检索结果-南通市图书馆

作者：张梦珅中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

随着人们对能源供需和环境治理等问题的关注逐渐增强,对开发可持续新型能源的需求越来越紧迫。因为具有反应释能高、产物环保等优势,氢能被普遍认为是最优的能量来源。目前氢能大部分来源于化石燃料的“灰氢”,少部分是来源于电解水的... 详细信息

随着人们对能源供需和环境治理等问题的关注逐渐增强,对开发可持续新型能源的需求越来越紧迫。因为具有反应释能高、产物环保等优势,氢能被普遍认为是最优的能量来源。目前氢能大部分来源于化石燃料的“灰氢”,少部分是来源于电解水的“蓝氢”,而利用太阳能进行光催化分解水的“绿氢”技术被认为是直接收集,转换和存储太阳能以产生清洁能源最有吸引力和最有前途的技术之一。类石墨构相的氮化碳材料(g-CN)是一种归属于有机物的共轭高聚物半导体材料,具有低成本、无毒无污染、结构和性能稳定以及对可见光区有吸收等优异性质。但是材料仅对紫外和近紫外的部分可见光有吸收、光生载荷寿命短易复合以及比表面积小等缺点限制了g-CN材料的光催化应用。本文将分子结构上的元素掺杂和形貌上的片层剥离等改性方式相结合,制备得到了具有可见光响应、光生电荷分离迁移性能好、比表面积较高的g-CN材料,大幅度提升了材料的光催化水分解产氢效率。该系列方法操作简洁且产物产率高,在大规模的生产和使用中有很好的前景。具体研究内容如下:采用密闭无氧高压焙烧的合成方法制备得到C元素自掺杂的改性g-CN。以氮气为载气调控合成的初始压力,压力范围在0-3.0 MPa。表征结果表明,该方法合成的g-CN的庚嗪单元内部实现了C元素的掺杂,材料的C/N元素比例与合成阶段的初始压力呈正相关关系,在初始压力为1.5 MPa时,材料的C/N元素比例约为1:1,在此条件下的合成的催化剂的吸收带边为781 nm,吸光范围覆盖了整个可见光区,材料的荧光强度下降了一个数量级,荧光寿命增长了约11%,光生电荷的复合受到极大抑制。受到高压条件的影响,材料的比表面积只有3 m·g,约为常压材料的六分之一,这导致单位质量催化剂的表观光催化产氢量只有常压样品的70%,但是材料在单位面积下表现出了最佳的催化性能,是常压样品的4倍以上。该方法制备氮化碳光催化剂的单次产量高,产率也得到大幅提升,在放大生产中具备较好的前景。为抵消高压条件导致的比表面积大幅降低的影响,采用在乙醇辅助下对C掺杂样品进行高能震荡球磨的方法,制备得到了表面活化的g-CN纳米片。高能球磨这种物理球磨方法能实现纳米片的全部转化,制备产率近乎100%。测试结果表明,球磨时间在约2 h时材料的比表面积达到极大值,约为40 m·g。XPS结果表明材料表面连接上了含氧基团,提高了材料的亲水性和反应活性。球磨后样品的吸收带边略有蓝移,最高约为670 nm,仍覆盖大部分的可见光区。阻抗谱图显示材料内部的阻抗大幅度下降,表明材料内电子的迁移能力得到提升,光电流测试显示m CN-1.5的光电流约为常规样品的9倍。光催化产氢性能测试表明,表面活化的C掺杂g-CN纳米片的催化产氢速率均大幅提升,单位质量催化剂活性最高提升了约15倍,单位面积下的催化性能也有30%左右的提升,表明该方法不仅能提高材料的比表面积,同时也能增加催化剂的活性位点。

关键词：可见光催化石墨相氮化碳高压聚合元素掺杂球磨剥离

新型金属氧簇的合成及其对亚甲基蓝催化降解性能的探索

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新型金属氧簇的合成及其对亚甲基蓝催化降解性能的探索

作者：樊淑鸽哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本论文主要以缺位型的杂多金属氧簇为无机模板剂，通过诱导过渡金属团聚成簇来制备金属有机配体修饰改性的新型杂多金属氧簇(TMSPs)，从而克服传统杂多金属氧簇的易溶于水、易流失以及对可见光的利用率低的缺陷，并将其应用于光催化实... 详细信息

本论文主要以缺位型的杂多金属氧簇为无机模板剂，通过诱导过渡金属团聚成簇来制备金属有机配体修饰改性的新型杂多金属氧簇(TMSPs)，从而克服传统杂多金属氧簇的易溶于水、易流失以及对可见光的利用率低的缺陷，并将其应用于光催化实验中。采用水热合成法，通过调节起始原料浓度及配比，反应温度，反应时间，体系的pH范围等条件，制备了五种新型的TMPs，并对化合物进行了X-射线单晶衍射、元素分析、IR、PXRD等表征以及固体紫外性质，固体荧光性质的研究，最后对其进行光催化实验，初步探索其对亚甲基蓝溶液的催化降解效果。综合利用水热合成法及常规水溶液法，合成出一个基于{PWO}簇的夹心型TMPs,[KHCdCl(PWO)]·18HO (1)：单斜晶系，C2/c空间群，晶胞参数：a=19.2997(4)(?), b=13.8014(3)(?), c=31.9819(8)(?);β=102.764(2)°;V=8308.3(3)(?);Z=4;R=0.0378, wR=0.0989。固体荧光和固体紫外可见光谱中的特征峰均可归属为[B-α-PWO]构筑块中O→W的电子跃迁，利用Kubelka–Munk方程将其固体紫外可见光谱进行转换，得到1的能带间隙值Eg=3.25eV。利用水热合成法，以无机含氧酸盐，过渡金属盐以及2,2’-联吡啶为起始原料，合成出两个分别基于{AsMoO}簇和{AsWO}簇的新型TMPs，[Cu(2,2’-bipy)][AsMoO]Cl (2)：三斜晶系，P-1空间群，晶胞参数：a=12.6462(3)(?), b=14.5837(3)(?), c=18.1193(4)(?);α=96.8346(19), β=96.9577(19), γ=100.995(2)°;V=3221.40(13)(?);Z=2;R=0.0343, wR=0.086。[Fe8O6(2,2’-bipy)8(HO)8(AsO)][AsWO] HO (3)：单斜晶系，C2/m空间群，晶胞参数：a=16.4304(2)(?)，b=20.1267(4)(?)，c=18.8428(3)(?);β=95.7989(14)°;V=6199.20(18)(?);Z=2;R=0.0540， wR=0.1353。化合物2、3的激发峰位置均在364nm处(λ=264nm)，这是由分子内部的2,2’-bipy发生电子π*–π跃迁引起的;同时，在可见光照条件下，这两种化合物对亚甲基蓝溶液具有很好的光催化降解效果，降解率分别为52.1%和89.9%，且催化降解后对2和3进行了PXRD测试，发现2和3的结构骨架基本不变，说明其结构稳定。利用水热合成法，合成出两个过渡金属簇原位取代单个缺位簇上缺位的新型TMSPs，{[Cu(deta)(HO)][Cu(deta)(HO)][α-SiCuW11O39]}·5HO (4)和[Ni(en)][Ni(μ3-OH)(HO)(en)(B-α-SiWO)]·3HO (5)。4：单斜晶系，P21/n空间群，晶胞参数：a=11.08313(17)(?)，b=22.8430(5)(?)，c=22.4297(4)(?);β=98.4231(16)°;V=5617.31(17)(?);Z=4;R=0.0613，wR=0.1335。5：单斜晶系，P21/n空间群，晶胞参数：a=12.88531(11)(?)，b=23.4526(2)(?)，c=31.9819(8)(?);β=101.8760(9)°;V=5011.09(8)(?);Z=2;R=0.0348，wR=0.1207。化合物4的固体荧光光谱中，在λ=424nm处的吸收峰可归属为[SiCuWO]中O→W的电子跃迁，而化合物5中{Ni}簇取代{SiWO}簇上缺位后，增加了氧簇上电荷的流动性，从而在λ=468nm处产生荧光现象。在可见光照下，4和5对MB的催化降解作用均很明显，降解率分别为90.7%和94.1%，实验后，对回收后的催化剂进行PXRD测试，其结构保持不变，间接证明其结构具有很好的稳定性。

关键词：取代型杂多金属氧簇晶体结构光催化性质

四氮唑配体构筑金属配合物的结构和荧光探针性能的研究

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四氮唑配体构筑金属配合物的结构和荧光探针性能的研究

作者：罗旋哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

金属有机配位聚合物是由无机金属离子或者金属簇为节点,通过与有机配体自组装形成的一种具有周期性网络状结构的晶体材料。其结构丰富多样还兼具有机物和无机物的优点,成为一种新型的功能材料。另外,金属有机配位聚合物可通过对有机配... 详细信息

金属有机配位聚合物是由无机金属离子或者金属簇为节点,通过与有机配体自组装形成的一种具有周期性网络状结构的晶体材料。其结构丰富多样还兼具有机物和无机物的优点,成为一种新型的功能材料。另外,金属有机配位聚合物可通过对有机配体官能团的拓展与修饰,对金属有机配位聚合物的结构和性质进行定向设计与调控,使其应用范围相比于传统材料大大增加。因此,金属有机配位聚合物除了在多相催化、气体吸附与分离、分子磁性、光学性质、能量存储、光电转换以及传感检测等领域具有广阔的应用前景。本文旨在通过设计合成具有特定功能的有机配体,构筑具有新颖结构和性能的金属有机配位聚合物,并对其在荧光检测方面的应用进行了详细的研究。主要结果如下:1、功能有机配体的设计合成:利用常规的有机合成手段,合成制备了两种具有四氮唑环的刚性有机配体:4-羟基苯基-1H-四唑(H2L)和4-羧基苯基-1H-四唑(H2TBA);四氮唑环上的N原子具有很强的配位能力和多样的配位模式,极易与金属离子或金属簇配位,形成孔状/链状结构;另外,该类配体具有π电子富集的芳香环,其与d10过渡金属配位所构筑的金属配合物具有很好的荧光特性。2、三维金属有机配位聚合物的合成与荧光探针性能研究:在水热条件下,H2L配体与金属中心Pb合成了一个新颖的、具有三维网络状结构的金属有机配合物:Pb3O2L(1),化合物1具有很好的荧光特性与稳定性,它的微晶相能够在水中实现对金属离子Fe3+和芳香烃硝基爆炸物的检测。其中,化合物1在Fe3+的检测中展现了良好的循环性能,荧光检测板的制备进一步增加了其对Fe3+检测的应用。3、二维金属有机配位聚合物的合成与荧光探针性能研究:在溶剂热条件下,H2TBA配体与过渡金属Zn合成两个新颖的、具有二维结构和良好荧光性质的金属有机配合物:Zn2(NO3)2(4,4-bpy)2(TBA)(2)和Zn(DMA)(TBA)(3)。并利用它们的荧光性质,在水中分别对芳香烃类硝基爆炸物和Fe3+、Al3+进行检测。其中化合物2主要是通过荧光猝灭(turn off)检测微量的Fe3+,而化合物3则通过荧光增强(turn on)检测微量的Al3+,二者都具有很好的选择性和敏感性。

关键词：四氮唑配体溶剂热合成荧光探针晶体结构小分子检测

偶氮类多羧酸配体构筑的MOFs及荧光探针性能的研究

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偶氮类多羧酸配体构筑的MOFs及荧光探针性能的研究

作者：李祥羽哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

金属有机骨架(MOFs)由于其具有孔道结构可调节、组装方式多样性、网络结构丰富、结构稳定等特性,而受到广泛关注。MOFs在气相催化、气体存储与分离、质子传导、生物成像、小分子传感等领域具有广泛的应用前景。近年来,以功能特性为导向... 详细信息

金属有机骨架(MOFs)由于其具有孔道结构可调节、组装方式多样性、网络结构丰富、结构稳定等特性,而受到广泛关注。MOFs在气相催化、气体存储与分离、质子传导、生物成像、小分子传感等领域具有广泛的应用前景。近年来,以功能特性为导向,许多具有新颖结构的MOFs不断被获得,例如以荧光检测为导向,许多具有优异发光性能的MOFs已经被开发出来,并用来检测各种对环境和人体有害的小分子化合物、硝基爆炸物、阴阳离子等,其具有响应时间短,检测限低,操作简便等优势,发展前景广泛。本文主要是利用两种发光优异的偶氮类多羧酸配体构筑了3个结构新颖的MOFs材料,通过各种表征手段进行结构和性能的表征,并在荧光检测方面进行了深入的研究,具体的研究内容如下:1.基于偶氮苯四酸(HL)合成的[Zn(phen)(HO)][L]·2HO(1):利用溶剂热的方法在85℃下反应12小时得到的金黄色针状晶体,单晶X-射线衍射分析表明其为二维结构,π-π堆积作用的存在明显增强了发光强度,并且具有良好的化学稳定性与热稳定性能。配合物1通过荧光猝灭效应可以较好的识别硝基类爆炸物,尤其对于2,4,6-三硝基苯酚具有很高的灵敏度(K=1.9×10 M)、低的检测限(LOD=9.6×10 M)以及较好的抗干扰能力;其次,配合物1对金属离子也展现了较好的选择性识别功能,对于检测Fe表现为K=4.47×10 M,LOD=1.416×10 M,抗干扰能力与循环可重复利用的能力优异;另外,配合物1也可用作阴离子传感器,对于Cr O/CrO有着较高的选择性K分别为1.05×10 M和8.55×10 M,LOD值分别为1.78×10 M与2.08×10 M。对于各种被分析物的荧光猝灭机理进行了深入的研究,证明配合物1是一个优异的具有多功能检测性能的荧光传感器,在水质检测中具有较大的应用潜能。2.基于偶氮苯二酸(HL)合成的两种碱土金属化合物{Sr(HL)}(2)与{Ba(HO)(HL)}(3):配合物2为二维结构,具有良好的化学稳定性与热稳定性,同时具有两个发射带,对于CO具有较好的选择性、灵敏度与抗干扰能力,K=1.491×10 M,LOD=3.25×10 M。据文献报道,这是MOFs基CO传感器中灵敏度和检测限的最优值;配合物3是三维网状结构,发光强度略强于配合物2,对于CO的K为3.316×10 M,LOD值为3.27×10 M;关于CO对配合物产生荧光猝灭的机理进行了深入探究,并且对于阳离子加入产生荧光增强的机理进行了简单探究。

关键词：偶氮类羧酸金属有机骨架荧光探针硝基爆炸物阴阳离子

基于共轭三嗪和二酸配体的Co（Ⅱ）-MOF的构筑及其类芬顿性能研究

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基于共轭三嗪和二酸配体的Co（Ⅱ）-MOF的构筑及其类芬顿性能研究

作者：吴茂泉哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着世界工业社会经济的发展,水污染问题引起了全世界的关注。基于硫酸根自由基的高级氧化技术(SR-AOP)过程中在存在催化剂的条件下可以将有机物直接降解为HO和CO等小分子,被认为是可持续发展的水处理技术。在过渡金属中,钴基的材料对... 详细信息

随着世界工业社会经济的发展,水污染问题引起了全世界的关注。基于硫酸根自由基的高级氧化技术(SR-AOP)过程中在存在催化剂的条件下可以将有机物直接降解为HO和CO等小分子,被认为是可持续发展的水处理技术。在过渡金属中,钴基的材料对过硫酸盐的活化效果最好,然而常见的钴基催化剂普遍存在成本高、流失高或难循环利用等问题,容易导致二次污染。金属有机骨架材料(MOFs)因其结构功能可调等优点被广泛应用于催化、荧光传感和气体吸附分离等一些领域。但它在自组装合成过程中会受到包括溶剂、温度条件和p H等诸多因素的影响。因此设计合成构筑高水稳性的且低流失率的MOFs催化剂材料是科研工作者面临的非常关键的问题。本论文主要研究了一种新型MOFs的合成及结构的解析,并将其应用基于过一硫酸盐(PMS)的类芬顿反应的催化剂来降解四环素(tetracycline,TC)进行污水处理。选择三嗪及间苯二甲酸作为有机配体通过溶剂热法合成了一种具有较高热稳定性的Co(II)-MOF,并重点以TC为目标污染物模型,详细研究了其作为多相催化剂在类芬顿反应中的催化机理及影响因素。(1)首先我们成功合成了富π电子有机化合物的2,4,6-三(4-吡啶)-1,3,5-三嗪(TPT),并选用其和间苯二甲酸(m-HBDC)作为两种混合配体制备了一种结构稳定的Co(II)-MOF,即Co(TPT)(m-BDC)·HO。并通过单晶X-射线衍射仪对其结构解析表明它在C2/c空间群中单斜晶系中结晶的三维网络框架结构,通过热重分析表征表明Co(TPT)(m-BDC)·HO具有良好的稳定性,基于以上分析其能够作为活化PMS催化剂的优秀候选材料。(2)将所得的Co(TPT)(m-BDC)·HO用作催化剂,以TC为目标污染物,考察了其类芬顿反应的活性,探究了不同因素对降解反应的影响,最终确定催化反应的最优体系为中性条件下用10 mg催化剂活化30 mg/L的TC,在60 min内能实现96.9%的降解效率。研究了反应中起作用的的活性物质为硫酸根自由基(SO)和羟基自由基(OH),且SO主要的活性物质,并推测了其催化机理。此外对催化剂的循环稳定性进行了评价,在4次循环试验后其作为催化剂降解TC的降解效率仍能实现77.0%,表明催化剂具有较高的稳定性。本文为构建的稳定、高效的钴基催化剂提供了新的思路,并实现了对有机污染物的高效降解,有效的控制了Co(II)的流失。

关键词：钴基金属有机骨架晶体结构过一硫酸盐四环素

介孔氮化碳担载Cu/Ag催化CO2羧化反应

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介孔氮化碳担载Cu/Ag催化CO2羧化反应

作者：张杰中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

CO的大量排放造成了温室效应,冰川融化等一系列严峻的环境问题,但CO作为一种无毒无害,储量丰富且廉价易得的C1资源,经过化学法将其转化为其他化学品对降低大气中CO含量以及防治环境污染具有重要意义。目前,将CO作为原料合成炔酸及其衍... 详细信息

CO的大量排放造成了温室效应,冰川融化等一系列严峻的环境问题,但CO作为一种无毒无害,储量丰富且廉价易得的C1资源,经过化学法将其转化为其他化学品对降低大气中CO含量以及防治环境污染具有重要意义。目前,将CO作为原料合成炔酸及其衍生物是CO高效利用的重要研究方向。本课题通过不同的方法制备以介孔氮化碳为载体的负载型催化剂,用于催化CO和端炔的羧化反应合成炔酸化合物,确定催化剂的反应条件和催化活性。主要研究内容如下:以葡萄糖和双氰胺分别作为载体的碳源和氮源,加入不同量的Cu Cl·2HO,通过一锅法合成介孔氮化碳担载Cu的催化剂(Cu/g-CN),运用XPS、BET、XRD、TEM、SEM等手段对其进行表征,Cu/g-CN具有较大的比表面积和规则有序的孔道结构。介孔g-CN含有很多氨基可以促进Cu纳米粒子的均匀分散,提高了催化活性。0.58%的Cu(0.58%)/g-CN在最优的反应条件下(120 mg Cu(0.58%)/g-CN,1 mmol苯乙炔,1.5 mmol CsCO,CO(0.1 Mpa),DMF(5 m L),60℃,18 h),产率最高可达91%。而且此催化体系适用于含有不同给电子和吸电子官能团的端炔与CO的反应。通过硬模板法制备介孔g-CN,并通过光沉积法负载不同含量的金属银纳米粒子,制备介孔g-CN担载Ag的催化剂(Ag/g-CN),运用BET、TEM和SEM对其进行表征,并考察其催化活性。3.23%的Ag(3.23%)/g-CN在最优反应条件下(100 mg Ag(3.23%)/g-CN,1 mmol苯乙炔,1.5 mmol CsCO,CO(0.1 Mpa),DMF(5 m L),50℃,15 h),炔酸产率达92%。

关键词：介孔氮化碳纳米银纳米铜羧化反应二氧化碳

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企业金融资产配置对创新投入的影响研究

企业金融资产配置对创新投入的影响研究

作者：郭冰琼南开大学

学位级别：硕士

一个国家若想长久繁荣发展,根本在于实体经济,创新是振兴实体经济的核心驱动力。但是,当前中国实体经济和虚拟经济的投资热度形成了鲜明的对比,大量本应投入实体经济的资金却涌入了金融业,那么企业金融资产配置会影响自身的创新投入吗?... 详细信息

一个国家若想长久繁荣发展,根本在于实体经济,创新是振兴实体经济的核心驱动力。但是,当前中国实体经济和虚拟经济的投资热度形成了鲜明的对比,大量本应投入实体经济的资金却涌入了金融业,那么企业金融资产配置会影响自身的创新投入吗?由此将引申出一系列问题,亟待研究。鉴于此,文章选取了中国沪深A股非金融类上市企业2010-2020年的报表数据,进行实证研究。首先,梳理与金融资产配置、创新投入相关的理论,根据假设设立模型;其次为实证分析,并针对可能的内生性,采取多种方法做稳健性检验;接着,引入三个分组标准,分别为企业规模、产权性质和地理区位,做分组回归检验;最后,从中介效应和调节效应角度,对主效应展开进一步研究分析。研究发现:(1)企业金融资产配置与创新投入之间呈显著的倒“U”型非线性关系,即适度的金融资产配置可以增加企业研发投资,但是,随着金融资产配置程度的不断提升,跨越临界点后,则会减少企业创新投入。(2)在异质性视角下,大规模、国有制、东部地区的企业“拐点”更小,“挤出”效应更强,适度金融资产配置促进创新投入的福利范围更小。(3)财务风险在企业金融资产配置和创新投入中间可发挥中介传导效应。(4)经济政策不确定性、行业产品竞争程度可对主效应产生负向的调节效应,而融资约束会带来正向调节作用。所以,政府应制定相关经济政策,维护和建全稳定、有效的实业投资环境,引导企业真正把重心放在生产经营上,杜绝“脱实向虚”。企业配置金融资产要“适度”,并不断提升自身的创新意识和社会责任。此项研究既突破和丰富了现有文献,也对我国实体经济的高质量发展和企业创新投入的提高贡献了一定的理论和现实意义。

关键词：金融资产配置创新投入非线性

微藻曝气耦合回流供氧微氧污泥床生物脱氮性能研究

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微藻曝气耦合回流供氧微氧污泥床生物脱氮性能研究

作者：李慧太原理工大学

学位级别：硕士

目前,城市污水处理厂大多存在高曝气量、高污泥产量和高CO2排放量等缺点,随着我国对污水处理厂节能减排要求的不断提高,亟需降低污水处理的能耗问题。微氧生物污水处理技术是指控制溶解氧在0.3-1.0 mg/L,培养具有多种功能菌群的活性污... 详细信息

目前,城市污水处理厂大多存在高曝气量、高污泥产量和高CO2排放量等缺点,随着我国对污水处理厂节能减排要求的不断提高,亟需降低污水处理的能耗问题。微氧生物污水处理技术是指控制溶解氧在0.3-1.0 mg/L,培养具有多种功能菌群的活性污泥以处理污水中碳氮污染物,能有效降低曝气量和污泥产量,微藻通过光合作用同化污水中的CO2和NH4+-N等营养物质,合成自身细胞物质并释放O2,藻菌共生污水处理系统应运而生。针对目前藻菌共生污水处理系统存在稳定性差和微藻难收获等问题,本研究构建了一种新型的微藻曝气耦合回流供氧微氧污泥床(Microalgae aeration and reflux cou-pled with microaerobic sludge blanket,MMSB),是分离式藻菌共生系统,实现微藻附着成膜,降低微藻收获难度,微氧污泥床出水经微藻实现碳氮污染物的深度去除,微藻光合作用后的一部分复氧水回流到微氧污泥床中为其供氧,反应器中存在的溶解氧梯度,使其具有发生短程硝化、厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)、部分反硝化等节能脱氮途径的优势。该工艺实现对微藻和活性污泥功能菌群的独立控制,微藻具有供氧和深度脱氮的双重作用。本研究围绕MMSB新工艺,考察了微藻复氧的可行性,在不同碳氮(C/N)比条件下启动了微氧活性污泥反应器(Microaerobic sludge blanket,MSB),分析了污染物去除效果、污泥性能和菌群结构的变化,通过构建MMSB考察了不同C/N 比下的污染物去除效果以及污泥和微藻性能的变化,解析了菌群结构的变化及碳氮去除机制。(1)微藻曝气能力结果表明:3000、5000、7000和10000 lux光照强度下,高微藻浓度(0.94 g/L)平均产氧速率最高,分别为0.69、1.61、1.60和2.07mg(O2)/(g藻·h);在不同C/N 比城市污水条件下启动MSB,稳定运行期进水NH4+-N浓度为60 mg/L,C/N比≥5时,出水NH4+-N和TN的浓度分别低于5.40 mg/L和9.41 mg/L;在C/N=5时颗粒污泥粒径最大,且轮廓清晰、结构密实;利用高通量测序对种泥和不同C/N 比下的驯化污泥进行菌群结构分析发现,驯化污泥抑制和淘洗了 NOB,以Candidatus Kuenenia为主的ANAMMOX菌属的丰度与C/N 比成负相关,相对丰度分别为0.55%、0.23%、0.13%和0.03%,异养反硝化菌在驯化污泥中明显降低,且随C/N 比的升高出现先降低后升高的趋势,相对丰度分别为5.73%、4.17%、5.43%和6.13%。(2)考察MMSB在不同C/N 比下的运行效果,在运行15天时达到污染物最佳去除效果,出水NH4+-N和TN浓度分别为6.87和16.51 mg/L、3.13和9.15 mg/L、7.82和9.33 mg/L 以及 4.37 和 5.92 mg/L,COD 去除负荷分别为 0.05、0.16、0.28 和 0.40 kg(COD)/(m3·d),但在随后的运行中,C/N>5时微藻生长过快导致自遮光,出水NH4+-N和TN效果变差。藻菌耦合7天后,微藻池中悬浮藻浓度出现稳定的降低,相比初始浓度分别减少了 40.00%、66.67%、76.27%和84.48%,填料上微藻絮凝率由初始的44.18%分别升高至88.25%、87.91%、80.96%和78.06%,微藻沉降性能改善。(3)对藻菌耦合系统的污泥进行基于脱氮功能菌群分析,随着C/N 比的升高,异养反硝化菌的丰度逐渐升高,ANAMMOX和自养反硝化菌的丰度逐渐下降,在C/N<5时,主要通过短程反硝化-ANAMMOX方式脱氮,在C/N=5时主要发生的是自养-异养反硝化脱氮方式,在C/N=7时主要发生的是全程硝化反硝化脱氮方式。在C/N=1时,60.73%的COD用于反硝化,仅9.03%通过碳矿化方式去除,说明了低C/N 比微氧体系对有机碳源的充分利用,在C/N=7时污泥增长消耗的氮源占进水的比例达到最大,为5.93%。

关键词：微藻曝气微氧生物脱氮藻菌分离系统城市污水 C/N 比

面向视频异常检测的帧预测模型及动态阈值选择算法研究

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面向视频异常检测的帧预测模型及动态阈值选择算法研究

作者：贾迪阳中南民族大学

学位级别：硕士

随着智慧城市的发展,监控系统的广泛使用为城市的安全提供了保障。传统的监控系统依靠人力对异常事件进行识别和警报,存在人力资源浪费,识别效率低等问题。以人工智能为代表的新一代信息技术迅速发展,利用深度学习算法自动识别监控视频... 详细信息

随着智慧城市的发展,监控系统的广泛使用为城市的安全提供了保障。传统的监控系统依靠人力对异常事件进行识别和警报,存在人力资源浪费,识别效率低等问题。以人工智能为代表的新一代信息技术迅速发展,利用深度学习算法自动识别监控视频中的异常事件逐渐成为工业界和学术界的研究热点。然而,由于视频数据存在前景和背景数据不均衡问题,模型难以高效学习视频中丰富的时空特征。此外,由于监控摄像头所处环境的动态变化,尤其是光照实时变化,如何选取合适的阈值对异常事件进行判断是一个关键问题。基于此,本文提出一种面向视频异常检测的改进型帧预测模型及动态阈值选择算法。改进的帧预测模型可以高效学习正常事件的动态时空特征,预测未来帧并计算异常分数。动态阈值选择算法根据实时环境光照自适应地调整阈值以判断视频是否存在异常事件,可以显著提高动态环境下的检测性能和鲁棒性。具体研究内容如下:本文设计了一种以改进的U-Net网络为生成器的生成式对抗网络模型ACGPred。模型通过学习正常事件的时空特征,对未来视频帧进行预测,计算预测帧和真实帧之间的差异得出异常分数。在此基础上,针对监控视频中前景运动目标和静态背景数据不均衡的问题,在U-Net网络中的跳跃连接层添加注意力模块,结合不同尺度的特征学习注意力掩膜,自适应地对前景和背景分配不同的权重,提高对动态目标时空特征的学习效率。此外,为了充分利用视频帧序列丰富的时空特征,用Conv GRU模块替换U-Net下采样最深层的卷积操作,同时提取序列中的深层空间语义特征和帧间动作特征,预测出更可靠的未来帧。实验表明,对比其他视频异常检测模型,本文设计的模型在三种公共数据集上均具有更好的表现。视频片段是否异常需要对比视频异常检测模型计算出的异常分数和所设定阈值的大小,异常分数大于阈值即为异常。目前现有的视频异常检测算法大多通过经验设置一个固定阈值以确定异常,当监控摄像头所在环境发生光照等环境变化时固定阈值会引起大量误报。因此本文在所设计视频异常检测模型的基础上,引入了一个新型动态阈值选择算法,该算法首先通过统计学方法从训练数据中计算出初始阈值,再通过训练得到的神经网络自适应地根据环境光照对阈值做出调整。最后,目前视频异常检测公共数据集都是在相同光照条件下收集的,为了评估所设计视频异常检测算法的性能,本文在公共数据集的基础上合成数据集来模拟不断变化的光照条件。在公共数据集和合成数据集上的实验结果表明,本文设计的算法具有更高的鲁棒性。

关键词：视频异常检测深度学习帧预测模型阈值选择

铁元素介导SNAD活性污泥处理城市污水性能研究

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铁元素介导SNAD活性污泥处理城市污水性能研究

作者：于雅楠太原理工大学

学位级别：硕士

城市污水处理厂进水普遍具有低碳氮比(C/N)的水质特征,常在微生物污水处理流程中投加有机碳源。微氧污水生物处理工艺中的部分硝化反硝化耦合厌氧氨氧化工艺(Simultaneous partial nitrification,ANAMMOX and denitrification,SNAD)能... 详细信息

城市污水处理厂进水普遍具有低碳氮比(C/N)的水质特征,常在微生物污水处理流程中投加有机碳源。微氧污水生物处理工艺中的部分硝化反硝化耦合厌氧氨氧化工艺(Simultaneous partial nitrification,ANAMMOX and denitrification,SNAD)能够在无外加碳源的情况下对低C/N废水有很好的处理效果,且微氧条件可以降低曝气量和污泥产量。但微氧条件下丝状菌生长会造成污泥膨胀问题。多种脱氮过程的共同作用存在反硝化菌(Denitrifying bacteria,DNB)和厌氧氨氧化菌(Anaerobic ammonium oxidation,An AOB)对亚硝酸盐的竞争作用,从而造成An AOB不易富集的问题。铁元素参与脱氮过程中关键酶的合成,影响生物群落、参与电子传递过程,因此本研究构建铁元素介导的SNAD脱氮体系,探究铁元素介导SNAD活性污泥系统脱氮的可行性与铁元素对微氧条件下复杂微生物群落的影响。本文构建升流式微氧反应器(Up-flow Microaerobic Sludge Reactor,UMSR),通过逐渐降低溶解氧浓度实现SNAD系统的启动,考察了在不同价态铁元素与不同粒径零价铁(Zero-valent iron,ZVI)的介导下的污染物去除效果以及污泥性能的变化,解析了菌群结构与关键基因的变化。(1)同时启动两个UMSR反应器,逐渐降低反应器中的溶解氧(Dissolved oxygen,DO),经过38天的反应器驯化后,在DO降低为0.35±0.15 mg/L时,两个反应器总氮(Total nitrogen,TN)去除率分别为81.49%和75.54%,对无机碳(Inorganic carbon,IC)的去除率分别达到了39.80%和35.91%。氨氧化酶(Ammonia monooxygenase,AMO)活性明显下降,亚硝酸盐氧化酶(Nitrite oxidoreductase,NOR)、硝酸盐还原酶(Nitrate reductase,NR)和亚硝酸盐还原酶(Nitrite reductase,NIR)活性均有不同程度的升高。整个系统中各类微生物间的协同作用增强。胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)中蛋白(Protein,PN)含量减少,多糖(Polysaccharide,PS)含量增加,PN/PS减小,使污泥的疏水性和沉降性下降,产生SNAD系统常见的污泥膨胀问题。自养反硝化菌的丰度由接种污泥中的0.01%增加到0.37%和0.49%,在驯化后的污泥中检测到接种污泥中没有的An AOB Candidatus＿Kuenenia,但丰度仅为0.16%和0.08%,异养反硝化菌的丰度分别为14.62%和18.07%。An AOB丰度低,异养反硝化菌仍是脱氮的主要菌群。(2)为了解决污泥膨胀、An AOB丰度低的问题,向1号反应器(R1)中分别加入20 mg/L、30 mg/L和60 mg/L的ZVI,向2号反应器(R2)进水中分别加入5、10 mg/L Fe(Ⅲ)以及停止Fe(Ⅲ)介导。结果表明:投加ZVI的反应器,在20和30mg/L ZVI条件下,ZVI的影响与投加量呈现正相关,60 mg/L ZVI高浓度条件下促进作用减弱,30 mg/L ZVI介导下TN的去除率最高为89.07%。投加Fe(Ⅲ)的反应器,在Fe(Ⅲ)介导下对污染物去除有促进作用,10 mg/L Fe(Ⅲ)介导下促进作用最明显,TN去除率最高为82.39%。Fe(Ⅲ)更容易被微生物利用,对酶活性促进作用更加明显。铁元素的介导使得微生物聚集更加紧密,增加颗粒污泥的粒径,且会与磷酸盐结合形成Fe Ps。微生物群落分析表明:铁元素促进了An AOB的富集,在ZVI和Fe(Ⅲ)的介导下其丰度最高分别达到4.50%和5.44%。在铁元素介导下厌氧氨氧化和异养反硝化共同构成SNAD的脱氮途径。但ZVI介导下主要促进norank＿f＿＿Comamonadaceae反硝化菌的富集,而Fe(Ⅲ)介导主要促进OLB13的富集。(3)宏基因数据表明,铁元素的介导能够促进系统代谢活性,新陈代谢途径KEGG丰度由48.00%分别增长到48.42%和48.24%。在ZVI介导下,β变形菌纲体现出更高的贡献,而在Fe(Ⅲ)的介导下,微丝状菌Candidatus＿Promineofilum体现出更高的贡献度。铁元素介导下亚硝态氮还原酶Nir K和Nir S的基因reads数减少,这说明铁元素的加入对于SNAD系统中部分反硝化与ANAMMOX的实现有着调节促进的作用,铁元素对SNAD的稳定运行有着促进作用。(4)在不同粒径ZVI介导下,50 n ZVI、200 n ZVI和m

关键词：生物脱氮 SNAD 零价铁城市污水电子传递活性