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光催化降解技术可有效去除水体中难降解的索洛苯酚棕AGL染料，TiO?在太阳能辐照下展现98%以上降解效率，且分数阶动力学模型与ANN机器学习能更精准预测降解效果，其中处理时间和初始染料浓度对降解影响最大。
Aicha Sebti | Belkacem Boutra | Mohamed Trari
太阳能设备开发部门（UDES），可再生能源发展中心（CDER），42004，Tipaza，阿尔及利亚
摘要
Solophenyl Brown AGL（SB AGL）是一种有毒的多偶氮染料，具有很高的抗生物降解性。其在纺织废水中的持续存在对环境构成了严重威胁，尤其是对水生生态系统。为了解决这个问题，需要先进且环保的处理技术。其中，异质太阳能光催化作为一种有效的降解顽固有机污染物的方法脱颖而出。在本研究中，使用二氧化钛（TiO2）结合可再生太阳能来降解合成水溶液中的SB AGL。在优化条件下（SB AGL浓度为25 ppm，TiO2浓度为0.25 g L-1，pH值为中性），该过程显示出较高的降解效率，并且总有机碳（TOC）显著降低，证实了其在实际应用中的潜力。清除实验表明，降解机制是由电子（e-）和羟基自由基（•OH）介导的。为了模拟降解动力学，提出了一种基于Mittag Leffler函数的分阶模型。实验数据验证了该模型的准确性，并证明了其在描述复杂光催化行为方面的优越性。此外，还实现了两种机器学习模型——人工神经网络（ANN）和支持向量机（SVM）来预测SB AGL的降解速率。回归分析和Taylor图证实，这两种模型都能捕捉到操作参数与降解效率之间的复杂非线性关系，其中ANN的表现优于SVM。此外，使用Shapley Additive exPlanations（SHAP）方法提高了ANN模型的可解释性。在光催化过程中，处理时间是最敏感的参数，其次是初始染料浓度。
部分摘录
引言
水资源短缺是大多数国家可持续发展议程中的一个关键问题，特别是在干旱和半干旱地区，这些地区的水资源已经十分紧张。全球变暖、城市化、人口增长、工业化和污染等因素进一步加剧了水危机。根据2024年3月发布的联合国世界水发展报告，工业活动占用水量的很大比例。值得注意的是，70%的
方法
Solophenyl Brown AGL（C29H21N5O7S，分子量 = 583.57 g mol-1）是一种阴离子偶氮染料，被选为本研究的模型污染物。该染料由一家位于阿尔及利亚的纺织制造公司提供。作为光催化剂使用了二氧化钛（TiO2（BioChem），其中含有90%的金红石相和10%的锐钛矿相[23]。实验中使用纯净水配制溶液。
在进行光降解实验之前，首先比较了不同处理方法（如吸附、光解等）的效率
初步测试
图1展示了吸附、光解和光催化去除Solophenyl Brown AGL的效果对比。结果清楚地表明，在所研究的条件下，吸附和光解对染料去除的效果微乎其微。相比之下，在TiO2存在下进行的光催化处理几乎完全降解了染料，去除效率达到了98%。这些结果是在相同的
结论
本研究探讨了在TiO2存在下，利用太阳能光催化降解和矿化Solophenyl Brown AGL的过程。实验结果表明，在中性pH值下，使用0.5 g L-1的TiO2时，最大色度去除率为99%。然而，在相似条件下，经过180分钟的光照处理后，尽管染料颜色变淡了80%，但总有机碳（TOC）的矿化程度仅限于25%。
CRediT作者贡献声明
Belkacem Boutra：撰写 – 审稿与编辑，撰写初稿，数据可视化，验证，资源管理，项目协调，方法论设计，实验研究，数据分析，概念化。Aicha Sebti：撰写 – 审稿与编辑，撰写初稿，数据可视化，验证，软件应用，方法论设计，实验研究，数据分析，概念化。Mohamed Trari：撰写 – 审稿与编辑，项目监督，方法论设计
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
