Deep learning and big data mining for Metal–Organic frameworks with high performance for simultaneous desulfurization and carbon capture

烟气脱硫 吸附 金属有机骨架 碳纤维 化学工程 环境科学 材料科学 化学 工程类 有机化学 复合材料 复合数
作者
Kexin Guan,Fangyi Xu,Xiaoshan Huang,Yu Li,Shuya Guo,Yizhen Situ,Chen You,Jianming Hu,Zili Liu,Hong Liang,Xin Zhu,Yufang Wu,Zhiwei Qiao
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:662: 941-952 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.02.098
摘要

Carbon capture and desulfurization of flue gases are crucial for the achievement of carbon neutrality and sustainable development. In this work, the "one-step" adsorption technology with high-performance metal–organic frameworks (MOFs) was proposed to simultaneously capture the SO2 and CO2. Four machine learning algorithms were used to predict the performance indicators (NCO2+SO2, SCO2+SO2/N2, and TSN) of MOFs, with Multi-Layer Perceptron Regression (MLPR) showing better performance (R2 = 0.93). To address sparse data of MOF chemical descriptors, we introduced the Deep Factorization Machines (DeepFM) model, outperforming MLPR with a higher R2 of 0.95. Then, sensitivity analysis was employed to find that the adsorption heat and porosity were the key factors for SO2 and CO2 capture performance of MOF, while the influence of open alkali metal sites also stood out. Furthermore, we established a kinetic model to batch simulate the breakthrough curves of TOP 1000 MOFs to investigate their dynamic adsorption separation performance for SO2/CO2/N2. The TOP 20 MOFs screened by the dynamic performance highly overlap with those screened by the static performance, with 76 % containing open alkali metal sites. This integrated approach of computational screening, machine learning, and dynamic analysis significantly advances the development of efficient MOF adsorbents for flue gas treatment.
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