基于XGBoost选择迁移条件提升LSTM模型河流水质预测能力

准确预测河流水质变化是流域水环境管理的重要基础。目前常用的基于数据驱动的深度学习模型依赖大量的监测数据训练,然而很多河流数据缺乏,无法满足水质预测精度要求。提出了一种基于极端梯度提升模型(XGBoost)的迁移条件选择方法,利用全国河流自动监测站点的水质参数(水温、pH、溶解氧、总氮)数据集,研究建立长短期记忆神经网络(LSTM)模型库,通过迁移学习条件的优化,提升LSTM模型的预测能力。结果表明：1)采用不同源域和迁移方式训练出的模型,其预测精度有很大差异;2)基于XGBoost模型选择最佳迁移条件,迁移模型的预测误差(RMSE)降低了9.6%～28.9%,LSTM模型预测精度明显提升;3)选取合适的迁移方式、选用性质接近的源域数据、增加训练数据量均可以提升迁移模型的预测精度。该建模方法可应用于实测数据少的河流水质预测,为流域水环境精细化管理提供技术支持。     

碳纳米管溶胶对水中微量污染物的吸附去除性能研究

吸附法是目前最经济有效去除水中微量污染物的方法之一。经强酸表面氧化法制备的碳纳米管溶胶具有稳定的高效吸附性能。采用静态吸附法,对水中微量有机物和重金属进行同步吸附去除实验研究。结果表明,碳纳米管溶胶对水中的微量有机物和重金属具有很好的去除效能。这对微污染水的深度处理具有良好的应用前景。     

基于离子选择性电极的土壤重金属检测系统研究

设计了一套基于离子选择性电极与单片机技术的土壤重金属含量检测系统,并基于能斯特(Nernst)方程与最小二乘法研究了离子选择性电极响应电位与目标离子浓度的线性回归模型,建立两者之间的函数关系。采用离子选择性电极作为信号采集器,通过单片机系统和串行模数转换模块实现了较高精度、低成本的数据采集,并基于LabVIEW 8.2软件开发上位机软件实现了数据的显示、保存和打印。通过相关实验,得到铜离子选择电极响应电位E与离子浓度C的线性回归方程为E=267.047+29.494lg C_(Cu~(2+)),线性相关系数R~2=0.996 2。运用标准浓度硝酸铜溶液对回归模型进行了验证,线性回归模型的计算值与实际值间的相对误差在2.0%~7.2%之间。实验结果表明,回归模型的预测效果基本上可以满足一般精度要求的检测,检测系统可以用于土壤痕量重金属的初步检测分析。     

应用线性自由能关系估算药用活性化合物的生物碳质-水吸附系数

线性自由能关系(LFER)可以用来预测生物碳质对水中药用活性化合物(Ph ACs)的吸附系数,并确定不同分子间作用力对生物碳质吸附性能的相对贡献.利用商业水稻秸秆生物碳质(碳化温度400~500℃,200目)与14种带有不同表面官能团的Ph ACs(羧酸类、羟基类、氮杂环类)进行了吸附等温实验.各物质的等温吸附实验数据均可用Freundlich方程进行很好地拟合.通过建立的LFER模型,可以预测吸附质任一化学饱和水平(CW/SW)下的lg Kd,activity.利用复相关系数(R2=0.93)、回归系数标准偏差(SE=0.23)、F统计量(268)、去一法交叉验证系数(Q2LOO=0.90)以及外部样本交叉验证相关系数(Q2EXT=0.92)等方法对该模型进行验证,结果表明,其显著性与稳健性较好,具有预测能力.模型结果表明在低浓度范围内,空穴作用(V)与氢键碱作用(B)在整个吸附过程中起到主导作用,其中空穴作用为正贡献,氢键碱作用为负贡献.     

MIL-101(Fe)的优化制备及其对硝酸盐的吸附机制研究

采用溶剂热法,制备金属有机骨架(MOFs)材料MIL-101(Fe)吸附去除水中的NO₃^-,利用Box-Behnken响应面法对MIL-101(Fe)的合成条件进行了优化,设定FeCl₃投加量、TPA投加量及合成时间3个影响因素,建立了NO₃^-吸附量与各因素之间的二次多项式模型,确定了MIL-101(Fe)的最优合成条件,并利用SEM-EDS、FTIR和BET等方法对吸附材料进行了表征.同时,通过静态吸附实验,探究了MIL-101(Fe)投加量、吸附时间、溶液pH值对材料吸附性能的影响.结果表明,MIL-101(Fe)吸附NO₃^-的最优条件为：MIL-101(Fe)投加量0.2 g,pH=8.0,温度15℃,NO₃^-初始浓度30 mg·L^-1,吸附时间120 min,在此条件下NO₃^-的吸附量为12.12 mg·g^-...     

MOFs材料在废水污染物吸附治理中的应用研究进展

介绍了国内外MOFs材料吸附去除废水中各种污染物的研究进展,主要针对重金属离子(Hg²⁺、U⁶⁺、Cr⁶⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、Co²⁺、Sb⁵⁺、Sr²⁺)及类金属离子(As³⁺、As⁵⁺)、有机污染物(染料分子、芳香化合物)等的去除,分析了MOFs及改性MOFs材料对废水中污染物的吸附性能;展望了MOFs材料在废水污染物吸附治理中的应用前景,提出高稳定性及具有催化性质的MOFs材料是用于废水中污染物吸附治理的理想材料。     

温和水热法合成钛酸盐纳米管及其对水中重金属离子的吸附研究

采用温和水热法一步快速合成了钛酸盐纳米管(TNTs),并应用于对水中重金属离子Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)的吸附.通过选择纳米级锐钛矿替代P25型二氧化钛作为反应原材料,成功将水热反应时间从72 h缩短至6 h.TEM,XRD和FT-IR等表征证实了新合成材料的为管状钛酸盐结构.TNTs对3种重金属离子的吸附动力学均符合准二级动力学方程,吸附等温线均符合Langmuir模型,且对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)的理论最大吸附量分别高达525.58、214.41和69.65 mg·g~(-1).p H=5时,吸附动力学实验表明对于初始浓度分别为200、100和50 mg·L~(-1)的Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅲ),在TNTs上的平衡吸附量分别为513.04、212.46和66.35 mg·g~(-1),吸附性能优于传统吸附材料.合成的TNTs结构为三联的[Ti O6]八面体骨架和层间H+/Na+,其吸附机理为金属阳离子与TNTs层间Na+的离子交换.同时,共存离子对吸附的影响实验表明TNTs对重金属离子的吸附存在选择性,即使在较高的共存离子浓度下(10 mmol·L~(-1))TNTs对目标重金属离子的吸附性能依然优异.该研究提供了一种应用钛酸纳米材料高效去除水体重金属离子的方法.     

随机应用下的锂离子电池剩余寿命预测

目的为模拟海洋工程与水下科考装备电池的真实使用情况,进行随机电流放电下的锂离子电池老化实验,通过高斯过程回归模型进行电池剩余寿命预测。方法从数据驱动方法中选取具备不确定性表达能力的高斯过程回归模型,选定核函数后通过训练数据来优化超参数建立预测模型。用随机应用下的电池充放电循环实验数据验证预测结果。结果与SE核函数相比,基于Matern核函数的模型预测效果更优。训练数据越多,预测起始点越大,模型预测绝对误差越小、MAPE与RMSE值更低。对两种不同实验温度、不同随机电流放电模式下的三组电池,模型预测绝对误差大多在40 cycle内,MAPE与RMSE值分别低于0.06、0.09,均能实现准确剩余寿命预测。结论对于随机应用下的锂离子电池剩余寿命预测,高斯过程回归模型具备高精度与适用性。     

垃圾填埋场衬垫对Cr(Ⅵ)和Zn(Ⅱ)吸附的动力学研究

通过静态平衡吸附试验对垃圾填埋场衬垫土壤材料对Cr(Ⅵ)和Zn(Ⅱ)的吸附进行了观察.在试验中考察了溶液的初始浓度、pH值和溶液的温度对吸附的影响,通过动力学实验确定了动力学参数,并探讨了天然黏土材料对重金属Cr(Ⅵ)和Zn(Ⅱ)的吸附机理.结果显示,黏土对重金属的吸附过程可以通过伪二阶动力模式来描述.根据对lnk2与1/T线形图斜率的计算,可以确定Cr(Ⅵ)和Zn(Ⅱ)的活化能(Ea)分别为22.7 kJ·mol1-和26.88 kJ·mol-1.活化能的计算结果说明,温度的升高能促进黏土材料对Cr(Ⅵ)和zn(Ⅱ)的吸附,同时也表明吸附很可能是一个化学吸附.热力学参数(△H0,△S0,△G0)值可以通过图1gKD与1/T的斜率与截距来计算.热力学参数值的结果表明,天然黏土材料对Cr(Ⅵ)和Zn(Ⅱ)的吸附是吸热反应.     

剩余活性污泥吸附重金属影响因素研究

影响活性污泥吸附重金属的因素主要有pH值、吸附温度、吸附时间等,对污泥吸附Cr6+的影响,本文力求通过实验数据,准确分析活性污泥法处理重金属中的影响因素,对影响因子进行筛选,对以后的研究工作做初步的摸索.通过对剩余活性污泥吸附重金属影响因素的研究,可以了解在一定的环境因素下,剩余活性污泥不仅能有效的吸附重金属,而且可以将吸附的重金属再进行回收利用.     

金属有机框架材料吸附去除水中有机砷的研究进展

有机砷作为饲料添加剂在家禽养殖中被广泛使用,并伴随着家禽粪便大量进入环境中. 进入环境后有机砷容易被生物降解或(光)化学氧化转化为剧毒的无机砷,危害环境和人体健康. 因此,高效处理有机砷污染受到广泛关注. 金属有机框架(metal organic frameworks, MOFs)材料因其具有孔隙率和比表面积大、孔道尺寸可调、易功能化改性和材料性能可定制等特点,在水体污染物的去除中展现了良好的应用前景. 本文综述了目前MOFs材料作为吸附剂去除水环境中有机砷的最新研究进展,介绍了吸附有机砷MOFs材料的种类、制备方法和吸附性能,总结了MOFs材料吸附有机砷的关键影响因素,并归纳了不同类型MOFs材料吸附的再生方法和稳定性. 最后,指出了当前MOFs存在的技术缺陷及限制工程应用的关键因素,并提出相对应的建议及解决措施.      

光老化对聚丁二酸丁二醇酯基可降解微塑料吸附Pb(Ⅱ)的影响及其机制

微塑料可以在水中吸附重金属并作为载体共同迁移,且微塑料会在水中受光照而老化,影响其吸附能力和吸附机制.本研究通过XRD、FTIR、SEM/EDS等分析手段对聚丁二酸丁二醇酯基可降解微塑料(PBS-MPs)进行了表征,探究了光老化过程对PBS-MPs吸附水中Pb(Ⅱ)的影响及其机制.结果表明,光老化能增加PBS-MPs表面亲水性含氧基团及活性吸附位点数量,对Pb(Ⅱ)的最大吸附容量从64.13μg·g^-1提升至362.06μg·g^-1;Pb(Ⅱ)在P-PBS上的吸附符合Elovich动力学模型,吸附机制包括表面络合、静电作用和孔填充/扩散作用.光老化会强化可降解微塑料对水中Pb(Ⅱ)的吸附,从而促进Pb(Ⅱ)的迁移,二者共存可对水环境带来更为严重的生态风险.     

石墨烯材料去除重金属及放射性核素的研究

石墨烯及其改性材料具有比表面积大、吸附能力强、抗辐射性能好、耐高温、耐酸碱等优点,近年来在去除重金属和放射性核素领域得到了广泛关注.本文简要介绍了石墨烯的合成及改性方法,综述了石墨烯材料去除水中重金属离子和放射性核素的研究进展,包括吸附容量、影响因素、吸附动力学、吸附热力学模型和吸附机理,分析了该研究领域目前存在的问题,探讨了今后的研究方向.     

磷酸铝类材料对铬(Ⅵ)吸附性能的研究

本文研究了磷酸铝类材料对水中重金属离子Cr(Ⅵ)的吸附特性。结果表明：磷酸铝类材料对Cr(Ⅵ)吸附的平衡时间为6h，最佳pH值为0．5—2．0，模板固相磷酸铝类材料的吸附性能比磷酸铝的吸附性能要好，且其吸附等温线符合Freundlich模型。实验结果说明，磷酸铝类材料对水中的重金属离子有一定的吸附能力，可应用于废水处理中去除重金属离子。     

氢氧化镁对水体内源磷释放的控制作用

本研究首先通过批量实验考察了氢氧化镁对水中磷酸盐的吸附性能,再通过底泥模拟释放实验考察了氢氧化镁覆盖和添加控制底泥中磷向上覆水体释放的效果及机制.结果表明,氢氧化镁对水中磷酸盐具有良好的吸附能力,其投加量的增加有利于水中磷酸盐被其所吸附去除,与Langmuir模型相比,其对水中磷酸盐的等温吸附行为更适合采用Freundlich和Dubinin-Radushkevitch(D-R)模型加以描述.氢氧化镁覆盖可以有效地控制底泥中磷向上覆水体的释放,使得上覆水中SRP浓度处于较低的水平,即使覆盖层的结构完整性受到扰动破坏而导致覆盖材料与表层底泥的混合,氢氧化镁仍然可以有效地控制底泥中磷向上覆水体的释放.氢氧化镁覆盖和添加均可以有效地降低最上层(0～10 mm)底泥间隙水中SRP的浓度,这对于其覆盖和添加有效控制底泥中磷向上覆水体的释放是至关重要的.人工合成的氢氧化镁对水中磷酸盐的吸附性能优于商业购买的氢氧化镁,前者控制水体内源磷向上覆水体释放的效果也优于后者.以上结果显示,氢氧化镁是一种有希望用于控制水体底泥内源磷释放的活性覆盖和改良材料.     

碳纳米管在水中重金属去除中的应用研究

碳纳米管作为一种新型的去除污染物中重金属的重要材料,在当前得到了广泛应用。本文以钢渣负载碳纳米管材料对水中重金属阳离子的吸附为例,通过实验验证,探讨纳米管材料在水中重金属去除中的应用。     

羟基磷灰石炭化稻谷壳吸附Cu(Ⅱ)性能研究

为了提高稻谷壳生物炭对重金属离子的吸附性能,在制备的稻谷壳炭上负载纳米羟基磷灰石进行复合改性,开发出羟基磷灰石炭化稻谷壳(HAP@BC)。构建了Cu(Ⅱ)吸附实验,分析了改性材料的吸附性能,探索了最佳使用条件。基于吸附动力学、吸附等温模型及吸附热力学,分析了吸附过程的作用机理。结果表明：在35℃、初始pH为5.0条件下,采用1.0 g/L HAP@BC吸附初始浓度为50 mg/L的Cu(Ⅱ)模拟废水,Cu(Ⅱ)残余浓度和去除率分别达到1.60 mg/L和96.80%。吸附过程符合伪二级吸附动力学模型和Langumuir等温模型,为自发吸热的过程且偏向于化学吸附作用控制。     

基于机器学习分类算法解析EIS数据的有机涂层性能评价方法

目的 基于机器学习分类算法快速评估有机涂层的防腐性能。方法 通过实验室加速试验模拟涂层真实的退化过程,并根据测得的电化学数据,分析不同退化阶段的等效电路元件参数。随后,采用随机抽样方法获取大量数据,用于机器学习模型训练。通过对比支持向量机(SVM)、k最近邻(k-NN)和随机森林(RF)3种不同的机器学习算法,以及多种输入特征集训练的涂层性能分类器模型的准确率,分析最适合用于涂层性能快速评估的机器学习算法和电化学特征。结果 根据不同输入特征训练的k-NN和RF模型均表现出良好的预测效果,而SVM模型的预测效果相对较差。根据不同频率范围训练的分类器模型中,在低频区表现最佳,而在高频区表现较差。结论 基于阻抗虚部、虚部+实部和阻抗模值3种输入特征训练的RF分类器模型的预测效果最准确。不同频率区间内,低频区的阻抗特征更能准确表征涂层性能。     

靖江市某电镀集中区典型重金属迁移转化模型参数灵敏性分析

伴随重金属污染风险的不断提高,流域重金属迁移转化模型的构建和水体重金属的模拟预测受到广泛关注,关键参数的甄选是模型优化的重点.本文构建了某电镀集中区Ni、Cu重金属迁移转化数学模型,以Ni为例,采用标准秩回归分析方法(SRRC法)和Sobol多元自适应回归样条算法(Mars-Sobol法)对7个重金属模型参数进行敏感性分析,并针对确定的2个敏感性参数对Ni、Cu模型进行率定和验证.结果表明:1SRRC法的Ni河沙分配系数的敏感性占比为96.1%~99.7%,平均为99.2%,泥沙沉降速率为0.1%~3.3%,平均为0.5%.2Mars-Sobol法的Ni河沙分配系数的总敏感度占比为87.18%~93.44%,平均为90.28%;泥沙沉降速率为5.68%~10.68%,平均为8.21%;随水流运动方向,Ni河沙分配系数敏感性逐渐减低,泥沙沉降速率参数敏感性逐渐增强.3相较于SRRC法,Mars-Sobol考虑了参数间的交互作用,通过Ni、Cu迁移转化模型中敏感参数"河沙分配系数"和"泥沙沉降速率"的率定和验证,Ni、Cu模拟相对误差可控制在15.28%和14.46%,实现了重金属模型的高效和高精度预测.     

改性花生壳对水中镉的动态吸附研究

采用高锰酸钾改性花生壳吸附剂对镉离子进行固定床吸附实验,考察了床层高度(30～50 cm)、初始离子浓度(0.55～11.00 mg.L-1)、进料流速(15.11～37.00 mL.min-1)等操作参数对镉吸附特性的影响,同时对吸附穿透曲线进行拟合.实验结果表明,改性花生壳固定床对水中镉具有较好的吸附效果,在吸附操作初期,吸附柱出水镉离子浓度几乎为0(<0.001mg.L-1),吸附操作时间根据不同的操作条件可达2～62 h,镉离子总去除率均大于54%.传质区长度主要受初始离子浓度、进料流速影响.床层高度的增加使得穿透时间增加,但传质区长度几乎保持不变;初始离子浓度和进料流速增加,穿透时间缩短,传质区长度增加.在低浓度条件下,BDST模型实验穿透曲线拟合效果较好(R2>0.99),运用该模型能准确预测吸附柱的操作时间.