活(huo)性(xing)炭改性(xing)后吸附丙酮

　　活性炭改(gai)性(xing)(xing)后吸(xi)附(fu)丙酮，活性(xing)(xing)炭用氧化(hua)(hua)鎂改(gai)性(xing)(xing)后吸(xi)附(fu)丙酮。本研究采用X射線衍射、掃描電(dian)(dian)子顯微鏡(jing)、透(tou)射電(dian)(dian)子顯微鏡(jing)、氮(dan)吸(xi)附(fu)等溫(wen)度測量(liang)來表示五種(zhong)改(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭復(fu)合材(cai)料的(de)結(jie)構(gou)和(he)化(hua)(hua)學特(te)性(xing)(xing)。結(jie)果表明，由于氧化(hua)(hua)鎂納米粒子與丙酮分(fen)子之間的(de)強化(hua)(hua)學吸(xi)附(fu)，改(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭能有(you)效提高丙酮的(de)吸(xi)附(fu)能力。

　　空氣(qi)污染(ran)的主(zhu)要(yao)原因有(you)很(hen)多(duo)，主(zhu)要(yao)是揮發性有(you)機化合物，即使在很(hen)低的濃度下也能清(qing)晰地聞到(dao)氣(qi)味(wei)，并具有(you)一定的致癌性。目前，有(you)幾種減少(shao)空氣(qi)污染(ran)的方法(fa)，包括冷凝、蒸餾(liu)、生物處理、催化氧(yang)化和活性炭(tan)吸附(fu)。

　　丙(bing)酮(tong)是(shi)一(yi)種揮(hui)發性有(you)(you)機化(hua)合物(wu)，使用活(huo)性炭(tan)物(wu)理吸(xi)(xi)附(fu)不(bu)一(yi)定能(neng)(neng)(neng)很好地(di)去除丙(bing)酮(tong)，因(yin)(yin)此化(hua)學吸(xi)(xi)附(fu)也是(shi)一(yi)種完(wan)美(mei)的方法(fa)。有(you)(you)數據表明，一(yi)些金屬氧(yang)化(hua)物(wu)材(cai)料(liao)對(dui)丙(bing)酮(tong)具有(you)(you)良(liang)好的吸(xi)(xi)附(fu)能(neng)(neng)(neng)力(li)。例如，氧(yang)化(hua)鎂(mei)是(shi)一(yi)種堿土金屬氧(yang)化(hua)物(wu)，在室溫下能(neng)(neng)(neng)很好地(di)吸(xi)(xi)附(fu)丙(bing)酮(tong)。然(ran)而(er)，氧(yang)化(hua)鎂(mei)的吸(xi)(xi)附(fu)能(neng)(neng)(neng)力(li)有(you)(you)限，不(bu)能(neng)(neng)(neng)大面(mian)積改(gai)善(shan)空氣環境。因(yin)(yin)此，我們使用活(huo)性炭(tan)和氧(yang)化(hua)鎂(mei)來協調吸(xi)(xi)附(fu)能(neng)(neng)(neng)力(li)和吸(xi)(xi)附(fu)能(neng)(neng)(neng)力(li)。

　　改性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)不(bu)同氧(yang)化(hua)鎂含(han)(han)(han)量(liang)(liang)的(de)圖像：(a)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)，(b)氧(yang)化(hua)鎂含(han)(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)的(de)5%，(c)氧(yang)化(hua)鎂含(han)(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)10%，(d)氧(yang)化(hua)鎂含(han)(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)20%，(e)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)中(zhong)氧(yang)化(hua)鎂含(han)(han)(han)量(liang)(liang)30%(f)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)中(zhong)氧(yang)化(hua)鎂含(han)(han)(han)量(liang)(liang)放大10%SEM圖像。

　　形態學分析

　　改性(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)物理形(xing)(xing)態采用掃描電子顯微鏡技術觀察。顯微照片如圖(tu)1所示。活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(見(jian)圖(tu)1a)，未改性(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣(yang)品表面(mian)無(wu)缺(que)陷(xian)或裂縫(feng)。然(ran)而(er)，觀察合(he)成改性(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(見(jian)圖(tu)3b-e由于高(gao)溫(wen)活(huo)(huo)化(hua)，塌(ta)陷(xian)成小塊(kuai)，形(xing)(xing)成大量(liang)通孔。此外，隨(sui)著(zhu)浸(jin)漬濃(nong)度(du)的(de)增(zeng)加，活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)支撐(cheng)著(zhu)越(yue)來越(yue)多的(de)氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)顆(ke)粒(li)。隨(sui)著(zhu)氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)量(liang)的(de)增(zeng)加，活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)變得(de)粗(cu)糙。參考圖(tu)3f中放大的(de)SEM復合(he)材料表面(mian)的(de)氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)顆(ke)粒(li)呈(cheng)無(wu)序(xu)的(de)小球形(xing)(xing)結構，并相(xiang)互重疊(die)產生葡萄形(xing)(xing)狀。這一事實意味著(zhu)隨(sui)著(zhu)煅燒(shao)溫(wen)度(du)的(de)升(sheng)高(gao)，由于高(gao)煅燒(shao)溫(wen)度(du)下顆(ke)粒(li)聚(ju)集，顆(ke)粒(li)尺寸增(zeng)加。

　　為了進一步揭(jie)示(shi)改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)微(wei)(wei)微(wei)(wei)觀(guan)結(jie)構(gou)TEM，選(xuan)擇區域(yu)電(dian)子衍射(SAED)能量色散譜(EDS)測量。由于(yu)所有(you)樣(yang)(yang)品(pin)形式相似(si)，活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)中氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)含(han)量10%的(de)(de)(de)(de)樣(yang)(yang)品(pin)被選(xuan)為典(dian)型(xing)例(li)子。TEM圖像顯(xian)示(shi)樣(yang)(yang)品(pin)由許(xu)多(duo)小氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)納(na)米晶(jing)體和碳基(ji)質組成。顯(xian)示(shi)改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)HR-TEM圖像。層間距為2.氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)晶(jing)格條紋歸因于(yu)立方(fang)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)晶(jing)格面(200)。相應樣(yang)(yang)品(pin)的(de)(de)(de)(de)SAED圖案(圖2b插圖)顯(xian)示(shi)明(ming)亮的(de)(de)(de)(de)圓環，顯(xian)示(shi)所選(xuan)區域(yu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)的(de)(de)(de)(de)多(duo)晶(jing)性(xing)能。分配(pei)給氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)的(de)(de)(de)(de)衍射同(tong)心(xin)環(111)、(200)、(220)和(2222)明(ming)顯(xian)，結(jie)果與從XRD氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)平面數(shu)據一致(zhi)。如圖2c-e所示(shi)，EDS映射結(jie)果表(biao)明(ming)，鎂(mei)(mei)和氧(yang)(yang)元(yuan)素均勻(yun)分布在活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)表(biao)面，而不是明(ming)顯(xian)聚集。

　　(a)TEM和(b)改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)氧(yang)化(hua)鎂含(han)量10%樣品HR-TEM圖(tu)像，(b)插圖(tu)是相應(ying)的SAED圖(tu)案。(c-e)改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)氧(yang)化(hua)鎂含(han)量10%的樣品，鎂和氧(yang)EDS映射元素。

　　活性炭丙酮吸附(fu)試(shi)驗

　　如圖3所示。丙(bing)(bing)酮(tong)(tong)突破試(shi)驗在(zai)裝有(you)水套的玻璃(li)管柱中(zhong)進(jin)行，以(yi)保持(chi)25℃恒(heng)溫。氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)系統由丙(bing)(bing)酮(tong)(tong)氣(qi)(qi)(qi)體發生器獲得的高(gao)濃度蒸(zheng)汽(qi)兩部分組成，由質量流(liu)量控制(zhi)器控制(zhi)。同(tong)時(shi)，氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)通過另一個分支進(jin)入氣(qi)(qi)(qi)體混(hun)合(he)室稀釋高(gao)濃度丙(bing)(bing)酮(tong)(tong)蒸(zheng)氣(qi)(qi)(qi)，以(yi)調(diao)節丙(bing)(bing)酮(tong)(tong)蒸(zheng)氣(qi)(qi)(qi)的濃度。氣(qi)(qi)(qi)態混(hun)合(he)物隨后在(zai)25歲℃在(zai)恒(heng)溫和(he)大氣(qi)(qi)(qi)壓下引導活性炭(tan)。通過氣(qi)(qi)(qi)相(xiang)色譜儀在(zai)線監測氣(qi)(qi)(qi)體經過活性炭(tan)的輸出(chu)濃度。

　　等溫吸附(fu)裝置用于丙酮吸附(fu)。

　　丙酮吸附研究

　　丙(bing)(bing)酮(tong)(tong)吸(xi)附的典(dian)型(xing)結(jie)果如圖4所(suo)(suo)示a它顯示了穿透(tou)曲(qu)(qu)線。考慮到(dao)絕對濃度(du)的多樣性(xing)，然(ran)后通(tong)過從丙(bing)(bing)酮(tong)(tong)穿透(tou)曲(qu)(qu)線計算的區域的值(zhi)積分來標準(zhun)化濃度(du)。值(zhi)得注意的是(shi)，在所(suo)(suo)有(you)吸(xi)附試驗(yan)(yan)中，出口丙(bing)(bing)酮(tong)(tong)濃度(du)為零，表(biao)明(ming)丙(bing)(bing)酮(tong)(tong)在穿透(tou)前已完全去(qu)除(chu)。每(mei)個(ge)試驗(yan)(yan)中使用的樣品(pin)量為0.2g。

　　(a)突破曲(qu)線和(b)丙酮在(zai)純(chun)氧(yang)化(hua)鎂(mei)和改性(xing)活性(xing)炭上具(ju)有不同氧(yang)化(hua)鎂(mei)含量的吸(xi)附等溫線。

　　如(ru)圖4a六種滲透曲線的發展(zhan)趨(qu)勢(shi)在一(yi)定(ding)溫(wen)度(du)(du)下(25℃)和(he)濃(nong)(nong)度(du)(du)(85.21m3 g-1)下面(mian)是(shi)一(yi)致(zhi)的。具體(ti)來說，曲線開始(shi)非常(chang)溫(wen)和(he)，一(yi)旦(dan)突(tu)破，濃(nong)(nong)度(du)(du)就會急劇(ju)增(zeng)加。隨(sui)著(zhu)時(shi)間(jian)的推(tui)移，觀察到濃(nong)(nong)度(du)(du)逐漸(jian)穩定(ding)。所有樣(yang)品中(zhong)，改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)氧化(hua)鎂(mei)含量10%的樣(yang)品吸附(fu)容(rong)量排名**。穿(chuan)透時(shi)間(jian)定(ding)義為(wei)出(chu)口(kou)濃(nong)(nong)度(du)(du)為(wei)入口(kou)濃(nong)(nong)度(du)(du)的10%。每個樣(yang)品的穿(chuan)透時(shi)間(jian)也不同(tong)，丙(bing)酮在改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)氧化(hua)鎂(mei)含量10%中(zhong)的穿(chuan)透時(shi)間(jian)*長，表(biao)明其優異(yi)的丙(bing)酮捕(bu)獲能力(li)。

　　總之(zhi)，通過(guo)蒸發誘導的(de)(de)自組裝過(guo)程和隨后的(de)(de)熱解處理相結合，開發了一種簡(jian)單可控的(de)(de)方法，以乙酸鎂為(wei)鎂源，制備了氧化鎂納(na)米復(fu)合材(cai)料改性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭。改性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭氧化鎂含量10%的(de)(de)復(fu)合材(cai)料具有明顯的(de)(de)丙酮捕獲能(neng)力(li)。值(zhi)得注意的(de)(de)是，增加氧化鎂含量會大大增強丙酮在活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭上的(de)(de)化學吸(xi)附，但也(ye)會減少(shao)物(wu)理吸(xi)附。量子(zi)化學計算表明，改性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭的(de)(de)電子(zi)性(xing)(xing)(xing)(xing)質是丙酮吸(xi)附能(neng)力(li)高的(de)(de)原因，其相互作用屬(shu)于化學吸(xi)附。這(zhe)種簡(jian)單的(de)(de)合成使活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭能(neng)夠更(geng)好地吸(xi)收丙酮。