2018年, 第45卷, 第6期　刊出日期：2018-11-20

  

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化学与化学工程
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  金属离子活化过硫酸钠降解靛蓝胭脂红的研究

  赵子叶, 王磊, 邵磊

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(6): 1-5. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.06.001

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  以搅拌釜为反应装置，直接染料靛蓝胭脂红（IC）为目标污染物模拟染料废水，比较了Mn²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Ag⁺、Mg²⁺ 6种金属离子活化过硫酸钠降解IC的效果。研究结果表明Fe²⁺对过硫酸钠的活化效果最好。通过对Fe²⁺活化过硫酸钠处理IC的条件进行优化发现，当温度为25℃、pH为7.3、IC质量浓度为200 mg/L、Na₂S₂O₈浓度为0.8 mmol/L、Fe²⁺的浓度为0.8 mmol/L时，靛蓝胭脂红的脱色率可在5 min内达到100%。
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  笼形水合簇中水分子对与氢键能的关系

  余雨田, 胡晓敏, 雷鸣, 杨作银

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(6): 6-12. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.06.002

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  对随机产生的一系列5¹²、5¹²6²和4³5⁶6³笼形水合簇，使用DFT/B97D/6-311++g （2d，2p）以及DFT/M052X/6-311++g （2d，2p）方法计算其能量，并讨论了这3种笼形水合簇中不同水分子对的分布与氢键的键能、笼形水合簇稳定性之间的关系。结果表明，对于3种笼形水合簇，若只考虑近邻水分子对中心水分子对的影响，则各笼形结构中只有4种氢键类型，只要确定其中1种氢键类型的个数，其他3种氢键类型的个数也可以被确定；3种笼形水合簇中氢键的平均能量和单个氢键的平均能量都随n（1221）值的增大而增加；但是在n（1221）值相同时，不同笼形水合簇中单个氢键的平均值几乎相同；当n（1221）值不同时，不同笼形水合簇的氢键网络能量出现重叠，说明笼形水合簇稳定性与4种氢键类型的分布值之间无严格对应关系。
材料科学与工程
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  咪唑啉与其中间产物酰胺缓蚀性能的比较

  铁志伟, 魏振禄, 赵景茂

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(6): 13-20. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.06.003

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  使用油酸和二乙烯三胺在不同温度下合成了油酸基酰胺（A1）、油酸基咪唑啉（AM）以及既含有酰胺又含有咪唑啉（A2）的3种缓蚀剂。采用电化学阻抗谱（EIS）和极化曲线对3种合成产物在CO₂饱和的质量分数3.5%的NaCl溶液中进行缓蚀性能评价。EIS和极化曲线结果表明：A1、A2和AM均能对Q235钢在该介质中的腐蚀起到显著的抑制作用；3种合成产物的缓蚀效率由高到低为AM > A2 > A1，说明咪唑啉的缓蚀效果比酰胺的好。通过量子化学的方法研究了咪唑啉分子和酰胺分子的缓蚀机理，理论计算结果表明：与酰胺分子相比，咪唑啉分子的成键能力更强，从而更容易吸引电子，与Fe基体更容易发生相互作用。通过Hirshfeld计算了咪唑啉和酰胺分子中原子的Fukui指数并分析了其反应活性位点，Fukui指数的分析结果与分子前线轨道HOMO和LUMO的分析结果一致。
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  静电纺丝法制备溶解型胶原蛋白肽/丝素蛋白复合纤维面膜

  高宁萧, 吴晶, 刘勇

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(6): 21-28. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.06.004

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  采用静电纺丝技术制备了一种溶解型贴式面膜。将胶原蛋白肽、丝素蛋白两种精华成分加入8%聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的甲酸溶液中作为纺丝液，以旋转滚筒作为接收装置进行静电纺丝。探究了共混比例、纺丝液浓度及透明质酸添加量对静电纺丝纤维的影响。通过扫描电子显微镜、电子万能实验机对纤维形貌和纤维膜的力学强度进行测试表征，随后进一步对面膜的保湿补水性能进行测试，分析了该纤维膜的实际功效。结果表明，复合纤维具有较均一的形貌，膜布本身可以起到精华液的作用，具有良好的溶解性，能够起到较好的保湿补水作用。
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  氧化石墨烯增强环氧树脂复合材料的制备及其力学性能研究

  胡涛, 赵东林, 程兴旺, 孟朔, 丁泽文, 吴路路

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(6): 29-33. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.06.005

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  以天然石墨为原料，利用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，并对其进行X-射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）表征。之后利用一种新型的有机溶剂三缩水甘油基对氨基苯酚（TGPAP）作为相转移剂和表面活性剂，将氧化石墨烯（GO）从水溶液转移到环氧树脂基体中，去除水分，加入固化剂进而得到混合液，最后利用浇铸法得到复合材料。通过万能测试拉力机对复合材料的拉伸性能和弯曲性能进行测试，结果表明氧化石墨烯的加入能够有效增强复合材料的力学性能：在添加0.1%（质量分数）的氧化石墨烯时，复合材料拉伸强度达到最大值77.29 MPa，与不添加氧化石墨烯相比提高了26.60%；在添加1.0%的氧化石墨烯时，拉伸模量达到最大值2 451.99 MPa，与纯环氧树脂相比提高了21.69%。
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  短切石英纤维增强含硅芳炔树脂泡沫性能研究

  王雪闪, 顾昊, 邓诗峰, 陈雨生

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(6): 34-39. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.06.006

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  通过在含硅芳炔树脂（PSA）泡沫中加入不同质量分数的短切石英纤维（CQF）制备增强PSA泡沫，测试了增强PSA泡沫的压缩性能、介电性能、热稳定性以及微观形貌。结果表明：CQF的加入使PSA泡沫的泡孔变大，泡壁变薄，均匀性略微变差；当添加质量分数2%的CQF后，PSA泡沫的压缩性能得到提高，介电性能改善，介电常数略微增加，损耗角正切变小；添加CQF对PSA泡沫的热稳定性无影响。
生物技术与环境工程
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  低共熔溶剂(DES)分级分离木质纤维素组分新技术

  王冬梅, 刘云

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(6): 40-47. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.06.007

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  采用低共熔溶剂（DES）预处理木质纤维素，以提高残渣纤维素的酶解糖化效率。以稻壳为原料，从6种DES （乳酸-甘氨酸、草酸-氯化胆碱、甲酸-氯化胆碱、乙酸-氯化胆碱、甘油-氯化胆碱、乳酸-氯化胆碱）中，筛选脱木素效果最好的两种DES，即甲酸-氯化胆碱和乳酸-氯化胆碱；然后，利用上述2种DES预处理稻壳、玉米芯、樟木、杉木、800 kGy玉米芯等5种生物质原料，评价DES预处理生物质分离"三素"效果，结果表明甲酸-氯化胆碱预处理玉米芯分离"三素"效果最好；最后，优化了甲酸-氯化胆碱预处理玉米芯分离"三素"工艺参数，最佳参数为：时间120 min，温度115℃，投料量10%（质量分数）。在优化条件下，残渣纤维素含量74.31%，木质素脱除率81.49%，木质素纯度77.07%，半纤维素完全水解。XRD分析表明，残渣纤维素为Ⅰ型纤维素，结晶度48.57%；残渣纤维素酶解糖化效率为98.56%。
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  利用SELEX技术筛选小檗碱核酸适配体及其亲和力表征

  张丽娜, 赵鹏, 田国英, 田平芳

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(6): 48-52. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.06.008

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  小檗碱是一种价格低廉且生物安全性良好的小分子化合物，筛选能与小檗碱互相作用的核酸片段，旨在开发新型遗传元件并拓展其在生物技术领域的应用。利用指数富集的配基系统进化技术（SELEX），经8轮实验从随机单链DNA文库中筛选出4条能与小檗碱高度特异性结合的核酸适配体。对其中两条重现性较好的适配体进行结构模拟分析表明，适配体序列富含鸟嘌呤和胞嘧啶且多形成茎环及G-四链体结构。亲和力测定结果显示，其中的2条核酸适配体与小檗碱作用的解离常数K_d都处于nmol级，表现出较高的亲和力，适配体S1的K_d值最小，仅为523 nmol/L，与小檗碱亲和力最大。
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  张家港水域散装化学品泄漏事故风险及对策研究

  石宁, 陈荣昌, 王奎升

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(6): 53-59. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.06.009

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  随着张家港辖区危化品数量的增多，预防、应对化学品泄漏事故越来越受到人们的重视。以张家港水域船载丙烯酸乙酯泄漏事故为例，研究了船舶散装化学品泄漏事故风险因素、风险程度及风险后果。采用历史资料统计分析方法研究了该江段营运船舶发生散装化学品泄漏事故的概率，为4.46×10^-3次/年。利用Chemmap数值模拟方法模拟该江段在不同径流量、风向、潮流等环境条件下发生泄漏事故后的污染物迁移轨迹。基于风险识别和评价，以及数值模拟得到的污染迁移轨迹及关注点受污染程度，从降低事故风险概率和减轻事故后果两方面提出了防范和应急措施。
机电工程和信息科学
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  非锚固式大型立式热质储罐强度分析

  王昕, 钱才富

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(6): 60-65. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.06.010

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  针对大型储罐在多种载荷作用下易发生强度破坏的问题，以某热质储罐为研究对象，利用有限元法分析热质储罐在自重、内压、液柱静压力、风载荷、地震载荷、雪载荷以及温度载荷作用下的应力强度以及变形，模拟大角焊缝区域翘曲情况，并依照JB4732—1995进行强度评定，为此类大型立式储罐的设计提供参考。
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  基于ANSYS Workbench的聚合物熔体孔芯式冷却结构数值模拟及优化

  李晓丹, 汪澎, 王泽鸣, 信春玲, 何亚东

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(6): 66-72. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.06.011

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  提出了一种结构强度大、冷流体流道独立密封的孔芯式冷却结构，采用数值模拟计算分析孔芯直径和孔芯数量两个主要结构参数对熔体冷却均化性能的影响规律，并利用综合评价指标计算得到了一定工艺条件下的最优结构参数值。研究结果表明：与孔芯数量相比孔芯直径对结构冷却均化性能的影响更加显著；适当减小孔芯直径、增大孔芯数量有助于减小孔芯结构的压力损失，提高孔芯结构的冷却均化性能；在固定外形尺寸且10 kg/h产量的工艺条件下，最优化结构参数值为孔芯直径6 mm，孔芯数量12。
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  涡流空气分级机转笼底盘结构对分级性能的影响

  赵海朋, 任成, 张来龙, 刘家祥, 于源

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(6): 73-78. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.06.012

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  转笼作为涡流空气分级机唯一的动部件，其结构对分级性能有显著影响。采用计算流体动力学软件Fluent 17.0分别对封闭式底盘和开放式底盘两种转笼结构的分级机内部流场进行数值模拟，分析结果表明：开放式底盘结构对环形区流场有分流作用，越靠近环形区底部，分流现象越显著；轴向速度较大会加速颗粒下落，不利于分级精度的提高；分流现象减弱环形区速度场，使开放式的环形区内径向速度和切向速度均小于封闭式底盘结构的速度，在转笼外缘处尤为明显。离散相模拟结果显示，相比于封闭式底盘结构转笼，开放式底盘结构转笼分级粒径更小，分级精度略微降低。对碳酸钙物料进行分级实验的结果与数值模拟结果一致。
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  基于大数据的防窃电模型与方法

  吴迪, 王学伟, 窦健, 张海龙, 章宏伟

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(6): 79-86. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.06.013

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  针对常见的窃电现象及方法，分析了窃电方法的本质特征；利用鱼骨图表示特征参量的方法建立了多维度电参量的相关特征参量集合，并构建了多维度电参量的窃电本质特征模型来揭示窃电方法、本质特征和特征参量三者的关联关系；提出了基于大数据的防窃电模型与方法，包括数据预处理、大数据的防窃电结构化模型；最后通过用电信息系统采集的数据验证了本文结构化防窃电模型与方法的有效性。本文研究成果可为解决大数据条件下窃电行为监控问题提供有效的途径和方法。
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  基于序列拼接的基因组长插入变异集成检测方法研究

  高峰, 高敬阳, 叶露

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(6): 87-92. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.06.014

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  针对目前基于测序的结构变异检测方法检测效果较差的问题，提出了基于序列拼接的长插入变异（ISALins）检测方法。首先融合3种不同检测工具初始的检测结果，然后在初始的预测可疑断点附近分析和提取最可能包含插入信息的高质量软切片段，并比对失败的片段；将这些候选片段利用基于De Bruijn图的方法进行拼接后完成长插入变异的检测。仿真数据和真实数据的实验结果表明：与直接融合多个单一工具检测结果相比，本文方法可以在确保检测敏感度的前提下大幅提高长插入变异的检测精度。
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  基于主成分分析的交叉环境DEA模型的应用

  张恪渝, 周玲玲, 韩永明

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(6): 93-99. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.06.015

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  定义一般环境交叉互评指数，并针对现有交叉数据包络分析（DEA）模型计算指数时未能体现整体数据信息的缺点，结合主成分分析（principal component analysis，PCA）提出一种改进型交叉互评指数方法，使得每一个决策单元的评价向量依据其对评价矩阵中变异量的贡献度而赋予不同的权重；并筛除一些影响较小的信息，从而达到降维的目的，改善了交叉环境模型的评估效率。最后基于真实的能源投入与产出数据，对比传统交叉评价方法及改进型方法在计算能源效率结果上的异同。
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  基于鮣鱼吸附原理的仿生吸盘设计与性能分析

  陈龙, 云忠, 蒋毅

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(6): 100-105. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.06.016

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  针对现有仿生吸盘主要应用于干燥环境的现状，对鮣鱼吸盘吸附机理进行探究，运用仿生学原理和负压吸附原理，设计出一种椭圆状外形的仿生吸盘，并分别从吸附能力、摩擦抗阻能力和抗倾覆力矩能力三方面阐述各影响因素对吸盘吸附性能的影响。最后建立有限元仿真模型，利用ANSYS软件对仿生吸盘实体模型进行有限元分析，分析结果表明对鮣鱼吸盘的吸附性能起主要影响作用的是吸盘密封边的密封效果，而该密封效果与材料特性和接触面所受压应力直接相关。
管理与数理科学
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  一类抛物最优控制问题的有限元误差估计

  王世杰, 常延贞

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(6): 106-110. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.06.017

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  对一类抛物最优控制问题给出了有限元逼近格式，其中控制约束集为积分受限的形式K={u（t）∈L²（Ω）：a ≤ ∫_Ω u（t）≤ b}。对问题的状态变量和伴随状态变量用线性连续函数离散，而控制变量使用分片常数近似；最后得到控制和状态变量逼近的先验误差估计O（h²+k）。
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  混沌系统周期轨道的最速下降方法研究

  窦孝刚, 许鹏程, 李威, 张世东

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(6): 111-115. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.06.018

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  提出了一种搜寻混沌系统不稳定周期解的新方法，首先应用泰勒展开将微分系统离散化，通过离散系统构造一个目标函数，并使其极小值点（0值点）对应该系统的不稳定周期解，再应用伪周期搜寻算法得到最优化算法的初始值，最后利用最速下降法对结果进行优化，得到系统的周期解。应用本文方法搜寻出Lorenz系统的多个不稳定周期点，包括具有朴素周期、超大周期以及倍周期的周期解，表明了本文方法的有效性和实用性。
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  计算双螺杆挤出机流体流动的共形区域变换

  李奇强, 黄晋阳

  北京化工大学学报(自然科学版). 2018, 45(6): 116-120. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2018.06.019

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  双螺杆挤出机机筒内部的流体流动区域截面是随时间变化的复杂三连通区域，采取共形映射方法将这样的三连通区域映射成不随时间变化的圆界区域，进一步将流动区域变成一个不随时间变化的柱形区域，可大幅简化双螺杆挤出机流体流动问题的计算。选择以外边界为圆周、内边界为随时间旋转的两个椭圆周的平面区域上的热传导问题为研究对象，用本文方法进行计算并比较了精确解和数值解，计算结果表明两解的绝对误差较小。本文方法可用于双螺杆挤出机流体流动问题的计算，并简化了计算过程。