活(huo)性炭(tan)改性后吸附丙(bing)酮

　　活性炭改性(xing)后吸附(fu)(fu)(fu)(fu)丙酮(tong)，活性(xing)炭用氧(yang)化(hua)鎂改性(xing)后吸附(fu)(fu)(fu)(fu)丙酮(tong)。本(ben)研究采用X射線衍射、掃(sao)描電(dian)子(zi)顯微鏡(jing)(jing)、透(tou)射電(dian)子(zi)顯微鏡(jing)(jing)、氮吸附(fu)(fu)(fu)(fu)等溫(wen)度(du)測(ce)量來表示五種改性(xing)活性(xing)炭復合材料(liao)的結構和(he)化(hua)學特性(xing)。結果表明，由于氧(yang)化(hua)鎂納米粒(li)子(zi)與(yu)丙酮(tong)分子(zi)之間的強化(hua)學吸附(fu)(fu)(fu)(fu)，改性(xing)活性(xing)炭能有(you)效提高(gao)丙酮(tong)的吸附(fu)(fu)(fu)(fu)能力(li)。

　　空(kong)氣(qi)污染的(de)主要原因有很多，主要是(shi)揮(hui)發性有機化合物(wu)，即(ji)使在很低的(de)濃度(du)下也能清晰地聞到氣(qi)味，并具有一定的(de)致(zhi)癌性。目前，有幾種減少空(kong)氣(qi)污染的(de)方法，包括(kuo)冷凝、蒸餾、生(sheng)物(wu)處理、催化氧(yang)化和活性炭吸附。

　　丙酮是一(yi)種(zhong)揮發性有機化(hua)合物(wu)(wu)，使用活性炭物(wu)(wu)理吸(xi)附不(bu)一(yi)定能(neng)(neng)(neng)很好地(di)去除丙酮，因此化(hua)學吸(xi)附也是一(yi)種(zhong)完(wan)美的(de)(de)方(fang)法。有數據表明，一(yi)些金屬(shu)(shu)氧化(hua)物(wu)(wu)材料對丙酮具有良好的(de)(de)吸(xi)附能(neng)(neng)(neng)力(li)。例如，氧化(hua)鎂(mei)是一(yi)種(zhong)堿(jian)土金屬(shu)(shu)氧化(hua)物(wu)(wu)，在室溫下能(neng)(neng)(neng)很好地(di)吸(xi)附丙酮。然而，氧化(hua)鎂(mei)的(de)(de)吸(xi)附能(neng)(neng)(neng)力(li)有限，不(bu)能(neng)(neng)(neng)大(da)面積改(gai)善空氣環(huan)境。因此，我(wo)們(men)使用活性炭和(he)氧化(hua)鎂(mei)來協調吸(xi)附能(neng)(neng)(neng)力(li)和(he)吸(xi)附能(neng)(neng)(neng)力(li)。

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

　　形態學分析

　　改性(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)(mian)物理形(xing)態采用掃描電子顯微鏡技術觀(guan)察。顯微照片(pian)如圖(tu)1所示。活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(見圖(tu)1a)，未改性(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣品表(biao)面(mian)(mian)無(wu)缺(que)陷或裂縫。然而，觀(guan)察合(he)成改性(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(見圖(tu)3b-e由(you)于(yu)高溫(wen)活(huo)(huo)化(hua)，塌陷成小(xiao)塊，形(xing)成大量通孔。此外(wai)，隨(sui)著(zhu)(zhu)浸漬濃度(du)(du)的(de)(de)(de)增加，活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)(mian)支撐著(zhu)(zhu)越(yue)(yue)來越(yue)(yue)多的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)鎂(mei)顆(ke)粒(li)。隨(sui)著(zhu)(zhu)氧(yang)化(hua)鎂(mei)量的(de)(de)(de)增加，活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)(mian)變得粗糙。參(can)考(kao)圖(tu)3f中(zhong)放大的(de)(de)(de)SEM復合(he)材料(liao)表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)鎂(mei)顆(ke)粒(li)呈無(wu)序的(de)(de)(de)小(xiao)球形(xing)結構，并相(xiang)互(hu)重疊產生葡萄(tao)形(xing)狀。這(zhe)一事(shi)實(shi)意味著(zhu)(zhu)隨(sui)著(zhu)(zhu)煅燒溫(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)升高，由(you)于(yu)高煅燒溫(wen)度(du)(du)下(xia)顆(ke)粒(li)聚(ju)集，顆(ke)粒(li)尺寸增加。

　　為(wei)了進一(yi)步揭示(shi)(shi)改性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭的(de)(de)微微觀結(jie)構TEM，選擇區域電子(zi)衍射(she)(SAED)能量(liang)(liang)色散譜(EDS)測量(liang)(liang)。由于(yu)(yu)所有(you)樣(yang)品(pin)形式(shi)相似(si)，活(huo)(huo)性(xing)炭中氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)(mei)含(han)量(liang)(liang)10%的(de)(de)樣(yang)品(pin)被選為(wei)典型例子(zi)。TEM圖像顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)樣(yang)品(pin)由許多小氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)(mei)納米晶體和(he)(he)碳(tan)基質(zhi)組(zu)成。顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)改性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭HR-TEM圖像。層間距為(wei)2.氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)(mei)晶格條紋歸因于(yu)(yu)立方氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)(mei)晶格面(200)。相應樣(yang)品(pin)的(de)(de)SAED圖案(圖2b插圖)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)明(ming)亮的(de)(de)圓環，顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)所選區域氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)(mei)的(de)(de)多晶性(xing)能。分(fen)配(pei)給氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)(mei)的(de)(de)衍射(she)同心環(111)、(200)、(220)和(he)(he)(2222)明(ming)顯(xian)(xian)(xian)，結(jie)果(guo)與從XRD氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)(mei)平面數(shu)據(ju)一(yi)致。如圖2c-e所示(shi)(shi)，EDS映射(she)結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)，鎂(mei)(mei)和(he)(he)氧(yang)元素(su)均勻分(fen)布(bu)在(zai)活(huo)(huo)性(xing)炭表(biao)面，而不是明(ming)顯(xian)(xian)(xian)聚(ju)集(ji)。

　　(a)TEM和(b)改性(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)氧(yang)化(hua)鎂含量(liang)10%樣品(pin)HR-TEM圖(tu)(tu)像，(b)插圖(tu)(tu)是相應的SAED圖(tu)(tu)案。(c-e)改性(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)氧(yang)化(hua)鎂含量(liang)10%的樣品(pin)，鎂和氧(yang)EDS映射元(yuan)素。

　　活性炭丙酮吸附試驗

　　如圖3所(suo)示(shi)。丙酮(tong)(tong)突破試驗在裝(zhuang)有水套的玻(bo)璃管(guan)柱(zhu)中(zhong)進(jin)行，以(yi)保(bao)持25℃恒(heng)溫。氮(dan)氣(qi)系(xi)統由丙酮(tong)(tong)氣(qi)體發生器(qi)獲(huo)得的高(gao)濃(nong)(nong)度蒸(zheng)汽兩部分(fen)組成，由質量流量控(kong)制器(qi)控(kong)制。同時，氮(dan)氣(qi)通過另(ling)一個分(fen)支進(jin)入氣(qi)體混合室稀(xi)釋高(gao)濃(nong)(nong)度丙酮(tong)(tong)蒸(zheng)氣(qi)，以(yi)調(diao)節丙酮(tong)(tong)蒸(zheng)氣(qi)的濃(nong)(nong)度。氣(qi)態(tai)混合物(wu)隨后(hou)在25歲℃在恒(heng)溫和大氣(qi)壓下引導活(huo)性(xing)炭(tan)。通過氣(qi)相色譜儀在線監測氣(qi)體經過活(huo)性(xing)炭(tan)的輸(shu)出(chu)濃(nong)(nong)度。

　　等溫吸附裝(zhuang)置用于丙酮(tong)吸附。

　　丙酮吸附研究

　　丙(bing)酮(tong)吸附的(de)典型結果(guo)如(ru)圖4所示a它顯示了穿(chuan)透曲線(xian)。考慮到絕對濃(nong)度的(de)多樣性，然后通過(guo)從丙(bing)酮(tong)穿(chuan)透曲線(xian)計算的(de)區域的(de)值(zhi)積分來標準化(hua)濃(nong)度。值(zhi)得(de)注意的(de)是，在所有(you)吸附試驗(yan)中，出(chu)口丙(bing)酮(tong)濃(nong)度為零，表明丙(bing)酮(tong)在穿(chuan)透前(qian)已完全去除。每個(ge)試驗(yan)中使用(yong)的(de)樣品量為0.2g。

　　(a)突(tu)破曲線和(b)丙(bing)酮(tong)在純氧化(hua)鎂(mei)和改性(xing)活性(xing)炭上具有不同(tong)氧化(hua)鎂(mei)含量的吸(xi)附等溫線。

　　如(ru)圖4a六種滲透(tou)曲線的發(fa)展趨勢在一(yi)定(ding)溫度(du)下(25℃)和(he)(he)濃(nong)度(du)(85.21m3 g-1)下面是一(yi)致的。具(ju)體來說，曲線開(kai)始非常溫和(he)(he)，一(yi)旦突破(po)，濃(nong)度(du)就會急劇增加。隨著時間(jian)的推(tui)移，觀察到(dao)濃(nong)度(du)逐漸(jian)穩(wen)定(ding)。所有樣品(pin)中，改(gai)性(xing)活性(xing)炭氧化(hua)鎂(mei)含量10%的樣品(pin)吸(xi)附容量排名**。穿(chuan)透(tou)時間(jian)定(ding)義為出口濃(nong)度(du)為入口濃(nong)度(du)的10%。每個樣品(pin)的穿(chuan)透(tou)時間(jian)也不同，丙(bing)酮在改(gai)性(xing)活性(xing)炭氧化(hua)鎂(mei)含量10%中的穿(chuan)透(tou)時間(jian)*長，表明其優異的丙(bing)酮捕獲(huo)能(neng)力(li)。

　　總之，通(tong)過蒸發誘導的(de)(de)(de)(de)自組裝(zhuang)過程和隨(sui)后(hou)的(de)(de)(de)(de)熱解處理相(xiang)結合(he)(he)，開發了(le)一種簡單(dan)可控的(de)(de)(de)(de)方法，以(yi)乙(yi)酸鎂(mei)(mei)為(wei)鎂(mei)(mei)源，制備了(le)氧化(hua)鎂(mei)(mei)納米復(fu)合(he)(he)材(cai)料改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)。改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)氧化(hua)鎂(mei)(mei)含量(liang)(liang)10%的(de)(de)(de)(de)復(fu)合(he)(he)材(cai)料具有明顯的(de)(de)(de)(de)丙酮捕獲能(neng)力。值(zhi)得注意(yi)的(de)(de)(de)(de)是(shi)，增加氧化(hua)鎂(mei)(mei)含量(liang)(liang)會大大增強丙酮在活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)上(shang)的(de)(de)(de)(de)化(hua)學(xue)吸(xi)附(fu)，但也會減少物理吸(xi)附(fu)。量(liang)(liang)子化(hua)學(xue)計算表(biao)明，改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)電子性(xing)(xing)(xing)質是(shi)丙酮吸(xi)附(fu)能(neng)力高的(de)(de)(de)(de)原因，其相(xiang)互(hu)作用(yong)屬(shu)于(yu)化(hua)學(xue)吸(xi)附(fu)。這(zhe)種簡單(dan)的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)成使活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)能(neng)夠更好(hao)地吸(xi)收丙酮。