Insights into machine-learning modeling for Cr(VI) removal from contaminated water using nano-nickel hydroxide

Maamoun, I.; Rushdi, M.*; Falyouna, O.*; Eljamal, R.*; Eljamal, O.*

Separation and Purification Technology, 308, p.122863_1 - 122863_16, 2023/03

https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.122863

The aim of this study is to employ machine learning (ML) in providing high-accuracy prediction of Cr(VI) removal efficiency by nickel hydroxide (-Ni(OH)) unconventional sorbent, towards the new era of artificial intelligence (AI) applications in (waste) water treatment. Hence, a reliable ML modeling was conducted based on the experimental investigation, considering different reaction parameters, including -Ni(OH) dosage, initial pH, reaction temperature, and initial Cr(VI) concentration. Linear regression model was selected as the suitable regression model with respect to the obtained reasonable correlation and the less training time and evaluation time, comparing to other considered regression techniques. The adopted linear regression model, for the time corresponding Cr(VI) removal efficiencies, exhibited satisfactory prediction accuracy. Furthermore, the importance of models coefficients was determined and implied the high importance of the dosage feature. The contributive effect of the investigated features was mainly concentrated at the early stage of the reaction (5 to 10 min), with an average range of 50 to 80 %, which was in agreement with the experimental findings of the rapid and full removal of Cr(VI) by -Ni(OH). The elucidated insights into the effects of different factors that influence Cr(VI) removal process by -Ni(OH) revealed the underlying interactions and removal pathways, which shall benefit other researchers in the preliminary design of pilot-scale applications and anticipating the predicted performance.

In situ X-ray diffraction study of the oxide formed on alloy 600 in borated and lithiated high-temperature water

渡邉 真史*; 米澤 利夫*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美; 庄子 哲雄*

Corrosion, 72(9), p.1155 - 1169, 2016/09

https://doi.org/10.5006/1994

In situ X-ray diffraction (XRD) measurements of the oxide film formed on Alloy 600 in borated and lithiated high-temperature water were conducted to demonstrate a capability to investigate rapid changes in oxide films during transient water chemistry conditions. In the presence of dissolved hydrogen (DH) = 30 cm/kg [HO] and dissolved oxygen (DO) 0.06 ppm, only spinel oxides were detected and no significant NiO peak was found even after 1,220 h exposure. By contrast, once the DO was increased to 8 ppm, a NiO peak grew rapidly. Within 7 h, the amount of NiO became comparable to that of spinel oxide. However, when DO was decreased again below 0.3 ppm and DH was increased up to 30 cm/kg [HO], the ratio of NiO to spinel did not change during 10 h. Thus, the rate of dissolution of NiO in DH = 30 cm/kg water seemed to be lower than the growth rate of NiO in high DO conditions.

Production and compilation of charge changing cross sections of ion-atom and ion-molecule collisions

今井 誠*; 白井 稔三*; 斉藤 学*; 春山 洋一*; 伊藤 秋男*; 今西 信嗣*; 福澤 文雄*; 久保 博孝

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.7, p.323 - 326, 2006/00

われわれは核融合研究に必要なイオン-原子,イオン-分子衝突による荷電交換断面積データの生産と収集を行ってきた。核融合炉の対向面材料から不純物として発生するの1価及び2価イオンと原子(),分子()との衝突による1電子及び2電子交換断面積を5-15keVの衝突エネルギー領域で測定した。また、1983年以降に科学雑誌に発表された荷電交換断面積の測定データを収集した。ここでは、これらのデータ生産,収集活動について報告する。

X-ray absorption fine structure spectra of rust layers on Fe-based binary alloys exposed to Cl-rich environment

小西 啓之; 山下 正人*; 内田 仁*; 水木 純一郎

Proceedings of 16th International Corrosion Congress (CD-ROM), 6 Pages, 2005/09

耐候性鋼保護性さび層の構造的特徴と合金元素及び塩化物イオンとの関係を明らかにするために、塩化物環境下で大気暴露した純鉄、Fe-Cr及びFe-Ni合金の表面さび層のXANESを放射光を用いて測定した。Cl K吸収端XANES測定からこれらのさび層がアカガネアイト以外の塩化物を含むことがわかったが、その塩化物の特定には至っていない。Fe K吸収端XANES測定からこれらのさび層がゲーサイト,アカガネアイト,レピドクロサイト及びマグネタイトを主成分とすることがわかった。特にFe-Ni合金のさび層中のアカガネアイトの成分比はFe-Cr合金と比べて相対的に多い。またFe-Cr合金さび層のCr K吸収端XANESスペクトルはCr添加量に依存してわずかに変化するが、Fe-Ni合金さび層のNi K吸収端XANESにはそのような傾向は見られず、Ni添加量のある範囲においてNi周辺の局所構造は変化しないことがわかる。

Cl K-edge XANES spectra of atmospheric rust on Fe, Fe-Cr and Fe-Ni alloys exposed to saline environment

小西 啓之; 山下 正人*; 内田 仁*; 水木 純一郎

Materials Transactions, 45(12), p.3356 - 3359, 2004/12

https://doi.org/10.2320/matertrans.45.3356

耐候性鋼中の添加合金元素であるNiやCr、環境中の腐食イオンであるClが耐候性鋼の耐食性に及ぼす働きを調べるために、飛来塩分量の多い試験場で大気暴露した純Fe,Fe-Ni合金,Fe-Cr合金から表面さび層を採取し、そのCl K吸収端XANESを放射光を用いて測定した。二元合金表面のさびのXANESスペクトルには吸収端近傍にショルダーピークが現れる。現時点でこのピークに対応した塩化物は特定できていない。そのピーク強度は暴露試験材中の合金元素の種類と量に依存するが、ピーク位置は一定であった。このことからさび中のClイオンは添加合金元素と直接結合しているのではないことがわかった。

イオン駆動透過法によるニッケル中のトリチウムと重水素の拡散及び表面再結合に関する同位体効果の測定と評価(協力研究)

中村 博文; 西 正孝; 杉崎 昌和*

JAERI-Research 2003-018, 32 Pages, 2003/09

JAERI-Research-2003-018.pdf:1.32MB

核融合炉の安全評価上必要な材料中のトリチウム輸送挙動の評価は、トリチウム輸送物性値、もしくは、軽水素,重水素輸送特性の同位体効果理論によるトリチウムへの外挿値により評価される。しかしながら、トリチウム輸送物性値の測定例は稀少であり、また、同位体効果理論の外挿性についてもトリチウムデータの稀少さゆえに完全に確証されておらず、材料中トリチウム挙動予測に不確実性が存在する。そこで本研究では、この材料中におけるトリチウムの輸送特性を評価するために、イオン駆動透過法を用いて、水素透過挙動がよく知られたニッケルに対するトリチウムの拡散係数及び表面再結合係数を測定し、全く同じ条件で実施した重水素の結果との比較により拡散と表面再結合のトリチウム-重水素間の同位体効果を評価した。その結果、拡散係数の同位体間効果に関しては、古典拡散理論から予測される同位体効果を示さず、トリチウムが重水素よりも大きな拡散係数を持つこと及び拡散の活性化エネルギーがトリチウムの方が小さいという傾向を得た。これらの結果は、振動温度を従来報告値より若干高く仮定することにより、既存の修正拡散モデルで説明可能であることを明らかにした。さらに、表面再結合に関する同位体効果に関しても、修正溶解モデルにより同様に説明可能なことを示した。

Benchmark and MC sensitivity/uncertainty analyses of FNS beryllium and iron TOF experiments and IPPE nickel TOF experiment using EFF-3 data

今野 力; Fischer, U.*; Perel, R.*

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(Suppl.2), p.1045 - 1048, 2002/08

http://wwwndc.jaea.go.jp/nd2001/proc/pdf/2_1045.pdf

ヨーロッパ核融合ファイルEFF-3の9Be,56Fe,58Ni,60Niが最近新たに評価された。これらの核データの積分テストとして原研FNSでのベリリウム,鉄TOF実験,IPPEでのニッケルTOF実験の解析を行った。その結果、56Feの 最新のEFF-3の核データは必ずしもよくなく、9Be,58Ni,60Niの最新のEFF-3の核データはJENDL-3.2,ENDF/B-VIと同程度の精度であることがわかった。さらに、感度不確定性解析を行った。弾性散乱断面積はほぼ全エネルギーで感度が高く、(n,2n)反応は10MeV以上の中性子に高い感度を有した。計算された中性子束の不確定性を感度と共分散データから推定した。EFF-3を用いた計算では1MeV以上の中性子束の不確定性はENDF/B-VIを用いた計算の1/2から1/3であったが、0.5MeV以下の中性子束の不確定性はEFF-3を用いた計算はENDF/B-VIを用いた計算と同程度かそれよりも大きい結果となった。

Study on the oxidation behaviour of Fe, Cr and Ni in O ion implanted SUS304 stainless steel by in situ SR-XPS and ex situ scanning tunnelling microscope

Li, Y.; 馬場 祐治; 関口 哲弘

Corrosion Science, 43(5), p.903 - 917, 2001/05

https://doi.org/10.1016/S0010-938X(00)00109-8

304ステンレス鋼の表面酸化過程を放射光X線光電子分光法及び走査型トンネル顕微鏡により調べた。酸素イオンを照射したステンレス表面のクロムとニッケルは、それぞれCrO及びNiOに酸化するが、鉄はFeOからFeOへと漸次変化する。また、ステンレス表面の鉄とクロムの酸化速度は、純金属(純鉄及び純クロム)より速いのに対し、ステンレス表面のニッケルは、純ニッケルに比べて遅く、FeOが生成し始めた後にNiOに変化することがわかった。以上の結果と走査型トンネル顕微鏡による観察結果より、酸化初期に生成したFeOが触媒的に作用することにより、NiOの生成が加速されることを明らかにした。

JMTRにおける中性子スペクトル調整照射の核的検討; 核融合炉条件模擬照射の可能性

長尾 美春; 島川 聡司; 小森 芳廣; 桜井 文雄

JAERI-Tech 95-006, 46 Pages, 1995/02

JAERI-Tech-95-006.pdf:1.45MB

JMTRのような混合スペクトルをもつ試験炉においては、熱中性子束を調節することにより、高速炉や核融合炉等での照射効果を模擬した照射試験のほか、材料の基礎基盤研究における中性子スペクトル効果の究明等のために照射試験が可能である。核融合炉材料の照射試験を行う場合には、He生成量とはじき出し損傷量の比(He/dpa)を照射効果の指標とし、その比を核融合炉での値に模擬する方法が採用されている。本報告では、JMTRにおける中性子スペクトル調整照射の検討の一環として、ステンレス鋼(SUS316)を核融合炉条件(He/dpa=15)で照射するための制御能力について検討した。本解析にあたり、SUS316の構成元素Niの熱中性子2段反応Ni(n,)Ni(n,)Feによって生成するHeを評価するため、計算プログラムNIHEを作成した。解析の結果、照射孔の移動と軽水リングの使用によるスペクトル調整を組合せて行うことにより、He/dpa=13~15の範囲内に制御した照射が可能であることがわかった。

Recombination coefficients of deuterium on metal surfaces evaluated from ion-driven permeation

長崎 正雅; 山田 礼司; 大野 英雄

Journal of Nuclear Materials, 191-194, p.258 - 262, 1992/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(92)90766-E

金属薄板に重水素イオンを注入し、その透過速度を測定した。ニッケル、銅、鉄のいづれの場合も透過速度のパラメータ(温度、注入フラックス等)依存性は、高温側と低温側とで異なり、温度に伴い律速過程が変化することがわかった。入射側表面での再結合が律速である領域の透過速度から、金属表面での重水素の再結合係数を求めた。ニッケル、鉄の場合には、この値はRichardsの理論式でEc(水素の吸着に対する活性化エネルギー)=0とした値とよく一致した。それに対し、銅の場合には、Ec=0としたRichardsの理論値は、測定値よりも4-6桁も大きい。これは、銅が水素の吸着に対するエネルギー障壁を持っている(Ec0)ことに起因すると考えられる。