Моделирование способности поли(4

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 8812 (2023) Цитировать эту статью

152 доступа

Подробности о метриках

Мембраны являются потенциальной технологией, позволяющей снизить потребление энергии, а также снизить экологические проблемы, учитывая процессы разделения. Новый класс этой технологии — смешанно-матричная мембрана (СММ) — может быть изготовлена ​​путем диспергирования твердых веществ в полимерной среде. Таким образом, МММ на основе поли(4-метил-1-пентена) привлекли большое внимание к улавливанию углекислого газа (CO2), который является загрязнителем окружающей среды с парниковым эффектом. Проницаемость CO2 в различных МММ, состоящих из поли(4-метил-1-пентена) (ПМП) и наночастиц, была всесторонне проанализирована с экспериментальной точки зрения. Кроме того, необходима простая математическая модель для расчета проницаемости CO2 перед построением соответствующего процесса разделения на основе PMP. Таким образом, в текущем исследовании используются искусственные нейронные сети многослойного перцептрона (MLP-ANN), чтобы связать проницаемость CO2 в МММ PMP/наночастицы с составом мембраны (тип добавки и доза) и давлением. Соответственно, влияние этих независимых переменных на проницаемость CO2 в мембранах на основе PMP исследуется с помощью множественного линейного регрессионного анализа. Выяснилось, что проницаемость CO2 имеет прямую связь со всеми независимыми переменными, а доза наночастиц является самой сильной. Структурные особенности MLP-ANN эффективно продемонстрировали привлекательный потенциал для достижения максимально точного прогноза проницаемости CO2. Лучшей моделью для рассматриваемой задачи признана двухслойная MLP-ИНС с топологией 3-8-1, обученная алгоритмом байесовского регулирования. Эта модель моделирует 112 экспериментально измеренных значений проницаемости для CO2 в PMP/ZnO, PMP/Al2O3, PMP/TiO2 и PMP/TiO2-NT с превосходным абсолютным средним относительным отклонением (AARD) менее 5,5% и средней абсолютной ошибкой (MAE) 6,87 и коэффициент корреляции (R) выше 0,99470. Было обнаружено, что смешанная матричная мембрана, состоящая из ПМП и TiO2-NT (функционализированная нанотрубка с диоксидом титана), является лучшей средой для разделения CO2.

В последнее время значительный интерес вызвали улавливание и секвестрация CO2 (диоксида углерода)1,2 как практический инструмент против глобального потепления и изменения климата. По данным литературы, концентрация CO2 в атмосфере с доиндустриальной эпохи по настоящее время резко возросла с 280 до 420 ppm, а ее максимально допустимое значение составляет 350 ppm3,4. С другой стороны, было подсчитано, что концентрация CO2 в атмосфере достигнет 570 частей на миллион к нынешнему уровню повышения в конце 21 века5. На этой основе было заключено несколько соглашений по сокращению выбросов CO2 к 2050 году путем сосредоточения внимания на внедрении стратегий улавливания и хранения углерода (CCS)6. С этой целью были предложены различные технологии, такие как абсорбция7, адсорбция8,9, криогенная10 и мембранная11. Однако абсорбция как наиболее зрелая технология имеет некоторые серьезные недостатки, включая коррозию оборудования12, побочные эффекты на окружающую среду13 и стоимость14. Криогенная технология, как еще одна зрелая технология, потребляет большое количество энергии15. Более того, внедрение водостойкого адсорбента с высокой селективностью и нагрузочной способностью, а также с надлежащей теплотой адсорбции и разумной стоимостью для крупномасштабного применения по-прежнему остается серьезной проблемой7,16,17. Следовательно, мембранная технология с точки зрения ее экологичности, эффективности, гибкости, стоимости, зрелости и простоты считается одной из интересных стратегий разделения газов18 и мониторинга загрязнения19. Улавливание и секвестрация CO2 не только имеет решающее значение для применений после сжигания, связанных с дымовыми газами для разделения CO2/N2, но также требуется для процессов предварительного сжигания для разработки возобновляемых источников энергии, включая модернизацию биогаза20 и очистку природного газа для разделения CO2/CH421 . Утилизированный диоксид углерода также можно использовать в качестве сырья для синтеза химических веществ с добавленной стоимостью22.