Uncertainty-Quantified Kinetic Model Discrimination for Photocatalytic Reactor Design: A Bootstrap Based Framework

سال انتشار: 1405
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: انگلیسی
مشاهده: 67

فایل این مقاله در 14 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این مقاله:

شناسه ملی سند علمی:

JR_CPD-5-2_007

تاریخ نمایه سازی: 17 مهر 1405

چکیده مقاله:

Translating laboratory-scale photocatalytic batch data into continuous reactor design remains a critical challenge in reaction engineering, particularly when kinetic model selection is based solely on the coefficient of determination (R²) and parameter uncertainty is ignored. In this study, a data-driven framework is developed that integrates nonlinear kinetic model discrimination, bootstrap-based uncertainty quantification, and uncertainty propagation into plug-flow reactor (PFR) sizing. Time–concentration data from methylene blue degradation over a WO₃/BiVO₄ photocatalyst (C۰ = ۱۰ mg L⁻¹) were fitted to six nonlinear kinetic models using Particle Swarm Optimization (PSO). Model discrimination was performed using the bias-corrected Akaike Information Criterion (AICc) and Akaike weights, decisively selecting the Elovich model (ΔAICc > ۳۰ vs. pseudo-first-order; Akaike weight > ۰.۹۹). Parameter uncertainty was quantified via nonparametric bootstrap resampling (۲۰۰۰ replicates), yielding well-constrained ۹۵% confidence intervals (α: ۲.۰۲-۲.۲۸ mg g⁻¹ min⁻¹; β: ۰.۳۴-۰.۴۲ g mg⁻¹). The identified kinetics were embedded into a steady-state PFR model, and bootstrap parameter distributions were propagated to generate a reactor length design envelope for ۹۰% pollutant removal. The nominal reactor length was ۱.۲۵ m, with a ۹۵% confidence interval of ۱.۱۸-۱.۳۵ m (±۷%). This narrow design envelope demonstrates robust parameter identifiability and provides a statistically defensible basis for reactor sizing, moving beyond single-point deterministic estimates. The proposed methodology offers a transferable framework for integrating nonlinear kinetic discrimination and uncertainty quantification into photocatalytic reactor engineering.

نویسندگان

Masoud Khajenoori

Catalytic Process Design and Simulation Laboratory, Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of Kashan, Kashan, Iran.

مراجع و منابع این مقاله:

لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :
  • Herrmann, J.-M., ۱۹۹۹. Heterogeneous photocatalysis: Fundamentals and applications to the ...
  • Mueses, M.A., Colina-Márquez, J., Machuca-Martínez, F., Puma, G.L., ۲۰۲۱. Recent ...
  • Rao, S.S., ۲۰۱۹. Engineering Optimization: Theory and Practice. John Wiley ...
  • Raue, A., et al., ۲۰۰۹. Structural and practical identifiability analysis ...
  • Ho, Y.-S., McKay, G., ۱۹۹۹. Pseudo-second order model for sorption ...
  • Avrami, M., ۱۹۳۹. Kinetics of phase change. I. General theory. ...
  • Behnajady, M., Modirshahla, N., Hamzavi, R., ۲۰۰۶. Kinetic study on ...
  • نمایش کامل مراجع