活性炭改(gai)性后吸附丙酮

　　活性炭改性(xing)后(hou)吸附(fu)丙酮(tong)，活(huo)性(xing)炭用(yong)氧(yang)化鎂改性(xing)后(hou)吸附(fu)丙酮(tong)。本研究(jiu)采用(yong)X射(she)線衍射(she)、掃描電(dian)子(zi)顯(xian)微(wei)鏡、透射(she)電(dian)子(zi)顯(xian)微(wei)鏡、氮吸附(fu)等溫度測量來(lai)表示五種(zhong)改性(xing)活(huo)性(xing)炭復合(he)材料的(de)結(jie)構和化學特(te)性(xing)。結(jie)果(guo)表明，由于氧(yang)化鎂納米粒子(zi)與丙酮(tong)分(fen)子(zi)之間的(de)強化學吸附(fu)，改性(xing)活(huo)性(xing)炭能(neng)有(you)效提高丙酮(tong)的(de)吸附(fu)能(neng)力。

　　空(kong)氣污染的主(zhu)要原(yuan)因有(you)(you)很多(duo)，主(zhu)要是揮發性有(you)(you)機化(hua)合物，即使在很低的濃(nong)度下也(ye)能清晰(xi)地(di)聞到氣味，并(bing)具有(you)(you)一定的致癌性。目前，有(you)(you)幾種減少空(kong)氣污染的方法，包(bao)括(kuo)冷凝、蒸餾、生(sheng)物處理、催(cui)化(hua)氧化(hua)和活性炭吸附。

　　丙(bing)(bing)酮是一(yi)(yi)(yi)種揮(hui)發性有(you)機化合(he)物(wu)(wu)，使用(yong)活性炭物(wu)(wu)理吸(xi)附不一(yi)(yi)(yi)定能(neng)(neng)(neng)很好(hao)(hao)地去除丙(bing)(bing)酮，因(yin)此(ci)化學吸(xi)附也是一(yi)(yi)(yi)種完美的方法。有(you)數據表明，一(yi)(yi)(yi)些金屬(shu)氧化物(wu)(wu)材料對丙(bing)(bing)酮具有(you)良好(hao)(hao)的吸(xi)附能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)。例如，氧化鎂(mei)是一(yi)(yi)(yi)種堿土金屬(shu)氧化物(wu)(wu)，在(zai)室溫下能(neng)(neng)(neng)很好(hao)(hao)地吸(xi)附丙(bing)(bing)酮。然而，氧化鎂(mei)的吸(xi)附能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)有(you)限，不能(neng)(neng)(neng)大面積(ji)改善空氣環境。因(yin)此(ci)，我們使用(yong)活性炭和(he)(he)氧化鎂(mei)來協調吸(xi)附能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)和(he)(he)吸(xi)附能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)。

　　改性(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭不同氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含量(liang)(liang)的圖像：(a)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭，(b)氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含量(liang)(liang)為(wei)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭的5%，(c)氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含量(liang)(liang)為(wei)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭10%，(d)氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含量(liang)(liang)為(wei)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭20%，(e)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭中(zhong)氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含量(liang)(liang)30%(f)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭中(zhong)氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含量(liang)(liang)放大10%SEM圖像。

　　形態學分析

　　改性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭表(biao)面物理形(xing)(xing)態采用掃描電子顯微鏡技(ji)術觀察(cha)。顯微照(zhao)片如(ru)圖1所示。活性(xing)(xing)(xing)炭(見圖1a)，未改性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭樣品(pin)表(biao)面無缺陷(xian)或裂縫。然而(er)，觀察(cha)合成(cheng)改性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭(見圖3b-e由于(yu)高溫活化(hua)，塌陷(xian)成(cheng)小(xiao)塊，形(xing)(xing)成(cheng)大(da)量通孔。此外，隨(sui)著(zhu)浸漬濃度的(de)(de)增(zeng)加，活性(xing)(xing)(xing)炭表(biao)面支撐著(zhu)越(yue)來越(yue)多(duo)的(de)(de)氧化(hua)鎂(mei)顆粒(li)。隨(sui)著(zhu)氧化(hua)鎂(mei)量的(de)(de)增(zeng)加，活性(xing)(xing)(xing)炭表(biao)面變得粗糙(cao)。參考圖3f中放大(da)的(de)(de)SEM復(fu)合材料表(biao)面的(de)(de)氧化(hua)鎂(mei)顆粒(li)呈無序(xu)的(de)(de)小(xiao)球形(xing)(xing)結構(gou)，并相(xiang)互重疊產生葡(pu)萄形(xing)(xing)狀。這(zhe)一(yi)事實意味著(zhu)隨(sui)著(zhu)煅燒(shao)溫度的(de)(de)升(sheng)高，由于(yu)高煅燒(shao)溫度下顆粒(li)聚集，顆粒(li)尺寸增(zeng)加。

　　為(wei)了進一步(bu)揭示改性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭的(de)微微觀結(jie)構(gou)TEM，選(xuan)擇區(qu)域電子衍(yan)(yan)射(she)(SAED)能量色散譜(pu)(EDS)測(ce)量。由于(yu)所有樣品(pin)形式相(xiang)似(si)，活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭中氧化(hua)鎂(mei)含量10%的(de)樣品(pin)被選(xuan)為(wei)典(dian)型例子。TEM圖(tu)像顯(xian)(xian)示樣品(pin)由許(xu)多(duo)小氧化(hua)鎂(mei)納米晶體和(he)碳基質組成。顯(xian)(xian)示改性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭HR-TEM圖(tu)像。層間距為(wei)2.氧化(hua)鎂(mei)晶格(ge)條紋歸因于(yu)立方氧化(hua)鎂(mei)晶格(ge)面(200)。相(xiang)應樣品(pin)的(de)SAED圖(tu)案(圖(tu)2b插圖(tu))顯(xian)(xian)示明(ming)(ming)亮的(de)圓環，顯(xian)(xian)示所選(xuan)區(qu)域氧化(hua)鎂(mei)的(de)多(duo)晶性(xing)(xing)(xing)(xing)能。分配給氧化(hua)鎂(mei)的(de)衍(yan)(yan)射(she)同心(xin)環(111)、(200)、(220)和(he)(2222)明(ming)(ming)顯(xian)(xian)，結(jie)果(guo)與從XRD氧化(hua)鎂(mei)平面數(shu)據一致。如圖(tu)2c-e所示，EDS映射(she)結(jie)果(guo)表(biao)(biao)明(ming)(ming)，鎂(mei)和(he)氧元(yuan)素(su)均勻分布在活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭表(biao)(biao)面，而不是明(ming)(ming)顯(xian)(xian)聚集。

　　(a)TEM和(he)(b)改(gai)性(xing)活性(xing)炭氧化鎂含量10%樣品(pin)(pin)HR-TEM圖(tu)像，(b)插圖(tu)是相應的SAED圖(tu)案。(c-e)改(gai)性(xing)活性(xing)炭氧化鎂含量10%的樣品(pin)(pin)，鎂和(he)氧EDS映射元素。

　　活性炭(tan)丙(bing)酮(tong)吸附試驗

　　如圖3所(suo)示(shi)。丙(bing)酮突破試(shi)驗在(zai)裝有水套(tao)的玻璃管柱中進行，以保持25℃恒溫。氮氣(qi)系統(tong)由(you)丙(bing)酮氣(qi)體(ti)(ti)發生器獲得的高(gao)濃度(du)蒸汽兩部分(fen)組成，由(you)質量流量控制器控制。同時，氮氣(qi)通過另一個分(fen)支進入氣(qi)體(ti)(ti)混合(he)室(shi)稀釋高(gao)濃度(du)丙(bing)酮蒸氣(qi)，以調節丙(bing)酮蒸氣(qi)的濃度(du)。氣(qi)態混合(he)物隨后在(zai)25歲℃在(zai)恒溫和大氣(qi)壓(ya)下引導活性(xing)炭(tan)。通過氣(qi)相色譜(pu)儀在(zai)線(xian)監(jian)測氣(qi)體(ti)(ti)經過活性(xing)炭(tan)的輸出濃度(du)。

　　等(deng)溫吸附(fu)裝置用于丙酮吸附(fu)。

　　丙酮吸附研究

　　丙酮(tong)吸(xi)附的(de)(de)(de)典型(xing)結果(guo)如圖4所(suo)示a它(ta)顯示了穿(chuan)透曲(qu)線。考慮到絕對濃度的(de)(de)(de)多(duo)樣性，然(ran)后通過從丙酮(tong)穿(chuan)透曲(qu)線計算的(de)(de)(de)區域的(de)(de)(de)值積分來標準化濃度。值得注(zhu)意的(de)(de)(de)是(shi)，在(zai)所(suo)有吸(xi)附試驗中(zhong)，出(chu)口丙酮(tong)濃度為(wei)零，表明丙酮(tong)在(zai)穿(chuan)透前已(yi)完(wan)全去除。每個試驗中(zhong)使用的(de)(de)(de)樣品量為(wei)0.2g。

　　(a)突破曲(qu)線(xian)和(he)(b)丙酮在純氧(yang)化鎂和(he)改(gai)性活性炭上具有不同氧(yang)化鎂含量(liang)的吸(xi)附等(deng)溫線(xian)。

　　如圖(tu)4a六(liu)種(zhong)滲透(tou)曲線的(de)發展(zhan)趨勢在(zai)一(yi)(yi)定溫度(du)下(xia)(25℃)和(he)(he)濃度(du)(85.21m3 g-1)下(xia)面是(shi)一(yi)(yi)致的(de)。具(ju)體來說，曲線開(kai)始非常溫和(he)(he)，一(yi)(yi)旦(dan)突破，濃度(du)就會急劇增(zeng)加。隨著(zhu)時間(jian)(jian)(jian)的(de)推(tui)移，觀察到濃度(du)逐漸(jian)穩定。所(suo)有樣品中(zhong)，改性活性炭氧(yang)化(hua)鎂(mei)含量10%的(de)樣品吸附容量排名(ming)**。穿(chuan)透(tou)時間(jian)(jian)(jian)定義為出口(kou)濃度(du)為入口(kou)濃度(du)的(de)10%。每個樣品的(de)穿(chuan)透(tou)時間(jian)(jian)(jian)也不同，丙酮(tong)在(zai)改性活性炭氧(yang)化(hua)鎂(mei)含量10%中(zhong)的(de)穿(chuan)透(tou)時間(jian)(jian)(jian)*長，表明其優異的(de)丙酮(tong)捕獲能力(li)。

　　總之，通過(guo)蒸發(fa)誘導的(de)自組裝(zhuang)過(guo)程和隨(sui)后的(de)熱解(jie)處理(li)(li)相結合(he)，開(kai)發(fa)了一種簡單可(ke)控(kong)的(de)方法，以乙酸鎂(mei)為鎂(mei)源，制備了氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)納米復(fu)合(he)材料改(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)。改(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)含量10%的(de)復(fu)合(he)材料具有明顯的(de)丙(bing)(bing)酮(tong)捕(bu)獲(huo)能(neng)力。值得注意的(de)是，增加氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)含量會大大增強丙(bing)(bing)酮(tong)在活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)上(shang)的(de)化(hua)學吸(xi)附，但也會減(jian)少物(wu)理(li)(li)吸(xi)附。量子(zi)化(hua)學計算表明，改(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)電子(zi)性(xing)(xing)(xing)(xing)質是丙(bing)(bing)酮(tong)吸(xi)附能(neng)力高的(de)原因，其相互作用屬于(yu)化(hua)學吸(xi)附。這種簡單的(de)合(he)成使活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)能(neng)夠更(geng)好地吸(xi)收丙(bing)(bing)酮(tong)。