活(huo)性炭改性后吸附丙酮

　　活性炭改(gai)(gai)性(xing)(xing)后吸(xi)附(fu)丙(bing)(bing)酮，活(huo)性(xing)(xing)炭用(yong)氧(yang)化(hua)鎂改(gai)(gai)性(xing)(xing)后吸(xi)附(fu)丙(bing)(bing)酮。本研究采用(yong)X射線衍射、掃描電(dian)子顯微鏡、透射電(dian)子顯微鏡、氮吸(xi)附(fu)等(deng)溫度(du)測(ce)量來表示五種改(gai)(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭復合材料的結構和化(hua)學(xue)特性(xing)(xing)。結果(guo)表明，由于氧(yang)化(hua)鎂納(na)米粒子與丙(bing)(bing)酮分子之間的強化(hua)學(xue)吸(xi)附(fu)，改(gai)(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭能有效提高丙(bing)(bing)酮的吸(xi)附(fu)能力。

　　空氣(qi)污染的主要原因有很多，主要是揮發性有機化合物(wu)(wu)，即使在很低的濃度下也(ye)能清(qing)晰地聞到(dao)氣(qi)味(wei)，并具(ju)有一定的致癌性。目前，有幾種減少空氣(qi)污染的方法，包括(kuo)冷凝、蒸餾、生物(wu)(wu)處理、催化氧(yang)化和活(huo)性炭(tan)吸(xi)附。

　　丙酮是(shi)一種揮發(fa)性(xing)有機化(hua)合物，使用活性(xing)炭(tan)物理吸(xi)(xi)附(fu)不(bu)一定能很(hen)(hen)好地去(qu)除(chu)丙酮，因此化(hua)學(xue)吸(xi)(xi)附(fu)也是(shi)一種完美的(de)(de)方法。有數(shu)據表(biao)明，一些金屬(shu)(shu)氧(yang)化(hua)物材料(liao)對丙酮具有良好的(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)能力(li)。例如，氧(yang)化(hua)鎂(mei)是(shi)一種堿(jian)土金屬(shu)(shu)氧(yang)化(hua)物，在室溫(wen)下能很(hen)(hen)好地吸(xi)(xi)附(fu)丙酮。然而(er)，氧(yang)化(hua)鎂(mei)的(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)能力(li)有限，不(bu)能大面(mian)積改善空氣環境。因此，我(wo)們使用活性(xing)炭(tan)和(he)氧(yang)化(hua)鎂(mei)來協(xie)調(diao)吸(xi)(xi)附(fu)能力(li)和(he)吸(xi)(xi)附(fu)能力(li)。

　　改性(xing)活(huo)性(xing)炭不同氧(yang)化(hua)(hua)鎂含(han)(han)量的圖(tu)像(xiang)：(a)活(huo)性(xing)炭，(b)氧(yang)化(hua)(hua)鎂含(han)(han)量為活(huo)性(xing)炭的5%，(c)氧(yang)化(hua)(hua)鎂含(han)(han)量為活(huo)性(xing)炭10%，(d)氧(yang)化(hua)(hua)鎂含(han)(han)量為活(huo)性(xing)炭20%，(e)活(huo)性(xing)炭中氧(yang)化(hua)(hua)鎂含(han)(han)量30%(f)活(huo)性(xing)炭中氧(yang)化(hua)(hua)鎂含(han)(han)量放大10%SEM圖(tu)像(xiang)。

　　形態學分析

　　改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面物理形態采用掃(sao)描電子顯微(wei)鏡(jing)技(ji)術觀(guan)察(cha)。顯微(wei)照(zhao)片如(ru)圖(tu)1所示。活性(xing)(xing)炭(tan)(見(jian)圖(tu)1a)，未改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)樣品表(biao)面無(wu)缺陷(xian)或裂縫。然(ran)而，觀(guan)察(cha)合成改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)(見(jian)圖(tu)3b-e由于高溫(wen)活化(hua)，塌陷(xian)成小塊，形成大量通孔。此(ci)外，隨著浸漬濃(nong)度(du)的(de)增加，活性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面支撐(cheng)著越來(lai)越多的(de)氧化(hua)鎂顆(ke)粒。隨著氧化(hua)鎂量的(de)增加，活性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面變得粗糙(cao)。參考圖(tu)3f中放(fang)大的(de)SEM復合材料表(biao)面的(de)氧化(hua)鎂顆(ke)粒呈無(wu)序(xu)的(de)小球(qiu)形結構，并相互重疊產生葡萄形狀。這一(yi)事(shi)實意味著隨著煅(duan)燒(shao)(shao)溫(wen)度(du)的(de)升(sheng)高，由于高煅(duan)燒(shao)(shao)溫(wen)度(du)下顆(ke)粒聚集，顆(ke)粒尺寸增加。

　　為(wei)(wei)了進一步揭示改性活(huo)性炭(tan)(tan)的(de)(de)微微觀結(jie)構TEM，選擇(ze)區域電子(zi)衍(yan)射(she)(SAED)能量(liang)色(se)散譜(EDS)測量(liang)。由于(yu)所(suo)有樣(yang)(yang)品(pin)(pin)形式相似，活(huo)性炭(tan)(tan)中氧(yang)化鎂含量(liang)10%的(de)(de)樣(yang)(yang)品(pin)(pin)被選為(wei)(wei)典型(xing)例子(zi)。TEM圖像(xiang)顯(xian)示樣(yang)(yang)品(pin)(pin)由許多小氧(yang)化鎂納米晶體和(he)(he)碳基質組成。顯(xian)示改性活(huo)性炭(tan)(tan)HR-TEM圖像(xiang)。層間距(ju)為(wei)(wei)2.氧(yang)化鎂晶格(ge)條紋歸因于(yu)立方氧(yang)化鎂晶格(ge)面(mian)(200)。相應(ying)樣(yang)(yang)品(pin)(pin)的(de)(de)SAED圖案(圖2b插圖)顯(xian)示明亮的(de)(de)圓環，顯(xian)示所(suo)選區域氧(yang)化鎂的(de)(de)多晶性能。分配給(gei)氧(yang)化鎂的(de)(de)衍(yan)射(she)同心環(111)、(200)、(220)和(he)(he)(2222)明顯(xian)，結(jie)果與(yu)從XRD氧(yang)化鎂平面(mian)數據一致。如(ru)圖2c-e所(suo)示，EDS映射(she)結(jie)果表明，鎂和(he)(he)氧(yang)元(yuan)素均勻分布在活(huo)性炭(tan)(tan)表面(mian)，而不是明顯(xian)聚集。

　　(a)TEM和(he)(he)(b)改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭氧化(hua)鎂(mei)(mei)含量10%樣(yang)品HR-TEM圖像(xiang)，(b)插(cha)圖是相(xiang)應的(de)SAED圖案(an)。(c-e)改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭氧化(hua)鎂(mei)(mei)含量10%的(de)樣(yang)品，鎂(mei)(mei)和(he)(he)氧EDS映射(she)元(yuan)素。

　　活性炭丙(bing)酮吸(xi)附(fu)試驗

　　如(ru)圖3所示。丙(bing)酮(tong)突破試驗(yan)在(zai)(zai)裝(zhuang)有水(shui)套的(de)玻(bo)璃管(guan)柱中進行，以保持25℃恒(heng)溫(wen)。氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)系(xi)統由丙(bing)酮(tong)氣(qi)(qi)(qi)體發生器(qi)獲得的(de)高(gao)濃度(du)(du)蒸汽兩部分組成(cheng)，由質量流量控(kong)制(zhi)器(qi)控(kong)制(zhi)。同時，氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)通(tong)過(guo)另(ling)一個分支進入氣(qi)(qi)(qi)體混(hun)合(he)室(shi)稀(xi)釋高(gao)濃度(du)(du)丙(bing)酮(tong)蒸氣(qi)(qi)(qi)，以調節丙(bing)酮(tong)蒸氣(qi)(qi)(qi)的(de)濃度(du)(du)。氣(qi)(qi)(qi)態混(hun)合(he)物(wu)隨后在(zai)(zai)25歲℃在(zai)(zai)恒(heng)溫(wen)和(he)大(da)氣(qi)(qi)(qi)壓下(xia)引導(dao)活性炭。通(tong)過(guo)氣(qi)(qi)(qi)相色(se)譜儀在(zai)(zai)線(xian)監測氣(qi)(qi)(qi)體經過(guo)活性炭的(de)輸(shu)出濃度(du)(du)。

　　等(deng)溫吸附裝置用于(yu)丙酮吸附。

　　丙酮吸附研究

　　丙酮(tong)吸附的典型結果如圖4所示a它顯示了穿透曲線。考慮到絕對(dui)濃(nong)度(du)(du)的多樣(yang)性，然后通過從丙酮(tong)穿透曲線計算的區(qu)域的值積分(fen)來標準化濃(nong)度(du)(du)。值得注(zhu)意的是(shi)，在所有吸附試(shi)驗中，出口丙酮(tong)濃(nong)度(du)(du)為零，表明丙酮(tong)在穿透前已完全(quan)去(qu)除。每個試(shi)驗中使用的樣(yang)品量為0.2g。

　　(a)突破曲線(xian)(xian)和(he)(b)丙酮在純氧化鎂和(he)改性活性炭上具有不同氧化鎂含量(liang)的吸附等(deng)溫線(xian)(xian)。

　　如圖4a六(liu)種滲(shen)透(tou)曲線(xian)的發展趨勢在(zai)一(yi)定溫(wen)度(du)(du)下(xia)(25℃)和(he)濃(nong)(nong)度(du)(du)(85.21m3 g-1)下(xia)面是一(yi)致的。具體來說，曲線(xian)開(kai)始(shi)非常溫(wen)和(he)，一(yi)旦突破(po)，濃(nong)(nong)度(du)(du)就會急(ji)劇增加。隨(sui)著時(shi)間(jian)的推移，觀察到濃(nong)(nong)度(du)(du)逐漸穩定。所有樣品(pin)中(zhong)，改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)氧化(hua)鎂含量(liang)(liang)10%的樣品(pin)吸附(fu)容(rong)量(liang)(liang)排名**。穿(chuan)透(tou)時(shi)間(jian)定義為(wei)出口濃(nong)(nong)度(du)(du)為(wei)入口濃(nong)(nong)度(du)(du)的10%。每(mei)個(ge)樣品(pin)的穿(chuan)透(tou)時(shi)間(jian)也不同，丙(bing)酮在(zai)改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)氧化(hua)鎂含量(liang)(liang)10%中(zhong)的穿(chuan)透(tou)時(shi)間(jian)*長，表(biao)明(ming)其優異的丙(bing)酮捕獲能力。

　　總之，通過蒸發誘導的自組裝(zhuang)過程和(he)隨后的熱(re)解處理相結(jie)合(he)，開發了一種簡(jian)單可(ke)控的方法，以乙酸鎂(mei)為鎂(mei)源，制備了氧化(hua)鎂(mei)納米復合(he)材料改(gai)(gai)性(xing)的活性(xing)炭(tan)。改(gai)(gai)性(xing)活性(xing)炭(tan)氧化(hua)鎂(mei)含(han)量10%的復合(he)材料具(ju)有明顯的丙(bing)(bing)(bing)酮捕獲能(neng)力。值得注意的是(shi)(shi)，增(zeng)加氧化(hua)鎂(mei)含(han)量會大大增(zeng)強丙(bing)(bing)(bing)酮在活性(xing)炭(tan)上的化(hua)學吸(xi)附(fu)，但(dan)也會減少物理吸(xi)附(fu)。量子(zi)化(hua)學計(ji)算表明，改(gai)(gai)性(xing)活性(xing)炭(tan)的電子(zi)性(xing)質是(shi)(shi)丙(bing)(bing)(bing)酮吸(xi)附(fu)能(neng)力高的原因，其相互作用屬于化(hua)學吸(xi)附(fu)。這種簡(jian)單的合(he)成使活性(xing)炭(tan)能(neng)夠更(geng)好(hao)地吸(xi)收丙(bing)(bing)(bing)酮。