Predicting the Performance of Lithium Adsorption and Recovery from Unconventional Water Sources with Machine Learning

吸附 变压吸附 决策树 工艺工程 海水淡化 环境科学 计算机科学 化学 机器学习 工程类 有机化学 生物化学
作者
Ziyang Xu,Yihao Ding,Soyeon Caren Han,Changyong Zhang
出处
期刊:Water Research [Elsevier]
卷期号:266: 122374-122374
标识
DOI:10.1016/j.watres.2024.122374
摘要

Selective lithium (Li) recovery from unconventional water sources (UWS) (e.g., shale gas waters, geothermal brines, and rejected seawater desalination brines) using inorganic lithium-ion sieve (LIS) materials can address Li supply shortages and distribution issues. However, the development of high-performance LIS materials and the optimization of recovery-related operating parameters are hampered by the variety of production methods, intricate procedures, and experimental expenses. Machine learning (ML) techniques offer potential solutions for enhancing LIS material development. We collected literature data on Li adsorption, categorizing 16 parameters into adsorbent parameters, operating parameters, and solution components. Three tree-based algorithms-Random Forest (RF), Gradient Boosting Decision Trees (GBDT), and Extreme Gradient Boosting (XGBoost)-were used to evaluate the impact of these parameters on lithium adsorption. The grouped random splitting method limited data leakage and mitigated overfitting. XGBoost demonstrated the best performance, with an R² of 0.98 and a root-mean-squared error (RMSE) of 1.72. The SHAP values highlighted that operating parameters were the most influential, followed by adsorbent parameters and coexisting ion concentrations. Therefore, focusing on optimizing operating parameters or making targeted improvements on LIS based on operating conditions will enhance LIS performances in UWS. These insights are crucial for optimizing Li adsorption processes and designing effective inorganic LIS materials.
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