2016年, 第43卷, 第4期　刊出日期：2016-07-20

  

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化学与化学工程
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  双频超声联合稀碱预处理玉米秸秆厌氧发酵工艺参数优化

  辛岳凤1，陈娟1*，董翠英1,2

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(4): 1-6. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.04.001

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  为了提高秸秆厌氧消化的产气量以及产气效率，采用双频超声波与稀碱相结合的预处理方法对玉米秸秆进行预处理，研究了玉米秸秆质量、超声作用时间、单/双频以及稀碱(2%NaOH)预处理时间对玉米秸秆厌氧消化性能的影响，得到双频超声联合稀碱预处理玉米秸秆厌氧发酵的最佳工艺参数为：秸秆质量52 g，双频超声作用，作用时间30min，稀碱预处理1.5 d。实验结果表明：采用双频超声最优预处理条件下的厌氧发酵效果最佳，比经稀碱预处理的玉米秸秆沼气产量提高18.00%，甲烷产量提高35.71%，厌氧消化时间缩短21.21%，比单频超声联合稀碱预处理玉米秸秆沼气产量提高12.80%，甲烷产量提高18.32%，厌氧消化时间缩短10.34%。
  
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  基于吡啶羧酸与己二酸体系的钕MOFs的合成及性能研究

  孙然，韩春英，李彦丽，张丽丹*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(4): 7-12. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.04.002

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  以NdCl3• 6H2O、2,2′-联吡啶-3,3′-二羧酸(H2bpdc)、己二酸（adi）为原料，用水热法合成了一种新型双配体单金属MOFs材料 [Nd2(bpdc)2(adi)(H20)6]n，该材料晶体呈粉色片状。讨论了反应物配比、溶剂种类与用量、体系pH、温度与降温速率对MOFs材料合成的影响，最终确定最佳合成条件为：反应物配比、n(Nd3+):n(bpdc2-): n(adi2-)=2:3:3，以去离子水为溶剂，溶剂量为8 mL，pH=4，145 ℃恒温96 h，以1 ℃/h速度降温。采用红外光谱、X 射线单晶衍射、热重TG和紫外可见漫反射对材料的结构、热稳定性和导电性能进行测试，结果表明：产物晶体为三斜晶系，P ī空间群；在197 ℃以下材料可以稳定存在；材料具有良好的绝缘特性，可以用作绝缘材料。
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   Fe-V/SBA-15催化剂的制备及其对苯催化性能的研究

  盛娅1，葛强2，李增和1*，陈晨1

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(4): 13-19. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.04.003

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  用传统的水热晶化法合成SBA-15分子筛，采用后嫁接合成法，将SBA-15表面的活性硅羟基Si—OH和金属铁、钒的氧化物进行反应，得到Fe-V/SBA-15催化剂，利用X-射线粉末衍射（XRD）、傅里叶红外光谱（FT-IR）、比表面积（BET）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）对合成样品进行了表征与分析。将催化剂用于苯催化性能的研究，通过H2O2一步法将苯羟基化制苯酚，系统研究了反应条件对催化剂催化性能的影响。结果表明，Fe-V/SBA-15展现了很好的催化性能，在较短的反应时间内，苯的转化率达到23%，苯酚的选择性达到94%。
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  基于Aspen-Plus的偶氮二甲酰胺(ADC)发泡剂氨氮废水汽提脱氨过程模拟与优化

  陈位宾，郭天宇，文利雄*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(4): 20-26. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.04.004

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  使用Aspen-Plus软件模拟分析了氨氮废水汽提过程及含氨蒸汽吸收过程，优化了汽提塔理论板数、废水温度、废水pH等工艺参数以及工艺流程。在此基础上，模拟优化了蒸汽循环汽提/NH3•H2O-硫酸吸收工艺，模拟结果表明优化后可将蒸汽单耗降低到48 kg/t废水，并可将处理后废水中的无机氨氮量降到零水准。本文研究结果可为氨氮废水的处理与装置改造等提供指导。
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  木棉基活性炭纤维的制备及其对挥发性有机物的吸附性能

  韩笑1，王利国2*，李凤姣2，贺鹏2，曹妍2，李会泉2，郭锴1

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(4): 27-32. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.04.005

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  以木棉纤维为原料，采用NaOH、ZnCl2化学活化法在450℃处理后制备得到木棉基活性炭纤维样品。利用扫描电镜、X射线衍射分析、拉曼光谱及低温氮气吸脱附对木棉基活性炭纤维的结构进行了表征和测定，结果表明：所制备的木棉基活性炭纤维由无定形碳组成，具有丰富的微孔结构，比表面积达到1397 m2/g。将通过上述方法获得的木棉基活性炭纤维在30 ℃条件下对低沸点二氯甲烷及常见挥发性有机物(VOCs)中苯、甲苯进行吸附性能评价，由吸附穿透曲线计算获得这3种VOCs的吸附量分别为130 mg/g、350 mg/g、479 mg/g。进一步考察了木棉基活性炭纤维的再生性能及在不同温度下对二氯甲烷吸附穿透曲线的影响，发现随着吸附温度升高，穿透时间提前，吸附容量随之下降；在温度为20 ℃时，木棉基活性炭纤维对二氯甲烷的吸附量可达179 mg/g。
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  牛顿流体中表面活性剂对浮力驱动的单液滴动力学行为的影响研究

  饶莉，包雨云，蔡子琦，高正明*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(4): 33-39. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.04.006

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  研究了不同粒径单液滴在去离子水中和加入表面活性剂的去离子水中的形变、上升速度和曳力系数等动力学参数，液滴当量直径范围290mm
材料科学与工程
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  钢渣-水泥复合胶凝材料的水化放热和动力学研究

  武伟娟，刘家祥*，齐立倩，贾瑞权

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(4): 40-45. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.04.007

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  通过测定钢渣掺量（质量分数）分别为0、20%、30%、40%的水泥基复合胶凝材料的水化放热速率，根据Krstulovi?-Dabi?动力学模型得到几何晶体生长指数n、反应速率常数K、各阶段转换时的水化度α，进而研究钢渣掺量对钢渣水泥复合胶凝材料水化放热与动力学的影响。结果表明：随着钢渣掺量的增加，各阶段水化放热速率变化趋势不同，钢渣掺量30%和40%时，出现第3放热峰，水化放热量随着钢渣掺量的增加而降低；钢渣掺量0、20%、30%时，水化历程由结晶成核与晶体生长(NG)到相边界反应(I)再到扩散过程(D)；钢渣掺量40%时，模拟曲线偏离实际水化速率曲线，水化过程不符合Krstulovi?-Dabi?动力学模型；钢渣掺量0~30%范围内KNG、KI、KD均随着钢渣掺量的增加而降低；相对于钢渣掺量20%试样而言，纯水泥与钢渣掺量30%试样的I过程水化度范围较大；钢渣掺量0~30%的试样，水化12h已经成型，然而相同条件下，钢渣掺量40%的试样仍然不能硬化成型。为避免水化速率过低，钢渣最大掺量应为30%。
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  芳香型聚胺醚及其连续玻纤增强复合材料的性能研究

  谢小霞1，王成忠1,2*，武小康1，黄丽1,2

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(4): 46-52. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.04.008

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  以双酚A二缩水甘油醚（DGEBA）和对甲氧基苯胺为单体制备了芳香型聚胺醚，并通过原位聚合的方法制备了连续玻纤增强热塑性聚胺醚（GF/PHAE）复合材料。研究了DGEBA/对甲氧基苯胺体系的反应特性、动态黏度、熔体流动速率（MFR）、耐热性及聚胺醚浇注体和GF/PHAE复合材料的力学性能，采用红外光谱法（FT-IR）对聚胺醚进行了结构分析，并借助SEM分析了GF/PHAE复合材料的断面形貌。研究结果表明：DGEBA/对甲氧基苯胺体系在25 ℃下放置85 min后黏度为2100 mPa•s，黏度较低有利于纤维的浸润；聚胺醚为可熔融的热塑性聚合物，反应时间5 h、反应温度140 ℃下制备的聚胺醚熔融指数较低为1.4 g/10min；聚胺醚的玻璃化转变温度（Tg）为86.7 ℃，起始分解温度为310.2 ℃；聚胺醚浇注体的弯曲强度126.9 MPa，弯曲模量10.2 GPa；当玻纤体积分数为59.3%时，GF/PHAE复合材料弯曲强度1327.2 MPa，弯曲模量21.8 GPa，层间剪切强度86.2 MPa；SEM断面分析表明聚胺醚对玻璃纤维具有良好的界面黏接。
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  水热法制备纳米酚醛树脂微球的研究

  周岱，雷倩，陈晓红，宋怀河*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(4): 53-58. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.04.009

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  以间苯二酚(R)、甲醛(F)为原料，氨水为催化剂，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂，氯化钠(NaCl)为添加剂，在乙醇与水按照一定比例形成的混合溶剂中，采用水热法合成酚醛树脂微球。研究了反应温度、反应物质量分数、表面活性剂CTAB用量及NaCl的加入对微球形貌和平均粒径的影响。结果表明:表面活性剂CTAB的加入不仅能有效控制粒径大小，还能使产物形貌具有球形-蠕虫状-球形的变化过程；适量中性盐NaCl的加入能有效抑制微球间的团聚，得到单分散微球。当合成条件为水热温度T=100℃，反应物质量分数w_单体=2%，表面活性剂CTAB用量n_CTAB：n_R=1：3，NaCl用量n_NaCl：n_R=1：1时，反应24h就能得到单一分散、平均粒径为150nm的酚醛树脂微球。
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  聚氨酯硬段中非平面环含量对其多尺度性能的影响

  徐伟，张若愚*，郭洪霞

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(4): 59-65. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.04.010

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  首先以对苯二异氰酸酯（PPDI）和对苯二酚二羟乙基醚（HQEE）为硬段，聚四氢呋喃醚二醇（PTMG）为软段合成基础聚氨酯化合物。在第一种系列中，保持HQEE不变，以异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）逐步替换PPDI，直至完全替换；在第二种系列中，保持PPDI不变，以1,4-环己烷二甲醇（CHDM）或螺环乙二醇（SPG）逐步替换HQEE，直至完全替换。用AFM单分子力谱对这些聚氨酯样品进行单分子链拉伸模量和库恩链长度的测量，结果表明：不同结构取代苯环后，各自的库恩链长受到的影响较小，而各自的单分子链模量受到影响较大；分子链模量的演变规律并不是简单的模量叠加，各种类型的结构对模量的影响规律各不相同。由于受到分子链结构的影响，一系列聚合物的微相分离和宏观性能也发生了显著的变化。通过本文研究结果，可以清楚地看到微观结构的改变对聚氨酯微观和宏观性能的多尺度影响。
生物技术与环境工程
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  响应面Box-Behnken设计优化超声波辅助法提取甘草总黄酮的工艺研究

  何自强，张惠玲，高永诚

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(4): 66-72. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.04.011

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  以甘草为原料，碱性乙醇溶液为提取剂，采用超声波辅助法提取甘草总黄酮。在单因素试验的基础上，以乙醇浓度、氨水浓度、液固比、超声温度及超声时间为响应变量，甘草总黄酮提取率为响应值，利用Box-Benhnken设计进行响应面分析，确定甘草总黄酮的最佳提取工艺条件。结果表明，甘草总黄酮的最佳提取工艺为：液固比11，氨水体积分数1.0％，乙醇体积分数66％，超声时间20min，超声温度74℃。在该条件下，甘草总黄酮提取率为2.15％。
机电工程和信息科学
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  多功能电参量测试仪的LXI总线接口设计

  马彩霞，王学伟*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(4): 73-77. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.04.000

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  针对基于单片机的多功能电参量测试仪的LAN etension for instrument（LXI）总线接口设计，给出了一种线路简单、成本低并具有抗电磁干扰特性的硬件接口设计方案；根据国际程控仪器标准命令(SCPI)的语法结构设计了测试仪器的控制命令集，采用孩子兄弟表示法创建了SCPI命令的链式二叉树的存储结构；并采用非递归遍历的算法完成了SCPI命令树的解析，实现了PC与测试仪的通信。实验结果证明，该LXI总线接口硬件电磁兼容性能与软件功能均达到了实际应用的要求。
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  超超临界汽轮发电机组N+1支撑轴系失衡振动特性分析

  姚剑飞，崔亚辉，宾光富，刘亮

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(4): 78-83. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.04.013

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  建立了1000MW超超临界汽轮发电机组N+1支撑轴系的有限元动力学模型，对该种轴系的动力学特性及不平衡振动故障进行了仿真分析，归纳了该轴系轴向不同位置不平衡激起的轴系振动响应特性及转子间的相互影响规律，为该类机组的故障诊断及现场动平衡提供参考和依据。
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   图像的SIFT特征二阶检索算法

  易军凯，陈龙龙，姜大光*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(4): 84-89. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.04.014

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  提出了用图像SIFT特征二阶检索算法实现相似图像检索。首先对图像进行SIFT特征提取，然后利用词袋算法通过K-Means聚类出特征词并建立特征词频表，最后基于词频表通过二阶检索算法实现相似图像匹配。二阶检索分两步：第一步实现特征分布结构的相似检索；第二步根据两张图像对应特征点落于同一特征类的数量与图像自身特征点数的比例来实现图像的精确检索，提高图像检索的准确率。实验结果表明，该方法具有较高的查全率，同时在查询效率上也具有很好的表现。
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  非完整液膜上游泵送密封特性分析

  王玉莹1,蔡纪宁1,朱春辉2,张秋翔1,李双喜1*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(4): 90-95. https://doi.org/10. 13543/ j. bhxbzr. 2016. 04. 015

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  针对密封端面动压槽数量较少或低速低压密封运转过程,上游泵送密封端面处于非开启状态,提出一种能有效润滑密封表面并减少泄漏量的非完整液膜上游泵送密封。利用Fluent 流场分析软件,建立了非完整液膜上游泵送密封模型,对比分析了非完整液膜上游泵送密封和接触式机械密封的液膜承载能力和端面润滑特性;研究了
  在不同工况和动压槽深度情况下,非完整液膜上游泵送密封的液膜承载能力和动压开启效果的变化规律。结果表明:非完整液膜上游泵送密封的液膜承载能力随着工作压力和转速的增加而增加,动压开启效果随着工作压力的增大而减小,转速的增加而增加;液膜承载能力和动压开启效果随着膜厚的增加而减小。
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  超临界流体微孔发泡注塑精确注气的探究

  李亦哲1，闫宝瑞1*，段涛1，信春玲1，何亚东1,2

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(4): 96-101. https://doi.org/10. 13543/ j. bhxbzr. 2016. 04. 016

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  超临界流体注入量直接影响着微孔发泡注塑成型制品中微泡孔的结构与数量,进而影响制品的力学性能。通过设计相关实验发现:微孔发泡注塑成型注气过程分为气涌与稳定流动两个阶段,且气涌量的大小主要与注气系统的硬件结构有关,在改进硬件结构后气涌量有较大程度的削减;稳定流动阶段的气流量则与相关注气参数有
  关。为了验证这一结果,通过实验定量研究了超临界流体注气量与注气压差、限流元件孔径、注气时间、硬件结构之间的关系,得到了调节注气量的传递函数,该函数模型可以为实际生产中根据减重需求调节注气系统的一系列工艺参数提供依据。
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  一种多阶段发酵过程的联合加权支持向量机建模方法

  于涛，刘笑梅，王建林*，赵利强，李和平

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(4): 102-108. https://doi.org/10. 13543/ j. bhxbzr. 2016. 04. 017

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  发酵过程是一类具有多阶段特性的间歇过程,在建立其多阶段模型时,各阶段子模型的融合方法特别是过渡阶段的处理方法是研究重点。针对发酵建模过程中过渡阶段的处理问题,提出了一种联合加权支持向量机(SVM)建模方法,利用阶段划分得到的隶属度函数对训练样本数据进行扩展,进而直接建立发酵过程的多阶段模型。实验结果证明,所提出的方法能够很好地处理各阶段间的过渡过程,提高了模型精度。
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  一种用于离心压缩机转子稳定性控制的电磁阻尼器设计及应用

  牛晓东，王维民*，李启行，邵星，翟功涛

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(4): 109-114. https://doi.org/10. 13543/ j. bhxbzr. 2016. 04. 018

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  为提升转子稳定性,解决流程工业对高参数(高流量、高压比)压缩机的需求,针对密封力会降低系统稳定性的情况,在转子的解析模型中引入交叉刚度项,进行了转子失稳的理论分析,并指出了其失稳的机理和抑制失稳的方法; 基于抑制失稳的机理,设计了反向交叉刚度控制和主动阻尼控制两种控制策略。设计了用于控制的电磁阻尼器,理论预测并实验标定了其电磁力性能参数。搭建了柔性转子稳定性控制的实验台,模拟制造干扰的交叉刚度力使得转子出现低频并进入濒临失稳状态;采用反向交叉刚度和主动阻尼的控制策略进行了稳定性控制实验,结果表明两种方法均能有效消除转子失稳时的分频振动响应。
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  基于模糊理论的火灾逃生路线算法研究与仿真

  程振兴1,2，徐圆1,2，朱群雄1,2*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(4): 115-122. https://doi.org/10. 13543/ j. bhxbzr. 2016. 04. 019

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  针对传统的逃生寻路算法没有考虑到火灾发生时的动态性和随机性,无法对火灾的发展趋势进行预测,导致选择的路径不能保证安全逃生且效率不高的现状,本文提出了一种基于模糊理论的逃生路线算法。将场景抽象建模并计算每个燃料点火灾发生时间,使用模糊理论对可能燃烧的燃料点计算逃生人员抵达的最短时间,并预测逃生人员到达时燃料点的火势情况;建立几何模型计算火灾蔓延的安全临界边界点集,并由贪心思想选择一个安全的中间逃生点。最后用虚拟现实技术对火灾模型模拟仿真,仿真结果表明,提出的算法能够提供安全且距离更短的高效逃生路径。
管理与数理科学
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  超平面构形的特征多项式的一种算法

  李政,郭威力,郭玲,姜广峰*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(4): 123-128. https://doi.org/10. 13543/ j. bhxbzr. 2016. 04. 020

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  给出了超平面构形的系数矩阵、特征矩阵的定义,将求构形的特征矩阵问题转化为系数矩阵的子矩阵求秩问题,从而给出构形的特征多项式的算法。利用特征矩阵对二维空间内不多于7 条直线的构形进行了分类,并给出了特征多项式在聚合物拓扑分类中的应用。