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关键词： 共价有机框架(COFs)   席夫碱聚合物   电化学传感器   环境监测   药物检测  

摘要： 基于具有电子受体性质的席夫碱配体可作为离子和电极之间的电荷转移交换媒介的原因,本着提升电化学传感器的综合性能,本项工作主要采用席夫碱和金属纳米粒子制备了化学改性电极,极为有效地提高了传感器的选择性和灵敏度。本文首先对COFs材料进行简要概述,对COFs材料的主要合成方法、修饰改性手段以及实际应用领域进行调研分析。后续对COFs在电化学传感器领域的主要应用研究进行了阐述,在此基础上开展如下的工作:(1)以2,3,6,7-四(4-甲酰基苯基)四氮杂环戊烯(TTF)和5,10,15,20-四(对氨基苯基)卟啉锌(II)(TPZ)为构建模块制备的TT-COF(Zn)材料被直接设计为电极改性材料,用于灵敏和选择性地测定I和Hg。值得注意的是,TT-COF(Zn)的二硫醚-硫催化位点和吡咯-氮催化位点由于其固有的电催化氧化活性,以及卟啉中心Zn与I之间的协同配位效应,能够有效催化卤离子,并使其成为I电化学定量的敏感传感平台。DFT计算结果表明,TT-COF(Zn)/GCE对I具有最佳的催化性能。得到了I的线性范围为0.02-15 m M,LOD为3.15μM。对Hg检测线性范围为0.5-100μM,LOD为0.115μM。所提出的传感器在测定真实河流样品中的I和Hg时也表现良好。这项工作不仅提供了一种有效测定I和Hg的简单方法,而且为电化学传感应用的COFs的战略设计和合成铺平了道路。(2)我们通过将预金属化的5,10,15,20-四(对氨基苯基)卟啉铜(II)(TPC)和2,3,6,7-四(4-甲酰基苯基)四氮杂环戊烯配体缩合,成功合成了一种新型的单位铜基共价有机框架,设计合成了一种晶体铜基COF,其独特的单点电催化剂有着多孔通道结构,对没食子酸(GA)表现出巨大的优势和高催化活性,在方波伏安法(SWV)的最佳条件下,所得线性范围为0.01-1000μM,LOD为2.81 n M。此外,采用该方法成功地检测了真实茶叶样品中的GA,且回收率良好。该新型传感器可以为基于COF的晶体材料在其他生活分析物的定量方面的传感提供思路。(3)合理设计席夫碱结构COFs可以提高对特定药物分子的选择性,成为增强电极电化学响应的优良载体。我们尝试使用以5,10,15,20-四(对氨基苯基)卟啉镍(II)(TPN)和2,3,6,7-四(4-甲酰基苯基)四氮杂环戊烯(TTF)合成席夫碱的形式,提升该材料作为电子受体在电极表面扮演联结离子和电极之间的电子进行交换和传递角色的能力。此次合成的TTCOF(Ni)材料表面的褶皱矩形片阵结构具有优势,有效地提升了材料自身的比表面积,以促进对乙酰氨基酚(ACOP)在电极表面区域传质、反应,因而TTCOF(Ni)/GCE对ACOP具有最佳的催化性能,抗干扰能力较为优秀,很好地应用于实际样品。最终我们得到ACOP的线性范围为1-1500μM,LOD为47.6 n M,这将为COFs材料应用于食品药品传感器提供一种可能的选择性。

关键词： 课程思政   工程制图   教学改革  

摘要： 新时代背景下，课程思政是中国特色社会主义高等教育的创新要求。如何将思政内容融入专业课程教学当中，实现立德树人的教学目标，是当前教育改革的重要内容。本文以《工程制图》课程为例，提出了课程建设的方案，从改革意义、改革思路、教学方法、考核方式等方面构建专业课程思政教育创新教学模式，实现专业知识、实践技能、综合素养全方位育人，达到适应时代发展和社会需求的人才培养目标。

摘要： 近日，烟台市生活固废循环经济园区PPP项目发布预中标公告，中国环境保护产业协会常务理事单位上海康恒环境股份有限公司、毅康科技有限公司、山东淄建集团有限公司、康恒控股有限公司联合体预中标该项目，生活垃圾处理服务费为115元/吨。

关键词： 大学校园固体废物(USW)   气化   氢气   蛋壳催化剂   响应面法   人工神经网络模型  

摘要： 机构固体废物（Institutional solid waste）因在垃圾产生源便进行了系统地分类,故在成分上与一般城市固体废物、家庭固体废物存在着差异,其中比较有代表性的便是大学校园固体废物（University solid waste,以下简称USW）。氢气（H2）作为一种清洁、环境友好、高热值能源（能量密度为122 MJ/kg）,在世界范围内被广泛的研究关注。因此,本文主要通过不同的实验装置、模型验证、添加材料（如催化剂）等手段对大学校园固体废物气化制备富氢燃气工艺进行优化。 本文期望通过气化定向产氢技术优化,为大学校园固体废物提供一种经济性的解决方法。选取天津大学（TJU）校园垃圾作为研究对象,收集一定时期内不同时间段的垃圾组成信息。基于收集USW的成分差异性,将其易燃组分分为五类:硬塑料（Hard Plastic-HP）、废纸（Paper）、软塑料（Soft Plastic-SP）、生物质（Biomass-BM）、橡胶（Rubber-RB）,质量占比分别为51%、29%、9%、4%、3%。借助基于热重耦合质谱（TGA-MS）分析的空气辅助气化实验,硬塑料具有较高的热解活性以及较高的氢气产率。对于混合物而言,较低的加热速率也能获得较高的热转化率和富H2合成气。动力学参数采用FWO模型,当转化率为0.2、0.5和0.8时,活化能（Ea）分别为45.38、61.20和97.22 k J/mol,回归系数（R2）分别为0.915、0.932和0.884。 采用响应面法（RSM）在管式间歇反应器中进行了USW气化实验。USW气化结果表明,氢气产量较高（45.79 mol%）,焦油产率较低（<6.80 wt.%）,燃气中H2/CO摩尔比为1.78,H2+CO摩尔分数为72.78%,低位热值（LHV）为9.96 MJ/Nm3,H2产率为13.83 mol/kgUSW,证明USW是一种良好工业燃料制备富氢燃气。统计参数的结果吻合良好,回归系数（R2）为0.996,p值为0.000000,置信区间为95%。 为寻求最优、最经济的制氢方法,利用废蛋壳（ESW）制备的Ca O催化剂开展USW的催化气化。当反应温度为950℃,催化剂负载量为40 wt%,升温速率为5℃/min时,气化燃气中H2/CO达2.49,H2浓度最高为51.27mol%。应用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和Brunauer-Emmett-Teller（BET）技术表征了催化剂的结构。CCD模型显示,通过回归值验证的统计参数之间存在强烈的相互作用。回归系数、p值和F值分别为0.990（接近1）、0.000005（小于0.05）和433.44（更高）。 应用JMP Pro软件对MINITAB软件设计的25次实验结果进行了分析,建立了人工神经网络模型。模型表明,各实验参数有利于获得较高的产氢率。从各输入参数来看,反应温度的升高主导了反应过程,当反应温度为750～850℃时,H2浓度可达42.11 mol%。通过焦油的GC/MS分析表明,芳香烃是其中最主要的化合物类型（包含17种化合物）,其次是多环芳烃、单环芳烃、脂肪族、芳香杂环、多环和芳香酮。 基于废蛋壳衍生CaO催化剂的大学校园固体废物气化是制备高品质富氢燃气的有效地、经济性的方法,制备的燃气可通过费托合成进一步制备车用液体燃料。与USW的焚烧技术相比,本文提出的气化制氢工艺路线兼顾环境效益与经济效益,不仅制备含氢量高的燃气（51%）,实现了USW的资源化、能源化利用,同时还避免了USW的露天焚烧、垃圾填埋处理处置方式可能产生的二氧化碳排放和其他环境污染风险。清洁的氢能回收,热值最高可达9.52-14.58MJ/Nm3,有诸多优势,如避免环境污染、近零排放。因此,USW气化产物可以在循环经济和可持续发展目标中发挥重要作用。它可以与联合循环涡轮机、往复式发动机和潜在的燃料电池中集成,这些燃料电池的能量回收潜力为64.27千瓦/吨天。

关键词： 环境监测   数据融合   NB-IoT   煤化工   物联网  

摘要： 在化工生产过程中,可能因原材料暴露、设备操作不当等因素而产生一些有害气体,从而对化工生产产生巨大安全隐患。因此,实时监测化工环境对于确保安全生产具有重要意义。现有的化工环境监测系统偏向大型化和有线化,并没有充分使用新兴的物联网技术。由于煤炭化工在化工领域中占据重要地位,因此本文基于窄带物联网（NB-IoT:Narrowband Internet of Things）技术,研究了面向煤炭化工环境远程监测的相关关键技术。基于对基于NB-IoT的煤化工环境监测系统架构的分析,确定了三项主要的关键技术,依次为感知层中的传感器节点研发、应用层中的数据可视化设计以及数据融合算法。首先,在分析近几十年化工事故原因和煤化工原料危害的基础上,根据化工环境监测的相关标准,针对煤化工环境中的主要参数,选择了适宜的传感器件。使用型号依次为SHT30、MQ-7、MQ-137、MQ-136的传感器元件感知煤炭化工环境中的空气温湿度、CO气体浓度、NH气体浓度、HS气体浓度。选择型号为STM32F03RCT6的单片机作为传感器节点的核心控制器,并设计了物联网感知层中的传感器节点。通过IIC接口、异步串口、ADC接口等实现了环境监测数据的读取。其次,在数据可视化方面,采用了网页端和手机端之间的双端界面数据互通方法。在网页端,借助One NET物联网云平台自身可视化模块,对数据进行直观显示、折线图方式显示以及查看历史数据等功能。在手机端,通过链接URL,提供IP、产品ID和设备ID以获取所上传的环境参数数据信息。最后,在多传感器数据融合方面,采用一个两级融合模型对传感器节点所采集的环境参数数据进行处理,由此生成安全评估系数。第一级融合的功能是完成数据的预处理。首先,采用改进的3σ原则剔除数据异常值,然后采用一阶卡尔曼滤波以提高数据测量精度。在第二级融合中,采用BP神经网络实现对一级融合数据作进一步的融合与分析,以实现对煤化工企业内空气质量的综合评判。经系统测试分析,该系统无线传感节点能够准确获得化工环境参数数据。经过数据预处理,可以有效减少无效数据,并提升传感器精度。经过数据融合,能够有效实现对环境质量的评判。

关键词： 球形孢子丝菌   卵黄抗体   免疫磁分离   环介导等温扩增   环境监测  

摘要： 球形孢子丝菌是引起孢子丝菌病的主要致病菌,该菌在环境中广泛存在,主要以菌丝体的形式腐生于土壤或植物中,对从事农业或林业工作的农民、园丁等职业人群的健康造成较大威胁。因此,快速、准确检测环境中存在的球形孢子丝菌,对于监控病原菌分布、控制疾病蔓延、明确传播方式、保护高危人群和避免暴发流行具有重要意义。目前,球形孢子丝菌的检测主要在实验室内进行,常见方法为分离培养法和生化鉴定法,这些方法往往存在灵敏度低、特异性差、耗时较长等局限性。因此,建立一种灵敏度高、特异性好、便捷高效的球形孢子丝菌检测方法十分必要。研究目的:本课题旨在利用卵黄抗体(IgY)、免疫磁分离与环介导等温扩增技术(LAMP)建立一种快速检测环境中球形孢子丝菌的新方法,并对该方法的灵敏度、特异性和稳定性进行系统评价,为环境中病原体检测提供一定的理论和技术支撑。研究方法:***的制备与鉴定收集球形孢子丝菌孢子悬液,制备两种不同抗原:甲醛灭活抗原和超声破碎抗原;将弗式佐剂与抗原等比例混合制备疫苗,免疫无特定病原体级别(SPF级)和普通级别的高产蛋鸡,收集免疫前后的鸡蛋;采用聚乙二醇沉淀法提取IgY;利用BCA蛋白定量试剂盒测定提取物的蛋白质浓度;优化并建立间接酶联免疫吸附试验(间接ELISA)来测定IgY效价,验证IgY特异性,采用聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)鉴定IgY分子量。2.免疫磁珠的制备、优化与评价采用直接偶联法,以1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)为活化剂,将羧基修饰磁珠与抗球形孢子丝菌IgY结合,制备免疫磁珠;对免疫磁珠用量进行系统优化,达到最佳富集效率。***方法的建立与优化查阅数据库检索球形孢子丝菌特异性保守基因,设计筛选LAMP引物;利用白色念珠菌和烟曲霉基因组DNA,验证所筛选引物的特异性;优化LAMP扩增的关键影响因素,建立球形孢子丝菌LAMP检测体系。4.球形孢子丝菌快速检测方法的建立与评价用制备的免疫磁珠分离富集样品中的球形孢子丝菌;通过煮沸法提取捕获球形孢子丝菌的基因组DNA;利用LAMP反应实现目标基因扩增及信号放大;将建立的方法应用于土壤模拟污染样品和玉米秸秆模拟污染样品检测,系统评价该方法的灵敏度和稳定性。研究结果:***的制备与鉴定结果结果表明,利用甲醛灭活抗原免疫SPF级别蛋鸡所获得的IgY效价最高,达1:16000;间接ELISA结果显示IgY与非目标菌无交叉反应,说明IgY特异性良好;SDS-PAGE清晰显示了IgY的重链和轻链条带;所提取IgY的平均蛋白浓度为7.71±3.87 mg/m L。2.免疫磁珠的富集效果评价结果优化结果显示,免疫磁珠浓度为0.7 mg/m L时,富集效率最高,达81.27%;用0.7 mg/m L免疫磁珠和0.7 mg/m L非免疫修饰磁珠(BSA修饰磁珠)捕获相同浓度球形孢子丝菌,免疫磁珠富集效率显著高于BSA修饰磁珠富集效率。***方法的优化与建立结果以球形孢子丝菌的内源转录间隔区基因(internally transcribed spacer gene,ITS)和钙调蛋白基因(calmodulin gene,CAL)为靶基因,共设计3套LAMP引物(ITS、CAL-1和CAL-2)。实时扩增结果显示:ITS-引物组扩增效果最佳。通过检测非目标真菌DNA验证ITS-引物组特异性良好;优化结果显示,69℃为最佳反应温度,最佳Mg浓度为6 m M。优化后的LAMP体系可在30分钟内实现目的基因扩增。4.球形孢子丝菌快速检测方法的建立与评价结果在最佳反应条件下,所建立的球形孢子丝菌检测方法检测限为4.66×10cells/m L。将该方法应用于土壤、玉米秸秆模拟污染样品检测,浓度为4.66×10cells/m L的目标真菌可被准确检出,标准曲线方程分别为y=-1.231x+20.427(R=0.999),y=-1.661x+23.421(R=0.995);向土壤、玉米秸秆模拟污染样品中加入100倍浓度的非目标真菌,低浓度(4.66×10 cells/m L)球形孢子丝菌仍能被准确检出,说明该方法具有良好的抗干扰能力,整个检测流程操作简单,可在120分钟内完成。研究结论:1.本研究制备效价较高、特异性良好,具备应用价值的抗球形孢子丝菌IgY。2.本研究建立了一种基于IgY、免疫磁分离和LAMP技术的检测新方法,实现了球形孢子丝菌的高效便捷检测。3.该方法特异性良好、操作简便、具有较强的抗干扰性能,可在120分钟实现环境中球形孢子丝菌的检测;检测限为4.66×10 cells/m L,具有较好的实际应用价值。

关键词： 固体废物   锌渣   硒   微波消解   氢化物发生原子荧光光谱法(HG-AFS)  

摘要： 锌渣中硒的准确测定对其回收利用有重要意义。采用HNO3-HClO4-HF-H2SO4体系微波消解样品，将样品溶液于电热板上蒸至剩余2～3 mL后用王水（1+1）浸提，建立了氢化物发生原子荧光光谱法（HG-AFS）对锌渣中硒测定的方法。实验表明，硒质量浓度在2～16μg/L范围内与其对应的荧光强度呈良好的线性关系，相关系数为0.999 7,方法检出限为0.01μg/g,定量限为0.03μg/g。对大量锌渣样品中共存元素的含量进行统计分析，发现锌渣中主要成分有铁、锌、铅、铝，干扰试验表明，这些共存元素对测定的干扰可忽略。按照实验方法对3个不同硒含量的锌渣样品进行精密度和加标回收试验，硒测定结果的相对标准偏差（RSD,n=12）为1.2%～2.0%,加标回收率为93%～101%。对硒质量分数为2.35～100μg/g的锌渣样品中硒进行测定，测定结果与碱熔-HG-AFS结果基本一致。

关键词： 噪声控制   噪声地图   机场噪声   CadnaA   降噪  

摘要： 当前,随着国内外航空运输业的高速发展,机场噪声污染愈加严重。因此,本课题以广州白云国际机场(简称白云机场)为例,应用CadnaA软件提出了低成本、高可靠性机场噪声地图的构建方法。本课题主要构建了白云机场夏、冬半年准确的噪声地图,其次对噪声地图开展了噪声暴露分析,然后制定了切实可行的降噪方案,最后完成了白云机场未来飞机噪声水平的预测。本课题主要的研究内容与成果如下:(1)本课题首先确定了构建机场噪声地图的技术路线,详细介绍了机场噪声模型的构建方法;其次,通过开展实地噪声实验修正了机场噪声模型的参数;最后完成了机场噪声模型的验证实验。验证实验的结果表明,实测值与模拟值的平均误差为1.5d B,低于文献数据库中其他同类型研究的平均误差。另外,大、小区域实地噪声实验的实测值与模拟值具有高度的相关性(R=0.976),因此本课题构建的噪声地图是准确的。(2)白云机场噪声地图的噪声暴露分析。首先,本课题确定了噪声影响区域(L>70d B)在机场各个方位的影响范围;其次,暴露面积与暴露人口的分析结果表明,冬半年期间的噪声影响区域更小,但会有更多人口受到飞机噪声的影响;然后以此为基础,进一步地提出了新的计算噪声影响区域内对飞机噪声感到“烦恼”和“高度烦恼”的人口的方法;另外,对机场周围的噪声敏感点进行了噪声暴露分析,分析结果表明冬半年有更多的噪声敏感点暴露在噪声影响区域内;最后,通过分析不同土地功能区的噪声暴露情况,确定了白云机场周围飞机噪声超标的区域。(3)基于白云机场的噪声地图,提出了多种切实可行的降噪方案。本课题的降噪方案主要包括优化机型、减少夜间航班、优化航迹、双向延长跑道等。模拟结果表明,上述降噪方案各具亮点,且都能为白云机场带来可靠的降噪效果。(4)预测了白云机场未来的飞机噪声水平。本课题基于白云机场的噪声模型和机场运行数据提出了预测未来飞机噪声水平的方法,并构建了白云机场2030年的噪声地图;然后以此为基础,进一步地确定了白云机场未来飞机噪声污染程度更低的机场运行场景,同时发现白云机场2030年的飞机噪声污染会大幅增加(尤其是在冬半年)。本课题的研究方法与成果不仅有助于白云机场的飞机噪声控制和可持续发展,也为其他同类型的大型机场提供了新的思路。

关键词： 声学人工结构   噪声控制   消声   隔声   泵房   车载泵  

摘要： 泵系统广泛应用在国民经济各部门,工作时会产生严重的噪声污染,因此,对泵系统工作噪声的控制是本领域研究的难点和热点。声学人工结构具有超薄、可开放和易调控等特点以及卓越的声波操控性能,已成为当前消声降噪领域的研究热点之一,在泵系统噪声控制方面具有应用前景。本文基于声学人工结构设计超薄低频通风隔声/消声结构,通过有限元数值模拟、理论分析及实验验证等方法相结合,深入研究所设计隔声/消声结构的性能与物理机制,并提出了相关的带宽优化方案,为其在泵房、车载泵等实际场景中的应用提供了理论基础。主要研究内容及创新成果如下:1.超薄宽带消声墙设计及其在泵系统噪声控制中的应用(1)提出了基于多腔结构超表面单元的超薄平面消声墙(厚度为工作波长的1/90)。基于单元单极米式共振模式的激发以及单元上侧平板圆孔与内部4条狭窄通道内产生的热黏损耗,单元在239Hz实现近完美声吸收,声吸收率峰值和相对带宽分别可以达到了0.97和12.9%。通过设计由4个具有不同参数的单元构成的超表面复合单元(2×2阵列),实现了宽带吸声效应,相对带宽可以达到18.7%。实验测量与数值模拟结果吻合很好。(2)提出了基于双通道共振单元的深度亚波长消声墙(厚度为工作波长的1/23)。基于单元共振模式激发,单元表面和空气之间实现了较好的阻抗匹配,在141Hz实现了近完美吸声效应,相对带宽可以达到9.1%。通过设计由6个具有不同参数的单元构成的复合单元,吸声相对带宽可以提高到40%,对应的平均声吸收率为0.86,且结构的厚度保持不变。实验测量与数值模拟结果吻合很好。(3)针对应急供水多级泵系统的工作噪声频带范围1300Hz-2100Hz,首次设计提出基于双通道共振单元的超薄宽带消声泵房结构,工作频带为1355Hz-2090Hz,平均声吸收率达到0.86,对应的相对带宽为42.7%,可以实现对泵系统工作噪声的有效吸收,并且厚度仅为42 mm,具有超薄特征。2.通风型宽带隔声结构设计及其在车载泵系统噪声控制中的应用(1)提出了低反射双向隔声通道,由一对相位梯度为dφ/dx=-6.8rad/m(f=370Hz)的超薄损耗型超表面(厚度约为工作波长的1/35)对称贴附在通道上下两侧构成。对于左右两侧入射的声波,基于超表面的声反射与声盲区,所设计的通道在频带范围337Hz-356Hz可以实现双向隔声效应,最低声透射率可以达到-27d B。此外,基于超表面单元蜷曲通道内的热黏损耗,隔声通道同时实现了针对入射声波的低反射。实验测量与数值模拟结果吻合很好。(2)提出了宽带通风型隔声屏障。隔声屏障由周期排列的单元(厚度约为工作波长的1/28)构成,相邻单元的间距H可以达到单元宽度的两倍,实现了良好的通风性能。基于单元本征对称模式和反对称模式的耦合激发,隔声屏障实现了低反射隔声效应,在121.5Hz,最低声透射率可以达到0.06。通过设计提出多层通风隔声屏障结构实现了宽带隔声。实验测量与数值模拟结果吻合很好。(3)针对车载应急供水多级泵系统生态友好同时兼顾通风散热的噪声控制需求,设计基于超薄钩状单元的双相位梯度超表面,并首次设计构建了基于低反射双向隔声窗的车载泵通风隔声系统。在频带范围1195Hz-2310Hz,声透射率低于0.1,对应的相对带宽可以达到63.6%,所设计的通风隔声系统工作频带可以完全覆盖车载泵系统的工作噪声频段,具有良好的宽带通风隔声性能。3.宽带消声管道设计及实验验证(1)提出了基于双螺旋通道共振单元(厚度约为工作波长的1/47)的超低频消声管道。基于双螺旋通道共振单元的超低频吸声性能,设计了由N个单元组构成的消声管道,在73Hz实现超低频管道消声,相对带宽达到17%。通过组合5个具有不同参数t的单元,设计了复合单元组,构建超低频宽带消声管道,相对带宽达到了60.6%,且在频带范围63Hz-103Hz,平均声吸收率可以达到0.92,实现了基于管道结构的高性能宽带声吸收效应。(2)提出了基于多腔共振单元(厚度约为工作波长的1/12)的消声管道。消声管道由两个具有不同参数R的多腔共振单元组合构成。基于两个多腔共振单元的MMR II模式相互耦合,所设计的消声管道在频率283Hz处实现了近完美声吸收,相对带宽为9.2%。在此基础上,分别设计了基于6个和13个多腔共振单元的宽带消声管道,对应的吸声相对带宽分别达到25%和46%。(3)实验测量了基于2个和6个多腔共振单元构建的消声管道吸声性能,并与对应的数值模拟结果进行对比,结果表明实验测量与数值模拟结果基本吻合,从而实验验证了所设计消声管道的吸声性能。