活性(xing)炭改性(xing)后(hou)吸附(fu)丙酮(tong)

　　活性炭改(gai)(gai)性后(hou)吸(xi)(xi)(xi)附丙(bing)酮，活(huo)性炭(tan)(tan)用氧(yang)化鎂改(gai)(gai)性后(hou)吸(xi)(xi)(xi)附丙(bing)酮。本研究采用X射(she)線衍射(she)、掃描電(dian)子(zi)(zi)顯微鏡、透(tou)射(she)電(dian)子(zi)(zi)顯微鏡、氮(dan)吸(xi)(xi)(xi)附等溫度測量(liang)來表示五種改(gai)(gai)性活(huo)性炭(tan)(tan)復(fu)合材料的結構和化學特性。結果(guo)表明，由于氧(yang)化鎂納米粒子(zi)(zi)與丙(bing)酮分子(zi)(zi)之間的強化學吸(xi)(xi)(xi)附，改(gai)(gai)性活(huo)性炭(tan)(tan)能(neng)有效提高丙(bing)酮的吸(xi)(xi)(xi)附能(neng)力。

　　空氣(qi)污染的主要(yao)原因有很(hen)多，主要(yao)是揮(hui)發性有機化(hua)合物，即使(shi)在很(hen)低的濃度下也能清晰(xi)地(di)聞到氣(qi)味，并(bing)具(ju)有一(yi)定的致(zhi)癌性。目前，有幾種減少(shao)空氣(qi)污染的方法(fa)，包括冷凝、蒸餾、生物處理、催化(hua)氧化(hua)和(he)活性炭吸附(fu)。

　　丙(bing)(bing)(bing)酮(tong)是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)揮發性(xing)有(you)(you)機化(hua)合物，使用活性(xing)炭物理(li)吸附(fu)(fu)(fu)不(bu)(bu)一(yi)(yi)定能(neng)很好(hao)(hao)地去除丙(bing)(bing)(bing)酮(tong)，因此化(hua)學吸附(fu)(fu)(fu)也是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)完美的方法。有(you)(you)數據表明(ming)，一(yi)(yi)些金(jin)屬氧(yang)(yang)化(hua)物材料(liao)對丙(bing)(bing)(bing)酮(tong)具(ju)有(you)(you)良好(hao)(hao)的吸附(fu)(fu)(fu)能(neng)力(li)。例如，氧(yang)(yang)化(hua)鎂是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)堿土金(jin)屬氧(yang)(yang)化(hua)物，在(zai)室溫下(xia)能(neng)很好(hao)(hao)地吸附(fu)(fu)(fu)丙(bing)(bing)(bing)酮(tong)。然而，氧(yang)(yang)化(hua)鎂的吸附(fu)(fu)(fu)能(neng)力(li)有(you)(you)限，不(bu)(bu)能(neng)大面積改善空(kong)氣環境。因此，我們使用活性(xing)炭和(he)(he)氧(yang)(yang)化(hua)鎂來(lai)協調(diao)吸附(fu)(fu)(fu)能(neng)力(li)和(he)(he)吸附(fu)(fu)(fu)能(neng)力(li)。

　　改性活(huo)(huo)性炭(tan)不同氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含量(liang)(liang)的圖像(xiang)：(a)活(huo)(huo)性炭(tan)，(b)氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含量(liang)(liang)為(wei)活(huo)(huo)性炭(tan)的5%，(c)氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含量(liang)(liang)為(wei)活(huo)(huo)性炭(tan)10%，(d)氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含量(liang)(liang)為(wei)活(huo)(huo)性炭(tan)20%，(e)活(huo)(huo)性炭(tan)中氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含量(liang)(liang)30%(f)活(huo)(huo)性炭(tan)中氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含量(liang)(liang)放大10%SEM圖像(xiang)。

　　形態學分析

　　改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)面物理形(xing)態(tai)采用(yong)掃描電子(zi)顯(xian)微(wei)鏡(jing)技術觀(guan)察。顯(xian)微(wei)照片如圖1所(suo)示。活(huo)性(xing)炭(tan)(見圖1a)，未(wei)改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)樣(yang)品表(biao)面無缺陷或(huo)裂縫。然而，觀(guan)察合(he)成改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)(見圖3b-e由(you)于高溫活(huo)化，塌陷成小塊，形(xing)成大量(liang)通孔。此外(wai)，隨著(zhu)浸漬濃度(du)的(de)增加(jia)，活(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)面支撐著(zhu)越來越多(duo)的(de)氧(yang)化鎂顆(ke)(ke)粒(li)。隨著(zhu)氧(yang)化鎂量(liang)的(de)增加(jia)，活(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)面變得(de)粗(cu)糙。參(can)考(kao)圖3f中(zhong)放大的(de)SEM復合(he)材料表(biao)面的(de)氧(yang)化鎂顆(ke)(ke)粒(li)呈無序的(de)小球形(xing)結構，并相互(hu)重疊產生葡萄形(xing)狀。這一事實(shi)意味著(zhu)隨著(zhu)煅燒溫度(du)的(de)升高，由(you)于高煅燒溫度(du)下顆(ke)(ke)粒(li)聚集，顆(ke)(ke)粒(li)尺(chi)寸增加(jia)。

　　為(wei)了(le)進一步揭示(shi)(shi)改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的(de)微微觀結(jie)(jie)構TEM，選(xuan)擇區域電子衍(yan)射(she)(she)(SAED)能量(liang)色(se)散譜(EDS)測(ce)量(liang)。由于所有樣(yang)品(pin)(pin)形式(shi)相(xiang)似，活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)中氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含(han)量(liang)10%的(de)樣(yang)品(pin)(pin)被選(xuan)為(wei)典型例(li)子。TEM圖像顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)樣(yang)品(pin)(pin)由許(xu)多小氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)納米晶(jing)(jing)體和(he)碳基質(zhi)組(zu)成。顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)HR-TEM圖像。層間距為(wei)2.氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)晶(jing)(jing)格條紋(wen)歸因于立(li)方氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)晶(jing)(jing)格面(mian)(mian)(mian)(200)。相(xiang)應樣(yang)品(pin)(pin)的(de)SAED圖案(圖2b插(cha)圖)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)明(ming)亮的(de)圓(yuan)環(huan)，顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)所選(xuan)區域氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)的(de)多晶(jing)(jing)性(xing)能。分(fen)配給氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)的(de)衍(yan)射(she)(she)同心環(huan)(111)、(200)、(220)和(he)(2222)明(ming)顯(xian)(xian)(xian)，結(jie)(jie)果與從XRD氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)平面(mian)(mian)(mian)數(shu)據一致。如圖2c-e所示(shi)(shi)，EDS映射(she)(she)結(jie)(jie)果表明(ming)，鎂(mei)(mei)和(he)氧(yang)元素均勻分(fen)布在活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)表面(mian)(mian)(mian)，而不(bu)是明(ming)顯(xian)(xian)(xian)聚集(ji)。

　　(a)TEM和(he)(he)(b)改性活(huo)性炭氧化(hua)鎂(mei)含(han)(han)量10%樣品(pin)HR-TEM圖像，(b)插(cha)圖是相應的(de)SAED圖案。(c-e)改性活(huo)性炭氧化(hua)鎂(mei)含(han)(han)量10%的(de)樣品(pin)，鎂(mei)和(he)(he)氧EDS映射元素。

　　活性炭丙酮吸(xi)附(fu)試(shi)驗

　　如圖3所(suo)示。丙(bing)酮突破試驗在裝有(you)水套的(de)玻璃管柱中進行，以保(bao)持25℃恒(heng)溫(wen)。氮(dan)氣(qi)系(xi)統由丙(bing)酮氣(qi)體發(fa)生器獲得的(de)高(gao)濃(nong)度蒸汽兩部分(fen)組成，由質(zhi)量流量控制器控制。同時，氮(dan)氣(qi)通過(guo)另(ling)一個分(fen)支進入(ru)氣(qi)體混(hun)合室(shi)稀釋高(gao)濃(nong)度丙(bing)酮蒸氣(qi)，以調節丙(bing)酮蒸氣(qi)的(de)濃(nong)度。氣(qi)態混(hun)合物隨后(hou)在25歲℃在恒(heng)溫(wen)和大氣(qi)壓下引導活性炭。通過(guo)氣(qi)相色(se)譜(pu)儀在線監測(ce)氣(qi)體經過(guo)活性炭的(de)輸出濃(nong)度。

　　等溫吸(xi)附裝置用于丙酮吸(xi)附。

　　丙酮吸附研究

　　丙酮(tong)(tong)吸附(fu)的典型結果(guo)如圖4所(suo)示a它顯(xian)示了穿(chuan)透曲線。考(kao)慮(lv)到絕對濃度的多樣性(xing)，然后通過從丙酮(tong)(tong)穿(chuan)透曲線計算的區域的值(zhi)積分來(lai)標準化濃度。值(zhi)得(de)注意的是(shi)，在所(suo)有吸附(fu)試驗(yan)中，出口丙酮(tong)(tong)濃度為零(ling)，表明(ming)丙酮(tong)(tong)在穿(chuan)透前已完全(quan)去除。每個試驗(yan)中使用(yong)的樣品(pin)量為0.2g。

　　(a)突(tu)破曲(qu)線(xian)和(b)丙酮(tong)在純氧(yang)化(hua)鎂和改性(xing)活性(xing)炭上(shang)具有不(bu)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)發展趨勢在(zai)一定(ding)溫度(du)下(25℃)和濃(nong)(nong)度(du)(85.21m3 g-1)下面(mian)是一致(zhi)的(de)。具體來說(shuo)，曲線開始(shi)非常溫和，一旦突破，濃(nong)(nong)度(du)就會急劇增加(jia)。隨著時間的(de)推(tui)移，觀察到濃(nong)(nong)度(du)逐漸穩(wen)定(ding)。所有(you)樣品(pin)中(zhong)，改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭氧(yang)化鎂含量10%的(de)樣品(pin)吸附容量排(pai)名**。穿透時間定(ding)義為出(chu)口(kou)濃(nong)(nong)度(du)為入口(kou)濃(nong)(nong)度(du)的(de)10%。每個樣品(pin)的(de)穿透時間也不同，丙酮(tong)在(zai)改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭氧(yang)化鎂含量10%中(zhong)的(de)穿透時間*長，表明其優異的(de)丙酮(tong)捕獲(huo)能力。

　　總之，通過(guo)蒸發誘(you)導的(de)(de)(de)自組裝過(guo)程和隨后的(de)(de)(de)熱解處理相結(jie)合(he)，開發了一種簡(jian)單(dan)可控的(de)(de)(de)方法(fa)，以乙(yi)酸鎂(mei)為(wei)鎂(mei)源，制備了氧化(hua)鎂(mei)納米復合(he)材料改性(xing)的(de)(de)(de)活性(xing)炭(tan)(tan)。改性(xing)活性(xing)炭(tan)(tan)氧化(hua)鎂(mei)含量10%的(de)(de)(de)復合(he)材料具有明(ming)顯的(de)(de)(de)丙酮(tong)捕(bu)獲能(neng)力(li)。值得注(zhu)意的(de)(de)(de)是(shi)(shi)，增(zeng)加氧化(hua)鎂(mei)含量會(hui)大(da)(da)大(da)(da)增(zeng)強丙酮(tong)在活性(xing)炭(tan)(tan)上的(de)(de)(de)化(hua)學(xue)吸(xi)附(fu)，但(dan)也會(hui)減少物理吸(xi)附(fu)。量子化(hua)學(xue)計算表明(ming)，改性(xing)活性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)電子性(xing)質是(shi)(shi)丙酮(tong)吸(xi)附(fu)能(neng)力(li)高(gao)的(de)(de)(de)原因(yin)，其相互作用屬于(yu)化(hua)學(xue)吸(xi)附(fu)。這種簡(jian)單(dan)的(de)(de)(de)合(he)成使活性(xing)炭(tan)(tan)能(neng)夠更(geng)好地(di)吸(xi)收(shou)丙酮(tong)。