活性(xing)炭改(gai)性(xing)后(hou)吸附(fu)丙(bing)酮

　　活性炭改性(xing)(xing)后(hou)吸(xi)附丙(bing)酮(tong)，活性(xing)(xing)炭用(yong)氧化鎂改性(xing)(xing)后(hou)吸(xi)附丙(bing)酮(tong)。本研究(jiu)采用(yong)X射(she)(she)線衍(yan)射(she)(she)、掃(sao)描電子(zi)顯(xian)微鏡、透射(she)(she)電子(zi)顯(xian)微鏡、氮(dan)吸(xi)附等溫度測(ce)量來(lai)表示五(wu)種改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭復合材料(liao)的(de)結構(gou)和(he)化學(xue)特性(xing)(xing)。結果表明，由于氧化鎂納米粒子(zi)與丙(bing)酮(tong)分(fen)子(zi)之間(jian)的(de)強化學(xue)吸(xi)附，改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭能有效提高丙(bing)酮(tong)的(de)吸(xi)附能力。

　　空氣(qi)(qi)污(wu)染的(de)主(zhu)要原因有(you)(you)很多，主(zhu)要是揮發性(xing)(xing)有(you)(you)機(ji)化(hua)合物(wu)，即使在很低的(de)濃度下也能清晰(xi)地聞到氣(qi)(qi)味，并具(ju)有(you)(you)一定的(de)致癌性(xing)(xing)。目前(qian)，有(you)(you)幾種減少空氣(qi)(qi)污(wu)染的(de)方法(fa)，包括冷(leng)凝、蒸餾、生物(wu)處(chu)理、催化(hua)氧(yang)化(hua)和活性(xing)(xing)炭吸(xi)附。

　　丙酮(tong)是(shi)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)揮發(fa)性有機(ji)化(hua)合物，使(shi)用(yong)活(huo)性炭(tan)物理吸(xi)(xi)附(fu)(fu)不一(yi)(yi)(yi)定能(neng)很(hen)好(hao)地去除(chu)丙酮(tong)，因此(ci)化(hua)學吸(xi)(xi)附(fu)(fu)也是(shi)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)完美的(de)(de)方法。有數(shu)據表明，一(yi)(yi)(yi)些金屬氧化(hua)物材料對丙酮(tong)具有良好(hao)的(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)能(neng)力(li)。例如，氧化(hua)鎂是(shi)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)堿土金屬氧化(hua)物，在室溫下能(neng)很(hen)好(hao)地吸(xi)(xi)附(fu)(fu)丙酮(tong)。然而，氧化(hua)鎂的(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)能(neng)力(li)有限，不能(neng)大面積(ji)改善空(kong)氣環境(jing)。因此(ci)，我們使(shi)用(yong)活(huo)性炭(tan)和氧化(hua)鎂來協調吸(xi)(xi)附(fu)(fu)能(neng)力(li)和吸(xi)(xi)附(fu)(fu)能(neng)力(li)。

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

　　形態學分析

　　改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面物理(li)形(xing)(xing)態(tai)采用掃描電子(zi)顯(xian)(xian)微鏡技術(shu)觀察。顯(xian)(xian)微照片如圖(tu)1所示。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(見(jian)圖(tu)1a)，未(wei)改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣品表(biao)面無(wu)(wu)缺陷或裂縫(feng)。然而，觀察合成改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(見(jian)圖(tu)3b-e由于高溫(wen)活(huo)化(hua)，塌陷成小(xiao)塊，形(xing)(xing)成大(da)量(liang)通孔。此(ci)外，隨著(zhu)浸漬濃(nong)度的(de)(de)(de)增加(jia)(jia)，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面支(zhi)撐著(zhu)越來越多的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)鎂顆粒。隨著(zhu)氧(yang)化(hua)鎂量(liang)的(de)(de)(de)增加(jia)(jia)，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面變得(de)粗糙(cao)。參考圖(tu)3f中放大(da)的(de)(de)(de)SEM復合材料表(biao)面的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)鎂顆粒呈(cheng)無(wu)(wu)序(xu)的(de)(de)(de)小(xiao)球形(xing)(xing)結構，并(bing)相互(hu)重(zhong)疊產(chan)生葡萄(tao)形(xing)(xing)狀(zhuang)。這一(yi)事(shi)實意味著(zhu)隨著(zhu)煅燒(shao)溫(wen)度的(de)(de)(de)升高，由于高煅燒(shao)溫(wen)度下顆粒聚(ju)集，顆粒尺寸增加(jia)(jia)。

　　為了進一(yi)步(bu)揭示(shi)(shi)改(gai)性活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)微微觀結(jie)(jie)構TEM，選(xuan)(xuan)擇區域電子衍射(she)(SAED)能量色散譜(EDS)測量。由于(yu)所(suo)有樣(yang)(yang)(yang)品(pin)形式相似，活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)中(zhong)氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)含量10%的(de)(de)樣(yang)(yang)(yang)品(pin)被(bei)選(xuan)(xuan)為典型例子。TEM圖(tu)像顯(xian)示(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)品(pin)由許(xu)多小氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)納米晶(jing)體(ti)和碳基質組成。顯(xian)示(shi)(shi)改(gai)性活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)HR-TEM圖(tu)像。層間距為2.氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)晶(jing)格(ge)條(tiao)紋歸因于(yu)立方氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)晶(jing)格(ge)面(200)。相應樣(yang)(yang)(yang)品(pin)的(de)(de)SAED圖(tu)案(圖(tu)2b插(cha)圖(tu))顯(xian)示(shi)(shi)明(ming)亮的(de)(de)圓(yuan)環(huan)，顯(xian)示(shi)(shi)所(suo)選(xuan)(xuan)區域氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)的(de)(de)多晶(jing)性能。分配(pei)給(gei)氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)的(de)(de)衍射(she)同(tong)心環(huan)(111)、(200)、(220)和(2222)明(ming)顯(xian)，結(jie)(jie)果與(yu)從XRD氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)平面數據一(yi)致。如圖(tu)2c-e所(suo)示(shi)(shi)，EDS映(ying)射(she)結(jie)(jie)果表(biao)(biao)明(ming)，鎂(mei)(mei)和氧(yang)元素均勻分布在活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)表(biao)(biao)面，而不是(shi)明(ming)顯(xian)聚集(ji)。

　　(a)TEM和(he)(b)改(gai)性活(huo)性炭氧(yang)化鎂(mei)含量10%樣品HR-TEM圖像(xiang)，(b)插(cha)圖是相應的SAED圖案。(c-e)改(gai)性活(huo)性炭氧(yang)化鎂(mei)含量10%的樣品，鎂(mei)和(he)氧(yang)EDS映射元素。

　　活性炭丙酮吸(xi)附試驗

　　如圖3所示。丙(bing)酮突(tu)破試驗在裝有水套的玻(bo)璃管柱中進(jin)行，以保持25℃恒溫(wen)。氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)系統由丙(bing)酮氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)發生(sheng)器(qi)獲得(de)的高濃(nong)度蒸(zheng)汽兩部分組成，由質量流量控制(zhi)器(qi)控制(zhi)。同時，氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)通(tong)過(guo)另一個分支(zhi)進(jin)入氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)混合室稀(xi)釋高濃(nong)度丙(bing)酮蒸(zheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)，以調節(jie)丙(bing)酮蒸(zheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)的濃(nong)度。氣(qi)(qi)(qi)(qi)態混合物隨后在25歲℃在恒溫(wen)和(he)大氣(qi)(qi)(qi)(qi)壓(ya)下引導(dao)活性炭。通(tong)過(guo)氣(qi)(qi)(qi)(qi)相色譜儀在線監測氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)經(jing)過(guo)活性炭的輸(shu)出濃(nong)度。

　　等溫吸附裝置用于丙酮吸附。

　　丙酮吸附研究

　　丙(bing)酮吸附的(de)典型(xing)結果如圖4所(suo)示(shi)a它顯示(shi)了穿透曲(qu)線。考慮(lv)到(dao)絕對濃度的(de)多樣性，然后通(tong)過從丙(bing)酮穿透曲(qu)線計算的(de)區域的(de)值積分(fen)來標準化濃度。值得(de)注意的(de)是(shi)，在所(suo)有吸附試驗中(zhong)，出口丙(bing)酮濃度為零(ling)，表明丙(bing)酮在穿透前已(yi)完全去除(chu)。每個試驗中(zhong)使用的(de)樣品量為0.2g。

　　(a)突破(po)曲線(xian)和(b)丙(bing)酮在純氧化鎂(mei)和改性活(huo)性炭上具(ju)有不同氧化鎂(mei)含(han)量(liang)的吸附(fu)等(deng)溫線(xian)。

　　如圖4a六種滲透曲線(xian)的(de)(de)(de)發展(zhan)趨勢在(zai)一(yi)(yi)定(ding)溫度(du)(du)下(25℃)和(he)濃(nong)度(du)(du)(85.21m3 g-1)下面是一(yi)(yi)致(zhi)的(de)(de)(de)。具體來說，曲線(xian)開始非常溫和(he)，一(yi)(yi)旦突破，濃(nong)度(du)(du)就會急劇增加。隨著時(shi)(shi)間(jian)的(de)(de)(de)推移，觀察到濃(nong)度(du)(du)逐漸穩定(ding)。所有樣(yang)品(pin)中，改性(xing)活性(xing)炭氧化鎂含(han)(han)量10%的(de)(de)(de)樣(yang)品(pin)吸附容量排名(ming)**。穿透時(shi)(shi)間(jian)定(ding)義為(wei)出(chu)口(kou)濃(nong)度(du)(du)為(wei)入口(kou)濃(nong)度(du)(du)的(de)(de)(de)10%。每個樣(yang)品(pin)的(de)(de)(de)穿透時(shi)(shi)間(jian)也不同，丙酮在(zai)改性(xing)活性(xing)炭氧化鎂含(han)(han)量10%中的(de)(de)(de)穿透時(shi)(shi)間(jian)*長，表(biao)明其優異的(de)(de)(de)丙酮捕獲(huo)能力。

　　總之，通過(guo)蒸發誘導的(de)(de)(de)自組裝(zhuang)過(guo)程和隨后的(de)(de)(de)熱(re)解處理(li)相結合，開(kai)發了一種簡單可(ke)控(kong)的(de)(de)(de)方法(fa)，以乙酸(suan)鎂為(wei)鎂源，制備了氧化(hua)鎂納米復合材(cai)料(liao)改(gai)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭。改(gai)性(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭氧化(hua)鎂含(han)量(liang)(liang)10%的(de)(de)(de)復合材(cai)料(liao)具(ju)有(you)明(ming)(ming)顯的(de)(de)(de)丙酮捕獲(huo)能力。值得注意(yi)的(de)(de)(de)是，增加氧化(hua)鎂含(han)量(liang)(liang)會大(da)大(da)增強丙酮在活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭上的(de)(de)(de)化(hua)學吸附，但也會減少(shao)物理(li)吸附。量(liang)(liang)子(zi)化(hua)學計算表明(ming)(ming)，改(gai)性(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)電(dian)子(zi)性(xing)(xing)(xing)質(zhi)是丙酮吸附能力高的(de)(de)(de)原因，其相互作用屬于化(hua)學吸附。這種簡單的(de)(de)(de)合成使(shi)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭能夠(gou)更好地吸收丙酮。