活(huo)性炭改性后吸(xi)附(fu)丙酮

　　活性炭改性(xing)后吸附(fu)(fu)丙酮，活(huo)性(xing)炭用氧化(hua)(hua)鎂改性(xing)后吸附(fu)(fu)丙酮。本(ben)研究采用X射(she)線衍射(she)、掃描(miao)電子(zi)(zi)顯(xian)微鏡(jing)、透(tou)射(she)電子(zi)(zi)顯(xian)微鏡(jing)、氮吸附(fu)(fu)等(deng)溫度測量來表示五種改性(xing)活(huo)性(xing)炭復合材料的(de)結(jie)構和化(hua)(hua)學特性(xing)。結(jie)果表明(ming)，由(you)于氧化(hua)(hua)鎂納米粒子(zi)(zi)與(yu)丙酮分子(zi)(zi)之間的(de)強化(hua)(hua)學吸附(fu)(fu)，改性(xing)活(huo)性(xing)炭能(neng)(neng)有效提高(gao)丙酮的(de)吸附(fu)(fu)能(neng)(neng)力。

　　空(kong)氣(qi)污(wu)(wu)染的主要原(yuan)因(yin)有(you)很多，主要是(shi)揮發性(xing)有(you)機化(hua)合物，即使在(zai)很低的濃度下也能清(qing)晰地聞到(dao)氣(qi)味，并具有(you)一定的致癌性(xing)。目前，有(you)幾種減少(shao)空(kong)氣(qi)污(wu)(wu)染的方法，包(bao)括冷(leng)凝、蒸餾、生物處(chu)理、催化(hua)氧(yang)化(hua)和活性(xing)炭吸附。

　　丙酮是一(yi)種(zhong)揮(hui)發性(xing)有(you)機化合(he)物(wu)，使用活(huo)性(xing)炭物(wu)理(li)吸附不(bu)(bu)一(yi)定(ding)能(neng)很好(hao)地(di)去除(chu)丙酮，因(yin)此(ci)(ci)化學(xue)吸附也(ye)是一(yi)種(zhong)完美的方法。有(you)數據(ju)表明，一(yi)些金(jin)屬(shu)氧化物(wu)材料(liao)對丙酮具有(you)良好(hao)的吸附能(neng)力(li)。例如，氧化鎂(mei)是一(yi)種(zhong)堿(jian)土金(jin)屬(shu)氧化物(wu)，在(zai)室溫下能(neng)很好(hao)地(di)吸附丙酮。然而，氧化鎂(mei)的吸附能(neng)力(li)有(you)限，不(bu)(bu)能(neng)大面積(ji)改善空(kong)氣(qi)環境。因(yin)此(ci)(ci)，我們使用活(huo)性(xing)炭和(he)氧化鎂(mei)來協調吸附能(neng)力(li)和(he)吸附能(neng)力(li)。

　　改性(xing)活性(xing)炭不同氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)的(de)圖像(xiang)：(a)活性(xing)炭，(b)氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)為活性(xing)炭的(de)5%，(c)氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)為活性(xing)炭10%，(d)氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)為活性(xing)炭20%，(e)活性(xing)炭中氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)30%(f)活性(xing)炭中氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)放(fang)大10%SEM圖像(xiang)。

　　形態學分析

　　改性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)表(biao)(biao)面(mian)物(wu)理形(xing)(xing)態采用掃(sao)描電子顯微鏡(jing)技(ji)術觀察。顯微照片如圖(tu)(tu)(tu)1所示(shi)。活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(見(jian)圖(tu)(tu)(tu)1a)，未改性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣品表(biao)(biao)面(mian)無(wu)缺陷或裂縫(feng)。然而，觀察合(he)成(cheng)(cheng)改性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(見(jian)圖(tu)(tu)(tu)3b-e由于高溫活(huo)化，塌陷成(cheng)(cheng)小塊(kuai)，形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)大量通孔(kong)。此外，隨(sui)著浸漬濃度(du)(du)的(de)增加(jia)，活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)表(biao)(biao)面(mian)支(zhi)撐著越來(lai)越多的(de)氧(yang)化鎂(mei)顆粒(li)(li)。隨(sui)著氧(yang)化鎂(mei)量的(de)增加(jia)，活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)表(biao)(biao)面(mian)變得粗(cu)糙(cao)。參考圖(tu)(tu)(tu)3f中放(fang)大的(de)SEM復合(he)材料(liao)表(biao)(biao)面(mian)的(de)氧(yang)化鎂(mei)顆粒(li)(li)呈無(wu)序(xu)的(de)小球形(xing)(xing)結(jie)構(gou)，并相互(hu)重疊(die)產生葡萄形(xing)(xing)狀。這一(yi)事(shi)實意味著隨(sui)著煅燒(shao)溫度(du)(du)的(de)升高，由于高煅燒(shao)溫度(du)(du)下顆粒(li)(li)聚(ju)集，顆粒(li)(li)尺寸增加(jia)。

　　為了進一(yi)步揭示(shi)改性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)微(wei)微(wei)觀結構TEM，選擇(ze)區域電子衍射(SAED)能量色散(san)譜(EDS)測(ce)量。由于所有樣(yang)品(pin)形式相似，活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)中氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)含量10%的(de)樣(yang)品(pin)被選為典型(xing)例(li)子。TEM圖(tu)(tu)像(xiang)顯示(shi)樣(yang)品(pin)由許多(duo)小氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)納米晶(jing)體和(he)碳基質(zhi)組成(cheng)。顯示(shi)改性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)HR-TEM圖(tu)(tu)像(xiang)。層間距為2.氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)晶(jing)格條紋歸因于立方氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)晶(jing)格面(mian)(mian)(200)。相應樣(yang)品(pin)的(de)SAED圖(tu)(tu)案(圖(tu)(tu)2b插圖(tu)(tu))顯示(shi)明(ming)亮的(de)圓(yuan)環，顯示(shi)所選區域氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)的(de)多(duo)晶(jing)性(xing)(xing)(xing)能。分配給氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)的(de)衍射同心環(111)、(200)、(220)和(he)(2222)明(ming)顯，結果(guo)與(yu)從XRD氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)平(ping)面(mian)(mian)數據一(yi)致。如圖(tu)(tu)2c-e所示(shi)，EDS映射結果(guo)表(biao)明(ming)，鎂(mei)和(he)氧(yang)(yang)元素均勻(yun)分布在活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)表(biao)面(mian)(mian)，而(er)不是明(ming)顯聚集。

　　(a)TEM和(he)(b)改(gai)(gai)性(xing)活性(xing)炭氧(yang)(yang)化鎂(mei)含量(liang)10%樣(yang)品HR-TEM圖(tu)像，(b)插(cha)圖(tu)是相(xiang)應的SAED圖(tu)案。(c-e)改(gai)(gai)性(xing)活性(xing)炭氧(yang)(yang)化鎂(mei)含量(liang)10%的樣(yang)品，鎂(mei)和(he)氧(yang)(yang)EDS映(ying)射元素。

　　活性炭丙(bing)酮(tong)吸(xi)附試驗

　　如圖(tu)3所(suo)示。丙酮突(tu)破試驗在裝有(you)水套的(de)(de)玻璃(li)管柱中進行，以(yi)保持25℃恒溫。氮氣(qi)(qi)(qi)系統由丙酮氣(qi)(qi)(qi)體發生器獲得的(de)(de)高濃(nong)度蒸(zheng)汽(qi)兩部分(fen)組成，由質量(liang)流(liu)量(liang)控制器控制。同時(shi)，氮氣(qi)(qi)(qi)通過另一個(ge)分(fen)支進入氣(qi)(qi)(qi)體混合室稀(xi)釋高濃(nong)度丙酮蒸(zheng)氣(qi)(qi)(qi)，以(yi)調節(jie)丙酮蒸(zheng)氣(qi)(qi)(qi)的(de)(de)濃(nong)度。氣(qi)(qi)(qi)態混合物隨后在25歲℃在恒溫和大氣(qi)(qi)(qi)壓下引(yin)導(dao)活性(xing)炭。通過氣(qi)(qi)(qi)相色譜(pu)儀在線監測氣(qi)(qi)(qi)體經過活性(xing)炭的(de)(de)輸出濃(nong)度。

　　等溫吸(xi)附(fu)裝置用于丙酮吸(xi)附(fu)。

　　丙酮吸附研究

　　丙酮(tong)吸附的(de)(de)典型結果如(ru)圖(tu)4所示(shi)a它顯示(shi)了(le)穿(chuan)(chuan)透曲線。考(kao)慮到絕對濃(nong)度(du)的(de)(de)多樣性(xing)，然后通過從丙酮(tong)穿(chuan)(chuan)透曲線計算的(de)(de)區(qu)域的(de)(de)值積分來標準(zhun)化濃(nong)度(du)。值得注意(yi)的(de)(de)是，在(zai)所有吸附試(shi)驗中，出口丙酮(tong)濃(nong)度(du)為零，表明丙酮(tong)在(zai)穿(chuan)(chuan)透前已完(wan)全去除。每個(ge)試(shi)驗中使用的(de)(de)樣品量為0.2g。

　　(a)突破曲線和(b)丙酮在(zai)純(chun)氧化(hua)鎂(mei)和改性(xing)活性(xing)炭上具有不同(tong)氧化(hua)鎂(mei)含量的吸附等溫(wen)線。

　　如(ru)圖4a六(liu)種(zhong)滲透(tou)曲(qu)線的(de)(de)發展(zhan)趨勢(shi)在(zai)一(yi)定溫度下(xia)(25℃)和濃(nong)(nong)度(85.21m3 g-1)下(xia)面是一(yi)致的(de)(de)。具體來說，曲(qu)線開(kai)始非常溫和，一(yi)旦突(tu)破(po)，濃(nong)(nong)度就會急劇增加。隨著時(shi)間(jian)的(de)(de)推移，觀察到濃(nong)(nong)度逐漸穩定。所有樣(yang)(yang)品中(zhong)，改(gai)性(xing)活性(xing)炭氧化鎂(mei)含量(liang)(liang)10%的(de)(de)樣(yang)(yang)品吸附容量(liang)(liang)排名**。穿(chuan)透(tou)時(shi)間(jian)定義為出口濃(nong)(nong)度為入(ru)口濃(nong)(nong)度的(de)(de)10%。每個樣(yang)(yang)品的(de)(de)穿(chuan)透(tou)時(shi)間(jian)也(ye)不同(tong)，丙酮在(zai)改(gai)性(xing)活性(xing)炭氧化鎂(mei)含量(liang)(liang)10%中(zhong)的(de)(de)穿(chuan)透(tou)時(shi)間(jian)*長，表(biao)明其優異的(de)(de)丙酮捕獲能力(li)。

　　總(zong)之，通過蒸(zheng)發誘導的(de)(de)(de)自組裝(zhuang)過程(cheng)和(he)隨后(hou)的(de)(de)(de)熱解處理相結合，開(kai)發了一(yi)種簡單可控(kong)的(de)(de)(de)方法(fa)，以乙酸鎂為鎂源，制(zhi)備了氧化(hua)鎂納米復合材料(liao)(liao)改(gai)(gai)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)活性(xing)(xing)炭(tan)。改(gai)(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)氧化(hua)鎂含(han)量10%的(de)(de)(de)復合材料(liao)(liao)具有明顯(xian)的(de)(de)(de)丙(bing)(bing)(bing)酮捕獲能(neng)力。值得注意的(de)(de)(de)是，增加氧化(hua)鎂含(han)量會大(da)(da)大(da)(da)增強丙(bing)(bing)(bing)酮在活性(xing)(xing)炭(tan)上(shang)的(de)(de)(de)化(hua)學吸(xi)附(fu)，但也會減(jian)少物理吸(xi)附(fu)。量子化(hua)學計算表明，改(gai)(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)電子性(xing)(xing)質(zhi)是丙(bing)(bing)(bing)酮吸(xi)附(fu)能(neng)力高的(de)(de)(de)原因(yin)，其相互作用屬(shu)于化(hua)學吸(xi)附(fu)。這種簡單的(de)(de)(de)合成使活性(xing)(xing)炭(tan)能(neng)夠更好地吸(xi)收丙(bing)(bing)(bing)酮。