活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)改(gai)性(xing)(xing)后吸附丙酮(tong)

　　活性炭改性(xing)后吸(xi)附(fu)(fu)(fu)丙(bing)(bing)酮(tong)，活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)用氧化鎂改性(xing)后吸(xi)附(fu)(fu)(fu)丙(bing)(bing)酮(tong)。本(ben)研究采用X射(she)線(xian)衍射(she)、掃描電子(zi)顯微(wei)鏡(jing)、透射(she)電子(zi)顯微(wei)鏡(jing)、氮吸(xi)附(fu)(fu)(fu)等溫度(du)測量來表示五(wu)種改性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)復合材料的(de)結構和化學特性(xing)。結果表明，由(you)于(yu)氧化鎂納米粒子(zi)與(yu)丙(bing)(bing)酮(tong)分(fen)子(zi)之(zhi)間的(de)強化學吸(xi)附(fu)(fu)(fu)，改性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)能有效提高丙(bing)(bing)酮(tong)的(de)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)能力(li)。

　　空(kong)(kong)氣(qi)污染(ran)的(de)(de)(de)(de)主(zhu)要原因有(you)很(hen)多，主(zhu)要是揮(hui)發性有(you)機化(hua)(hua)合物(wu)，即使在很(hen)低(di)的(de)(de)(de)(de)濃度下也能(neng)清晰地聞(wen)到氣(qi)味，并具有(you)一定的(de)(de)(de)(de)致癌性。目(mu)前，有(you)幾種減少空(kong)(kong)氣(qi)污染(ran)的(de)(de)(de)(de)方法，包(bao)括冷凝、蒸(zheng)餾、生(sheng)物(wu)處理、催化(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)和活性炭吸附(fu)。

　　丙(bing)酮(tong)(tong)是(shi)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)揮發(fa)性有(you)(you)機化合物(wu)，使(shi)用活(huo)性炭物(wu)理(li)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)不一(yi)(yi)(yi)定(ding)能(neng)(neng)很(hen)好(hao)地去除丙(bing)酮(tong)(tong)，因此化學吸(xi)(xi)(xi)附(fu)也是(shi)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)完美的方(fang)法。有(you)(you)數據表明，一(yi)(yi)(yi)些金屬氧(yang)(yang)(yang)(yang)化物(wu)材料對丙(bing)酮(tong)(tong)具有(you)(you)良好(hao)的吸(xi)(xi)(xi)附(fu)能(neng)(neng)力。例如，氧(yang)(yang)(yang)(yang)化鎂是(shi)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)堿(jian)土金屬氧(yang)(yang)(yang)(yang)化物(wu)，在室(shi)溫(wen)下能(neng)(neng)很(hen)好(hao)地吸(xi)(xi)(xi)附(fu)丙(bing)酮(tong)(tong)。然而，氧(yang)(yang)(yang)(yang)化鎂的吸(xi)(xi)(xi)附(fu)能(neng)(neng)力有(you)(you)限，不能(neng)(neng)大(da)面積改善空氣環(huan)境。因此，我們使(shi)用活(huo)性炭和氧(yang)(yang)(yang)(yang)化鎂來(lai)協調(diao)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)能(neng)(neng)力和吸(xi)(xi)(xi)附(fu)能(neng)(neng)力。

　　改性活(huo)性炭(tan)不同(tong)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)(mei)含量(liang)的圖(tu)像：(a)活(huo)性炭(tan)，(b)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)(mei)含量(liang)為(wei)活(huo)性炭(tan)的5%，(c)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)(mei)含量(liang)為(wei)活(huo)性炭(tan)10%，(d)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)(mei)含量(liang)為(wei)活(huo)性炭(tan)20%，(e)活(huo)性炭(tan)中(zhong)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)(mei)含量(liang)30%(f)活(huo)性炭(tan)中(zhong)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)(mei)含量(liang)放大10%SEM圖(tu)像。

　　形態學分析

　　改(gai)性活(huo)性炭表(biao)面(mian)(mian)物理(li)形態采用掃描電子顯微鏡技(ji)術(shu)觀察。顯微照片如圖(tu)1所示(shi)。活(huo)性炭(見圖(tu)1a)，未改(gai)性活(huo)性炭樣品表(biao)面(mian)(mian)無缺陷或裂(lie)縫。然而，觀察合(he)成(cheng)改(gai)性活(huo)性炭(見圖(tu)3b-e由于高(gao)溫(wen)(wen)活(huo)化(hua)，塌陷成(cheng)小(xiao)塊，形成(cheng)大(da)量通孔。此外，隨(sui)著浸漬(zi)濃度的增加，活(huo)性炭表(biao)面(mian)(mian)支(zhi)撐(cheng)著越來越多的氧化(hua)鎂(mei)顆粒。隨(sui)著氧化(hua)鎂(mei)量的增加，活(huo)性炭表(biao)面(mian)(mian)變(bian)得粗(cu)糙。參考圖(tu)3f中放大(da)的SEM復(fu)合(he)材料表(biao)面(mian)(mian)的氧化(hua)鎂(mei)顆粒呈無序(xu)的小(xiao)球形結構，并相互重疊產生葡萄形狀。這一事實意味著隨(sui)著煅燒(shao)(shao)溫(wen)(wen)度的升高(gao)，由于高(gao)煅燒(shao)(shao)溫(wen)(wen)度下顆粒聚(ju)集，顆粒尺寸增加。

　　為了進一步揭示(shi)改(gai)性活(huo)(huo)性炭的(de)(de)微微觀結構(gou)TEM，選擇區域(yu)電(dian)子衍(yan)射(SAED)能量色散譜(EDS)測量。由于所有(you)樣品形式(shi)相似，活(huo)(huo)性炭中(zhong)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化鎂含(han)量10%的(de)(de)樣品被選為典(dian)型例子。TEM圖像顯示(shi)樣品由許(xu)多小氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化鎂納米晶(jing)體和碳基質組(zu)成。顯示(shi)改(gai)性活(huo)(huo)性炭HR-TEM圖像。層(ceng)間距為2.氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化鎂晶(jing)格(ge)條紋歸因于立方氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化鎂晶(jing)格(ge)面(200)。相應(ying)樣品的(de)(de)SAED圖案(圖2b插圖)顯示(shi)明(ming)亮的(de)(de)圓(yuan)環(huan)，顯示(shi)所選區域(yu)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化鎂的(de)(de)多晶(jing)性能。分配給氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化鎂的(de)(de)衍(yan)射同心環(huan)(111)、(200)、(220)和(2222)明(ming)顯，結果(guo)與從(cong)XRD氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化鎂平面數據(ju)一致(zhi)。如圖2c-e所示(shi)，EDS映射結果(guo)表明(ming)，鎂和氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)元素(su)均勻分布在活(huo)(huo)性炭表面，而不是明(ming)顯聚集。

　　(a)TEM和(he)(b)改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)氧化鎂含量10%樣品HR-TEM圖像，(b)插圖是相應的SAED圖案。(c-e)改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)氧化鎂含量10%的樣品，鎂和(he)氧EDS映射元素(su)。

　　活(huo)性炭(tan)丙酮吸附試驗

　　如圖3所示(shi)。丙酮(tong)突破(po)試驗在裝有水套的玻璃(li)管(guan)柱中(zhong)進(jin)行，以保持25℃恒溫。氮氣(qi)(qi)系統由丙酮(tong)氣(qi)(qi)體(ti)發生器獲得的高濃(nong)(nong)度蒸(zheng)汽兩(liang)部分組(zu)成，由質量(liang)流量(liang)控制(zhi)器控制(zhi)。同時(shi)，氮氣(qi)(qi)通過(guo)另(ling)一個分支(zhi)進(jin)入氣(qi)(qi)體(ti)混(hun)合(he)(he)室(shi)稀釋高濃(nong)(nong)度丙酮(tong)蒸(zheng)氣(qi)(qi)，以調節丙酮(tong)蒸(zheng)氣(qi)(qi)的濃(nong)(nong)度。氣(qi)(qi)態混(hun)合(he)(he)物(wu)隨后在25歲℃在恒溫和大氣(qi)(qi)壓下(xia)引導活性炭。通過(guo)氣(qi)(qi)相(xiang)色譜儀在線(xian)監測氣(qi)(qi)體(ti)經過(guo)活性炭的輸出濃(nong)(nong)度。

　　等溫(wen)吸附裝置用于丙酮吸附。

　　丙酮吸附研究

　　丙(bing)酮(tong)吸附(fu)的(de)典型結果如圖(tu)4所示a它(ta)顯示了穿(chuan)透(tou)曲(qu)線(xian)。考慮(lv)到(dao)絕對濃(nong)度(du)的(de)多樣(yang)性(xing)，然后通(tong)過從丙(bing)酮(tong)穿(chuan)透(tou)曲(qu)線(xian)計(ji)算的(de)區域的(de)值積分(fen)來標(biao)準化(hua)濃(nong)度(du)。值得注意的(de)是(shi)，在(zai)(zai)所有(you)吸附(fu)試驗中，出口丙(bing)酮(tong)濃(nong)度(du)為(wei)零，表明丙(bing)酮(tong)在(zai)(zai)穿(chuan)透(tou)前已完全去除(chu)。每個試驗中使(shi)用(yong)的(de)樣(yang)品量為(wei)0.2g。

　　(a)突破曲(qu)線(xian)和(b)丙酮(tong)在純(chun)氧(yang)化鎂(mei)和改性活性炭上具(ju)有不同氧(yang)化鎂(mei)含量的(de)吸附等溫線(xian)。

　　如圖4a六(liu)種滲透曲線的(de)(de)(de)(de)發展趨勢在一定(ding)溫度(du)下(xia)(25℃)和(he)濃(nong)度(du)(85.21m3 g-1)下(xia)面(mian)是一致的(de)(de)(de)(de)。具體來說，曲線開(kai)始非常溫和(he)，一旦突破，濃(nong)度(du)就會急劇增(zeng)加。隨著時(shi)間的(de)(de)(de)(de)推(tui)移，觀察到濃(nong)度(du)逐漸(jian)穩定(ding)。所有樣品中(zhong)，改性活性炭(tan)氧(yang)化(hua)鎂含(han)量10%的(de)(de)(de)(de)樣品吸附容量排(pai)名**。穿透時(shi)間定(ding)義為出口(kou)濃(nong)度(du)為入口(kou)濃(nong)度(du)的(de)(de)(de)(de)10%。每個樣品的(de)(de)(de)(de)穿透時(shi)間也不(bu)同，丙酮(tong)在改性活性炭(tan)氧(yang)化(hua)鎂含(han)量10%中(zhong)的(de)(de)(de)(de)穿透時(shi)間*長(chang)，表(biao)明(ming)其優異的(de)(de)(de)(de)丙酮(tong)捕獲能力。

　　總之，通過(guo)蒸發(fa)誘導的自組裝過(guo)程(cheng)和隨后的熱解處理相結合，開發(fa)了(le)一種簡單可控的方法，以(yi)乙酸鎂(mei)為鎂(mei)源，制備(bei)了(le)氧化鎂(mei)納米復合材料改性的活(huo)性炭(tan)。改性活(huo)性炭(tan)氧化鎂(mei)含量(liang)10%的復合材料具有(you)明顯的丙酮(tong)捕獲能力。值(zhi)得注意的是，增加氧化鎂(mei)含量(liang)會大大增強(qiang)丙酮(tong)在活(huo)性炭(tan)上的化學(xue)(xue)(xue)吸(xi)附(fu)，但也會減少物理吸(xi)附(fu)。量(liang)子化學(xue)(xue)(xue)計(ji)算表明，改性活(huo)性炭(tan)的電(dian)子性質是丙酮(tong)吸(xi)附(fu)能力高的原因，其相互作用屬于化學(xue)(xue)(xue)吸(xi)附(fu)。這種簡單的合成(cheng)使活(huo)性炭(tan)能夠更好地(di)吸(xi)收丙酮(tong)。