[發明專利]改性生物吸附劑構效關系模型構建方法及應用

有效

• 申請號: 201510041156.9
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN104573273B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 梁禮明;陳云嫩;陳召陽;吳健;馮新剛
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 贛州凌云專利事務所36116
• 代理人: 曾上

技術領域

本發明是將低秩建模理論應用于改性生物吸附劑構效關系模型構建，并應用于改性麥糟吸附中低濃度三價砷離子As(III)構效關系模型構建，涉及一種改性生物材料吸附重金屬離子構效關系模型構建的新方法及應用。

背景技術

隨著現代工業的快速發展，含有重金屬離子的廢水的排放量急劇增加，致使地表水和地下水污染嚴重。傳統的含重金屬(廢)水處理方法已經不能夠兼顧經濟效益和實際效果，所以近年來研究者將研究目光轉向了生物材料在含重金屬(廢)水處理上的應用，因為它們與金屬離子具有天然的親和力，既可利用它們自身含有的官能團，也可通過改性方法引入有利于吸附的官能團，去吸附重金屬離子，達到廢水凈化之目的。

改性生物材料吸附重金屬離子構效關系是一個結構復雜、變量眾多、有著時、空、量、序變化的非線性動態系統。其吸附機理非常繁雜，維數高，至今對于其吸附重金屬離子還沒有清晰和完整的理論體系。由于表征生物材料分子結構的描述符篩選是定量構效關系(Quantitative Structure Activity Relationship，QSAR)研究的主要技術瓶頸。傳統的逐步回歸法等特征選擇方法由于描述數據信息的能力有限，且隨著數據類別數、樣本數及維度的增加，數據空間變得愈加復雜，其方法的泛化能力不斷下降。因此，研究從眾多因素中尋找出改性生物材料中含有的和可能引入的各基團與不同重金屬離子形成配合物的穩定構型，以及最適條件等，構建具有穩定性、高效性的改性生物材料吸附重金屬離子構效關系模型，已經成為含重金屬(廢)水處理領域研究熱點。

發明內容

本發明的目的是克服上述缺陷，提供一種改性生物吸附劑構效關系模型構建方法及應用，它是基于低秩建模理論的改性生物吸附劑構效關系模型構建方法，并應用于改性麥糟吸附中低濃度三價砷離子As(III)構效關系模型的構建。本發明選用生物吸附法作為含重金屬(廢)水處理方法，選擇廉價易得且富含木質纖維素類生物材料為研究對象，采用低秩建模和支持向量機技術，建立改性生物吸附劑構效關系模型。

本發明的技術方案：一種改性生物吸附劑構效關系模型構建方法，包括以下步驟：

步驟1：選擇廉價易得且富含木質纖維素類生物材料；

步驟2：通過系列物化改性方法，測定改性生物材料吸附重金屬離子的能力，以(廢)水中重金屬離子去除率作為指標；

步驟3：獲取相關試驗數據后，進行試驗數據預處理；

步驟4：選擇建模所需且能全面表征生物材料分子結構的描述符類型，并運用相關的軟件程序計算其分子描述符，構建生物材料分子描述符集；

步驟5：基于低秩建模方法進行分子描述符篩選；具體為：

(1)低秩表示

考慮低秩表示模型

其中X為經計算后的生物材料分子描述符集，Z為低秩系數矩陣，用來描述各個分子描述符之間的相似度，對模型(1)采用交替方向乘子方法進行求解可以得到Z，從而可以得到關聯矩陣其中Z^T為Z的轉置；

(2)低秩準則

假定x_ri表示第i個分子描述符(i＝1,2,…,n)的第r個特征(r＝1,2,…,d)，定義Var(x_r)為分子描述符集X第r個特征的估計方差，則定義第r個特征的低秩準則如下：

LRS_r包含了第r個特征的全局信息和局部信息，Var(x_r)越大，特征方差越大，特征所含信息量越大，(x_ri-x_rj)²Λ_ij越小，根據低秩準則選擇的特征對數據集的局部拓撲結構和判別結構的表現能力越強，由此，低秩準則的目標是尋找LRS_r偏小的特征；根據LRS_r值按照升序排列所有特征，選擇若干個LRS_r值較小的特征構成篩選后的分子描述符子集；

步驟6：基于支持向量回歸機(SVR)構建改性條件、篩選后分子描述符與(廢)水中重金屬離子去除率指標之間的構效關系模型，并進行相關參數優化。

本發明詳細的流程及步驟：