2020年, 第47卷, 第3期　刊出日期：2020-05-20

  

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化学与化学工程
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  对流微通道反应器制备Ni₂P材料及Co掺杂改性

  杨越, 文利雄

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(3): 1-11. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.03.001

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  使用NiCl₂·6H₂O、KOH、NaH₂PO₂·2H₂O和CoCl₂·6H₂O等为反应物，在对流微通道反应器（CFMCR）中制备了Ni （OH）₂前驱体，然后在PH₃气氛中将其还原，最后经酸洗得到目标产物Ni₂P。探讨了CFMCR反应工艺条件（包括体积流量、pH和陈化时间）和磷化反应温度等对制备的Ni （OH）₂前驱体及最终的Ni₂P材料性能的影响，确定了制备Ni₂P材料的最佳工艺条件，并利用CFMCR对制备的Ni₂P材料进行了Co掺杂改性，提高了材料的充放电循环性能以及比电容。结果表明，利用CFMCR制备的Ni₂P材料最高比电容可达到1 200 F/g，500次恒流充放电循环后比电容保有率约为65%；掺杂Co元素制备的Ni-Co-P复合材料最高比电容为1 475 F/g，500次恒流充放电循环后比电容保有率约为84%。
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  三乙胺类双酸性离子液体催化合成油酸甲酯

  贾巧焕, 郭晓峰, 刘冉, 曹达鹏

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(3): 12-19. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.03.002

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  合成了三乙胺类双酸性离子液体，并对其催化性能进行考察。选定以氯化锌配位的三乙胺类双酸性离子液体[HO₃SC₃NEt₃]Cl-ZnCl₂作为催化剂催化合成油酸甲酯。利用单因素法、响应曲面法对油酸甲酯合成的工艺条件进行考察和优化，得到的最佳工艺条件为：醇酸物质的量比9.96，催化剂用量（占油酸质量分数）5.13%，反应温度100 ℃，反应时间3.6 h。预测在最优的工艺条件下，油酸甲酯的收率可达98.95%，通过实验验证表明在该条件下油酸甲酯的收率最高可达98.58%。在重复性实验中，催化剂重复使用6次后催化性能依然良好。
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  可光聚合含硅聚氨酯丙烯酸酯水性低聚物的合成与性能：碳碳双键含量的影响

  刘伟, 张奇, 孙芳

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(3): 20-29. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.03.003

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  通过引入不同含量的2，2-双（羟甲基）丙烯酸丁酯（HBA），合成了一系列不同双键含量的可光聚合含硅聚氨酯丙烯酸酯水性低聚物（HBA-WSiPUA），它们均可以形成稳定的白色乳液，且粒径分布均匀。详细研究了低聚物中双键含量对低聚物的光聚合行为和光固化膜的热性能、物理力学性能及表面性能的影响，结果表明：所合成的低聚物的最终双键转化率均在90%以上；随着双键含量增加，光固化膜的拉伸强度、硬度、初始分解温度和玻璃化转变温度都随之增加，最高分别可达15.2 MPa、6H、286 ℃和80 ℃，而光固化膜的断裂伸长率、表面水接触角和吸水率则随之降低，吸水率最低可至2.5%。
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  基于CFD的油品泄漏扩散过程的数值模拟

  王一, 李佳奇, 多英全, 王如君, 向阳

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(3): 30-35. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.03.004

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  构建油品泄漏扩散过程的三维计算流体力学（CFD）模型，研究地面粗糙度、泄漏口直径、泄漏速度和油品物性等因素对液池面积的影响；并根据液池扩展理论结合模拟结果拟合得到计算液池面积的经验关联式，可用来预估不同泄漏情况下液池的面积。结果表明液池面积随时间呈线性增加，随地面粗糙高度增大而减小，随泄漏速度、泄漏口直径增大而增大；地面粗糙常数、油品的密度和黏度对液池面积的影响较小。该研究结果可望为确定泄漏事故的影响范围及采取相应的防护措施提供理论基础和技术指导。
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  预处理温度对玉米秸秆暗发酵制氢性能的影响

  李莹, 卢新发, 李秀金, 左晓宇, 袁海荣

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(3): 36-43. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.03.005

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  为了比较不同预处理温度对玉米秸秆暗发酵制氢性能的影响，在不同温度（40、80、120、160 ℃和200 ℃）下，采用1% H₂SO₄和2% NaOH两种试剂分别对玉米秸秆进行预处理，再进行中温暗发酵实验，接种物来源于以猪粪为原料的厌氧消化后的沼液。结果表明：最佳的预处理条件为80 ℃下，采用1% H₂SO₄对玉米秸秆预处理60 min，其单位总固体（TS）产氢量达到27 mL/g，比未预处理玉米秸秆提高了56.27%，且最大产氢速率最高可达到15.42 mL/h，比未预处理玉米秸秆的最大产氢速率提高了83.57%。玉米秸秆产氢最适宜的pH值范围为5.0~5.5，不同预处理温度会对产酸量和产酸的组分造成影响，发酵类型均为丁酸型发酵。因此，预处理温度是影响暗发酵制氢性能的一个重要因素。
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  高效填料在新冠肺炎疫情防控用84消毒液增产提质中的应用

  薛嘉星, 汤金龙, 张来勇, 张国林, 孙晓涛, 李群生

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(3): 44-49. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.03.006

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  开发了一种具有高分离效率、高产能特点的新型高效无壁流规整填料，将其应用于新冠肺炎疫情防控用84消毒液的生产中，可达到提质增产的目的。通过计算流体力学（CFD）模拟对无壁流规整填料进行了结构优化，经实验验证，新型无壁流规整填料的干塔压降降低了12%。将新型填料应用于次氯酸钠（84消毒液的主要成分）生产的技术改造中，可提高产品质量，扩大产能，同时降低尾气中有害气体的排放，达到了提质、扩产、节能、环保的目的，为控制新冠肺炎疫情的扩散提供强有力的保障。
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  几种低温微生物菌株及其组合对北方农村生活污水处理效果

  黄秋婷, 薛天福, 杨梅, 金朝辉

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(3): 50-57. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.03.007

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  针对北方地区农村厕改废水冬季处理效率低的问题，从低温驯化的活性污泥中分离筛选出8株在10 ℃下具有较高降解能力的耐冷菌株，研究其混菌作用效果并制成菌剂。结果表明：单一菌处理时，假单胞菌H-30对模拟农村生活污水的化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）去除率最高，为88.6%；8株耐冷菌H-7、H-10、H-29、H-30、H-33、H-36、H-40、H-54按最优体积比2：1：4：4：4：1：1：1混合后对实际农村生活污水COD去除率可达94.1%，按此比例制成的菌剂在10℃下对实际农村生活污水的COD去除率为83.6%，出水COD为92.45 mg/L，达到我国农田灌溉水质标准。
材料科学与工程
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  碳纳米管束与炭黑并用对天然橡胶加工性能和静态力学性能的影响

  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(3): 58-66. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.03.008

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  研究了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加工性能和静态力学性能的影响，结果表明，随着CNTBs长径比的增大和用量的提高，天然橡胶纳米复合材料的加工性能变差，硫化速率下降，而硫化返原现象减轻，加工安全性得到改善；随着CNTBs长径比的增大和用量的提高，材料的静态力学性能逐渐提高，出现纳米增强效应。通过Mooney Rivlin模型分析材料的应变诱导结晶情况，推测得到CNTBs长径比与应变诱导结晶起始点的关系；材料的抗撕裂性能改善比较明显，主要原因是CNTBs较高的比表面积使其与橡胶分子产生了较多的界面。
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  钼离子增强β-NaRMF₄纳米线的光致发光性能

  蔡冠宇, 熊金平

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(3): 67-75. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.03.009

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  采用共沉淀-溶剂热-离子交换（CSIE）法制备了0~20%（摩尔分数，下同）的钼离子（Mo³⁺）掺杂的稀土氟化物上转换纳米线（UCNW）β-NaRMF₄。X射线衍射（XRD）分析表明，Mo³⁺掺杂可以改变β-NaRMF₄纳米线的晶格结构，导致其（201）晶面衍射峰发生偏移。透射电子显微镜（TEM）结果显示，通过控制Mo³⁺掺杂量，改变纳米线在三维方向的生长速度，进而调控β-NaRMF₄纳米线的形貌，可使得其直径在20~50 nm范围内变化，长径比在20~500之间变化。荧光光谱显示，在980 nm近红外光激发下，10% Mo³⁺掺杂导致β-NaRMF₄纳米线的上转换发光（UCL）增强了10倍。复合材料的上转换发光测试结果表明，β-NaRMF₄：Mo³⁺纳米线增强体可赋予聚氨酯（PU）优异的光致发光性能，同时使聚氨酯的抗拉强度提高了99.30%，断裂伸长率提高了25.34%。
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  反式聚环戊烯橡胶在轮胎胎肩胶中的应用研究

  贺小进, 王雪, 邱迎昕, 曹达鹏, 陈建军

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(3): 76-83. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.03.010

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  对合成的3种不同相对分子质量的反式聚环戊烯橡胶（TPR）用于轮胎胎肩胶进行了研究，结果表明：与使用天然橡胶（NR）及顺丁橡胶（BR）/NR并用胶相比，TPR硫化胶的回弹性、老化性能、耐磨性和低温性能优异，耐疲劳性能好，动态生热低，滚动阻力小，抗湿滑性稍差，拉伸强度和撕裂性能较差；TPR/NR并用硫化胶与NR相比物理性能有所改善，耐老化性、耐磨性和低温性能优异，回弹性、耐疲劳性及动态生热相当，滚动阻力小，有较好的动态力学性能。相对分子质量较低的TPR2具有较佳的综合性能，TPR不适合单独应用于轮胎胎肩胶，其与NR并用具有较好效果。
机电工程和信息科学
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  压延胶片与冷却鼓传热过程的数值模拟

  马文鑫, 于洪杰, 刘云云, 钱才富

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(3): 84-92. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.03.011

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  压延成型胶片在冷却鼓上的冷却对胶片质量起着至关重要的作用。在胶片冷却过程中，需控制冷却鼓数量和冷却水流量实现合理有效的冷却，以保证胶片的质量。应用Fluent软件对胶片在冷却鼓上的稳态换热过程进行数值模拟。针对固体动边界传热模拟技术的限制，提出了热-流-固耦合换热下胶片冷却的模拟方法，并对6种不同胶片在10个冷却鼓上的冷却过程进行了模拟，得到了胶片的温度分布。与实测数据对比发现，模拟结果和实测结果吻合，验证了本文提出的传热模拟方法的合理性，解决了薄膜移动边界传热模拟问题。
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  不同安装位置下主动阻尼装置对管道振动的控制效果研究

  陈钊, 何立东, 邓哲

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(3): 93-99. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.03.012

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  在设备运行过程中，管道经常会产生振动问题，给设备的安全运行带来严重的隐患。针对管道振动问题，采用主动阻尼装置，通过惯性作动器向振动管道系统施加作动力，实现了对管道振动的主动控制。以某化工企业往复式压缩机出口管线25 Hz的振动为例，搭建门型管道振动实验台进行实验，利用SAP2000软件模拟仿真了主动阻尼装置的减振效果。实验研究了惯性作动器在不同安装位置时主动阻尼装置对管道振动的控制效果，探究了惯性作动器的安装位置对管道系统振动控制效果的影响规律。通过对比惯性作动器安装在所选取的4个位置时的减振效果，得出当作动器安装在振动最大的位置上时，主动阻尼装置对管道整体的减振效果最好。
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  基于改进多核学习的多传感数据分类方法研究

  范嘉玮, 祝海江

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(3): 100-106. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.03.013

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  物联网（internet of things，IoT）技术中结合多个数据源互补信息提高数据分类准确率的研究受到了越来越多的关注。针对物联网无线传感器采集到数据的多源异构特性，给出了一种基于改进多核学习支持向量机（improved multi-kernel learning-support vector machine，IMKL-SVM）的IoT数据分类方法。传统的多核学习方法中核函数主要是采用经验法选取核函数类型及参数，本文改进方法在确定核函数类型及参数时分为两步：首先采用交叉验证方法初步确定核函数类型及参数；其次在第一步结果中利用支持向量机（SVM）同时训练样本和优化多核函数的类型及参数。实验中针对温度、湿度、光照、大气压力等4种数据设计了两组数据——第一组数据被标记为上午、中下午、傍晚、夜间4类，第二组数据被标记为白天、傍晚、夜间3类，比较了本文的IMKL-SVM方法、单核SVM方法及传统MKL-SVM方法在两组数据集上的分类准确率。此外，针对UCI公开数据集AReM进行了分类实验，实验结果表明IMKL-SVM方法针对具有多源异构特性的物联网数据实现了较高的分类准确率。
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  基于ANSYS Workbench的新型浮动式无骨架鞍形橡胶密封圈的有限元分析

  虞晨阳, 陈平, 汪朝阳, 郭文星, 秦思萌

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(3): 107-113. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.03.014

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  针对天然气输送管线过滤器锁环式快开盲板密封应用，提出一种新型浮动式无骨架鞍形橡胶密封圈。采用ANSYS Workbench有限元分析软件进行参数化仿真分析，得到橡胶密封圈应力分布、变形情况和密封接触处压力分布，并重点分析了装配间隙处局部橡胶挤出状态。结果表明改进后密封圈的密封性能良好，橡胶变形及局部挤出现象得以改善。该型密封圈与原金属弹簧嵌入式鞍形密封圈相比，具有结构简单、制造经济、使用寿命长等特点。
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  用于人体行为识别的Inflated VGGNet-16网络

  王震, 刘瑞敏, 黄琼桃

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(3): 114-121. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.03.015

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  针对目前人体行为识别算法中C3D网络结构较浅、特征提取能力差，以及无可用预训练模型、训练耗时长等问题，以更深的VGGNet-16网络为基础，通过添加批归一化层（batch normalization layer）以及使用Inflating方法将ImageNet预训练模型用于网络初始化，设计了一种新型的人体行为识别3D网络。通过在标准数据集UCF101与HMDB-51上的实验分析，将图片进行中心剪切后作为所设计网络的输入，从零训练时在UCF101数据集上比原始C3D网络的精度提高了9.2%，并且网络收敛速度更快，验证了所设计的Inflated VGGNet-16网络具有更强的特征提取与泛化能力。最后，将所设计网络加上10倍数据增强，在两个标准数据集上准确率分别达到了89.6%与61.7%，相比于较浅的C3D网络在UCF101数据集上提升了7.3%，超过了传统的改进密集轨迹法（iDT）以及经典的双流卷积神经网络（two-stream），具有较高的行为识别准确率。
管理与数理科学
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  2D-3D异质结结构中的紧凑集成电路

  张晶晶, 林捷, 冯志芳

  北京化工大学学报(自然科学版). 2020, 47(3): 122-127. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2020.03.016

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  通过时域有限差分方法，详细地分析了2D-3D异质结结构中密度集成光学器件的传输特性。在三层2D结构中，分别引入了不同设计结构的波分复用器，通过调整结构参数实现了集成光路中每个器件、每个端口的波长选择特性，如B₁端口的输出频率为0.404[c/a]，B₂端口为0.408[c/a]，B₃端口为0.386[c/a]，B₄端口为0.388[c/a]，B₅端口为0.390[c/a]，B₆端口为0.394[c/a]，B₈端口为0.392[c/a]，B₉端口为0.409[c/a]。更重要的是，此结构实现了多个器件沿堆叠方向的密度集成，集成器件的总尺寸为0.3 mm×0.3 mm×0.14 mm。这些研究结果可为紧凑集成电路的设计提供重要的理论指导。