Deep learning artificial neural network framework to optimize the adsorption capacity of 3-nitrophenol using carbonaceous material obtained from biomass waste

生物量(生态学) 吸附 人工神经网络 硝基苯酚 计算机科学 环境科学 制浆造纸工业 工艺工程 化学工程 废物管理 人工智能 化学 工程类 生物 有机化学 催化作用 农学
作者
Rasikh Tariq,Mohamed Abatal,Joel Vargas,Alma Yolanda Vázquez-Sánchez
出处
期刊:Scientific Reports [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:2
标识
DOI:10.1038/s41598-024-70989-0
摘要

The presence of toxic chemicals in water, including heavy metals like mercury and lead, organic pollutants such as pesticides, and industrial chemicals from runoff and discharges, poses critical public health and environmental risks leading to severe health issues and ecosystem damage; education plays a crucial role in mitigating these effects by enhancing awareness, promoting sustainable practices, and integrating environmental science into curricula to empower individuals to address and advocate for effective solutions to water pollution. However, the educational transformation should be accompanied with a technical process which can be eventually transferred to society to empower environmental education. In this study, carbonaceous material derived from Haematoxylum campechianum (CM-HC) was utilized for removing 3-nitrophenol (3-Nph) from aqueous solutions. The novelty of this research utilizes Haematoxylum campechianum bark and coconut shell, abundant agricultural wastes in Campeche, Mexico, for toxin removal, enhancing the adsorption process through artificial neural networks and genetic algorithms to optimize conditions and maximize the absorption efficiency. CM-HC's surface morphology was analyzed using scanning electron microscopy (SEM/EDS), BET method, X-ray powder diffraction (XRD), and pHpzc. Kinetic models including pseudo-first-order (PFO), pseudo-second-order (PSO), and Elovich were applied to fit the data. Adsorption isotherms were determined at varying pH (3-8), adsorbent dosages (2-10 g/L), and temperatures (300.15-330.15 K), employing Langmuir, Freundlich, Temkin, and Redlich-Peterson models. PSO kinetics demonstrated a good fit (R

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