改进的移动最小二乘法

近年来发展的无网格方法大多采用移动员小二乘法来构造试函数，而应用移动最小二乘法形成的方程组有时会是病态的甚至奇异的，从而限制了它的发展和应用。本文采用带权正交函数作为基函数对移动最小二乘法做了改进，避免出现病态方程组，且在计算过程中不需要进行短阵求逆运算，提高了计算速度。之后，借鉴牛顿法、平衡法和摄动法对由移动最小二乘法得到的非线性代数方程组提出了新的求解方法。     

SPE-HPLC和HPLC-ESI/MS法测定食品中微量苏丹红

采用商品化固相萃取柱富集纯化样品,建立了高效液相色谱测定食品中苏丹红的方法,并通过液质联用进行确证.采用外标法定, 平均回收率为90.2%～96.5%,相对标准偏差1.1%～2.3%.苏丹红Ⅰ、苏丹红Ⅱ、苏丹红Ⅲ、苏丹红Ⅳ的检出限分别为0.01、 0.01、 0.02、 0.02 μg/mL.     

Spin-Flip of Polaron in Polymers with a Magnetic Impurity

Using a nonadiabatic evolution method, we investigate the spin-flip process of polaron in polymers with a magnetic impurity. Our results show that when the spin orientation of this impurity is fixed to be perpendicular to the spin of polaron （θ = π/2）, the magnetic impurity causes a spin-flip process. The probability of the spin-flip increases with the increase of exchange integral J up to about 0.35 eV and then decreases with the increase of J. In the case J is fixed while the spin orientation is adjustable, we find the probability of the spin-flip varies with the impurity orientation and reaches a maximum value at θ=π/2.     

盐辅助-超生喷雾热分解法合成中空Bi2WO6纳米微球去除NO的应用

氮氧化物(简称NOx,包括NO和NO2等)是形成二次有机气溶胶的重要前体物,其存在会严重影响空气质量并危害人类健康.目前用于NOx的去除的方法主要有过滤、物理吸附、热催化等.然而,这些技术存在高能耗及产生二次污染等缺点,严重制约其实际应用.近年来,光催化技术作为一种有效处理NOx的环保技术,因其具备在常温下高效处理低浓度NOx(大气污染浓度水平)的优点而获得广泛关注.最近,Bi2WO6光催化剂因其独特的层状结构以及特有的催化性质,表现出良好的可见光催化性能.Bi2WO6光催化性能与催化剂的形貌及尺寸大小密切相关,目前报道的Bi2WO6的形貌有片状、颗粒状、花状、中空微球等.其中,由小纳米颗粒堆积成的中空Bi2WO6微球因其大的比表面积和高的荷质传输速率,表现出显著优于其它形貌的光催化性能.目前已有少量关于中空结构Bi2WO6微球的制备方法的报道,这些方法均需引入纳米球状的"核"作为模板,并在其上生长Bi2WO6胶体颗粒,然后去除"核",从而得到中空结构.譬如,Shang等采用碳纳米球作为"核"制备出Bi2WO6微球,再通过煅烧手段去除碳"核".Thillai与合作者用硅球作为"核",为了得到中空结构Bi2WO6微球,用NaOH将硅"核"刻蚀.然而这类方法均涉及到复杂的制备过程和高昂的运行成本.超生喷雾热分解法是一种常见的制备尺寸可控的纳米球的方法.在之前的工作中,本研究组成功使用超声喷雾热解法制备出具有优良光催化活性的Bi2WO6实心微球.我们首次加入NaCl盐为模板,使用简单的超声喷雾热分解方法制备出具有中空结构的Bi2WO6微球光催化剂,合成过程无需采用复杂的除"核"手段.一系列表征表明:该微球由直径为41?148 nm的纳米片自组装而成,并在表面形成了不均匀分布的孔结构;并对Bi2WO6中空微球的生长机制做了详细的研究,考察了所制备Bi2WO6催化剂去除NO的效率.生长机制研究结果表明,NaCl盐在中空Bi2WO6微球的形成过程中发挥着关键性作用:(1)NaCl盐溶液在超生喷雾热分解法的高温过程中形成NaCl单晶并作为"核"模板,参与中空Bi2WO6微球的形成;(2)Na+离子有助于Bi2WO6微球的微结构-纳米片的生长;(3)Cl?离子有利于Bi2WO6微球表面微孔的形成;(4)NaCl模板水洗后留下中空结构的Bi2WO6微球;(5)NaCl盐也充当着多孔诱发剂,其水洗溢出过程会造成Bi2WO6微球表面的孔结构.性能测试表明,以NaCl盐为模板所制备的中空Bi2WO6微球表现出优异的光催化性能,其在模拟太阳光下去除NO的效率是未添加模板的1.7倍、以KCl为模板的1.5倍、以Na2SO4为模板的1.2倍.BET和DRS分析表明,中空结构Bi2WO6微球具有大的比表面积和高的可见光吸收,对提高催化性能起到重要作用.ESR测试结果表明,?OH和?O2?是中空Bi2WO6微球的光催化反应过程的主要活性物种,?O2?的产生有助于提高光催化剂降解NO的耐受性.     

宽pH条件下运行的太阳光催化钨酸铋降解抗生素诺氟沙星

抗生素污染对水生和陆地生态环境系统造成严重的威胁.在世界各地的水性环境中普遍检测到第二代合成氟喹诺酮类抗生素—诺氟沙星.因此,水环境中残留诺氟沙星的去除成为当今研究热点.在现有去除方法中,光催化技术因其采用太阳光作为能源、污染物完全矿化及不产生二次污染等优点而被认为是非常有效的方法,在水处理工业中得到了广泛的关注.已有研究表明,pH值是影响光催化降解污染物的一个重要因素,大多数半导体光催化剂的最佳pH被限制在较窄的近中性范围内.当p H变为酸性或碱性时,污染物的降解速度显著降低.我们研究发现,在太阳光下钨酸铋(SSL/Bi_2WO_6)催化降解诺氟沙星时,在pH=5.0–10.8表现出较快的去除速率,其中pH=8.6时效果最佳,目前优化降解效果多通过酸碱调整初始溶液的pH至最佳值.进一步研究发现,即使将反应初始溶液pH值调整到最佳,随着诺氟沙星的不断降解,反应溶液的pH值持续降低直至3.0.溶液不断酸化导致偏离最佳条件,从而减缓诺氟沙星的降解.这说明通过简单的酸碱滴定优化溶液初始p H值不能阻止反应过程中溶液的酸化,也不能解决酸化导致的降效问题.基于上述问题,本文提出针对溶液pH值改变对体系效率影响的新方法.本文以钙钛矿结构的Bi_2WO_6为光催化剂,诺氟沙星为探针化合物,详细研究了在不同pH值下SSL/Bi_2WO_6体系催化性能.为描述SSL/Bi_2WO_6反应的合理性,首先提出了OH~–富集Bi_2WO_6模型,并考察了Mg~(2+)和Ca~(2+)两种离子对反应的影响.在预吸附阶段pH值明显降低,说明溶液中的羟基离子被吸附到Bi_2WO_6表面.光催化反应开始后,pH值以较低的速率持续降低,说明在降解过程中溶液中的羟基离子可能由于低分子有机酸和二氧化碳的形成而逐渐被消耗.因此,在Bi_2WO_6表面及其附近维持较高浓度的羟基离子是改善或保持探针快速分解的关键途径.我们在极碱pH环境中引入NH_4~+缓冲体系,以持续提供羟基离子生成·OH自由基,同时可防止溶液酸化,从而使诺氟沙星的去除率和矿化率在碱性条件下均达到更好的效果.另一方面,在酸性pH条件下,通过加入铁盐(即形成替代的SSL/Fe~(3+)/Bi_2WO_6过程)显著提高了SSL/Bi_2WO_6去除诺氟沙星的效率.这主要归因于SSL/Fe~(3+)提供的均匀光敏化机制;同时,Fe~(3+)在SSL/Bi_2WO_6过程中对电子传递起到辅助作用.SSL/Fe~(3+)/Bi_2WO_6工艺可以在较宽的酸性pH(2–4)范围内使用,且pH=3.0时性能最好.在SSL/Fe~(3+)/Bi_2WO_6过程中,诺氟沙星的降解速率随着[Fe3+]的增加而增大,过剂量时降解趋于平稳.     

弹性力学的一种边界无单元法

首先对移动最小二乘副近法进行了研究，针对其容易形成病态方程的缺点，提出了以带权的正交函数作为基函数的方法－改进的移动最小二乘副近法，改进的移动最小二乘逼近法比原方法计算量小，精度高，且不会形成病态方程组，然后，将弹性力学的边界积分方程方法与改进的移动最小二乘逼近法结合，提出了弹性力学的一种边界无单元法，这种边界无单元法法是边界积分方程的无网格方法，与原有的边界积分方程的无网格方法相比，该方法直接采用节点变量的真实解为基本未知量，是边界积分方程无网格方法的直接解法，更容易引入界条件，且具有更高的精度，最后给出了弹性力学的边界无单元法的数值算例，并与原有的边界积分方程的无网格方法进行了较为详细的比较和讨论。     

紫外/TiO2/芬顿复合工艺增强在近中性pH值下对布洛芬的降解能力

药品及个人护理品(PPCPs)造成的潜在环境污染已引起广泛关注. 布洛芬(IBP, 2-(4-异丁基苯基)丙酸)作为苯丙酸类非甾体抗炎药物, 是一种在水环境中广泛检测到的PPCPs类物质. 水环境中的IBP主要来自制药企业排放和人体代谢物, 因IBP具有不易挥发、物理性质稳定、半衰期较长和不易被生物吸收等特点, 其在环境的残留浓度较高且污染风险大. 目前,传统的水处理工艺并不能有效治理水中的IBP, 比如: 混凝剂和絮凝剂对IBP的去除效率低, 吸附和膜处理运行成本过高且不能矿化IBP. 近年兴起的光催化技术利用·OH和O2·-等强氧化性活性物种降解水中有机污染物, 将其彻底矿化, 实现污染物的无害处理. 光催化技术适用于常温、常压和中性pH环境, 该环境特点与污水环境十分匹配, 适合应用. 但异质光催化通常发生在催化剂表面, 有效反应活性位少, 反应速率不够高. 相比而言, 同质芬顿反应能够均匀、快速地在整个溶液中发生反应, 但芬顿反应必须在酸性条件下才可以进行.本文整合了异相光催化和均相光-芬顿反应的优点, 设计了紫外/TiO2/芬顿(PCF)复合工艺, 评估了在中性pH下对典型的PPCPs布洛芬的降解效果. 对比实验结果表明, PCF复合工艺对IBP的降解速率比传统的UV, UV/H2O2, Fenton, 光-Fenton和光催化快得多. 动力学分析发现, IBP的降解遵循两阶段的一级反应动力学, 且速率常数k1> k2. 本研究进一步优化了运行参数, 确定IBP降解的最佳条件为: pH = 4.2, [Fe2+]0= 0.20 mmol/L, [Fe2+]0/[H2O2]0= 1/40, [TiO2]0= 1.0 g/L. pH值的增加造成IBP降解速率略微降低, 但在30 min反应时间内, 中性pH (6.0-8.0)与最佳pH条件下的降解效率完全相同, 证明PCF在中性pH下进行水处理切实可行. 数据分析发现, lnk1和lnk2均与1/pH0, [IBP]0, [H2O2]0, [H2O2]0/[Fe2+]0和ln[TiO2]0线性相关, 据此建立了IBP去除效率的数学预测模型, 通过验证发现, 动力学模型曲线与实验数据高度契合, 表明模型的有效性高.     

紫外/TiO_2/芬顿复合工艺增强在近中性pH值下对布洛芬的降解能力（英文）

药品及个人护理品(PPCPs)造成的潜在环境污染已引起广泛关注.布洛芬(IBP,2-(4-异丁基苯基)丙酸)作为苯丙酸类非甾体抗炎药物,是一种在水环境中广泛检测到的PPCPs类物质.水环境中的IBP主要来自制药企业排放和人体代谢物,因IBP具有不易挥发、物理性质稳定、半衰期较长和不易被生物吸收等特点,其在环境的残留浓度较高且污染风险大.目前,传统的水处理工艺并不能有效治理水中的IBP,比如:混凝剂和絮凝剂对IBP的去除效率低,吸附和膜处理运行成本过高且不能矿化IBP.近年兴起的光催化技术利用OH和O2儃等强氧化性活性物种降解水中有机污染物,将其彻底矿化,实现污染物的无害处理.光催化技术适用于常温、常压和中性pH环境,该环境特点与污水环境十分匹配,适合应用.但异质光催化通常发生在催化剂表面,有效反应活性位少,反应速率不够高.相比而言,同质芬顿反应能够均匀、快速地在整个溶液中发生反应,但芬顿反应必须在酸性条件下才可以进行.本文整合了异相光催化和均相光-芬顿反应的优点,设计了紫外/TiO_2/芬顿(PCF)复合工艺,评估了在中性pH下对典型的PPCPs布洛芬的降解效果.对比实验结果表明,PCF复合工艺对IBP的降解速率比传统的UV,UV/H_2O_2,Fenton,光-Fenton和光催化快得多.动力学分析发现,IBP的降解遵循两阶段的一级反应动力学,且速率常数k_1k_2.本研究进一步优化了运行参数,确定IBP降解的最佳条件为:pH=4.2,[Fe~(2+)]_0=0.20 mmol/L,[Fe~(2+)]_0/[H_2O_2]_0=1/40,[TiO_2]_0=1.0 g/L.pH值的增加造成IBP降解速率略微降低,但在30 min反应时间内,中性pH(6.0–8.0)与最佳pH条件下的降解效率完全相同,证明PCF在中性pH下进行水处理切实可行.数据分析发现,lnk_1和lnk_2均与1/pH0,[IBP]0,[H_2O_2]_0,[H_2O_2]_0/[Fe~(2+)]_0和ln[TiO_2]_0线性相关,据此建立了IBP去除效率的数学预测模型,通过验证发现,动力学模型曲线与实验数据高度契合,表明模型的有效性高.     

过渡金属助剂改性Ca-Zr催化剂上甲醇与碳酸丙烯酯反应制备碳酸二甲酯

采用溶胶凝胶法制备了一系列由过渡金属助剂改性的Ca-Zr催化剂，对其低温下甲醇与碳酸丙烯酯(PC)酯交换反应合成碳酸二甲酯(DMC)的催化性能进行了研究。结果表明，系列过渡金属改性的Ca-Zr催化剂上DMC选择性的顺序依次为Co-Ca-Zr> Cu-Ca-Zr> Ca-Zr> Fe-Ca-Zr> Ni-Ca-Zr> Zn-Ca-Zr。其中，Co改性的Co-Ca-Zr催化剂在35℃、甲醇/PC物质的量比为15及催化剂用量为4%的条件下反应2 h,PC的转化率可达84.3%,DMC的选择性可达94.5%。结合XRD、FT-IR、XPS和CO₂-TPD等表征结果发现，催化剂的碱性位强度增加可以提高PC的转化率，而总碱性位含量提高则降低DMC的选择性。Co改性的Ca-Zr催化剂具有最少的碱性位和最高的强碱性位站比，因而表现出较高的PC转化率和DMC选择性。