2019年, 第46卷, 第6期　刊出日期：2019-11-20

  

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化学与化学工程
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  BaO催化纤维素转化制备乳酸的研究

  何敏瑶, 宋永吉, 张明月, 黄龙, 王新承, 黄崇品, 李翠清

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(6): 1-7. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.06.001

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  通过探索水热条件下不同类型固体碱催化剂催化糖及纤维素等转化制乳酸的反应，优选出了直接由Ba（OH）₂焙烧制备的高效固体碱BaO催化剂，进而对反应温度、催化剂用量、底物浓度等实验条件进行了优化，结果表明，在220℃、0.6 MPa N₂压力的水热条件下，BaO（0.8 g）催化纤维素（0.25 g）分解得到的乳酸收率可达75%，反应时间仅7 h。通过傅里叶红外光谱分析及X射线衍射（XRD）表征确定了催化剂组成，进而明确了催化剂的活性组分。最后，对纤维素催化转化机制进行推导后认为：BaO及其水解产生的Ba²⁺作用于纤维素分子间及分子内氢键，促进其断裂，而BaO水合生成的Ba（OH）₂提供了纤维素单体间糖苷键断键、葡萄糖异构及果糖分子内C3-C4键断键所需的碱条件。
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  复合喷射塔板的流体力学性能及传质性能的测定

  汤金龙, 亓军, 薛嘉兴, 李压方, 张来勇, 李群生

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(6): 8-14. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.06.002

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  设计了一种具有低压降、大通量及高传质效率的复合喷射塔板，以空气和富氧水为介质，在直径500 mm的圆筒型玻璃钢实验装置中对复合喷射塔板的流体力学性能及传质性能进行测定，研究了复合喷射塔板的干、湿板压降，雾沫夹带，漏液率，清液层高度等流体力学性能随底隙上方条缝高度的变化规律，并对干、湿板压降数据进行线性回归分析。结果表明该复合喷射塔板的干、湿板压降与F1浮阀塔板相比明显降低，且塔板清液层高度随底隙上方开缝高度的增加而降低，雾沫夹带率和漏液率随开缝高度的增加而增大；在底隙上方开缝能够提升立体塔板的传质效果，且传质效果比F1浮阀塔板高出5%以上。
材料科学与工程
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  高抗氧化性小分子阿胶的研究

  杜博玮, 徐晓冰, 郭尚伟, 黄雅钦

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(6): 15-20. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.06.003

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  用碱性蛋白酶对阿胶进行酶解，并采用超滤技术分离制备了平均分子量小于1 kDa的小分子阿胶（CCAH-Ⅱ）。通过多种抗氧化评价方法分析发现制备的CCAH-Ⅱ具有较高的抗氧化活性，质量浓度2 mg/mL的CCAH-Ⅱ对1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）自由基、2，2-联氮基-双-（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二铵盐（ABTS）自由基和羟基自由基的清除率分别可以达到（53.79±1.18）%、（70.53±0.65）%、（80.00±0.45）%。通过氨基酸组成和圆二色谱分析，发现CCAH-Ⅱ中疏水性氨基酸的摩尔分数高达42.40%，β-转角和无规卷曲结构的摩尔分数分别为30.4%、46.8%；推测高占比的疏水性氨基酸、β-转角和无规卷曲结构与小分子阿胶的高抗氧化性密切相关。
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  激光石墨化沥青基碳纤维的力学性能研究

  于瑶瑶, 谭晶, 开吴珍, 杨卫民, 程礼盛

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(6): 21-27. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.06.004

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  为提升沥青基碳纤维的力学性能，采用自制的激光超高温石墨化装置对中间相沥青基碳纤维进行石墨化处理。通过改变实验过程中的激光功率、牵伸力及碳纤维直径等3个因素制备了多组样品，研究了沥青基碳纤维拉伸强度随温度的变化规律，并分析了石墨化过程中牵伸力及碳纤维直径对其力学性能的影响。结果表明：沥青基碳纤维石墨化能承受的最大激光功率为360 W，对应的温度约为3 050℃，在此条件下处理得到的碳纤维拉伸强度由1.0 GPa提升至2.5 GPa；在碳纤维的承受范围内，其力学性能随着温度、牵伸力的增加而提高；直径较小的碳纤维力学性能提升更大。
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  纳米铜/环氧树脂导热复合材料的制备、结构与性能

  胡延鹏, 袁双龙, 方斌, 朱绪敏, 杨向民

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(6): 28-35. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.06.005

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  通过液相还原法制备得到铜纳米线（CuNWs）及铜纳米片（CuNPs），将其与环氧树脂（EP）共混制备得到复合材料，利用导热系数测试、电阻测试和扫描电镜等手段对复合后材料的导热性能、绝缘性能以及微观结构进行了表征，结果表明：填充了CuNWs或CuNPs的EP在显著提升导热性能的同时仍然具有良好的绝缘性；当CuNWs和CuNPs的填充体积分数为11%时，复合材料的导热系数可分别提高至1.09 W/（m·K）和1.26 W/（m·K），相对于树脂基体导热系数分别提升了474%和563%，同时电阻率分别为9.0×10¹⁰ Ω·cm和6.2×10¹⁰ Ω·cm，保持了较好的绝缘性，显示出这类材料在导热领域有着广阔的应用前景。
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  工艺参数对复合材料长桁预制体变形成型制件质量的影响

  马开维, 李博, 朱佳强, 段跃新

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(6): 36-44. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.06.006

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  为优化复合材料机械变形成型工艺，利用自主设计制造的机械成型设备制备预成型制件，通过对制件外形尺寸及微观结构进行表征，研究了成型温度、成型速率及成型间距等工艺参数对机械变形成型质量的影响。结果表明：成型温度、成型速率及成型间距3个成型工艺参数对复合材料机械变形预制件的质量都有明显影响，且3个因素之间互相作用；采用本文的材料体系，在制备铺层方式为[0°/45°/90°/-45°]_4s的L-型制件条件下，较优的成型工艺参数为成型间距4.3~4.5 mm、成型温度45~60℃及成型速率3~5 mm/min；通过制件尺寸表征、纤维变形量测量、金相分析等方式可以有效表征机械变形成型制件的宏观及微观质量。
生物技术与环境工程
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  动态反应釜制备超顺磁性Fe₃O₄粒子及其DNA提取

  盛浩原, 苑金磊, 刘长霞

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(6): 45-50. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.06.007

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  使用动态反应釜制备得到磁性粒子，与静态反应釜相比单次制备量提高20倍；通过扫描电子显微镜（SEM）、傅立叶红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、振动样品磁强计（VSM）等手段对产物进行表征，证明获得了粒径200 nm左右的单分散Fe₃O₄粒子，并具有超顺磁性；对其表面进行SiO₂包覆，获得具有良好分散性的Fe₃O₄@SiO₂粒子。研究发现Fe₃O₄@SiO₂对DNA提取具有可重复利用性，并且质粒DNA吸附到Fe₃O₄@SiO₂上后可直接加入聚合酶链式反应（PCR）体系作为扩增模板。
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  生物油热解条件对生物沥青性能影响的研究

  郭嘉, 刘珞

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(6): 51-55. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.06.008

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  生物质作为一种可再生资源在全球范围内储量丰富，但长期以来利用率较低。通过简单的热裂解技术制备了生物油，并考察了不同裂解条件下产物成分的变化。此外对制得的生物沥青的物理性能进行测试，结果表明生物质在600℃下快速裂解1 s，生物沥青的针入度可达到7 mm，延度36 cm，浸水稳定度4.1 kN，冻融劈裂强度0.025 MPa，软化点下降到40℃。以上结果表明提高热裂解温度和延长裂解时间有助于改善产物的物理性能。
机电工程和信息科学
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  炼化装置腐蚀监控分析系统设计及应用

  陈伟庆, 陈良超, 何兴, 胡海兰, 赵琳, 赵彦龙

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(6): 56-63. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.06.009

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  为了全面、实时掌握生产系统中的腐蚀状况，了解腐蚀因素，针对炼化装置的腐蚀现状，通过对炼化厂现有装置中的物料化学分析、设备的定点测厚及在线监测等数据进行综合管理和评定，设计并开发了一套具有腐蚀预警、剩余寿命趋势分析及报警管理等功能的一体化管控软件，实现了炼油厂装置的腐蚀状况监控和监测数据的集成和管理。
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  基于自适应独立成分分析的化工过程监测

  陆天驰, 吕照民

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(6): 64-71. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.06.010

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  针对独立成分分析（independent component analysis，ICA）方法应用于过程监测时如何选择独立成分（independent component，IC）的问题，提出了自适应独立成分分析（adaptation independent component analysis，AICA）方法。AICA方法首先利用分离矩阵建立关联矩阵，该关联矩阵表示IC的相似性，同时通过核密度估计选择概率密度最小的IC作为特殊独立成分（particular independent component，PIC），再通过关联矩阵选择与PIC具有相似变异特征的几个普通独立成分（common independent components，CICs），最后将PIC与CICs用于构造监测统计量。将AICA方法应用于田纳西-伊士曼（Tennessee Eastman，TE）仿真过程，测试结果表明所提方法对于过程监测是有效的。
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  基于非等值初始量蚁群算法的矩形优化排料

  张娜, 赵罘

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(6): 72-77. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.06.011

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  为提高矩形排料的板材利用率并节约求解时间，提出了非等值初始量蚁群算法，并应用于矩形优化排料问题。在蚁群算法初始信息素量赋值过程中引入矩形面积和长宽比因素以增大各矩形初始信息素的差别，加快算法收敛速度；同时对传统蚁群算法的信息素更新规则作适当改变，以便于信息素快速更新，缩短求解时间。采用改进的最低水平线法作为排料方法，能充分利用已产生的闲置区域，减少板材浪费。对比实验的结果表明，与传统蚁群算法和其他几种典型算法相比，本文算法能进一步提高板材利用率，且求解时间较短。
管理与数理科学
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  基于DNS模型的我国公司债信用利差预测

  周荣喜, 熊亚辉, 李洋光, 郑庆华

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(6): 78-84. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.06.012

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  利用2012~2017年我国国债、公司债、宏观经济及公司特征的月度数据，基于无风险收益率和公司债信用利差期限结构的动态Nelson-Siegel（DNS）模型，提取无风险收益率曲线和公司债信用利差曲线的水平因子、斜率和曲率，采取向量自回归模型和面板回归方法对我国公司债信用利差进行样本内和样本外预测。结果表明：我国公司债信用利差可以由无风险收益率期限结构及公司债信用利差期限结构中包含的信息进行预测；宏观经济变量和公司特征变量对我国公司债信用利差的预测贡献较小。
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  基于路径交通拥堵指数的危险废物回收模型研究

  袁文燕, 王青波, 吴军, 李健

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(6): 85-94. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.06.013

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  针对交通拥堵对危险废物运输中的成本和风险的影响，引入路径交通拥堵指数，建立了时变道路系统中基于交通拥堵指数的危险废物回收双目标优化模型，并对传统蚁群算法中启发式因子计算公式进行了改进，提出了改进的蚁群算法对模型求解，最后以某环保公司危险废物回收问题为背景进行了案例分析。结果表明，不同出发时间和车辆使用模式对帕累托最优解有显著影响，最短路径不一定是耗能最少的行车路线。本文提出的模型和算法可为决策者制定调度方案提供参考。
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  变人工黏性的一维van der Waals流体模型稳态解的分析与相关计算

  史洪雪, 黄晋阳

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(6): 95-100. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.06.014

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  气液流体相变模型解的性态复杂，通常引进常系数的人工黏性以便于分析与计算。对人工黏性系数为比容函数的一维van der Waals等温流体相变在Lagrange坐标下的周期初边值问题进行了研究，分析了其稳态解的性态，给出了只存在平凡解以及存在非平凡解且易于判定的充分条件，并进行了相关计算，同时也对初边值问题进行了计算。计算结果表明，依赖于比容的人工黏性系数抑制相变区解震荡的作用与常数人工黏性系数类似。
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  一维Navier-Stokes-Cahn-Hilliard方程组解的适定性分析

  王暐翼, 童天娇, 陈亚洲

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(6): 101-107. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.06.015

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  讨论和描述了具有扩散界面的互不相溶气液两相流动的可压缩Navier-Stokes-Cahn-Hilliard（NSCH）方程组的周期边值问题，NSCH方程组中采用了van der Waals状态方程，该状态方程是关于密度非凸的刻画气液相变的经典模型。通过对压力的单调分解并结合能量估计的方法，克服了状态方程非凸性带来的困难，得到了流体密度的上下界估计；对任意初始值（密度不含真空），证明了该问题的一维流动强解是全局存在且唯一的。结果表明，该气液相变问题不会出现激波和真空现象。
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  k-路形式的König-Egerváry图

  张志鹏, 涂建华

  北京化工大学学报(自然科学版). 2019, 46(6): 108-111. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2019.06.016

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  推广了König-Egerváry图的概念，提出了k-路形式的König-Egerváry图，证明树是k-路形式的König-Egerváry图；同时研究了单圈图的k-路形式的König-Egerváry性质。