活性炭改性后吸附丙酮

　　活性炭改(gai)性(xing)后(hou)吸附(fu)(fu)(fu)丙(bing)酮(tong)(tong)，活(huo)性(xing)炭(tan)用(yong)氧化(hua)鎂改(gai)性(xing)后(hou)吸附(fu)(fu)(fu)丙(bing)酮(tong)(tong)。本(ben)研(yan)究采用(yong)X射(she)(she)(she)線衍(yan)射(she)(she)(she)、掃描電子(zi)顯微(wei)鏡(jing)、透射(she)(she)(she)電子(zi)顯微(wei)鏡(jing)、氮(dan)吸附(fu)(fu)(fu)等溫度(du)測量來表(biao)示五種改(gai)性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)復合材料的(de)結構和(he)化(hua)學特性(xing)。結果表(biao)明(ming)，由于氧化(hua)鎂納(na)米粒子(zi)與丙(bing)酮(tong)(tong)分(fen)子(zi)之間的(de)強化(hua)學吸附(fu)(fu)(fu)，改(gai)性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)能有(you)效提高丙(bing)酮(tong)(tong)的(de)吸附(fu)(fu)(fu)能力。

　　空氣(qi)(qi)污染的(de)(de)主要(yao)原(yuan)因有(you)(you)很多，主要(yao)是揮發性(xing)有(you)(you)機化合物(wu)，即使在很低的(de)(de)濃度下也能清(qing)晰地聞到氣(qi)(qi)味，并(bing)具有(you)(you)一定的(de)(de)致(zhi)癌性(xing)。目前(qian)，有(you)(you)幾種(zhong)減少(shao)空氣(qi)(qi)污染的(de)(de)方法，包括冷凝(ning)、蒸餾、生(sheng)物(wu)處理、催化氧化和活性(xing)炭(tan)吸(xi)附。

　　丙酮(tong)(tong)是(shi)一(yi)種揮發性有機化(hua)(hua)合物(wu)，使(shi)用活(huo)性炭物(wu)理吸(xi)附(fu)不一(yi)定能很好(hao)地(di)去(qu)除(chu)丙酮(tong)(tong)，因(yin)此化(hua)(hua)學吸(xi)附(fu)也(ye)是(shi)一(yi)種完美(mei)的方(fang)法。有數據(ju)表明，一(yi)些金屬(shu)氧(yang)化(hua)(hua)物(wu)材料對(dui)丙酮(tong)(tong)具有良好(hao)的吸(xi)附(fu)能力(li)(li)。例如，氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)是(shi)一(yi)種堿土(tu)金屬(shu)氧(yang)化(hua)(hua)物(wu)，在(zai)室溫下能很好(hao)地(di)吸(xi)附(fu)丙酮(tong)(tong)。然而，氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)的吸(xi)附(fu)能力(li)(li)有限，不能大面積改善空氣(qi)環境(jing)。因(yin)此，我們使(shi)用活(huo)性炭和氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)來協(xie)調吸(xi)附(fu)能力(li)(li)和吸(xi)附(fu)能力(li)(li)。

　　改性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)不(bu)同(tong)氧(yang)(yang)化鎂(mei)含(han)量的圖像(xiang)：(a)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)，(b)氧(yang)(yang)化鎂(mei)含(han)量為活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的5%，(c)氧(yang)(yang)化鎂(mei)含(han)量為活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)10%，(d)氧(yang)(yang)化鎂(mei)含(han)量為活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)20%，(e)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)中(zhong)(zhong)氧(yang)(yang)化鎂(mei)含(han)量30%(f)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)中(zhong)(zhong)氧(yang)(yang)化鎂(mei)含(han)量放大10%SEM圖像(xiang)。

　　形態學分析

　　改(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)表面(mian)(mian)物理形(xing)(xing)態采(cai)用掃描電子顯微鏡技(ji)術觀察(cha)。顯微照片如圖1所示。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(見圖1a)，未改(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣品表面(mian)(mian)無(wu)缺陷(xian)或裂縫。然(ran)而，觀察(cha)合成(cheng)改(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(見圖3b-e由于(yu)高溫活(huo)化(hua)，塌陷(xian)成(cheng)小塊，形(xing)(xing)成(cheng)大量通孔。此(ci)外(wai)，隨(sui)著(zhu)浸漬濃度(du)的(de)增加，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)表面(mian)(mian)支撐著(zhu)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)氧化(hua)鎂(mei)顆粒(li)。隨(sui)著(zhu)氧化(hua)鎂(mei)量的(de)增加，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)表面(mian)(mian)變(bian)得粗糙(cao)。參(can)考圖3f中放大的(de)SEM復合材(cai)料表面(mian)(mian)的(de)氧化(hua)鎂(mei)顆粒(li)呈無(wu)序的(de)小球(qiu)形(xing)(xing)結(jie)構，并相互重疊(die)產(chan)生葡(pu)萄形(xing)(xing)狀。這一事(shi)實意味著(zhu)隨(sui)著(zhu)煅燒溫度(du)的(de)升高，由于(yu)高煅燒溫度(du)下顆粒(li)聚集(ji)，顆粒(li)尺寸增加。

　　為(wei)了進一步揭(jie)示(shi)改性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)微微觀結構TEM，選(xuan)(xuan)擇區域電子衍射(she)(SAED)能(neng)量(liang)色散譜(pu)(EDS)測量(liang)。由于(yu)(yu)所有樣品(pin)形式相似，活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)中氧(yang)(yang)化鎂含(han)量(liang)10%的(de)樣品(pin)被選(xuan)(xuan)為(wei)典型(xing)例子。TEM圖(tu)像顯示(shi)樣品(pin)由許多小(xiao)氧(yang)(yang)化鎂納米晶體和碳基質(zhi)組(zu)成。顯示(shi)改性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)HR-TEM圖(tu)像。層(ceng)間距(ju)為(wei)2.氧(yang)(yang)化鎂晶格條紋歸因(yin)于(yu)(yu)立方氧(yang)(yang)化鎂晶格面(200)。相應樣品(pin)的(de)SAED圖(tu)案(圖(tu)2b插(cha)圖(tu))顯示(shi)明亮的(de)圓環，顯示(shi)所選(xuan)(xuan)區域氧(yang)(yang)化鎂的(de)多晶性(xing)(xing)(xing)能(neng)。分(fen)配給氧(yang)(yang)化鎂的(de)衍射(she)同心環(111)、(200)、(220)和(2222)明顯，結果(guo)與從(cong)XRD氧(yang)(yang)化鎂平面數據一致。如圖(tu)2c-e所示(shi)，EDS映射(she)結果(guo)表(biao)明，鎂和氧(yang)(yang)元素(su)均勻分(fen)布在活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面，而不是明顯聚集。

　　(a)TEM和(he)(b)改性活(huo)性炭氧(yang)化鎂含量10%樣品(pin)HR-TEM圖像，(b)插(cha)圖是相應的SAED圖案。(c-e)改性活(huo)性炭氧(yang)化鎂含量10%的樣品(pin)，鎂和(he)氧(yang)EDS映射元素。

　　活性炭丙酮吸附試驗

　　如圖3所(suo)示。丙(bing)酮突破試驗在(zai)(zai)(zai)裝有(you)水套的玻(bo)璃管柱中進行(xing)，以(yi)保(bao)持25℃恒溫(wen)。氮氣系統(tong)由丙(bing)酮氣體發生器(qi)獲得(de)的高濃度(du)(du)蒸汽兩部(bu)分組成，由質量(liang)流量(liang)控(kong)制器(qi)控(kong)制。同時，氮氣通過另一個(ge)分支進入氣體混合室(shi)稀(xi)釋高濃度(du)(du)丙(bing)酮蒸氣，以(yi)調節丙(bing)酮蒸氣的濃度(du)(du)。氣態混合物隨后(hou)在(zai)(zai)(zai)25歲(sui)℃在(zai)(zai)(zai)恒溫(wen)和(he)大氣壓下引導活(huo)性炭。通過氣相色譜儀在(zai)(zai)(zai)線監測氣體經過活(huo)性炭的輸(shu)出濃度(du)(du)。

　　等溫吸附(fu)裝置用(yong)于丙酮(tong)吸附(fu)。

　　丙酮吸附研究

　　丙(bing)(bing)酮吸(xi)附的(de)(de)典(dian)型結果如圖4所示a它顯示了穿(chuan)透曲(qu)線(xian)。考慮(lv)到絕對濃(nong)(nong)度(du)(du)的(de)(de)多樣性，然后通(tong)過從丙(bing)(bing)酮穿(chuan)透曲(qu)線(xian)計算(suan)的(de)(de)區(qu)域的(de)(de)值(zhi)積分來標準(zhun)化(hua)濃(nong)(nong)度(du)(du)。值(zhi)得注(zhu)意的(de)(de)是(shi)，在所有吸(xi)附試驗(yan)中(zhong)(zhong)，出口丙(bing)(bing)酮濃(nong)(nong)度(du)(du)為(wei)零(ling)，表明丙(bing)(bing)酮在穿(chuan)透前已完(wan)全去除(chu)。每個試驗(yan)中(zhong)(zhong)使(shi)用的(de)(de)樣品(pin)量為(wei)0.2g。

　　(a)突破(po)曲線和(b)丙酮在純(chun)氧化鎂(mei)和改性(xing)活性(xing)炭上具有不(bu)同(tong)氧化鎂(mei)含(han)量(liang)的(de)吸附等溫線。

　　如(ru)圖(tu)4a六種滲透(tou)(tou)曲(qu)線的(de)(de)發展趨(qu)勢在(zai)一(yi)定(ding)溫度下(xia)(25℃)和濃度(85.21m3 g-1)下(xia)面是一(yi)致的(de)(de)。具(ju)體來說，曲(qu)線開始非(fei)常溫和，一(yi)旦突破(po)，濃度就會急劇增加。隨著時(shi)間的(de)(de)推移，觀(guan)察(cha)到濃度逐漸穩定(ding)。所有樣(yang)(yang)品(pin)中，改(gai)性(xing)活(huo)性(xing)炭氧化鎂含(han)(han)量(liang)10%的(de)(de)樣(yang)(yang)品(pin)吸(xi)附容量(liang)排名**。穿(chuan)透(tou)(tou)時(shi)間定(ding)義為出口濃度為入口濃度的(de)(de)10%。每個樣(yang)(yang)品(pin)的(de)(de)穿(chuan)透(tou)(tou)時(shi)間也不同，丙酮在(zai)改(gai)性(xing)活(huo)性(xing)炭氧化鎂含(han)(han)量(liang)10%中的(de)(de)穿(chuan)透(tou)(tou)時(shi)間*長，表明其優異的(de)(de)丙酮捕(bu)獲(huo)能力。

　　總之，通過蒸發誘(you)導的(de)(de)自組裝過程和隨后(hou)的(de)(de)熱解處理(li)相(xiang)結(jie)合(he)，開(kai)發了(le)(le)一種(zhong)簡單可控的(de)(de)方法，以乙酸鎂為鎂源(yuan)，制備了(le)(le)氧化(hua)(hua)鎂納(na)米復合(he)材料改(gai)性(xing)(xing)的(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭。改(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭氧化(hua)(hua)鎂含量(liang)10%的(de)(de)復合(he)材料具有明顯(xian)的(de)(de)丙酮(tong)(tong)捕(bu)獲能力。值得注意的(de)(de)是，增加氧化(hua)(hua)鎂含量(liang)會(hui)大大增強丙酮(tong)(tong)在(zai)活(huo)性(xing)(xing)炭上(shang)的(de)(de)化(hua)(hua)學吸(xi)(xi)附(fu)，但也會(hui)減(jian)少物理(li)吸(xi)(xi)附(fu)。量(liang)子(zi)化(hua)(hua)學計算表(biao)明，改(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭的(de)(de)電子(zi)性(xing)(xing)質是丙酮(tong)(tong)吸(xi)(xi)附(fu)能力高的(de)(de)原因，其相(xiang)互作用屬于(yu)化(hua)(hua)學吸(xi)(xi)附(fu)。這(zhe)種(zhong)簡單的(de)(de)合(he)成使活(huo)性(xing)(xing)炭能夠更好(hao)地(di)吸(xi)(xi)收丙酮(tong)(tong)。