活性炭改性后吸附丙酮

　　活性炭改(gai)性(xing)(xing)后吸(xi)附丙(bing)酮(tong)，活性(xing)(xing)炭(tan)用氧化(hua)鎂(mei)改(gai)性(xing)(xing)后吸(xi)附丙(bing)酮(tong)。本研(yan)究采用X射線衍射、掃描電子顯微(wei)鏡(jing)、透射電子顯微(wei)鏡(jing)、氮吸(xi)附等溫度(du)測量來(lai)表示五種改(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)復合(he)材料的(de)結(jie)構和化(hua)學特性(xing)(xing)。結(jie)果表明，由于氧化(hua)鎂(mei)納米粒子與丙(bing)酮(tong)分子之間(jian)的(de)強化(hua)學吸(xi)附，改(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)能有效(xiao)提高丙(bing)酮(tong)的(de)吸(xi)附能力。

　　空(kong)(kong)氣污染(ran)的(de)(de)主要原因有很多(duo)，主要是揮發性有機化(hua)合物，即使在(zai)很低的(de)(de)濃(nong)度下也能清晰地聞到(dao)氣味，并(bing)具有一定的(de)(de)致癌性。目前(qian)，有幾種減少(shao)空(kong)(kong)氣污染(ran)的(de)(de)方法，包(bao)括冷凝、蒸餾(liu)、生(sheng)物處(chu)理、催(cui)化(hua)氧(yang)化(hua)和活性炭吸附(fu)。

　　丙(bing)酮是一種(zhong)揮(hui)發性有(you)機化(hua)(hua)合(he)物，使(shi)用活(huo)性炭物理吸(xi)附不一定能很(hen)(hen)好(hao)(hao)地(di)去除丙(bing)酮，因此(ci)化(hua)(hua)學吸(xi)附也是一種(zhong)完美(mei)的(de)方法。有(you)數據表明，一些金(jin)屬(shu)氧(yang)化(hua)(hua)物材料(liao)對丙(bing)酮具有(you)良好(hao)(hao)的(de)吸(xi)附能力(li)。例如，氧(yang)化(hua)(hua)鎂是一種(zhong)堿土金(jin)屬(shu)氧(yang)化(hua)(hua)物，在室溫下能很(hen)(hen)好(hao)(hao)地(di)吸(xi)附丙(bing)酮。然而，氧(yang)化(hua)(hua)鎂的(de)吸(xi)附能力(li)有(you)限，不能大面積改善空氣環(huan)境。因此(ci)，我(wo)們使(shi)用活(huo)性炭和(he)氧(yang)化(hua)(hua)鎂來協調(diao)吸(xi)附能力(li)和(he)吸(xi)附能力(li)。

　　改性活(huo)性炭(tan)不同氧(yang)(yang)化(hua)鎂含(han)(han)(han)量(liang)的(de)圖像(xiang)：(a)活(huo)性炭(tan)，(b)氧(yang)(yang)化(hua)鎂含(han)(han)(han)量(liang)為(wei)活(huo)性炭(tan)的(de)5%，(c)氧(yang)(yang)化(hua)鎂含(han)(han)(han)量(liang)為(wei)活(huo)性炭(tan)10%，(d)氧(yang)(yang)化(hua)鎂含(han)(han)(han)量(liang)為(wei)活(huo)性炭(tan)20%，(e)活(huo)性炭(tan)中(zhong)氧(yang)(yang)化(hua)鎂含(han)(han)(han)量(liang)30%(f)活(huo)性炭(tan)中(zhong)氧(yang)(yang)化(hua)鎂含(han)(han)(han)量(liang)放大10%SEM圖像(xiang)。

　　形態學分析

　　改(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)物理(li)形(xing)態采用掃描電子顯微(wei)鏡(jing)技(ji)術觀察。顯微(wei)照片如圖(tu)(tu)1所示。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(見(jian)圖(tu)(tu)1a)，未改(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣品(pin)表面(mian)無缺陷(xian)或裂縫。然而，觀察合成(cheng)改(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(見(jian)圖(tu)(tu)3b-e由于高溫活(huo)化，塌(ta)陷(xian)成(cheng)小(xiao)塊，形(xing)成(cheng)大(da)量通孔。此外，隨(sui)著(zhu)(zhu)浸漬濃(nong)度的(de)增加，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)支(zhi)撐著(zhu)(zhu)越來越多(duo)的(de)氧(yang)化鎂顆粒。隨(sui)著(zhu)(zhu)氧(yang)化鎂量的(de)增加，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)變(bian)得(de)粗糙。參(can)考圖(tu)(tu)3f中放大(da)的(de)SEM復合材料表面(mian)的(de)氧(yang)化鎂顆粒呈無序的(de)小(xiao)球(qiu)形(xing)結構，并相(xiang)互重(zhong)疊產生葡(pu)萄形(xing)狀。這一事實意味(wei)著(zhu)(zhu)隨(sui)著(zhu)(zhu)煅燒溫度的(de)升(sheng)高，由于高煅燒溫度下顆粒聚集(ji)，顆粒尺(chi)寸增加。

　　為了進一(yi)(yi)步揭示(shi)(shi)(shi)改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的微微觀結(jie)構TEM，選(xuan)(xuan)擇區域電子衍射(she)(she)(SAED)能(neng)量色散譜(EDS)測量。由(you)于所(suo)有樣品(pin)形式相似(si)，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)中氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含量10%的樣品(pin)被選(xuan)(xuan)為典型例(li)子。TEM圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)顯(xian)示(shi)(shi)(shi)樣品(pin)由(you)許多(duo)小氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)納(na)米(mi)晶體和(he)碳基質組成。顯(xian)示(shi)(shi)(shi)改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)HR-TEM圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)。層間(jian)距為2.氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)晶格條紋歸(gui)因于立(li)方氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)晶格面(200)。相應樣品(pin)的SAED圖(tu)(tu)(tu)案(圖(tu)(tu)(tu)2b插圖(tu)(tu)(tu))顯(xian)示(shi)(shi)(shi)明亮的圓環(huan)，顯(xian)示(shi)(shi)(shi)所(suo)選(xuan)(xuan)區域氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)的多(duo)晶性(xing)(xing)能(neng)。分(fen)配給(gei)氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)的衍射(she)(she)同心環(huan)(111)、(200)、(220)和(he)(2222)明顯(xian)，結(jie)果與從XRD氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)平(ping)面數(shu)據一(yi)(yi)致。如(ru)圖(tu)(tu)(tu)2c-e所(suo)示(shi)(shi)(shi)，EDS映射(she)(she)結(jie)果表明，鎂(mei)(mei)和(he)氧(yang)元素均勻分(fen)布(bu)在活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表面，而不是明顯(xian)聚集。

　　(a)TEM和(b)改性活(huo)性炭(tan)氧(yang)化(hua)鎂(mei)含(han)量10%樣品(pin)HR-TEM圖像(xiang)，(b)插(cha)圖是相(xiang)應的SAED圖案(an)。(c-e)改性活(huo)性炭(tan)氧(yang)化(hua)鎂(mei)含(han)量10%的樣品(pin)，鎂(mei)和氧(yang)EDS映射元素。

　　活(huo)性炭(tan)丙酮吸(xi)附試(shi)驗

　　如圖3所示。丙酮(tong)(tong)突破試驗在(zai)裝有水套的玻璃(li)管(guan)柱中進行，以(yi)保持(chi)25℃恒溫。氮(dan)(dan)氣(qi)系統由丙酮(tong)(tong)氣(qi)體(ti)發生器獲得(de)的高濃(nong)度(du)(du)蒸汽兩部分組(zu)成，由質量流量控制器控制。同時，氮(dan)(dan)氣(qi)通過另一個分支進入氣(qi)體(ti)混合室稀釋高濃(nong)度(du)(du)丙酮(tong)(tong)蒸氣(qi)，以(yi)調(diao)節丙酮(tong)(tong)蒸氣(qi)的濃(nong)度(du)(du)。氣(qi)態混合物(wu)隨后在(zai)25歲℃在(zai)恒溫和大氣(qi)壓下引導活(huo)性炭。通過氣(qi)相色譜(pu)儀(yi)在(zai)線監測(ce)氣(qi)體(ti)經過活(huo)性炭的輸(shu)出濃(nong)度(du)(du)。

　　等溫吸附裝置用于丙酮吸附。

　　丙酮吸附研究

　　丙(bing)(bing)酮(tong)吸附的(de)典型結果如圖4所(suo)示(shi)(shi)a它顯示(shi)(shi)了(le)穿透曲(qu)(qu)線。考慮到絕對濃(nong)度(du)的(de)多樣性，然后通過(guo)從丙(bing)(bing)酮(tong)穿透曲(qu)(qu)線計算的(de)區(qu)域的(de)值積分(fen)來標準(zhun)化濃(nong)度(du)。值得注意(yi)的(de)是，在所(suo)有(you)吸附試驗中(zhong)，出口丙(bing)(bing)酮(tong)濃(nong)度(du)為(wei)零(ling)，表明丙(bing)(bing)酮(tong)在穿透前已完(wan)全去除。每個(ge)試驗中(zhong)使用的(de)樣品(pin)量(liang)為(wei)0.2g。

　　(a)突破曲線和(b)丙(bing)酮(tong)在(zai)純氧(yang)化(hua)鎂和改性(xing)活性(xing)炭(tan)上具有(you)不同氧(yang)化(hua)鎂含(han)量(liang)的吸附(fu)等溫(wen)線。

　　如圖4a六種滲透曲線(xian)(xian)的(de)(de)發展趨勢在一(yi)定溫度(du)(du)下(25℃)和濃度(du)(du)(85.21m3 g-1)下面是一(yi)致(zhi)的(de)(de)。具體來(lai)說，曲線(xian)(xian)開始非常溫和，一(yi)旦突破，濃度(du)(du)就(jiu)會急(ji)劇增(zeng)加。隨(sui)著時間的(de)(de)推移，觀(guan)察到濃度(du)(du)逐漸(jian)穩定。所有樣品(pin)中，改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭氧(yang)化鎂含量(liang)10%的(de)(de)樣品(pin)吸附(fu)容量(liang)排名**。穿(chuan)透時間定義為出口(kou)濃度(du)(du)為入(ru)口(kou)濃度(du)(du)的(de)(de)10%。每個(ge)樣品(pin)的(de)(de)穿(chuan)透時間也不同，丙(bing)酮(tong)在改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭氧(yang)化鎂含量(liang)10%中的(de)(de)穿(chuan)透時間*長，表(biao)明其優異(yi)的(de)(de)丙(bing)酮(tong)捕獲能力(li)。

　　總之，通過蒸發誘導(dao)的(de)(de)(de)自組(zu)裝過程(cheng)和隨后(hou)的(de)(de)(de)熱解處理(li)相結合(he)，開發了一種簡單(dan)可控的(de)(de)(de)方法，以乙酸鎂(mei)為(wei)鎂(mei)源，制(zhi)備了氧(yang)化(hua)鎂(mei)納米復(fu)(fu)合(he)材料(liao)改性(xing)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)。改性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)氧(yang)化(hua)鎂(mei)含量10%的(de)(de)(de)復(fu)(fu)合(he)材料(liao)具有(you)明顯的(de)(de)(de)丙酮捕獲能(neng)力(li)(li)。值(zhi)得注意的(de)(de)(de)是，增加氧(yang)化(hua)鎂(mei)含量會(hui)大大增強丙酮在活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)上的(de)(de)(de)化(hua)學吸(xi)(xi)附，但也會(hui)減少物理(li)吸(xi)(xi)附。量子化(hua)學計(ji)算表明，改性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)電子性(xing)質是丙酮吸(xi)(xi)附能(neng)力(li)(li)高的(de)(de)(de)原因(yin)，其相互(hu)作用屬于化(hua)學吸(xi)(xi)附。這種簡單(dan)的(de)(de)(de)合(he)成使活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)能(neng)夠更(geng)好地吸(xi)(xi)收丙酮。