Machine-learning-aided prediction and engineering of nitrogen-containing functional groups of biochar derived from biomass pyrolysis

生物炭 热解 生物量(生态学) 氮气 化学工程 化学 环境科学 废物管理 制浆造纸工业 工程类 有机化学 农学 生物
作者
Lijian Leng,Xinni Lei,Naïf Abdullah Al-Dhabi,Zhibin Wu,Zequn Yang,Tanghao Li,Weijin Zhang,Wei Liu,Hao Zhan,Haoyi Peng,Wangwang Tang,Ting Xiong,Hailong Li
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:485: 149862-149862 被引量:56
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.149862
摘要

Biochar, derived through biomass pyrolysis, is an emerging carbonaceous material with significant potential in various applications. The performance of biochar in applications depends heavily on its surface characteristics, including its content of N-containing functional groups. In this study, machine learning (ML) was used for the prediction and engineering of biochar N-containing functional groups, specifically amine-N (N-A), pyrrolic-N (N-5), and pyridinic-N (N-6). The single-target random forest model accurately predicted N recovery in biochar (char-N yield) and N-A, N-5, and N-6 contents, achieving test R2 of 0.91–0.97. Model interpretations revealed that pyrolysis temperature was the most influential factor in predicting char-N yield, N-A, N-5, and N-6. The multi-target random forest model achieved an average test R2 of 0.93, and it was used to optimize pyrolysis parameters for designing biochar N-functional groups. This process was followed by experimental verification. Relative errors for the three N-containing functional groups were mostly within 15% (18.4% on average). The favorable results obtained from experimental verification demonstrate the significant potential of ML in biochar engineering.
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