基于生物炭性质分析和机器学习模型的重金属吸附效率预测

发布时间：2024-04-22 05:18

　　水体中的重金属会对水生系统以及人类健康造成严重威胁,吸附法是处理重金属废水的有效途径之一。生物炭具有多孔结构、丰富的表面官能团,是一种廉价易得的高效吸附剂。为了实现西藏地区生物质资源的高效利用,本文选用青稞秸秆和牦牛粪便为原料,对其组成成分和热解特性进行分析,并将二者按照一定的质量比例混合,在不同环境条件下,通过热解制备生物炭。采用元素分析、SEM-EDS、FTIR、BET、TGA等技术对生物炭理化性质进行表征分析,研究吸附条件对生物炭吸附重金属Cd效率的影响规律。并结合本研究及相关文献报道,基于机器学习理论,采用DT模型、GBDT模型、XGBoost模型和Stacking模型,依据生物炭的理化性质和吸附条件等预测生物炭对于各类重金属离子的吸附效率。主要研究结果如下:(1)青稞秸秆的碳含量、挥发性有机物、固定碳含量显著高于牦牛粪便,其纤维素含量是牦牛粪便的6.5倍,牦牛粪便中则含有更多的木质素。采用热重分析仪对青稞秸秆和牦牛粪便的热解特性进行分析,生物质热转化的适宜温度在360～590℃之间。(2)秸秆生物炭的碳含量较高、比表面积较小,粪便生物炭的阳离子交换量、灰分较高,表面官能团更丰...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1浅层机器学习常用模型分类

西北大学硕士学位论文8pH的升高，吸附效果显著增强。Liu等[30]研究小麦秸秆生物炭对于水溶液中Cd2+的最大吸附量为69.8mg/g，吸附机制主要包括矿物沉淀、表面络合和阳离子-相互作用，其中阳离子-机理对于吸附结果的贡献率为5.42~48.58%，矿物沉淀为32.12~72....

图1.2技术路线图

西北大学硕士学位论文12图1.2技术路线图

图2.2生物质原料及其混合物的TG/DTG曲线图

西北大学硕士学位论文18关系[48]，图2.2显示了两种原料及其各种混合物的TG和DTG曲线。由DTG曲线可以看出所有原料在热解过程均显示明显的两个峰，但是由于原料组成及结构差异，导致DTG曲线中峰出现的温度和峰所呈现的形状存在显著差异[49]。图2.2生物质原料及其混合物的TG....

图3.1生物炭产率与TG曲线对比图

第三章生物炭的制备及表征分析25于吸附水溶液中的重金属离子时，其自身碱性有利于促进吸附过程，生物炭的pH值越高，对此类重金属的吸附效果就越好。由于原料配比、热解温度和环境压力的差异，生物炭的灰分在14.13~60.61％的较大范围内变化，在较高温度下制备的生物炭含有更高的灰分。原....

本文编号：3961986