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2018年  第50卷  第2期

特约综述
硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的研究进展
江峰, 孙容容, 梁振声, 洪耀武, 吴东平, 汪进婷
2018, 50(2): 1-10. doi: 10.6054/j.jscnun.2018043
摘要:
酸性矿山废水(AMD)带来的重金属污染带来严重环境问题. 要解决此问题,利用硫酸盐还原菌( SRB)对酸性矿山废水进行生物处理是一种具有广阔应用前景同时又存在局限性的技术. 文章综述了SRB应用于酸性矿山废水处理时对各种重金属离子的去除机理、效果与优缺点,同时对SRB法处理AMD的工艺形式和碳源选择等进行了讨论和展望.
物理学与光学工程
具有高品质因子的光子晶体环形腔柔性调控研究
李凌燕, 尹承平, 江浩湘
2018, 50(2): 11-14. doi: 10.6054/j.jscnun.2018044
摘要:
环形腔由于有独特的回音壁模式把光场限制在环形区域内而受到国内外研究小组的关注. 为了进一步提高其对光的约束能力,本文以内环优化的H2环形腔基础上优化柔性调节了第二环,得到品质因子60%的提高. 在调整优化第三环和第四环空气柱到圆环位置时,发现空气柱环形分布结构的囚光作用与光子晶体结构的囚光作用存在竞争关系,环形腔品质因子并没有随着空气环的层数增加而正相关增长.
有限能量Airy光束的自我修复特性研究
刘忠民, 张庆茂
2018, 50(2): 15-19. doi: 10.6054/j.jscnun.2018045
摘要:
对有限能量Airy光束的自我修复特性做了深入研究,给出了畸变有限能量Airy光束的自我修复能力是弱衍射光束与衍射光束的竞争机制新的理论说明。文中采用对比实验、结合数值模拟得到自由传播下不同初始畸变的有限能量Airy光束的场分布演变过程,结果表明:初始光束的主瓣畸变是一个渐近修复过程,畸变越大修复速度越快;而初始光束的旁瓣畸变是一个光束能量波动修复过程,离主瓣越远的旁瓣被遮挡自我修复速度越快。
线性磁场作用下修正的一维铁磁链孤立波
田俊亮, 莫子杰, 陈浩
2018, 50(2): 20-24. doi: 10.6054/j.jscnun.2018046
摘要:
在考虑修正的海森堡模型下,采用扩展行波法研究了在线性磁场作用下,一维铁磁连中的孤波解.结果表明,在将 的变换式展开到更高阶项(包括 项),各项同性的情况下也可求得包络孤子解,同时在增加了线性磁场后,孤子的运动模式发生了改变从一般的匀速运动变成了匀变速运动.并且发现当 趋近于零时,方程返回到只能在各向异性情况下求解的情况.
化学与环境
稀土Eu掺杂ZnO纳米棒的水热合成及其光学性质
郎集会, 孙雨婷, 李香兰, 王佳英, 张哲
2018, 50(2): 25-29. doi: 10.6054/j.jscnun.2018047
摘要:
采用水热法合成了稀土Eu掺杂ZnO纳米棒材料,研究了稀土Eu掺杂浓度对ZnO材料的结构、形貌和光学性能的影响。研究表明,Eu3+成功掺入到ZnO中,材料呈现纳米棒状结构且直径为15-25 nm。Eu的掺杂对ZnO材料的结晶质量和光学性能有明显的影响,随着Eu掺杂浓度的增加,ZnO材料的结晶质量明显下降,认为是杂质Eu的引入导致材料缺陷增加所致,而缺陷的改变引起ZnO材料的Eu3+红色特征发光峰增强。另外,随着Eu掺入到ZnO中,紫外峰峰位发生明显的红移现象,认为与引入新的Eu杂质能级有关。
石墨烯/Cu-MOF锂电池负极材料的制备及电化学性能研究
高国梁, 王德宇, 曾群, 沈彩
2018, 50(2): 30-33. doi: 10.6054/j.jscnun.2018048
摘要:
金属有机骨架化合物是一种由金属离子与有机配体通过配位键或共价键合成的新型的电极材料。然而,其低的电子导电率和严重的不可逆锂存储制约了该材料在锂电池领域的实际应用。石墨烯具有一系列独特属性,如高的导电率、高表面积、化学稳定性,机械强度和柔韧性,多孔结构。通常用来掺杂在电极材料中以提高循环性能和增加电池的容量。在本实验中,我们研究了Cu-MOF掺杂石墨烯(Cu-MOF/RGO)作为锂电负极材料的电化学性能。结果表明,在充放电电流密度为50 mA g-1时,充放电循环50次后,材料的放电比容量可达到520 mAh g-1。同时该材料也显示出较好的倍率性能和较高的库仑效率。由此可以看出Cu-MOF/RGO是一种具有前景的锂离子电池负极材料。
高容量钠离子电池SnSbCo/rGO负极材料
陈晓秋, 汝强, 王朕, 侯贤华, 胡社军
2018, 50(2): 34-37.
摘要:
采用共沉淀法、液氮冷淬工艺和热处理技术制备了高容量钠离子电池SnSbCo/rGO负极复合材料。通过XRD、SEM、TEM、恒流充放电和交流阻抗等测试分析技术对该负极材料进行表征和电化学性能测试。结果表明,在100 mA/g的电流密度下,经50次充放电循环后电极的可逆容量保持在567 mAh/g。同等条件下,纯SnSbCo的电极比容量为456mAh/g。SnSbCo/rGO负极复合材料的电化学性能的改善主要是由于rGO在提高复合材料导电性的同时,缓冲了SnSbCo合金颗粒由于团聚产生的体积膨胀效应。
芳香丙炔缩醛类化合物的合成
周代营, 黄沃林, 王希, 马娟
2018, 50(2): 38-42. doi: 10.6054/j.jscnun.2018049
摘要:
以四氟硼酸银(AgBF4)为催化剂,芳香丙炔醛、醇为原料合成一系列新型芳香丙炔缩醛类化合物. 目标物的结构均通过熔点仪、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H NMR)、核磁共振碳谱(13C NMR)和质谱(MS)等手段进行测定和结构表征. 并在此基础上探讨了合成该类化合物的最佳催化剂及用量,最佳反应温度和时间,同时在最优化的条件下拓展了反应的底物,结果证实含有供电子或吸电子的底物都能兼容该反应体系. 此外,提出了可能的反应机理.
利用蒸汽加压混凝土废料去除废水中的Cd(II)
张圆, 曾丽璇, 李伟杰
2018, 50(2): 43-49. doi: 10.6054/j.jscnun.2018050
摘要:
蒸汽加压混凝土废料(AACW)是一种建材工业的废弃物,主要成分中含钙、铝、铁的氧化物,同时由于材料经过发泡具有较大的比表面积.本文以该废料研磨加工的粉末作为吸附剂,研究了废料对中3mg/L含Cd2+废水的去除效果.通过XRF,SEM,XRD手段探究了AACW的结构和性能,并研究了该材料在不同反应条件下对低浓度Cd2+的吸附性能.结果表明,当投加量为10 g/L,吸附时间为90 min时,Cd2+的去除率可达到97%.吸附反应符合Langmuir方程和拟二级动力学方程,且吸附过程中同时存在着物理吸附和化学吸附的机理.此外,AACW对工业污水中Cu 2+、 Pb2+和Zn2+等其它重金属离子表现出广泛的去除效果. 从建筑行业回收的AACW可以作为一种有应用前景的低成本吸附剂去除水溶液中的有毒重金属.
石墨烯气凝胶对四溴双酚A的吸附研究
张伟文, 刘胜利, 胡勇有
2018, 50(2): 50-56.
摘要:
为了解决石墨烯吸附剂在水中易团聚、流失及难以回收利用的问题,以NaHSO3为还原剂,通过化学还原自组装的方法制备了石墨烯气凝胶吸附剂(S-RGA). 采用SEM和BET对S-RGA和其孔径进行了表征,结果表明S-RGA是具有细密均匀多孔的块状结构体,比表面积达到98.37m2/g,平均孔径为7.48 nm. S-RGA对四溴双酚A(TBBPA)的吸附研究结果表明,S-RGA对TBBPA有较高的吸附容量和较好的重复利用率,在初始TBBPA质量浓度为0.25 mg/L时,随吸附剂的量增加,S-RGA的吸附容量先增加后减少,当吸附剂的量为15 mg/L时,达到最大吸附效率;当溶液pH>7,随着pH的增大,由于S-RGA与TBBPA之间的静电斥力作用,其吸附容量随之减少;S-RGA对 TBBPA的吸附也受离子强度影响,随着离子强度的增大,其吸附容量呈现先减少后增加的趋势. S-RGA对TBBPA吸附过程符合准二级动力学和Freundlich吸附等温线,经过5次循环吸附试验,S-RGA对TBBPA吸附容量仅损失6.83%.
生物学与生物工程
甘薯淀粉加工废水中生化成分回收的新方法研究
李青嵘, 罗嘉玲, 程实, 倪贺, 李海航
2018, 50(2): 57-64.
摘要:
本研究在实验室前期研究的基础上,对甘薯生产淀粉的废水中各生化成分的分离回收方法和工艺进行了系统的研究、改进和优化,开发了一种甘薯可溶性生化成分分离回收的新方法,可简单地从甘薯废水中成功回收多酚氧化酶(PPO)、-淀粉酶、储藏蛋白和小分子物质。通过等电点沉淀(pH 3.8)分离PPO,超滤(10 kDa)浓缩和絮凝沉淀(0.1%海藻酸钠,pH 3.6)回收-淀粉酶,纳滤膜浓缩回收小分子物质,获得了PPO粗酶制剂、-淀粉酶粗酶制剂和小分子物质分离制备的最佳工艺。两种粗酶制剂经50%乙醇沉淀可获得纯化的PPO和-淀粉酶,上清液浓缩干燥获得甘薯储藏蛋白。利用该工艺,可从每公斤甘薯的水溶液中回收PPO 3.2 g(1.2105 U/g,回收率38.7%),-淀粉酶 1.2 g(3.4107 U/g,回收率 97.5%),储藏蛋白 13.6 g,小分子物质 7.2 g。本研究为提高甘薯的开发利用价值、资源综合开发利用和解决甘薯淀粉生产业对环境的污染提供了新的可行途径。
柱层析提取法提取青蒿素的工艺研究
罗嘉玲, 李青嵘, 张雅文, 陈亚飞, 倪贺, 李海航
2018, 50(2): 65-69.
摘要:
青蒿素是抗疟疾的特效药,主要从黄花蒿植物中提取。目前工业上主要用汽油等溶剂加热提取,存在溶剂用量大、能耗高、提取率低和安全性等问题。本研究开发了一种柱层析提取法提取青蒿素的新工艺。将干燥粉碎的黄花蒿植物材料用最少体积的最佳提取溶剂装入层析柱中,待青蒿素充分溶解后,用柱层析洗脱的方法将青蒿素从层析柱中洗脱出来。获得的最佳提取条件为,将植物材料用3.5倍体积(v/w)的石油醚:95%乙醇(2:8)按径高比1:10,装入层析柱中,静置1小时后,用提取溶剂洗脱。少量提取实验和放大提取实验都表明,收集3.5、4.75、7.0和10.5倍体积洗脱液时,青蒿素的提取率分别超过90%、95%、97%和99%。提取液可自动分离成石油醚和乙醇水溶液两相,两种溶剂分别回收和重复利用。结果表明,该提取方法的工艺简单、提取率高、溶剂用量少、节能环保,全过程在室温下、在简单的层析柱中完成,设备和生产成本低,适合工业上提取制备青蒿素。
牡蛎寡肽对免疫低下小鼠模免疫功能的影响
刘淑集, 许旻, 苏永昌, 王茵, 潘南, 乔琨, 刘智禹
2018, 50(2): 70-76.
摘要:
研究牡蛎寡肽对免疫低下小鼠免疫功能的调节作用。采用腹腔注射环磷酰胺(CTX)建立免疫低下小鼠模型,研究不同剂量牡蛎寡肽对小鼠免疫器官脏器指数、脾淋巴细胞转化增殖情况、NK细胞活性、小鼠体液免疫、巨噬细胞吞噬能力、血清TNF-、IL-6和溶血素水平的影响。结果显示,与免疫抑制模型组小鼠相比,牡蛎寡肽能够显著提高脾淋巴细胞增殖能力、NK细胞活性、廓清指数K、吞噬指数a、吞噬中性红能力、TNF-、IL-6、溶血素水平和脾淋巴细胞CD3+4T淋巴细胞亚群及CD3+8T淋巴细胞亚群分布(P0.05),而对小鼠的肝、脾脏指数影响不显著。结果表明牡蛎寡肽能够提高由CTX引起的免疫低下模型小鼠的细胞免疫、体液免疫及非特异性免疫功能,对小鼠的免疫功能具有正面调控的作用。
地理科学与技术
基于地学信息图谱的珠海淇澳岛土地利用格局分析
马姣娇, 牛安逸, 徐颂军, 陈志云
2018, 50(2): 77-85.
摘要:
利用珠海淇澳岛1996、2003、2009、2013年4期高分遥感影像数据,通过遥感解译得到19962013年土地利用的基本情况,运用GIS技术及地学信息图谱基本理论,合成3个时段土地利用格局变化图谱,了解该区土地利用变化时空分布格局. 研究结果表明淇澳岛在19962013年的土地利用发生显著变化:(1)从总体变化趋势来看,在19962013年,林地、建筑面积都有所增加,新增面积最大图谱单元是林地,面积为492.3 hm2,主要来源于滩涂与海域,集中分布在岛屿西北角红树林自然保护区;其次是建设用地,面积达143.38 hm2,主要来源于裸地与灌木林地. 研究区域范围内海域、滩涂与裸地呈减少趋势,海域主要转换为滩涂,滩涂主要转化为林地,裸地主要转向建筑用地,坑塘水域变化起伏. (2)从格局变化的空间分布上看,虽稳定型占据主体地位,但岛屿西北角红树林区存在极大不稳定性. (3)从格局变化的时间分布上看,土地变化模式具有明显的阶段性,土地利用变化主要集中在19962009年,20092013年的用地格局趋于稳定.
基于史料记载的1470~1949年广东沿海地区台风活动历史重建与分析
李晴, 薛积彬
2018, 50(2): 86-93.
摘要:
根据史料文献记载,并结合现代台风活动特征,对历史时期(公元14701949年)广东沿海地区的台风活动进行了重建,采用相关性分析和交叉小波分析方法探讨了历史时期的台风活动、北半球平均气温以及太平洋年代际震荡(Pacific Decadal Oscillation, PDO)相互之间的关系. 研究结果显示: (1)重建的历史时期台风活动年均频次与现代台风活动统计结果比较接近,二者在登陆区域上的分布比例也基本一致; (2)近500年来北半球平均气温与影响广东沿海地区的台风活动频次之间存在较为显著的正相关性,特别是在PDO暖位相时期二者之间的正相关性显著提高,这在一定程度上意味着在当前全球变暖背景下影响广东沿海地区的台风活动频次有可能增多.
数学与应用数学
具有收获率的脉冲竞争模型的4个正概周期解
姚晓洁, 秦发金
2018, 50(2): 94-99.
摘要:
研究了一类具有时滞和收获率的脉冲Plankton Allelopathy模型的正概周期解. 在一些假设条件下,对其解的先验界的情形进行了细致分析,给出了4种可能情形,得到了此模型存在4个正概周期解,补充和完善了已有的相关结果.
一类带有双临界指数双调和椭圆方程的非平凡解
张玉灵, 曹万林
2018, 50(2): 100-104.
摘要:
研究了一类带有双临界指数双调和椭圆方程,利用变分法及嵌入映射 的达到函数,找到满足局部Palais-Smale(简称 )条件的序列 ,通过较精密的计算,得到该序列收敛到方程的非平凡弱解.
具有反应扩散项和脉冲的随机模糊Cohen-Grossberg神经网络的指数同步
蒲浩
2018, 50(2): 105-111.
摘要:
研究了具有随机扰动项和反应扩散效应的脉冲模糊Cohen-Grossberg型神经网络的指数同步问题: 通过李雅普诺夫泛函理论、随机微分方程理论、${\rm It\hat{o}^{'}}$公式和不等式方法, 基于$p-$范数下得到了该神经网络模型指数同步的新的充分条件, 并发现随机扰动项的存在对该神经网络模型同步有抑制作用,而反应扩散项的存在对该神经网络模型同步有促进作用.
复修正KdV方程的多辛整体保能量方法
闫静叶, 孙建强
2018, 50(2): 112-115.
摘要:
基于二阶平均向量场方法和拟谱方法, 构造了具有多辛结构的复修正KdV方程新的数值格式,证明了该格式能保方程离散的整体能量守恒特性,并利用该格式在不同初始条件下数值模拟复修正KdV方程孤立波的演化行为及分析格式的保能量守恒特性. 数值实验表明:新的数值格式具有精确保持离散整体能量守恒的性质.
计算机科学与软件工程
基于物联网架构的电子小票服务系统的设计与实现
黄鑫, 吴跃前, 朱衡德
2018, 50(2): 116-123.
摘要:
为了解决传统纸质小票浪费资源、危害健康和易褪色的缺点,基于物联网架构,建立了一个电子小票服务系统的感知层、网络层和应用层,实现了购物小票的电子化:(1)在感知层,开发了一款小票智能硬件及其驱动程序. 小票智能硬件采用STM32作为主控芯片. 在通用打印机驱动程序的框架下添加相关的文本说明文件、用户界面插件和渲染插件从而开发出小票硬件驱动程序. 收银机安装好驱动程序后,小票智能硬件便可以采集小票信息并传输到网络层. (2)网络层提供小票数据传输、处理、存储、设备管理、商家管理、会员管理等基础服务. (3)应用层的小票服务通过微信公众平台为顾客提供小票实时推送、历史小票查询和会员积分查询等服务;应用层的数据服务可以向线下商家提供可视化经营数据管理、用户精准推荐、区域畅销品排名等服务. 该电子小票服务系统符合构建资源节约型和环境友好型社会的目标,能够实现电子小票的智能化应用,促进线下零售业转型升级.
基于概率模型检测的微电网的形式化验证
孙春竹, 杨晋吉
2018, 50(2): 124-128.
摘要:
通过概率模型检测的方法对微电网电源系统建立离散时间马尔可夫链模型,在系统后续的状态迁移中加入了故障率,类比云平台弹性计算功能,添加了另一个分布式电源,并验证其对系统进程的影响,用概率计算树逻辑对微电网电源系统进行描述,并对系统的负荷成本、经济成本以及状态迁移数进行定量分析. 验证结果表明:分布式电源间故障率对系统的收益和消耗有不同程度的影响,加上云平台的弹性计算思想在微电网上的灵活运用,可以提高微电网的性能以及生产效益,对实际生产和运用有极大的借鉴意义.