活性(xing)炭改性(xing)后吸附丙酮(tong)

　　活性炭改(gai)(gai)性(xing)(xing)后吸(xi)附丙(bing)酮(tong)，活性(xing)(xing)炭(tan)用氧(yang)化(hua)鎂改(gai)(gai)性(xing)(xing)后吸(xi)附丙(bing)酮(tong)。本(ben)研究采(cai)用X射(she)線衍射(she)、掃描電(dian)子(zi)顯(xian)微鏡、透射(she)電(dian)子(zi)顯(xian)微鏡、氮吸(xi)附等溫度測(ce)量(liang)來表示五種改(gai)(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)復合材料的(de)結構和化(hua)學特性(xing)(xing)。結果表明，由于氧(yang)化(hua)鎂納(na)米(mi)粒子(zi)與丙(bing)酮(tong)分子(zi)之(zhi)間的(de)強化(hua)學吸(xi)附，改(gai)(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)能(neng)有效提高(gao)丙(bing)酮(tong)的(de)吸(xi)附能(neng)力。

　　空氣污(wu)染(ran)的主(zhu)要原因有(you)很多，主(zhu)要是揮發性有(you)機化(hua)合物，即使在很低的濃度下也能清(qing)晰地聞到氣味，并具有(you)一定的致癌性。目前，有(you)幾種(zhong)減(jian)少(shao)空氣污(wu)染(ran)的方法，包括冷凝、蒸餾(liu)、生物處理、催(cui)化(hua)氧化(hua)和活性炭吸附(fu)。

　　丙(bing)酮是一(yi)種(zhong)揮發(fa)性(xing)(xing)有(you)機化(hua)合物，使用活性(xing)(xing)炭物理吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)不一(yi)定能(neng)(neng)很好(hao)地(di)去除(chu)丙(bing)酮，因此(ci)化(hua)學吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)也是一(yi)種(zhong)完美的方法。有(you)數據表(biao)明，一(yi)些(xie)金(jin)屬氧(yang)化(hua)物材料對丙(bing)酮具有(you)良(liang)好(hao)的吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)能(neng)(neng)力(li)(li)。例如，氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)是一(yi)種(zhong)堿土金(jin)屬氧(yang)化(hua)物，在室溫(wen)下能(neng)(neng)很好(hao)地(di)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)丙(bing)酮。然而，氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)的吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)能(neng)(neng)力(li)(li)有(you)限，不能(neng)(neng)大面積改善空氣環境。因此(ci)，我們使用活性(xing)(xing)炭和(he)氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)來協調吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)能(neng)(neng)力(li)(li)和(he)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)能(neng)(neng)力(li)(li)。

　　改性活(huo)性炭(tan)(tan)不同氧化鎂(mei)含量(liang)的(de)圖像：(a)活(huo)性炭(tan)(tan)，(b)氧化鎂(mei)含量(liang)為活(huo)性炭(tan)(tan)的(de)5%，(c)氧化鎂(mei)含量(liang)為活(huo)性炭(tan)(tan)10%，(d)氧化鎂(mei)含量(liang)為活(huo)性炭(tan)(tan)20%，(e)活(huo)性炭(tan)(tan)中氧化鎂(mei)含量(liang)30%(f)活(huo)性炭(tan)(tan)中氧化鎂(mei)含量(liang)放大10%SEM圖像。

　　形態學分析

　　改性(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)(mian)物理形(xing)態采用掃描電子顯(xian)微鏡技術觀察。顯(xian)微照片如(ru)圖(tu)1所示。活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(見圖(tu)1a)，未(wei)改性(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)樣品表(biao)面(mian)(mian)無(wu)缺陷(xian)或裂縫。然而，觀察合(he)(he)成改性(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(見圖(tu)3b-e由(you)于(yu)高溫活(huo)(huo)(huo)化(hua)，塌陷(xian)成小(xiao)塊，形(xing)成大(da)量(liang)通孔。此外，隨(sui)(sui)著(zhu)浸(jin)漬濃(nong)度的(de)增(zeng)加(jia)，活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)(mian)支撐著(zhu)越來越多的(de)氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)顆(ke)粒(li)。隨(sui)(sui)著(zhu)氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)，活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)(mian)變(bian)得粗糙。參(can)考圖(tu)3f中放大(da)的(de)SEM復合(he)(he)材料表(biao)面(mian)(mian)的(de)氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)顆(ke)粒(li)呈無(wu)序(xu)的(de)小(xiao)球形(xing)結構，并相互重疊產(chan)生葡萄(tao)形(xing)狀。這一事實(shi)意味著(zhu)隨(sui)(sui)著(zhu)煅燒(shao)溫度的(de)升高，由(you)于(yu)高煅燒(shao)溫度下顆(ke)粒(li)聚(ju)集，顆(ke)粒(li)尺寸增(zeng)加(jia)。

　　為(wei)了進一步揭示改性(xing)(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)微(wei)微(wei)觀結(jie)構(gou)TEM，選擇(ze)區(qu)域(yu)電子衍射(SAED)能(neng)量色散譜(EDS)測量。由(you)于所有(you)樣(yang)品(pin)形式相似，活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)中氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)(mei)(mei)含量10%的(de)樣(yang)品(pin)被選為(wei)典型(xing)例(li)子。TEM圖(tu)(tu)(tu)像顯(xian)示樣(yang)品(pin)由(you)許多(duo)小氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)(mei)(mei)納米晶(jing)(jing)(jing)體和碳基質組成。顯(xian)示改性(xing)(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)HR-TEM圖(tu)(tu)(tu)像。層間距為(wei)2.氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)(mei)(mei)晶(jing)(jing)(jing)格條紋歸因于立方氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)(mei)(mei)晶(jing)(jing)(jing)格面(mian)(200)。相應樣(yang)品(pin)的(de)SAED圖(tu)(tu)(tu)案(圖(tu)(tu)(tu)2b插圖(tu)(tu)(tu))顯(xian)示明(ming)亮(liang)的(de)圓環，顯(xian)示所選區(qu)域(yu)氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)(mei)(mei)的(de)多(duo)晶(jing)(jing)(jing)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)。分(fen)配給(gei)氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)(mei)(mei)的(de)衍射同心環(111)、(200)、(220)和(2222)明(ming)顯(xian)，結(jie)果與從XRD氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)(mei)(mei)平面(mian)數據一致。如圖(tu)(tu)(tu)2c-e所示，EDS映(ying)射結(jie)果表(biao)明(ming)，鎂(mei)(mei)(mei)(mei)(mei)和氧(yang)(yang)元素均勻分(fen)布(bu)在活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)，而不是明(ming)顯(xian)聚集。

　　(a)TEM和(he)(b)改(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)氧化鎂含(han)量10%樣品HR-TEM圖像，(b)插(cha)圖是(shi)相應的SAED圖案。(c-e)改(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)氧化鎂含(han)量10%的樣品，鎂和(he)氧EDS映射元(yuan)素。

　　活性炭丙酮吸附試(shi)驗

　　如圖(tu)3所示(shi)。丙(bing)(bing)酮(tong)突(tu)破試(shi)驗在(zai)裝(zhuang)有水(shui)套的(de)玻(bo)璃管柱(zhu)中進行，以保持25℃恒溫。氮氣(qi)(qi)系統(tong)由丙(bing)(bing)酮(tong)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)發生(sheng)器(qi)獲得的(de)高(gao)濃(nong)度(du)蒸汽兩部(bu)分(fen)組成(cheng)，由質量(liang)流量(liang)控制器(qi)控制。同時(shi)，氮氣(qi)(qi)通過另一(yi)個(ge)分(fen)支進入氣(qi)(qi)體(ti)(ti)混合室稀釋高(gao)濃(nong)度(du)丙(bing)(bing)酮(tong)蒸氣(qi)(qi)，以調節丙(bing)(bing)酮(tong)蒸氣(qi)(qi)的(de)濃(nong)度(du)。氣(qi)(qi)態混合物隨后(hou)在(zai)25歲℃在(zai)恒溫和大氣(qi)(qi)壓下引(yin)導活性(xing)炭。通過氣(qi)(qi)相色(se)譜儀在(zai)線監測(ce)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)經過活性(xing)炭的(de)輸出濃(nong)度(du)。

　　等(deng)溫吸附裝置(zhi)用于丙(bing)酮吸附。

　　丙酮吸附研究

　　丙酮吸(xi)附的(de)典型結果如圖4所示a它顯示了(le)穿(chuan)透曲(qu)線。考慮到絕對濃度(du)(du)的(de)多樣性(xing)，然后通過(guo)從丙酮穿(chuan)透曲(qu)線計算的(de)區域的(de)值(zhi)積分(fen)來(lai)標準化濃度(du)(du)。值(zhi)得注意(yi)的(de)是，在所有吸(xi)附試驗(yan)中(zhong)，出口丙酮濃度(du)(du)為(wei)零，表明丙酮在穿(chuan)透前已完全(quan)去除。每個試驗(yan)中(zhong)使用的(de)樣品量為(wei)0.2g。

　　(a)突破曲線和(b)丙酮在純氧化(hua)鎂(mei)和改性活(huo)性炭上(shang)具有(you)不同氧化(hua)鎂(mei)含量的吸附等溫(wen)線。

　　如圖4a六種滲透曲線(xian)(xian)的(de)發(fa)展趨勢在一(yi)(yi)定溫度(du)(du)下(xia)(25℃)和(he)濃(nong)度(du)(du)(85.21m3 g-1)下(xia)面是(shi)一(yi)(yi)致(zhi)的(de)。具(ju)體來說，曲線(xian)(xian)開始非(fei)常溫和(he)，一(yi)(yi)旦突破，濃(nong)度(du)(du)就會急劇增加(jia)。隨著時(shi)間的(de)推移，觀察到(dao)濃(nong)度(du)(du)逐漸穩(wen)定。所有樣(yang)品中(zhong)，改性(xing)活性(xing)炭(tan)(tan)氧化(hua)鎂含量10%的(de)樣(yang)品吸(xi)附容量排(pai)名**。穿透時(shi)間定義為出(chu)口濃(nong)度(du)(du)為入口濃(nong)度(du)(du)的(de)10%。每個(ge)樣(yang)品的(de)穿透時(shi)間也不(bu)同，丙(bing)酮在改性(xing)活性(xing)炭(tan)(tan)氧化(hua)鎂含量10%中(zhong)的(de)穿透時(shi)間*長，表明其優(you)異的(de)丙(bing)酮捕(bu)獲能(neng)力。

　　總(zong)之，通過蒸發(fa)誘導的(de)(de)(de)自組裝過程(cheng)和隨(sui)后的(de)(de)(de)熱解處理(li)相結(jie)合，開發(fa)了一(yi)種簡單可(ke)控的(de)(de)(de)方法(fa)，以乙(yi)酸鎂(mei)為(wei)鎂(mei)源，制(zhi)備了氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)納米(mi)復合材(cai)料改性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)。改性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)含(han)量(liang)10%的(de)(de)(de)復合材(cai)料具有(you)明顯(xian)的(de)(de)(de)丙酮捕獲能(neng)力。值得注意的(de)(de)(de)是，增(zeng)加氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)含(han)量(liang)會大(da)大(da)增(zeng)強丙酮在活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)上的(de)(de)(de)化(hua)(hua)學吸附(fu)(fu)，但(dan)也會減少物理(li)吸附(fu)(fu)。量(liang)子(zi)化(hua)(hua)學計算表(biao)明，改性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)電子(zi)性(xing)(xing)(xing)(xing)質是丙酮吸附(fu)(fu)能(neng)力高的(de)(de)(de)原因，其相互作用屬于化(hua)(hua)學吸附(fu)(fu)。這種簡單的(de)(de)(de)合成使活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)能(neng)夠更(geng)好地吸收丙酮。