活性(xing)炭(tan)改(gai)性(xing)后吸附丙酮

　　活性炭改性(xing)后(hou)(hou)吸(xi)附丙酮，活性(xing)炭用氧化(hua)鎂改性(xing)后(hou)(hou)吸(xi)附丙酮。本研究采用X射(she)線衍射(she)、掃描電子(zi)顯微(wei)鏡(jing)、透射(she)電子(zi)顯微(wei)鏡(jing)、氮(dan)吸(xi)附等溫(wen)度測量來表(biao)示(shi)五種改性(xing)活性(xing)炭復合材料的結構和化(hua)學特(te)性(xing)。結果表(biao)明，由于氧化(hua)鎂納(na)米粒子(zi)與丙酮分子(zi)之間的強化(hua)學吸(xi)附，改性(xing)活性(xing)炭能有(you)效提高丙酮的吸(xi)附能力。

　　空(kong)氣(qi)污染的(de)主要原因有(you)很多(duo)，主要是揮發性(xing)(xing)有(you)機化(hua)合物(wu)，即使在很低的(de)濃度(du)下也(ye)能清晰地聞(wen)到氣(qi)味(wei)，并(bing)具有(you)一定的(de)致癌性(xing)(xing)。目前，有(you)幾種減少(shao)空(kong)氣(qi)污染的(de)方法，包括冷凝(ning)、蒸餾(liu)、生物(wu)處理、催化(hua)氧化(hua)和活性(xing)(xing)炭吸(xi)附(fu)。

　　丙酮(tong)是(shi)(shi)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)揮發性有(you)機化合物，使用活(huo)(huo)性炭(tan)物理(li)吸附(fu)不一(yi)(yi)(yi)定能(neng)(neng)很(hen)好(hao)地去除丙酮(tong)，因此化學吸附(fu)也是(shi)(shi)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)完美的方法。有(you)數據表明，一(yi)(yi)(yi)些金屬(shu)氧化物材料對丙酮(tong)具有(you)良(liang)好(hao)的吸附(fu)能(neng)(neng)力(li)。例如，氧化鎂(mei)是(shi)(shi)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)堿土金屬(shu)氧化物，在室溫下(xia)能(neng)(neng)很(hen)好(hao)地吸附(fu)丙酮(tong)。然而，氧化鎂(mei)的吸附(fu)能(neng)(neng)力(li)有(you)限，不能(neng)(neng)大面積改善空(kong)氣(qi)環境。因此，我們使用活(huo)(huo)性炭(tan)和(he)氧化鎂(mei)來協調(diao)吸附(fu)能(neng)(neng)力(li)和(he)吸附(fu)能(neng)(neng)力(li)。

　　改性(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)不同氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含(han)量(liang)(liang)的圖像(xiang)：(a)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)，(b)氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含(han)量(liang)(liang)為(wei)(wei)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的5%，(c)氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含(han)量(liang)(liang)為(wei)(wei)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)10%，(d)氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含(han)量(liang)(liang)為(wei)(wei)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)20%，(e)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)中氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含(han)量(liang)(liang)30%(f)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)中氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含(han)量(liang)(liang)放大10%SEM圖像(xiang)。

　　形態學分析

　　改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)表(biao)面(mian)物理形(xing)(xing)態采用掃描電(dian)子顯(xian)微(wei)鏡技術觀察。顯(xian)微(wei)照片如圖(tu)(tu)1所示。活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(見圖(tu)(tu)1a)，未改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)樣品表(biao)面(mian)無缺陷或裂縫(feng)。然而，觀察合成(cheng)改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(見圖(tu)(tu)3b-e由(you)于(yu)高溫活(huo)化，塌陷成(cheng)小塊，形(xing)(xing)成(cheng)大(da)量通孔。此外，隨著浸漬(zi)濃度(du)的(de)(de)增(zeng)加，活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)表(biao)面(mian)支撐著越來越多的(de)(de)氧(yang)化鎂顆(ke)粒。隨著氧(yang)化鎂量的(de)(de)增(zeng)加，活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)表(biao)面(mian)變(bian)得粗糙。參考圖(tu)(tu)3f中放大(da)的(de)(de)SEM復(fu)合材(cai)料表(biao)面(mian)的(de)(de)氧(yang)化鎂顆(ke)粒呈無序(xu)的(de)(de)小球(qiu)形(xing)(xing)結構，并相互重疊產生葡萄形(xing)(xing)狀。這一事實意(yi)味(wei)著隨著煅燒(shao)溫度(du)的(de)(de)升高，由(you)于(yu)高煅燒(shao)溫度(du)下顆(ke)粒聚集，顆(ke)粒尺寸增(zeng)加。

　　為了進一(yi)步揭(jie)示(shi)(shi)(shi)改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)微(wei)微(wei)觀結構TEM，選擇區(qu)域(yu)電子衍(yan)射(she)(SAED)能(neng)量色散譜(EDS)測量。由于所有樣(yang)品(pin)形式(shi)相似，活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)中氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)含(han)量10%的(de)樣(yang)品(pin)被選為典型例子。TEM圖(tu)像(xiang)顯(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)樣(yang)品(pin)由許多小氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)納米晶體和碳基質組(zu)成。顯(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)HR-TEM圖(tu)像(xiang)。層間距為2.氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)晶格(ge)條紋歸(gui)因于立(li)方氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)晶格(ge)面(200)。相應樣(yang)品(pin)的(de)SAED圖(tu)案(圖(tu)2b插圖(tu))顯(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)明(ming)亮的(de)圓環，顯(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)所選區(qu)域(yu)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)的(de)多晶性(xing)(xing)能(neng)。分配給氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)的(de)衍(yan)射(she)同心(xin)環(111)、(200)、(220)和(2222)明(ming)顯(xian)(xian)，結果與(yu)從XRD氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)平面數據一(yi)致。如圖(tu)2c-e所示(shi)(shi)(shi)，EDS映射(she)結果表(biao)明(ming)，鎂(mei)和氧(yang)(yang)(yang)元素均(jun)勻分布在活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)表(biao)面，而不是明(ming)顯(xian)(xian)聚集(ji)。

　　(a)TEM和(b)改性活性炭(tan)氧(yang)化鎂含量10%樣品(pin)HR-TEM圖(tu)像，(b)插圖(tu)是(shi)相應(ying)的SAED圖(tu)案。(c-e)改性活性炭(tan)氧(yang)化鎂含量10%的樣品(pin)，鎂和氧(yang)EDS映射元素。

　　活性炭丙酮吸附試驗

　　如圖3所示。丙(bing)酮(tong)(tong)突破試驗(yan)在(zai)(zai)裝有水(shui)套的(de)玻璃管柱中進(jin)行，以(yi)(yi)保持(chi)25℃恒溫。氮氣(qi)(qi)系統由(you)丙(bing)酮(tong)(tong)氣(qi)(qi)體發生(sheng)器獲得的(de)高濃度蒸(zheng)汽兩部分(fen)組成(cheng)，由(you)質量流量控制器控制。同時，氮氣(qi)(qi)通過(guo)另一(yi)個分(fen)支(zhi)進(jin)入氣(qi)(qi)體混合室稀釋高濃度丙(bing)酮(tong)(tong)蒸(zheng)氣(qi)(qi)，以(yi)(yi)調節丙(bing)酮(tong)(tong)蒸(zheng)氣(qi)(qi)的(de)濃度。氣(qi)(qi)態混合物(wu)隨后在(zai)(zai)25歲℃在(zai)(zai)恒溫和大氣(qi)(qi)壓下引導活性炭。通過(guo)氣(qi)(qi)相色譜儀(yi)在(zai)(zai)線監測氣(qi)(qi)體經(jing)過(guo)活性炭的(de)輸出濃度。

　　等溫吸附(fu)裝(zhuang)置用于丙酮吸附(fu)。

　　丙酮吸附研究

　　丙(bing)酮(tong)吸附(fu)(fu)的(de)典型(xing)結果(guo)如圖(tu)4所示a它顯示了穿(chuan)透曲線。考慮到絕對(dui)濃(nong)度的(de)多樣性，然后通過從(cong)丙(bing)酮(tong)穿(chuan)透曲線計算的(de)區域的(de)值(zhi)積分來標準化濃(nong)度。值(zhi)得(de)注意的(de)是(shi)，在所有吸附(fu)(fu)試驗中，出口丙(bing)酮(tong)濃(nong)度為(wei)零，表明丙(bing)酮(tong)在穿(chuan)透前已完全去除(chu)。每(mei)個試驗中使用的(de)樣品量為(wei)0.2g。

　　(a)突(tu)破曲線和(b)丙酮(tong)在純氧化鎂(mei)(mei)和改性(xing)活性(xing)炭上具(ju)有不同氧化鎂(mei)(mei)含(han)量的(de)吸附(fu)等溫線。

　　如圖4a六種滲透曲線的(de)發展趨勢在一定(ding)溫(wen)度(du)(du)(du)下(xia)(25℃)和濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(85.21m3 g-1)下(xia)面是一致的(de)。具體來說，曲線開始非(fei)常溫(wen)和，一旦(dan)突破，濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)就會急劇增加。隨著時(shi)(shi)間的(de)推移(yi)，觀(guan)察到濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)逐漸(jian)穩定(ding)。所有(you)樣品中，改(gai)性活性炭(tan)氧(yang)化鎂含量10%的(de)樣品吸附容量排名(ming)**。穿透時(shi)(shi)間定(ding)義為(wei)出口濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)為(wei)入口濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)的(de)10%。每個樣品的(de)穿透時(shi)(shi)間也(ye)不同，丙(bing)酮(tong)在改(gai)性活性炭(tan)氧(yang)化鎂含量10%中的(de)穿透時(shi)(shi)間*長，表明其(qi)優異的(de)丙(bing)酮(tong)捕獲能力(li)。

　　總之，通過蒸發誘導的(de)(de)(de)自組裝過程和(he)隨后的(de)(de)(de)熱解處理相(xiang)結合(he)，開發了(le)(le)一種(zhong)簡(jian)單可控的(de)(de)(de)方法，以(yi)乙(yi)酸鎂(mei)為鎂(mei)源(yuan)，制備了(le)(le)氧化(hua)(hua)鎂(mei)納米復合(he)材(cai)料改性(xing)(xing)的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)。改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)氧化(hua)(hua)鎂(mei)含量10%的(de)(de)(de)復合(he)材(cai)料具(ju)有明(ming)顯(xian)的(de)(de)(de)丙酮(tong)(tong)捕獲能力(li)。值得(de)注意的(de)(de)(de)是，增加氧化(hua)(hua)鎂(mei)含量會大大增強丙酮(tong)(tong)在活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)上的(de)(de)(de)化(hua)(hua)學吸(xi)(xi)附(fu)，但也(ye)會減少物理吸(xi)(xi)附(fu)。量子化(hua)(hua)學計算表明(ming)，改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)電子性(xing)(xing)質是丙酮(tong)(tong)吸(xi)(xi)附(fu)能力(li)高的(de)(de)(de)原(yuan)因，其(qi)相(xiang)互作用屬于化(hua)(hua)學吸(xi)(xi)附(fu)。這種(zhong)簡(jian)單的(de)(de)(de)合(he)成使(shi)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)能夠更好地吸(xi)(xi)收丙酮(tong)(tong)。