微生物燃料电池堆栈的设计开发与应用进展

微生物燃料电池可将环境废水中的化学能转化为电能,并驱动和强化有机污染物降解,是生物电化学环境修复、清洁能源开发很有应用潜力的解决方案.目前,微生物燃料电池在实际应用中还存在着电池规模小、输出电能低等工程问题,成为限制其性能和规模化应用的核心瓶颈,因此需要对微生物燃料电池进行规模化放大.然而,单纯地增加单体微生物燃料电池的体积,将增加电池内阻,导致能量损失加大,限制微生物燃料电池输出功率进一步提高,不适合工程化应用.微生物燃料电池堆栈是在保持单体微生物燃料电池性能的基础上,通过将多个单体微生物燃料电池进行串并联连接,从而有效提高微生物燃料电池的输出电压、电流以及功率,是实现微生物燃料电池规模化放大的主要手段,已经广泛应用于复杂环境中低劣生物质发电、废水处理以及化学品合成等领域.本文基于微生物燃料电池堆栈的工作原理,从产电微生物、电极材料、电池结构以及电池传质等多个方面系统分析了影响微生物燃料电池堆栈性能的关键因素,总结了微生物燃料电池堆栈结构和电路管理系统的设计原理与工程技术,分析了微生物燃料电池堆栈的重点应用领域,并针对其未来的研究方向进行了展望,以促进微生物燃料电池堆栈的工业化应用.

再制造零件表面油漆的熔盐清洗去除作用

目的针对再制造零件表面油漆去除效率低、清理不彻底的问题,使用熔盐清洗技术对油漆进行清洗,针对熔盐清洗去除机理展开深入研究,并探究熔盐清洗比高温热分解处理去除效率高的原因。方法利用SEM电镜对油漆微观形貌进行观察,分析了油漆内部结构特点及元素分布,并以此为基础进一步阐释了熔盐清洗的气化、热膨胀以及氧化作用。通过热重实验,确定油漆、油漆与熔盐混合物最大失重速率的发生温度,并采用Coats-Redfern积分法对热解过程进行动力学分析,计算油漆高温热分解和在熔盐中反应对应的活化能。结果油漆内部呈现明显的分层结构,由环氧树脂类底漆和聚氨酯类面漆组成,主要组分为有机物,在高温环境下表面会发生软化,因此熔盐热膨胀作用的除漆效果不明显,熔盐去除机理中的气化和氧化作用为主要去除作用。热重实验结果表明,熔盐在300℃左右具有良好的热稳定性和较大的热容,与高温热分解相比,熔盐使油漆最大分解速率发生温度从350℃降至305℃,使油漆分解活化能由高温热分解所需的114.4 kJ/mol降至74.1 kJ/mol。结论熔盐清洗的主要去除作用为气化和氧化作用,能够有效降低油漆最大分解速率的发生温度和油漆分解反应所需的活化能,提高油漆去除效率,降低反应温度。

基于熔盐超声复合的除漆技术研究及工艺优化

目的针对再制造端盖表面厚重油漆的去除难题,研究基于熔盐超声复合清洗的除漆技术。方法采用SEM电镜和红外光谱分析仪观察分析油漆的微观形貌和组成成分,结合熔盐、超声去除规律,揭示复合清洗机理,并在此基础上开展复合清洗试验。通过中心复合试验法,以复合清洗周期作为评判指标,拟合试验数据构建清洗周期的回归方程和响应曲面模型,利用Minitab对清洗温度和超声功率两工艺参数进行最优化分析,并设置实验验证。结果油漆内部呈明显的分层结构,其主要成分为含酯基、环氧基和芳香类化合物的有机物,复合清洗机理为热膨胀、化学、表面张力和超声空化效应的作用。基于上述结果进行的试验表明,随清洗温度和超声功率的提高,清洗场内化学反应速率提高,超声空化效果显著,复合清洗能力增强,复合清洗周期最短为4.5 min。最优清洗参数为:温度335℃,超声功率1440 W。利用最优参数清洗后,表面污染物残余量为0.2 mg,硬度和抗拉强度的变化率分别为0.83%和1.68%,符合再制造标准。结论熔盐超声复合清洗处理通过选取合适的工艺参数,可有效去除污染物,清洗效果以及机械性能符合再制造要求。

基于预期目标的高效能电机方案绿色度评价

为改善产品方案绿色度评价权重判断模糊的问题,提出一种基于预期目标和Larsen模糊推理的高效能电机绿色度评价方法。在对产品方案生命周期特征信息分解的基础上,构建绿色度评价递阶层次模型。根据极大极小聚类模糊(max-min)原则,综合考虑产品环境属性、能源属性、资源属性三方面因素,结合设计者对产品方案标准、企业生产状况、环境特性等因素设定方案预期目标进行评价,提升了评价过程的客观性与明晰性。以高效能低压三相异步电机YE3 160L-4为例验证模型,结果表明,它在矿产资源消耗量、酸性氧化物排放等水平上有进一步优化空间。

LY732－PMOSFET电场效应过程的计算机模拟

本文分析及研究了对绝缘栅ＬＹ７３２－ＰＭＯＳ－ＦＥＴ结构所进行的工艺及器件模拟的数据，重点在栅源偏压（ＶＣＳ）与ＭＯＳ结构界面电荷分布的定量关系上得到了与实验一致的结果，定量地描述了在常规偏压条件下硅衬底表面电荷的分布及行为，从而揭示了Ｐ－ＭＯＳＦＥＴ电场效应的微观过程．

再制造清洗熔盐配方改进及去除作用研究

针对原有再制造清洗熔盐配方热稳定性低、毒性强的缺陷,进行配方改进及去除作用研究。将原有配方中易分解的NaNO2替换为Na2CO3,使用混料实验设计获得13组不同比例配方,并对其熔点进行理论计算及试验测试,获得熔点计算值与实测值的响应曲面及等值线图,利用响应变量优化器获得二者最低熔点及组分比例。验证最优配方清洗效果及清洗前后机械性能,并利用傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线能谱(EDS)、气相色谱质谱(GC-MS)分析油漆及气体产物组分,阐释去除作用机制。结果表明,熔点计算值与实测值的响应曲面及等值线图变化趋势相同,二者熔点最大绝对值误差为3.5%,最优熔点相差5.70℃,误差率为2.74%,吻合程度高;同时依据FTIR、EDS显示的油漆主要为含酯基、羧基、硝基及芳香类基团的有机物的结果及GC-MS确定的气体产物成分,将改进配方去除作用阐释为包含裂解、氧化反应的化学作用及高温作用;此配方可在4 min内完全去除油漆,清洗前后抗拉强度和硬度变化率分别为1.68%和0.83%,表面粗糙度为0.21和0.25μm,均符合使用要求。

产电细胞的合成生物学设计构建

以产电微生物为核心的微生物电催化系统在能源、环境等诸多领域有着广泛的应用,然而自然环境中野生型产电微生物可利用底物谱窄、底物摄取代谢强度弱,胞内电子池容量小、还原力再生效率差,胞外电子传递速率慢、电子通量小,这已成为限制其工业化应用的主要瓶颈。本文基于产电微生物介导的化学能到电能的能量转化路径,总结阐明了产电微生物的胞内电子生成过程与胞外电子传递机制,系统综述了近五年国内外利用合成生物学增强产电微生物底物摄取利用、强化胞内电子生成、加速胞外电子传递方面的研究进展,并对未来设计构建高效产电细胞研究进行了展望。

柴胡皂苷d对肝星状细胞的作用分析

从传统药物中寻找生物活性成分是开发抗肝纤维化药物的重要途径。人们发现中药柴胡成份柴胡皂苷d(SSd)可以抑制肝星状细胞(HSC)活化,但是相关生物学机制的研究较少。本研究以体外诱导活化的HSC为肝纤维化细胞模型,探究SSd抗肝纤维化效果及其分子机制。结果显示,SSd能够抑制HSC增殖和纤维化相关基因转录,并且可能通过激活细胞凋亡通路和抑制线粒体能量代谢两条途径诱导HSC发生凋亡。本研究表明,SSd有希望成为抗肝纤维化的潜在药物。

熔盐清洗对再制造零部件基体性能的影响

为探究熔盐清洗对再制造零部件基体性能的影响,验证清洗后零部件的可再制造性,通过对再制造零部件中常见的五种基体材料清洗前后的主要材料性能进行测试,包括表面粗糙度、屈服强度、抗拉强度以及硬度,对比各基体材料清洗前后各项性能的变化情况,探究熔盐清洗对不同材料性能的影响。对清洗后再制造零部件表面和剖面进行微观形貌及成分分析,探究各类材料的表面氧化程度、氧化层致密度及厚度对表面性能的影响。结果表明,在完全去除再制造零部件表面油漆油污的前提下,熔盐清洗后各类材料零部件基体性能无明显差异性的变化。清洗后的零件能满足后续再制造工艺要求。

针对再制造27SiMn钢液压支架立柱表面粗糙度的熔盐清洗工艺优化

在对再制造27SiMn钢液压支架立柱的熔盐清洗过程中,金属基体表面发生氧化,导致清洗后工件表面粗糙度参数发生改变,影响后续再制造工序。为最大限度降低该影响,通过分析熔盐清洗氧化作用机理,探究清洗过程中发生的氧化反应,确定影响氧化反应进行的关键清洗工艺参数。采用中心复合试验设计方法,以熔盐清洗前后27SiMn钢材料样件表面粗糙度变化量为响应变量,对关键清洗工艺参数进行优化,最终获得用于清洗再制造27SiMn钢液压支架立柱表面油漆污物的最优熔盐清洗工艺参数。结果表明,熔盐清洗去除油漆污物过程的氧化反应能在一定程度上限制金属基体发生的氧化反应,而清洗温度及清洗放置深度对氧化反应程度产生直接影响。当清洗温度为300℃、样件喷漆面与熔盐自由液面间距离为0.5倍的样件高度时,表面粗糙度变化量最小,该参数下清洗质量最优。

基于超声熔盐复合清洗的多物理场仿真研究及其关键参数优化

根据前期调研并结合再制造清洗对象特点,建立了适用于再制造毛坯件超声熔盐复合清洗的三维仿真模型,并根据清洗位置范围以及全面客观地反映清洗槽内声场分布,合理选取了声场评价面。运用Comsol Multiphysics软件对300℃温度场中不同超声振子排布及频率参数条件下的声场分布进行了仿真研究,根据得到的仿真结果选择最优复合清洗参数。最后,通过铝箔腐蚀法验证了仿真结果的准确性,对于促进再制造产业发展,提升行业再制造水平具有指导意义。

地质灾害风险区划与综合防治对策

随着人们生产经营活动不断增多,对自然环境的破坏日益加剧,进而造成地质灾害频发,给人们的生命财产安全造成严重损害。随着科学技术的不断发展,用于检测自然灾害的技术也逐渐增多,如何做好地质灾害的检测与预防工作,减少自然灾害所带来的经济损失是当前研究的重点。为此,文章主要分析地质灾害的风险划分,并且根据不同特点的地质灾害,提出针对性的预防措施,以供参考。

基于地理信息的山洪地质灾害预警预报研究

地理信息系统是一种空间信息系统,通过对数据的采集处理,进行一系列的空间运算和分析,从而解决复杂的规划、决策和管理问题。随着全社会对地理信息及应用服务的需求日益增长,GIS在基础测绘、国土资源管理、城市管理、交通运输、公共卫生、社会经济统计、石油勘探、农业、气象、地质灾害等各行各业中发挥了主力军的作用。尤其在地质灾害预测和分析上,展示出不可替代的作用。通过对地质信息空间数据的采集和处理,借助于地理信息系统强大的分析功能,让地质信息数据“活”起来。

计算机辅助设计在集成电路制造工艺中的应用

本文结合作者在集成电路创造工艺中应用计算机辅助设计（以下简称：微电子工艺ＣＡＤ）所做的部分工作，着重介绍了目前较为成熟、且使用越来越广泛的集成电路全工艺模拟系统ＳＵＰＲＥＭ－Ⅱ。向读者介绍该系统在单管（场效应器件）和双极型电路（运算放大器）的工艺设计及工艺优化中的若干应用，从中可以了解到微电子工艺ＣＡＤ系统所能够提供给从事集成电路制造工艺的研究人员的数据信息量。

人工电活性微生物菌群的设计与应用

包括产电菌群和噬电菌群的人工电活性微生物菌群(synthetic electroactive microbial consortia)通过菌种间的物质能量级联反应介导化学能与(光)电能间的相互转化,其可利用底物来源广泛、双向电子传递速率快、环境稳定性强,在清洁电能开发、废水处理、环境修复、生物固碳固氮以及生物燃料、无机纳米材料、高聚物等高值化学品合成等多个领域具有广泛的应用前景。针对人工电活性微生物菌群设计、构建与应用,本文总结电活性微生物菌群界面电子传递和种间电子传递机制,概括基于“劳力分工”原理设计构建人工电活性微生物菌群物质能量级联反应基本架构,总结菌群关系与菌群生态位优化等人工电活性微生物菌群工程化策略,分类列举人工电活性微生物菌群在利用廉价生物质产电、生物光伏固碳产电,光驱噬电生物菌群固氮等相关应用。最后对人工电活性微生物菌群未来研究方向进行了展望。

强化产电微生物与电极间电子传递速率的研究进展

产电微生物是微生物燃料电池、电解池和电合成等微生物电化学技术(Microbial electrochemical technologies,METs)的研究基础。产电微生物与电极界面间的胞外电子传递(Extracellular electron transfer,EET)效率低以及生物被膜形成能力弱限制了METs在有机物降解、电能生产、海水淡化、生物修复和生物传感等方面的应用。因此,强化产电微生物与电极界面间的相互作用是过去几年的主要研究热点。针对近年的研究,本文系统概述了通过改造产电微生物来增强微生物-电极间相互作用的各种策略,重点分析了这些策略的适用性和局限性,并展望了强化产电微生物-电极界面作用在微生物电化学技术利用方面的研究前景。

产电微生物的筛选方法研究进展

产电微生物是一类具有胞外电子转移能力的微生物,能够将有机物中储存的化学能转化为电能,其作为微生物电催化系统的催化剂,已经成为环境和能源领域的研究热点。但目前所发现的产电菌,产电机制有所差异,产电能力参差不齐,菌株的性能从根本上影响了其产电能力,其产电能力不足成为限制微生物燃料电池在工业上广泛应用的主要瓶颈。目前,通过理性设计或定向进化等改造方法,难以实现产电微生物在复杂多样环境中的广泛应用。通过定向筛选策略,建立一套快速、高效的筛选鉴定技术,挖掘环境中性能优异的产电微生物,是促进其广泛应用的有效途径。文中基于产电微生物的种类,总结回顾了现有的产电微生物的筛选鉴定方法,并对其研究前景进行了展望。