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2018, 39(1):1-8. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx01001
摘要:为探寻用于超疏水表面制备的仿生原型,测试了八宝景天(Hylotelephium erythrostictum)叶片表面对水滴的润湿性, 采用扫描电镜和三维形貌干涉仪对叶片表面微形貌结构进行观测并提取特征参数,基于Wenzel方程和Cassie-Baxter方程构建模型用以分析叶片表面的疏水机理。结果表明:润湿性随叶片类型的不同而呈现差异,其中新鲜幼叶正、反表面的接触角分别为(147.25 ± 3.79)°和 (137.46 ± 4.03)°,新鲜幼叶反面的接触角高达152.54°;叶片表面由排列连续致密且呈椭球形的凸包和交错排列成网状且形貌不规则但可辨别轮廓的蜡质晶体构成,不同类型叶片表面的凸包形貌呈现显著差异但蜡质晶体形貌未有明显区别;幼叶正、反表面的凸包具有相似的高度但分布密度和投影面积显著不同,蜡质晶体层的高度和面积比未有明显差异;微米级凸包和纳米级蜡质晶体的协同作用使叶片表面呈现疏水特性且蜡质晶体发挥关键作用。基于Cassie-Baxter方程构建的模型能够有效揭示叶片表面的疏水机理,并可为超疏水表面的仿生制备提供理论支持。
2018, 39(1):9-16. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx01002
摘要:现有的压电俘能器大多是针对某一较窄频率范围内的振动情况而设计,但周围环境的频率范围非常宽泛且随时可能发生变化,导致一般俘能器很难实现能量俘获或俘能效率低,为了解决这一问题,设计了一种新的T型压电悬臂梁作为俘能装置。从结构设计和电路设计2方面出发,进行了静力学分析、模态分析和谐振分析,得出压电结构装置的固有频率和激振力频率等响应,对新型的主动式俘能电路进行设计,计算电路的功率损耗以及元器件损耗量。通过对主动式俘能电路进行计算仿真验证,以及对主动技术和被动技术进行对比分析,得到主动技术所获得的最大功率是被动技术的5倍。由此可知,运用电压控制型主动边界控制方法进行接口电路设计,主动利用每个压电换能周期中触发的电学边界条件,可有效增加输入压电俘能器的机械能,进而增大输出的电能。该研究创新了利用压电材料主动俘能的方式,对压电俘能的发展有积极的促进作用。
2018, 39(1):17-23. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx01003
摘要:新能源汽车产业化是推动汽车产业可持续发展的重要途径,是解决当前能源短缺与环境问题的关键举措。电动汽车作为新能源汽车的重要发展方向,将在未来汽车产业竞争中起到至关重要的作用,其中尤以轮毂驱动方式的电动汽车最为突出。轴向磁通永磁无刷电机以其结构紧凑、功率密度高、工作噪声低以及散热性能好等优点逐渐成为轮毂驱动装置的优选对象。在对AFPM电机技术研究现状进行阐述的基础上,着重分析了AFPM电机在轮毂驱动方面的工程应用及存在的技术问题,尤其是AFPM电机与其他系统的匹配和在高负荷工况下的散热技术问题,并对其在未来汽车行业发展中将起到的关键作用进行了展望。研究结果对AFPM电机在新能源汽车领域的技术应用具有一定的参考价值。
2018, 39(1):24-34. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx01004
摘要:为了研究溶解氧含量对Fe基换热表面腐蚀行为的影响机理,根据第一性原理,对O2单分子、H2O单分子和溶氧水体系在Fe基换热表面的吸附进行了研究,采用GGA/PBE,近似计算吸附过程中的吸附能量、态密度及布居数变化。计算结果表明:含氧水溶液中溶液与Fe基表面存在表面吸附,水分子趋向于顶位吸附,氧分子趋向于Griffiths吸附;H2O分子在Fe(001)表面吸附而相互作用时,引起了界面双电层电荷分布的变化,使Fe原子失去电子带正电,导致表面电位发生变化;O2分子在Fe(001)晶面吸附时,促使Fe(001)表面原子失去电子,表面电位增加,O2分子与表面Fe原子易于发生电子转移,其中O原子的2p轨道对于O2分子在Fe(001)晶面的吸附起主要作用;随着溶氧水体系中O2分子所占比例的增大,吸附能的绝对值也随之增加,Fe基换热表面相互作用更强。研究探明了不同溶氧量对Fe基换热表面腐蚀的影响规律,为实验研究金属基体腐蚀机理提供了理论参考。
孙雁霞 , 时羽杰 , 罗 倩 , 唐 媛 , 田计均 , 邬晓勇
2018, 39(1):35-41. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx01005
摘要:为研究二元双水相体系对欧李种仁清蛋白和球蛋白的萃取条件,采用(乙醇+丙酮)(二者体积比为1∶2)/硫酸铵构成的二元双水相体系,对欧李种仁的清蛋白和球蛋白分别进行萃取,通过比较2种蛋白在此二元双水相体系中的分配系数、回收率等特性,最终确定欧李种仁清蛋白和球蛋白的最佳萃取条件。实验结果表明:当二元双水相体系组成为27.5%(乙醇+丙酮)(二者体积比为1∶2)和26%硫酸铵时,清蛋白的分配系数最小,萃取率达到最大;当二元体系组成为17.5%(乙醇+丙酮)(二者体积比为1∶2)和24%硫酸铵时,球蛋白的分配系数最小,萃取率达到最大。二元双水相体系为分离清蛋白与球蛋白提供了新的途径,在植物来源的清蛋白与球蛋白提取中具有良好的应用前景。
2018, 39(1):42-48. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx01006
摘要:为了提高阿戈美拉汀的反应收率和产品纯度,对其合成方法进行了研究。以苯甲醚与丁二酸酐为起始原料,经过傅克酰基化、催化加氢还原、环合、克脑文盖尔缩合、芳构化、NaBH4/NiCl2·6H2O还原、酰化合成阿戈美拉汀,对反应条件和参数进行了优化和改进。结果表明:以催化加氢还原代替传统的黄鸣龙还原或克莱门森还原,以无水乙醇为溶剂,Pd/C用量为20%,压力为1 MPa,温度为35 ℃,收率可达86.8%;克脑文盖尔缩合反应中,以苄胺/甲酸为催化剂,n(7-甲氧基-1-萘满酮)∶n(氰乙酸)∶n(苄胺)∶n(甲酸)=1∶1.8∶0.3∶0.3,转化率可达95.6%;NaBH4/NiCl2·6H2O还原反应中,加入Boc酸酐,对还原氨基进行保护,减少了副产物的生成,收率达72.5%。在此优化条件下,反应总收率为26%,纯度为99.79%,目标化合物的结构经1H-NMR和13C-NMR确证。催化加氢还原法工艺路线绿色环保,反应条件温和,后处理简便,为提高阿戈美拉汀的反应收率和产品纯度提供了理论参考。
李丽丽 , 田海伟 , 李 晋 , 张 赞 , 冯玉蓉 , 哈 婧
2018, 39(1):49-55. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx01007
摘要:为完善安神宝颗粒的质量控制标准,采用高效液相色谱法同时测定安神宝颗粒中酸枣仁皂A、东莨菪内酯、槲皮素3种有效成分,采用Agilent Zorbox SB C18色谱柱(4.6 mm×150 mm,5 μm)及蒸发光散射检测器,柱温35 ℃,流动相为甲醇-0.5%的冰醋酸水溶液,梯度洗脱,流速为1.0 mL/min,进样量10 μL。结果表明,在该色谱条件下,3种有效成分均完全分离,峰面积对数与进样量对数呈良好的线性关系(r=0.995 6~0.998 0);精密度、重复性、稳定性试验结果符合要求,各被测组分的平均回收率在94.74%~96.08%之间。液相色谱法操作简单,准确度、灵敏度高,可用于检测安神宝颗粒中的有效成分,对完善安神宝颗粒质量标准,提升药品的质量控制水平具有实际意义。
靳薛凯 , 冯素敏 , 邵立荣 , 边永欢 , 宋振扬 , 秦晓玲
2018, 39(1):56-64. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx01008
摘要:为了探索天然片沸石对高氨氮废水的吸附机理及最佳再生方法,选取河北省天然片沸石为研究对象,采用单因素试验法,通过吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学进行研究。结果表明,在温度25 ℃下,粒径为50~600 μm,氨氮质量浓度为500 mg/L时,准二级动力学方程更能准确地描述片沸石对氨氮的吸附过程,颗粒内扩散和液膜扩散在吸附过程中占主导地位;当温度为45 ℃,片沸石的饱和吸附量为7.81 mg/g,吸附等温试验较符合Freundlich模型。吉布斯自由能ΔG<0,吸附是自发的吸热反应,适当升高温度可提高片沸石的吸附量。对饱和片沸石的最佳再生溶剂为0.1 mol/L的NaCl溶液,解吸率为79%,且可多次洗脱再生。研究结果有助于进一步提高片沸石在氨氮废水处理中的经济效益和环境价值,使得沸石在工业废水处理中的应用前景更加广阔。
孙 宝 , 张 赛 , 杜静文 , 郝彦忠 , 裴 娟 , 李英品
2018, 39(1):65-72. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx01009
摘要:为了增加光电极光生电子传输通道并提高其光敏剂的负载能力,采用两步水热法制备了一种新颖的TiO2-ZnO纳米棒分级结构。采用水热法在FTO导电玻璃基底上生长TiO2纳米棒有序阵列膜,通过浸泡提拉在TiO2纳米棒上包覆一层ZnO溶胶,经烧结形成ZnO种子层;再次采用水热法于TiO2纳米棒上生长ZnO纳米棒,形成TiO2-ZnO纳米棒分级结构,通过旋涂辅助连续离子反应分别在TiO2纳米棒阵列和TiO2-ZnO纳米棒分级结构中沉积光敏剂CdS纳米晶,形成CdS/TiO2纳米棒复合膜和CdS/TiO2-ZnO纳米分级结构复合膜。利用SEM,TEM,XRD、紫外-可见吸收光谱、瞬态光电流图谱等表征和测试手段,对样品的形貌、结构、光吸收和光电性能进行了表征和测试。结果表明,与单纯的TiO2纳米棒阵列相比,TiO2-ZnO分级结构可以沉积更多的CdS光敏剂,CdS/TiO2-ZnO纳米分级结构复合膜的光吸收性能和瞬态光电流均明显优于CdS/TiO2纳米复合薄膜。凭借优异的光电性能,TiO2-ZnO分级结构在太阳电池光阳极材料中具有很好的应用前景。
李俊江 , 宋圆圆 , 刘雁滨 , 郭延凯 , 张伟宏 , 赵 蕊 , 廉 静
2018, 39(1):73-83. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx01010
摘要:针对微生物还原亚硒酸盐过程普遍存在的时间较长的问题,考察了4种水溶性醌类介体(α-AQS,AQS,1,5-AQDS和AQDS)对奥奈达希瓦氏菌(Shewanella oneidensis MR-1)还原亚硒酸盐过程的加速作用,通过单因素试验优化了培养条件,对硒纳米颗粒的Zeta电位和粒径进行了表征。结果表明,4种醌类介体都加速了亚硒酸盐的还原,其中,AQDS的加速效果最显著;在pH值为8.0,温度为30 ℃,AQDS浓度为0.2 mmol/L条件下,48 h时亚硒酸盐的转化率达到100%;加入AQDS后会生成更大尺寸的硒纳米颗粒,并可能使硒纳米颗粒表面包裹的有机物质成分及含量发生改变。研究结果为Shewanella oneidensis MR-1修复亚硒酸盐污染的实际应用提供了理论依据。
周玉文 , 娄富豪 , 刘子龙 , 杨伟明 , 刘 原 , 吴献平 , 王中昌
2018, 39(1):84-90. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx01011
摘要:为了全面客观评估城市排水管网的排水能力、预防城市内涝灾害的发生,基于EPA SWMM与ArcEngine技术,结合等流时线法与水量平衡原理,开发了城市内涝风险分析模型系统(USRAMS)。阐述了USRAMS的原理与功能,说明了利用USRAMS进行管网排水能力评估与内涝风险分析的方法,并验证了USRAMS的适用性;对沧州市进行了现状管网排水能力评估和城市内涝风险分析,以主题图的形式准确直观地表达了瓶颈管段位置以及城市内涝风险的分布情况。实例证明,USRAMS地表产汇流模块只需径流系数与汇水时间2个参数,较好地适应了中国当前情况,二维地表淹水模拟采用水量平衡原理,计算稳定、快速,其模型结果可为城市内涝防治与雨水管网系统的规划改造提供一定参考。