基于红外光谱聚类分析的纳滤膜污染动态发展行为研究

污水再生利用是解决水资源短缺问题的有效对策。纳滤技术由于能够生产高质量的再生水,成为污水深度处理、再生利用的有效方法之一。然而,在纳滤过程中存在复杂的、动态的膜污染现象,会导致产水通量、产水质量下降等问题。研究膜污染动态发展的行为,对于膜污染的分阶段针对性控制具有重要意义。有机物是污染层动态发展过程的重要指示性成分,红外光谱是表征污染层发展过程中表面有机物官能团变化情况的重要手段。但由于红外光谱中峰的数量多,系列样品之间峰强度的差别较小（尤其是当膜污染过程中的采样间隔较小时）,利用直观观察不易甄别不同样品间的谱图差异及其变化趋势,在此水平上难以对膜污染阶段进行准确识别、对各阶段特征进行有说服力的分类概括。为探索膜污染的动态发展过程,本研究将傅里叶变换红外光谱与统计学聚类分析相结合,对膜污染过程中不同时间点的膜样本进行红外光谱分析,再对红外光谱数据进行一系列预处理和系统聚类分析,从而客观解读膜污染动态发展过程中系列样品红外光谱分阶段变化规律。考虑到类别间距离度量方法、红外吸收峰强度标准化、峰之间自相关性、峰与样本之间交互作用等因素的影响,研究采用对应分析对红外数据进行预处理,提取各样本在主要维度上的得分,随后基于标准化欧式距离对各样本进行聚类。在为期一个月的城市污水深度处理纳滤试验过程中,由于污染物在膜表面累积,纳滤膜发生了较为严重的污染。通过对13个不同时间点的膜样本进行红外光谱聚类发现,膜污染可清晰划分为如下阶段：空白膜、阶段Ⅰ（3 h～8 d）、阶段Ⅱ（10～15 d）和阶段Ⅲ（20～30 d）。采用红外聚类,得到膜表面X射线光电子能谱（XPS）和三磷酸腺苷（ATP）含量分析等方法的交互验证。结果表明,随着膜污染的发展,膜表面有机物成分与共存微生物量发生协同变化,各阶段大致特征为：阶段Ⅰ各类有机污染物初步覆盖,微生物开始富集;阶段Ⅱ多糖类污染物比例上升,微生物的富集趋于稳定;阶段Ⅲ整体污染趋于成熟,有机污染物氢键特征更加明显。该研究通过对红外数据进行聚类分析,能够灵敏地探测各红外图谱之间的差别,有助于对红外光谱规律的深度挖掘,为膜污染阶段的识别和划分提供了一种客观、自动、可量化的辅助性方法,并且有助于归纳出不同阶段的污染层特征,可作为膜污染时序特征的侦查手段。此外,除了膜污染的研究,在材料、吸附等领域,只要有一系列变化的红外光谱,均可尝试采用红外光谱聚类分析方法,获取基于红外特征的定类信息或分阶段规律。     

阳极电势对Geobacter sulfurreducens产电性能的影响

以产电模式菌Geobacter sulfurreducens为研究对象接种两瓶型微生物燃料电池(MFC)阳极室, 利用恒电位仪控制阳极电势, 考察了7种电势条件下MFC的启动期、最大功率密度和阳极生物量的变化情况. 研究结果表明, 当阳极电势为-250, -100和50 mV(vs. SCE)时, MFC启动较快, CV曲线和极化曲线表明, 在这3种电势条件下, MFC产电性能增强, 其中阳极电势为-100 mV时, MFC最大功率密度为1.67 W/m³, 比固定外阻条件下启动的MFC最大功率密度提高了5倍. 控制合适的阳极电势可以使阳极生物量提高2.5~3倍.     

各向异性材料中二维X射线诱导热击波的数值模拟

建立了正交各向异性材料二维率相关的弹塑性本构模型,采用有限元方法编写程序,对X射线辐照各向异性材料碳酚醛平板时诱导的热击波进行了二维数值模拟,讨论了热击波的传播规律.结果表明,在软X射线和硬X射线的辐照下,材料中的X射线热击波表现出不同的形貌,材料中热击波形成的机理、热击波峰值、X射线穿透深度、汽化现象、拉伸强度等方面...     

铈铁复合氧化物阴离子吸附剂的表面酸碱特性研究

研究了用于水体砷等有害阴离子去除的稀土铈铁复合氧化物吸附剂的表面酸碱特性。利用电位滴定实验求定了铈铁复合氧化物吸附剂、铁氧化物和铈氧化物的表面质子电荷密度s0、零电荷点pHzpc (分别为5.8,6.2和6.8),表明特性吸附在砷等的去除中起主要的作用,铈铁复合氧化物吸附剂的表面总吸附位NS为4.1×10-3mol/L,运用表面络合恒定容量模式求算此复合氧化物吸附剂的表面固有酸度常数pKa1和pKa2,为进一步研究有害阴离子与去除材料的表面络合作用机制提供了重要参数。     

Preparation and adsorption mechanism of rare earth-doped adsorbent for arsenic(V) removal from groundwater

Human poisoning and death from arsenic(As) have occurred as a result of drinking water contaminated with As in some regions and countries, such as Taiwan, Chile, Bangladesh, and In-dia[1]. Chronic arsenism poses a serious health problem in China also[2]. If China lowers its current drinking water standard of As from 0.05 to 0.01 mg/L[3], a level adopted by WHO[4] and some industrialized countries[5], the population affected will increase significantly. It is of great impor-tance to develo…     

氨基酸衍生可生物降解聚酯酰胺的合成与表征

以L-酪氨酸、乙二醇与4种不同的二酸酰氯为起始材料合成了4种具有酚羟基侧链的聚酯酰胺.用FT-IR、NMR表征了聚酯酰胺的化学结构;DSC、TG分析了聚合物的热性质;乌氏黏度计法测算了合成聚合物的特性黏度值,研究了聚酯酰胺的亲水性与主链结构的关系.结果表明:合成了预期结构的聚合物,该聚合物的玻璃化温度较低,而热分解温度较高,具有较好的热处理性能.同时,随着主链中柔性链段增加,玻璃化温度与热分解温度随之降低,热稳定性变差,在相同时间的吸水率明显提高.     

Design and FPGA implementation of multi-wing chaotic switched systems based on a quadratic transformation

Based on a quadratic transformation and a switching function,a novel multi-wing chaotic switched system is proposed.First,a 4-wing chaotic system is constructed from a 2-wing chaotic system on the basis of a quadratic transformation.Then,a switching function is designed and by adjusting the switching function,the number and the distribution of the saddle-focus equilibrium points of the switched system can be regulated.Thus,a set of chaotic switched systems,which can produce 6-to-8-12-16-wing attractors,are generated.The Lyapunov exponent spectra,bifurcation diagrams,and Poincarémaps are given to verify the existence of the chaotic attractors.Besides,the digital circuit of the multi-wing chaotic switched system is designed by using the Verilog HDL fixed-point algorithm and the state machine control.Finally,the multi-wing chaotic attractors are demonstrated via FPGA platform.The experimental results show that the number of the wings of the chaotic attractors can be expanded more effectively with the combination of the quadratic transformation and the switching function methods.     

原子吸收光谱法测定克氏原螯虾体内铅、镉、铜时样品前处理方法的比较

在石墨炉原子吸收光谱法测定克氏原螯虾体内铅、镉和铜的含量时,比较了微波加热消解(方法1#)和干法消解(方法2#)两种样品前处理方法。结果表明:从测定精密度而论,方法1#略优于方法2#,上述3元素测定值的相对标准偏差(n=6)值,方法1#在0.7%~9.4%之间,方法2#在2.2%~14.8%之间;从准确度方面,方法1#亦优于方法2#,所测得方法1#的回收率在90.2%~94.3%,而方法2#的回收率在78.3%~82.8%之间。总体上看,微波消解法更适用于石墨炉原子吸收光谱法测定克氏原螯虾体内的铅、镉和铜含量时作为样品的前处理方法。     

一种适用于各向异性材料的修正PUFF物态方程

给出一种适用于各向异性材料的修正PUFF物态方程,既能体现各向异性材料在压缩和膨胀过程中材料体积变化的非线性特征,又能反映材料的各向异性强度效应.以正交各向异性材料二维碰撞问题和X射线辐照下的二维热击波为例,利用有限元方法编写程序进行数值模拟,对根据传统PUFF物态方程和修正PUFF物态方程计算得到的平均正应力值作对比研究,结果表明,低压和拉伸状态下二者存在明显差异,在高压下二者趋于一致.     

Design and FPGA implementation of a memristor-based multi-scroll hyperchaotic system

A novel memristor-based multi-scroll hyperchaotic system is proposed. Based on a voltage-controlled memristor and a modulating sine nonlinear function, a novel method is proposed to generate the multi-scroll hyperchaotic attractors. Firstly, a multi-scroll chaotic system is constructed from a three-dimensional chaotic system by designing a modulating sine nonlinear function. Then, a voltage-controlled memristor is introduced into the above-designed multi-scroll chaotic system. Thus, a memristor-based multi-scroll hyperchaotic system is generated, and this hyperchaotic system can produce various coexisting hyperchaotic attractors with different topological structures. Moreover, different number of scrolls and different topological attractors can be obtained by varying the initial conditions of this system without changing the system parameters. The Lyapunov exponents, bifurcation diagrams and basins of attraction are given to analyze the dynamical characteristics of the multi-scroll hyperchaotic system. Besides, the field programmable gate array (FPGA) based digital implementation of the memristor-based multi-scroll hyperchaotic system is carried out. The experimental results of the FPGA-based digital circuit are displayed on the oscilloscope.