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基于多组分反应构建高效吸附材料及环境应用研究

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基于多组分反应构建高效吸附材料及环境应用研究

作者：窦继博西北大学

学位级别：硕士

近年来,纳米材料依靠自身优异的物化性能,在环境吸附领域扮演着愈来愈重要的角色。然而原始纳米材料仍存在以下问题:吸附能力有限和水中分散性差等。基于上述问题,本论文提出了一种反应温和的多组分反应功能化路线以制备新型的高效吸附... 详细信息

近年来,纳米材料依靠自身优异的物化性能,在环境吸附领域扮演着愈来愈重要的角色。然而原始纳米材料仍存在以下问题:吸附能力有限和水中分散性差等。基于上述问题,本论文提出了一种反应温和的多组分反应功能化路线以制备新型的高效吸附材料。本研究工作以镁铝层状双金属氢氧化物(LDH)和多壁碳纳米管(MCNTs)为基体材料,选取了Kabachnik-Fields三组分反应与MALI三组分反应为表面功能化方法,将亚磷酸二乙酯、壳聚糖和对苯乙烯磺酸钠高分子作为修饰物嫁接到原始材料表面,分别制备得到LDH-PDA-DEP、CNTs-CHO-CS、CNTs-CHO-PSPSH三种复合吸附材料。采用EDS,TEM,XPS,FT-IR以及TGA等方法对功能化前后样品的微观形貌、表面官能团与化学元素含量等变化进行了表征;同时,以Cu、亚甲基蓝MB为污染物对象,研究了功能化后的复合材料在不同影响因素条件(吸附时间、溶液pH、初始污染物浓度和溶液温度)下的吸附性能,进一步研究了吸附过程中的吸附等温线、吸附动力学与热力学模型,解释了可能涉及的吸附机理。主要结论如下:(1)通过多巴胺在LDH表面氧化自聚生成的氨基官能团与苯二甲醛、亚磷酸二乙酯、硫脲之间的Kabachnik-Fields三组分反应成功制备出磷酸功能化的LDH-PDA-DEP复合材料。吸附结果表明改性后的LDH对水中铜离子的吸附容量显著提升。随着pH从2增大至11,LDH-PDA-DEP复合材料对Cu的吸附量逐渐增大。拟合结果表明LDH-PDA-DEP对Cu的吸附过程更符合准二级动力学模型和Langmuir等温模型,所得最大单层吸附容量为105.44 mg/g。热力学研究表明水中Cu到LDH-PDA-DEP纳米薄片的吸附是一个放热、自发的过程。(2)通过碳纳米管、糠醛、亚磷酸二乙酯和氨基化的对苯乙烯磺酸钠参与的Kabachnik-Fields反应成功制备出对苯乙烯磺酸钠高分子/碳纳米管复合材料。吸附结果表明,CNTs-CHO-PSPSH复合材料在20 min内即可达到对MB的吸附饱和,平衡时刻吸附量为178.67 mg/g,与原始CNTs相比(37.73 mg/g),吸附量提升了4.7倍。随着pH的增加,CNTs-CHO-PSPSH复合材料对MB的吸附量也逐渐增加。其吸附等温模型遵循Langmuir方程,且在298 K时,CNTs-CHO-PSPSH对MB的吸附最高值为346.88 mg/g。通过热力学分析,CNTs-CHO-PSPSH复合材料对MB的吸附属于自发放热过程。可能的吸附机理为π-π堆积和静电作用力。(3)利用巯基乙酸作为“链接器”,通过一个条件温和的MALI三组分反应成功制备出壳聚糖修饰的碳纳米管。吸附实验表明,CNTs-CHO-CS复合材料对水体中Cu的吸附过程符合准二级动力学模型;Langmuir等温线方程能很好地拟合吸附数据,说明此过程为单分子层吸附,最大吸附容量计算为115.84 mg/g。吸附热力学研究发现CNTs-CHO-CS复合材料吸附水体中Cu是自发且吸热的过程,升高水温促进吸附的正向进行。此外,溶液pH的变化能强烈地影响CNTs-CHO-CS对Cu的吸附,当pH=8时吸附量达到最大。

关键词：层状双金属氢氧化物碳纳米管表面修饰多组分反应吸附

退行性颈脊髓病MRI T2WI髓内高信号评价方法的研究进展

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中国脊柱脊髓杂志 2024年第2期34卷 196-200页

作者：窦一博魏磊鑫黄迟王永立曹鹏海军军医大学第二附属医院骨科上海市200003

退行性颈脊髓病(degenerative cervical myelopathy,DCM)是全球范围内成人发生慢性脊髓神经功能障碍的最主要原因[1、2],包括脊髓型颈椎病(cervical spondylotic myelopathy,CSM)、颈椎后纵韧带骨化症(ossification of posterior longitudinal ligament,OPLL)等。临床上,DCM患者常于磁共振(magnetic resonance imaging,MRI)T2加权像(T2-weighted image,T2WI)上出现髓内高信号(increased signal intensity,ISI)表现,其发生率可高达58%至85%[3]。ISI反映了脊髓组织的水肿、炎症、出血、缺血、坏死及胶质增生等一系列急慢性病理改变[4~7],具有重要的临床意义和科研价值。

关键词：颈椎后纵韧带骨化症脊髓型颈椎病 T2WI 颈脊髓病髓内高信号 T2加权像胶质增生科研价值

土地利用和水环境因子对大型底栖动物次级生产力的影响:以东北地区连环湖为例

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湖泊科学 2024年第3期36卷 846-857页

作者：窦乾明都雪王乐宋聃赵晨黄晓丽王慧博霍堂斌中国水产科学研究院黑龙江水产研究所寒地水域水生生物保护与生态修复重点实验室哈尔滨150070 中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室武汉430072 黑龙江流域渔业生态省野外科学观测研究站哈尔滨150070 农业农村部黑龙江流域渔业生态环境监测中心哈尔滨150070

土地利用和水环境因子是影响湖泊生态系统的关键因素,探究大型底栖动物次级生产力受环境因子的作用机制,可揭示底栖动物栖息地的生态系统与外源环境的关系。为了解土地利用和水环境因子对大型底栖动物次级生产力的影响,2020年对连环湖1... 详细信息

土地利用和水环境因子是影响湖泊生态系统的关键因素,探究大型底栖动物次级生产力受环境因子的作用机制,可揭示底栖动物栖息地的生态系统与外源环境的关系。为了解土地利用和水环境因子对大型底栖动物次级生产力的影响,2020年对连环湖13个主要湖泊的土地利用类型及6、8和10月的大型底栖动物、水环境因子进行调查,共采集到大型底栖动物75种,隶属于3门32科56属,其中优势种属及重要种属以摇蚊幼虫和腹足纲为主,前突摇蚊(Procladius sp.)为第一优势种。主成分分析表明,土地利用及水环境因子具备明显的时空梯度,而大型底栖动物次级生产力也存在明显的时空变化。春季、夏季、秋季次级生产力和P/B值分别为5.65、6.06、4.31 g/(m^(2)·a)和2.74、2.55、2.40 a-1,其中春季次级生产力集中于东北部湖区,龙虎泡集中于湖心区;夏季次级生产力逐渐向各湖区扩散,龙虎泡整体偏低;秋季次级生产力集中于西北部及东南部湖区,龙虎泡集中于东北部湖区。P/B值随季节的推移呈现由东部湖区向西部湖区逐渐递增的趋势,而龙虎泡始终集中于南部湖区。次级生产力和P/B值的结构分析表明,春季次级生产力主要由腹足纲构成,进入夏、秋季后以双壳纲对次级生产力的贡献最高。其中腹足纲、双壳纲、摇蚊幼虫和寡毛纲次级生产力主要集中于北部湖区、东南部湖区、中部湖区和龙虎泡,而甲壳纲仅出现于阿木塔泡。寡毛纲和双壳纲P/B值随季节的推移逐渐降低,摇蚊幼虫和腹足纲P/B值呈先升后降的趋势。通径分析表明,pH、人造地表和叶绿素a是影响年均大型底栖动物次级生产力的关键环境因子。典范对应分析表明,总磷和电导率是影响不同季节大型底栖动物次级生产力的重要环境变量。耕地、人造地表与总磷、电导率和悬浮物呈显著正相关,农业生产和城镇建设的增加是连环湖呈富营养化状态的重要原因,且此现象已对大型底栖动物次级生产力形成威胁。未来应通过控制农业面源污染、秸秆腐熟还田、鼓励粪便施肥、科学规划用地等措施改善连环湖流域的生态环境,以促进大型底栖动物资源合理的开发利用。

关键词：连环湖富营养化次级生产力无脊椎动物人类活动

受限回程链路下无人机辅助MEC的空地能耗折中

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华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 142-148页

作者：李安窦邵婷南昌大学信息工程学院江西南昌330031

针对无人机(UAV)辅助的移动边缘计算(MEC)网络中无人机的能耗和地面用户的能耗的矛盾关系,研究了受限回程链路下的UAV辅助的MEC网络的空地能耗折中问题,同时考虑到无人机的能耗与地面用户的能耗通常相差几个数量级,引入放大因子兼顾地... 详细信息

针对无人机(UAV)辅助的移动边缘计算(MEC)网络中无人机的能耗和地面用户的能耗的矛盾关系,研究了受限回程链路下的UAV辅助的MEC网络的空地能耗折中问题,同时考虑到无人机的能耗与地面用户的能耗通常相差几个数量级,引入放大因子兼顾地面用户能耗.通过联合优化计算任务分配、GUs发射功率、GUs卸载时间和无人机轨迹,以最小化加权总能耗,可以表示空地能耗之间的权衡关系.由于所提出问题的非凸性使其难以优化,提出了一种基于块坐标下降法和连续凸近似技术的两阶段交替迭代优化算法得到该问题的次优解.仿真实验结果验证了所提出的方案在兼顾公平性条件下刻画了无人机能耗和用户能耗之间的折中关系,并在降低总能耗方面优于其他基准方案.

关键词：无人机辅助的移动边缘计算受限回程链路空地能耗折中计算资源分配轨迹优化

壮筋续骨汤内服联合伤科黄水外敷对内固定治疗胫骨平台骨折患者膝关节功能及骨折愈合的影响

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黑龙江医药科学 2024年第3期47卷 63-65页

作者：窦继元郭娇河南大学第一附属医院骨科河南开封475000 河南医药健康技师学院制剂工程系河南开封475000

目的:基于膝关节功能和骨折愈合角度,分析壮筋续骨汤内服结合伤科黄水外敷对内固定治疗胫骨平台骨折患者的影响。方法:纳入河南大学第一附属医院收治的胫骨平台骨折患者74例为研究样本,随机分为两组,各37例。对照组采用伤科黄水外敷,观... 详细信息

目的:基于膝关节功能和骨折愈合角度,分析壮筋续骨汤内服结合伤科黄水外敷对内固定治疗胫骨平台骨折患者的影响。方法:纳入河南大学第一附属医院收治的胫骨平台骨折患者74例为研究样本,随机分为两组,各37例。对照组采用伤科黄水外敷,观察组采用壮筋续骨汤内服联合伤科黄水外敷,比较膝关节功能、中医证候积分、骨折愈合情况以及抗炎效果。结果:治疗后,观察组患者膝关节、平衡功能评分更高,中医证候积分逐项、炎性因子水平低于对照组,组间对比提示统计学差异显著(P<0.05)。观察组骨折愈合时间、最早负重时间短于对照组(P<0.05)。结论:针对内固定手术治疗胫骨平台骨折患者,以壮筋续骨汤联合伤科黄水外敷治疗,患者膝关节功能恢复效果显著,临床症状得到缓解、抗炎效果确切,对促进患者骨折愈合具有积极作用。

关键词：壮筋续骨汤伤科黄水外敷内固定术胫骨平台骨折膝关节功能

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在线自主学习资源系统设计研究

教学与管理 2024年第18期 77-80页

作者：张淑杰高菲窦芪博中国石油大学(华东)外国语学院山东青岛266580

后疫情时代在线学习成为一种学习新常态,从自主学习者角度设计在线学习资源成为一种趋势。运用新伦敦小组提出的设计框架对在线学习资源进行系统设计,包括在线学习资源的可用设计,设计在线学习资源过程及再设计三个维度。可用的在线资... 详细信息

后疫情时代在线学习成为一种学习新常态,从自主学习者角度设计在线学习资源成为一种趋势。运用新伦敦小组提出的设计框架对在线学习资源进行系统设计,包括在线学习资源的可用设计,设计在线学习资源过程及再设计三个维度。可用的在线资源受制于一定历史文化语境及设计情境语境,同时以自主学习者的个体因素为准入条件。设计过程是学习者在可用在线资源基础上进行的,包含建构在线资源语义网络、评估及优化在线学习资源。这些经过设计的学习资源成为再设计资源进入下一次设计过程。整个设计系统体现了学习是一个动态的、不断发展的过程。自主学习者通过在线资源的设计,既丰富了其意义建构潜势,也通过对物质世界的改造产生新的设计资源。

关键词：自主学习在线学习学习资源可用设计资源的再设计

多变量联合模型在隧道通风系统寿命预测中的应用研究

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安全与环境学报 2024年

作者：雷崇冯腾夏继豪钱新博孙言俊姜学鹏李科严斌长沙市轨道交通建设有限责任公司武汉科技大学机械自动化学院中铁第四勘察设计院集团有限公司

为了提高隧道通风系统的智能运维水平，本文将基于数据驱动的联合模型引入到隧道通风系统进行剩余使用寿命(Remaining Useful Life， RUL)预测，即综合失效事件和状态监测数据进行RUL动态预测。针对基于失效事件和状态监测数据融合的RU... 详细信息

为了提高隧道通风系统的智能运维水平，本文将基于数据驱动的联合模型引入到隧道通风系统进行剩余使用寿命(Remaining Useful Life， RUL)预测，即综合失效事件和状态监测数据进行RUL动态预测。针对基于失效事件和状态监测数据融合的RUL预测，目前工业领域主要使用两阶段模型法，该方法是遵循“先退化建模，后失效建模”的步骤。由于隧道通风系统受到地铁工况环境的影响，退化过程和失效事件存在相互影响，本文提出了基于多元变量联合模型，旨在辨识共享随机效应，进而降低退化模型和失效模型估计偏差，提高隧道通风系统RUL动态预测的准确度。基于调研发现，地铁隧道通风系统主要故障模式为风机轴承磨损，本研究主要通过风机轴承磨损失效仿真算例，选用平均绝对误差比较本文的方法与两阶段法、单元联合模型的预测性能。算例研究结果表明，多元联合模型方法能有效辨识出监测状态演变和失效事件的关联关系，降低模型估计的偏差，对于地铁隧道安全运行提供决策支持。

关键词：安全工程隧道通风系统联合模型退化模型失效模型随机效应

新型析出强化镍铁基高温合金GH4650T高温强塑性的优化

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复合材料学报 2024年

作者：王玺同周永莉严靖博刘鹏袁勇窦子濯南艳丽张鹏西安建筑科技大学材料科学与工程学院西安热工研究有限公司清洁低碳热力发电系统集成及运维国家工程研究中心

研究了750 ℃等温时效热处理对固溶态GH4650T在700 ℃拉伸性能及变形断裂机制的影响。实验发现，随着时效时间的延长，合金拉伸强度先升高后降低，而拉伸塑性表现出相反的变化趋势；时效48 h后，合金具有最佳的拉伸强度，而时效5 h后，... 详细信息

研究了750 ℃等温时效热处理对固溶态GH4650T在700 ℃拉伸性能及变形断裂机制的影响。实验发现，随着时效时间的延长，合金拉伸强度先升高后降低，而拉伸塑性表现出相反的变化趋势；时效48 h后，合金具有最佳的拉伸强度，而时效5 h后，合金拉伸伸长率最小。微观组织结构分析表明，时效过程中，γ′相粗化长大动力学遵循Lifshitz-Slyozov-Wagner熟化规律；等温时效过程中，随着γ′相颗粒尺寸的增加，合金主要变形机制由弱耦合位错对切割颗粒转变为强耦合位错对切割颗粒然后转变为Orowan绕过颗粒，而合金断裂的方式由塑性穿晶断裂转变为沿晶断裂然后转变为沿晶加穿晶混合型断裂，并且随着γ′相颗粒尺寸的增加，塑性穿晶断裂的方式越加明显。基于这些实验结果，讨论了合金拉伸性能与变形断裂机制之间的关系。

关键词：镍铁基高温合金 γ′相拉伸变形变形机制断裂机制

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基于通道剪枝的轻量化空气质量检测方法

仪表技术与传感器 2024年第4期 90-94,121页

作者：崔雅博窦小楠王昆刘丽娜开封大学信息工程学院河南省地理信息院郑州大学河南省超算中心

针对传统空气质量检测系统结构复杂、部署困难以及成本较高的问题,利用图卷积网络对大气图像特征进行分析,提出了一种基于通道剪枝的轻量化空气质量检测算法。首先以ResNet50为基础网络训练一个PM 2.5指数检测网络,实现了空气质量初步... 详细信息

针对传统空气质量检测系统结构复杂、部署困难以及成本较高的问题,利用图卷积网络对大气图像特征进行分析,提出了一种基于通道剪枝的轻量化空气质量检测算法。首先以ResNet50为基础网络训练一个PM 2.5指数检测网络,实现了空气质量初步的自动化检测。然后对网络模型中的所有卷积核通道和相关的参数传递进行图节点核权重边建模,以图表示形式输入GCN,并输出针对每个卷积核节点的剪枝重要性判别预测。最后根据GCN结果进行通道剪枝,使用原始数据集对剪枝后模型的参数进行微调,在保持网络检测精准度的情况下,实现网络模型的轻量化。通过对比实验和消融实验验证了提出的检测方法具有较高的检测精度,平均检测误差仅有5.31%,RMSE提升了0.52,R-square仅降低了0.018,解决了网络模型的参数量和计算量过大的问题,网络参数量从4.12×10^(7)降低至2.01×10^(7),FPS从16.78帧/s提升至30.9帧/s,为在便携式终端上实现空气质量检测任务提供了有力的技术支持。

关键词：空气质量检测大气图像通道剪枝卷积核通道图卷积网络网络轻量化