Abordagens de aprendizado de máquina para prever o equilíbrio de adsorção de gases leves em zeólitas, carvões ativados e redes metalorgânicas
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFU |
Texto Completo: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41339 http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.617 |
Resumo: | This study aimed to extract knowledge about the adsorption of light gases by microporous materials (zeolites, MOFs, and activated carbons) through data analysis and machine learning algorithms: K-nearest neighbors (KNN), Decision Trees (DT), and Support Vector Regression (SVR) of data reported in 22 articles published between 1974 and 2022. A database containing 3352 data points displaying the effects of 8 input variables (solid pore volume; solid surface area; experimental temperature and pressure; adsorption capacity measurement technique; gas polarizability, kinetic diameter, and molecular mass) on adsorption capacity was constructed. Box plots, histograms, bar charts, and scatter plots were applied (as part of exploratory data analysis) to determine how various input variables relate to each other and the performance variable. Additionally, KNN, DT, and SVR models were used for the regression of the adsorbed capacity data. Furthermore, the parametric study of these models allowed determining the relative importance of input variables and partial dependence among them to explore model interpretability (to deduce heuristics for high or low adsorption capacity). The exploratory data analysis found that pressure, temperature, gas polarizability, and molecular mass were the most significant variables affecting adsorption capacity. Additionally, combinations of input variables leading to high adsorption performance were revealed through the model analysis, which can be used as guidelines for future studies in this area. |
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Abordagens de aprendizado de máquina para prever o equilíbrio de adsorção de gases leves em zeólitas, carvões ativados e redes metalorgânicasMachine learning approaches to predict adsorption equilibrium of light gases on zeolites, activated carbons, and metal-organic frameworksAdsorçãoGases levesAprendizado de máquinaAdsorptionLight gasesMachine learningCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.This study aimed to extract knowledge about the adsorption of light gases by microporous materials (zeolites, MOFs, and activated carbons) through data analysis and machine learning algorithms: K-nearest neighbors (KNN), Decision Trees (DT), and Support Vector Regression (SVR) of data reported in 22 articles published between 1974 and 2022. A database containing 3352 data points displaying the effects of 8 input variables (solid pore volume; solid surface area; experimental temperature and pressure; adsorption capacity measurement technique; gas polarizability, kinetic diameter, and molecular mass) on adsorption capacity was constructed. Box plots, histograms, bar charts, and scatter plots were applied (as part of exploratory data analysis) to determine how various input variables relate to each other and the performance variable. Additionally, KNN, DT, and SVR models were used for the regression of the adsorbed capacity data. Furthermore, the parametric study of these models allowed determining the relative importance of input variables and partial dependence among them to explore model interpretability (to deduce heuristics for high or low adsorption capacity). The exploratory data analysis found that pressure, temperature, gas polarizability, and molecular mass were the most significant variables affecting adsorption capacity. Additionally, combinations of input variables leading to high adsorption performance were revealed through the model analysis, which can be used as guidelines for future studies in this area.Pesquisa sem auxílio de agências de fomentoDissertação (Mestrado)Este estudo teve como objetivo extrair conhecimento sobre a adsorção de gases leves por materiais microporosos (zeólitas, MOFs e carvões de ativação) através de análise de dados e algoritmos de aprendizado de máquina: K-vizinhos mais próximos (KNN), Árvores de Decisão (AD) e Regressão por Vetores de Suporte (RVS) dos dados reportados em 22 artigos publicados entre os anos 1974 e 2022. Um banco de dados contendo 3.352 pontos de dados exibindo os efeitos de 8 variáveis de entrada (volume de poros do sólido; área superficial do sólido; temperatura e pressão do experimento; técnica de medida da capacidade de adsorção, polarizabilidade, diâmetro cinético e massa molecular dos gases) sobre a capacidade de adsorção foi construído. Diagramas de caixa, histogramas, gráficos de barra e dispersão foram aplicados, como parte da análise exploratória de dados, para determinar como várias variáveis de entrada se relacionam entre si e com a variável de desempenho. Além disso, os modelos KNN, AD e RVS foram utilizados para regressão dos dados de capacidade adsorvida. O estudo paramétrico destes modelos permitiu determinar a importância relativa das variáveis de entrada e a dependência parcial entre elas visando explorar a interpretabilidade da modelagem (para deduzir heurísticas para alta ou baixa capacidade de adsorção). Constatou-se a partir da análise exploratória dos dados que a pressão, temperatura, polarizabilidade e massa molar do gás foram as variáveis mais significativas que afetaram a capacidade de adsorção. Além disso, combinações de variáveis de entrada que levam a um alto desempenho de adsorção foram reveladas por meio da análise dos modelos, as quais podem ser usadas como diretrizes para estudos futuros nesta área.Universidade Federal de UberlândiaBrasilPrograma de Pós-graduação em Engenharia QuímicaCoutinho Filho, Ubirajarahttp://lattes.cnpq.br/6765133716503854Altino, Sarah Arveloshttp://lattes.cnpq.br/8375409235580771Gedraite, Rubenshttp://lattes.cnpq.br/9579409657715325Antonio José Gonçalves da, Antonio José Gonçalves dahttp://lattes.cnpq.br/1812806190521028Bezerra, Thaylane da Rocha2024-03-07T14:46:16Z2024-03-07T14:46:16Z2023-11-27info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfBEZERRA, Thaylane da Rocha. Abordagens de aprendizado de máquina para prever o equilíbrio de adsorção de gases leves em zeólitas, carvões ativados e redes metalorgânicas. 2023. 117 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Faculdade de Engenharia Química, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.617.https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41339http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.617porAttribution 3.0 United Stateshttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2024-03-08T06:16:50Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/41339Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2024-03-08T06:16:50Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false |
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