活性(xing)炭改(gai)性(xing)后吸(xi)附丙酮

　　活性炭改性(xing)(xing)后(hou)吸附(fu)(fu)丙(bing)酮(tong)，活(huo)性(xing)(xing)炭用氧化(hua)鎂(mei)改性(xing)(xing)后(hou)吸附(fu)(fu)丙(bing)酮(tong)。本研究采用X射線衍射、掃描電子顯微(wei)鏡、透射電子顯微(wei)鏡、氮吸附(fu)(fu)等(deng)溫度測量來表(biao)示五種(zhong)改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭復合材料的(de)(de)結構和化(hua)學特性(xing)(xing)。結果表(biao)明，由于氧化(hua)鎂(mei)納米粒(li)子與(yu)丙(bing)酮(tong)分子之(zhi)間的(de)(de)強化(hua)學吸附(fu)(fu)，改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭能(neng)有(you)效提高丙(bing)酮(tong)的(de)(de)吸附(fu)(fu)能(neng)力。

　　空氣污(wu)染(ran)的主要(yao)(yao)原(yuan)因有(you)很多，主要(yao)(yao)是揮發(fa)性有(you)機化(hua)合物，即(ji)使在很低的濃度下也能清晰地聞到氣味(wei)，并(bing)具(ju)有(you)一定的致癌(ai)性。目前，有(you)幾種減少空氣污(wu)染(ran)的方法，包括冷凝、蒸餾(liu)、生物處理、催化(hua)氧化(hua)和活性炭(tan)吸附。

　　丙(bing)酮(tong)是(shi)(shi)一種(zhong)揮(hui)發性(xing)有機化(hua)合物(wu)，使(shi)用(yong)活性(xing)炭物(wu)理吸(xi)附不一定能(neng)很好地去除(chu)丙(bing)酮(tong)，因(yin)此化(hua)學吸(xi)附也(ye)是(shi)(shi)一種(zhong)完美(mei)的(de)方(fang)法(fa)。有數據表(biao)明，一些金屬氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)材料對丙(bing)酮(tong)具有良好的(de)吸(xi)附能(neng)力。例如，氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)是(shi)(shi)一種(zhong)堿土金屬氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)，在室溫下能(neng)很好地吸(xi)附丙(bing)酮(tong)。然而，氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)的(de)吸(xi)附能(neng)力有限，不能(neng)大面積改(gai)善空氣環境。因(yin)此，我們(men)使(shi)用(yong)活性(xing)炭和氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)來協(xie)調吸(xi)附能(neng)力和吸(xi)附能(neng)力。

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

　　形態學分析

　　改(gai)性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)物理形(xing)(xing)態采用掃描電子顯(xian)微鏡技術觀察。顯(xian)微照片如圖(tu)1所示。活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(見圖(tu)1a)，未改(gai)性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)樣品表(biao)面(mian)無缺陷或(huo)裂(lie)縫(feng)。然而，觀察合成(cheng)改(gai)性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(見圖(tu)3b-e由于高(gao)溫(wen)活(huo)(huo)化(hua)，塌陷成(cheng)小(xiao)塊，形(xing)(xing)成(cheng)大(da)(da)量通孔。此外，隨(sui)著(zhu)(zhu)浸漬濃(nong)度(du)的(de)(de)增(zeng)加，活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)支(zhi)撐著(zhu)(zhu)越來越多(duo)的(de)(de)氧(yang)化(hua)鎂(mei)顆(ke)粒。隨(sui)著(zhu)(zhu)氧(yang)化(hua)鎂(mei)量的(de)(de)增(zeng)加，活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)變得粗糙。參考圖(tu)3f中放(fang)大(da)(da)的(de)(de)SEM復(fu)合材料表(biao)面(mian)的(de)(de)氧(yang)化(hua)鎂(mei)顆(ke)粒呈無序的(de)(de)小(xiao)球形(xing)(xing)結構，并相(xiang)互重(zhong)疊(die)產生葡萄形(xing)(xing)狀。這(zhe)一事實意味(wei)著(zhu)(zhu)隨(sui)著(zhu)(zhu)煅燒溫(wen)度(du)的(de)(de)升高(gao)，由于高(gao)煅燒溫(wen)度(du)下(xia)顆(ke)粒聚集，顆(ke)粒尺寸增(zeng)加。

　　為了(le)進一步(bu)揭(jie)示(shi)(shi)(shi)改性(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)微(wei)微(wei)觀(guan)結(jie)構(gou)TEM，選擇區(qu)域電子衍(yan)射(she)(SAED)能量(liang)(liang)色散譜(EDS)測量(liang)(liang)。由于(yu)所(suo)有樣(yang)(yang)品(pin)形式相似，活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)中(zhong)氧(yang)化(hua)鎂含量(liang)(liang)10%的(de)(de)樣(yang)(yang)品(pin)被選為典型例(li)子。TEM圖(tu)像顯(xian)示(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)品(pin)由許多小氧(yang)化(hua)鎂納米(mi)晶體和(he)碳基質組(zu)成。顯(xian)示(shi)(shi)(shi)改性(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)HR-TEM圖(tu)像。層間距為2.氧(yang)化(hua)鎂晶格條紋(wen)歸(gui)因(yin)于(yu)立方氧(yang)化(hua)鎂晶格面(200)。相應樣(yang)(yang)品(pin)的(de)(de)SAED圖(tu)案(圖(tu)2b插圖(tu))顯(xian)示(shi)(shi)(shi)明(ming)(ming)(ming)(ming)亮的(de)(de)圓環(huan)，顯(xian)示(shi)(shi)(shi)所(suo)選區(qu)域氧(yang)化(hua)鎂的(de)(de)多晶性(xing)(xing)(xing)能。分(fen)配給氧(yang)化(hua)鎂的(de)(de)衍(yan)射(she)同心(xin)環(huan)(111)、(200)、(220)和(he)(2222)明(ming)(ming)(ming)(ming)顯(xian)，結(jie)果與(yu)從XRD氧(yang)化(hua)鎂平面數據一致。如圖(tu)2c-e所(suo)示(shi)(shi)(shi)，EDS映(ying)射(she)結(jie)果表明(ming)(ming)(ming)(ming)，鎂和(he)氧(yang)元素均勻分(fen)布在活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)表面，而不是明(ming)(ming)(ming)(ming)顯(xian)聚(ju)集。

　　(a)TEM和(b)改性(xing)活性(xing)炭(tan)氧(yang)化鎂(mei)含量10%樣品HR-TEM圖(tu)像，(b)插圖(tu)是相應的(de)(de)SAED圖(tu)案。(c-e)改性(xing)活性(xing)炭(tan)氧(yang)化鎂(mei)含量10%的(de)(de)樣品，鎂(mei)和氧(yang)EDS映射元素(su)。

　　活性炭丙酮吸附試驗

　　如(ru)圖3所示(shi)。丙酮(tong)突(tu)破試驗在(zai)裝有水(shui)套的(de)(de)玻璃管柱中(zhong)進行，以(yi)保持25℃恒溫。氮氣系(xi)統由(you)丙酮(tong)氣體(ti)(ti)發(fa)生器(qi)獲(huo)得(de)的(de)(de)高(gao)濃度(du)蒸汽兩部分(fen)組(zu)成，由(you)質量流量控制器(qi)控制。同時，氮氣通過另一(yi)個分(fen)支進入氣體(ti)(ti)混(hun)合室稀釋高(gao)濃度(du)丙酮(tong)蒸氣，以(yi)調節丙酮(tong)蒸氣的(de)(de)濃度(du)。氣態混(hun)合物隨后在(zai)25歲℃在(zai)恒溫和大氣壓下引導活(huo)性炭(tan)。通過氣相色譜儀在(zai)線監測氣體(ti)(ti)經過活(huo)性炭(tan)的(de)(de)輸(shu)出濃度(du)。

　　等溫吸附裝置(zhi)用(yong)于丙酮(tong)吸附。

　　丙酮吸附研究

　　丙(bing)(bing)酮(tong)吸(xi)附的(de)(de)典型結果(guo)如圖4所示a它(ta)顯示了(le)穿(chuan)(chuan)透(tou)曲(qu)線。考慮到絕對濃(nong)(nong)度(du)的(de)(de)多樣性，然后通過從(cong)丙(bing)(bing)酮(tong)穿(chuan)(chuan)透(tou)曲(qu)線計算的(de)(de)區域的(de)(de)值(zhi)積分來標(biao)準化濃(nong)(nong)度(du)。值(zhi)得注意的(de)(de)是，在(zai)所有吸(xi)附試(shi)驗(yan)中(zhong)，出口丙(bing)(bing)酮(tong)濃(nong)(nong)度(du)為(wei)零(ling)，表明丙(bing)(bing)酮(tong)在(zai)穿(chuan)(chuan)透(tou)前(qian)已(yi)完(wan)全去除。每個試(shi)驗(yan)中(zhong)使(shi)用的(de)(de)樣品量為(wei)0.2g。

　　(a)突破曲線和(he)(b)丙酮在純氧化鎂和(he)改(gai)性活性炭上具有不同氧化鎂含量的吸附等溫線。

　　如圖4a六種滲透(tou)曲(qu)(qu)線的(de)(de)發展趨勢在一(yi)定溫度下(25℃)和濃(nong)度(85.21m3 g-1)下面是一(yi)致(zhi)的(de)(de)。具體來(lai)說，曲(qu)(qu)線開始非常溫和，一(yi)旦(dan)突破，濃(nong)度就會急(ji)劇(ju)增加。隨著(zhu)時間(jian)的(de)(de)推移，觀察(cha)到濃(nong)度逐(zhu)漸穩定。所有樣品中，改性活(huo)性炭(tan)氧化鎂含(han)量(liang)(liang)10%的(de)(de)樣品吸附容量(liang)(liang)排名**。穿透(tou)時間(jian)定義為(wei)出口(kou)濃(nong)度為(wei)入口(kou)濃(nong)度的(de)(de)10%。每個樣品的(de)(de)穿透(tou)時間(jian)也不(bu)同，丙酮在改性活(huo)性炭(tan)氧化鎂含(han)量(liang)(liang)10%中的(de)(de)穿透(tou)時間(jian)*長，表明其優異的(de)(de)丙酮捕(bu)獲能(neng)力。

　　總(zong)之，通過(guo)蒸發誘導的(de)(de)(de)自(zi)組(zu)裝過(guo)程和隨后的(de)(de)(de)熱(re)解(jie)處理相結合，開發了一種(zhong)(zhong)簡(jian)(jian)單可控的(de)(de)(de)方(fang)法，以乙酸鎂(mei)(mei)為鎂(mei)(mei)源，制備了氧化鎂(mei)(mei)納米(mi)復合材料改性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)。改性(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)氧化鎂(mei)(mei)含量10%的(de)(de)(de)復合材料具(ju)有明(ming)顯的(de)(de)(de)丙(bing)酮捕(bu)獲能(neng)(neng)力。值得注意(yi)的(de)(de)(de)是(shi)，增加氧化鎂(mei)(mei)含量會(hui)大大增強(qiang)丙(bing)酮在活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)上的(de)(de)(de)化學(xue)吸(xi)附，但也會(hui)減少物理吸(xi)附。量子(zi)化學(xue)計算表明(ming)，改性(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)電(dian)子(zi)性(xing)(xing)(xing)質是(shi)丙(bing)酮吸(xi)附能(neng)(neng)力高(gao)的(de)(de)(de)原因，其相互作用屬于化學(xue)吸(xi)附。這種(zhong)(zhong)簡(jian)(jian)單的(de)(de)(de)合成使活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)能(neng)(neng)夠更好地吸(xi)收丙(bing)酮。