Application of Surface-Modified Nanoclay in a Hybrid Adsorption-Ultrafiltration Process for Enhanced Nitrite Ions Removal: Chemometric Approach vs. Machine Learning

吸附 超滤(肾) 材料科学 化学工程 亚硝酸盐 响应面法 相位反转 膜 傅里叶变换红外光谱 色谱法 化学 有机化学 硝酸盐 生物化学 工程类
作者
Corneliu Cojocaru,Petronela Pascariu,Andra-Cristina Enache,Alexandra Bargan,Petrişor Samoilă
出处
期刊:Nanomaterials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:13 (4): 697-697 被引量:7
标识
DOI:10.3390/nano13040697
摘要

Herein, we report the results of a study on combining adsorption and ultrafiltration in a single-stage process to remove nitrite ions from contaminated water. As adsorbent, a surface-modified nanoclay was employed (i.e., Nanomer® I.28E, containing 25–30 wt. % trimethyl stearyl ammonium). Ultrafiltration experiments were conducted using porous polymeric membranes (Ultracel® 10 kDa). The hybrid process of adsorption-ultrafiltration was modeled and optimized using three computational tools: (1) response surface methodology (RSM), (2) artificial neural network (ANN), and (3) support vector machine (SVM). The optimal conditions provided by machine learning (SVM) were found to be the best, revealing a rejection efficiency of 86.3% and an initial flux of permeate of 185 LMH for a moderate dose of the nanoclay (0.674% w/v). Likewise, a new and more retentive membrane (based on PVDF-HFP copolymer and halloysite (HS) inorganic nanotubes) was produced by the phase-inversion method, characterized by SEM, EDX, AFM, and FTIR techniques, and then tested under optimal conditions. This new composite membrane (PVDF-HFP/HS) with a thickness of 112 μm and a porosity of 75.32% unveiled an enhanced rejection efficiency (95.0%) and a lower initial flux of permeate (28 LMH). Moreover, molecular docking simulations disclosed the intermolecular interactions between nitrite ions and the functional moiety of the organonanoclay.
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