棕树叶/聚烯生物复合材料的热降解:热动力学和卷积深度神经网络技术
Abdulrazak Jinadu Otaru1, Zaid Abdulhamid Alhulaybi Albin Zaid1
1Department of Chemical Engineering, College of Engineering, King Faisal University, Al Ahsa 31982, Saudi Arabia.
Polymers
|May 14, 2025
概括
棕叶 (PFR) 有助于聚烯 (PP) 塑料的热降解,为塑料废物提供可持续的解决方案. 这项研究结合了实验和机器学习,以优化节能塑料分解.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 环境科学 环境科学
- 化学工程是化学工程的重要组成部分.
背景情况:
- 可持续的塑料废物管理对全球环境倡议至关重要,如沙特绿色倡议和联合国2030年行动计划.
- 聚烯 (PP) 塑料废物对环境构成重大挑战,需要有效的降解方法.
- 农业废物,如棕树叶 (PFR),是增强塑料降解过程的潜在资源.
研究的目的:
- 研究棕树叶 (PFR) 对聚烯 (PP) 塑料的热降解的影响.
- 探索在热分解过程中PFR和PP之间的协同效应.
- 通过实验和机器学习方法开发塑料废物热分解的节能途径.
主要方法:
- 热重力测量分析 (TGA) 和里埃变换红外光谱法 (FTIR) 用于研究纯和混合PFR/PP材料的热降解.
- 使用无模型方法 (Flynn-Wall-Ozawa和Kissinger-Akahira-Sunose) 进行了热运动分析,以确定激活能量.
- 卷积深度学习神经网络 (CDNN) 用于建模和模拟热解过程,优化准确性和融合.
主要成果:
- 观察到PFR和PP之间的协同作用,由于半纤维素和纤维素导致500°C以下的热稳定性下降,而由于素导致500°C以上的降解延迟.
- 激活能量值在81.92到299.34 kJ·mol-1之间,表明降解过程的能量需求.
- CDNN建模显著提高了准确性 (R2 ≈ 0.992),并降低了成本函数,将样本组成确定为关键参数.
结论:
- 棕树叶可以影响聚烯的热降解,为废物回收利用提供了潜力.
- 实验数据和CDNN的结合为模拟和优化塑料热分解提供了有效和节能的方法.
- 这项研究有助于制定可持续的垃圾填埋场塑料废物管理战略,与全球环境目标保持一致.
