活性(xing)炭(tan)改性(xing)后吸附丙酮

　　活性炭改(gai)性(xing)后吸(xi)(xi)附(fu)丙酮，活(huo)性(xing)炭用氧化(hua)(hua)鎂改(gai)性(xing)后吸(xi)(xi)附(fu)丙酮。本研究采用X射(she)線衍射(she)、掃描電(dian)子顯微鏡、透(tou)射(she)電(dian)子顯微鏡、氮吸(xi)(xi)附(fu)等溫(wen)度測量來表(biao)示五種(zhong)改(gai)性(xing)活(huo)性(xing)炭復合(he)材料的(de)結(jie)構和(he)化(hua)(hua)學特性(xing)。結(jie)果(guo)表(biao)明，由于氧化(hua)(hua)鎂納米粒(li)子與(yu)丙酮分(fen)子之間的(de)強化(hua)(hua)學吸(xi)(xi)附(fu)，改(gai)性(xing)活(huo)性(xing)炭能有效(xiao)提(ti)高丙酮的(de)吸(xi)(xi)附(fu)能力。

　　空(kong)氣污(wu)染(ran)的(de)主要原(yuan)因有(you)很多，主要是揮發性有(you)機化(hua)合物(wu)，即使在(zai)很低的(de)濃度下也能清(qing)晰(xi)地聞到氣味，并具(ju)有(you)一定的(de)致(zhi)癌性。目前，有(you)幾種減(jian)少空(kong)氣污(wu)染(ran)的(de)方法(fa)，包括(kuo)冷凝、蒸餾、生物(wu)處(chu)理、催化(hua)氧化(hua)和活性炭吸附(fu)。

　　丙酮是(shi)一種(zhong)揮(hui)發性有機化(hua)(hua)合物(wu)(wu)，使(shi)用活(huo)性炭(tan)物(wu)(wu)理吸(xi)附不一定能(neng)很好(hao)地(di)去除丙酮，因此(ci)化(hua)(hua)學吸(xi)附也(ye)是(shi)一種(zhong)完美的(de)方(fang)法。有數據表明，一些金屬氧(yang)化(hua)(hua)物(wu)(wu)材料對丙酮具有良好(hao)的(de)吸(xi)附能(neng)力(li)。例(li)如(ru)，氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)是(shi)一種(zhong)堿土金屬氧(yang)化(hua)(hua)物(wu)(wu)，在室溫下能(neng)很好(hao)地(di)吸(xi)附丙酮。然而，氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)的(de)吸(xi)附能(neng)力(li)有限(xian)，不能(neng)大面積(ji)改善空氣環(huan)境(jing)。因此(ci)，我們使(shi)用活(huo)性炭(tan)和氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)來協(xie)調吸(xi)附能(neng)力(li)和吸(xi)附能(neng)力(li)。

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

　　形態學分析

　　改(gai)性(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭表(biao)面(mian)物理形(xing)(xing)態采用掃描電子顯微鏡(jing)技術觀察。顯微照(zhao)片如圖1所示。活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(見圖1a)，未改(gai)性(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭樣(yang)品表(biao)面(mian)無缺陷(xian)或裂(lie)縫(feng)。然而，觀察合成(cheng)改(gai)性(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(見圖3b-e由(you)于(yu)高溫(wen)(wen)活(huo)(huo)(huo)化(hua)，塌陷(xian)成(cheng)小塊，形(xing)(xing)成(cheng)大量通孔(kong)。此外，隨著浸(jin)漬濃(nong)度的(de)增加，活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭表(biao)面(mian)支撐(cheng)著越來越多的(de)氧化(hua)鎂(mei)顆(ke)(ke)粒。隨著氧化(hua)鎂(mei)量的(de)增加，活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭表(biao)面(mian)變得粗(cu)糙。參(can)考圖3f中放大的(de)SEM復合材料表(biao)面(mian)的(de)氧化(hua)鎂(mei)顆(ke)(ke)粒呈無序的(de)小球形(xing)(xing)結構，并相(xiang)互重疊產生(sheng)葡(pu)萄形(xing)(xing)狀。這一事實(shi)意(yi)味著隨著煅燒溫(wen)(wen)度的(de)升高，由(you)于(yu)高煅燒溫(wen)(wen)度下(xia)顆(ke)(ke)粒聚集，顆(ke)(ke)粒尺寸增加。

　　為了進一步揭示(shi)改性(xing)活性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)微微觀結(jie)構TEM，選(xuan)擇區域(yu)電子衍射(SAED)能量(liang)色散譜(EDS)測量(liang)。由于所(suo)有樣品(pin)形式相(xiang)似，活性(xing)炭(tan)(tan)中氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)含量(liang)10%的(de)(de)樣品(pin)被選(xuan)為典型(xing)例子。TEM圖(tu)(tu)像(xiang)顯示(shi)樣品(pin)由許多小氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)納米晶(jing)體和碳基質組成。顯示(shi)改性(xing)活性(xing)炭(tan)(tan)HR-TEM圖(tu)(tu)像(xiang)。層間距(ju)為2.氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)晶(jing)格條紋歸因(yin)于立方氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)晶(jing)格面(200)。相(xiang)應樣品(pin)的(de)(de)SAED圖(tu)(tu)案(圖(tu)(tu)2b插圖(tu)(tu))顯示(shi)明亮的(de)(de)圓環，顯示(shi)所(suo)選(xuan)區域(yu)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)的(de)(de)多晶(jing)性(xing)能。分(fen)配給氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)的(de)(de)衍射同心(xin)環(111)、(200)、(220)和(2222)明顯，結(jie)果(guo)與從XRD氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)平面數據(ju)一致。如(ru)圖(tu)(tu)2c-e所(suo)示(shi)，EDS映(ying)射結(jie)果(guo)表(biao)明，鎂(mei)和氧(yang)元素(su)均勻(yun)分(fen)布(bu)在活性(xing)炭(tan)(tan)表(biao)面，而(er)不是(shi)明顯聚集。

　　(a)TEM和(b)改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)氧化鎂(mei)(mei)含量(liang)(liang)10%樣品(pin)HR-TEM圖像，(b)插(cha)圖是相應的(de)SAED圖案。(c-e)改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)氧化鎂(mei)(mei)含量(liang)(liang)10%的(de)樣品(pin)，鎂(mei)(mei)和氧EDS映射元素。

　　活(huo)性炭丙酮吸附試驗

　　如(ru)圖3所示(shi)。丙酮突破試驗(yan)在(zai)裝有水(shui)套的玻(bo)璃管(guan)柱中進行，以保持25℃恒溫(wen)。氮(dan)氣系統由(you)(you)丙酮氣體發生器(qi)獲得的高濃度(du)(du)蒸(zheng)汽兩部分組成，由(you)(you)質量(liang)(liang)流量(liang)(liang)控制(zhi)器(qi)控制(zhi)。同時，氮(dan)氣通過(guo)另一個分支進入氣體混合室稀(xi)釋高濃度(du)(du)丙酮蒸(zheng)氣，以調節(jie)丙酮蒸(zheng)氣的濃度(du)(du)。氣態混合物隨(sui)后在(zai)25歲℃在(zai)恒溫(wen)和大氣壓下引導活(huo)性炭。通過(guo)氣相(xiang)色譜儀在(zai)線監測(ce)氣體經過(guo)活(huo)性炭的輸出濃度(du)(du)。

　　等溫吸附(fu)裝置(zhi)用于丙酮吸附(fu)。

　　丙酮吸附研究

　　丙(bing)酮(tong)吸附的(de)(de)(de)典(dian)型結果如圖4所示(shi)a它顯示(shi)了穿(chuan)透(tou)曲線。考(kao)慮到(dao)絕(jue)對濃度的(de)(de)(de)多樣(yang)性(xing)，然后通過從丙(bing)酮(tong)穿(chuan)透(tou)曲線計(ji)算的(de)(de)(de)區域的(de)(de)(de)值積分來標準化(hua)濃度。值得注意(yi)的(de)(de)(de)是(shi)，在所有吸附試驗中，出口丙(bing)酮(tong)濃度為零(ling)，表(biao)明丙(bing)酮(tong)在穿(chuan)透(tou)前(qian)已完全去除。每個試驗中使用的(de)(de)(de)樣(yang)品量為0.2g。

　　(a)突破曲線和(b)丙酮(tong)在純氧(yang)化(hua)鎂和改性活性炭上具有不(bu)同氧(yang)化(hua)鎂含量的吸附等溫線。

　　如圖4a六種(zhong)滲透(tou)曲線(xian)的(de)發(fa)展(zhan)趨勢在一定溫(wen)(wen)度下(xia)(25℃)和濃(nong)度(85.21m3 g-1)下(xia)面是一致(zhi)的(de)。具體來說，曲線(xian)開始(shi)非常溫(wen)(wen)和，一旦(dan)突破，濃(nong)度就會急劇(ju)增加。隨著時(shi)間的(de)推移，觀察到濃(nong)度逐漸穩(wen)定。所有樣品中(zhong)，改性活性炭氧化(hua)(hua)鎂含量(liang)10%的(de)樣品吸(xi)附容量(liang)排名**。穿透(tou)時(shi)間定義為出口濃(nong)度為入口濃(nong)度的(de)10%。每個樣品的(de)穿透(tou)時(shi)間也不同，丙(bing)酮(tong)在改性活性炭氧化(hua)(hua)鎂含量(liang)10%中(zhong)的(de)穿透(tou)時(shi)間*長，表明其優(you)異的(de)丙(bing)酮(tong)捕獲能力。

　　總之，通(tong)過蒸發誘導的(de)(de)自(zi)組裝過程和(he)隨后(hou)的(de)(de)熱解處理相(xiang)結合(he)(he)(he)(he)，開發了一種(zhong)簡單可控的(de)(de)方法，以乙酸鎂(mei)為(wei)鎂(mei)源，制備了氧化(hua)(hua)(hua)(hua)鎂(mei)納米(mi)復合(he)(he)(he)(he)材料改性(xing)(xing)的(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)。改性(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)鎂(mei)含(han)量10%的(de)(de)復合(he)(he)(he)(he)材料具有明顯的(de)(de)丙酮(tong)捕(bu)獲(huo)能(neng)力(li)。值得注意(yi)的(de)(de)是，增(zeng)加(jia)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)鎂(mei)含(han)量會(hui)大大增(zeng)強丙酮(tong)在(zai)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)上(shang)的(de)(de)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)吸附(fu)，但也會(hui)減少物理吸附(fu)。量子(zi)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)計(ji)算表明，改性(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)電子(zi)性(xing)(xing)質是丙酮(tong)吸附(fu)能(neng)力(li)高的(de)(de)原因，其(qi)相(xiang)互作用屬于(yu)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)吸附(fu)。這種(zhong)簡單的(de)(de)合(he)(he)(he)(he)成使活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)能(neng)夠(gou)更好(hao)地吸收丙酮(tong)。