济南大学学报(自然科学版)杂志

济南大学学报(自然科学版)杂志2021年第03期

• 负载型碳化钴催化剂催化乙醇脱氢制备乙醛

  于倩男,裴彦鹏,姜娜,牟宗刚,李平,李文娟,温秋慧

  采用CO直接碳化法制备SiO_2、γ-Al_2O_3和介孔分子筛SBA-15负载的Co_2C催化剂;在常压、 400℃的条件下,使用固定床对催化剂进行乙醇脱氢制乙醛反应的评价;采用X射线衍射、 X射线光电子能谱、H_2程序升温还原、透射电子显微镜等手段对催化剂进行表征。结果表明:采用CO直接碳化法制备的负载型Co_2C催化剂均具有乙醇脱氢制乙醛的活性,Co_2C是反应的活性中心;与SiO_2和γ-Al_2O_3负载的Co_2C催化剂相比,SBA-15负载的Co_2C催化剂因具有更多的Co_2C活性位而活性较高。

• 光纤波导传光模式及其特性

  将光纤波导内矢量场经简并处理后转化为波导内的线偏振模式,求解柱面坐标系下标量场的波动方程,得到线偏振模式的贝塞尔特征方程;利用线偏振模式的贝塞尔函数解,模拟光纤波导横截面场强分布,分析场强分布特征。结果表明:线偏振模式的贝塞尔特征方程决定了线偏振模式的截止、远离截止条件,特征方程还包含传播系数,特征方程的这些属性显示在各自的曲线图中,进一步确定光纤波导内的传播模式及其基本特征、单模传输条件,所得结果与波导内矢量精确场相匹配;线偏振模式的场强分布模拟结果与贝塞尔函数曲线的截止、远离截止,与传播系数曲线分析的传播模式特征完全吻合,结果更直观,特征更明显。

• 蔬菜藤蔓衍生制备高性能锂离子电池硬碳负极材料

  孙晓丽,袁金秀,张姗姗,于会华,刘伟伟,李成杰

  以葫芦科丝瓜藤蔓为前驱体,通过高温热解碳化制备具有多级孔结构的硬碳材料;采用扫描电子显微镜、 X射线衍射、透射电子显微镜和氮气吸附-脱附等方法,对制备的硬碳材料进行形貌和结构分析;采用循环伏安和恒流充放电等测试方法,对制备的硬碳材料的储锂电化学性能进行分析。结果表明:丝瓜藤蔓衍生的硬碳材料富含微孔、介孔多级孔结构,在一定程度上保留了丝瓜藤蔓的生物学结构特性,促进了锂离子在石墨层间及活性位点的脱嵌-吸脱附动力学;与商业化硬碳石墨材料相比,所制备硬碳材料的比容量、倍率、循环性能具有明显的优势。

• 基于疲劳度、工作效率及节能的光环境研究

  梁平,胡松涛,鹿铭理,马申

  为了减轻视疲劳,提高工作效率,并尽可能降低建筑的照明能耗,利用主观满意度评价的方法,统计并分析受试者对一般照明、局部照明、混合照明3种照明方式中不同照度与色温组合下光环境满意程度;通过阅读勾销实验测试人员的工作效率;使用闪光融合频率仪测试人在短时暴露下的疲劳度,并对测试结果进行比较,给出相对节能的照明方案。结果表明:高照度、一般照明工况满意度较高,高照度整体上给人敞亮、轻松的感觉,但是能耗相对较高;中性色温局部照明有利于短时办公场景,并且能耗较低;闪光融合频率仪不适用于短期暴露下的视疲劳测试。

• 基于支持向量机与多种特征的煤矸石识别

  范振,陈乃建,黄玉林,张来伟,李映君

  为了提高煤矸石分选的识别率,研究煤与煤矸石在同一场景下不同特征的数据差异;将煤与煤矸石各分为2类,从各类中抽取样本,经预处理后分析灰度特征、纹理特征、灰度分布直方图,以及不同阈值时各类样本灰度级为255的像素点频率;基于灰度特征与纹理特征,采用支持向量机对样本进行训练。结果表明,各类煤与煤矸石在灰度特征的灰度能量与灰度熵、纹理特征的能量与熵、灰度分布直方图特征以及阈值为55～70且灰度级为255时的频率存在明显差异,基于支持向量机与多种特征的煤矸石识别率最高可达96.4%。

• 750kV超高压扩径覆冰导线的机械振动模态分析

  王芸,王宏,王春耀,李艳芳,尚志勇

  为了对超高压扩径覆冰导线进行机械振动模态分析,首先建立超高压扩径导线模型,然后覆裹一定厚度的冰层,分别建立长度为146 mm的微段和1/10、 1/20档距的长段扩径覆冰导线的机械动力学模型,对微段和长段覆冰导线模型分别进行机械振动模态仿真。结果表明:扩径覆冰导线的振型是弯扭组合振动;在相同工况下,随着覆冰导线长度的增大,悬垂增大,舞动的临界风速减小,发生舞动的频率增大,次档距振荡频率减小。

• 基于入侵性杂草优化的机械手逆向运动学求解

  杨雨佳,神显豪,刘珊珊,程日光

  为了有效提高机械手控制中逆向运动学求解的速度和准确度,提出一种基于极限学习机-入侵性杂草优化的机械手逆向运动学求解方法;建立工业六自由度机械手的正向运动学模型,并利用训练较快的极限学习机计算机械手关节角度向量,即输出机械手关节逆运动学初解;利用入侵性杂草优化算法对得到的初始逆解进行优化,取最小适应度时的杂草位置作为输出,以便得到最佳的逆向运动学求解。结果表明,相比于基于粒子群优化-反向传播神经网络的求解方法,所提出方法的机械手末端执行器的精度更高,平均计算时间仅为5.68 ms,实时性更好。

• 基于扰动补偿的连续搅拌釜式反应器自适应积分滑模控制

  王素珍,刘建锋,孙国法,代明星,靳奉祥

  针对化工工程中连续搅拌釜式反应器难以稳定控制的问题,提出一种基于自适应积分滑模控制的方法;根据连续搅拌釜式反应器系统结构建立的被控系统模型分别设计有限时间状态观测器和扰动观测器,通过观测器的估计结果对未知扰动信号进行补偿;基于系统的跟踪误差,引入积分滑模面,设计自适应变比例增益趋近律来消除系统抖振;利用Lyapunov函数证明控制系统的稳定性。仿真结果表明,该控制方法具有良好的抗干扰性能,能够实现对连续搅拌釜式反应器系统的稳定控制。

• 基于主成分分析-孪生支持向量机的工业系统故障监测

  朱振杰,杜付鑫,杨旺功

  为了改善现代工业系统故障检测和诊断的性能,提出一种基于主成分分析-孪生支持向量机挖掘的工业系统故障监测方法;采用多元统计的主成分分析方法对涉及的复杂故障变量进行降维,并对提取的主要故障变量进行判断,完成故障检测;将孪生支持向量机引入到故障类型的识别过程,结合主成分分析方法进行系统监测。结果表明,与加权K近邻、主成分分析-K近邻和主成分分析-支持向量机3种方法相比较,所提出的方法识别更快,准确率较高。

• 基于遗传算法的含时滞主动悬架离散系统最优控制

  高小林,曹青松,许力

  针对存在时滞的主动悬架离散系统控制问题,提出一种基于遗传算法的最优控制方法;在含时滞的二自由度1/4主动悬架动力学基础模型上,采用零阶保持器进行离散化,通过状态变量扩维标准化处理,建立隐含时滞的主动悬架离散系统一般描述模型;采用遗传算法优化控制系统中的加权矩阵,解决最优控制器权重主观性和优化速度缓慢对主动悬架控制性能的不利影响,并利用MATLAB软件进行实例仿真。结果表明,与单纯采用最优控制方法相比,所提出的方法对含时滞的主动悬架离散系统有良好的控制效果,但是时滞量越大,改善效果越差。

• 小清河表层沉积物中重金属的分布特征与污染风险评价

  苏鑫,杨丽原,张游,江丹丹,赵婷婷

  以小清河表层沉积物为研究对象,在上、中、下游分别采集6个表层沉积物样品,对沉积物理化性质及Cr、 Pb、 Cu、 Zn、 Cd、 Ni、 As、 Hg共8种重金属含量进行测试,并利用地质累积指数法和潜在生态危害指数法进行污染风险评价。结果表明:小清河表层沉积物中重金属Cr、 Pb、 Cu、 Zn、 Cd、 Ni、 As、 Hg元素质量比均值分别为196.65、 53.45、 51.76、 470.43、 2.76、 36.07、 0.58 mg/kg,均超过小清河沿岸土壤重金属环境背景值,Hg、 Cd元素含量均值分别是环境背景值的11.81、 16.87倍,分布存在空间差异性,主要污染源自人类活动;单项重金属潜在生态风险系数E~i_r均值由大到小依次为Cd、 Hg、 As、 Cu、 Pb、 Zn、 Ni、 Cr,潜在生态风险指数的均值为1 185,达到强生态风险;小清河表层沉积物中的Pb、 Cu、 Cd、 Cr、 As和Hg这6种重金属长期处于高富集状态。

• 基于组合赋权和改进物元可拓模型的泗河生态系统健康评估

  程元庚,李福林,范明元,管清花

  为了解决河流生态系统健康评估空间的差异性和等级的模糊性问题,提出基于组合赋权和改进物元可拓模型的河流分段评估方法;以泗河为研究区域,在水文水资源状况、河岸带状况、水体污染状况、水生生物状况、社会服务功能5个方面构建18个指标体系,利用所提出的模型对泗河进行生态系统健康评估,并与综合评估模型的评估结果进行对比。结果表明,所提出模型的评估结果除了河段D为中等外,其他3个河段为良好,符合泗河的实际情况,验证了所提出的模型在河流生态系统健康评估工作中的可行性和合理性。

• 基于投入产出表的山东省水资源利用状况研究

  孙秀秀,王维平,李文良,曲士松

  基于山东省1997、 2002、 2007、 2012年可比价投入产出表估算三大产业的用水效率、用水效益及虚拟水净输出量变化情况,采用灰色关联分析法分析用水效率与产业结构合理化程度、用水效率与社会技术之间的关系。结果表明:15 a来山东省的用水效率和用水效益不断提高;第一产业虚拟水由净输出变为净输入,第二产业虚拟水净输出量先增加、后减小,第三产业虚拟水净输出量一直在增加;产业结构趋于合理化,间接消耗意义上的社会技术表现为退步;产业结构合理化及社会技术进步都有利于用水效率的提高,应进一步研究社会技术评价指标的选取。

• 不同水力条件下人工湿地处理效果中试研究

  徐祥熙,王荣震,徐立荣,徐征和

  为了探讨水力停留时间及水力负荷对人工湿地处理效果的影响,构建6种不同类型的人工湿地进行中试研究,分析其在不同水力条件下对农村生活污水的净化效果。结果表明:在相同的水力条件下,垂直流人工湿地对污染物的去除率最高,表面流人工湿地的最低;湿地的最佳水力停留时间为48 h,总氮去除效果最好的是垂直上行人工湿地,去除率为93.02%,总磷、化学需氧量去除效果最好的是垂直下行人工湿地,去除率分别为91.71%、 81.67%,氨氮去除效果最好的是水平潜流人工湿地,去除率为72.73%;除化学需氧量外,各人工湿地处理效果都随水力负荷的增加而劣化;表面流人工湿地的最佳水力负荷为5 cm/d,垂直流与水平潜流人工湿地的最佳水力负荷为15 cm/d;挡板的增设可以延长湿地的水力停留时间,改善处理效果,增设挡板适合的水力负荷范围为15～25 cm/d。

• 贵州省遵义市富多金属黑色页岩区土壤钒污染评价

  钟昕,崔文刚,周明忠,刘绥华

  为了研究土壤中钒的沉积物污染状况以及生态危险,采集贵州省遵义市富多金属黑色页岩区森林土、旱地土、耕地土、水稻田土4种类型土壤,采用电感耦合等离子体质谱仪检测土壤中的钒含量,利用地质累积指数、内梅罗综合指数和潜在生态危害指数方法研究该区域钒元素污染及其潜在生态危害。结果表明:研究区各类土壤积累了不同含量的钒元素,森林土、旱地土、耕地土和水稻田土中钒元素的平均质量比分别为445.73、 291.82、 486.30、 283.80 mg/kg,均远超过国家土壤环境质量标准中的要求;研究区土壤受钒的沉积物污染程度较高,存在中度潜在生态危害。

• 基于土地变化模型的中国北方喀斯特盆地国土空间预测

  宋艳,仕玉治,邸燕,李福林

  以位于山东省中部的肥城盆地为研究对象,利用1980、 2000、 2015年3期土地利用基础数据,结合土地利用变化影响因子,构建适用于肥城盆地的土地变化模型,模拟2015年国土空间分布,并与2015年实际情况对比;利用Kappa系数验证该模型精度,在此基础上预测2030年国土空间分布。结果表明,2015年土地利用模拟精度中表示随机、位置、标准和分层区位的4种Kappa系数分别为0.909 1、 0.907 2、 0.872 9、 0.907 2,验证了该模型模拟预测精度高,可靠性较强;预测2030年耕地、林地、草地等土地利用面积将持续减少,较1980年分别减少108.74、 8.32、 44.54 km~2,城乡居民用地和水域面积将有所增加,较1980年分别增加154.41、 5.04 km~2,未利用土地基本不变,居民用地空间趋于集中连片。