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  • ISSN 1006-3080
  • CN 31-1691/TQ

2021年47卷2期

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研究论文
锂离子在石墨、MoS2及其复合材料中扩散过程的分子模拟及量子力学研究
张少阳, 刘宇, 刘洪来
2021, 47(2) :129-136. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191224004
摘要:
锂离子在电极材料中的传递性能对电池的充放电速率起着至关重要的作用。采用非平衡态分子动力学(NEMD)方法,模拟了充电过程中锂离子在石墨、MoS2及其复合材料(G/MoS2)中的迁移过程,考察了锂离子的非平衡态扩散时间、平衡态扩散系数(D)和吸附能,探究了石墨、MoS2层间距及边缘结构对锂离子扩散的影响。计算结果表明:锂离子的传递扩散系数与其自扩散系数间有5~7个数量级的差别;锂离子在石墨、MoS2中迁移的最佳层间距分别为0.42、0.75 nm;石墨边缘结构对锂离子迁移的促进效果依次为:C−OH>C−F>C= O>C−H。G/MoS2复合材料的分析结果表明:材料复合的均匀度越高,越有利于锂离子的扩散。
pH/光双敏感含偶氮苯聚合物分子的设计及药物载体的应用
刘天奇, 雷彬, 徐首红, 刘洪来
2021, 47(2) :137-146. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191227005
摘要:
采用原子转移自由基聚合(ATRP)法合成了一系列具有pH/光双敏感的两亲性嵌段聚合物C10-偶氮苯(AZO)-C10-聚甲基丙烯酸二异丙胺基乙酯(PDPAn)-聚乙二醇(PEG45)(n=30,50,80),用核磁、凝胶渗透色谱(GPC)对合成的聚合物进行表征,用动态光散射(DLS)测定聚合物自组装形成的胶束的粒径及电位,用紫外分光光度计测定聚合物的光敏感性以及聚合物胶束的pH敏感点,采用荧光分光光度计测定聚合物胶束的临界胶束浓度(CMC),模拟体外阿霉素释药。结果表明,合成的聚合物具有良好的pH敏感性和紫外可见光敏感性,并可以自组装得到粒径约为140~200 nm的均一、稳定的球状胶束,pH敏感点在6.3~7.2之间,并且在波长为365 nm和470 nm的两种光线下发生顺反结构的转变。选择pH敏感点在6.3左右的聚合物胶束运载抗癌药物阿霉素,后续体外释药实验表明聚合物胶束在pH或光刺激下可以很好地实现可控性释药,同时利用细胞毒性实验验证了聚合物胶束具有很低的细胞毒性,该聚合物有望成为一种潜在的pH/光响应型靶向药物载体。
杂化硅溶胶/有机硅低聚物复合透明超疏水涂层的制备及性能
吕露, 王绍华, 易红玲, 公维光, 林珩, 郑柏存
2021, 47(2) :147-153. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191202002
摘要:
以气相纳米二氧化硅、正硅酸乙酯(TEOS)和六甲基二硅氮烷(HMDS)为原料,采用溶胶-凝胶法制备杂化硅溶胶,将γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)和烷基硅氧烷制备的有机硅低聚物与杂化硅溶胶复合得到透明超疏水涂层,研究了气相纳米二氧化硅、HMDS和KH560用量以及烷基硅氧烷种类对复合涂层性能的影响。结果表明:当气相纳米二氧化硅与TEOS的质量比为0.075,HMDS与TEOS的质量比为0.75,烷基硅氧烷为甲基三乙氧基硅烷(MTES),且KH560和MTES的物质的量之比为0.50,有机硅低聚物与杂化硅溶胶质量比为0.100时,制备的涂层接触角可达165°,具有优异的超疏水性能和良好的附着力、坚固性以及高透光率。
管道内高温合成气喷雾激冷过程数值模拟研究
汤渊, 潘伟童, 梁钦锋, 许建良, 代正华, 于广锁, 王辅臣
2021, 47(2) :154-162. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191207001
摘要:
采用数值模拟方法对管道内高温合成气的喷雾激冷过程进行了研究,考察了喷嘴直径、喷嘴雾化半角和冷却水流量对管内合成气流动与降温过程的影响。结果表明:减小喷嘴直径、增大喷嘴雾化半角和冷却水流量有利于管内合成气降温。为使废热锅炉进口合成气(7472.99 m3/h)从1523.31 K降温至1273.15 K,采用冷却水流量为1.41 kg/s,喷嘴直径为6 mm,喷嘴雾化半角为70°的压力旋流喷嘴能达到预期的降温效果。
红柳林煤温和液化性能研究
王海奇, 黄胜, 吴诗勇, 钱嘉澍, 吴幼青, 高晋生
2021, 47(2) :163-169. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191208001
摘要:
在相对温和条件下,考察了反应温度、氢气压力、溶剂供氢性能和催化剂对红柳林煤液化性能的影响。结果表明:在370~390 ℃范围内,温度升高的主要作用是促进煤的大分子结构解聚;在390~430 ℃范围内,温度升高的主要作用是促进重质产物二次裂解。此外,在Fe催化剂中加入碱性催化剂之后,Fe催化剂与碱性催化剂之间产生了协同效应,使得煤中大量含氧官能团(如醚键、羰基)水解及煤中大分子结构解聚,因而煤转化率和油产率增加,氢气消耗量增加,水产率降低。
石油树脂钻井液用页岩抑制剂的研制
刘状, 查如俊, 邵斐, 凌昊
2021, 47(2) :170-176. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191209003
摘要:
以C9石油树脂和芳烃油为主要调和原料,采用沥青类页岩抑制的制备工艺,经过调和、乳化和稳定化的制备步骤,获得了石油树脂钻井液用页岩抑制剂。结果表明,石油树脂页岩抑制剂在不增加钻井液黏度的同时,可有效抑制黏土膨胀和分散、降低滤失量、增强抗盐污染能力,且与不同钻井液的配伍性好;常温下当抑制剂添加质量分数为2%时,钻井液失水量减少18%,岩心膨胀量相对降低率较乳化沥青提高7.4%。表明石油树脂钻井液用页岩抑制剂是一种性能优良的石油天然气钻井中上部地层的页岩抑制剂。
乙烯装置裂解气压缩机性能预测模型研究
马芳芳, 熊达, 孙铁栋, 欧阳福生
2021, 47(2) :177-182. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191226002
摘要:
以乙烯装置裂解气压缩机的设计信息为基础,通过修正设计数据建立了压缩机性能模型;基于学习速率自适应误差变化思想并结合遗传算法(GA)的全局寻优特性,提出了一种改进BP算法LR-GA-BP进行压缩机性能预测;用模型对某乙烯装置四级压缩系统进行了模拟计算,压缩机第四段出口气体主要组分的预测值与实测值的相对误差均小于2%,压缩机各段出口温度和压力的预测值与实测值的相对误差均小于1%,说明裂解气压缩机性能预测模型是可靠的。根据热力学原理,将四级压缩过程等价为绝热压缩,分析了压缩机第四段出口温度较高的影响因素,提出了降温措施,并进行模拟验证。结果表明,适当增加压缩机段间返回流量可以降低压缩机第四段出口温度。本文结果对于减缓压缩系统结焦、优化压缩机操作具有重要参考价值。
Belousov-Zhabotinsky反应斑图形成的图灵不稳定分析
戴金东, 艾佳莉, 孙巍
2021, 47(2) :183-188. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191203006
摘要:
基于经典的Tyson模型,对Belousov-Zhabotinsky(BZ)反应进行了图灵不稳定分析,得到了使BZ反应产生图灵斑图的数学条件,并对计算结果进行了数值模拟验证。在分析过程中,利用傅里叶展开法将偏微分方程转化为若干常微分方程的和,通过Routh-Hurwitz判据来判断系统平衡解的稳定性,以得到系统在不考虑扩散项时保持稳定、考虑扩散项时不稳定的参数范围,即产生图灵不稳定的参数范围。在数值模拟过程中,采用有限差分法,将连续区域和近似函数分别替换为离散区域和离散函数,对BZ反应空间演化进行了模拟。所采用的方法与研究结果为包括生物系统在内的非线性系统的研究提供了参考。
稻秸秆硝解制备黄腐酸和腐植酸研究
李斌斌, 吴诗勇, 吴幼青, 黄胜, 高晋生
2021, 47(2) :189-194. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191202001
摘要:
研究了稻秸秆硝解制备黄腐酸(FA)和腐植酸(HA)的工艺条件,结果表明增加HNO3质量分数、升高反应温度或延长反应时间均可以提高FA收率,改变液固比(溶液体积与原料质量之比,mL/g)对FA收率影响较小。正交试验得到制备FA的较优条件为:HNO3质量分数5%、温度90 ℃、液固比13 mL/g,在该条件下反应1 h,FA平均收率为32.63%,HA平均收率为12.77%,nC/nO分别为0.87(FA)和1.93(HA),nC/nH分别为0.78(FA)和0.73(HA),465 nm和665 nm处的吸光度比分别为13.87(FA)和8.47(HA),表明产物具有较高的活性和芳香特征,红外光谱结果也表明产物具有明显的酸性基团和芳香特征。
抗生素负载型二硫化钼-糖基苝酰亚胺自组装体系构建及抗菌研究
吴棒, 胡习乐, 陈国荣
2021, 47(2) :195-201. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191130002
摘要:
引入半乳糖基或甘露糖基共价缀合的苝酰亚胺化合物,并将其通过π-π堆叠作用负载在片层二硫化钼表面,进一步包载抗生素头孢他啶构建了靶向细菌的治疗体系。利用具有光敏活性的苝酰亚胺母核及二硫化钼在光照下能够释放活性氧簇实现光动力治疗细菌的特点,达到了靶向细菌的光动力协同药物治疗效果。该自组装光动力载药治疗体系的构建大大减少了抗生素药物的使用量,降低了细菌耐药性,为临床性顽固细菌治疗提供了新的思路。
甘草与厚朴复配物对变异链球菌及生物膜形成的抑制作用
蔡昀盈, 吴梦琪, 夏玮, 宋金星, 张文清
2021, 47(2) :202-208. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191129002
摘要:
比较了甘草和厚朴的提取物以及两者复配物的抑菌效果,并研究了甘草和厚朴的提取物对变异链球菌乳酸脱氢酶活性的影响和生物膜形成的抑制效果。通过抑菌圈、最小抑菌浓度和部分抑菌浓度指数测试抑菌能力,结果显示甘草和厚朴联合使用时对变异链球菌具有协同作用,且当甘草和厚朴提取物的质量比为1∶2(G-M1∶2)时抑菌效果最佳。通过变异链球菌生长曲线探究G-M1∶2对变异链球菌的抑菌时期,研究G-M1∶2对乳酸脱氢酶的活性和生物膜形成的影响,结果显示G-M1∶2能有效抑制乳酸脱氢酶(LDH)的活性和生物膜的形成。
响应面优化超高效液相色谱-串联质谱法同时测定有机肥中14种磺胺类抗生素
钱诗颖, 蓝雅琼, 刘倩, 司文帅, 孙明星, 王鲁梅, 沈国清
2021, 47(2) :209-216. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191115001
摘要:
建立了一种超高效液相色谱-串联质谱(UHPLC-MS/MS)同时测定有机肥中14种磺胺类抗生素的方法。在明确最佳提取溶剂条件为乙腈与乙酸体积比为80∶20的基础上,采用Box-Behnken Design方法设计实验,对前处理中缓冲液体积、缓冲液pH和振荡时间3个参数进行响应面优化。结果表明,在提取液中加入6.15 mL的乙二胺四乙酸二钠(Na2EDTA)-Mcllvaline缓冲液(pH 3.0),振荡时间为20 min时,14种抗生素的平均提取回收率达到69.31%~76.39%。对优化后的前处理方法进行验证,相对标准偏差(RSD)小于3.04 %,表明该方法重现性较好。
基于Tri-training MPLS的半监督软测量模型
李东, 刘乙奇, 黄道平
2021, 47(2) :217-224. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191202008
摘要:
随着污水处理过程日趋复杂,易测量变量和难测量变量的比例严重失衡,传统的监督性软测量建模方法已经无法满足需求。针对这一问题,提出了一种新的半监督学习的软测量模型−Tri-training MPLS模型。首先将标记数据均分为相互独立的3个部分,并由这3个相互独立的标记样本子集选择置信度高的未标记样本训练模型,提高模型的预测能力。其次,将单输出软测量模型升级为多输出模型,对多个输出的变量直接建模预测。最后,通过污水处理仿真模型BSM1(Benchmark Simulation Model-1)平台对本文模型进行验证。结果表明,该软测量模型不仅具有较好的多输出预测能力,而且对单个预测结果也有令人满意的预测表现。
基于空间特征的BI-LSTM人体行为识别
付仔蓉, 吴胜昔, 吴潇颖, 顾幸生
2021, 47(2) :225-232. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191202003
摘要:
随着微软Kinect等深度相机的出现,使用具有简洁性、鲁棒性和视图无关表示的3D骨架节点数据来识别人体行为的方法获得了很好的效果,但现有的针对骨骼序列数据的大多数学习方法缺少空间结构信息和详细的时空动态信息。利用双向长短期记忆网络(BI-LSTM)模型能长时间存储骨骼序列的特点获得丰富的双向时间信息对动作的顺序进行建模,同时从3D骨骼关节点坐标中提取关节点之间的相对距离特征和相对角度特征来加强空间结构特征,完成从骨骼数据中实现人体行为识别。该方法有效地进行了人体行为动作分类,提高了识别准确性。
基于融合路径监督的多波段图像语义分割
康萌萌, 杨浩, 谷小婧, 顾幸生
2021, 47(2) :233-240. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191216002
摘要:
可见光成像在夜间或恶劣天气情况下易受光照影响,降低了语义分割系统的性能,而同时使用可见光/红外多波段成像传感器则可以缓解这个问题。提出了一种基于融合路径监督的多波段图像语义分割方法,在网络训练过程中直接对特征融合过程进行类别监督。首先,将分割网络中独立的特征融合模块组建为贯通的融合支路,利用高层特征指引低层特征融合;其次,对融合支路末端直接施加监督信号,以提升融合特征的鉴别性及网络的收敛速度;最后,为了改善对于小目标的分割效果,在融合支路上特别引入Dice损失,构成混合监督训练模式。在两个多波段图像数据集上的实验结果表明,与其他多波段图像语义分割方法相比,本文方法可以达到更优的分割效果,而且对小目标分割更有利。
基于改进生成式对抗网络的编码DNA分子识别
随学杰, 王慧锋, 颜秉勇
2021, 47(2) :241-246. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191216001
摘要:
纳米孔道单分子检测技术通过在纳米孔道中捕获分子穿过时产生的离子流变化信号来研究单个分子的信息。然而,由于纳米孔道对不同分子的捕获率不同,因此采集到的单分子数据集不平衡,进而影响分子识别的准确率。本文基于编码DNA分子的阻断事件,构建以深度卷积生成式对抗网络(DCGAN)为基本框架的模型,实现少数类样本的扩充,从而达到纳米孔道数据集的平衡处理,并采用QuipuNet对平衡前后的数据集进行训练和识别。结果表明,采用DCGAN平衡数据集后,训练后的QuipuNet对部分“100”编码分子的识别准确率提升了14%,且平均识别准确率均高于其他扩充数据集的方法,验证了采用DCGAN扩充编码DNA分子数据以平衡数据集可有效提高模型训练后对实际信号的识别准确率。
基于迭代无迹卡尔曼滤波的水下组合导航
付凤婷, 褚振忠, 朱大奇
2021, 47(2) :247-254. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20191202006
摘要:
研究了超短基线定位系统、多普勒测速仪以及电子罗盘相结合的水下机器人组合导航问题,提出了一种基于迭代无迹卡尔曼滤波(IUKF)的水下多传感器组合导航融合算法,降低了传统无迹卡尔曼滤波器中过程噪声协方差矩阵和测量噪声协方差矩阵对滤波精度和响应时间的影响。该方法通过对多传感器数据融合结果进行多次迭代,提高了水下多传感器组合导航精度。通过多传感器的水池实验和仿真分析,验证了水下组合导航算法的可行性和有效性。