活性(xing)(xing)炭改性(xing)(xing)后(hou)吸(xi)附丙酮

　　活性炭改性(xing)(xing)(xing)后吸附(fu)丙(bing)(bing)酮(tong)(tong)，活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)用(yong)氧(yang)化(hua)鎂改性(xing)(xing)(xing)后吸附(fu)丙(bing)(bing)酮(tong)(tong)。本研究采(cai)用(yong)X射(she)線(xian)衍(yan)射(she)、掃(sao)描電子(zi)顯微鏡(jing)、透射(she)電子(zi)顯微鏡(jing)、氮吸附(fu)等溫(wen)度(du)測量來(lai)表示五(wu)種改性(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)復合材料的結構和化(hua)學(xue)特性(xing)(xing)(xing)。結果表明，由于氧(yang)化(hua)鎂納米粒(li)子(zi)與(yu)丙(bing)(bing)酮(tong)(tong)分子(zi)之間(jian)的強(qiang)化(hua)學(xue)吸附(fu)，改性(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)能(neng)有(you)效提高丙(bing)(bing)酮(tong)(tong)的吸附(fu)能(neng)力(li)。

　　空(kong)氣(qi)(qi)污(wu)染的(de)主(zhu)要原因有很(hen)多，主(zhu)要是揮發性(xing)有機化合(he)物，即使在(zai)很(hen)低的(de)濃度下也(ye)能(neng)清晰地聞到氣(qi)(qi)味，并具有一定的(de)致癌性(xing)。目前，有幾種減少空(kong)氣(qi)(qi)污(wu)染的(de)方法，包括冷凝、蒸餾(liu)、生物處理、催化氧化和活性(xing)炭吸附(fu)。

　　丙(bing)酮是一種揮發性(xing)(xing)有(you)(you)機化(hua)(hua)合物，使用(yong)活(huo)性(xing)(xing)炭物理吸附(fu)不(bu)一定(ding)能(neng)很(hen)(hen)好(hao)地去(qu)除丙(bing)酮，因此化(hua)(hua)學吸附(fu)也是一種完美(mei)的方(fang)法。有(you)(you)數據表明(ming)，一些(xie)金(jin)(jin)屬(shu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物材料對丙(bing)酮具有(you)(you)良好(hao)的吸附(fu)能(neng)力(li)(li)。例如，氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)是一種堿土金(jin)(jin)屬(shu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物，在室(shi)溫下能(neng)很(hen)(hen)好(hao)地吸附(fu)丙(bing)酮。然而(er)，氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)的吸附(fu)能(neng)力(li)(li)有(you)(you)限，不(bu)能(neng)大面積改善空氣環境(jing)。因此，我們使用(yong)活(huo)性(xing)(xing)炭和(he)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)來協調吸附(fu)能(neng)力(li)(li)和(he)吸附(fu)能(neng)力(li)(li)。

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

　　形態學分析

　　改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)表(biao)面物理形(xing)態采(cai)用掃描(miao)電子顯微(wei)鏡技術觀察(cha)。顯微(wei)照(zhao)片如圖(tu)(tu)1所示。活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(見圖(tu)(tu)1a)，未改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)樣品表(biao)面無(wu)缺陷或(huo)裂縫。然而(er)，觀察(cha)合成改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(見圖(tu)(tu)3b-e由于高溫(wen)活(huo)化(hua)，塌陷成小(xiao)塊，形(xing)成大量(liang)通孔。此外，隨(sui)著浸漬濃度的增加(jia)(jia)，活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)表(biao)面支撐著越來越多的氧化(hua)鎂(mei)(mei)顆(ke)粒。隨(sui)著氧化(hua)鎂(mei)(mei)量(liang)的增加(jia)(jia)，活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)表(biao)面變得粗糙。參(can)考圖(tu)(tu)3f中放大的SEM復合材(cai)料表(biao)面的氧化(hua)鎂(mei)(mei)顆(ke)粒呈無(wu)序的小(xiao)球形(xing)結構(gou)，并相互(hu)重疊產生葡(pu)萄形(xing)狀(zhuang)。這一事實意味著隨(sui)著煅燒(shao)溫(wen)度的升高，由于高煅燒(shao)溫(wen)度下顆(ke)粒聚集，顆(ke)粒尺(chi)寸增加(jia)(jia)。

　　為了進一(yi)(yi)步(bu)揭示(shi)(shi)(shi)改(gai)(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)的(de)微微觀結(jie)構TEM，選擇區域電子衍(yan)(yan)射(she)(she)(SAED)能量(liang)(liang)色散(san)譜(EDS)測量(liang)(liang)。由于所有樣品形式相(xiang)似，活性(xing)(xing)炭(tan)中氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含量(liang)(liang)10%的(de)樣品被(bei)選為典型例子。TEM圖(tu)像顯(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)樣品由許多(duo)小氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)納(na)米晶(jing)體和碳基(ji)質組成。顯(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)改(gai)(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)HR-TEM圖(tu)像。層間(jian)距為2.氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)晶(jing)格條(tiao)紋歸因于立方氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)晶(jing)格面(mian)(mian)(200)。相(xiang)應樣品的(de)SAED圖(tu)案(圖(tu)2b插圖(tu))顯(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)明(ming)亮(liang)的(de)圓環(huan)，顯(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)所選區域氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)的(de)多(duo)晶(jing)性(xing)(xing)能。分配給(gei)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)的(de)衍(yan)(yan)射(she)(she)同(tong)心(xin)環(huan)(111)、(200)、(220)和(2222)明(ming)顯(xian)(xian)，結(jie)果(guo)與從(cong)XRD氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)平面(mian)(mian)數據(ju)一(yi)(yi)致。如圖(tu)2c-e所示(shi)(shi)(shi)，EDS映射(she)(she)結(jie)果(guo)表明(ming)，鎂(mei)(mei)(mei)和氧(yang)(yang)元素均(jun)勻(yun)分布在活性(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)(mian)，而(er)不是明(ming)顯(xian)(xian)聚集(ji)。

　　(a)TEM和(he)(b)改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭氧(yang)化鎂(mei)含(han)量(liang)10%樣(yang)(yang)品HR-TEM圖(tu)像，(b)插(cha)圖(tu)是相應的SAED圖(tu)案。(c-e)改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭氧(yang)化鎂(mei)含(han)量(liang)10%的樣(yang)(yang)品，鎂(mei)和(he)氧(yang)EDS映射(she)元素。

　　活性炭丙酮(tong)吸附試驗

　　如圖(tu)3所示。丙(bing)酮突(tu)破試驗在(zai)裝(zhuang)有水套(tao)的玻璃管柱中進(jin)行，以保持25℃恒(heng)溫。氮(dan)氣(qi)(qi)系統由(you)丙(bing)酮氣(qi)(qi)體發生器(qi)獲得(de)的高濃(nong)度(du)(du)蒸汽(qi)兩部分(fen)組成，由(you)質(zhi)量流量控制器(qi)控制。同時(shi)，氮(dan)氣(qi)(qi)通過(guo)(guo)另一個分(fen)支進(jin)入氣(qi)(qi)體混(hun)合室稀釋高濃(nong)度(du)(du)丙(bing)酮蒸氣(qi)(qi)，以調節丙(bing)酮蒸氣(qi)(qi)的濃(nong)度(du)(du)。氣(qi)(qi)態混(hun)合物隨(sui)后在(zai)25歲(sui)℃在(zai)恒(heng)溫和(he)大氣(qi)(qi)壓下(xia)引(yin)導活性炭(tan)(tan)。通過(guo)(guo)氣(qi)(qi)相(xiang)色譜儀在(zai)線監測氣(qi)(qi)體經過(guo)(guo)活性炭(tan)(tan)的輸出濃(nong)度(du)(du)。

　　等(deng)溫吸(xi)附裝置用于丙(bing)酮吸(xi)附。

　　丙酮吸附研究

　　丙酮吸附的(de)(de)典(dian)型(xing)結(jie)果如圖(tu)4所示a它顯示了穿透曲線(xian)。考慮到絕對濃度(du)的(de)(de)多樣性，然后通(tong)過從丙酮穿透曲線(xian)計算(suan)的(de)(de)區(qu)域的(de)(de)值積(ji)分來(lai)標(biao)準化濃度(du)。值得注意的(de)(de)是，在所有吸附試驗中(zhong)，出(chu)口丙酮濃度(du)為零，表明丙酮在穿透前(qian)已完全(quan)去除。每個(ge)試驗中(zhong)使用的(de)(de)樣品量為0.2g。

　　(a)突破曲線和(b)丙酮在純(chun)氧(yang)化鎂(mei)和改性活性炭上具有不同氧(yang)化鎂(mei)含量的吸附等(deng)溫線。

　　如圖4a六種(zhong)滲透曲線的(de)(de)發展趨勢在一定溫(wen)度(du)下(xia)(xia)(25℃)和濃度(du)(85.21m3 g-1)下(xia)(xia)面是一致的(de)(de)。具體來(lai)說，曲線開始非(fei)常溫(wen)和，一旦突破，濃度(du)就會(hui)急劇增(zeng)加。隨著時(shi)間的(de)(de)推(tui)移，觀察到濃度(du)逐漸(jian)穩定。所(suo)有樣(yang)品中(zhong)(zhong)，改(gai)性(xing)活性(xing)炭氧化(hua)鎂含量(liang)(liang)10%的(de)(de)樣(yang)品吸附容量(liang)(liang)排(pai)名(ming)**。穿透時(shi)間定義為(wei)出口(kou)濃度(du)為(wei)入口(kou)濃度(du)的(de)(de)10%。每個樣(yang)品的(de)(de)穿透時(shi)間也不同，丙酮在改(gai)性(xing)活性(xing)炭氧化(hua)鎂含量(liang)(liang)10%中(zhong)(zhong)的(de)(de)穿透時(shi)間*長，表明其優異的(de)(de)丙酮捕獲(huo)能(neng)力(li)。

　　總之，通過蒸發誘導的(de)(de)(de)(de)自組裝過程和隨后(hou)的(de)(de)(de)(de)熱解(jie)處理相(xiang)結(jie)合(he)(he)，開發了一種(zhong)簡單可控的(de)(de)(de)(de)方(fang)法，以(yi)乙酸鎂(mei)為鎂(mei)源(yuan)，制備(bei)了氧(yang)化(hua)鎂(mei)納米復合(he)(he)材料改(gai)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭。改(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭氧(yang)化(hua)鎂(mei)含量10%的(de)(de)(de)(de)復合(he)(he)材料具有(you)明顯的(de)(de)(de)(de)丙(bing)(bing)酮(tong)捕獲能力。值得注意的(de)(de)(de)(de)是，增加氧(yang)化(hua)鎂(mei)含量會(hui)大大增強丙(bing)(bing)酮(tong)在活(huo)性(xing)(xing)炭上的(de)(de)(de)(de)化(hua)學吸(xi)附，但(dan)也會(hui)減少物(wu)理吸(xi)附。量子化(hua)學計(ji)算(suan)表明，改(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)(de)電(dian)子性(xing)(xing)質是丙(bing)(bing)酮(tong)吸(xi)附能力高(gao)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)因(yin)，其相(xiang)互作用屬于(yu)化(hua)學吸(xi)附。這種(zhong)簡單的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)成(cheng)使活(huo)性(xing)(xing)炭能夠更好地吸(xi)收(shou)丙(bing)(bing)酮(tong)。