活性炭(tan)改(gai)性后吸(xi)附丙酮

　　活性炭改(gai)性(xing)(xing)后吸附丙(bing)酮(tong)(tong)，活(huo)性(xing)(xing)炭用氧化(hua)(hua)鎂(mei)改(gai)性(xing)(xing)后吸附丙(bing)酮(tong)(tong)。本研究采用X射(she)線衍射(she)、掃(sao)描電子(zi)顯(xian)微鏡(jing)、透射(she)電子(zi)顯(xian)微鏡(jing)、氮吸附等溫度測量(liang)來表示五(wu)種改(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭復合材料的(de)結構和化(hua)(hua)學特(te)性(xing)(xing)。結果(guo)表明，由于氧化(hua)(hua)鎂(mei)納米粒子(zi)與丙(bing)酮(tong)(tong)分(fen)子(zi)之間的(de)強化(hua)(hua)學吸附，改(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭能(neng)有效提高(gao)丙(bing)酮(tong)(tong)的(de)吸附能(neng)力。

　　空氣污染(ran)的主要原(yuan)因有很多(duo)，主要是揮發性(xing)(xing)有機化合物，即使在很低的濃度下也(ye)能清晰(xi)地聞到氣味，并具(ju)有一定的致癌性(xing)(xing)。目(mu)前(qian)，有幾種(zhong)減(jian)少空氣污染(ran)的方法(fa)，包(bao)括(kuo)冷凝、蒸餾(liu)、生物處(chu)理、催化氧化和活性(xing)(xing)炭吸附。

　　丙(bing)(bing)酮是一(yi)(yi)(yi)種揮發性(xing)有(you)機化(hua)(hua)合物，使(shi)用活(huo)性(xing)炭物理吸(xi)(xi)附(fu)(fu)不一(yi)(yi)(yi)定能(neng)(neng)(neng)很(hen)好(hao)(hao)地(di)去除丙(bing)(bing)酮，因(yin)(yin)此(ci)(ci)化(hua)(hua)學吸(xi)(xi)附(fu)(fu)也是一(yi)(yi)(yi)種完美的(de)方法。有(you)數(shu)據表明，一(yi)(yi)(yi)些金(jin)屬氧(yang)化(hua)(hua)物材料對丙(bing)(bing)酮具有(you)良好(hao)(hao)的(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)能(neng)(neng)(neng)力。例(li)如(ru)，氧(yang)化(hua)(hua)鎂是一(yi)(yi)(yi)種堿土(tu)金(jin)屬氧(yang)化(hua)(hua)物，在(zai)室溫下能(neng)(neng)(neng)很(hen)好(hao)(hao)地(di)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)丙(bing)(bing)酮。然而，氧(yang)化(hua)(hua)鎂的(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)能(neng)(neng)(neng)力有(you)限(xian)，不能(neng)(neng)(neng)大(da)面積改(gai)善空氣環境。因(yin)(yin)此(ci)(ci)，我們使(shi)用活(huo)性(xing)炭和氧(yang)化(hua)(hua)鎂來協調吸(xi)(xi)附(fu)(fu)能(neng)(neng)(neng)力和吸(xi)(xi)附(fu)(fu)能(neng)(neng)(neng)力。

　　改性(xing)(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭不(bu)同氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含(han)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)圖(tu)像：(a)活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭，(b)氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含(han)量(liang)(liang)(liang)為活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭的(de)(de)5%，(c)氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含(han)量(liang)(liang)(liang)為活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭10%，(d)氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含(han)量(liang)(liang)(liang)為活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭20%，(e)活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭中氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含(han)量(liang)(liang)(liang)30%(f)活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭中氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含(han)量(liang)(liang)(liang)放(fang)大10%SEM圖(tu)像。

　　形態學分析

　　改性(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)表面(mian)物(wu)理形態采用掃描電子顯(xian)(xian)微鏡(jing)技術觀察。顯(xian)(xian)微照(zhao)片如(ru)圖1所示。活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(見(jian)圖1a)，未改性(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣品表面(mian)無缺陷(xian)或裂縫。然(ran)而(er)，觀察合成改性(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(見(jian)圖3b-e由(you)于(yu)高(gao)溫(wen)活(huo)(huo)化(hua)，塌(ta)陷(xian)成小塊(kuai)，形成大量通(tong)孔(kong)。此外，隨(sui)著(zhu)(zhu)浸漬濃(nong)度的(de)(de)(de)增加，活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)表面(mian)支撐著(zhu)(zhu)越來越多的(de)(de)(de)氧化(hua)鎂(mei)顆粒(li)。隨(sui)著(zhu)(zhu)氧化(hua)鎂(mei)量的(de)(de)(de)增加，活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)表面(mian)變得粗糙。參考圖3f中放大的(de)(de)(de)SEM復合材料(liao)表面(mian)的(de)(de)(de)氧化(hua)鎂(mei)顆粒(li)呈無序(xu)的(de)(de)(de)小球形結構，并相互(hu)重疊產(chan)生葡萄形狀。這一事實意(yi)味著(zhu)(zhu)隨(sui)著(zhu)(zhu)煅燒溫(wen)度的(de)(de)(de)升(sheng)高(gao)，由(you)于(yu)高(gao)煅燒溫(wen)度下顆粒(li)聚集，顆粒(li)尺寸增加。

　　為(wei)了進一(yi)步揭示(shi)(shi)(shi)(shi)改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)的微(wei)微(wei)觀結(jie)構(gou)TEM，選擇區(qu)域電子(zi)衍(yan)射(SAED)能(neng)量(liang)(liang)(liang)色散譜(EDS)測量(liang)(liang)(liang)。由(you)于(yu)所(suo)有樣品形(xing)式(shi)相似(si)，活性(xing)(xing)炭(tan)中氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含(han)量(liang)(liang)(liang)10%的樣品被(bei)選為(wei)典型(xing)例子(zi)。TEM圖像顯(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)(shi)樣品由(you)許多小氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)納米晶體(ti)和碳基(ji)質組成。顯(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)(shi)改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)HR-TEM圖像。層間距為(wei)2.氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)晶格條紋歸因于(yu)立方氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)晶格面(200)。相應樣品的SAED圖案(an)(圖2b插圖)顯(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)(shi)明亮的圓(yuan)環(huan)，顯(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)(shi)所(suo)選區(qu)域氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)的多晶性(xing)(xing)能(neng)。分(fen)配給(gei)氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)的衍(yan)射同(tong)心(xin)環(huan)(111)、(200)、(220)和(2222)明顯(xian)(xian)，結(jie)果(guo)與從XRD氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)平面數據一(yi)致(zhi)。如圖2c-e所(suo)示(shi)(shi)(shi)(shi)，EDS映射結(jie)果(guo)表(biao)明，鎂(mei)(mei)(mei)和氧(yang)(yang)元素均(jun)勻分(fen)布在活性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面，而不是明顯(xian)(xian)聚(ju)集。

　　(a)TEM和(b)改(gai)性活性炭(tan)氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含量(liang)10%樣品HR-TEM圖(tu)像，(b)插(cha)圖(tu)是(shi)相(xiang)應的SAED圖(tu)案。(c-e)改(gai)性活性炭(tan)氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含量(liang)10%的樣品，鎂(mei)(mei)(mei)和氧(yang)EDS映射元素。

　　活性炭丙酮吸(xi)附試驗

　　如圖3所示。丙酮(tong)突破試驗在(zai)裝有水套的玻(bo)璃(li)管柱中(zhong)進行(xing)，以保持25℃恒溫。氮(dan)氣系(xi)統由丙酮(tong)氣體(ti)發生(sheng)器(qi)獲(huo)得(de)的高(gao)濃度(du)蒸汽兩部分組成，由質量流(liu)量控制(zhi)(zhi)器(qi)控制(zhi)(zhi)。同時(shi)，氮(dan)氣通(tong)過另一個分支進入氣體(ti)混合室(shi)稀(xi)釋高(gao)濃度(du)丙酮(tong)蒸氣，以調節(jie)丙酮(tong)蒸氣的濃度(du)。氣態混合物隨后在(zai)25歲(sui)℃在(zai)恒溫和大(da)氣壓下(xia)引導活(huo)性炭。通(tong)過氣相(xiang)色譜儀在(zai)線監(jian)測氣體(ti)經過活(huo)性炭的輸出濃度(du)。

　　等溫吸附裝置用于丙酮吸附。

　　丙酮吸附研究

　　丙酮(tong)吸(xi)附的(de)(de)典(dian)型結果如圖4所示a它顯示了穿(chuan)(chuan)透(tou)曲(qu)線(xian)。考慮到絕對濃度(du)的(de)(de)多樣(yang)性(xing)，然(ran)后(hou)通(tong)過從丙酮(tong)穿(chuan)(chuan)透(tou)曲(qu)線(xian)計算的(de)(de)區域(yu)的(de)(de)值(zhi)積分來標準(zhun)化濃度(du)。值(zhi)得注意的(de)(de)是，在所有(you)吸(xi)附試驗中，出(chu)口丙酮(tong)濃度(du)為(wei)零，表明(ming)丙酮(tong)在穿(chuan)(chuan)透(tou)前(qian)已完全去除。每個試驗中使用的(de)(de)樣(yang)品量為(wei)0.2g。

　　(a)突(tu)破(po)曲線(xian)和(b)丙酮在(zai)純氧(yang)化(hua)鎂和改性(xing)活性(xing)炭上具有不同氧(yang)化(hua)鎂含量的吸附等溫(wen)線(xian)。

　　如圖4a六種滲透曲線的(de)發展趨勢(shi)在一定溫(wen)度下(25℃)和濃(nong)度(85.21m3 g-1)下面(mian)是一致的(de)。具體來(lai)說，曲線開始(shi)非常溫(wen)和，一旦突破，濃(nong)度就(jiu)會急(ji)劇增加。隨著(zhu)時(shi)間的(de)推移，觀察到濃(nong)度逐漸穩(wen)定。所有樣品中，改性(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭氧化鎂(mei)含量10%的(de)樣品吸附容量排名**。穿透時(shi)間定義(yi)為出口(kou)濃(nong)度為入口(kou)濃(nong)度的(de)10%。每個樣品的(de)穿透時(shi)間也不同，丙酮在改性(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭氧化鎂(mei)含量10%中的(de)穿透時(shi)間*長，表明其優異的(de)丙酮捕獲能力。

　　總(zong)之(zhi)，通過蒸發誘導的自組裝過程和隨后的熱解處理(li)相(xiang)結合，開發了一種簡(jian)單(dan)可控的方法，以乙酸(suan)鎂為鎂源，制備(bei)了氧化鎂納米(mi)復合材(cai)料(liao)改性(xing)(xing)的活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭。改性(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭氧化鎂含量(liang)10%的復合材(cai)料(liao)具有明顯的丙(bing)(bing)(bing)酮捕獲能力。值得注意的是，增(zeng)加(jia)氧化鎂含量(liang)會(hui)大大增(zeng)強(qiang)丙(bing)(bing)(bing)酮在活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭上的化學(xue)吸(xi)(xi)附(fu)，但(dan)也會(hui)減少物理(li)吸(xi)(xi)附(fu)。量(liang)子化學(xue)計算表明，改性(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭的電子性(xing)(xing)質是丙(bing)(bing)(bing)酮吸(xi)(xi)附(fu)能力高的原因，其相(xiang)互作用屬于化學(xue)吸(xi)(xi)附(fu)。這種簡(jian)單(dan)的合成使活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭能夠更好地吸(xi)(xi)收丙(bing)(bing)(bing)酮。