活性炭改性后吸(xi)附(fu)丙(bing)酮(tong)

　　活性炭改(gai)性(xing)(xing)(xing)后吸附丙酮，活性(xing)(xing)(xing)炭用氧化(hua)鎂(mei)改(gai)性(xing)(xing)(xing)后吸附丙酮。本研究采用X射(she)線衍射(she)、掃描電子(zi)顯微(wei)鏡(jing)、透(tou)射(she)電子(zi)顯微(wei)鏡(jing)、氮吸附等(deng)溫度測量來表(biao)示五種改(gai)性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭復合材料的結(jie)構和化(hua)學(xue)特性(xing)(xing)(xing)。結(jie)果表(biao)明(ming)，由于氧化(hua)鎂(mei)納(na)米粒(li)子(zi)與(yu)丙酮分子(zi)之間的強(qiang)化(hua)學(xue)吸附，改(gai)性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭能有效提(ti)高丙酮的吸附能力。

　　空(kong)氣(qi)污(wu)染(ran)的主要(yao)原因(yin)有(you)(you)很多，主要(yao)是揮發(fa)性(xing)有(you)(you)機化(hua)合物(wu)，即使在很低的濃度下也能清晰地聞到氣(qi)味，并具有(you)(you)一定的致癌性(xing)。目前，有(you)(you)幾種(zhong)減少空(kong)氣(qi)污(wu)染(ran)的方法(fa)，包括冷凝、蒸餾(liu)、生物(wu)處理、催化(hua)氧化(hua)和活性(xing)炭(tan)吸附。

　　丙(bing)(bing)(bing)酮(tong)是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)揮(hui)發(fa)性有(you)機(ji)化(hua)合物，使用活性炭(tan)物理吸(xi)(xi)附不一(yi)(yi)定(ding)能(neng)(neng)很(hen)好地(di)(di)去除丙(bing)(bing)(bing)酮(tong)，因此化(hua)學吸(xi)(xi)附也是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)完美(mei)的方法(fa)。有(you)數據表明，一(yi)(yi)些金屬氧(yang)(yang)化(hua)物材料對丙(bing)(bing)(bing)酮(tong)具有(you)良好的吸(xi)(xi)附能(neng)(neng)力。例如，氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)堿土金屬氧(yang)(yang)化(hua)物，在室溫(wen)下能(neng)(neng)很(hen)好地(di)(di)吸(xi)(xi)附丙(bing)(bing)(bing)酮(tong)。然(ran)而(er)，氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)的吸(xi)(xi)附能(neng)(neng)力有(you)限(xian)，不能(neng)(neng)大面(mian)積(ji)改善空氣環境。因此，我們(men)使用活性炭(tan)和氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)來(lai)協調吸(xi)(xi)附能(neng)(neng)力和吸(xi)(xi)附能(neng)(neng)力。

　　改性(xing)活性(xing)炭(tan)不同氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含量(liang)(liang)的(de)圖像(xiang)：(a)活性(xing)炭(tan)，(b)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含量(liang)(liang)為活性(xing)炭(tan)的(de)5%，(c)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含量(liang)(liang)為活性(xing)炭(tan)10%，(d)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含量(liang)(liang)為活性(xing)炭(tan)20%，(e)活性(xing)炭(tan)中氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含量(liang)(liang)30%(f)活性(xing)炭(tan)中氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含量(liang)(liang)放大10%SEM圖像(xiang)。

　　形態學分析

　　改性(xing)活性(xing)炭表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)物理形(xing)(xing)(xing)態采用(yong)掃描(miao)電子(zi)顯微(wei)鏡技術觀(guan)察。顯微(wei)照片如圖(tu)1所(suo)示。活性(xing)炭(見圖(tu)1a)，未改性(xing)活性(xing)炭樣品表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)無缺(que)陷或裂縫。然而，觀(guan)察合(he)成(cheng)改性(xing)活性(xing)炭(見圖(tu)3b-e由于高(gao)溫(wen)活化(hua)，塌陷成(cheng)小(xiao)塊，形(xing)(xing)(xing)成(cheng)大量通孔。此外，隨(sui)著浸漬濃度(du)的(de)增加(jia)(jia)，活性(xing)炭表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)支撐著越來(lai)越多的(de)氧(yang)化(hua)鎂(mei)顆(ke)粒(li)。隨(sui)著氧(yang)化(hua)鎂(mei)量的(de)增加(jia)(jia)，活性(xing)炭表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)變得粗(cu)糙。參考圖(tu)3f中放大的(de)SEM復合(he)材料表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)氧(yang)化(hua)鎂(mei)顆(ke)粒(li)呈無序的(de)小(xiao)球(qiu)形(xing)(xing)(xing)結構，并相互重疊產(chan)生葡萄形(xing)(xing)(xing)狀。這一事實意(yi)味著隨(sui)著煅燒溫(wen)度(du)的(de)升高(gao)，由于高(gao)煅燒溫(wen)度(du)下(xia)顆(ke)粒(li)聚(ju)集(ji)，顆(ke)粒(li)尺寸增加(jia)(jia)。

　　為了進一步(bu)揭(jie)示(shi)(shi)(shi)改性活性炭(tan)的(de)(de)(de)微微觀(guan)結(jie)(jie)構TEM，選擇區域電子衍射(she)(SAED)能量色散(san)譜(EDS)測量。由于所有樣(yang)品形式相(xiang)似(si)，活性炭(tan)中(zhong)氧(yang)化(hua)鎂(mei)含量10%的(de)(de)(de)樣(yang)品被(bei)選為典型例子。TEM圖像(xiang)顯(xian)示(shi)(shi)(shi)樣(yang)品由許多小氧(yang)化(hua)鎂(mei)納米晶(jing)(jing)體和碳基質組成(cheng)。顯(xian)示(shi)(shi)(shi)改性活性炭(tan)HR-TEM圖像(xiang)。層間距為2.氧(yang)化(hua)鎂(mei)晶(jing)(jing)格條紋歸(gui)因(yin)于立方氧(yang)化(hua)鎂(mei)晶(jing)(jing)格面(mian)(200)。相(xiang)應樣(yang)品的(de)(de)(de)SAED圖案(圖2b插(cha)圖)顯(xian)示(shi)(shi)(shi)明亮的(de)(de)(de)圓環(huan)，顯(xian)示(shi)(shi)(shi)所選區域氧(yang)化(hua)鎂(mei)的(de)(de)(de)多晶(jing)(jing)性能。分配(pei)給氧(yang)化(hua)鎂(mei)的(de)(de)(de)衍射(she)同心環(huan)(111)、(200)、(220)和(2222)明顯(xian)，結(jie)(jie)果與從XRD氧(yang)化(hua)鎂(mei)平面(mian)數據一致。如圖2c-e所示(shi)(shi)(shi)，EDS映射(she)結(jie)(jie)果表(biao)明，鎂(mei)和氧(yang)元素均勻分布在活性炭(tan)表(biao)面(mian)，而(er)不是明顯(xian)聚集。

　　(a)TEM和(b)改性(xing)活(huo)性(xing)炭氧化鎂(mei)含量(liang)10%樣(yang)品(pin)HR-TEM圖像，(b)插圖是相應的SAED圖案。(c-e)改性(xing)活(huo)性(xing)炭氧化鎂(mei)含量(liang)10%的樣(yang)品(pin)，鎂(mei)和氧EDS映射元素。

　　活性(xing)炭丙酮(tong)吸附(fu)試驗(yan)

　　如圖3所示。丙酮(tong)(tong)突破試驗在(zai)裝有水套的(de)玻(bo)璃(li)管(guan)柱中進行，以(yi)保持25℃恒溫(wen)。氮氣(qi)(qi)系統由丙酮(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，由質量流量控制(zhi)器控制(zhi)。同時，氮氣(qi)(qi)通過另一個(ge)分(fen)支(zhi)進入氣(qi)(qi)體混(hun)合(he)室稀釋高濃度丙酮(tong)(tong)蒸(zheng)氣(qi)(qi)，以(yi)調節丙酮(tong)(tong)蒸(zheng)氣(qi)(qi)的(de)濃度。氣(qi)(qi)態混(hun)合(he)物隨后在(zai)25歲℃在(zai)恒溫(wen)和大氣(qi)(qi)壓下(xia)引導(dao)活(huo)性炭(tan)。通過氣(qi)(qi)相色譜(pu)儀在(zai)線監測氣(qi)(qi)體經過活(huo)性炭(tan)的(de)輸出(chu)濃度。

　　等溫吸(xi)附裝置(zhi)用于丙酮吸(xi)附。

　　丙酮吸附研究

　　丙(bing)酮吸(xi)附(fu)的(de)典型(xing)結果如圖4所(suo)示a它顯示了(le)穿透(tou)曲線(xian)。考(kao)慮到絕對濃(nong)(nong)度(du)(du)的(de)多樣性，然后通過從(cong)丙(bing)酮穿透(tou)曲線(xian)計算的(de)區(qu)域的(de)值積分來標準化濃(nong)(nong)度(du)(du)。值得(de)注(zhu)意的(de)是，在所(suo)有(you)吸(xi)附(fu)試驗(yan)中，出口丙(bing)酮濃(nong)(nong)度(du)(du)為(wei)零，表明丙(bing)酮在穿透(tou)前已完(wan)全去除。每個試驗(yan)中使用的(de)樣品量為(wei)0.2g。

　　(a)突破(po)曲線和(he)(b)丙酮在純氧化(hua)鎂和(he)改(gai)性活性炭上具有不同氧化(hua)鎂含量(liang)的吸(xi)附等溫線。

　　如圖4a六種(zhong)滲透曲(qu)線的(de)(de)(de)發展趨勢在(zai)一定(ding)溫(wen)度(du)(du)(du)下(25℃)和(he)濃(nong)度(du)(du)(du)(85.21m3 g-1)下面是一致(zhi)的(de)(de)(de)。具(ju)體來說，曲(qu)線開始非常溫(wen)和(he)，一旦突(tu)破，濃(nong)度(du)(du)(du)就會急劇(ju)增加(jia)。隨著時(shi)間的(de)(de)(de)推移，觀察(cha)到濃(nong)度(du)(du)(du)逐漸穩定(ding)。所有樣(yang)品(pin)(pin)中(zhong)，改(gai)性活(huo)性炭(tan)氧化(hua)鎂含量(liang)10%的(de)(de)(de)樣(yang)品(pin)(pin)吸附容量(liang)排名**。穿透時(shi)間定(ding)義為出口濃(nong)度(du)(du)(du)為入口濃(nong)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)10%。每個樣(yang)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)穿透時(shi)間也不同，丙酮(tong)在(zai)改(gai)性活(huo)性炭(tan)氧化(hua)鎂含量(liang)10%中(zhong)的(de)(de)(de)穿透時(shi)間*長(chang)，表明(ming)其(qi)優異的(de)(de)(de)丙酮(tong)捕獲(huo)能力(li)。

　　總之，通過(guo)蒸(zheng)發(fa)誘導的(de)(de)自組裝過(guo)程(cheng)和隨后的(de)(de)熱解處理(li)(li)相結合(he)，開發(fa)了一種簡單可控(kong)的(de)(de)方法(fa)，以(yi)乙酸鎂為鎂源，制備(bei)了氧化(hua)(hua)鎂納米復合(he)材(cai)料改(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)。改(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)氧化(hua)(hua)鎂含(han)(han)量(liang)10%的(de)(de)復合(he)材(cai)料具有明顯的(de)(de)丙酮捕獲能(neng)力。值得注意的(de)(de)是，增加氧化(hua)(hua)鎂含(han)(han)量(liang)會大(da)大(da)增強丙酮在(zai)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)上(shang)的(de)(de)化(hua)(hua)學吸(xi)(xi)附，但也會減少物理(li)(li)吸(xi)(xi)附。量(liang)子(zi)化(hua)(hua)學計算表明，改(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)電子(zi)性(xing)(xing)(xing)(xing)質是丙酮吸(xi)(xi)附能(neng)力高的(de)(de)原因，其相互作(zuo)用(yong)屬(shu)于化(hua)(hua)學吸(xi)(xi)附。這種簡單的(de)(de)合(he)成使(shi)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)能(neng)夠更好地吸(xi)(xi)收丙酮。