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外加电场强化煤制生物甲烷的条件优化试验研究

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煤炭科学技术 2021年

作者：陈超郭红光张攀攀段凯鑫太原理工大学安全与应急管理工程学院太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室太原理工大学山西省煤矿安全研究生教育创新中心

为了满足日益增长的能源需求并减少温室气体对环境带来的影响，大力开发与利用煤层气显得越来越重要。煤制生物甲烷作为煤层气的重要组成部分，已经引起了学者们的广泛关注.外加电场是一项提高生物甲烷产量和二氧化碳捕获能力的新兴技... 详细信息

为了满足日益增长的能源需求并减少温室气体对环境带来的影响，大力开发与利用煤层气显得越来越重要。煤制生物甲烷作为煤层气的重要组成部分，已经引起了学者们的广泛关注.外加电场是一项提高生物甲烷产量和二氧化碳捕获能力的新兴技术，能够有效提高底物降解率，增加甲烷产量。本文研究了不同电极材料和电压对煤制生物甲烷产量的影响，优化了增产条件，并通过傅里叶红外光谱（FTIR）分析了外加电场作用下，生物降解对煤结构的影响。结果表明，阴极采用不锈钢、阳极采用碳毡(CS)、电压为1.2V时，生物甲烷生成效果最佳。每克煤的最大生物甲烷产量为96.9μmol，较0V条件下(38.0μmol/g)提高了155%。FTIR结果表明，与原煤相比，0V条件下产气结束后，残煤变化不明显；但在外加电场作用下，残煤中芳香官能团各特征峰的伸缩振动强度都有所减弱，含氧官能团中的醚氧键和羧基、羰基出现大幅度降低，脂肪官能团中各特征峰的强度均明显低于原煤和0V条件下的残煤。说明，外加电场作用下，生物降解破坏了煤的芳环结构、含氧基团和脂肪组分。研究结果表明外加电场能够显著强化煤制生物甲烷，为进一步提高煤层生物甲烷产量提供奠定了基础。

关键词：生物甲烷褐煤电极材料电压傅里叶红外光谱。

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无烟煤厌氧代谢产物对其纳米孔隙的影响

煤炭学报 2020年第11期45卷 3841-3852页

作者：张攀攀郭红光段凯鑫陈超梁卫国太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原030024 原位改性采矿教育部重点实验室太原理工大学山西太原030024 太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

为研究厌氧代谢产物对煤纳米孔隙发育的影响,选用山西沁水盆地寺河矿无烟煤作为底物,以寺河矿煤层气井产出水中富集并驯化获得的原位真菌与产甲烷菌混合菌群为菌源,开展微生物厌氧降解煤产甲烷实验。通过额外添加2-溴乙烷磺酸钠(BES)抑... 详细信息

为研究厌氧代谢产物对煤纳米孔隙发育的影响,选用山西沁水盆地寺河矿无烟煤作为底物,以寺河矿煤层气井产出水中富集并驯化获得的原位真菌与产甲烷菌混合菌群为菌源,开展微生物厌氧降解煤产甲烷实验。通过额外添加2-溴乙烷磺酸钠(BES)抑制生物甲烷生成,促进煤生物厌氧降解代谢产物的积累;利用低温氮气吸附、有机溶剂萃取、气质联用(GC/MS)等方法,分析微生物降解作用下的煤孔隙结构和有机物组成变化规律。研究发现,微生物厌氧降解后,残煤总孔容与比表面积降低,孔隙分形维数D1(<2 nm)和D2(2~10 nm)增大。说明生物降解导致煤孔隙发育降低,孔隙表面粗糙程度和孔隙结构复杂程度增加。添加BES增强了微生物厌氧降解对煤孔隙的作用。同时,微生物厌氧降解后煤中可溶有机组成及含量发生显著变化,降解残煤中芳香族含氧衍生物和杂环有机物含量明显增加。添加BES促进更多新产生的可溶有机质滞留于煤中,尤其是芳香族含氧衍生物中的对甲酚。此外,煤中芳香族含氧衍生物含量与煤的总孔容和比表面积具有显著负相关性,而与煤孔隙分形维数D1和D2具有显著正相关性。以上研究结果表明,厌氧代谢产物在微生物降解对煤孔隙影响中发挥重要作用;微生物代谢产生的可溶有机质,尤其是芳香族含氧衍生物在煤中的滞留积累是微生物厌氧降解影响煤孔隙发育的主要途径。

关键词：生物成因煤层气厌氧降解纳米孔隙可溶有机质无烟煤

外加电场作用下煤制生物甲烷的条件优化试验研究

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煤炭科学技术 2020年第12期48卷 224-230页

作者：陈超郭红光张攀攀段凯鑫太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原030024 太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室山西太原030024 太原理工大学山西省煤矿安全研究生教育创新中心山西太原030024

为了满足日益增长的能源需求并减少温室气体对环境带来的影响,大力开发与利用煤层气变得越来越重要。外加电场是一项提高生物甲烷产量和二氧化碳捕获能力的新兴技术,能够有效提高底物降解率,增加甲烷产量。研究了不同电极材料和电压对... 详细信息

为了满足日益增长的能源需求并减少温室气体对环境带来的影响,大力开发与利用煤层气变得越来越重要。外加电场是一项提高生物甲烷产量和二氧化碳捕获能力的新兴技术,能够有效提高底物降解率,增加甲烷产量。研究了不同电极材料和电压对煤制生物甲烷产量的影响,优化了增产条件,并通过傅里叶红外光谱(FTIR)分析了外加电场作用下,生物降解对煤结构的影响。结果表明,阳极采用碳毡、阴极采用不锈钢、电压为1.2 V时,生物甲烷生成效果最佳。每克煤的最大生物甲烷产量为96.9μmol,较电压为0 V条件下提高了155%。FTIR结果表明,与原煤相比,电压为0 V条件下产气结束后,残煤变化不明显;但在外加电场作用下,残煤中芳香官能团各特征峰的伸缩振动强度都有所减弱,含氧官能团中的醚氧键和羧基、羰基出现大幅度降低,脂肪官能团中各特征峰的强度均明显低于原煤和电压为0 V条件下的残煤。说明在外加电场作用下,生物降解破坏了煤的芳环结构、含氧基团和脂肪组分。研究结果表明外加电场能够显著强化煤制生物甲烷,为进一步提高煤制生物甲烷产量奠定了基础。

关键词：生物甲烷褐煤电极材料傅里叶红外光谱外加电场

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生物煤层气的文献计量与发展综述

煤矿安全 2020年第8期51卷 206-212页

作者：段凯鑫郭红光成雅彤太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原030024

为把握生物煤层气研究状况,基于Web of Science R数据库,采用文献计量与文献综述相结合的方法对生物煤层气相关论文的分布、趋势、以及研究内容进行了分析。近年来,生物煤层气的勘探、煤层气田微生物多样性的研究逐渐减少,累计发文数趋... 详细信息

为把握生物煤层气研究状况,基于Web of Science R数据库,采用文献计量与文献综述相结合的方法对生物煤层气相关论文的分布、趋势、以及研究内容进行了分析。近年来,生物煤层气的勘探、煤层气田微生物多样性的研究逐渐减少,累计发文数趋于平缓。而微生物降解煤的培养实验研究累积发文数逐年上升,是当前研究热点。培养实验研究主要着力解决生物煤层气形成机理及其增产理论与技术。微生物、煤、中间代谢产物是阐明生物煤层气形成机理的关键;高效功能菌群培育、化学处理改性煤结构、外源物质激活微生物等方法有效增加了生物甲烷产量。然而,生物煤层气的研究时间还比较短,其形成机理、增产技术还处于起步阶段,未来需要微生物学、化学、力学等多学科新技术,以阐明生物煤层气形成机理、研发增产新技术,推动微生物增产煤层气技术的发展及工业化应用,助力煤层气产业的可持续发展。

关键词：生物煤层气文献计量学厌氧降解微生物多样性增产技术

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细菌厌氧降解对烟煤孔隙及分形特征的影响

煤矿安全 2020年第10期51卷 213-217页

作者：张攀攀郭红光段凯鑫陈超太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原030024 太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室山西太原030024

为研究细菌厌氧降解对烟煤孔隙及分形特征的影响,通过高压压汞和低温液氮吸附对烟煤孔隙发育变化进行表征,分别利用Menger模型和FHH模型进行分形特征分析。结果表明:细菌厌氧降解后,一方面降解残煤微孔、过渡孔以及中孔孔容降低,比表面... 详细信息

为研究细菌厌氧降解对烟煤孔隙及分形特征的影响,通过高压压汞和低温液氮吸附对烟煤孔隙发育变化进行表征,分别利用Menger模型和FHH模型进行分形特征分析。结果表明:细菌厌氧降解后,一方面降解残煤微孔、过渡孔以及中孔孔容降低,比表面积降低更为显著,但同时也发现大孔孔容增加;另一方面降解残煤分形维数明显降低,表面粗糙程度降低,孔隙发育趋于简单;说明细菌厌氧降解后烟煤对煤层气吸附能力降低,而渗流能力部分增加。

关键词：厌氧降解纳米孔隙分形维数高压压汞低温液氮吸附

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基于多特征增强的手部姿态估计方法

计算机工程与应用 2024年第6期60卷 207-213页

作者：奉鑫鑫高曙武汉理工大学计算机与人工智能学院武汉430070

手部姿态估计是计算机视觉研究的重要方向之一,在人机交互、虚拟现实、机器人控制等应用领域发挥着重要作用。针对目前手部姿态估计存在特征表示方法单一性的问题,提出手部关键点连接关系特征构建方法与基于手部运动语义关系的关键点特... 详细信息

手部姿态估计是计算机视觉研究的重要方向之一,在人机交互、虚拟现实、机器人控制等应用领域发挥着重要作用。针对目前手部姿态估计存在特征表示方法单一性的问题,提出手部关键点连接关系特征构建方法与基于手部运动语义关系的关键点特征聚合增强方法,提高手部特征表达与信息共享能力;针对手部目标检测与图像分割等预处理方法中存在的遮挡性问题,设计手部轮廓特征提取方法,提高预处理效果;基于所提出的多特征表示与增强方法,构建了一个基于全卷积结构的深度学习神经网络模型,避免直接回归计算3D姿态信息导致的空间信息丢失问题,从而有效提高了3D手部姿态估计精度。在DO、ED、RHD等多个数据集上与SOTA模型相比,均取得了竞争性的效果,且平均AUC结果达到了93.3%,说明所提出的方法也具有较好普适性。

关键词： 3D手部姿态估计特征增强卷积神经网络全卷积神经网络

基于生物信息学预测冠心病心肌梗死的诊断性生物标志物及靶向铜死亡相关基因的中药

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中药新药与临床药理 2024年第5期35卷 694-705页

作者：祁祥曹珊段凯旋张艺嘉河南中医药大学河南郑州450046

目的冠心病(coronary heart disease,CHD)是目前全球主要的致死性疾病之一,对生物标志物的检测是目前评估冠心病进展的重要无创方法,对冠心病的诊断和二级预防有着重要意义。本研究旨在筛选冠心病心肌梗死发病进程中的诊断性生物标志物... 详细信息

目的冠心病(coronary heart disease,CHD)是目前全球主要的致死性疾病之一,对生物标志物的检测是目前评估冠心病进展的重要无创方法,对冠心病的诊断和二级预防有着重要意义。本研究旨在筛选冠心病心肌梗死发病进程中的诊断性生物标志物,分析该病发展过程中的铜死亡相关基因,进一步预测能调控铜死亡相关基因的中药。方法检索GEO数据库获得冠心病心肌梗死芯片数据,分析差异表达基因(Differentially expressed genes,DEGs),对差异基因进行富集分析,基于最小绝对收缩和选择算子(least absolute shrinkage and selection operator,LASSO)与随机森林(Random Forest,RF)方法筛选关键基因,构建诊断性模型并进行验证。对差异基因进行免疫细胞浸润分析,结果进一步结合加权基因共表达网络分析获得差异表达的免疫相关基因,与铜死亡基因取交集获得铜死亡免疫相关的核心(Hub)基因,分析铜死亡相关基因与诊断性基因的相关性。对铜死亡相关基因进行基因集富集分析(Gene Set Enrichment Analysis,GSEA),进一步预测调控铜死亡相关基因的中药。结果差异分析获得115个DEGs,DEGs主要富集于淋巴细胞介导的免疫,线粒体呼吸链复合体Ⅳ等生物学过程和C型凝集素受体信号通路,趋化因子信号通路。机器学习方法筛选出SNORA20、SNORA19、H4C3、SNORD81、COX7B五个诊断性基因。免疫浸润分析发现树突状细胞,巨噬细胞M2,单核细胞,中性粒细胞,自然杀伤细胞,CD4+T细胞,CD8+T细胞,γδT细胞,这也表明以上8种免疫细胞对冠心病心肌梗死的发病发挥着一定作用。加权基因共表达网络分析(Weighted correlation networkanalysis,WGCNA)结合免疫浸润分析获得358个关键模块基因,与铜死亡基因取交集获得3个铜死亡与免疫特征基因。5个诊断性基因与Hub基因的相关性分析结果显示SLC31A1与SNORA20,LIAS与SNORA19、SNORD81,MTF1与H4C3、SNORA20、SNORA19、SNORD81的表达具有相关性。GSEA分析结果提示LIAS与MTF1对NF-κB信号通路、NOD样受体信号通路、Toll样受体信号通路有显著的影响,潜在调控中药以活血化瘀、行气止痛药为主。结论SNORA20、SNORA19、H4C3、SNORD81、COX7B对冠心病心肌梗死具有一定的诊断价值。冠心病心肌梗死发病过程中铜死亡与免疫浸润相关基因的预测对中医药干预此类疾病的机制研究提供了一定的参考。

关键词：冠心病心肌梗死机器学习生物信息学铜死亡生物标志物活血化瘀药行气止痛药

基于二维磁光阱的增强型^(199)Hg冷原子团制备

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物理学报 2024年第1期73卷 140-148页

作者：余泽鑫刘琪鑫孙剑芳徐震中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室上海201800 中国科学院大学北京100049

在精密测量领域中,高效地制备冷原子团具有重要的意义.在光晶格钟里,缩短冷原子团的制备时间可以降低Dick噪声,从而提高光晶格钟的稳定性.本文采用二维磁光阱加推送光的构型提高了三维磁光阱在超高真空环境中的装载率,并通过压缩磁光阱... 详细信息

在精密测量领域中,高效地制备冷原子团具有重要的意义.在光晶格钟里,缩短冷原子团的制备时间可以降低Dick噪声,从而提高光晶格钟的稳定性.本文采用二维磁光阱加推送光的构型提高了三维磁光阱在超高真空环境中的装载率,并通过压缩磁光阱技术降低了原子团温度,实现了用于^(199)Hg光晶格钟的增强型冷原子团制备.实验上通过优化三维和二维磁光阱的失谐量和磁场梯度以及推送光的失谐量和功率等参数,将三维磁光阱的^(199)Hg冷原子装载率增强了51倍,提升至3.1×10^(5)s^(–1),然后使用压缩磁光阱技术将^(199)Hg冷原子团的温度降低至45μK,低于多普勒冷却理论温度.这种基于二维磁光阱的增强型冷原子团制备可在超真空环境下实现对三维磁光阱装载率的高增益,有效地缩短了冷原子团的制备时间,同时也降低了原子团的温度,有利于提高光晶格的转移效率,为其他冷原子实验中冷汞原子团制备提供了有效方案.

关键词：汞原子光晶格钟激光冷却二维磁光阱

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降水对超深基坑围护结构的影响分析

结构工程师 2024年第1期40卷 142-149页

作者：段凯石广长江勘测规划设计研究有限责任公司武汉430010

以润扬长江公路大桥北锚碇超深基坑为例,利用三维有限元软件建立基坑模型,对基坑进行施工模拟,并将计算结果与现场监测成果进行比较,验证数值模拟计算的准确性。在此基础上,分析不同降水时段及降水深度对围护结构变形及内力分布的影响... 详细信息

以润扬长江公路大桥北锚碇超深基坑为例,利用三维有限元软件建立基坑模型,对基坑进行施工模拟,并将计算结果与现场监测成果进行比较,验证数值模拟计算的准确性。在此基础上,分析不同降水时段及降水深度对围护结构变形及内力分布的影响。结果表明:基坑开挖数值模拟手段合理,符合实际工况;改变降水时段,对各层水平支撑受力分配影响明显;改变降水深度,对中上部水平支撑受力分配影响很小,主要影响下部水平支撑受力;工程中应结合实际情况制定合理的降水方案,减小围护结构变形,优化坑内水平支撑受力分配,确保基坑稳定,节约工程成本。

关键词：降水超深基坑围护结构数值模拟