2023年, 第50卷, 第1期　刊出日期：2023-01-20

  

• 全选
  |

综述
• Select
  生物可降解塑料研究进展与前沿的CiteSpace分析

  孙雪, 金琰, 蔡凡凡, 刘广青, 陈畅

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2023, 50(1): 1-10. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.01.001

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  生物可降解塑料具有良好的生物降解性，应用前景广阔，已成为当今的研究热点。生物可降解塑料种类繁多，研究领域横跨材料科学、生物工程、化学工程等多个学科，研究内容丰富、方法多样。为准确把握该领域的研究热点、趋势和未来发展动向，利用CiteSpace文献计量软件对Web of Science核心数据库中2001—2021年收录的4 316篇关于生物可降解塑料的文献进行了可视化分析，系统梳理了不同时间节点该领域的研究发展历程、研究热点、文献发表的主要期刊及国内外合作网络，并对未来的发展前景以及重点研究领域进行了展望。本文结果可为相关领域的科研人员分析现有研究成果、把握研究趋势、挖掘研究新方向提供参考和借鉴。
化学与化学工程
• Select
  特殊精馏分离甲乙酮-水共沸物系的工艺模拟与优化

  周诚, 郑宇洋, 胡南, 谷俊杰, 李群生

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2023, 50(1): 11-19. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.01.002

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  由于共沸物的存在，甲乙酮-水混合物的分离在工业生产上一直是一个具有挑战性的问题。采用萃取精馏和变压精馏对分离工艺进行流程模拟与优化，得到摩尔分数为99.9%的甲乙酮产品，以年度总费用（TAC）最小为目标函数，采用序贯迭代法对其进行优化，得到最小TAC为6.569×10⁵美元。通过分析比较3种常用萃取剂无限稀释相对挥发度的大小，筛选出乙二醇作为萃取剂，得到最佳萃取剂用量、理论板数及进料位置；针对常规变压精馏工艺提出热集成方案，与采用方案前相比，年度总费用降低了27.1%。最后，对萃取精馏、变压精馏和热集成变压精馏3种分离工艺年度总费用进行对比，萃取精馏工艺比热集成变压精馏工艺年度总费用降低了21.5%。结果表明，在经济性方面，萃取精馏相比于热集成变压精馏更适合甲乙酮-水共沸物系的分离。
• Select
  团簇CrPS₄催化析氢密度泛函研究

  刘立娥, 方志刚, 宋静丽, 原琳, 魏代霞

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2023, 50(1): 20-28. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.01.003

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  为了探究团簇CrPS₄的催化析氢能力，依据拓扑学原理，利用密度泛函理论，采用B3LYP泛函和def2-tzvp基组，运用Gaussian09量子化学软件对团簇CrPS₄的基础构型分别在二重态和四重态下进行优化运行，获得16种稳定构型，其中10种构型在吸附氢原子后能够稳定存在。从前线轨道理论、HOMO-LUMO轨道能级差以及键级方面对团簇CrPS₄的10种构型的吸附与解吸能力进行探究，结果表明：在团簇CrPS₄中，S原子为主要活性位点；在结合氢原子后，相对于二重态构型，四重态构型的稳定性较高，催化活性较强，更适合用于催化析氢；团簇CrPS₄的催化析氢能力因构型不同而异，在与水反应形成（CrPS₄）—H构型的过程中，构型4^（4）吸附氢原子的能力最强，而在解吸过程中，构型7^（2）更占优势；构型8^（4）的综合析氢能力在10种构型中最强，其次为构型5^（4）和6^（4）。
• Select
  高含水期原油低温集输温度界限模型研究

  杨东海, 李文洋, 李金永, 杨中锋, 赵丽, 卢细来, 韩毅, 雷创

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2023, 50(1): 29-37. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.01.004

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  随着油田进入高含水期，原油流动特性发生了较大变化，而传统的集输工艺流程能耗较高，为了降低集输能耗，急需对管道低温集输温度界限进行研究。因此，在华北油田测试区块建立了可视化试验装置，研究实际生产过程中高含水原油低温集输特性和温度界限。研究结果表明，随着集油管线温度的降低，存在3个压降变化的转折点，其中压降增加率突变点和压降峰值点所对应的特征温度可作为低温集输的温度界限，据此拟合得到了满足实际生产需求的黏壁温度回归模型。基于所得模型，针对不同工况下低温集输的温度界限进行了预测，并据此创建了低温集输可行性的图示判断工具。所得结果对高含水期油田实际生产中低温集输的可行性判断及其安全运行管理具有指导意义。
• Select
  基于NSGA-Ⅱ的二氧化碳氢化反应热力学多目标优化

  何峰, 余玉翔, 陈卫红, 霍仁杰

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2023, 50(1): 38-47. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.01.005

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  二氧化碳氢化合成低碳烯烃反应是化学储能技术路径中重要的单元反应，二氧化碳首先与由可再生能源获得的氢气进行化学反应合成低碳烯烃，随后通过齐聚反应将能量储存到清洁燃料中。以二氧化碳氢化合成低碳烯烃反应为研究对象，使用Gibbs自由能最小化方法进行了平衡热力学分析，得到反应温度、反应压力、进料气H₂与CO₂的物质的量比对CO₂平衡转化率、低碳烯烃选择性及平衡组分的影响；基于统计学理论建立了反应参数对CO₂平衡转化率、低碳烯烃选择性和反应系统中H₂O平衡摩尔分数的回归函数模型；最后采用基于快速非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）的多目标优化方法对反应系统性能进行多目标优化。结果表明：从提高反应系统性能和降低催化剂水解失效风险角度进行的多目标优化与CO₂平衡转化率最大的单目标优化相比，H₂O的平衡摩尔分数从47.2%减少到24.9%；与低碳烯烃选择性最大的单目标优化相比，H₂O的平衡摩尔分数从51.1%减少到18.7%；与H₂O平衡摩尔分数最小的单目标优化相比，CO₂平衡转化率和低碳烯烃选择性从64.9%和8.7%分别提高到72.9%和58.6%。
材料科学与工程
• Select
  三维有序介孔镍铁磷化物的制备及电解水析氢性能研究

  江文倩, 董静, 张晓晗, 徐联宾

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2023, 50(1): 48-56. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.01.006

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  利用三维SiO₂纳米球阵列作为介孔模板，通过高温磷化合成了不同镍与铁物质的量比的三维有序介孔镍铁磷化物（3DOM Ni_XFe_1-XP）；利用透射电子显微镜（TEM）、氮气吸脱附测试（BET）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）等物理表征方法对所制备材料的形貌和结构进行分析，并通过电化学测试在0.5 mol/L H₂SO₄中系统评价了其电解水析氢（HER）性能。结果表明：3DOM Ni_XFe_1-XP成功地反向复制了SiO₂模板的有序介孔结构，孔道之间排列整齐且相互连通；随着Fe含量的增加，3DOM Ni_XFe_1-XP的HER性能呈现先升高后下降的趋势，在Ni与Fe物质的量比为7：3时HER性能达到最优；当电流密度达到10 mA/cm²时，3DOM Ni_0.7Fe_0.3P所需过电位为132 mV，Tafel斜率为59 mV/dec，并且具有良好的电化学稳定性。3DOM Ni_0.7Fe_0.3P优异的电催化HER性能可归结于三维有序介孔结构提供的高比表面积以及双金属有效结合引起的协同增强效应。
• Select
  天然橡胶/杜仲胶复合材料的制备及其阻尼性能研究

  赵进之, 苏琳, 黄永强, 陈智, 殷德贤, 吴卫东, 赵秀英, 刘力

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2023, 50(1): 57-64. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.01.007

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  在天然橡胶（NR）中引入杜仲胶（EUG），以环氧化天然橡胶（ENR）/受阻酚AO-80（质量比为25：20）为阻尼相，制备了NR/EUG/ENR/AO-80复合材料，并测定了复合材料的硫化特性、力学性能、结晶性能与动态力学性能。结果表明：复合材料在常温范围内具有较高的损耗因子与较宽的阻尼温域，当NR与EUG的质量比为60：40时复合材料具有最大的损耗因子峰值，并且随着EUG含量的增加，总体上复合材料在常温范围内的储能模量逐渐增大；复合材料的玻璃化转变温度出现在-60 ℃附近，并且随着EUG含量的增加，复合材料开始出现EUG结晶的熔融峰，结晶度和熔融温度逐渐增大。扫描电子显微镜（SEM）测试结果表明复合材料的断面较为平整，ENR改善了两相的相容性；透射电子显微镜（TEM）测试结果表明NR与EUG两相之间具有明显的分界。复合材料在低应变下表现出高柔性的特点，同时具有较高的拉伸强度和拉断伸长率。
• Select
  低温真空环境下不同密度二氧化硅气凝胶复合材料隔热性能研究

  艾素芬, 王帅, 杨庚翔, 洪崧, 邱家稳, 孟昊轩, 刘佳

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2023, 50(1): 65-71. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.01.008

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  以正硅酸乙酯、乙醇等为原料，采用溶胶-凝胶反应和超临界干燥工艺制备了密度分别为30、80、120、260、320 kg/m³的纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料，分别在常压、25 ℃下以及真空、-130~25 ℃的条件下测定了所制备的气凝胶复合材料的导热系数，研究了复合材料的密度及组成对于气凝胶材料隔热性能的影响规律。结果表明：在常压、25 ℃条件下，在不同密度的气凝胶复合材料中，密度为120 kg/m³的气凝胶复合材料的导热系数最小（0.013 W/（m·K））；密度为30、80、120 kg/m³的气凝胶复合材料的导热系数随密度增大而减小；密度为120、260、320 kg/m³的气凝胶复合材料的导热系数随密度增大而增大。在真空、-130~25 ℃的条件下，密度为120 kg/m³的气凝胶复合材料的导热系数最小；密度为30、80、120 kg/m³的气凝胶复合材料的导热系数随密度增大而减小。在130 ℃时，由于密度为320 kg/m³的气凝胶复合材料采用了抗辐射性能优异的预氧丝增强纤维，因此其导热系数最小（0.006 2 W/（m·K））。
生物技术与环境工程
• Select
  聚乳酸微针联合氨甲环酸精华液治疗黄褐斑的临床疗效观察

  于瑞星, 刘悦, 费文敏, 陈博智, 郭新东, 崔勇

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2023, 50(1): 72-78. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.01.009

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  针对皮肤科中常见但治疗难度大的黄褐斑，提出基于聚乳酸微针的外用药物治疗方案。纳入12例黄褐斑患者，对照侧皮损处仅外用0.1 mL 2.9%氨甲环酸精华液，实验侧皮损处先使用聚乳酸微针预处理皮肤，然后外用0.1 mL 2.9%氨甲环酸精华液，治疗共持续8周，从黄褐斑面积和严重程度指数（MASI）评分、患者满意度、黑素指数和红斑指数、CBS相关参数、不良反应方面比较了对照侧和实验侧的临床疗效。结果表明，与仅外用氨甲环酸精华液相比，聚乳酸微针联合氨甲环酸精华液治疗黄褐斑的效果更佳，能够更大程度地降低黑色素水平、改善血管病变，但对局部炎症没有进一步改善作用；患者对实验侧治疗的满意率（83.33%）远大于对照侧（41.67%），并且在治疗过程中未发现明显的不良反应。
• Select
  纳米碳酸钙负载奥曲肽可吸入缓释制剂研究

  汪春江, 李昇原, 黄永鹏, 唐慧, 张建军, 陈博

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2023, 50(1): 79-88. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.01.010

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  采用复分解法制备了3种不同微观形貌的纳米级碳酸钙，研究了添加剂聚丙烯酸（PAA）和聚天冬氨酸钠（PASP）的引入对碳酸钙微观形貌和物相结构的影响；以纳米碳酸钙材料作为药物载体，通过浸渍吸附-冷冻干燥工艺装载药物奥曲肽，构建了可吸入缓释微粉制剂；测试了碳酸钙载体材料的理化性能及体内生物效应，考察了微粉制剂的微观形貌、载药量、体外释药性能、体外吸入沉积性能。结果表明：添加剂的引入可以实现对碳酸钙粒径、微观形貌和物相结构的调控；纳米碳酸钙载体能够有效负载奥曲肽，所制备的微粉制剂保持了载体原有的形貌；在所制备的3种纳米碳酸钙载体材料中，由球形与棒形混杂状纳米碳酸钙载体制备的微粉制剂的综合性能最佳，其载药量为31.3%，有效部位沉积率达到42%，持续释药时间达到48 h，具有较好的体外吸入沉积性能和体外释药性能；球形与棒形混杂状纳米碳酸钙对THP-1细胞无毒性，低浓度时不会引起炎症效应，并且可以将药物有效地递送至肺部并在肺部滞留7 d，具有作为可吸入缓释制剂载体的潜力。
机电工程和信息科学
• Select
  滚-跳多运动模式球形机器人的动力学仿真研究

  于源, 吴怀松, 焦志伟, 李秉洋

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2023, 50(1): 89-96. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.01.011

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  复杂的探索环境对探测机器人的通行能力提出了更高要求，具有多种运动模式的球形机器人是探测机器人领域的研究热点之一。通过对球形机器人内部构件质量分布的调节，设计了一种基于单摆驱动式的滚-跳多运动模式球形机器人，其具有滚动、转向、爬坡与跳跃4种基本运动能力；随后，又根据球形机器人的设计方案建立了球形机器人4种基本运动动力学方程。利用Automatic Dynamics Analysis of Mechanical Systems （ADAMS）软件构建该球形机器人虚拟样机并对其进行了滚动、转向、爬坡与跳跃的动力学仿真，最后以此为依据计算滚动、转向、爬坡与跳跃运动性能的仿真值，并制作实验室样机验证了动力学仿真的正确性。
• Select
  基于多尺度特征提取的单目图像深度估计

  杨巧宁, 蒋思, 纪晓东, 杨秀慧

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2023, 50(1): 97-106. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.01.012

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  在目前基于深度学习的单目图像深度估计方法中，由于网络提取特征不够充分、边缘信息丢失从而导致深度图整体精度不足。因此提出了一种基于多尺度特征提取的单目图像深度估计方法。该方法首先使用Res2Net101作为编码器，通过在单个残差块中进行通道分组，使用阶梯型卷积方式来提取更细粒度的多尺度特征，加强特征提取能力；其次使用高通滤波器提取图像中的物体边缘来保留边缘信息；最后引入结构相似性损失函数，使得网络在训练过程中更加关注图像局部区域，提高网络的特征提取能力。在NYU Depth V2室内场景深度数据集上对本文方法进行验证，实验结果表明所提方法是有效的，提升了深度图的整体精度，其均方根误差（RMSE）达到0.508，并且在阈值为1.25时的准确率达到0.875。
• Select
  基于改进狼群算法-深度置信网络(IGWO-DBN)模型的旋风分离器压降预测

  李清亮, 林焕明, 吴振宙, 邓立, 廖志文, 王声明, 何伟宏

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2023, 50(1): 107-115. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.01.013

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  针对目前旋风分离器压降计算模型在准确性和实用性上的不足，为更好地指导旋风分离器的结构设计和性能优化，采用深度学习方法对其压降进行了预测。选取了影响压降的7个几何参数，采用深度学习中的深度置信网络（deep belief network，DBN）对旋风分离器压降数据进行预测，并利用改进的狼群算法（improved grey wolf optimizer，IGWO）对DBN模型的初始化权重和偏置参数进行寻优，构建IGWO-DBN组合模型，同时与几种传统计算模型和机器学习模型的预测结果进行对比。结果表明，IGWO-DBN模型在计算精度上优于Shepherd-Lapple模型、Casal模型等传统计算模型，并优于反向传播神经网络（back propagation neural network，BPNN）、支持向量机（support vector machine，SVM）、极限学习机（extreme learning machine，ELM）等机器学习模型，计算效率大幅提升，且具有较好的泛化性和鲁棒性，可用于旋风分离器压降参数的预测。
管理与数理科学
• Select
  基于2D-3D异质结结构的密集型波分复用器的实验研究

  张明明, 冯志芳

  北京化工大学学报（自然科学版）. 2023, 50(1): 116-120. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.01.014

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏

  基于光子晶体波导耦合原理，设计了2D-3D异质结结构的密集型波分复用器，从理论和实验上详细地研究了六通道波分复用器的传输特性。发现通过控制耦合波导长度，该密集型波分复用器可以实现每个通道的单频输出，实验测量结果也证明了其频率选择特性。之后对更为密集的八通道波分复用器也做了同样的理论模拟，得到了相同的结论。