Представляем модель машинного обучения методологии поверхности отклика для биосорбции красителя метиленового синего с использованием биомассы Triticum aestivum.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8574 (2023) Цитировать эту статью

372 Доступа

Подробности о метриках

Серьезной экологической проблемой глобального масштаба является загрязнение воды красителями, особенно из промышленных сточных вод. Следовательно, очистка сточных вод от различных промышленных отходов имеет решающее значение для восстановления качества окружающей среды. Красители — важный класс органических загрязнителей, которые считаются вредными как для людей, так и для водной среды обитания. Текстильная промышленность стала более заинтересована в адсорбентах сельскохозяйственного назначения, особенно в адсорбции. В работе оценивали биосорбцию красителя метиленового синего (МБ) из водных растворов биомассой соломы пшеницы (T. aestivum). Параметры процесса биосорбции были оптимизированы с использованием подхода методологии поверхности отклика (RSM) с центральным гранецентрированным композитным дизайном (FCCCD). Используя краситель MB с концентрацией 10 мг/л, 1,5 мг биомассы, начальный pH 6 и время контакта 60 минут при 25 °C, были получены максимальные проценты удаления красителя MB (96%). Методы моделирования искусственных нейронных сетей (ИНС) также используются для стимулирования и проверки процесса, а также оценивается их эффективность и способность прогнозировать реакцию (эффективность удаления). Существование функциональных групп, которые являются важными сайтами связывания, участвующими в процессе биосорбции МБ, было продемонстрировано с помощью спектров инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR). Более того, сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) показал, что свежие блестящие частицы абсорбировались на поверхности T. aestivum после процедуры биосорбции. Показано, что биоудаление МБ из сточных вод возможно с использованием биомассы T. aestivum в качестве биосорбента. Это также перспективный биосорбент, экономичный, экологически чистый, биоразлагаемый и экономически эффективный.

Предприятия текстильно-красильных предприятий производят значительное количество отходов, 5% которых попадает в сточные воды объемом около 637,3 млн куб. м в год, что вносит существенный вклад в загрязнение водных объектов1. Сточные воды предприятий, производящих красители и пигменты, а также многих других, обычно богаты красителями и органическими веществами. Использование красителей широко распространено в таких отраслях, как текстильная, резиновая, бумажная, пластиковая и косметическая. Текстильная промышленность является первой среди этих нескольких отраслей промышленности, использующей красители для окрашивания волокон. Выбросы красителей текстильной промышленности вызывают серьезное загрязнение воздуха, воды и почвы и, таким образом, оказывают негативное воздействие на окружающую среду. Текстильная промышленность в последнее время превратилась в серьезную проблему, оказывающую воздействие как на людей, так и на окружающую среду2. Сточные воды, содержащие красители, опасны, поскольку содержат токсичные вещества, взвешенные вещества и другие химические вещества3,4. Химическое вещество, образующееся в результате их взаимодействия, чрезвычайно опасно для людей, растений и водных обитателей. Результатом являются болезни, передающиеся через воду5. МБ — самый распространенный и популярный краситель в текстильной промышленности, используемый для окраски шерсти, шелка и хлопка. МБ представляет собой положительно заряженную анионную хиноноидную структуру, химическая формула МБ — C16H18ClN3S. Метгемоглобинемия, некроз тканей, спутанность сознания и рвота — все это возможные побочные эффекты токсичности MB6. Ограничение переноса кислорода и предотвращение попадания солнечного света в водоемы — два негативных воздействия красителей на окружающую среду7.

Недавно было опубликовано несколько отчетов о методах удаления красителей8. Тремя основными категориями лечения для представленных методов являются химическая, биологическая и физическая обработка9,10. Некоторые из замечательных методов, о которых обычно сообщают, включают адсорбцию, биологическую очистку, электрохимическую обработку, ускоренное окисление (АОП) и мембранную фильтрацию11,12. Предварительная расстойка используется для избавления от красителя. Каждая техника имеет преимущества и недостатки. Наиболее часто используемым подходом является адсорбция13. Это позволяет удалять загрязняющие вещества на уровнях от низкого до высокого. В результате были проведены многочисленные исследования по созданию эффективных и доступных по цене адсорбентов14. Наиболее адаптируемым и широко используемым из этих методов является биосорбция. Он доступен по цене и удобен в использовании15,16. Многочисленные исследования поддержали и подтвердили использование различных материалов для биосорбции загрязняющих веществ с целью удаления загрязнений17,18. Популярные и высокоэффективные биосорбенты, такие как активированный уголь, также являются более дорогими19, что побудило многих исследователей искать биосорбенты, которые были бы недорогими и легко доступными на местном уровне20,21. Для удаления красителя MB из сточных вод текстильной промышленности в данном исследовании в качестве недорогого биосорбента используется T. aestivum. Это часто выбрасываемые сельскохозяйственные отходы, которые легко доступны и больше не могут быть использованы в полезных целях22,23. Кроме того, он доступен бесплатно или чрезвычайно недорог, что делает его легкодоступным и экономически эффективным биосорбентом. Недостатками синтезированных адсорбентов для очистки сточных вод красителей являются то, что регенерация биосорбента является дорогостоящей и приводит к потерям материалов, требует высокой дозировки и экономически нежизнеспособна для некоторых отраслей промышленности, таких как целлюлозно-бумажная.