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2020年, 第47卷, 第2期 刊出日期:2020-03-20
  

  • 全选
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    化学与化学工程
  • 冯江华, 韩国然, 朱凯, 朱保宁
    北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(2): 1-7. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.02.001
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    针对餐厨垃圾高负荷厌氧消化极易酸化且缺乏有效预警指标的技术问题,在中温条件下进行模拟餐厨垃圾单相厌氧消化实验。通过分析对比pH值、产气量、挥发性脂肪酸(VFA)以及胞外聚合物(EPS)等指标在消化过程中的变化,比较了这些指标的酸化预警能力与时间上的先后性。结果表明:pH值在第26 h降到5.5以下,产气量在第22 h增幅小于1%,VFA质量浓度在第22 h超过10 000 mg/L,以常规指标作为酸化预警指标存在一定的滞后性。EPS能更敏感地对体系变化做出反映,即在体系酸化前胞外多糖质量浓度下降,胞外蛋白质质量浓度上升,蛋白质与多糖质量浓度比值整体趋势持续上升直至酸化。以EPS中的蛋白质与多糖质量浓度比作为酸化预警指标能比传统指标提前约5 h,便于对体系及时作出调整,减少工程上不必要的损失。
  • 王金航, 刘家豪, 谭笑, 张傑, 魏文侠, 王斌, 李曙光, 林爱军
    北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(2): 8-16. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.02.002
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    以外源添加重金属污染物镉(Cd)、铅(Pb)的酸性黄棕壤为研究对象,考察镁渣对污染土壤中Cd、Pb的稳定化效果。镁渣采用硫酸和磷酸二氢钾两种改性手段进行处理,运用X射线衍射分析仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、比表面积分析仪(BET)、扫描电子显微镜(SEM)等表征手段对改性前后的镁渣进行分析。将镁渣以1%、3%、5%的添加量(质量分数)加入到Cd、Pb污染的土壤中,采用二乙三胺五乙酸(DTPA)浸提法和改进的Community Bureau of Reference(BCR)连续提取法研究镁渣对土壤Cd、Pb生物有效态和赋存形态的影响,为镁渣应用于土壤Cd、Pb的稳定化修复提供理论依据。结果表明:通过改性处理可以显著提高镁渣的比表面积,其中盐改性镁渣比表面积最大为80.65 m2/g。在稳定化实验中,未改性镁渣、酸改性镁渣、盐改性镁渣均可提升土壤pH值,并显著降低土壤中生物有效态Cd、Pb含量。对土壤中Cd、Pb赋存形态进行分析,发现添加未改性镁渣、盐改性镁渣可显著降低酸提取态Cd含量,将酸提取态Cd向可还原态和可氧化态转化;添加盐改性镁渣可显著降低酸提取态和可还原态Pb含量,将酸提取态和可还原态Pb向可氧化态和残渣态转化。添加1%未改性镁渣时,污染土壤中Cd稳定化效果最好,Cd迁移能力最低;添加5%盐改性镁渣时,污染土壤中Pb稳定化效果最好,Pb迁移能力最低。
  • 杨宗鑫, 马浩钦, 孙芳
    北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(2): 17-23. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.02.003
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    以3-羟甲基-3-乙基-氧杂环丁烷、烯丙基溴和三乙氧基硅烷为主要原料合成了一种氧杂环丁烷基硅烷偶联剂,即三乙氧基-(3-乙基-3-丙基甲氧基氧杂环丁烷)硅烷(ETPO),研究了ETPO的光聚合活性及其对3,4-环氧环己基甲基3,4-环氧环己基甲酸酯(E4221)环氧阳离子光聚合体系的光聚合动力学,光固化膜的拉伸性能、表面性能及附着力的影响。结果表明,ETPO可以促进E4221体系光聚合转化率的提高,改善固化膜的拉伸性能、附着力和表面拒水性;含有ETPO的E4221固化膜的拉伸强度可达到15.9 MPa,断裂伸长率达到21.4%,在PVC上的附着力最高可为5B,最大表面水接触角为85.3°。
  • 刘铭, 张黎, 查柔艳, 孙小博, 周慧, 杨宇森, 郭子弋, 秦桐, 杨莉
    北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(2): 24-30. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.02.004
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    通过生物自组装法制备得到纳米TiO2@酵母碳球复合光催化材料,采用扫描电子显微镜和X-射线衍射仪对样品进行表征。以盐酸四环素作为目标污染物,分析了TiO2负载量对样品光催化性能的影响,同时对酵母碳球与纳米TiO2之间的吸附-光催化协同效应进行了分析和评价。实验结果表明:纳米TiO2在酵母碳球表面的负载显著地提升了纳米TiO2@酵母碳球的光催化性能,当纳米TiO2与酵母质量比为1:1时,所制备的TiO2@酵母碳球对盐酸四环素的光催化效果最佳,具有较好的吸附-光催化协同效应。响应面优化实验表明:当反应温度为40.2℃,pH为5.89,催化剂、盐酸四环素的浓度比为0.76时,体系对盐酸四环素的光催化降解率达到90.86%。
  • 材料科学与工程
  • 臧萌, 信春玲, 何亚东, 闫宝瑞
    北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(2): 31-35. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.02.005
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    利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)研究了硬脂酰胺对热塑性聚氨酯(TPU)氢键化程度的影响。利用差示扫描量热仪(DSC)研究了硬脂酰胺对TPU等温结晶行为的影响,采用Avrami方程分析了TPU等温结晶过程,并计算出其结晶动力学参数。结果表明:加入硬脂酰胺后的TPU氢键化程度显著增大,结晶时间缩短,结晶速率提高。
  • 靳宇, 信春玲, 何亚东, 闫宝瑞, 任峰, 李锐
    北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(2): 36-43. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.02.006
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    基于纳米颗粒比表面积高的特性,将超声震荡分散后的纳米SiO2通过化学接枝方法修饰玻璃纤维表面制备玻璃纤维/聚丙烯热塑性复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)表征纳米SiO2在玻纤表面的分布状态及其与纤维树脂的结合情况,结果表明纳米颗粒在纤维表面分布状况良好,纤维与树脂能较为紧密地结合。通过动、静态力学测试表征复合材料的界面结合情况及整体力学性能,结果表明复合材料在动态热机械分析(DMA)测试下具备良好的综合界面性能;与空白组对比,复合材料的层间剪切强度最高提升约86%,拉伸强度最高提升约300%,弯曲强度最高提升约94%。
  • 赵晔, 文利雄
    北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(2): 44-50. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.02.007
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    通过表面改性试验、溶出试验和溶液电导率测定试验,筛选出可用于蓄盐缓释融雪抑冰材料的载体(载体A)和表面改性剂(表面改性剂J),通过优化制备方法和成分配比,开发出具有降低溶液冰点功能和缓释功能的蓄盐缓释融雪抑冰材料。吸附试验和电导率测定试验的结果表明:载体A能够吸附的氯化钠含量较高,适合作为材料的载体;采用湿法吸附制备的融雪抑冰材料的缓释性能优于干法吸附制备的材料;随着表面改性剂J添加量的增大,融雪抑冰材料的缓释性增强。自制的蓄盐缓释融雪抑冰材料的组成为氯化钠、载体A、表面改性剂J,三者的质量分数分别为57.91%、38.60%、3.49%。溶出试验和溶液冰点测试试验表明自制的蓄盐缓释融雪抑冰材料具有良好的缓释性和降低溶液冰点能力。
  • 王一民, 王美豪, 赵秀英, 卢咏来, 张立群
    北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(2): 51-57. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.02.008
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    通过阴离子开环聚合的方法合成了二苯基硅橡胶(DPVMQ)与单苯基硅橡胶(MPVMQ),并研究了苯基链节的种类与含量对硅橡胶复合材料性能的影响。结果表明:随着硅橡胶分子主链上苯基链节含量的增加,DPVMQ与MPVMQ在硫化过程中的扭矩差均有不同程度的减小,两者的拉伸强度均呈先增大后减小的趋势,但DPVMQ展现了更好的拉伸性能;随着苯基链节含量的增加,DPVMQ与MPVMQ的损耗峰向高温方向移动,其中DPVMQ的损耗峰有效温域更宽,损耗峰对应的温度也更高;DPVMQ与MPVMQ在辐照后的拉伸强度保持率随苯基链节含量升高都大致呈上升的趋势,含有25%摩尔分数苯基链节的DPVMQ在辐照后的拉伸强度保持率达到88.9%。
  • 刘铮, 王峰
    北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(2): 58-66. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.02.009
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    通过化学镀工艺,采用以次磷酸钠为还原剂的镀液将镍-磷(Ni-P)纳米粒子负载于多壁碳纳米管(MWCNTs)表面。通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、高分辨透射电镜(HR-TEM)、X射线衍射仪(XRD)、选区电子衍射仪(SAED)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、差示热分析仪(DTA)、X射线光电子能谱仪(XPS)等测试手段对催化剂的物理化学性能进行了表征,分析结果表明:Ni-P纳米粒子化学组成为Ni73.8P26.2,为非晶态结构实心圆球体,均匀分散负载于MWCNTs外壁,平均尺寸约100 nm,粒度分布窄,镍元素与磷元素之间无明显电子转移,催化剂在350℃以下结构和热稳定性较强。通过催化剂对于苯加氢反应的研究评价了其催化性能,结果表明在Ni-P/MWCNTs催化剂作用下,苯全部选择性地转化为环己烷,催化剂显示出较好的催化活性(71.2%)和高选择性(100%)。
  • 沈进冉, 周淑琴, 赵佳顺, 官亦标
    北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(2): 67-73. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.02.010
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    以LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)为正极、中间相碳微球(MCMB)为负极构建锂离子全电池,研究了充放电电压区间对NCM811/MCMB全电池电化学性能的影响。研究结果表明:以4.3 V为充电截止电压,降低放电截止电压可提高全电池的容量,但高放电截止电压下全电池的循环性能更加稳定;在2.8~4.3 V电压区间下,NCM811/MCMB全电池不但具有高的比容量,同时还具有良好的循环性能和充放电可逆性。
  • 王亚进, 王陶, 王良模, 沙小伟, 黄健, 陈威
    北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(2): 74-80. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.02.011
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    为了提高靶板防弹性能,提出一种由陶瓷和芳纶纤维复合材料构成的防弹结构。对陶瓷及芳纶纤维防弹性能有限元仿真分析的结果表明:陶瓷的弹孔面积大于纤维,陶瓷内部的形状比较粗糙而纤维则比较平滑,陶瓷吸能主要是通过自身的破碎和断裂及应力波的传递实现的,而纤维吸能则主要是通过自身的拉伸和延展将弹丸的动能转换为自身的弹性势能和断裂能。此外,基于陶瓷和芳纶纤维的抗侵彻原理,进行了复合靶板的结构设计,并利用NSGA-II算法对层间材料的厚度进行了优化,优化后复合靶板子弹的剩余速度降低了185 m/s,靶板的面密度降低了5.4 kg/m2,综合防弹性能得到了明显提高,为后续进行新型轻质防弹复合装甲的结构设计提供指导思路。
  • 孔正阳, 应邬彬, 胡晗, 王凯, 尹静波, 张若愚
    北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(2): 81-88. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.02.012
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    利用傅里叶变换红外技术(FT-IR)首先阐明了本文工作中的聚氨酯氢键缔合程度或微相分离程度与热历史无关,只与样品所处温度有关。其次,利用差示扫描量热法(DSC)探究了升降温过程中出现的热效应,发现热效应所对应的硬段缔合结构与聚合物结晶行为非常相似,例如有缔合核存在下的快速生长、硬段较多时的快速生长、等温退火后生成特定的缔合结构等。综合以上实验结果可以发现,这些缔合结构的行为非常类似于高分子晶体。但与传统观点不同的是,微相分离与这些潜在的类结晶行为是两个独立的过程。
  • 徐鑫敏, 胡明峰, 张颂, 季玲, 夏宏伟, 周权
    北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(2): 89-99. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.02.013
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    采用差示扫描量热仪(DSC)测试一种不饱和结晶性聚酯的熔融温度,并使用Avrami方程和Jeziorny法、Ozawa法和Mo法分别对不饱和结晶性聚酯的等温结晶动力学和非等温结晶动力学进行研究,通过偏光显微镜对不饱和结晶性聚酯等温结晶后的结晶形貌进行了观察。结果表明:不饱和结晶性聚酯的熔点受升温速率的影响;等温结晶的温度越高,结晶速率也越大;晶体形貌为球晶;结晶性聚酯存在二次结晶,且随着相对结晶度的增大,结晶变得越来越困难。由于存在二次结晶,Ozawa法和Jeziorny法均出现偏移,而Mo法用于不饱和结晶性聚酯的非等温结晶动力学分析较为合适。
  • 机电工程和信息科学
  • 范文强, 何立东, 陈钊, 张翼鹏, 亢嘉妮
    北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(2): 100-106. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.02.014
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    针对某化工厂分馏装置换热器至初馏塔管道的振动超标问题,利用ANSYS有限元软件建立管道模型并计算其模态,利用Fluent进行流体脉动CFD仿真分析,探讨管线振动的根本原因;将阻尼减振技术应用到管线振动控制中,采用SAP2000软件进行阻尼减振模拟,探讨阻尼器的参数选择以及施加阻尼前后管道的振动情况。在管道相应位置安装黏滞型阻尼器,使管道振动幅值降低90%以上。研究结果表明:管道内流体的脉动冲击产生的激振力频率与管道的某阶固有频率接近从而发生共振,这是管道振动的主要原因;黏滞型阻尼器可以在设备不停机的情况下有效地吸收振动能量,控制管道的振动,同时不会改变管道的原有支撑结构,也不会引起临近管线的振动,保障设备的安全稳定运行。
  • 管海翔, 陈娟, 祁欣
    北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(2): 107-114. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.02.015
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    针对低浓度有害气体实时监测的问题,采用高精度电化学气体传感器,设计了用于检测低浓度CO、NO2的环境有害气体检测系统,将卡尔曼滤波与小波滤波相结合对存在噪声的微小信号进行提取,并将嵌入式技术与Web技术相结合构建了实时低浓度CO、NO2的有害气体检测系统。通过研究电化学气体传感器特性,设计了恒电位操作电路和nA级电流检测电路。针对标定过程中存在有害气体污染等问题,设计了更加安全的标定实验。所设计系统实现了10-6级电化学传感器的驱动、检测、信号处理远传和网络查看监控数据等功能,检测系统具有良好的精度和友好的用户界面。
  • 崔昕阳, 龙华, 熊新, 邵玉斌, 杜庆治
    北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(2): 115-123. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.02.016
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    在基于深度学习的文本情感分类研究领域中,目前传统的模型主要是序列结构,即采用单一的预训练词向量来表示文本从而作为神经网络的输入,然而使用某一种预训练的词向量会存在未登录词和词语语义学习不充分的问题。针对此问题,提出基于并行双向门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)网络与自注意力机制的文本情感分类模型,利用两种词向量对文本进行表示并作为并行双向GRU网络的输入,通过上下两个通道分别对文本进行上下文信息的捕捉,得到表征向量,再依靠自注意力机制学习词语权重并加权,最后对两个通道的输出向量进行向量融合,作为输入进入全连接层判别情感倾向。将本文模型与多个传统模型在两个公共数据集上进行实验验证,结果表明本文模型在查准率、查全率、F1值和准确率等性能指标上相比于双向门控循环单元网络模型、双向长短时记忆网络模型和双向门控循环单元网络与自注意力机制的单通道网络模型均有所提升。
  • 魏鹿鸣, 马铁驹
    北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(2): 124-129. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.02.017
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    考虑运用多智能体思想,辅助手部活动不便患者实现日常的抓握、伸直等动作。于Unity引擎内设计并实现了一个基于多智能体蜂拥算法的辅助手部运动系统的仿真模拟,并对基础蜂拥算法进行了改进,使其更符合手指的运动方式。该系统包含80个智能体(智能体安装在类似手套的载体上,且与载体之间由弹簧关节连接)以及5个可随意变换位置的虚拟目标点,5个目标点的位置分别代表患者左手5根手指意图到达的位置。辅助系统启动后,蜂拥算法控制的智能体开始自组织振动,通过弹簧带动手指逐渐运动至目标点,最终实现患者的运动意图。通过调整各目标点的位置,可充分辅助患者实现基本的抓握动作。该多智能体系统可根据实际情况灵活改变智能体的数目和大小,且具有良好的稳定性,为多智能体系统的应用提供了崭新的思路。
  • 管理与数理科学
  • 陈少东, 李志强
    北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(2): 130-136. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.02.018
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    首先推导出了用于求解一般广义线性模型变量选择问题的非凸惩罚迭代估计算法,并利用分治思想对算法进行修正,使其能够适用于海量数据情形,以解决海量数据下进行变量选择时可能存在的内存溢出等问题。考虑到当前处理海量数据实际使用的工具,进一步给出了算法在分布式并行下的计算步骤,大幅提高了计算速度。在数值模拟中,通过单机和集群两种方式对算法进行数值计算,结果表明本文方法有效解决了数据存储问题且适用于分布式环境。最后,通过所提算法来完成Probit模型的变量选择,并将其用于新闻数据集的分类问题。