首次从理论上证明了细胞质内和内质网上的钙离子浓度周期性振荡现象可通过系统平衡点发生Hopf分支而产生。此外,通过数值模拟,我们还发现了此模型的钙振荡现象不是单一形式的,存在着拟周期、混沌等复杂形式的振荡。
  • 李雪;许兰喜;兰万里
    . 2015, 42(5): 113-116.
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    通过数值模拟,研究了倒置的旋转液膜反应器上底边界半封闭时的流场,进一步研究了雷诺数继续增大时涡的发展和演变,并且对相应的现象给出了解释。研究结果表明,继续增大雷诺数,圆台间涡的个数奇偶交替的周期变大;当雷诺数增大到300时,圆台间最终稳定为偶数个涡,涡的个数不再发生变化。
  • 吴素平1;孙永利1;于建平2;宗凯1
    . 2015, 42(5): 117-119.
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    对最简单的不稳定酶动力系统进行动力学分析,并给出了酶动力系统的数学模型-常微分方程组。在初始酶浓度远远大于底物浓度的假设下,利用计算代数理论,求出了数学模型的符号解,最后通过例子来证明本文所用方法的准确性和有效性。
  • 张洪宾1;宋子龙2;李建英1;黄晋阳1
    . 2015, 42(5): 120-123.
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    给出了利用二阶导数的四阶差分近似计算DtN映射的一种新方法。与Chebyshev配置算法比较,该方法直接给出简化计算所需的特征值和特征向量,且充分利用原方程信息,从而简化了计算过程,降低了计算误差。算例(Cost 268 modeling task)表明,此算法是一种高效算法。
  • 周荣喜1;王迪1;展宇1;李小毛2
    . 2015, 42(5): 124-128.
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    通过引入“可信度”作为模糊变量的计量方法,以模糊熵和Yager熵为基础构建了一个新的投资组合优化模型。数值模拟比较发现,在几乎不降低投资组合收益率的情况下,新模型在投资组合权重配置合理性方面改善明显。实证研究进一步表明:新模型可以有效分散投资风险,降低投资者在真实的金融市场中遭受重大损失的概率,可为投资者提供决策参考。