Evaluation of a mathematical model using experimental data and artificial neural network for prediction of gas separation

In recent times, membranes have found wide applications in gas separation processes. As most of the industrial membrane separation units use hollow fiber modules, having a proper model for simulating this type of membrane module is very useful in achieving guidelines for design and characterization of membrane separation units. In this study, a model based on Coker, Freeman, and Fleming＇s study was used for estimating the required membrane area. This model could simulate a multicomponent gas mixture separation by solving the governing differential mass balance equations with numerical methods. Results of the model were validated using some binary and multicomponent experimental data from the literature. Also, the artificial neural network （ANN） technique was applied to predict membrane gas separation behavior and the results of the ANN simulation were compared with the simulation results of the model and the experimental data. Good consistency between these results shows that ANN method can be successfully used for prediction of the separation behavior after suitable training of the network     

亲疏水性可控纤维素基相变纤维的制备与性能研究

以棉花为支撑材料,丙烯酰氯(AC)作为中间体,在异相条件下制备纤维素基丙烯酸酯(CA);后利用过氧化苯甲酰(BPO)作为引发剂,通过自由基聚合法接枝疏水性丙烯酸十八酯(A18)、亲水性聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯(OEGMA)及其共聚物,制备具有亲疏水性可控的纤维素基固-固相变纤维(solid-solid phase change fibers, SSPCFs)。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、差示扫描量热仪(DSC)、热重分析(TG)和X射线衍射(XRD)对SSPCFs的结构和热性能进行了表征;通过形态稳定性测试研究接枝共聚物在不同温度下的形态;最后对相变纤维进行水接触角测试研究其亲疏水可控性。结果表明：成功将A18和OEGMA接枝到纤维素表面,制备出具有一定储能特性的固-固相变材料;五种CA-g-P(A18-co-OEGMA)共聚物的耐热温度初始分解温度最低为348℃,最高为368℃,均比CA的初始分解温度高,增加了纤维素基产物的热稳定性;通过水接触角测试表面,随着OEGMA含量的增加,接枝共聚物的水接触角逐渐减小,呈现出逐渐亲水的状态。以上结果说明CA-g-P(A18-co-O...     

掺Fe高阻GaN缓冲层特性及其对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件的影响研究

利用金属有机物化学气相沉积技术在蓝宝石衬底上制备了掺Fe高阻Ga N以及Al Ga N/Ga N高电子迁移率晶体管(HEMT)结构.对Cp_2Fe流量不同的高阻Ga N特性进行了研究.研究结果表明,Fe杂质在Ga N材料中引入的Fe~(3+/2+)深受主能级能够补偿背景载流子浓度从而实现高阻,Fe杂质在Ga N材料中引入更多起受主作用的刃位错,也在一定程度上补偿了背景载流子浓度.在一定范围内,Ga N材料方块电阻随Cp_2Fe流量增加而增加,Cp_2Fe流量为100 sccm(1 sccm 1mL min)时,方块电阻增加不再明显;另外增加Cp_2Fe流量也会导致材料质量下降,表面更加粗糙.因此,优选Cp_2Fe流量为75 sccm,相应方块电阻高达×10?/,外延了不同掺Fe层厚度的Al Ga N/Ga N HEMT结构,并制备成器件.HEMT器件均具有良好的夹断以及栅控特性,并且增加掺Fe层厚度使得HEMT器件的击穿电压提高了39.3%,同时对器件的转移特性影响较小.     

空气介质阻挡放电对超高分子量聚乙烯纤维表面性能及粘结力的影响研究

利用空气介质阻挡放电(DBD)等离子体对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维进行表面改性处理研究以提高纤维表面的润湿和粘结性能.分别研究了等离子体处理时间及电压对UHMWPE纤维拉伸断裂强力、接触角、表面形貌、表面化学成分和粘结性能等的影响规律.SEM分析结果表明,空气DBD等离子体处理后UHMWPE纤维表面出现垂直于纤维轴向分布的凹坑和裂纹,使得纤维表面粗糙度显著增加.XPS分析表明空气DBD处理后纤维表面碳元素含量显著下降;同时氧元素和氮元素的含量均较处理前增加,但氧元素含量增加的幅度显著高于氮元素.XPS分峰结果表明等离子体处理后UHMWPE纤维纤维表面C—O/C—N基团含量显著增加,同时出现了C O和O—C O这2种新的含氧官能团.同时,接触角及和与环氧树脂之间的界面剪切力(IFSS)测试结果表明DBD等离子体处理后UHMWPE纤维表面润湿性能和粘结力均产生显著提高,且随着等离子体处理时间或电压的增加,UHMWPE纤维的表面润湿性能和粘结力均呈现先上升后下降的趋势.空气DBD等离子体处理对UHMWPE纤维的力学性能影响较小,当处理电压低于200 V,处理时间小于100 s,纤维强力下降比率小于5.2%.     

异质结型La_2Ti_2O_7/TiO_2复合纳米纤维的制备及光催化降解

以静电纺丝技术制备的TiO_2纳米纤维为模板和反应物,采用水热法合成了具有异质结构的La_2Ti_2O_7/TiO_2复合纳米纤维。将其作为光催化剂,在紫外光和可见光环境中,对模拟有机污染物罗丹明B进行光催化降解。采用XRD,SEM和HRTEM等分析测试手段对样品的组成及形貌进行表征,通过UV-vis漫反射光谱表征其光吸收性能及禁带宽度,测试光催化性能。结果表明:TiO_2纳米纤维形貌得以完好保持,La_2Ti_2O_7纳米晶粒均匀地生长在TiO_2纳米纤维表面形成异质结,减小了TiO_2的带隙宽度,光催化活性提高,光谱响应范围拓宽到可见光区。在紫外光和可见光下均具有良好的光催化活性。     

自组装短肽作为“实时监控”纳米材料的初步研究

本文主要采用圆二色谱仪、原子力显微镜、刚果红染色等来探究手性自组装短肽GFS-15的二级结构、纳米形态和宏观形貌特征;通过循环伏安曲线、圆二色谱来检测浓度、时间、盐离子对它自组装过程的影响。结果表明,GFS-15能形成纳米纤维,能和金电极结合且影响其电化学行为,还可以作为细胞的三维培养基质材料;细胞三维培养常规实验以及细胞三维培养实时监控实验表明,细胞可在该肽形成的纳米三维微环境中生长,也能组装在金电极传感器的(纳米金)表面。本研究将为生物实时监控以及纳米生物医学的前沿研究打下基础。     

光降解刚果红的S型硫掺杂g-C3N4/TiO2异质结光催化剂

含有机物工业废水的处理仍然是人类实现可持续发展的重大挑战.而光催化作为一种先进的氧化环保技术,以其反应条件温和、能耗相对较低的优点在有机废水处理中受到越来越多的关注.近年来,人们设计和合成了许多不同结构和形状的光催化剂.特别是金属氧化物半导体以其适宜的能带结构、稳定的物化性质、无毒性等特点已成为光催化降解有机废水的研究热点.此外,一维纳米结构(1D)已被证实有利于光催化降解过程,其优势在于比表面积大,离子的迁移路径短,以及独特的一维电子转移轨道.尤其是TiO2纳米纤维由于其亲水性、特殊的形貌和合适的能带位置,在污染物水溶液的处理中表现出优异的光催化性能.然而,TiO2(～3.2 eV)的宽禁带、光生载流子的易复合等缺陷导致其光利用率较低,限制了其实际应用.因此,人们提出了许多提高光催化活性的策略,如掺杂金属或非金属元素、负载贵金属、构建异质结等.构建梯形(S型)异质结已被证实是提高复合材料光催化活性的一种有前途的策略.S型异质结不仅能有效地分离光生电子和空穴,而且还原能力低的半导体CB上的电子和氧化能力低的半导体VB上的空穴复合,而氧化还原能力较强的空穴和电子分别被保留.因此,这一电子转移过程赋予了复合物最大的氧化还原能力.同时,在g-C3N4中引入硫元素可以拓宽其光吸收范围,从而产生更多的光生载流子.此外,额外的表面杂质将有助于e?-h+对的分离,其光催化活性明显高于单纯的g-C3N4.综合一维纳米结构、硫掺杂和S型异质结的优势,本文采用静电纺丝和煅烧法制备了一系列硫掺杂的g-C3N4(SCN)/TiO2 S型光催化剂.制备的SCN/TiO2复合材料在光催化降解刚果红(CR)水溶液中表现出比纯TiO2和SCN更优越的光催化性能.光催化活性的显著增强是由于一维分布的纳米结构和S型异质结.此外,XPS分析和DFT计算表明,电子从SCN通过SCN/TiO2复合材料的界面转移到TiO2.在模拟太阳光照射下,界面内建电场、带边缘弯曲和库仑相互作用协同促进了复合物相对无用的电子和空穴的复合.因此,剩余的电子和空穴具有较高的还原性和氧化性,使复合材料具有最高的氧化还原能力.这些结果通过自由基捕获实验、ESR实验和XPS原位分析得到了充分的验证,说明光催化剂中的电子迁移遵循S型异质结机理.本文不仅可以丰富了新型S型异质结光催化剂的设计和制备方面的知识,并为未来解决环境污染问题提供一个有前景的策略.     

多功能Aβ有机小分子探针的构建及诊疗应用进展

阿尔茨海默症(AD)是最主要的进行性神经类疾病之一. β-淀粉样蛋白(Aβ)的形成、 错误折叠和聚集沉积被认为是该类疾病的重要病理学标志. 近年来, 研究人员基于荧光成像灵敏度高、 操作简便及副作用小的优点, 围绕脑部特殊的血脑屏障(BBB)系统和Aβ蛋白结构, 开发了一系列多功能Aβ探针应用于AD的诊疗研究. 本文分别从检测和治疗两个角度出发, 综合评述了Aβ诊疗探针的脑靶向设计、 波长调控和诊疗一体化的化学调控策略, 并展望了功能性荧光探针在该领域的应用前景.     

β淀粉样蛋白结合乙酰胆碱受体的结构动力学及抑制剂的虚拟筛选探究

本文开展分子对接和分子动力学模拟,探究β淀粉样蛋白多肽和α7-nAChR(α7-烟碱乙酰胆碱受体)形成的复合物的结构动力学特征,并揭示了配体和受体之间存在的分子间相互作用. 研究结果表明,Aβ_25-35通过氢键和形状互补与α7-nAChR结合,并且在离子通道中容易发生自聚集,从而阻断离子通道并诱导神经元凋亡. 计算得到Aβ_25-35的酰胺-I带位于1650.5 cm^-1,表明Aβ_25-35骨架构象倾向于呈现无规则卷曲,这与聚类分析得到的结果一致. 本文同时将目前现有的药物作为虚拟筛选的模板,设计了8种新药用于抑制β淀粉样蛋白多肽与$α7-nAChR结合. 半柔性对接结果表明,新药与α-nAChR之间存在强相互作用,能有效抑制离子通道中Aβ_25-35片段的聚集,具有缓解乃至治疗阿尔茨海默病的巨大潜力.