2017年, 第44卷, 第3期　刊出日期：2017-05-20

  

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化学与化学工程
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  基于Ni(OH)₂/NiOOH媒介电化学氧化葡萄糖的循环伏安法分析

  张衷译, 王力南, 赵兵, 张成新, 孟晓冬, 唐阳, 万平玉

  北京化工大学学报(自然科学版). 2017, 44(3): 1-7. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2017.03.001

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  首先通过多周期的电化学循环伏安处理法在Ni金属丝（Ni_w）上原位生长Ni（OH）₂/NiOOH活性层作为电化学氧化葡萄糖的电极材料，然后通过逐个周期改变葡萄糖浓度（1~15 mmol/L）的循环伏安法，研究了葡萄糖在电极上的氧化机理及动力学特征，详细分析了不同电位下氧化电流与葡萄糖浓度的数学关系。结果表明：葡萄糖的电化学氧化机理是基于NiOOH对葡萄糖的化学氧化和电化学氧化再生NiOOH的耦合过程；0.16~0.24 V为葡萄糖氧化电化学控制区；在0.24~0.36 V间，响应电流随葡萄糖浓度呈等阶梯式增加，为典型的扩散控制。进一步研究表明所制备的Ni（OH）₂/NiOOH/Ni_w电极在葡萄糖定量分析时展现了较好的线性关系（10 μmol/L~5.5 mmol/L，R²=0.9999），灵敏度达到62.7 μA/（mmol·L^-1），且对模拟腹膜透析液、血液中常见共存物展现了良好的抗干扰能力。
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  双吲哚硫醚衍生物的新合成方法

  李晓棠, 李平凡

  北京化工大学学报(自然科学版). 2017, 44(3): 8-12. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2017.03.002

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  由氮气保护，将乙基乙烯基亚砜和叔丁基乙烯基亚砜在三氟乙酸酐的活化作用下分别与吲哚、N-甲基吲哚、2-甲基吲哚反应合成相应的双吲哚硫醚衍生物。考察了体系中有无2-氯吡啶、原料的投料比、反应温度、反应时间等因素对目标产物产率的影响，得出的优化条件为：体系中加入2-氯吡啶，n（乙基乙烯基亚砜）：n（2-氯吡啶）：n（吲哚）=1：2：3，反应温度-78℃~室温，反应时间50 h。在该优化条件下，双吲哚硫醚衍生物产率可达41%。
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  超声环流法提取牛蒡菊糖的研究

  刘德勤, 张银昌, 田创宇, 邵菊芳

  北京化工大学学报(自然科学版). 2017, 44(3): 13-18. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2017.03.003

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  以牛蒡等外根为原料，经过预处理后，利用实验室自制超声环流反应器从中提取菊糖。选择超声功率、提取温度、提取时间、料液比和通气量等5个因素，在不同的水平下分次进行单因素试验，确定各因素的适宜范围，再由此采用正交设计法优化提取条件，结果表明：提取牛蒡菊糖的最佳因素组合为超声功率300 W，提取温度70℃，提取时间30 min，料液比1：20；在最佳因素组合下提取率达到57.89%，显著高于同等条件下传统热水浸提提取率5.23%及超声辅助提取提取率24.83%，为该方法的大规模工业化应用提供了理论依据。
材料科学与工程
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  纯相SnO₂纳米晶薄膜的一步电沉积制备及其结构与光电性能研究

  刘萌, 窦美玲, 李志林, 吉静, 王峰

  北京化工大学学报(自然科学版). 2017, 44(3): 19-25. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2017.03.004

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  采用一步电沉积在氧化铟锡（ITO）导电玻璃基底上制备纯相SnO₂纳米晶薄膜材料，通过改变沉积条件，研究沉积电位、镀液温度和HNO₃浓度对薄膜组成结构的影响。结果表明：当沉积电位为-0.9 V（vs.SCE），镀液温度为65℃，HNO₃浓度为50 mmol/L时，所制备的SnO₂纳米晶薄膜为纯相金红石型结构，且薄膜相对连续致密。光电性能测试表明，该薄膜具有优异的光电性能，在可见光区透光率大于90%，带隙为3.75 eV，且电阻率为2.2×10^-3 Ω·cm，载流子浓度为1.9×10²⁰ cm^-3，载流子迁移率为14.8 cm²/（V·s）。故所制备的SnO₂纳米晶薄膜是太阳能电池的理想窗口层材料。
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  叶酸修饰pH响应壳聚糖衍生物胶束的制备及性能表征

  樊蓉蓉, 郗悦玮, 王洁欣, 乐园

  北京化工大学学报(自然科学版). 2017, 44(3): 26-32. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2017.03.005

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  制备了叶酸（FA）、胆固醇琥珀酸单酯（CHS）共修饰的羟丙基壳聚糖衍生物（CHS-HPCHS-FA），该衍生物在水中能够自组装形成粒径为200~400nm的胶束。研究了疏水片段CHS的取代度对胶束的临界胶束浓度、粒径、载药及释药性能的影响，分析了胶束pH响应控释药物的机理，结果表明，疏水片段取代度高的产物，其临界胶束浓度较低，形成的胶束粒径较小，载药效率较高。体外溶出结果显示，载药胶束在pH5.5条件下释药速率明显比pH7.4条件下更快，体现了pH响应控释药物的效果。体外细胞毒性实验结果表明，胶束的生物相容性较好，且叶酸修饰的载药胶束可增强肿瘤细胞的摄取，细胞毒性明显增大。
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  改性废旧硅橡胶复合绝缘子胶粉与三元乙丙橡胶(EPDM)共混物的性能研究

  孙斌, 曹宏伟, 杜琳娟, 杜振霞

  北京化工大学学报(自然科学版). 2017, 44(3): 33-38. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2017.03.006

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  采用硅烷偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）和六亚甲基四胺/氯化铁/氯化亚铁混合物（混合改性剂）分别改性废旧硅橡胶复合绝缘子胶粉，利用衰减全反射傅立叶变换红外光谱（ATR FT-IR）和热失重分析（TGA）表征了KH570改性废胶粉的效果，并将其掺入到三元乙丙橡胶（EPDM）中制备共混物。研究了KH570和混合改性剂改性废胶粉对共混物硫化特性和力学性能的影响，通过扫描电子显微镜对共混物的断面形貌进行了分析，结果表明：经过KH570改性，成功在胶粉表面引入活性反应官能团；KH570和混合改性剂都是废旧硅橡胶复合绝缘子胶粉的有效改性剂，其中填充KH570改性胶粉的共混物在硫化性能和力学性能上均有显著提高，界面相容性也更好；随着废胶粉填充量的增大，共混物的力学性能下降。综合考虑共混物成本与性能关系，KH570改性胶粉的用量为10份时（以总橡胶质量为100份计），共混物的综合力学性能最好。
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  氯化钠和酪氨酸增强PVP抑制水合物的性能

  王杰, 艾志久

  北京化工大学学报(自然科学版). 2017, 44(3): 39-44. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2017.03.007

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  油气输送管道在一定条件下会形成水合物，可能导致灾难性的后果，通过注入动力学抑制剂，可以延迟水合物的形成。在11.7 MPa和293.1 K条件下，向高压反应釜内注入混合气体（甲烷、乙烷和丙烷），实验研究NaCl和酪氨酸（L-tyrosine）对聚乙烯吡咯烷酮（PVP）抑制水合物性能的影响。通过测量水合物的成核温度、诱导时间和耗气量，评判NaCl和L-tyrosine对PVP抑制水合物的效果。实验结果表明：添加1%（质量分数，下同）的PVP后，水合物的成核温度为282.7 K，诱导时间为45 min，耗气量为5.96×10^-2 mol；然而，添加0.25%NaCl、0.25%L-tyrosine与0.5%PVP组合抑制剂后，水合物的成核温度为281.7 K，诱导时间为65 min，耗气量为5.19×10^-2 mol，比蒸馏水系统的气体消耗量减少了约27%。因此，NaCl和L-tyrosine能明显提高PVP抑制水合物的效果。
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  结晶性树脂对不饱和聚酯树脂体系固化行为影响的研究

  许小强, 赛力克·达尼拜, 周权, 倪礼忠, 宋宁

  北京化工大学学报(自然科学版). 2017, 44(3): 45-51. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2017.03.008

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  将结晶性树脂加入到不饱和聚酯树脂体系中，观察其在体系中的相转变行为及体系本身的固化行为。通过光学流变显微镜、DSC、树脂固化仪及扫描电镜研究了结晶树脂在不饱和树脂体系中的相转变规律，体系的固化速率、固化度、凝胶时间及不饱和聚酯树脂制品的分散性，结果表明：结晶性树脂在不饱和树脂体系中分两步进行相转变；结晶性树脂降低了体系的固化速率，但对体系最终的固化度影响不大；同时，结晶性树脂还降低了体系黏度并延长了凝胶时间，使得不饱和聚酯树脂产品具有更好的分散性。
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  索氏提取法——一种直观定量表征硅橡胶功能涂层交联度的新方法

  贺晨, 梁洪涛, 卢鹉, 孙伟华

  北京化工大学学报(自然科学版). 2017, 44(3): 52-57. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2017.03.009

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  基于索氏提取法，建立了一种可直观、定量地表征硅橡胶功能涂层交联度的新方法，并通过傅里叶红外光谱法对索氏提取法的可靠性进行了验证。采用此方法，结合功能涂层中硅橡胶树脂微观结构、固化性能的分析，初步建立了硅橡胶功能涂层催化剂浓度与交联度的关联关系。最后，采用统计力学的方法对硅橡胶功能涂层临界交联度进行了计算，依据测定的交联度定量地研究了硅橡胶功能涂层的固化程度。
生物技术与环境工程
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  柠檬酸渣可降解地膜的制备及其农用特性的研究

  马彧博, 马泽峰, 敖李龙, 刘骥翔, 苏海佳

  北京化工大学学报(自然科学版). 2017, 44(3): 58-62. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2017.03.010

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  为解决聚乙烯类农用地膜的大量使用引起的一系列环境问题，并且充分利用发酵工业中产生的有机生物质废弃物，以柠檬酸发酵菌渣为原料，制备了生物可降解农用地膜。针对预处理条件进行了温度、时间和碱浓度的优化，使其具备农用标准。研究结果表明：生物可降解膜较裸地的对照组地温可提升5~7℃，保墒性能与传统市售地膜相当；与裸地的对照组相比，覆盖有柠檬酸渣膜的土壤棉花产量可提高5.5%。这说明柠檬酸渣是优良的生物可降解地膜原料。
机电工程和信息科学
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  可倾瓦滑动轴承摩擦功率损耗特性研究

  王维民, 高帅, 张娅, 姜兴安, 刘宾宾

  北京化工大学学报(自然科学版). 2017, 44(3): 63-69. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2017.03.011

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  为了在降低轴承能耗的同时保证透平机械的高效安全运行，对轴承-转子系统进行了更准确的建模仿真。首先对转子和轴承间隙内的油膜厚度进行了精细建模，考虑润滑油温粘效应及轴瓦变形，结合小扰动法计算轴承转子动力学参数，开发出计算五瓦可倾瓦轴承程序（COMDYN-Bearing），并将文献数据与本文数据对比，以验证本模型在多项参数中尤其是功率损耗计算的准确性。最后以某合成氨装置工业汽轮机为例，实证研究轴承宽径比、预负荷等结构参数对功率损耗以及转子稳定性的对应关系，结果表明：随着轴承预负荷的增大，轴承功耗和最高瓦温随之降低，但转子的稳定性也随之降低；随着宽径比的增加，轴承最大瓦温降低，但功耗增加，转子稳定性降低。
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  单盘转子系统受强动载荷作用的刚-塑性动力学响应

  宋慧斌, 张娅, 王维民

  北京化工大学学报(自然科学版). 2017, 44(3): 70-75. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2017.03.012

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  通常转子系统的响应分析是在弹性变形假设下进行的，但当转子受到强动载荷撞击时将产生塑性变形。本文结合转子动力学和塑性动力学，分析了单盘转子受强动载荷作用时的刚-塑性动力学响应。首先，将单盘转子系统简化为中间带质量块的简支梁，给出了在阶跃载荷作用下系统的各阶段响应模式。在此基础上，详细讨论了单盘转子在跨度中点受撞击时的动力学响应完全解，并结合龙格-库塔法得到了单盘转子的瞬态变形。所得结果可为转子系统的动力响应和失效分析提供依据。
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  组合转子阻垢特性的实验研究

  刘鑫, 阎华, 关昌峰, 杨卫民

  北京化工大学学报(自然科学版). 2017, 44(3): 76-80. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2017.03.013

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  针对在换热器运行中起强化传热与自清洁作用的内插件组合转子进行了实验研究。实验测得光管、内置螺旋两叶片开槽转子和螺旋纽带的换热管内单位面积污垢沉积量随时间的变化趋势，并得出内置组合转子换热管在不同流速和不同水浴温度下的阻垢特性。实验结果表明：相较于光管，螺旋两叶片开槽转子与螺旋纽带都具有较好的阻垢特性，而螺旋两叶片开槽转子阻垢性能更优，污垢渐近值为螺旋纽带的72%；随着流速的增加，内置组合转子换热管内污垢渐近值减小，且达到渐近值所需时间延长，阻垢性能增强；水浴温度的提高使污垢渐近值增大，达到渐近值所需时间缩短，阻垢性能减弱。
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  基于不同退化阶段状态空间模型及粒子滤波的滚动轴承寿命预测

  马波, 翟斌, 彭琦, 王应全

  北京化工大学学报(自然科学版). 2017, 44(3): 81-86. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2017.03.014

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  为解决滚动轴承全寿命数据有限及物理模型难以建立的问题，提出一种基于状态监测信息和滚动轴承退化物理模型的寿命预测方法。首先对Paris公式及Foreman公式进行改进，建立滚动轴承不同退化阶段状态空间模型，并将已知的滚动轴承物理数据及运行状态信息输入模型，利用最小二乘法对模型参数进行调整；然后利用粒子滤波算法对滚动轴承后期运行趋势进行递推预测；最后运用滚动轴承全寿命数据对所提方法进行验证，并将预测结果与单一状态空间模型及Gamma模型预测结果对比，结果表明该方法预测准确率更高，具有较强的实用性。
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  三螺杆挤出共混聚酰胺66/聚苯醚的工艺参数优化分析

  杨昆晓, 信春玲, 姜李龙, 黄英, 何亚东

  北京化工大学学报(自然科学版). 2017, 44(3): 87-92. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2017.03.015

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  基于具有高黏度比的聚酰胺66/聚苯醚共混体系，研究了倒三角排列的三螺杆挤出机（TTSE）的工艺参数对共混物混合效果的影响。通过Box-Behnken响应面设计并分析实验结果，发现螺杆转速、产量和分散相占比对共混效果均有一定影响，通过工艺优化能够获得良好的分散效果；通过对比相同工艺下三、双螺杆挤（TSE）出机的共混效果，证明了拉伸流场对于共混效果和材料性能有明显的改善。
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  内置弹簧金属C形密封环密封性能有限元分析

  李琪琪, 陈平, 田乾, 王昫心

  北京化工大学学报(自然科学版). 2017, 44(3): 93-98. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2017.03.016

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  针对新型内置弹簧金属C形密封环在高压管道法兰密封上的应用条件，采用ANSYS有限元软件建立三维仿真模型，并通过相关实验验证本文理论模拟方法的可靠性；基于仿真结果分析了C形密封环压缩-回弹性能和密封环相关参数对密封性能的具体影响。结果表明：对于管道密封环，其压缩率、合金包覆层厚度、弹簧丝直径和弹簧匝外径分别在20%~25%、0.25~0.30 mm、0.60~0.70 mm和4.0~4.2 mm范围内时，密封环具有良好的密封性能。
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  面向选择性游览的景区路径推荐算法应用研究

  熊鹏, 徐圆, 朱群雄

  北京化工大学学报(自然科学版). 2017, 44(3): 99-106. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2017.03.017

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  针对目前景区路线推荐基本都从景点的热门程度以及游客可用时间的多少选择旅游路线，很少考虑到游客的个性化需求以及游览效率的现状，提出了一种基于个性化和游览效率的面向选择性游览的景区路径推荐（STRR）算法。首先通过将景区的空间结构离散化，获取游客想要游览的景点；再基于离散粒子群（PSO）算法提出利用优先级规则改进位置更新的方法，快速得到一条满足游客个性化需求的最短路径；最后以北京化工大学东校区为例利用平面仿真进行了实例验证。实验结果表明，STRR算法能够得到一条既满足游客个性化需求且游览效率最高的路径，并在计算效率方面比其他算法具有更好的优越性。
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  微尺度下压力对聚丙烯剪切黏度影响研究

  孟利民, 吴大鸣, 刘颖

  北京化工大学学报(自然科学版). 2017, 44(3): 107-112. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2017.03.018

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  利用高精度RH10毛细管流变仪开展微尺度下聚丙烯（PP）流变实验研究。选用内径分别为0.25、0.5、1.0 mm的口模，研究剪切速率3×10²~5×10³ s^-1范围内，温度为210、220、230℃时PP黏度变化。结果表明：在相同的剪切速率与温度下，相比于1.0 mm口模中PP熔体黏度，0.25、0.5 mm口模中PP熔体的黏度增大；3种口模内体现黏度与温度关系的Arrhenius公式拟合系数不同，揭示了微尺度下PP剪切黏度的尺度依赖性。分析认为在微小直径口模内PP熔体压力的增加是黏度变化的原因之一，并基于Barus公式提出用于量化微尺度下PP黏度的等效压力概念。
管理与数理科学
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  基于4类神经网络的国债利率期限结构预测

  刘晓, 周荣喜, 李杰

  北京化工大学学报(自然科学版). 2017, 44(3): 113-118. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2017.03.019

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  以2011年1月至2016年7月的国债月度数据为样本，研究了在利率期限结构预测中，反向传播神经网络（BPNN）、小波神经网络（WNN）、径向基神经网络（RBFNN）和广义回归神经网络（GRNN）4种网络中相关参数的设定对精度的影响，并对预测效果进行实证比较。研究结果表明：广义回归神经网络预测效果较好，反向传播神经网络预测结果波动性较小，小波神经网络和径向基神经网络预测结果波动性较大。
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  非牛顿黏性非凸守恒律方程冲击波解的稳定性

  颜世栋, 陈肖, 陈亚洲

  北京化工大学学报(自然科学版). 2017, 44(3): 119-122. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2017.03.020

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  讨论了带有Carreau型黏性的非牛顿流体非凸守恒律方程Cauchy问题冲击波解的渐近稳定性。在小扰动情况下，运用单调算子理论以及加权能量估计方法，证明了该类黏性非凸守恒律方程的黏性冲击波解是渐近稳定的，这一结果对冲击波的强度没有限制条件。
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  通过随机排序的交替方向乘子法的矩阵恢复

  李吉, 赵丽娜, 侯旭珂

  北京化工大学学报(自然科学版). 2017, 44(3): 123-128. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2017.03.021

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  为了解决交替方向乘子法（ADMM）在求解广义的鲁棒主成分分析（G-RPCA）模型时结果不收敛的问题，提出用随机排序的交替方向乘子法（RP-ADMM）来求解这一模型，并且通过数值模拟和实例验证证明了该算法的有效性。结果表明，该算法求解G-RPCA模型较目前已有的算法速度更快、鲁棒性更高；在处理同时被稀疏大噪声和稠密小噪声污染的图片时，能较理想地分离出图像的低秩部分、大噪声部分和小噪声部分。