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微纳尺度气液传质强化油品催化加氢反应

化工进展 2024年第1期43卷 19-33页

作者：王立华蔡苏杭江文涛罗倩罗勇陈建峰北京化工大学教育部超重力工程研究中心北京100029

相比于经典的滴流床加氢技术,液相加氢技术由于其一次性投资成本和运行能耗低,受到了企业界和学术界的广泛关注。但如何进一步强化氢油相界面的传质速率来提高液相加氢效率,仍是一个重要的难题。近年来快速发展的微纳尺度气泡或液滴的... 详细信息

相比于经典的滴流床加氢技术,液相加氢技术由于其一次性投资成本和运行能耗低,受到了企业界和学术界的广泛关注。但如何进一步强化氢油相界面的传质速率来提高液相加氢效率,仍是一个重要的难题。近年来快速发展的微纳尺度气泡或液滴的气液传质强化技术有助于油品催化加氢反应。本文以微纳气泡为例,首先总结了微纳气泡特点及产生方式,简述了微纳尺度气液传质强化液相加氢过程可行性判别,回顾了微纳尺度气液传质强化在油品液相加氢工艺中的相关研究及工业应用。最后分析了微纳尺度气液传质强化在油品液相加氢中面临的挑战以及发展方向,即微纳尺度传质与本征反应的匹配、工况条件微纳气泡在反应器中的流动以及含微纳气泡混合物的气液分离等。

关键词：微纳尺度气泡加氢传递过程过程强化

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ZnIn2S4基光催化材料的设计、可控构建及性能强化机制研究

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ZnIn2S4基光催化材料的设计、可控构建及性能强化机制研究

作者：胡译文北京化工大学

学位级别：硕士

传统化石燃料开发和消耗导致的环境污染和能源危机已成为社会发展的重大问题。光催化技术被认为是利用太阳光能进行环境修复的一种实用可行的方法。将污染物光催化降解为无毒物质对于减少水污染从而实现生态修复具有重要意义。近年来,... 详细信息

传统化石燃料开发和消耗导致的环境污染和能源危机已成为社会发展的重大问题。光催化技术被认为是利用太阳光能进行环境修复的一种实用可行的方法。将污染物光催化降解为无毒物质对于减少水污染从而实现生态修复具有重要意义。近年来,三元金属硫化物由于其独特的电子结构和可调控的物化性质,逐渐在光催化领域展现出巨大的潜力。ZnIn2S4作为过渡金属三元硫化物,由于其合适的带隙结构和优异的光稳定性而被广泛用于有效去除水中的污染物。然而ZnIn2S4仍然受制于其自身对氧气的吸附和活化能力差、氧化还原能力有限、电子-空穴复合率高等问题。为此,本文从元素掺杂和异质结构的构筑两个角度对ZnIn2S4进行了设计和可控调变,得到的ZnIn2S4基光催化剂具有优异的光催化活性。通过系统性的实验表征并结合理论计算对ZnIn2S4基催化剂的表/界面化学性质、能带结构、电子结构以及光电化学性能等方面进行了探究,揭示了光催化性能的增强机制。本论文的主要研究内容如下:（1）针对ZnIn2S4单体对O2的活化能力有限,且电荷迁移率较低的问题,采用水热法合成了系列具有强O2吸附能力和高电子转移能力的La掺杂ZnIn2S4光催化剂（Lax-ZIS）,用于含抗生素废水的高效处理。实验和理论计算表明,La部分替代了ZnIn2S4晶格中的Zn,La的掺杂有效地拓宽了ZnIn2S4的吸收范围,使其d带中心上移,实现了HOMO-LUMO的空间分离,提高了Lax-ZIS对O2的吸附和活化能力,增强了光生载流子的分离和传输,从而显著增加了·O2-和h+活性物种的产生。最佳样品La1.37-ZIS对高浓度甲硝唑（MNZ）和盐酸四环素（TCH）的降解效率分别是ZIS的3.44和3.46倍。相关研究工作为光催化剂的合理设计、合成以及其在废水处理的光氧化过程中的有效利用提供了参考。（2）针对ZnIn2S4单体氧化还原能力有限且光生载流子容易复合的问题,采用两步水热法合成了系列Mn0.25Cd0.75S/ZnIn2S4-x（MCS-0.25/ZIS-x）复合材料,通过系统性的实验和理论计算对Mn0.25Cd0.75S和ZnIn2S4接触界面处的内建电场以及S型电荷转移机制进行了探究,并研究其对抗生素废水的降解性能。结果表明,在内建电场和可见光的驱动下,ZnIn2S4导带中的光生电子通过耦合界面与Mn0.25Cd0.75S的价带中的空穴相结合,不仅能够提供丰富的活性位点,同时能够显著提升光生载流子的分离效率,而且ZnIn2S4价带的空穴和Mn0.25Cd0.75S导带中的电子保持了原有的高氧化还原能力,从而生成更多的h+、·O2-活性物质。最佳样品MCS-0.25/ZIS-3对四环素（TC）的降解效率分别是MCS-0.25和ZIS的5.25和4.66倍。相关研究为利用界面工程合理设计具有提高光催化性能的S型异质结光催化剂提供了借鉴和实验支撑。

关键词： ZnIn2S4 元素掺杂异质结构光催化抗生素降解

新型SCP规整填料的流体力学与传质性能研究

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新型SCP规整填料的流体力学与传质性能研究

作者：高聪北京化工大学

学位级别：硕士

规整填料作为化工领域中的关键塔内件,直接影响到传质和分离效果。随着工业生产的不断发展和社会需求的不断增长,对低压降高性能的通用规整填料的需求日益提高。本文在前人的研究基础上,分析了压降贡献机制,开发了一种新型大通量高传质... 详细信息

规整填料作为化工领域中的关键塔内件,直接影响到传质和分离效果。随着工业生产的不断发展和社会需求的不断增长,对低压降高性能的通用规整填料的需求日益提高。本文在前人的研究基础上,分析了压降贡献机制,开发了一种新型大通量高传质性能规整填料,开展了如下研究:1.基于对Delft模型中三类压降贡献的分析,通过减小填料通道开角和在填料两端增设竖直折线导流段的方式增大填料通道当量直径,减少气相内部作用引起的压降,开发了一种新型小通道开角折线导流填料（small channel-opening with polyline packing,SCP）。2.设计制造了不同比表面积的SCP填料,选择空气-水-氧气体系在有机玻璃塔内进行冷模实验,分析了SCP填料和常规Mellapak 500Y填料的性能特性,研究了新型结构对填料的流体力学和传质性能的影响。相比于500Y填料,实验范围内SCP填料的干塔压降平均降低了15.9%,湿塔压降平均降低了16.35%,液泛气速平均提高了6.05%,理论级数平均提高了12.54%。3.结合SCP填料的通道尺寸特征,建立了适用于SCP填料的干塔压降和湿塔压降模型,模型拟合效果良好,干塔压降模型R2>0.99,湿塔压降模型R2>0.96。在Bain-Haugen关联式基础上拟合了SCP填料的液泛气速关联式。与实验值对比,结果表明在液相负荷10.02 m3/（m2·h）至49.98m3/（m2·h）范围内,上述三种模型均能良好地关联SCP填料的流体力学性能实验数据,表明模型在工程实践中可靠性高,能够准确预测SCP填料在设计载点附近的性能,为工程设计和生产提供了理论依据。

关键词： SCP规整填料通道开角流体力学和传质实验压降模型

圆红冬孢酵母自主复制序列分离和利用游离型质粒进行基因敲除

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微生物学报 2024年第3期64卷 882-892页

作者：郭霄史硕博北京化工大学生命科学与技术学院软物质科学与工程高精尖创新中心北京100029

【目的】与整合型表达载体相比,游离型表达载体通常具有更高的拷贝数以实现目标基因的高强度表达,并且对于DNA操作应用更加方便和灵活。然而,目前的研究尚未确定适用于圆红冬孢酵母的游离型质粒,该酵母外源基因的表达或者基于CRISPR/Cas... 详细信息

【目的】与整合型表达载体相比,游离型表达载体通常具有更高的拷贝数以实现目标基因的高强度表达,并且对于DNA操作应用更加方便和灵活。然而,目前的研究尚未确定适用于圆红冬孢酵母的游离型质粒,该酵母外源基因的表达或者基于CRISPR/Cas9的基因组编辑都需要通过整合方式来完成,这也是对其遗传改造进展缓慢的一个重要原因。本研究目的是构建圆红冬孢酵母的游离型质粒,使得其外源基因的表达和基因组编辑更方便省时。【方法】首先对圆红冬孢酵母苯丙氨酸氨裂解酶基因(phenylalanine ammonia-lyase gene,PAL)中可能存在的自主复制序列(autonomously replicating sequences,ARSs)进行挖掘和表征,将该基因及其上下游序列进行分段扩增,构建到带有β-异丙基苹果酸脱氢酶基因(β-isopropyl malate dehydrogenase gene,LEU2)的质粒中,通过电转化的方法导入LEU2基因缺陷的圆红冬孢酵母中,根据转化效率高低鉴定了该酵母的一个ARS。其次,以编码香叶基香叶基焦磷酸合成酶(geranylgeranyl pyrophosphate synthase,GGPPS)的BTS1基因为敲除靶点,将其gRNA构建到基于ARS的游离型质粒中,通过转化子直观的颜色变化来验证该游离型质粒是否成功应用于圆红冬孢酵母的CRISPR/Cas9体系。【结果】本工作鉴定了圆红冬孢酵母的ARS,构建了基于ARS元件的游离型质粒,并将该质粒应用于圆红冬孢酵母CRISPR/Cas9体系,成功实现了基于游离型质粒的基因敲除。【结论】本研究丰富了圆红冬孢酵母现有的工具库,为圆红冬孢酵母的合成生物学应用提供了良好的研究基础和技术支持。

关键词：圆红冬孢酵母自主复制序列游离型质粒

一株耐甲氧西林金黄色葡萄球菌噬菌体的生物学特性与全基因组学分析

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中国生物工程杂志 2024年第8期44卷 36-47页

作者：徐振文肖纪滕李梦哲童贻刚虎淑妍北京化工大学生命科学与技术学院北京100029 北京化工大学北京软物质科学与工程先进创新中心北京100029 庆阳市人民医院庆阳745000

目的:耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(methicillin-resistant Staphylococcus aureus, MRSA)是临床最常见的耐药病原体之一,研究其噬菌体对治疗由多重耐药菌MRSA引起的细菌感染具有重要应用价值。方法:以一株多重耐药菌MRSA38为宿主菌分离新... 详细信息

目的:耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(methicillin-resistant Staphylococcus aureus, MRSA)是临床最常见的耐药病原体之一,研究其噬菌体对治疗由多重耐药菌MRSA引起的细菌感染具有重要应用价值。方法:以一株多重耐药菌MRSA38为宿主菌分离新型噬菌体,分析该噬菌体的生物学特性和全基因组序列,并通过体外试验评价该噬菌体的抑菌效果。结果:从医院污水中分离获取一株能高效裂解MRSA的新型噬菌体,命名为BUCT_X001。透射电子显微镜结果显示BUCT_X001具有正二十面体头部(50 nm)和不可收缩尾部(250 nm)。该噬菌体的生理特性测定结果表明,其最佳感染复数为0.01,潜伏期为15 min,对数生长期为150 min,平均裂解量为54.7 PFU/cell。BUCT_X001具有较强pH稳定性与温度耐受性,在pH 5.0~9.0和温度4~45℃范围内处理后能保持稳定活性。该噬菌体的宿主范围较广,能裂解17株MRSA菌。此外,BUCT_X001的抑菌效果与MOI呈依赖性,即使当MOI仅为0.01时,BUCT_X001仍能在4 h内使培养液OD_(600)值下降到0点附近,并维持效果直到8 h。BUCT_X001的全基因组结果显示,其总长度为42 649 bp, G+C含量为34%,该基因组编码68个开放阅读框。系统发育树结果表明BUCT_X001与Caudoviricetes科Bronfenbrennervirinae亚科噬菌体SAP_1432序列相似度最高,全基因组覆盖率为61%,序列一致性为97.38%。结论:分离出一株可高效裂解MRSA的噬菌体BUCT_X001,该噬菌体对宿主菌具有较强杀伤效果,有望用于预防与治疗由MRSA引起的细菌感染。

关键词：噬菌体耐甲氧西林金黄色葡萄球菌生物学特性全基因组分析

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微速差双转子信号分离方法精度研究

流体机械 2024年第4期52卷 1-6,27页

作者：张梦潘鑫高金吉卢加乔马威龙北京化工大学发动机健康监控及网络化教育部重点实验室北京100029 北京化工大学化工安全教育部工程中心北京100029

针对提取频率相近信号特征的经典算法Zoom-FFT(ZFFT)在分离差频1 Hz以内的微速差信号时,需要足够的数据长度才能达到良好的信号分离效果的问题,为了在不增加数据长度的基础上提高信号频率分辨率,在ZFFT算法的基础上产生了ZFFT+FT算法。... 详细信息

针对提取频率相近信号特征的经典算法Zoom-FFT(ZFFT)在分离差频1 Hz以内的微速差信号时,需要足够的数据长度才能达到良好的信号分离效果的问题,为了在不增加数据长度的基础上提高信号频率分辨率,在ZFFT算法的基础上产生了ZFFT+FT算法。通过LabVIEW软件仿真试验研究了该算法对频率差1 Hz和0.5 Hz的微速差信号提取精度,并与chirp Z transform(CZT)算法、ZFFT算法以及FFT算法的提取精度作了对比,通过提取结果的相对误差及方差来衡量提取精度。在同轴微速差双转子试验台进行现场试验,利用FFT对微速差信号28 s数据集的提取结果与CZT,ZFFT及ZFFT+FT算法对4 s数据集的提取结果作对比,ZFFT+FT与FFT算法的提取结果最大相差0.56 μm,验证了ZFFT+FT的实时性和精确性。结果表明,ZFFT+FT算法能够实时精准提取频率差1 Hz以内的微速差信号。研究结果可为旋转机械微速差信号的提取提供参考。

关键词：微速差双转子 Zoom-FFT ZFFT+FT

基于机器视觉的旋转机械微小振动放大方法实验研究

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机电工程 2024年

作者：赵乐段承杰丁鹏翟立宏张铭光马波北京化工大学机电工程学院北京化工大学高端机械装备健康监控及自愈化北京市重点实验室中广核研究院有限公司中汽研新能源汽车检验中心(天津)有限公司

基于机器视觉的旋转机械微小振动放大过程中，未能将大运动和微小运动分离，导致其放大结果会产生伪影。针对这一问题，提出了一种基于加速度滤波和振幅阈值滤波的微小振动放大方法。首先，采用了复值可操纵金字塔分解图像，将图像信号... 详细信息

基于机器视觉的旋转机械微小振动放大过程中，未能将大运动和微小运动分离，导致其放大结果会产生伪影。针对这一问题，提出了一种基于加速度滤波和振幅阈值滤波的微小振动放大方法。首先，采用了复值可操纵金字塔分解图像，将图像信号转变为局部相位信号和局部幅值信号；然后，采用了加速度滤波算法从局部相位信号中分离出线性大运动信号，采用了振幅阈值滤波算法分离了非线性大运动信号，得到了微小振动信号，并对其进行了放大；最后，对放大信号和局部幅值信号采用复值可操纵金字塔逆变换重构了图像，构建了转子实验台，对所提出方法的有效性进行了验证。研究结果表明：测点在水平和垂直方向上的振动位移幅值均低于0.15 mm，在局部放大图中可以明显分辨出低于5 Hz的转子基频信号，且其余频率成分未被放大。该方法在微小振动放大处理前增加大运动和微小振动分离过程，仅对微小振动进行处理，能够减少大运动对微小振动信号放大产生的干扰，有效改善了微小振动放大结果中的伪影问题。

关键词：机械振动去伪影复值可操纵金字塔加速度滤波振幅阈值滤波图像重构非线性大运动和微小运动分离

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电石渣浮选脱硅制备高品质活性氧化钙工艺

洁净煤技术 2024年第7期30卷 39-46页

作者：张凯旋朱干宇李会泉马伟平张建波孟子衡桂夏辉中国矿业大学国家煤加工与洁净化工程技术研究中心江苏徐州221116 中国矿业大学化工学院江苏徐州221116 中国科学院过程工程研究所中国科学院绿色过程与工程重点实验室战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心北京100190 中国科学院大学化学工程学院北京100049

电石渣循环回用制备高品质活性氧化钙,是实现其高效利用的有效途径之一,但电石渣复杂的组成和较高的硅含量制约了其制备活性氧化钙的产品品质。基于电石渣中硅类杂质分布规律和赋存形态,系统考察了浮选药剂对电石渣中硅的脱除效果,得出... 详细信息

电石渣循环回用制备高品质活性氧化钙,是实现其高效利用的有效途径之一,但电石渣复杂的组成和较高的硅含量制约了其制备活性氧化钙的产品品质。基于电石渣中硅类杂质分布规律和赋存形态,系统考察了浮选药剂对电石渣中硅的脱除效果,得出了适宜电石渣体系的脱硅药剂制度,研究了浮选前后电石渣中的元素组成变化和焙烧后氧化钙产品的性能变化,提出了电石渣浮选脱硅焙烧制备活性氧化钙的工艺路线。结果表明:电石渣中主要成分为氢氧化钙,含有部分二氧化硅和铝硅酸盐等硅类杂质,且颗粒分布较均匀,主要集中在低粒级分布。通过400 g/t六偏磷酸钠和125 g/t十二胺结合的一次反浮选脱硅试验,电石渣中硅类杂质得到有效分离,浮选后的电石渣精矿中硅质量分数由3.14%降至2.85%,且钙回收率达87.9%;浮选分离硅类杂质后的电石渣经900℃焙烧后可完全转化为氧化钙,制备的氧化钙产品中氧化钙质量分数为94.46%,抗压强度由3.17 MPa提升至3.87 MPa,冶金活性由341.6 mL提升至385.5 mL,产品性能有所提升。上述研究可为电石渣循环回用提供参考。

关键词：电石渣资源化利用浮选焙烧活性氧化钙

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2023年中国稀土研究综合评述

中国稀土学报 2024年第3期42卷 381-418页

作者：严纯华黄小卫兰州大学化学化工学院稀有同位素前沿科学中心甘肃省有色金属化学与资源利用重点实验室甘肃兰州730000 北京大学化学与分子工程学院北京分子科学国家研究中心北京大学稀土材料化学及应用国家重点实验室北京100871 中国有研科技集团有限公司稀土国家工程研究中心有研稀土新材料股份有限公司北京100088

稀土新材料作为现代工业和高新技术产业发展的关键基础材料,在未来的产业发展中将面临新的机遇和挑战。本文主要以中国2023年稀土领域研究发展状况为对象,总结归纳了近年来中国稀土光功能材料、催化材料、生物医用材料等10个稀土材料领... 详细信息

稀土新材料作为现代工业和高新技术产业发展的关键基础材料,在未来的产业发展中将面临新的机遇和挑战。本文主要以中国2023年稀土领域研究发展状况为对象,总结归纳了近年来中国稀土光功能材料、催化材料、生物医用材料等10个稀土材料领域以及中国在稀土提取和分离方面取得的研究成果及进展,并对未来发展趋势进行了研判和展望。

关键词：稀土新材料提取分离