Abordagens de aprendizado de máquina para prever o equilíbrio de adsorção de gases leves em zeólitas, carvões ativados e redes metalorgânicas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Bezerra, Thaylane da Rocha
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.
id UFU_943703e374cc885b402aac6f0fbba208
oai_identifier_str oai:repositorio.ufu.br:123456789/41339
network_acronym_str UFU
network_name_str Repositório Institucional da UFU
repository_id_str
spelling 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
dc.title.none.fl_str_mv Abordagens de aprendizado de máquina para prever o equilíbrio de adsorção de gases leves em zeólitas, carvões ativados e redes metalorgânicas
Machine learning approaches to predict adsorption equilibrium of light gases on zeolites, activated carbons, and metal-organic frameworks
title Abordagens de aprendizado de máquina para prever o equilíbrio de adsorção de gases leves em zeólitas, carvões ativados e redes metalorgânicas
spellingShingle Abordagens de aprendizado de máquina para prever o equilíbrio de adsorção de gases leves em zeólitas, carvões ativados e redes metalorgânicas
Bezerra, Thaylane da Rocha
Adsorção
Gases leves
Aprendizado de máquina
Adsorption
Light gases
Machine learning
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
title_short Abordagens de aprendizado de máquina para prever o equilíbrio de adsorção de gases leves em zeólitas, carvões ativados e redes metalorgânicas
title_full Abordagens de aprendizado de máquina para prever o equilíbrio de adsorção de gases leves em zeólitas, carvões ativados e redes metalorgânicas
title_fullStr Abordagens de aprendizado de máquina para prever o equilíbrio de adsorção de gases leves em zeólitas, carvões ativados e redes metalorgânicas
title_full_unstemmed Abordagens de aprendizado de máquina para prever o equilíbrio de adsorção de gases leves em zeólitas, carvões ativados e redes metalorgânicas
title_sort Abordagens de aprendizado de máquina para prever o equilíbrio de adsorção de gases leves em zeólitas, carvões ativados e redes metalorgânicas
author Bezerra, Thaylane da Rocha
author_facet Bezerra, Thaylane da Rocha
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Coutinho Filho, Ubirajara
http://lattes.cnpq.br/6765133716503854
Altino, Sarah Arvelos
http://lattes.cnpq.br/8375409235580771
Gedraite, Rubens
http://lattes.cnpq.br/9579409657715325
Antonio José Gonçalves da, Antonio José Gonçalves da
http://lattes.cnpq.br/1812806190521028
dc.contributor.author.fl_str_mv Bezerra, Thaylane da Rocha
dc.subject.por.fl_str_mv Adsorção
Gases leves
Aprendizado de máquina
Adsorption
Light gases
Machine learning
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
topic Adsorção
Gases leves
Aprendizado de máquina
Adsorption
Light gases
Machine learning
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
description 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.
publishDate 2023
dc.date.none.fl_str_mv 2023-11-27
2024-03-07T14:46:16Z
2024-03-07T14:46:16Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv BEZERRA, 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/123456789/41339
http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.617
identifier_str_mv BEZERRA, 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.
url https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41339
http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.617
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv Attribution 3.0 United States
http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Attribution 3.0 United States
http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
Brasil
Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
Brasil
Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFU
instname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron:UFU
instname_str Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron_str UFU
institution UFU
reponame_str Repositório Institucional da UFU
collection Repositório Institucional da UFU
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
repository.mail.fl_str_mv diinf@dirbi.ufu.br
_version_ 1813711431946731520