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Aug 06, 2023

アンサンブル学習スキームを使用した、設計可能なグリーンマテリアルに基づく混合物の表面張力の推定に関する洞察

Scientific Reports volume 13、記事番号: 14145 (2023) この記事を引用 43 アクセス メトリクスの詳細 イオン液体 (IL) とその混合物の両方の物理的特性の正確な推定は、

Scientific Reports volume 13、記事番号: 14145 (2023) この記事を引用

43 アクセス

メトリクスの詳細

エンジニアが新しい工業プロセスを適切に設計するには、イオン液体 (IL) とその混合物の両方の物理的特性を正確に推定することが不可欠です。 これらの特性の中で、表面張力は特に重要です。 さまざまな用途で最適に利用するには、純粋な IL の特性だけでなく、その混合物についての知識も必要です。 これに関して、この研究は、包括的なデータセットを使用して、さまざまなイオン液体 (IL) の二成分混合物の表面張力をモデル化する際の確率的勾配ブースティング (SGB) ツリーの有効性を評価することを目的としました。 データセットは、48 の異なる IL と 20 の非 IL コンポーネントからの 4,010 の実験データ ポイントで構成され、278.15 ～ 348.15 K の温度範囲にわたって 0.0157 ～ 0.0727 N m-1 の表面張力範囲をカバーしました。この研究では、推定値が高い相関係数 (R) と 0.999 を超える平均相対絶対誤差、0.004 未満の低い平均相対絶対誤差によって証明されるように、報告された実験データとよく一致しています。 さらに、使用された SGB モデルの結果は、SVM、GA-SVM、GA-LSSVM、CSA-LSSVM、GMDH-PNN、3 つのベースの ANN、PSO-ANN、GA-ANN、ICA-ANN、 TLBO-ANN、AFIS、AFIS-ACO、ANFIS-DE、ANFIS-GA、ANFIS-PSO、および MGGP モデル。 精度の点では、SGB モデルの方が優れており、他の手法と比較して偏差が大幅に低くなります。 また、表面張力を予測する際の各変数の重要性を決定するための評価が行われ、最も影響力のある因子は IL のモル分率であることが明らかになりました。 最終的に、ウィリアムのプロットは、モデルの適用範囲を調査するために利用されました。 データポイントの大部分、つまりデータセット全体の 98.5% が十分に安全域内にあったため、提案されたモデルには高い適用性領域があり、その予測は有効で信頼できると結論付けられました。

ここ数年、世界中の科学者、技術者、規制当局、政策立案者の間でイオン液体 (IL) への関心が高まっています1。 これらの溶融塩は、有機カチオンと有機/無機アニオンから構成され、多様な用途のための新しい種類の化合物としてさまざまな業界で人気を集めています。 IL は、嵩高く非対称なカチオン構造 2 により、規則正しい結晶を形成する傾向が低く、周囲温度では液体状態を保ちます。

優れた触媒特性、低い蒸気圧、不燃性、さまざまな有機化合物に対する高い溶媒和能力、高い熱的および化学的安定性などの IL の卓越した特性により、IL は幅広いプロセスにおいて従来の材料に代わる持続可能な代替品として期待されています 3,4 、5。 IL は、カチオンまたはアニオンに構造を変更することでその特性を特定のプロセスに合わせて調整できるため、「設計可能な材料」と呼ばれることがあります6。 現在、IL は、石油増進回収 (EOR)7 プロセス、抽出プロセス 8、9、10、11、触媒反応 12、分離プロセス 13、14、15、電気化学 16、リチウム電池 17、バイオマスを含むがこれらに限定されないさまざまな用途に使用されています。変換18、脱硫19、石炭溶解20、アスファルト処理21、22、原油溶解23、24、アスファルテン溶解25、原油/水IFT削減26。

IL または他の化合物との混合物の化学的、物理的、熱力学的特性を包括的に理解することは、特に貯留層での EOR プロセスなど、IL の産業用途のかなりの割合で混合物が含まれるため 27 、非常に重要です。 これは学術面でも産業面でも非常に重要です。

表面張力は、IL およびその関連混合物の重要な巨視的物理特性 28 です。 これは、蒸留、抽出、吸収などの物質移動を伴う今後の工業プロセスの適切な設計と運用において重要な役割を果たします3,29。 石油産業では、表面張力は精留塔、吸収塔、分離器、二相パイプラインの設計、および貯留層の評価において特に重要です30。 これは、界面での質量と熱伝達に大きな影響を与えるためです31。 興味のある読者は、IL の表面張力がなぜ重要なのかについて詳細に説明している Tariq et al.32 を参照してください。