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硫酸盐还原菌调控功能纳米金属硫化物制备及其性能研究

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硫酸盐还原菌调控功能纳米金属硫化物制备及其性能研究

作者：赵留辉齐鲁工业大学

学位级别：硕士

微生物在人类生产生活中发挥着重大作用,包括微生物发酵、微生物冶金等。近年来,微生物用于高性能纳米材料的制备由于其安全高效而被大量探索和利用,细菌因其多样性和对极端条件的高适应性而成为制造纳米材料的特别重要的工具。尤其是... 详细信息

微生物在人类生产生活中发挥着重大作用,包括微生物发酵、微生物冶金等。近年来,微生物用于高性能纳米材料的制备由于其安全高效而被大量探索和利用,细菌因其多样性和对极端条件的高适应性而成为制造纳米材料的特别重要的工具。尤其是金属硫化物作为常用的半导体纳米材料常常用于光催化、芬顿降解等方面的研究,其生物合成引起广泛关注,可有效解决其高能耗制备和低回收率等问题。因此,本文利用SRB的生物硫化合成过程与电流氧化反应相结合,提出了简单的一步电化学原位合成法,保持了金属硫化物的高催化性能,探究了其用于污染物降解及有害细菌治理的污水治理应用前景。本论文的主要研究成果如下:1)使用SRB培养液结合电流辅助在铜网表面原位合成了黑色的鳞片状CuS（CuS-Copper Mesh简称CSCM-SRB）。通过SEM和TEM对CSCM-SRB的微观形貌进行表征,发现通过在SRB介质中电解,可在铜网表面形成形状一致、均匀排列的鳞状CuS晶体,且CuS在铜网上的负载含量受电解参数的影响较大,最佳电流条件为电流密度3.75 m A/cm和电流时间900 s。通过XRD、XPS对铜网表面的化学组成及各元素的价态进行分析,证明了正交晶系的CuS在铜网上成功合成。此外,通过有/无SRB体系的电化学合成对比实验发现,SRB的存在及其产生的保外分泌物是在低硫离子浓度下合成CSCM-SRB的必要条件。通过条件优化,CSCM-SRB对亚甲基蓝（MB）的降解效率可达99%以上（120 min）,对***的杀菌效率接近100%（4 min）,反应过程符合准一级动力学模型。进一步对CSCM-SRB开展生物痕迹洗脱实验,通过XPS和FT-IR等分析,证明SRB吸附在CSCM-SRB上产生的有机化合物对CSCM-SRB降解MB的性能有显著促进作用。最后,提出了CSCM-SRB的类芬顿反应机理,通过自由基捕获试验结合EPR表征,证明在类芬顿反应中·O、·OH和O是主要的功能物质。2)为了解决CSCM-SRB添加量较大（1.2 cm/m L）的问题,在CSCM-SRB的制备基础上,通过使用循环伏安扫描（CV）的方法,将CuO掺杂进了CSCM-SRB（CuS/CuO-Copper Mesh简称CSOCM-SRB）。通过XRD、XPS表征,结合多晶衍射环比对,证明了立方晶系的CuO在CSCM-SRB表面成功掺杂。通过SEM和XRD的表征发现,CV各参数的变化对CuS/CuO的形貌和结晶度都有一定的影响,结合CSOCM-SRB类芬顿降解效果,得到最优的CV条件为CV循环10次、电位范围1.3-0.4 V、扫描速度10m V/s。通过对MB的降解效果的对比,证明CSOCM-SRB添加量（0.4 cm/m L）为CSCM-SRB的1/3,而降解效率为CSCM-SRB的4倍（30 min降解99%）。在添加量为0.4 cm/m L的条件下,CSOCM-SRB对***的杀菌率达到100%（4 min）。对CSOCM-SRB生物痕迹洗脱后降解性能的对比,结合FT-IR分析,证明SRB产生的生物大分子有机物质对CSOCM-SRB的性能也具有很强的促进作用。对比生物痕迹洗脱前后以及类芬顿反应前后CSOCM-SRB的XRD和XPS结果,证明生物洗脱会导致CuS与CuO结晶度发生变化,类芬顿反应会导致Cu+与Cu的相对含量发生变化,符合类芬顿反应机理。通过自由基捕获试验结合EPR表征,证明CSOCM-SRB类芬顿反应中,主要的功能物质是·O、·OH和O。最后设计了一种简单的污水处理装置,为实际环境中的应用提供了可能。综上所述,本论文利用SRB特殊的代谢特点,结合电流辅助,开发了一种在铜网上原位合成CuS和CuO的新方法,得到的材料具有高效的类芬顿降解和杀菌效果,并对其合成原理以及类芬顿降解和杀菌的机理进行了研究和解释。通过试验和表征进一步表明了SRB对材料合成的调控作用,以及SRB结合在材料上的大分子有机物对材料性能的影响,推动了SRB调控制备纳米金属硫化物的研究进展,为生物调控合成纳米金属硫化物提供了新思路。

关键词：生物合成硫酸盐还原菌功能纳米材料金属硫化物

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高填方煤矸石边坡的稳定与变形特性研究

高填方煤矸石边坡的稳定与变形特性研究

作者：申留明安徽理工大学

学位级别：硕士

气候变化条件下的江苏省热岛效应分析与土地利用对策

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气候变化条件下的江苏省热岛效应分析与土地利用对策

作者：留峥航扬州大学

学位级别：硕士

基于盐湖区域地下水自动监测系统的设计与实现

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基于盐湖区域地下水自动监测系统的设计与实现

作者：顾留来青海师范大学

学位级别：硕士

北太平洋深海温盐流场数值模拟及其季节变化特征分析

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海洋科学进展 2024年

作者：庄展鹏王刚自然资源部第一海洋研究所自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室崂山实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室

深海环流研究有助于提高对全球气候变化、海洋生态系统等的深入认知。由于实测资料的缺乏，目前数值模拟仍是主要研究手段。基于自主研发的σ-Z-σ混合坐标MASNUM海洋环流模式，开展了关于深海环流特征分析的北太平洋气候态数值模拟研... 详细信息

深海环流研究有助于提高对全球气候变化、海洋生态系统等的深入认知。由于实测资料的缺乏，目前数值模拟仍是主要研究手段。基于自主研发的σ-Z-σ混合坐标MASNUM海洋环流模式，开展了关于深海环流特征分析的北太平洋气候态数值模拟研究。σ-Z-σ混合坐标系发挥Z坐标和σ坐标的优势，实现对局部网格的灵活加密，是提高深海环流模拟精度的有效方法之一。采用WOA18、MIMOC和BOAArgo三套网格化实测资料对模拟结果进行评估，对比结果表明深海温盐场模拟结果整体上与实测资料非常接近；流场模拟结果虽然与实测资料计算得到的地转流相比存在一定偏差，但其中的深层西边界流、反气旋环流结构等分布特征较实测月平均资料更加明显，更接近于以往研究中的流场实测结果。基于数值模拟的深海环流特征分析结果显示，深层温度和盐度均值不存在明显的季节性变化，而温度和盐度均值异常的季节性变化显著，特别是温度均值异常在春夏季存在明显升高；水平和经向流函数在不同月份相差不大，表明其季节性变化不明显。

关键词：气候态数值模拟北太平洋深海环流季节性变化 σ-Z-σ混合坐标

基于工质相变的变容储气压缩空气储能系统研究

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基于工质相变的变容储气压缩空气储能系统研究

作者：张留淦福建农林大学

学位级别：硕士

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抗物理攻击的鲁棒水印算法研究及网络设计

抗物理攻击的鲁棒水印算法研究及网络设计

作者：朱留浩景德镇陶瓷大学

学位级别：硕士

随着互联网技术的发展,鲁棒水印技术在版权保护和信息安全等多个领域得到了广泛的应用。其中,传统鲁棒水印技术针对电子信道中的噪声攻击进行了大量研究。但由于主要依赖人工设计算法进行水印嵌入和提取,因此存在一定限制。对于复杂的... 详细信息

随着互联网技术的发展,鲁棒水印技术在版权保护和信息安全等多个领域得到了广泛的应用。其中,传统鲁棒水印技术针对电子信道中的噪声攻击进行了大量研究。但由于主要依赖人工设计算法进行水印嵌入和提取,因此存在一定限制。对于复杂的物理世界攻击,例如典型的屏幕拍摄攻击和纸张打印攻击,传统鲁棒水印技术的鲁棒性非常差。当前,基于深度学习的鲁棒水印算法不断涌现。这些算法通常设计噪声层来模拟现实世界噪声攻击,并将其加入水印网络中训练,以此增强抵抗现实世界对应的噪声攻击。同时,它们也能够较好地抵抗打印和屏摄等物理攻击,具有稳健的鲁棒性。然而,大多数基于卷积神经网络鲁棒水印算法都采用U-Net网络编码器进行嵌入水印信息,其网络存在一定局限性。这导致视觉质量和鲁棒性之间并未取得最佳平衡,即无法同时保持高视觉质量与高鲁棒性。此外,当前流行的鲁棒水印算法框架主要都由编码器、噪声层和解码器组成。但这种框架对于如何从实际拍摄的图像中区分出背景,准确定位水印图像的过程考虑并不充分。如一般使用可见标记来定位水印图像,但这会影响水印图像的整体视觉效果。因此,本文分别提出了基于Attention U-Net++网络的鲁棒水印算法和基于LiteHRNet定位网络与DUE编码器的鲁棒水印算法。具体内容如下:(1)基于Attention U-Net++网络的鲁棒水印算法。该算法提出了一种Attention UNet++的新型编码器,它融合了U-Net++和Attention U-Net的优点。通过将注意力机制嵌入进U-Net++网络架构中,可以有效地提取图像特征,并搜寻到待嵌入水印信息的最佳像素空间,从而提高视觉质量。此外,还设计了一种基于WGAN判别器的二次非线性增长的损失权重模式,以进一步提升性能。实验结果证明,与现有先进的Stega Stamp和RIHOOP算法等相比,所提出算法具有良好的视觉质量和鲁棒性。同时,针对物理攻击中的屏摄攻击与打印攻击,其解码正确率也有98%左右。(2)基于Lite-HRNet定位网络与DUE编码器的鲁棒水印算法。该算法提出了一种基于Lite-HRNet轻量型定位网络,其实现了不可见标记点的水印图像快速定位。为了生成高视觉质量的水印图像,设计了双层U-Net编码器DUE,它能更好的将水印信息与图像相融合并隐藏在人眼不可察觉的像素中。同时,在噪声层中加入了设计的重构噪声攻击,以增加抵抗噪声类型并提高鲁棒性。此外,为进一步提高水印算法性能,设计了基于判别器的WGAN-GP损失函数来监督优化模型训练。大量的实验证明,此算法实现了不可见标记的水印图像快速定位,同时其视觉质量和鲁棒性都具有良好性能。与最先进的几种水印算法相比,所提出算法对于抗物理攻击有更好的鲁棒性。

关键词：鲁棒水印卷积神经网络 Attention U-Net++网络 Lite-HRNet网络 WGAN-GP判别器

基于Sentinel-2数据的南矶湿地面向对象决策树分类

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湿地科学 2024年第05期 630-640页

作者：庄小燕况润元江西理工大学河流源头水生态保护江西省重点实验室江西理工大学土木与测绘工程学院

鄱阳湖南矶湿地环境复杂、湿地类型多样，实现对该区湿地信息的动态监测和自动提取对于湿地生态系统的保护与管理具有重要意义。以Sentinel-2影像为数据源，辅助DEM数据和Google Earth高清影像，选取影像纯净像元作为训练样本和验证样... 详细信息

鄱阳湖南矶湿地环境复杂、湿地类型多样，实现对该区湿地信息的动态监测和自动提取对于湿地生态系统的保护与管理具有重要意义。以Sentinel-2影像为数据源，辅助DEM数据和Google Earth高清影像，选取影像纯净像元作为训练样本和验证样本，根据样本的光谱特征和空间特征，构建面向对象CART(Classification And Regression Tree)决策树模型，实现南矶湿地类型分类，并研究2018—2021年南矶湿地类型的转移特征。结果表明，结合面向对象CART决策树分类方法可以得到精度较高的分类结果，总体精度可达86.36%,Kappa系数为0.83，与传统的监督分类方法相比，总体精度提高了6.29%；南矶湿地具有明显的季节性特征，春、冬季草洲分布较为广泛，夏、秋季大部分泥滩、草洲被淹没；受水位和地形影响，南矶湿地类型转移变化主要体现在水域、泥滩、草洲之间的相互转化，耕地、林地以及建筑用地分布较为稳定。与传统的监督分类方法相比，面向对象CART决策树分类结果较好，可快速、高效地实现湿地信息提取。

关键词：湿地信息提取湿地分类面向对象 CART决策树南矶湿地鄱阳湖

过渡金属及稀土掺杂氧化物玻璃的制备及性能调控

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过渡金属及稀土掺杂氧化物玻璃的制备及性能调控

作者：徐留杰齐鲁工业大学

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随着固态照明技术的快速发展,近年来发光二极管（LED）得到了广泛的研究。与传统的荧光灯和白炽灯相比,LED具有体积小、耐用性好、环境友好、开关速度快、发光效率高等优点,在交通信号、显示、普通照明、植物光合作用补光等领域得到了... 详细信息

随着固态照明技术的快速发展,近年来发光二极管（LED）得到了广泛的研究。与传统的荧光灯和白炽灯相比,LED具有体积小、耐用性好、环境友好、开关速度快、发光效率高等优点,在交通信号、显示、普通照明、植物光合作用补光等领域得到了广泛的应用。目前商用LED器件通常是将蓝光或紫外光半导体芯片与粉末荧光粉相结合来制造的。近年来,由于发光玻璃与粉末荧光粉相比具有制备成本低、热稳定性好、组装过程不需要环氧树脂等优点,有望取代荧光粉用于LED器件的制造。在此背景下,本论文对稀土及过渡金属离子掺杂的发光玻璃进行了研究。采用高温熔融法制备了一系列Cu/Cr掺杂的硼酸盐玻璃和微晶玻璃、Cu/Eu掺杂氟氧硼铝硅酸盐玻璃和微晶玻璃、含CaF-ZrO的Eu掺杂硼铝硅酸盐玻璃。利用发射光谱、激发光谱、X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱、荧光衰减曲线和色坐标对发光玻璃进行了研究。具体研究内容和研究结果如下:（1）制备了Cu/Cr单掺及共掺的硼酸盐玻璃和微晶玻璃,通过控制基质玻璃成分,在熔体冷却过程中可以自发析出ZrO晶体,并获得相应的微晶玻璃;所得材料中的Cu可在紫外（UV）激发下产生蓝光发射;Cr离子掺杂的玻璃和微晶玻璃在紫外光和绿光区域显示出两种较强的宽带吸收,也表现出锐线E→A发射和宽带T→A发射;激发波长和材料的结构会影响荧光衰减,即发光寿命会随着激发波长的增加和玻璃基质中晶体的析出而增加;这些来自于Cu和Cr的发光具有蓝色和远红色成分,在植物的光合作用补光方面很有应用前景。（2）制备了Cu/Eu单掺及共掺氟氧硼铝硅酸盐玻璃,通过控制基质玻璃成分,在熔体冷却过程中自发析出了CaF晶体,从而获得相应的微晶玻璃,且可以通过改变基质玻璃成分中AlO和BO的比例可以控制形成的CaF晶体的含量;掺杂Eu离子的玻璃和微晶玻璃同时显示出源自Eu和Eu离子的发射,表明发生了Eu→Eu的自还原过程;我们发现析出的CaF晶体还增强了Eu的D→F发射,也诱导产生了Eu离子F态的能级分裂。（3）制备了含CaF-ZrO的Eu掺杂硼铝硅酸盐玻璃,通过改变材料中ZrO和CaF之间的比例可以控制生成晶体的类型以及含量,当氧化锆与氟化钙的含量比为1:2时,样品中会同时生成CaF晶体和立方ZrO晶体;所有样品均是在空气气氛下通过熔体冷却技术制备得到的,在发射光谱中都检测到了Eu和Eu的发射,这表明Eu离子部分自发还原成Eu;在362 nm的波长激发下,样品中Eu离子的发射与CaF晶体的含量有关,随着CaF晶体含量的减少,Eu的发射强度随之降低;在330 nm激发的发射光谱中,由于单斜ZrO晶体的对称性较差,在缺陷位点上对Eu的不平衡力进一步增加,导致这些位点上Eu的D→F和D→F电子跃迁分别分裂出一个发射峰,且随着样品中单斜ZrO晶体含量的增加,Eu的发射增强。本文所制备的发光玻璃性能优良,发光性能可控,可作为LED器件的光转换材料,具有潜在的应用前景。

关键词：过渡金属离子稀土离子发光玻璃发光二极管