2021年, 第48卷, 第3期　刊出日期：2021-05-20

  

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化学与化学工程
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  硝酸胍热分解特性及其动力学分析

  杨冉, 陈东梁, 张东胜, 何向向, 王玉丰

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(3): 1-8. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.03.001

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  采用5、10、15、20K/min的不同线性升温速率，研究硝酸胍（GN）的热分解过程，通过Flynn-Wall-Ozawa （FWO）法、Kissinger Akahira and Sunose （KAS）法和Coats-Redfern （CR）法进行热动力学分析，并利用热力学理论求解相关热安全性参数。结果表明，硝酸胍在450~700K的温度范围内呈一步失重，热重法（TG）的平均外推起始温度为580.28K；当转化率为0.1~0.9时，FWO法和KAS法得到的平均表观活化能分别为140.43kJ/mol和137.82kJ/mol，自燃倾向等级为Ⅰ级；CR法表明Avrami-Erofeev （A2）为硝酸胍的最适机理函数模型；在310~370K的温度范围内，硝酸胍的比热容随温度的升高而逐渐增大，平均值为3.148J/（g·K）；自加速分解温度（T_SADT）和自发火温度（T_be0）分别为530.15K和548.10K；活化熵（ΔS^≠）和活化焓（ΔH^≠）随升温速率的增大而减小，活化自由能（ΔG^≠）和反应速率常数随升温速率的增大而增大。
材料科学与工程
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  WO₄^2-插层的Zn-Al层状双氢氧化物对水性涂料防腐性能的提升

  朱占勃, 张晨, 赵景茂

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(3): 9-16. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.03.002

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  利用离子交换法制备了WO₄^2-插层的Zn-Al层状双金属氢氧化物（LDH-WO₄^2-），并将其添加到水性环氧树脂中以改善水性涂料的屏蔽性能与耐腐蚀性能。利用X射线衍射仪（XRD）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）和扫描电子显微镜（SEM）对LDH-WO₄^2-进行了表征，结果表明成功制得结构完整、尺寸均一的LDH-WO₄^2-。使用盐雾试验和浸泡试验研究了添加不同浓度LDH-WO₄^2-的水性涂料的耐腐蚀性能。结果表明，在水性涂料中添加适量的LDH-WO₄^2-可以有效提高水性涂层的屏蔽性能与耐腐蚀性能，当LDH-WO₄^2-的添加浓度为3%（LDH-WO₄^2-占水性环氧树脂的质量分数）时，水性涂层的防护性能最好。
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  X65碳钢的H₂S/CO₂腐蚀控制因素研究

  陆原, 赵景茂, 张勇, 张妙玮, 刘言霞, 程艳

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(3): 17-25. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.03.003

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  目前，H₂S/CO₂腐蚀过程的控制因素判定依据主要参考Dunlop等的研究结果，但该判定结果经常与油田实际腐蚀情况不相符。为找到造成偏差的主要原因，更好地指导生产实践，采用动态高温高压釜，使用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射（XRD）等手段对X65碳钢在H₂S/CO₂共存体系中的腐蚀控制因素进行了研究。结果表明，不同温度下平均腐蚀速率随H₂S/CO₂分压比（p_H2S/p_CO2）的变化呈现两种不同的规律，这与腐蚀产物的膜形态和组成密切相关；腐蚀控制因素与p_H2S/p_CO2有关，而p_H2S/p_CO2临界值大小与温度密切相关。对于H₂S腐蚀控制，当温度低于40℃时，Dunlop等的研究结果仍然适用；当温度从40℃升高至60℃时，本研究的p_H2S/p_CO2临界值由0.05升高到0.10。对于CO₂腐蚀控制，本研究的p_H2S/p_CO2临界值在85℃以上时由原来的0.002逐渐升高到0.003。根据以上研究结果，修正了X65碳钢的H₂S/CO₂腐蚀过程的控制因素与p_H2S/p_CO2及体系温度的关系图。
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  模具结构对连续纤维增强热塑性复合材料性能的影响

  陈剑昭, 任峰, 周磊磊, 信春玲, 何亚东

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(3): 26-35. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.03.004

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  采用自行设计的两种不同结构的熔融浸渍模具制备了连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带，测试了模具结构对预浸带的孔隙率、纤维断裂率、界面形貌、纤维分散均匀度和拉伸强度的影响，建立了纤维浸渍模型和纤维断裂模型，并通过理论模型对预浸带的孔隙率和断裂率进行理论预测。结果表明，本文建立的数学模型能够有效预测预浸带的浸渍程度和纤维断裂率，可用于浸渍模具结构的优化设计；在本文范围内，与波浪形模具相比，斜齿形模具的多楔形区结构可以有效地降低预浸带孔隙率和提升纤维分散程度；波浪形模具的流道圆角半径较大，楔形区个数较少，与斜齿形模具相比，可有效降低纤维断裂率并提升拉伸性能。
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  WO₃/TiOF₂-TiO₂复合催化剂的制备及其光催化性能研究

  侯晨涛, 张欣

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(3): 36-47. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.03.005

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  采用水热法制备了具有太阳光光催化性能的WO₃/TiOF₂-TiO₂三元复合的系列光催化剂W∶Ti=X∶10（X=0.5、1、3、5）（其中X∶10为W与Ti元素的物质的量之比，下同）。为提升催化剂性能，在复合前用NaOH溶液对TiOF₂进行了改性处理，制备了W∶OH-Ti=X∶10（X=0.5、1、3、5）系列光催化剂。采用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、紫外可见漫反射光谱（UV-vis DRS）、扫描电子显微镜（SEM）、荧光光谱（PL）等手段对样品进行了表征。在模拟太阳光照射下，以盐酸四环素（TTCH）溶液为模拟废水，对催化剂性能进行了研究。结果表明，WO₃的加入使部分TiOF₂在高温下转变为TiO₂，W∶OH-Ti=1∶10复合光催化剂与TiOF₂相比，禁带宽度降低，可见光响应增强，电子-空穴的复合受到了抑制，并且TiOF₂经NaOH处理后，复合光催化剂增加了更多的羟基。模拟太阳光照射2.5h后，投加量为0.3g/L的W∶OH-Ti=1∶10催化剂对TTCH的降解率可达85%，说明所制备的三元复合光催化剂具有良好的催化效果。
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  2D TiO₂/Ag₃PO₄异质结复合催化剂的制备及其光催化性能研究

  陈庆涛, 石向东, 张文杰, 梁娓娓, 杨茂森, 姜利英, 陈凤华

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(3): 48-58. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.03.006

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  采用溶剂热法制备了二维TiO₂纳米片（2D TiO₂），然后通过原位生长法在其表面沉积Ag₃PO₄，得到2D TiO₂/Ag₃PO₄异质结复合光催化材料。通过透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、紫外可见分光光谱法（UV-Vis）、X射线光电子能谱（XPS）、N₂吸附-脱附法（BET）等手段对催化材料进行了表征，评价了2D TiO₂/Ag₃PO₄在可见光下催化降解罗丹明B （RhB）的性能，并结合荧光和电化学测试结果，提出了2D TiO₂/Ag₃PO₄的可见光催化机理。结果表明，2D TiO₂/Ag₃PO₄的吸附-光催化降解性能随着Ag₃PO₄含量的增加而提高；少量H₂O₂可以极大地提高2D TiO₂/Ag₃PO₄的光催化活性；光催化降解RhB过程中的主要活性物质是·OH和·O^-₂，异质结的存在使2D TiO₂/Ag₃PO₄具有比2D TiO₂更优异的光催化活性、电荷分离能力和更快的光电子转移速率。
机电工程和信息科学
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  光固化微压印脱模过程对制品精度影响的研究

  马旭, 佟金戈, 贺建芸, 王佳佳, 陈慧, 孔建

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(3): 59-64. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.03.007

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  光固化微压印制品的脱模过程直接关系到制品的质量。利用ABAQUS软件对圆柱微结构阵列的光固化微压印脱模过程进行数值模拟，分析了光固化微压印出现撕裂和断晶缺陷的原因，并利用自制紫外光固化微压印成型实验平台研究了脱模过程对微结构阵列薄膜精度的影响。在光固化微压印脱模过程中，应力集中主要发生在圆柱微结构的表面及根部，当黏附力与摩擦力之和大于制品的内聚力时会带来制品缺陷。
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  一种基于加权多准则的火炮爆炸场中高温火球三维温度场的迭代重建算法

  刘晓蔚, 祝海江, 刘兴旺, 李小春, 李卓明

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(3): 65-74. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.03.008

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  针对爆炸场温度高、温度动态范围大、不可直接测量、温度场重建难以取得较高精度等问题，改进了一种在图像重建中广泛应用的联合代数重建（simultaneous algebraic reconstruction technique，SART）算法，以实现爆炸场中温度场的重建。该改进方法将原算法迭代固定步长改为自适应步长，通过判断相邻像素间是否产生畸变来决定迭代步长的大小，无畸变时迭代步长较大，有畸变时则加入惩罚使迭代步长变小；并在SART算法满足的最小二乘准则中加入均匀性准则，提高重建质量。通过仿真实验讨论了惩罚区域和惩罚系数对重建图像质量的影响，并对比了传统SART算法和在校正项中加入惩罚的SART算法。实验结果表明，由于改进方法在迭代系数中加入了惩罚项，得到的重建图像质量更高。
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  癌症单细胞数据拷贝数变异检测方法

  徐安琪, 蔡磊, 高敬阳

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(3): 75-80. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.03.009

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  随着单细胞测序数据的异质性优势在癌症研究中的逐渐体现，现有拷贝数变异检测方法在检测单细胞数据时效果差的问题亟待解决。提出一种新的单细胞数据拷贝数变异检测方法（FL-CNV），通过动态窗口划分及数据估算对变异区间进行范围估计和断点确定，以明确拷贝数变异的断点位置和变异类型。所提方法突破了现有检测方法在单细胞数据上的局限性，对其检测效果在模拟数据和真实数据上进行了实验验证。结果表明：与现有方法相比，本文所提方法能显著提高拷贝数变异检测的精度和敏感度，且所得结果与比较基因组杂交（array-based comparative genomic hybridization，aCGH）的拷贝数变异进行了相关性验证，具有更高的可信度。
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  基于深度学习的多模态眼科图像回归预测

  杨昊, 胡曼, 徐永利

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(3): 81-87. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.03.010

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  青光眼是世界第二大致盲性眼病，视网膜神经纤维层（RNFL）缺损是诊断青光眼的重要特征。在临床应用中主要采用光学相干断层扫描（OCT）测量RNFL厚度。然而在我国的多数中小型医院和体检中心，只有眼底照相机而不具备OCT设备。因此利用眼底照和OCT的多模态数据，设计了一种基于眼底照来预测RNFL厚度的深度残差回归神经网络。该网络通过眼底照中的局部区域信息预测此区域的RNFL厚度，并对视盘外围一周范围内的RNFL厚度给出全面的刻画。在一个来自北京同仁医院的真实数据集上的实验结果显示，本文算法预测的RNFL厚度值与OCT测量值具有高度的一致性（对于正常眼平均绝对误差E_MA=14.884，Pearson相关系数r=0.885，决定系数R²=0.781；对于青光眼E_MA=15.108，r=0.872，R²=0.754）。评估结果表明所提方法对基于眼底照预测RNFL厚度具有良好的临床实用性。
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  罐区作业安全培训系统的设计与开发

  董博恺, 张东胜, 冯国阳, 卢浩

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(3): 88-98. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.03.011

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  为解决传统罐区作业安全培训方式枯燥、体验度差、安全性低的问题，通过参考实际罐区的图纸资料及安全评价报告，设计仿真逻辑和交互脚本，开发了罐区作业安全培训系统，以提升培训质量。所设计的系统实现了罐区设备功能和工况的仿真及基于运算的罐区作业流程仿真功能。通过事故树分析（fault tree analysis，FTA）确定事故场景触发条件，并将其与作业流程相融合，实现了基于FTA的事故后果展示功能，有助于提高作业人员的安全意识，为罐区作业安全培训提供了一种方便易用、实践性强、安全有效的培训手段。
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  轮胎电磁感应加热直压硫化模具内鼓瓦感应线圈的优化设计

  谭晶, 谭敏, 杨卫民, 安瑛

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(3): 99-105. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.03.012

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  为解决现有直压硫化技术中电磁感应加热不能完全满足轮胎硫化过程的需求，使用COMSOL软件分析鼓瓦内部的磁通密度及温度分布，并设计了电磁感应线圈的新型排布方式。通过仿真分析对比发现，将单根电磁感应线圈分成多段小型线圈置于鼓瓦中，有利于提高轮胎的升温速率和整体温度的均匀性。在鼓瓦中部添加电磁感应线圈可为轮胎胎冠处硫化提供有效热源，更能满足实际硫化需求。根据新型排布方式下在停止加热后轮胎各面的温度趋势特点，提出采取间歇式加热的工艺，并根据温差调整电磁感应线圈的频率，最终达到温度的动态平衡。
管理与数理科学
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  一类线性混合效应模型分位数估计的影响分析

  李宏凯, 肖松涛, 欧阳应根, 李志强

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(3): 106-113. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.03.013

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  当回归模型误差服从非对称或非正态分布时，尤其是在重尾分布或分布受污染的情况下，如何检测纵向数据中的异常值是数据分析中的一个重要问题。为了克服非正态分布模型误差的影响，采用稳健的分位数方法对一类线性混合效应模型进行参数估计，并分别基于数据删除模型和均值漂移模型构造强影响点的诊断度量和异常值的检验统计量，以有效地检测强影响点和异常值点。在识别强影响点时，为了减轻计算负担，利用光滑逼近的方法给出了数据删除模型参数的一步近似估计，并据此构造出基于损失函数的距离和Cook距离。为了能够识别异常值点，首先构造出检验异常值点的Wald统计量，然后基于数据删除模型和均值漂移模型的系数估计的等价性，利用Bootstrap抽样得到检验的拒绝域。数值模拟结果表明，本文所提的诊断度量和检验统计量都能够很好地判断出强影响点和异常值点。最后应用本文方法针对化学实验纵向数据进行了影响分析。
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  具有高阶色散和立方-五次非线性项的薛定谔方程的精确解

  买欣蕾, 李威

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(3): 114-120. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.03.014

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  研究描述超短光脉冲在光纤中传播的一类薛定谔方程。采用代入法将非线性薛定谔方程简化为Hamilton系统，利用动力系统的分岔理论讨论系统在不同参数条件下的平衡点与相图，并获得对应的孤立波解、扭结波解和周期波解等行波解。