2021年, 第48卷, 第6期　刊出日期：2021-11-20

  

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化学与化学工程
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  乙苯工艺中苯精制单元动态仿真与控制优化

  刘中奇, 张钧凯, 杜增智, 王健红

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(6): 1-8. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.06.001

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  乙苯是重要的有机化工原料，国内需求量大但产能不足。在苯与乙烯烷基化制取乙苯工艺中，苯精制单元作为全流程的起点，为其余单元提供原料，该工段耦合性强、控制难度大。以某企业年产50万吨乙苯工艺为研究对象，对苯精制单元建立动态模型，就该工艺单元的控制方案进行分析与优化。针对原控制方案在进料量发生波动时不能对塔釜组成变化作出快速响应的问题，提出了新的控制方案。通过对比分析，最终选定以灵敏板温度为主控变量来控制塔釜采出，仿真结果表明改进后的控制方案在产品纯度的控制上效果显著。
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  团簇Mo₂S₄的催化析氢活性计算分析

  王倩, 方志刚, 吕孟娜, 许友, 毛智龙

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(6): 9-16. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.06.002

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  利用Gaussian 09程序对团簇Mo₂S₄进行全参数的优化计算，根据前线轨道理论对计算所得的10种稳定构型进行催化析氢反应活性的研究，由前线轨道图及团簇Mo₂S₄与水分子的前线轨道能级差探究团簇Mo₂S₄在催化水解析氢中的反应活性，进而确定团簇Mo₂S₄催化析氢活性最好的理论模型。结果表明，团簇Mo₂S₄单重态构型的稳定性优于三重态构型，三重态构型催化水解析氢的能力相较于单重态构型更占优势；构型5^（3）在吸附氢原子与解吸氢原子的反应中都有较好的反应活性，构型4^（1）的反应活性最弱。
材料科学与工程
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  超重力法制备的LDH涂层对镁合金耐蚀性的提升作用

  张俊, 赵景茂, 邵磊, 师凡, 杨秋祥

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(6): 17-24. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.06.003

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  采用超重力法在旋转填充床（RPB）中制备富马酸根与柠檬酸根复配插层的层状双氢氧化物（LDH）浆液，然后进行水热处理，在AZ31镁合金表面生长出富马酸根与柠檬酸根插层的LDH涂层。利用X射线衍射仪（XRD）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）对LDH粉末进行表征，利用X射线光电子能谱仪（XPS）对AZ31镁合金表面的LDH涂层进行表征，结果证明成功制备出富马酸根与柠檬酸根插层的LDH涂层。使用场发射扫描电子显微镜（FESEM）观察LDH涂层的外观形貌，通过电化学试验测试了生长LDH涂层的AZ31镁合金的耐腐蚀性能，结果表明，采用超重力法制备的含有富马酸根与柠檬酸根插层的LDH涂层表面生成完整、致密的覆盖层，几乎看不到簇立状的LDH片。与共沉淀法相比，使用超重力法制备的LDH涂层，其动电位极化曲线拟合出的腐蚀电位更大，腐蚀电流密度更小。在3.5% NaCl溶液中浸泡96 h后，采用超重力法制备的含有富马酸根与柠檬酸根插层的LDH涂层的阻抗值R_ct为56.69kΩ·cm²，大于仅浸泡1 h的采用共沉淀法制备的不含富马酸根与柠檬酸根插层的LDH涂层（R_ct为49.45kΩ·cm²），表明超重力法制备的LDH涂层表现出更好的耐腐蚀性。
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  修复-润滑双功能微胶囊/环氧树脂复合材料的摩擦学性能研究

  魏彬, 王卉昱, 孙旭辉, 孙戴鑫, 张琳

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(6): 25-32. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.06.004

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  以润滑剂（亚麻籽油、聚α烯烃或1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐）和修复剂（邻苯二甲酸二丁酯）为芯材，脲醛树脂为壳材，采用原位聚合法合成了双芯材微胶囊，将微胶囊填充在环氧树脂中得到固体自润滑复合材料；使用扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）、热重分析仪（TGA）对微胶囊进行了表征；使用摩擦磨损试验机、三维白光干涉仪、光学显微镜、扫描电子显微镜测试了微胶囊/环氧树脂复合材料的摩擦和修复性能。结果表明，微胶囊在整体上呈球形，结构完整，两种芯材均成功包覆；当加入质量分数为10%的微胶囊（芯材为亚麻籽油和邻苯二甲酸二丁酯）时，与环氧树脂相比，在摩擦试验测试1 200 s后自润滑复合材料的摩擦系数降低了约90%，在磨损试验测试2 h后其磨损体积减小约3个数量级（由10¹⁰ μm³减小到10⁷ μm³）；被划伤的复合材料经50℃加热1 h后，与加热前相比划痕变窄、变浅。以上结果表明，制备的双功能微胶囊/环氧树脂复合材料的耐摩擦磨损性能相对环氧树脂有所提高，同时具有良好的自修复特性，极大地提高了复合材料的综合使用性能。
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  琉璃瓦胎体氧化物成分与胎体颜色、吸水率、显气孔率及机械强度的相关性研究

  陈百发, 高峰, 孙超, 吴玉清, 王菊琳

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(6): 33-39. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.06.005

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  以故宫南三所绿釉琉璃瓦胎体为研究对象，分别采用X射线荧光光谱仪（XRF）、X射线衍射仪（XRD）、色差计测试了样品的氧化物成分、晶相、色度，参照GB/T 3810.3—2016测定了样品的吸水率、显气孔率和密度，使用万能力学试验机测试了样品的力学性能，并探究了氧化物含量与胎体颜色、吸水率与显气孔率的相关性，利用SPSS软件对琉璃瓦胎体的机械强度和氧化物含量进行多重线性回归分析。结果表明，所选用的8个琉璃瓦胎体样品的氧化物组成大致相同，其中主要的氧化物成分为SiO₂和Al₂O₃；Fe₂O₃含量与红绿度之间呈显著的正相关关系，与亮度之间呈显著的负相关关系；Fe₂O₃含量与吸水率、显气孔率之间存在正相关关系；琉璃瓦胎体的显气孔率与吸水率呈线性关系，可通过测量吸水率的方法得到胎体的显气孔率；琉璃瓦胎体的机械性能在一定范围内受其氧化物含量的影响，提高SiO₂和Al₂O₃含量、降低CaO含量均有利于提高抗折强度和抗压强度，提高K₂O含量不利于提高抗折强度，但有利于提高抗压强度。
生物技术与环境工程
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  基于NFAT信号通路的抗LAG3抗体8F-6生物活性检测

  蒙柳仙, 魏振华, 熊雪阳, 许立达, 吴依昕, 梁蒙, 喻长远

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(6): 40-47. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.06.006

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  淋巴细胞活化基因3（LAG3）在T细胞活化和增殖过程中起负调控作用，通过单克隆抗体封闭LAG3分子可以增强T细胞对肿瘤的杀伤力，因此开发抗LAG3抗体的生物活性检测平台对免疫治疗具有重要意义。前期利用杂交瘤融合及抗体人源化改造技术，得到了一株全人源化的抗LAG3单克隆抗体8F-6，并基于活化T细胞核因子（NFAT）信号通路构建了Jurkat-NFAT-Luc2-LAG3和Jurkat-NFAT-Luc2-LAG3-CD3zeta细胞。本文利用所构建的细胞，通过酶联免疫吸附测定法（ELISA）和流式细胞技术对抗体8F-6进行亲和力及阻断效果检测。结果表明，抗体8F-6与LAG3分子具有良好的亲和力，可以阻断主要组织相容性复合体II （MHC II）分子与LAG3分子的结合；在报告细胞检测平台中，抗体8F-6在CHO-K1-FCGRIA细胞的协助下可以激活Jurkat-NFAT-Luc2-LAG3-CD3zeta细胞；在Daudi/Raji细胞、人金黄色葡萄球菌肠毒素E （SEE）和Jurkat-NFAT-Luc2-LAG3细胞的反应体系中，相比于对照抗体IgG1，抗体8F-6可以明显提高Jurkat-NFAT-Luc2-LAG3细胞的激活效果。
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  H-蛋白中Asp-68和Tyr-70定向突变对甘氨酸裂解酶系整体酶活的调控

  张涵, 李宇辰, 聂晶磊, 任杰, 曾安平

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(6): 48-56. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.06.007

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  还原甘氨酸途径被认为是最有前景的C1（one carbon）合成途径，其核心酶系是甘氨酸裂解酶系。在前期研究中，我们在甘氨酸裂解酶系H-蛋白“解开自保护”过程的研究中初步锁定了H-蛋白空腔内的潜在关键氨基酸残基为Ser-67、Asp-68和Tyr-70，并且证明Ser-67位点对甘氨酸酶系的整体酶活有重要影响。本文对H-蛋白的Asp-68和Tyr-70位点进行了侧链带正电突变（H-D68K、H-D68H、H-D68R和H-Y70K、H-Y70H、H-Y70R突变体），以及侧链非极性突变（H-D68G、H-D68V、H-D68M、H-D68L和H-Y70G、H-Y70V、H-Y70M、H-Y70L突变体），并测定了各突变体在甘氨酸裂解方向上的酶活。结果发现，Asp-68位带正电突变倾向降低甘氨酸酶系的整体酶活，Asp-68位非极性突变、Tyr-70位带正电突变及非极性突变在总体上倾向于维持或提升整体酶活。其中，相对野生型H-蛋白，H-D68R突变体的酶活下降了90.2%，H-Y70R、H-D68G和H-Y70L突变体的酶活分别提高了75.6%、53.6%和146%。硫辛酰胺与H-蛋白空腔内的氨基酸相互作用的分析结果表明，甘氨酸裂解酶系整体酶活的变化是由于H-蛋白的68和70位残基的突变阻碍或促进硫辛酰胺的释放。
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  银杏叶黄酮对大肠杆菌生物膜的抑制作用

  邵菊芳, 龚春生, 方婷婷, 王翔宇, 陈泽坤, 朱红威

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(6): 57-63. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.06.008

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  以乙醇为提取溶剂从银杏叶中提取总黄酮，使用DA201大孔树脂对其进行纯化；测定了银杏叶黄酮对大肠杆菌的最小抑菌浓度（MIC），并考察了对大肠杆菌生物膜形成和黏附性的影响，使用3，5-二硝基水杨酸法（DNS法）测定了银杏叶黄酮对胞外多糖含量的影响。结果表明，银杏叶黄酮对大肠杆菌的MIC为4 mg/mL；银杏叶黄酮对大肠杆菌生物膜的形成和黏附有抑制作用，其质量浓度为1倍MIC时，生物膜形成抑制率为59.09%，黏附性抑制率为28.99%；其质量浓度在1倍MIC以上时，对大肠杆菌生物膜多糖的形成有明显的抑制作用。
机电工程和信息科学
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  二维圆管导热反问题内壁瞬态温度的快速识别

  张经豪, 卢涛, 熊平, 郝睿智, 周照春, 田源, 陈柏宇, 张琪琪

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(6): 64-72. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.06.009

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  以二维圆管为研究对象，基于控制容积积分法的导热正问题以及基于共轭梯度法的优化算法来构建二维瞬态导热反问题数学模型，分别采用Gauss-Seidel点迭代法与托马斯算法（tridiagonal matrix algorithm，TDMA）线迭代法对导热正问题离散方程进行求解。为了探究Gauss-Seidel点迭代法与TDMA线迭代法两种模型的精确性与时效性，设定了3种内壁面温度变化规律，以正问题所得到的外壁面温度值作为导热反问题的输入条件，并引入标准正态随机测量误差，探讨测量误差对反演结果精度的影响。数值试验证明了两种方法反演的精确性和抗噪性，且对比结果表明TDMA线迭代法的求解速度要优于Gauss-Seidel点迭代法，能够较快地反演得到内壁面温度波动值。
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  基于面结构光的T型焊接接头成形角度测量

  王海波, 秦亮, 马宁, 张亚军

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(6): 73-78. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.06.010

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  针对钛合金带筋壁板T型焊接接头成形角度的测量需求，基于面结构光三维扫描仪设计了三维点云测量系统，以获取T型焊接接头区域三维点云。首先，对三维点云进行预处理，利用统计滤波去除离群点，通过直通滤波剪除场景点云和冗余点云，再用体素化栅格法简化点云；然后，使用区域增长算法分割出T型焊接接头的筋板点云和壁板点云；最后，基于随机抽样一致性（RANSAC）算法拟合出分割后的筋板和壁板平面点云，得到平面法向量，计算求得T型焊接接头的成形角度。将焊接前的测量角度反馈给装配机器人，用来修正筋板的装配精度；焊接后的测量角度则用来评判焊接成形质量。计算结果表明，运用所提的点云数据处理方法能快速精确地计算出T型焊接接头的成形角度。
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  安注过程蒸汽直接接触冷凝的数值模拟

  王高宇, 陈伟, 申亚欧, 卢涛

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(6): 79-86. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.06.011

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  压水反应堆发生失水事故（LOCA）时，应急堆芯冷却系统（ECCS）将过冷的安注水注入到冷管段中，安注水与管道中的蒸汽发生直接接触冷凝，导致温度波动及压力振荡。选用流体体积分数模型、大涡湍流模型和双阻力冷凝模型，在FLUENT平台上对饱和蒸汽与安注水直接接触冷凝过程进行数值模拟，获得直接接触冷凝过程中温度场和压力场的变化情况。结果表明，冷凝主要发生在汽液界面附近，主管内蒸汽流量的增加能够阻止安注水回流现象发生。
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  扰流锥对立式涡流空气分级机流场和颗粒分级性能的影响

  王立刚, 刘家祥, 赵凯, 于源

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(6): 87-97. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.06.012

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  立式涡流空气分级机淘洗区内部结构是影响其流场分布的重要因素之一，采用数值模拟方法对淘洗区内有、无扰流锥两种不同结构下的空气分级机流场分布及颗粒分级效果进行对比分析。数值模拟结果表明：扰流锥可以阻碍旋涡的形成，使得淘洗区筒体内气流绝对速度整体变小，高频脉动湍涡数量减少；扰流锥减小了环形区和转笼叶片间通道气流径向的速度波动，使得流场分布均匀，有利于提高分级精度。然而，扰流锥的存在使得气流上升过程中的能量消耗增大，导致气流速度降低。碳酸钙粉体分级实验和离散相模拟结果相吻合，物料分级实验结果表明，当进风口风速29 m/s、转速800 r/min时，扰流锥的存在可以使分级粒径减小13.2%，分级精度提高4.2%；然而扰流锥的存在会妨碍粉体在淘洗区筒体内充分分散，导致粗粉中残留较多细粉，旁路值增大1.4%，产生“鱼钩效应”。
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  基于层次分析的长短记忆网络(AHP-LSTM)的食品安全网络舆情预警模型

  江志英, 李宇洋, 李佳桐, 贺彦林, 朱群雄

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(6): 98-107. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.06.013

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  随着互联网技术的迅猛发展，网络已成为社会舆情的重要阵地，而网络舆情是食品风险预警的一个方向。传统舆情预警模型在指标体系的基础上结合反向传播神经网络（back propagation neural network，BP）等神经网络模型进行分析，存在运行不稳定、预测精度不高等问题。为了解决这些问题，采用具有较高预测精度的长短记忆（long short-term memory，LSTM）网络算法，在网络事件指标体系的基础上引入层次分析法（analytic hierarchy process，AHP）并融合食品安全事件指标数据，将融合结果作为LSTM的期望输出，以建立更为稳定、精度更高的风险预警模型AHP-LSTM。实验结果表明，与传统模型相比，AHP-LSTM对于事件指标数据具有较强的处理能力和较高的预警精度。因此构建基于AHP-LSTM的食品安全事件预警方法，可为相关部门有效防范和管理食品安全网络事件提供一定的理论依据和数据支撑。
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  基于互信息的主成分分析结合支持向量回归的滚动轴承剩余寿命预测研究

  欧白羽, 杨勐, 韩旭

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(6): 108-117. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.06.014

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  滚动轴承作为旋转机械设备中的关键部件，影响着设备的可靠性运行。为了智能开展设备维护工作，提高设备的运转效率，提出一种基于互信息（mutual information，MI）的主成分分析（principal component analysis，PCA）（MI-PCA）结合支持向量回归（support vector regression，SVR）的滚动轴承剩余寿命预测方法。首先利用小波包降噪算法剔除原始振动信号中的异常数据点和噪声，并基于降噪数据提取其时域、频域和时频域特征；然后结合特征与剩余寿命的互信息值进行特征筛选，再通过PCA降维算法获得可表征轴承退化状态的敏感特征，用于SVR的输入；最后构建并训练SVR剩余寿命预测模型，并将其应用于滚动轴承全寿命试验数据。试验结果表明与基于MI和基于PCA的SVR回归预测模型（MI-SVR模型、PCA-SVR模型）相比，基于MI-PCA的SVR模型具有更高的预测精度（预测精度可达97%），能够实现滚动轴承剩余寿命的精准预测，为开展及时有效的设备维护工作提供了决策依据。
管理与数理科学
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  双Lévy跳扩散模型下的欧式期权定价

  南嘉欣, 王利

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(6): 118-122. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.06.015

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  主要讨论在带Lévy跳的Vasicek随机利率模型下，当标的资产的价格也由带Lévy跳的模型给出时，用标的资产和零息债券两种计价单位对相应的欧式期权进行定价。计算中主要用到计价单位转换原理，即将风险中性测度下的计算转换到两种计价单位对应的概率测度下进行，得到了双Lévy跳扩散模型下的欧式期权定价公式。
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  中立型变时滞随机微分方程数值解的强收敛性

  王歌, 兰光强

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2021, 48(6): 123-128. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2021.06.016

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  讨论中立型变时滞随机微分方程改进的修正截断Euler-Maruyama （EM）方法的q阶矩强收敛性，并得到收敛速度。结果表明此方法适用于高度非线性的漂移项和扩散项，且相较于隐式的修正截断EM方法计算量更小，适用范围更广。