Фотокаталітична деструкція аніонних барвників: моделювання й оптимізація процесів із використанням штучного інтелекту

Робота присвячена дослідженню сучасних підходів до фотокаталітичної деструкції аніонних барвників у водних розчинах із використанням напівпровідникових матеріалів та інтелектуальних систем оптимізації технологічних параметрів. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю розв'язання екологічної проблеми забруднення природних водних об'єктів стійкими до біодеградації органічними сполуками. Серед них особливу небезпеку становлять синтетичні барвники текстильної, поліграфічної, паперової та хімічної промисловості, які мають високу токсичність і канцерогенні властивості. Особливу увагу в роботі приділено застосуванню калію титанату як перспективного та високоефективного гетерогенного фотокаталізатора для глибокого очищення стічних вод від органічного екотоксикантів.

На основі порівняльного аналізу фотокаталітичної активності синтезованого калію титанату та титану діоксиду встановлено, що унікальна шарувата кристалічна структура титанату забезпечує значно вищу питому адсорбційну здатність щодо аніонних субстратів. У ході виконання роботи визначено ключові фізико-хімічні чинники, які лімітують перебіг фотокаталітичного процесу та визначають його загальну ефективність.

Окремим вагомим етапом дослідження є обґрунтування доцільності інтеграції алгоритмів штучного інтелекту в сучасні системи автоматизованого керування процесами гетерогенного фотокаталізу. Експериментально доведено, що практичне застосування методів машинного навчання та штучних нейронних мереж дає змогу ефективно аналізувати багатофакторні нелінійні залежності. Це дозволяє з високою точністю прогнозувати кінетику деструкції барвників за мінливих зовнішніх умов, оптимізувати питомі витрати електричної енергії та витратних реагентів, а також повністю автоматизувати моніторинг ступеня очищення води в режимі реального часу. Отримані результати переконливо підтверджують перспективність поєднання напівпровідникових фотокаталізаторів на основі титанатів із цифровими технологіями для створення промислових енергоефективних та екологічно безпечних систем водоочищення.