2016年, 第43卷, 第3期　刊出日期：2016-05-21

  

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化学与化学工程
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  甲醇中29种VOCs混合标准样品短期稳定性研究

  姜洋,房丽萍,杨刚,陈咏梅,鲁炳闻,田文

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(3): 1-6. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.03.001

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  为考察运输过程中环境温度的变化对挥发性有机物（VOCs）混合标准样品量值产生的影响，模拟极端运输条件(-40 ℃、4 ℃、室温、55 ℃)，采用经典和同步两种稳定性研究方案考察甲醇中29种VOCs混合标准样品的短期稳定性。结果表明：同步稳定性研究方案因一次校准进行所有测量降低了不确定度，更适合对多组分挥发性有机物进行稳定性评价；在-40 ℃下所研究标准样品所有组分量值稳定， 4 ℃与室温冷藏保存两周期间，标准样品量值稳定，而在55 ℃保存条件下，组分环氧氯丙烷的浓度有明显下降趋势；由于环氧氯丙烷的浓度受温度影响较大，甲醇中29种VOCs混合标准样品在运输过程中需采用低温条件，若长期保存，应尽快转移至冷冻环境中防止环氧氯丙烷分解。
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  垃圾焚烧飞灰中重金属的稳定化研究

  谭笑,孙杨雨,冉真真,邹德勋,林爱军

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(3): 7-13. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.03.002

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  以华中某垃圾焚烧发电厂产生的飞灰为研究对象，分别考察了乙基黄原酸钾（乙基黄药）、硫化钠、高分子重金属离子捕集沉淀剂DTCR、磷酸钠、二乙基二硫代氨基甲酸锌（二乙氨基荒酸锌）以及磷酸钠与二乙氨基荒酸锌的混合药剂对飞灰进行稳定化处理的效果，运用X射线衍射分析（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和BCR三步提取法对飞灰中重金属的稳定化机理进行研究。研究结果表明：磷酸钠能有效稳定飞灰中重金属元素Pb、Cr，二乙氨基荒酸锌则对Cd、Ni等元素稳定化效果较好，采用8%磷酸钠和1%二乙氨基荒酸锌的混合药剂配伍方案添加处理飞灰，能满足国家的填埋标准。研究发现重金属与混合药剂反应没有生成晶体，而是在过程中与稳定化药剂反应生成絮状沉淀均匀地附着在飞灰颗粒表面及缝隙中，使其棱角变得模糊、表面变得致密，处理后的飞灰中重金属形态由不稳定态转化为稳定态，有效降低了飞灰中重金属的浸出浓度。
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  旋转填充床中O3/Fenton工艺处理酸性黄23印染废水的研究

  邢天辰,田力剑,崔伟松,陈建峰,邵磊

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(3): 14-19. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.03.003

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  以超重力旋转填充床（RPB）为反应装置，结合Fenton试剂，研究了臭氧高级氧化技术处理酸性黄23印染废水的效果。考察了初始pH值、Fe ²⁺离子浓度、H₂O₂浓度、臭氧质量浓度、旋转填充床转速、NaCl质量浓度、KH₂PO₄质量浓度、Na₂SO₄质量浓度等因素对脱色率和COD去除率的影响。实验结果表明，当转速为1000r/min、pH=4、Fe ²⁺浓度为0.6mmol/L、H2O2浓度为1.5mmol/L、O3质量浓度为40mg/L、液体流量为30L/h时，酸性黄23的脱色率可达到90%以上，溶液COD去除率可达到33%；随着NaCl、KH₂PO₄质量浓度的增加，酸性黄23脱色率与溶液COD去除率不断减小；改变Na₂SO₄质量浓度，酸性黄23脱色率与溶液COD去除率变化不大。
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  单液滴在射流场中的形变及破碎实验研究

  饶莉,张鹏举,蔡子琦,高正明

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(3): 20-27. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.03.004

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  在射流场中对自由上升单液滴的形变和破碎过程进行了研究。采用高速摄像技术拍摄记录液滴的初始形状、上升速度、进入射流场后的形变破碎等现象，运用粒子图像测速(PIV)技术研究了射流场的流场情况。通过改变液滴初始粒径大小、入射位置、射流速度等参数考察了在不同射流速度下液滴在流场中的形变破碎过程。结果表明，液滴在进入射流场后会发生3个尺度的形变过程，随后会发生从生成子液滴数为两个至多个不等的二元破碎至多元破碎现象；液滴一次破碎位置随流场剪切力而变化，主体破碎区域为射流场的中间部分；液滴在射流场中生成的子液滴数量会随入射流量、入射位置和母液滴粒径的改变发生变化。
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  PdFe(110)电子结构及电催化性能的理论研究

  郭玉宝,朱红,杨儒,魏永生

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(3): 28-33. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.03.005

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  利用密度泛函理论(DFT)的平面波赝势方法计算了不同注入电荷和掺杂Fe原子比例的PdxFey(110)表面原子结构和电子结构特性。结果表明，Fe原子比例对表面褶皱s影响较小，注入电荷数量对表面褶皱s影响很大；Fe原子掺杂使Pd的4d10轨道电子向低能级轨道移动，增加了d空穴。布居分析表明电极的表层电荷分布比金属态表面增多；Fe掺杂的表层电荷分布比不掺杂电极表面增多。电子结构分析表明，电极表面的s、p、d轨道电子和总电子均比金属态表面减少；Fe掺杂后，Pd和Fe的表面原子趋向于杂化构型，Pd表层原子向Fe表层原子发生电子转移，增加表面反应活性，有利于电催化反应。
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  双酚A脱水精馏过程的模拟与优化

  戴天,范洪明,杨慧中

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(3): 34-39. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.03.006

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  基于Aspen Plus仿真，研究了一个双酚A脱水精馏塔装置的优化操作问题。采用RadFrac模块进行全流程模拟，选择UNIQUAC热力学模型，对以苯酚和丙酮为原料生产双酚A的脱水精馏过程进行模拟计算。分析了进料位置和回流比对分离纯度和年总操作费用的影响，在进料位置和回流比同时变化的情况下，利用Matlab寻优，得到了脱水精馏塔的最佳进料位置及回流比。仿真结果显示，优化后的塔顶水质量分数比优化前有了明显提高，年总操作费用大大降低。该优化结果对工业流程设计和生产操作具有指导意义。
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  温度对大分子体系中动力学无序特征影响的研究

  郑跃,张卫伟,王文贺

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(3): 40-45. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.03.007

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  应用Kramers速率理论，从粒子隧穿系数、残存概率以及平均等候时间等方面重点分析了环境温度的改变对生物大分子体系中动力学无序特征的影响。分析结果表明，在较低温度条件下更容易体现单分子酶类催化反应中的动力学无序现象，反之高温条件下则更容易体现过渡态对应的动力学特征。
材料科学与工程
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  光敏Y型分子的合成与有机相中的自组装研究

  马莉,李金泽,李齐方

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(3): 46-52. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.03.008

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  仿照卵磷脂的结构，利用点击化学成功合成了含螺吡喃基团的Y型光敏感性分子SP-TPPE-(C₁₆)₂。通过核磁氢谱和红外测试表征了SP-TPPE-(C₁₆)₂的结构。紫外-可见吸收光谱结果表明了该分子对光的响应具有较好的可逆性和重复性，紫外光照射使螺吡喃基团由非离子型的螺环（SP）结构变为离子型的部花青（MC）结构，从而诱导分子在非极性溶剂中发生聚集。此外，溶剂极性能够影响分子的聚集形态；延长紫外光照射时间，有利于分子形成纳米尺度下较为有序的聚集形态。
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  纳米SiO₂修饰玻纤表面对玻纤/聚丙烯复合材料界面性能的影响

  张志成,杨建军,金泽宇,信春玲,闫宝瑞,罗祎玮,何亚东

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(3): 53-59. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.03.009

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  借助纳米颗粒的高比表面积特性，将纳米二氧化硅通过化学接枝方法修饰玻璃纤维表面，制备玻璃纤维/聚丙烯（PP）热塑复合材料。通过SEM表征纳米二氧化硅在玻璃纤维表面的分布形态，结果表明纳米颗粒在纤维表面分散良好；通过界面剪切强度测试（IFSS）和界面断裂韧性测试（G_ⅡC）表征复合材料界面的静态力学性能，结果显示材料的界面剪切强度与界面断裂韧性同时获得了较大的提升；动态热机械分析测试（DMA）的结果表明复合材料在动态测试下的综合界面结合性能均得到较大的提升。
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  五氧化二钒纳米颗粒的制备及其电化学性能研究

  孟琳,翟晶,蒲源

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(3): 60-65. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.03.010

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  通过共溶剂水热法制备五氧化二钒纳米棒，使用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM、EDS）、电化学工作站和蓝电测试系统对样品的形貌结构和电化学性能进行分析。结果表明，所得样品均为纯V₂O₅相，结晶度较高；金属离子掺杂后V₂O₅的形貌由棒状变成微球状。CV曲线结果表明，该材料作为锂离子电池正极材料时具有良好的可逆性；掺杂金属铜离子的V₂O₅表现出更好的电化学性能，初始比容量为273.30mA·h/g，在循环50次后，容量保持率为99.04%；金属铜离子的掺杂可进一步提高材料的电化学性能。
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  硅橡胶改性聚碳酸酯的低温韧性和物理老化研究

  杨伟夺，孟焱，李效玉

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(3): 66-72. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.03.011

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  为了提高聚碳酸酯（PC）的低温韧性和热处理后的韧性保持率，用硅橡胶核壳粒子（MSiA）对PC进行了改性，并与一种PC-硅橡胶共聚物（PC-PDMS）的性能进行了比较。采用拉伸、冲击、SEM和DSC等方法对材料的力学和热焓松弛性能进行了表征。研究结果表明：尽管PC/MSiA和PC-PDMS常温力学性能低于纯PC，但二者的低温韧性都大大高于纯PC；纯PC在物理老化后很快成为脆性材料，而PC-PDMS和PC/MSiA在经历较长时间的物理老化后仍能保持良好的冲击韧性，且PC-PDMS的低温韧性更加优异；物理老化过程中，纯PC和PC/MSiA的热焓老化规律与一般规律相符，即峰值温度随老化时间的增加而增大，但对于PC-PDMS而言，随物理老化时间的增加，峰值温度降低。研究还发现，如果在PC-PDMS的物理老化过程中施加一定的外力，则峰值温度会随老化时间的增加而增大，这种差异可能与物理老化过程中的结构和内应力变化有关。
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  碱玉米秸秆接枝丙烯酸酯乳液新型固沙抑尘剂的合成及应用

  孔维青，张丽丹，韩春英，程忻荃

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(3): 73-79. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.03.012

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   采用乳液聚合中的预乳化工艺，制备碱玉米秸秆接枝丙烯酸丁酯(BA)/甲基丙烯酸甲酯(MMA)/丙烯酰胺(AM)新型固沙抑尘剂。考察了单体配比、丙烯酰胺用量、乳化剂用量、引发剂过硫酸铵(APS)用量、反应温度以及碱玉米秸秆加入量对合成产物性能的影响；然后采用FT-IR、 HPLC、TG-DTA对产物进行表征，并对固沙抑尘剂的表面固沙效果、保水性和抗压强度等应用性能进行了研究。实验结果表明，单体质量配比(mBA ∶mMMA)为7∶3、AM质量分数2%、乳化剂质量分数5%、APS质量分数0.6%、碱玉米秸秆质量分数5%、聚合温度为75℃时，固沙抑尘剂乳液的黏度、流动性、稳定性以及产品外观良好，在320℃下热稳定性良好，保水性和压缩强度可满足实际应用需求。

生物技术与环境工程
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  不同形貌氧化锌的简易合成及其光催化降解环丙沙星废水

  张宪,石凤琼，张格红

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(3): 80-84. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.03.013

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  以硝酸锌、水合肼、氢氧化钠、氯化钾为原料，通过简单的水热法，在100℃下反应2 h制备出形貌均一、分散性好的氧化锌纳米棒、纳米棒束和纳米花。利用XRD、SEM、UV-vis对所制备样品的组成和形貌进行表征。以紫外灯为光源，环丙沙星为降解对象，考察不同形貌的氧化锌对降解抗生素废水的活性。实验结果表明：适量NaOH的加入有利于纳米花的形成，KCl的加入则促使纳米棒束结构的形成；纳米棒、纳米棒束及纳米花ZnO的固体紫外-可见光谱显示其吸收边缘依次出现一定的红移；在汞灯光照下反应120 min后,ZnO纳米棒、纳米棒束及纳米花对环丙沙星的降解率分别为45.5%、60.3%和90.2%。
  
机电工程和信息科学
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  顶驱下套管装置卡瓦牙的有限元分析

  宋超，聂云飞，吴仲华，张杨

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(3): 85-90. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.03.014

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  在套管下放作业过程中，顶驱下套管装置的卡瓦夹持套管柱是含有接触的非线性问题。应用有限元软件ANSYS Workbench，通过建立具有不同牙型的卡瓦分别夹持和旋转套管柱的仿真来进行应力分析，发现卡瓦牙的一些失效规律以及卡瓦的最薄弱环节，最终分析出卡瓦牙最优的结构形式，并提出了提高下套管装置工作时卡瓦的安全性和可靠性的若干建议。
  
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  基于显式动力学的发动机转子中介轴承的仿真分析

  向伟，王华庆，唐刚，袁洪芳

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(3): 91-96. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.03.015

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  为研究复杂工况下中介轴承的动力学特性，针对外圈支承于低压转子轴颈，内圈支承于高压转子轴颈支承形式的中介轴承的工作特点，应用LS-DYNA建立了中介圆柱滚子轴承动力学模型，开展动力学仿真。该模型以显式算法为基础，在充分考虑中介轴承转速、旋转方向、负载、接触及摩擦的条件下，基于动力学仿真模型，分析了中介轴承应力水平随内外圈旋转方向、内外圈转速及径向外载荷变化的规律。分析结果表明：在内外圈反向旋转以及外圈转速增加的情况下中介轴承的振动更为平稳，而在径向外载荷增大的情况下，中介轴承的振动更加剧烈。仿真结果验证了模型的正确性，为中介轴承故障诊断提供了有益参考。
  
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  轴承载荷对整体齿轮增速式离心压缩机转子动力学行为的影响研究

  刘宾宾，王维民，姜兴安，高 帅

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(3): 97-103. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.03.016

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  以一台在役的六级整体齿轮增速式离心压缩机为研究对象,运用流固耦合方法,考虑可倾瓦滑动轴承轴瓦热膨胀的同时,分析不同的载荷大小和载荷角度导致的轴承刚度和阻尼的变化,并在此基础上建立四平行轴系转子系统三维模型,研究不同载荷下齿轮转子系统的不平衡响应规律和动力学行为。 研究结果表明,对齿轮轴系的动力学行为分析,不仅要考虑轴瓦的热膨胀和轴承载荷的变化,还需考虑耦合转子的动力学行为。
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  基于非球面工件曲率的打磨斑均匀性优化方法

  曹聪，潘日，张亚军，庄俭，董力群

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(3): 104-109. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.03.017

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   为了解决非球面工件打磨过程中由于打磨点处曲率变化导致的打磨斑不一致的问题,研究了基于打磨工具下压量变化的打磨斑均匀性优化方法。 首先建立打磨几何模型并对打磨斑面积计算方法进行推导;然后根据工件曲率变化调整下压量来优化接触面积的均匀性;最后基于 ABAQUS 有限元分析软件进行仿真,并比较调整下压量前后的面积均匀性效果。 结果表明,通过调整不同曲率点的下压量可以获得均匀的打磨斑面积。 因此调整工具下压量来控制打磨斑均匀性的方法可行。
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  低压电力线载波通信压缩感知信道估计方法

  郭俊龙,王学伟,王琳

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(3): 110-114. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.03.018

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  针对低压电力线载波通信多径信道,建立了正交频分复用(OFDM)基带传输系统和低压电力线载波通信多径信道传输特性模型,并根据传输特性模型与模型参数,实验得出了低压电力线载波通信信道的冲击响应 h(n);在此基础上,分析推导了满足压缩感知条件的 OFDM 低压电力线载波通信多径传输数学模型,提出了低压电力线载波通信压缩感知信道估计方法,解决了最小二乘(LS)信道估计方法和最小均方误差(MMSE)信道估计方法精度差的缺点。 实验结果表明:在采用相同导频数 128 和相同信噪比 SNR 为 14 dB 的情况下,压缩感知(CS)信道估计方法与 LS 及 MMSE 信道估计方法中较优者相比,得出的信道均方误差降低 16 dB,接收端的误码率降低 3 倍,并且随着信噪比的增加性能提升更明显。
管理与数理科学
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  基于函数性数据分析的中国社会消费品零售总额数据研究

  贾鑫,徐永利

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(3): 115-120. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.03.019

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  运用函数性数据分析中的主微分分析方法对中国 1984 年至 2010 年间的社会消费品零售总额进行拟合,较传统方法获得了更好的拟合效果。 采用两阶段的拟合过程来分别刻画社会消费品零售总额的长期趋势和季节性波动。 结果表明:拟合函数在历年的季节性成分具有大致相同的走势,反映了数据的季节性波动的规律;历年的季节性成分又不是完全重合,而是能够体现年份之间的差异,因而获得了较小的拟合误差。
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  带有 3 对对称生成器的小波双框架的构造

  李旭光;崔丽鸿;黄守勇

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(3): 121-125. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.03.020

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  采用提升格式的思想来构造带有 3 对对称生成器的小波双框架。 利用构造双正交小波的思想,通过使用一步提升格式,接着再使用一步对偶提升格式,如此反复进行来获得小波双框架的分解重构算法的模板。 其中模板中的每一步都是对称的,这样通过获得的算法模板就可以推导出相应对称滤波器组的参数化表示;然后根据混合酉扩展原理的条件来构建方程组,通过求解方程组获得关于滤波器组中参数的一个通解;最后通过选择合适的解来获得较为理想的滤波器组。 另外,根据高通输出与低通输出对应输入信号的奇偶节点的不同形式,可以产生 3类模板,文中对其中一种形式的模板进行了详细陈述,并通过实例进行了验证。

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  强迫振动下 Duffing 方程的摄动解分析

  张艳丹,江新华

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(3): 126-128. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.03.021

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   讨论了强迫振动下的非线性 Duffing 方程的摄动问题。 运用多重尺度法构造出渐近近似解,最后通过Gronwall 不等式对余项进行估计,证明了近似解的一致有效性。