电荷辅助氢键的形成机制及环境效应研究进展

氢键(Hydrogen bond)作为分子间一种常见的相互作用力,在物理、化学和生物过程中起着重要作用,这种所谓的"弱相互作用"已经被广泛研究。因独特的键合方向性和成键特异性,该键合作用能够在分子聚集过程中提供最佳的控制,被应用于晶体材料合成工艺领域。尤其是离子或电荷辅助下形成的氢键,即电荷辅助氢键(Charge-assisted hydrogen bond,CAHB),其键合强度相当于共价键,引起了研究者的关注。CAHB是指相对于普通的氢键作用,形成氢键作用的两个物质之间存在电荷分布,能够直接形成CAHB。实际上,在给定的共振结构中,电荷的分布是间接导致相对较强的CAHB形成的主要原因。此外,两性离子组分与携带相反电荷的载体之间伴随着库仑相互作用,由于存在两个能量等价的价键共振形式,进而形成具有更强结合作用的CAHB。其中,与质子供体原子上正电荷之间形成(+) CAHB,与质子接受基团上的负电荷之间形成(-) CAHB。研究发现CAHB作为一类低阻氢键,或类似于阳离子桥的盐桥,普遍存在于环境过程中。其键强比普通的氢键强得多,具有与共价键相当的特性,该特性有助于环境中许多介质自组装过程的发生。CAHB作用下形成的超级大分子结构就是天然有机质在环境中的主要存在形式。吸附是常用于去除水环境中可解离的两性有机污染物的技术手段。研究发现,碳基吸附剂和离子型化合物之间的静电相互作用可能是去除诸多离子型化合物的主要吸附机制。然而,一些其他研究已经注意到,单独的静电相互作用不能解释pH值对发生解离后的离子型污染物吸附的影响,这表明存在额外的物理或化学相互作用机制需要进一步研究。CAHB作为负电荷吸附质和吸附剂之间强的作用力,能较好地解释吸附实验中出现的一些异常现象。本文综述了CAHB在环境中的成键机理以及产生的环境效应。结合部分实验数据,着重论述了CAHB作为天然有机质(包括腐殖质和溶解性有机质)共轭形成超级大分子的重要作用机理。最后,对CAHB参与的复杂水质条件下的环境行为及其受天然有机质的影响,以及碳基吸附剂去除离子型有机污染物的选择和制备方面的研究提出了展望。     

还原氧化石墨烯高效吸附双酚F的机理研究

本研究关注了还原氧化石墨烯(RGO)对内分泌干扰物双酚F(BPF)的高效吸附机理。与同类碳基吸附剂材料GP和GO相比,RGO显示出作为一种高效吸附剂用于去除废水中BPF的巨大潜力。Freundlich模型能够较好地拟合BPF在RGO表面的吸附等温线,这说明BPF在RGO表面可能发生了多层吸附。热力学研究结果表明,BPF在RGO表面吸附是一个自发的吸热过程。溶液pH值从2.0增加到11.0,RGO对BPF的吸附最开始缓慢增加,pH值超过BPF的pKa1后,吸附容量增加到最大值。BPF发生二次解离后,由于静电排斥作用较强,导致其与RGO的结合作用减弱,从而使吸附效率急剧减小。RGO高效吸附BPF的主要机理为π-π相互作用、疏水作用和静电辅助氢键作用,由于溶液pH值不同,导致各种作用的强弱不同,从而使RGO的吸附能力也存在显著差异。本研究为RGO这类石墨烯碳基吸附剂用于去除水环境中具有可解离性的内分泌干扰物提供了理论依据。     

盐湖区龙居镇赵村盐碱地改良措施分析

盐湖区龙居镇赵村项目区,处在一个半封闭的洼地环境,土地盐碱化严重,周围村民迫切希望对盐碱地进行改良。文章在介绍项目区地形、地貌、工程地质和水文情况的基础上,分析了项目区土地盐碱化的成因,从工程角度对项目区盐碱化改良的暗管排盐和作物措施进行了设计。实施结果表明,通过暗管排碱,既有较高的经济效益,又有良好的社会效益,为今后排盐碱工作起到了良好的示范作用。     

基于盲源提取的强混响背景下LFM信号回波检测

在主动声纳进行浅海区域的沉底、掩埋目标探测中,海底混响是主要的背景干扰,其严重影响了LFM信号回波的检测。基于自回归(AR)模型的预白化算法虽能适应匹配检测,但在低信混比时检测效果不甚理想;基于分数阶傅里叶变换(FRFT)的分数域滤波算法虽能抑制混响,但随着混响增强检测性能衰减较快。本文提出一种改进的基于线性预测的盲源提取算法(LP-BSE),通过利用待提取信号与发射信号强相关的先验知识,采用最小二乘法估计并固定对应线性预测器参数;然后通过构造最小均方预测误差准则,迭代求取解混向量以提取用于匹配检测的期望回波。仿真结果表明,该算法有着更好的匹配检测效果且更稳健。串联LP-BSE与FRFT形成联合方法,匹配检测性能得到进一步提升。      

大体积混凝土施工温度控制计算

大体积混凝土常因施工、养护等不当原因,由水泥水化热引起温度应力而导致裂缝,影响结构、安全和正常使用。通过现场施工经验及查阅有关技术规范、专著等,针对大体积混凝土施工温度裂缝预控进行计算。     

变电站蓄电池机理分析及其状态多维度智能检测策略研究

以研究蓄电池运行健康状态管理为目的,通过对蓄电池内部电化学理论进行底层分析,研究蓄电池运行状态参数的基本概念。以蓄电池内阻、电压、容量以及开路特征和温度的全维度数据的检测方法为基础,提出变电站用直流电源蓄电池的状态检测采集和智能一体化多维度管理策略,为实现蓄电池状态监测、容量预测、开路预测、健康状态预警等功能提供思路。研究结果表明:该方法解决了变电站运行的蓄电池设备在运行中的状态监测盲点、故障无法提前预知等所带来的事故隐患问题。     

基于非对称电压的换流阀暂态低电压运行实验实现方法

当交流系统发生故障时,为确保直流输电系统稳定运行,要求换流阀在暂态低电压工况下能正常工作。为满足IEC 60700-1中暂态低电压实验要求,介绍了用于进行换流阀暂态低电压实验的合成实验回路的系统构成,研究了暂态低电压的实验方法,使试品阀的正反向承受非对称电压,并对电压源辅助阀进行了优化,在满足实验要求的情况下合成实验回路能够稳定运行。实验结果表明该实验回路和实验方法可以满足IEC 60700-1中的的实验要求,验证了合成实验回路和实验方法的合理性。     

螺栓连接对基础非均匀沉降格构式结构的影响

为了现场安装方便,格构式结构设计中的螺孔直径大于螺杆直径,在相同载荷作用下,传统的结构分析计算得到的结构变形量小于试验测量值,另一方面,在相同沉降下,计算得到的杆件轴力大于试验测量值,甚至出现计算结果显示已经破坏的结构,现实中仍在正常运行着。产生这些偏差的主要原因是螺栓滑移。基于ANSYS 开发的滑移梁模型将实验测量得到的螺栓连接位移-载荷关系曲线引入到螺栓连接的分析模型中。利用该模型模拟了基础非均匀沉降格构式结构的受力变形特性,并与传统分析结果及试验测量结果进行对比。结果显示:考虑螺栓滑移影响的模型,模拟结果与实验测量结果非常吻合。为今后格构式结构的设计和研究提供有益参考。     

IGCT在快脉冲条件下开通过程研究

集成门极换流晶闸管(IGCT)开关具有耐压高、通流能力强、工作重频高的特点,然而在纳秒级脉冲功率系统中应用较少。本文以株洲南车生产的非对称性IGCT做开关,通过搭建脉冲形成网络(PFN)纳秒级放电回路,初步研究了IGCT在快放电过程中的开关导通情况。通过理论分析、数值模拟和实验验证发现,目前工业领域的IGCT器件由于触发电流难以有效扩展导通,导致IGCT导通速度存在饱和值,很难在纳秒级别的脉冲下直接实现开关作用,但可以作为脉冲压缩的前级开关使用。