2018年, 第45卷, 第5期　刊出日期：2018-09-20

  

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  砥砺奋进,再造辉煌

  王芳, 谭天伟

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(5): 1-2.

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化学与化学工程
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  流向变换催化氧化技术的研究与工业应用

  朱吉钦, 李建伟, 韦军, 牛学坤, 吴慧雄, 危丽琼, 陈标华, 黄晋阳, 潘立登, 李成岳

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(5): 1-7. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.05.001

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  低浓度反应物催化氧化反应技术是流程工业、资源与环境工程中一个经常遇到的、重要的共性技术。多年来，北京化工大学工业催化与反应工程研究室对这一领域中一种先进的过程强化技术——流向变换催化氧化技术进行了系统的应用基础、技术开发与工程放大研究。相应地，在结构化催化剂制备、流向变换催化氧化反应器的操作特性、反应/换热系统的过程模型化、模型微分方程组的数值解法与控制技术等方面都做了一系列工作。在此基础上，与协作单位合作，对煤矿乏风（VAM）制热并脱除大量低浓度甲烷、煤制油流程中脱碳塔尾气脱除挥发性有机物（VOCs）等相关技术进行了工程化开发，最终集成为流向变换催化氧化成套技术并实现了工业化和工业装置的长周期、稳定、达标运行。
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  重质有机资源热解过程中的自由基化学

  刘振宇

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(5): 8-24. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.05.002

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  热解是煤炭、油页岩、重油、生物质以及有机废物等重质有机资源生产燃料和化学品过程中的重要步骤，不仅存在于非催化过程，也存在于催化过程。热解工艺有很多种，但其化学反应主体是自由基机理。针对文献在自由基机理这个宽泛概念下缺乏对自由基反应内涵的认识的现状，作者团队自2007年起开展了对煤、油页岩、重油、生物质等热解过程中的自由基行为研究，明确了文献中的一些不确切推论，形成了系统性认识，逐步建立了热解过程中的自由基化学体系。本文将介绍这些研究的主要进展，包括活性自由基与稳定自由基的确定、赋存状态及在热解过程中的作用、稳定自由基与缩聚反应和积炭的关系、催化剂积炭的形态与稳定自由基的关系、自由基诱导热解与反应调控等等。
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  动态混合器内流动和混合特性的CFD模拟

  黄凤磊, 陈鹏, 王君豪, 彭涵, 李志鹏, 高正明

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(5): 25-32. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.05.003

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  首先建立了动态混合器的三维实体模型，然后利用动态方腔拖曳流的粒子图像测速（PIV）流场实验检验了模拟方法的可靠性。在此基础上对动态混合器进行了计算流体力学（CFD）模拟，研究了进料量和操作转速对混合器内流动和混合特性的影响规律。研究结果表明：动态混合器的高剪切速率主要集中在定转子交界处；动态混合器出口处的浓度分布标准差正比于质量流量，反比于转速。最后提出了一种评价动态混合器操作性能的新方法。
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  超重力反应强化技术及工业应用

  初广文, 邹海魁, 曾晓飞, 王洁欣, 陈建峰

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(5): 33-39. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.05.004

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  面向国家节能减排和产业转型升级的重大需求，围绕超重力反应强化新方向，以"新理论-新装备-新技术-工业应用"为主线，经过近30年的系统创新研究，开创了超重力反应工程新学科方向，发明了超重力强化反应结晶、多相反应及反应分离等系列新工艺，取得了国际原创性的成果。在新材料、化工、海洋工程、环保等流程工业领域成功实现了大规模工业应用，产生了显著的节能、减排、高品质化和增产成效。
材料科学与工程
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  计算机模拟聚合物纳米复合材料导电导热的研究进展

  高洋洋, 胡凤燕, 张立群

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(5): 40-45. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.05.005

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  总结了作者课题组采用分子动力学模拟方法，在聚合物纳米复合材料导电导热方面取得的研究进展。研究结果表明，高的聚合物导电填料相互作用能、中等的分子链功能化改性度、中等的导电填料表面接枝分子链数目、中等的本体交联密度以及中等比率的聚合物共混有利于导电填料网络的形成，进而得到高的材料电导率。另外，外加剪切场和电场会显著地致使导电填料沿着外场方向取向，进而获得导电各向异性材料。当外加剪切场和电场撤去后，导电网络会逐渐地回复到初始值，这个回复过程可以用一个模型来描绘。对于导热性能，聚合物填料界面热导率与填料接枝密度成正比；随着接枝长度的增加，聚合物填料界面热导率先上升后逐渐趋于恒定；然而填料热导率随着接枝密度的上升而显著下降，最终在中等接枝密度下材料的热导率达到最大值。此外，填料间热阻可以用一个热环流模型来描绘。最后，分子链接枝填料末端会显著提高材料的热导率。这些基础问题的探讨将为制备高导电高导热的聚合物纳米复合材料提供重要的科学依据与理论指导。
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  可见光引发的活性接枝聚合及其生物应用

  王印典, 赵长稳, 马育红, 杨万泰

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(5): 46-53. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.05.006

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  活性光接枝聚合具有步骤简单、反应活化能低、反应时间/区域易于控制的特点，是表面改性的重要方法。与紫外光引发体系相比，可见光辐照反应条件更加温和、副反应少、对生物活性物质无损害，在生物相关领域具有更广阔的应用前景。基于多年的研究基础，北京化工大学有机材料表面工程研究室近年来开发了基于硫杂蒽酮衍生物的可见光引发表面活性接枝新方法。本文系统介绍了相关方法涉及的反应机理及其在酶固定化、生物芯片及细胞包覆方面的应用，并对今后的发展前景予以展望。
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  超浸润纳米阵列电极用于气体参与电催化反应的研究进展

  盛锦华, 徐雯雯, 陆之毅, 孙晓明

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(5): 54-63. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.05.007

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  气体参与的电催化反应，包括气体析出反应和气体消耗反应，是能量转换过程和化工过程中的重要环节。相比于针对高活性催化剂的研究，对于实际的工业生产过程，调控反应过程中的气体扩散行为对高电流的工业应用有着同样重要的意义。虽然目前已经有不少纳米阵列电极用于有气体参与的电催化反应实例，且表现出较好的电化学性能，但对于气泡在电极材料表面的浸润性行为的基础研究却较少。本文旨在系统地介绍结构化的超浸润纳米阵列电极在气体参与的电催化反应中的作用及应用，从介绍超疏气性和超亲气性定义出发，提出优化电极结构、制备超疏气性和超亲气性电极的方法，然后介绍了几种电极材料在能量转换系统中的应用，最后讨论了超浸润电极未来的发展前景。
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  三聚氰胺改性酚醛基多孔碳材料的制备及其二氧化碳吸附性能

  邓静倩, 韩家玺, 杜中杰, 邹威, 励杭泉, 张晨

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(5): 64-71. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.05.008

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  采用浓乳液模板法制备三聚氰胺-间苯二酚-甲醛多孔树脂，将其热解后得到了可用于二氧化碳吸附的氮掺杂多孔碳材料。研究了浓乳液模板的分散相体积分数和三聚氰胺含量对多孔碳材料微观形貌的影响，结果表明，在浓乳液模板分散相体积分数为90%的条件下制备的多孔聚合物具有丰富的通孔结构。经过热解后，得到了兼具无机碳骨架和有机氮活性位点的氮掺杂多孔碳材料。进一步研究了不同热解温度和三聚氰胺含量对多孔碳材料二氧化碳吸附性能的影响，二氧化碳的吸附容量最高可达到3.32 mmol/g，同时表现出良好的选择吸附性和再生性。
生物技术与环境工程
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  双细胞体系木糖协同发酵产氢特性研究

  苏海佳, 马含笑, 彭菲, 汪廷枫, 张婷

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(5): 72-77. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.05.009

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  采用自主筛选的两株蜡样芽胞杆菌（A1）和短波单胞菌属（B1），构建人工双细胞体系，重点研究了该双细胞体系利用木糖协同发酵产氢的能力，实验结果表明：单一的A1、B1菌种均能有效利用木糖产氢，而两株菌形成的双细胞体系显示出更高的产氢效率，以及更加充分的底物利用率；发酵产氢过程属于丁酸型发酵。人工双细胞体系混合培养的产氢得率达到1 mol木糖产生1.33 mol氢气，与A1、B1单菌体系木糖发酵产氢相比，产氢得率分别提高了10.7%与32.7%，其原因可能是两菌种互相提供营养来源，也可能是通过利用对方的代谢产物或中间体解除了降解物造成的抑制。说明以木糖作为底物时，人工双细胞体系能有效提升产氢速率，增加氢气产量，缩短发酵周期，具有较大的应用潜力。
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  化合物代谢新途径构建及微生物糖代谢网络改造的研究进展

  程瑶, 赵千婧, 王佳, 孙新晓, 申晓林, 袁其朋

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(5): 78-91. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.05.010

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  随着环境的恶化和化石能源的萎缩，以石油为原料通过化学方法合成化合物的生产受到了极大的抑制，代谢工程的出现为这些石油衍生物的生产提供了一种极具前景的选择。现阶段代谢工程主要通过代谢工程及合成生物学方法对工业微生物的天然代谢途径进行理性改造，然而在利用代谢工程生产这些化合物时仍然普遍存在一些问题，一些天然或非天然的化合物的生产受到限制。本文主要介绍本课题组针对目前微生物代谢工程生产中普遍存在的问题所采取的解决方案，以及关于生物合成芳香族化合物、改造微生物自身糖代谢网络和提高原子经济性的最新研究进展，以期为相关研究提供参考和方向。
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  糖基转移酶合成相关糖苷类化合物研究进展

  赵千婧, 程瑶, 王佳, 孙新晓, 申晓林, 袁其朋

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(5): 92-99. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.05.011

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  许多天然产物是中药中的活性成份，拥有良好的药理活性。通过糖基化反应后形成的糖苷类化合物可以提高天然产物的稳定性、水溶性和生物利用度，因而受到越来越多的关注。糖苷类化合物一般通过化学合成和植物提取的方式获得，近年来利用糖基转移酶合成糖苷类化合物成为了一个研究热点。糖基转移酶是通过天然产物合成糖苷类化合物的关键酶，作为一类庞大的基因家族酶，通常来源于植物和微生物。本文将阐述利用糖基转移酶合成糖苷类化合物的研究进展，为糖基转移酶合成糖苷类化合物工业化提供参考和方向。
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  基于N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺的抗肿瘤纳米药物研究

  喻青松, 甘志华

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(5): 100-106. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.05.012

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  肿瘤已成为死亡率最高的疾病之一，严重威胁人类的健康。纳米技术尤其是纳米药物相关技术的发展为肿瘤的治疗带来众多新的潜在治疗选项。诸如纳米粒子、脂质体以及聚合物-药物偶联物等多种纳米药物体系均得到了大量研究和关注，多种聚合物被成功应用于抗肿瘤纳米药物的开发过程中。聚（N-（2-羟丙基）甲基丙烯酰胺）（PHPMA）因具有良好的生物相容性、结构多样性以及较优异的"隐身"能力而被广泛应用于纳米药物的设计与合成中。本文综述了学界及本课题组关于PHPMA纳米药物的研究进展及其在肿瘤治疗中的潜在应用，在此基础上进一步阐释了聚合物的组成和结构对其生物学性能的影响。相关构效关系的明确可为基于PHPMA高效纳米药物的设计提供新的思路。
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  绿色生物制造

  谭天伟, 苏海佳, 陈必强, 王萌, 蔡的, 肖刚, 崔子恒

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(5): 107-118. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.05.013

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  介绍了生物经济与绿色生物制造的概念以及二者之间的关系，分析讨论了生物制造在国际上的发展现状和趋势，结合我国国情讨论了我国经济社会发展对绿色生物制造的迫切需求，指出了绿色生物制造将在未来经济社会发展中起到重要作用，并围绕生物质高效利用制备乙醇和丁醇、油脂原料生物炼制制备燃料与增塑剂以及低值生物质资源高值化三大方面，详细介绍了其背景、发展趋势及团队成果。
机电工程和信息科学
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  熔体微分静电纺丝纳米纤维高效绿色制备技术

  陈明军, 张有忱, 李好义, 阎华, 马东明, 丁玉梅, 陈宏波, 杨卫民

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(5): 119-128. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.05.014

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  纳米纤维在生物医疗、高效过滤及生化防护等领域有着广泛的应用前景。静电纺丝被学术界及工业界认为是最具产业化制备纳米纤维的前景技术之一，其中熔体静电纺丝无需使用溶剂，相比溶液静电纺丝，避免了有毒溶剂残留、回收及处理等问题，是聚合物纳米纤维绿色制造的发展方向。然而，受到装备复杂、工艺滞后的影响，熔体静电纺丝始终未能突破纤维细化难、制备效率低的瓶颈。为此，团队创新提出了熔体微分静电纺丝新方法，经过十余年探索，围绕其工艺、装备、材料及应用等进行了系统的研究，率先实现了500 nm范围内熔体电纺纳米纤维的工业化制备，并建立了世界上第一套熔体微分静电纺丝纳米纤维工业化生产线。本文将从熔体微分静电纺丝的机理、关键技术、纳米纤维批量绿色制造及应用三个方面介绍熔体微分静电纺丝的研究成果及最新进展。
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  北京化工大学CAE中心数值仿真工程应用研究

  钱才富

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(5): 129-134. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.05.015

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  介绍了北京化工大学计算机辅助机械工程研究中心应用计算机辅助机械工程（CAE）技术对一些重要工程设备或装置进行数值模拟和安全评定的案例，包括大型真空容器、聚丙烯环管反应器、超大型连续式跨声速风洞洞体、大型直立设备组合结构、核电一级冷凝器以及大型火电机组回热系统高压加热器。
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  人工自愈与动力机械振动故障靶向抑制

  高金吉, 王维民, 何立东, 江志农

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(5): 135-142. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.05.016

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  人工自愈是在故障机理和风险分析的基础上，通过仿生设计赋予机器自发作用的维持健康状态的能力，从而使机器储存、补充和调动自愈力以维持机体的健康状态。透平压缩机、发电机组和航空发动机等动力机械是工业和国防的心脏设备，一旦发生故障将导致事故和巨大损失，在运行中通过自监测、自诊断和主动控制来抑制故障的发生以实现自愈化，是机器向高级智能阶段发展研究中的一个重要方向。本文总结了北京化工大学诊断与自愈工程（DSE）研究中心在人工自愈与动力机械振动故障靶向抑制方面的主要研究工作及成果，并以转子轴系不平衡和压缩机转子失稳振动为例，证明了靶向抑制方法的有效性。以上成果可为自主开发具有自愈功能的智能动力机械提供科学依据。
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  数据和知识融合驱动的智能过程系统工程研究进展

  朱群雄, 耿志强, 徐圆, 贺彦林, 韩永明

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(5): 143-152. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.05.017

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  智能过程系统工程教育部工程研究中心建设十余年来，开展了一系列卓有成效的基于数据和知识融合驱动的智能化过程系统工程（PSE）科学研究、技术创新和工程应用。本文重点介绍过程工业节能减排降耗和安全运行相关的关键技术——建模与优化、报警管理与故障诊断以及能效分析与评价三大应用的研究进展，最后结合大数据、云计算、工业4.0、智能制造、人工智能等技术展望了PSE的未来发展方向。