2020年, 第47卷, 第4期　刊出日期：2020-07-20

  

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化学与化学工程
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  KOH预处理玉米秸秆与猪粪混合厌氧消化过程中性能参数变化规律研究

  屈若然, 郭荣欣, 张良, 左晓宇, 袁海荣, 李秀金

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(4): 1-8. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.04.001

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  为了探究KOH预处理玉米秸秆与猪粪厌氧消化过程中性能参数的变化规律，采用间隔卸料的方式在中温条件下进行厌氧共发酵，结果表明：预处理玉米秸秆与猪粪混合后可以改善产气性能，提高厌氧消化效率。经KOH预处理后的玉米秸秆与猪粪混合原料的产气高峰比未预处理的玉米秸秆与猪粪混合原料的产气高峰提前了3~6 d，产气速率和累积甲烷产量分别比未预处理组提高了9.6%~65.6%和13.8%；预处理可使原料消化更彻底，有机物去除率达到71.1%；修正后的Gompertz方程能较好地反映厌氧消化产甲烷过程，其中预处理组的产甲烷率速率（基于挥发性固体含量）比未处理组提高了8.8%。因此，采用KOH预处理玉米秸秆可以提高混合厌氧消化的产甲烷性能。
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  Ce_0.25Zr_0.75O₂固溶体的制备及其电化学合成氨催化性能

  林忻, 何小波, 银凤翔, 李国儒

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(4): 9-15. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.04.002

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  通过共沉淀法合成了四方相Ce_0.25Zr_0.75O₂固溶体，采用X射线粉末衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）表征了固溶体的结构，并以氮气和水为原料，在室温、0.1 mol/L Na₂SO₄电解质中研究了固溶体的电化学催化合成氨性能。结果表明，Ce_0.25Zr_0.75O₂表现出了优异的电化学氮还原催化性能，在-0.6 V（vs.Ag/AgCl）时法拉第效率最高，达到64%，此时氨合成速率为7.3×10^-11 mol/（s·cm²）；在-0.7 V（vs.Ag/AgCl）时，氨合成速率最高，为1.03×10^-10 mol/（s·cm²），此时法拉第效率为42.2%。这可能与Ce_0.25Zr_0.75O₂固溶体的四方相结构、晶格结构的变化及形成的高度缺陷的结构有关；另外，Ce_0.25Zr_0.75O₂还能有效抑制析氢副反应进行，从而提高其法拉第效率。
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  预处理茄子秸秆与粪便共消化产甲烷性能

  朱哲, 石耀威, 宋超, 戴壮强, 蔡凡凡, 陈畅, 刘广青

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(4): 16-21. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.04.003

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  研究了猪粪（PM）和鸡粪（CM）分别与碱性过氧化氢预处理茄子秸秆（PES）在不同比例下共消化产甲烷性能，结果表明：共消化可以缩短反应迟滞期和甲烷日产高峰到达时间，提高累积甲烷产量；当m_PES：m_PM为1：1、1：2和1：4时，累积甲烷产量（基于挥发性固体含量，VS）分别为283.4、338.8 mg/L和359.2 mL/g，较PES单独消化提升了24.7%、49.1%和58.0%，较茄子秸秆（ES）单独消化提升了187.7%、243.9%和264.6%；在m_PES：m_CM为2：1~1：4时，累积甲烷产量较PES单独消化提升3.1%~26.5%，较ES单独消化提升了137.9%~192.0%。
材料科学与工程
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  Fe₂O₃/氮掺杂石墨烯复合材料的热分解动力学

  马妍, 陈东梁, 张东胜, 何向向, 杨冉

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(4): 22-29. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.04.004

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  对Fe₂O₃/氮掺杂石墨烯（NG）的热解行为进行热重研究，分析出物质的热分解特性和机理函数。通过水热法制备Fe₂O₃/NG样品，在氮气氛围的保护下分别以5、10、15、20 K/min的升温速率线性升温到1 473.15 K。使用Kissinger Akahira and Sunose（KAS）、Flynn-Wall-Ozawa（FWO）两种“model free”方法和Coats-Redfern模型拟合法进行热动力学拟合，结果表明：FWO和KAS两种拟合法估算的表观活化能变化范围分别为404.08~424.65 kJ/mol和405.52~427.10 kJ/mol，且表观活化能随着转化率的增大而增加；FWO和KAS两种拟合法估算的表观活化能平均值分别为410.92 kJ/mol和412.74 kJ/mol，相差0.4%；Mample Power（P3）是最能反映Fe₂O₃/NG分解机理的函数。
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  碳纳米管束与炭黑并用对天然橡胶导热性能和动态力学性能的影响

  白彦江, 李京超, 张茜, 周鑫磊, 卢咏来, 张立群

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(4): 30-38. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.04.005

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  研究不同长径比的多壁阵列碳纳米管束（carbon nanotube bundles，CNTBs）非等量替代炭黑N234并用的填料增强体系对天然橡胶（NR）导热性能和动态力学性能的影响。利用非线性拟合分析CNTBs管径与CNTBs/N234并用NR复合材料热导率的关系，发现随着CNTBs管径的减小和用量的提高，复合材料导热性能逐步提高。通过表征CNTBs在橡胶基体中形成的填料网络，发现CNTBs长径比增大和用量提高会导致杂化填料的分散效果下降即出现Payne效应，使复合材料在动态工况下损耗增大，60℃下7%应变的tanδ和疲劳温升出现增加。此外，添加长径比更大的CNTBs能提升材料的抗湿滑性能，提高玻璃化转变温度，但对磨耗性能有不利影响，CNTBs添加量为6 phr（相对于每100份以质量计量的橡胶添加的份数）时材料的磨耗体积显著增大。
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  热解-模板法制备石墨烯的分子动力学模拟探究

  罗涛, 谭晶, 杨卫民, 程礼盛

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(4): 39-44. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.04.006

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  提出一种以废弃塑料热解产物为碳源，以石墨微片为模板，通过石墨微片的生长来制备石墨烯的设想。为了探索该设想的可行性和反应机理，以聚乙烯为例，采用反应分子动力学模拟方法从原子尺度对热解-模板法制备石墨烯的过程进行了研究。结果表明，在一定的温度条件下，聚乙烯分解产生具有高反应活性的乙烯基自由基和甲基自由基，这些自由基在降温过程中会接枝到石墨微片的边缘从而生长石墨烯。这说明以废弃塑料为碳源，加热分解后在石墨微片上生长石墨烯的设想具有可行性。分析了加热时间、冷却时间等条件对石墨烯生长过程的影响，可为实验制备石墨烯提供理论指导和参考。
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  反式聚环戊烯橡胶合成及结构分析

  贺小进, 邱迎昕, 王雪, 曹达鹏, 陈建军, 卜少华, 罗俊杰

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(4): 45-51. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.04.007

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  对反式聚环戊烯橡胶（TPR）的合成进行实验研究，确定了催化剂制备及TPR合成工艺条件，对合成的TPR结构进行表征，结果表明：催化剂陈化后具有较高的活性及稳定性，甲苯及正己烷作为环戊烯聚合溶剂均有较好的效果。当催化剂WCl₆用量（相对于环戊烯的质量）为（2.5~3.5）×10^-6 mol/g，分子量调节剂与W物质的量的比为2~3，Al与W的物质的量比为1~3时，单体转化率大于78%，TPR反式结构含量（质量分数）约为85%，玻璃化转变温度小于-92℃，数均相对分子质量在10万~30万之间，相对分子量分布在1.5~2.5之间，满足通用胶的结构及分子量要求。
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  银粉活化镀铜、界面结构与性能

  公维来, 张震, 方斌, 朱绪敏, 杨向民

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(4): 52-59. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.04.008

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  将经硅烷偶联剂KH-560改性后的银粉均匀涂覆到预固化的环氧树脂表面，银粉经过处理后可作为活性中心活化化学镀铜，得到致密、导电性高、结合力强的铜镀层。采用傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）、X射线光电子能谱仪（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线测厚仪、能谱仪（EDS）、电阻测试仪等手段系统研究了KH-560改性后银粉的化学态、化学可镀性、银粉界面层的结构与厚度、镀层与树脂之间的结合力以及镀层的导电性，结果表明：KH-560可以成功改性银粉，银粉表面的硅烷偶联剂膜会影响银催化镀铜的效果，但可以通过水解去除偶联剂膜从而暴露出银粉达到催化化学镀铜的目的。当KH-560用量（占银粉质量分数）为4%时，镀层与树脂之间的结合力最大为2.27 MPa，较未用KH-560改性银粉镀层的结合力提升了25.4%；铜镀层均匀致密，电导率约为3.15×10⁷ S/m。
生物技术与环境工程
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  基因筛选克隆表达原花青素降解酶及其酶解条件优化的初步研究

  苏惠娟, 刘丹, 闫堃, 张超, 王文雅, 袁其朋

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(4): 60-67. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.04.009

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  针对化学法制备低聚原花青素存在环保压力和副产物多等问题，研究了通过生物酶法降解高聚原花青素来制备低聚原花青素的方法。首先通过基因筛选方法筛选出SananA和EcnanA基因用于酶法降解高聚原花青素，将SananA和EcnanA基因连接在不同质粒载体表达蛋白的结果表明，SananA基因连接在pETDuet-1载体上时的蛋白表达效果较优。进而，利用纯化的SananA蛋白优化高聚原花青素降解条件，结果显示较优的酶解条件为温度50℃、pH=10、反应时间8 h，在此条件下原花青素单体积累量为35.67 mg/g，二聚体积累量为14.49 mg/g。
机电工程和信息科学
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  基于HAZOP分析模式的应急辅助决策系统的设计

  周晓颖, 张东胜, 董博恺

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(4): 68-73. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.04.010

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  为提高危险与可操作性（HAZOP）分析结果的功能延展适用性和过程管理实用性，针对传统的HAZOP分析结果不易查询修改和缺乏可操作的指导措施等问题，以HAZOP分析结果为基础构建工艺风险数据库，设计并开发了应急辅助决策系统，实现了HAZOP风险信息的便捷查询和及时更新，并可获取针对实时生产数据报警的运行指导建议和问题解决方案。该系统将HAZOP分析结果与实时生产过程有机在线结合，从而避免了因信息滞后和反应不及时导致的决策失误，为化工工艺事故的预防和应急决策提供帮助。
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  基于无限学生t混合模型聚类的机械故障预警方法

  马波, 苏方健, 赵祎, 蔡伟东

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(4): 74-80. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.04.011

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  往复式压缩机、柴油机等复杂机械的振动信号往往呈现较强的非平稳特性，导致传统单特征门限报警法的报警准确率较低。针对该问题，提出一种基于无限学生t混合模型（infinite student's t-mixture model，iSMM）聚类的机械故障预警方法：首先，通过提取机械振动信号特征构建高维特征空间，并采用iSMM对其进行建模，以描述机械设备的状态；其次，利用基于匹配的KL散度近似算法计算机械设备在历史正常状态和观测状态下的模型间距离；最后，将该距离与基于3σ准则自学习出的报警阈值进行比较，实现故障预警。利用往复式压缩机故障案例对所提方法进行验证，结果表明本文方法较单特征门限报警法报警准确率高且时效性好，可有效地对复杂机械进行故障预警。
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  T型管湍流穿透现象的热流固耦合疲劳分析

  李庚旺, 张骐, 陈爽, 欧阳斌, 卢涛

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(4): 81-88. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.04.012

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  在石油、化工、核电等管道系统中存在大量T型管道，由于其主支管流体的流量及温度存在差异导致产生湍流穿透现象，引发T型交汇处温度与速度场波动，进而可能诱发管道热疲劳问题。首先使用大涡模拟（LES）方法计算湍流穿透工况下管道内流场各物理量的时空演变规律，结果表明在支管轴向无量纲高度H=4截面处温度波动最为强烈；然后建立瞬态热流固耦合计算过程，将面压力与体温度动态加载到固体域，得到管道应力分布情况，找出危险点所在位置为轴向H=0截面内壁面；最后使用雨流计数法对危险点应力波动信息进行统计学分析，依据Goodman曲线得到等效对称循环载荷，根据线性疲劳损伤累积准则对危险点疲劳寿命进行评估，最终得到管道的疲劳寿命。
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  同向双螺杆间隙对含能材料加工过程的影响研究

  岳进峰, 张冰水, 董力群, 朱艳明, 辛锋

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(4): 89-93. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.04.013

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  为研究螺杆间隙对流道中药浆的安全性能和混合效果的影响，在螺杆构型相同的情况下，设置1.2、1.6 mm和2.0 mm 3种不同的螺杆间隙，建立非等温流场模拟模型，用模拟计算得到的压力、温度和剪切应力来评价流道中药浆的安全性能，用加权平均剪切应力和累积停留时间分布来评价螺杆的分散混合和分布混合能力。结果表明：随着螺杆间隙的增大，流道中药浆的安全性提高，混合效果变差。
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  基于蚁群算法的基因位点组合与眼压数据的相关性分析

  曹一鸣, 胡曼, 徐永利

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(4): 94-100. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.04.014

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  设计了一种蚁群算法，用于进行基因多位点组合与连续型表型的关联分析。在欧洲生物信息学研究所发布的一项基因及眼压的数据集上，评估了本文设计方法的性能，实验结果表明，利用本文设计的蚁群算法能够发现与眼压显著相关的基因双位点组合，这为研究青光眼的发病机制提供了新的线索。另外，对于研究其他疾病的多位点组合和连续型表型的关联，本文设计的蚁群算法提供了一种新的思路。
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  基于AP-BP神经网络的建筑能耗分析与预测

  黄晓一, 赵田, 楚纪正

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(4): 101-107. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.04.015

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  建筑行业对能源的节约是当前节约能耗的重要途径之一，在对能源浪费现状和建筑物能源绩效调研和分析的基础上，提出了一种基于affinity propagation（AP）聚类的back propagation（BP）神经网络建筑能耗分析与预测方法。通过AP聚类算法对影响建筑能耗的多维因素进行聚类分析，得到影响建筑能耗的主要因素并作为BP神经网络的输入，然后将建筑能耗指标热负荷和冷负荷作为BP神经网络的输出，建立建筑能耗分析与预测模型。均方根误差（RMSE）和平均相对泛化误差（ARGE）评价指标分析结果表明，本文所提方法对能耗值预测的拟合程度优于经典的BP神经网络，且通过建筑能耗输入输出的结构调整能够节约能耗，提高能效。
管理与数理科学
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  基于动态SV模型预测国债利率期限结构

  王睿, 周荣喜, 李志强

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(4): 108-114. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.04.016

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  选取中国人民银行2011年1月至2018年3月共87个月的国债收益率数据，通过改变价格数据为收益率数据，将传统的Svensson模型求解转化为线性优化问题，对利率期限结构进行较精确拟合，实证结果表明，参数的估计值与理论值有高度相关性且更加稳健。之后基于SV模型中各参数的AR（1）模型和VAR（1）模型构建了动态SV模型，实现了预测步长为1个月、6个月和1年的样本外预测，预测结果表明，随着预测步长增大，动态SV模型的预测能力逐渐增强；当预测步长为1年时，SV-VAR（1）模型表现出较明显的优势，特别是对于长期利率的预测，预测误差的均值、方差以及均方根误差均小于其他模型。因此，动态SV模型更适合于步长较长时长期利率的预测，并且SV-VAR（1）模型的表现更好，这为国债利率期限预测提供了一种新方法。
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  物理气相沉积法制备TP/TFA纳米薄膜与光致发光特性探究

  陈勇均, 翟晓宇, 范雪瑞, 张慧艳, 潘靓靓, 何惠梅, 孟庆云

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(4): 115-120. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.04.017

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  为了探究有机荧光材料在微纳尺寸上的荧光特性，采用低真空物理气相沉积方法制备了茶碱（TP）和2，3，5，6-四氟对苯二甲酸（TFA）有机纳米薄膜。通过对TP和TFA薄膜的荧光性质进行表征发现：与TP粉末相比薄膜的荧光发射峰由1个增加到4个，发射波长范围拓宽了100 nm，TFA的荧光发射峰之间的相对荧光强度发生了变化，与原料粉末相比在408 nm处的荧光发射峰蓝移了7 nm，362 nm处的荧光发射峰红移了3 nm。另外随着纳米薄膜厚度的逐渐增加，其荧光效率也逐渐增大。通过对TP和TFA纳米薄膜的表面形貌表征发现：随着薄膜厚度的增加，颗粒的聚集形态尺寸逐渐增大，从而验证了荧光效率随膜厚增加而逐渐提升的特性。
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  基于一类二元多小波函数的密度估计

  王淑媛, 崔丽鸿

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(4): 121-127. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.04.018

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  基于独立同分布的随机样本提出了一类二元多小波密度估计的方法。首先，给出了线性多小波估计器；然后，在Besov球（B_p，m^s（M））上给出了线性估计在积分均方误差（MISE）意义下的收敛上界，并给予证明；最后，通过仿真和实例数据进行实验验证，说明方法和估计的有效性。
更正
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  对于《北京化工大学学报(自然科学版)》2019年第2期“光引发接枝聚合调控水凝胶表面疏水性能”的更正申明

  张家旋, 朱晓群

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(4): 128-128.

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