2019年, 第46卷, 第3期　刊出日期：2019-05-20

  

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化学与化学工程
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  颗粒改性活性氧化铝吸附除氟动力学和热力学的研究

  马培根, 张海涛, 丁文明

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(3): 1-6. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.03.001

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  通过对硫酸铁改性活性氧化铝颗粒（FMAA）吸附除氟的静态实验研究，得到其吸附动力学和吸附热力学描述，并进一步探讨了吸附机理和速率控制步骤。用拟一阶动力学模型、拟二阶动力学模型、Elovich模型、Boyd模型对吸附动力学实验数据进行拟合，发现所有动力学数据均符合拟二阶动力学模型，且Boyd模型拟合结果支持颗粒内扩散为动力学控制步骤的结论。采用Langmuir、Freundlich和Sips吸附等温线模型对数据进行拟合，结果显示吸附平衡数据与Sips模型相关性好，且Sips常数γ=0.712，说明FMAA上的氟离子是不均一的单层吸附。由范特霍夫方程求得吸附焓变ΔH⁰=30.39 kJ/mol，且动力学实验数据与Elovich方程相关性好，说明FMAA对氟离子的吸附主要为化学吸附。
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  Microwave-assisted sol-gel synthesis of hydroxyapatite nanoparticles

  CHEN ChunYu, DING Xuan, LI ShouChuan, SUN BaoChang, LV ShanShan

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(3): 7-15. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.03.002

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  A rapid sol-gel method for preparing hydroxyapatite nanoparticles (nHAP) has been developed. Three different sets of experimental conditions, in terms of solvents (water and ethanol), synthesis temperatures (25, 40 and 60℃), and microwave irradiation (on and off) were explored. Crystal phase composition, functional groups and morphology of the products were characterized by thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The solvent and temperature were optimized based on product properties. Most importantly, the microwave-assisted method (with little to no ageing necessary) was much faster than the conventional methods (with slow ageing processes needing from hours to days), while affording pure nHAP with virtually identical morphological and structural properties. This study represents a practical application of the powerful microwave technique in synthesis of nHAP, offering guidance on the selection of optimum experiment conditions.
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  表面波纹对HSX填料传质影响的计算流体力学(CFD)模拟

  于丹, 崔侨, 尹建平, 李群生

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(3): 16-21. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.03.003

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  应用计算流体力学（CFD）方法和流体体积（VOF）模型对气液两相流动行为和传质过程进行了研究。分别对富氧水在光滑板与波纹板上的解析进行了实验和CFD模拟研究，模拟结果显示波纹结构对于增加传质推动力有明显的作用；在液相雷诺数Re<90时，波纹板的传质效率比光滑板高出20%左右。对由CFD模拟得到的流场信息进行分析，结果表明波纹的存在增加了流体的湍动，造成波纹板传质效率增加；随着液相雷诺数的增大，波纹对气液相界面的影响逐渐减小，波纹板与光滑板传质效率的差值逐渐减小。模拟结果与实验结果吻合度较高。
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  不同形状的氧化石墨烯-金纳米粒子对对硝基苯酚的表面增强拉曼活性特性分析

  赵博文, 陈东梁, 张东胜, 马妍

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(3): 22-27. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.03.004

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  通过种子生长法合成了不同形态的金纳米粒子，之后加入至氧化石墨烯水分散液中超声震荡得到不同形状的氧化石墨烯-金纳米粒子复合物。运用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、拉曼光谱等表征手段，探究复合物的表面结构、结合能与电荷状态，通过对对硝基苯酚的检测以表征其拉曼活性，并分析造成不同增强效果的原因。结果表明，氧化石墨烯-金纳米粒子复合物表现出良好的表面增强拉曼活性，可以成功地检测到10^-5 mol/L的对硝基苯酚，且复合物的表面增强拉曼活性因金粒子的形状不同而有所差异。
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  耦合变压精馏分离甲醇-丙酸甲酯共沸体系的工艺模拟和优化

  郑明石, 宋泽, 李群生, 安永胜, 张疏萍

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(3): 28-34. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.03.005

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  在丙酸甲酯和正丙醇酯交换法生产丙酸丙酯的过程中，反应精馏塔的塔顶会产生大量的丙酸甲酯和甲醇共沸物，可通过分离的手段使其中的丙酸甲酯循环使用。提出耦合变压精馏工艺，选用非随机（局部）双液体模型方程（NRTL）热力学模型，利用Aspen Plus V10.0对工艺流程进行模拟研究。以塔釜产品纯度为约束变量，高压塔塔釜能耗最低为优化目标，分别对理论板数、进料位置、回流比等参数进行优化，优化后的两塔最优工艺参数如下：常压塔理论板数31，回流比2.5，进料位置第9块塔板，循环物料进料位置第14块塔板；高压塔操作压力500 kPa，理论板数21，进料位置第13块塔板，回流比3.3。分离效果可达到甲醇质量分数99.95%，丙酸甲酯质量分数99.94%。与传统变压精馏相比，本文的耦合变压精馏可节省能耗48.8%。
材料科学与工程
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  光热疗用GO-MoS₂纳米载体的构建及应用

  林谡轩, 路伯庭, 乐园

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(3): 35-42. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.03.006

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  采用水热法在氧化石墨烯（GO）表面生长MoS₂纳米片并枝接聚乙二醇（PEG）以改善其生物相容性。通过傅立叶变换红外光谱、透射电子显微镜等手段对GO-MoS₂复合材料进行表征，利用酶标仪、荧光共聚焦显微镜等对复合物及载药复合物的细胞毒性及细胞摄入进行了探究。结果表明，所制备的纳米复合材料相比于GO表现出更高的药物负载率和释放率，以及显著的光热转换性能，具有应用于光热疗法的潜力。
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  氮掺杂还原氧化石墨包覆金属钴复合材料的制备及其氧还原性能的研究

  陈圈生, 银凤翔, 何小波, 李国儒

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(3): 43-53. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.03.007

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  采用搅拌反应法制备了ZnCo（ZIF）与氧化石墨（graphite oxide，GO）的复合材料，热处理得到Co@N-doped rGO催化剂。通过X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）和扫描电子显微镜（scanning electron microscopy，SEM）对催化剂进行结构表征，通过X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy，XPS）对催化剂进行表面元素分析，分别考察了金属（Zn和Co）加入量和热处理温度对催化剂氧气还原反应（oxygen reduction reaction，ORR）催化性能的影响，结果表明：所制备的催化剂整体呈层状分布，表面附着金属小颗粒团簇；随着金属加入量的增加，催化剂的ORR催化性能先增强后减弱；随着热处理温度的升高，催化剂的ORR催化性能先增强后减弱。所制备的S-2-850催化剂具有最好的ORR催化性能，在0.1 mol/L KOH电解液中，其起始电位和半波电位分别为0.871 V和0.804 V，在相同测试条件下活性稳定性优于20% Pt/C。
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  聚(间二乙炔基苯-甲基氢硅烷)/含乙炔基苯并噁嗪树脂共混体系固化行为及其耐热性能研究

  卢丹, 束长朋, 周权, 宋宁, 倪礼忠

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(3): 54-60. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.03.008

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  聚（间二乙炔基苯-甲基氢硅烷）（PSA）和含乙炔基苯并噁嗪树脂（A-PBZ）在热作用下均能够聚合形成交联网状结构。研究了PSA/A-PBZ共混树脂（SB）的固化行为。通过红外光谱（FT-IR）、旋转流变仪和差示扫描量热仪（DSC）研究了PSA/A-PBZ质量比为5：2时共混树脂（SB-2）的固化特性，利用动态DSC分析，根据Kissinger方法和Ozawa方法计算得出SB-2共混树脂固化反应的表观活化能分别为108.4 kJ/mol、111.1 kJ/mol，反应级数分别为0.93和0.95，固化反应遵循一级反应机理。同时还对SB共混树脂体系的耐热性能进行了探究，热重分析（TGA）结果表明：在氮气和空气氛围下，SB共混树脂固化物失重5%的温度（T_d5）和1 000℃时的质量保留率均随着A-PBZ树脂加入量的增加而减小，但SB共混树脂仍然表现出优异的耐热性能。
生物技术与环境工程
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  辣椒碱单体、二氢辣椒碱单体和降二氢辣椒碱单体抑菌效果研究

  王梦, 赵佩霞, 张鹏, 陈毅明, 刘长霞, 谭天伟, 王芳, 刘春巧

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(3): 61-65. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.03.009

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  通过滤纸片法就辣椒碱单体、二氢辣椒碱单体、降二氢辣椒碱单体及辣椒素对细菌和真菌的抑制效果进行了考察，结果表明：辣椒碱单体具有明显的抑菌作用，抑菌效果明显好于二氢辣椒碱单体、降二氢辣椒碱单体和辣椒素。进一步比较发现，辣椒碱单体对5种菌株抑菌效果由大到小依次为金黄色葡萄球菌 > 大肠杆菌 > 铜绿假单胞菌 > 白色念珠菌 > 黑曲霉菌。因此，以辣椒碱单体为主要原料开发天然高效的抑菌防腐剂具有实际意义。
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  废弃菌棒的热解及其生物炭的活化

  张珺, 何艳峰, 刘广青, 周卓航

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(3): 66-74. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.03.010

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  用废弃的菌棒作为原料，利用高温管式炉对其进行热解及活化，探究废弃菌棒在不同热解温度下的热解性能及不同活化条件下的活化性能，并对最优条件下获得的活性炭进行表征，结果表明：热解终温的升高有利于制备富氢燃气，热解终温为900℃时气体产量最大（489 L/kg），其中H₂占55.55%，CO占31.93%，CH₄占8.52%；选择热解终温为600℃比较有利于液相的生成，此时液相产率为29.50%；选择400℃的热解终温有利于生成热值较高且产率较高的固体燃料，此时炭产率为48.23%，热值20.66 MJ/kg。此外，以热解终温600℃、升温速率20℃/min、热解反应时间1 h条件下制得的生物质炭为原料，在不同条件下进行活化，发现当碱碳比为1、活化时间为1 h、活化温度为800℃时制备的活性炭具有最佳的吸附性能，此时活性炭产率为31.20%，比表面积为1 659.812 m²/g，亚甲基蓝脱色能力为615.32 mg/g，碘吸附值达到1 563.90 mg/g。
机电工程和信息科学
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  迷宫式蒸汽调节阀的级数计算方法研究

  范利霞, 王奎升, 孔令真

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(3): 75-82. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.03.011

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  结合流体力学和热力学理论分析了蒸汽通过迷宫式调节阀的节流过程，推导出了适用于蒸汽工况的级数理论计算公式，并采用数值模拟方法分析了扩张系数和串并联结构对迷宫流道的级数计算及内部流动的影响规律。研究结果表明：在相同工况下，扩张系数越小，需要的级数越多；级数越多，压降曲线越平稳、平均流速越小、过热度越高，即节流过程越安全；在级数满足降压需要的条件下，串并联结构能有效降低迷宫流道的出口动能和马赫数。采用本文推导的理论公式计算得到的级数与实际值接近，且该公式对串联和串并联结构的迷宫流道均适用，可为迷宫式蒸汽调节阀设计过程中的级数计算提供参考。
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  基于归一化椭圆权重L-M算法的单应矩阵估计

  毛路路, 祝海江

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(3): 83-86. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.03.012

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  针对特征定位误差服从各向异性高斯分布时单应矩阵的优化问题，提出了一种归一化椭圆权重的烈文博戈马奎特（EW L-M）算法。该算法对目标函数添加椭圆权重的形式，使得目标函数在马氏距离的基础上兼有欧式距离优点。模拟与真实数据的实验结果表明，本文提出的方法能在更少的迭代次数下估计出更精确的单应矩阵，且对不同级别的误差表现出更强的鲁棒性。
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  LS-SVM算法在无缝线路锁定轨温检测中的应用

  陈蜀鹏, 陈娟, 黄顺昊, 祁欣, 李帅, 邸锦玉, 李鹏博

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(3): 87-92. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.03.013

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  提出一种改进的基于磁巴克豪森噪声（MBN）技术的无缝线路实际锁定轨温检测方法。该方法使用MBN技术检测钢轨温度应力，使用轨温计检测表面轨温，并采用最小二乘支持向量机（LS-SVM）算法建立线路的钢轨温度应力随钢轨表面轨温与实际锁定轨温差值变化的预测模型，最后将预测模型得到的温差和钢轨的表面轨温用于计算实际锁定轨温。通过对河北保定的一段无缝线路进行钢轨温度应力及表面轨温检测，证明该方法能提高检测的精度。
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  基于多段落排序的机器阅读理解研究

  万静, 郭雅志

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(3): 93-98. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.03.014

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  针对多段落的机器阅读理解问题，在双向注意力流（BiDAF）模型的基础上，结合双向长短期记忆网络（BiLSTM）和self-attention机制构建了多段落排序BiDAF（PR-BiDAF）模型，利用该模型定位答案所在的段落，然后在预测段落中寻找最终答案的始末位置。实验结果表明，相较于BiDAF模型，本文提出的PR-BiDAF模型的段落选择正确率、BLEU4指标及ROUGE-L指标分别提高了约13%、6%和4%。
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  溶解氧多参数智能补偿校正检测技术的研究

  秦宏鹏, 刘翔宇, 陈娟

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(3): 99-104. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.03.015

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  根据Clark溶解氧传感器的工作原理，在对影响溶解氧传感器检测性能的温度、大气压、盐度等参数进行机理分析的基础上，通过实验对溶解氧传感器进行了以上参数的补偿校正，再将补偿后的溶解氧传感器检测值与碘量法检测值进行对比分析。结果表明，补偿后的溶解氧传感器与碘量法相比，测量值的相对误差小于1%，且具有较高的精度、稳定性及抗干扰能力，能广泛应用于各种溶解氧的检测环境。
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  一种改进的永磁同步电机直接转矩控制方法

  董绍江, 胡宇, 王艳, 姜保军, 蔡巍巍, 江松秦, 张潇汀

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(3): 105-111. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.03.016

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  针对传统的永磁同步电机直接转矩控制在低速运行时磁链和转矩脉动大，以及低速时定子电阻的变化导致磁链估算产生较大误差等影响电机稳定运行的问题，提出了一种改进的永磁同步电机直接转矩控制方法。该方法首先利用饱和函数-sat函数代替二阶滑模算法中的符号函数，实现滑模控制切换的连续性，削弱滑模控制中的抖振；然后再利用改进的二阶滑模算法来设计速度和磁链控制器，替代传统的直接转矩中的滞环比较器，抑制转矩和转速的波动；最后通过在磁链估算中建立基于模糊比例积分（proportional integral，PI）控制的定子电阻补偿器，消除定子电阻变化对磁链估算的影响。仿真结果证明了所提方法的有效性与可行性。
管理与数理科学
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  2D-3D异质结结构中集成波导的优化

  林捷, 冯志芳, 冯帅

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(3): 112-116. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.03.017

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  为了探究光子晶体在多方向上的传输特性，采用时域有限差分方法系统地设计、模拟和分析了太赫兹波段下2D-3D异质结结构中的波导集成器件。通过对垂直波导和输出波导的优化设计发现，减小垂直波导中邻近微腔之间的旋转角度可以有效提高集成波导的传输效率；增宽输出波导时，导带范围和传输效率进一步得到了改善。另外通过设计研究了多方向传输的集成波导器件，证明其各方向都具有良好的传输效率。
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  可压缩气液两相流的一维流动分析

  孙颖, 陈亚洲

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(3): 117-122. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.03.018

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  讨论了一类具有非光滑自由能密度的一维黏性可压缩Navier-Stokes-Allen-Cahn（NSAC）方程组的周期边值问题，对于初始密度不含真空的任意初值，采用光滑逼近并结合能量估计的方法，通过构造近似方程，证明了该方程组整体解的存在唯一性。
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  海量数据下线性混合效应模型的估计算法

  耿俏, 李志强, 陈少东

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(3): 123-128. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.03.019

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  基于以往文献提出线性混合效应模型参数的三步估计方法，避免了繁杂的极大似然估计迭代步骤。同时为进一步解决海量数据下计算估计量时存在的存储瓶颈及计算时间过长问题，在海量纵向数据的两种不同数据格式下，分别基于三步估计方法利用分治算法计算模型参数的估计量。数值模拟和实证分析结果表明，本文所提出的三步估计方法和估计量的分治算法可以减轻计算负担，减少占用内存，解决内存不足的问题，并提高计算速度。