活(huo)性(xing)炭改(gai)性(xing)后吸附丙酮

　　活性炭改性(xing)后吸附(fu)丙(bing)酮，活性(xing)炭(tan)用(yong)氧化(hua)鎂改性(xing)后吸附(fu)丙(bing)酮。本(ben)研(yan)究采用(yong)X射線衍射、掃描電子(zi)顯微鏡、透(tou)射電子(zi)顯微鏡、氮吸附(fu)等溫(wen)度測量來表(biao)示五種(zhong)改性(xing)活性(xing)炭(tan)復合材料(liao)的結構和化(hua)學特(te)性(xing)。結果表(biao)明(ming)，由于(yu)氧化(hua)鎂納米(mi)粒(li)子(zi)與丙(bing)酮分(fen)子(zi)之間的強化(hua)學吸附(fu)，改性(xing)活性(xing)炭(tan)能(neng)有效提(ti)高丙(bing)酮的吸附(fu)能(neng)力。

　　空(kong)氣(qi)污染(ran)的(de)主要(yao)原因有很多，主要(yao)是揮發性有機(ji)化合物，即(ji)使在很低的(de)濃(nong)度(du)下(xia)也能清晰地(di)聞到(dao)氣(qi)味，并具有一定的(de)致癌性。目前，有幾(ji)種(zhong)減少空(kong)氣(qi)污染(ran)的(de)方法，包括冷凝、蒸餾、生(sheng)物處理、催(cui)化氧化和(he)活性炭吸(xi)附。

　　丙(bing)(bing)酮(tong)(tong)是一(yi)(yi)(yi)種(zhong)揮(hui)發性有(you)機(ji)化(hua)合(he)物，使(shi)用(yong)活性炭物理吸(xi)(xi)(xi)附(fu)不一(yi)(yi)(yi)定能(neng)(neng)(neng)很好地去除丙(bing)(bing)酮(tong)(tong)，因此化(hua)學吸(xi)(xi)(xi)附(fu)也是一(yi)(yi)(yi)種(zhong)完(wan)美(mei)的(de)方法。有(you)數(shu)據表明，一(yi)(yi)(yi)些金屬(shu)氧(yang)(yang)化(hua)物材料對丙(bing)(bing)酮(tong)(tong)具有(you)良好的(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)能(neng)(neng)(neng)力。例如，氧(yang)(yang)化(hua)鎂是一(yi)(yi)(yi)種(zhong)堿土金屬(shu)氧(yang)(yang)化(hua)物，在室溫下能(neng)(neng)(neng)很好地吸(xi)(xi)(xi)附(fu)丙(bing)(bing)酮(tong)(tong)。然而(er)，氧(yang)(yang)化(hua)鎂的(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)能(neng)(neng)(neng)力有(you)限，不能(neng)(neng)(neng)大面積改善空氣環境。因此，我們使(shi)用(yong)活性炭和(he)氧(yang)(yang)化(hua)鎂來協(xie)調(diao)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)能(neng)(neng)(neng)力和(he)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)能(neng)(neng)(neng)力。

　　改性活(huo)(huo)性炭(tan)不同氧化鎂含(han)(han)(han)(han)量(liang)的圖(tu)像(xiang)：(a)活(huo)(huo)性炭(tan)，(b)氧化鎂含(han)(han)(han)(han)量(liang)為活(huo)(huo)性炭(tan)的5%，(c)氧化鎂含(han)(han)(han)(han)量(liang)為活(huo)(huo)性炭(tan)10%，(d)氧化鎂含(han)(han)(han)(han)量(liang)為活(huo)(huo)性炭(tan)20%，(e)活(huo)(huo)性炭(tan)中氧化鎂含(han)(han)(han)(han)量(liang)30%(f)活(huo)(huo)性炭(tan)中氧化鎂含(han)(han)(han)(han)量(liang)放(fang)大10%SEM圖(tu)像(xiang)。

　　形態學分析

　　改性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)表(biao)(biao)面(mian)(mian)物理(li)形(xing)態采用掃描電子顯(xian)微鏡技術(shu)觀(guan)察(cha)。顯(xian)微照片如圖(tu)1所(suo)示(shi)。活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(見圖(tu)1a)，未改性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)樣品表(biao)(biao)面(mian)(mian)無(wu)缺陷或裂縫。然而，觀(guan)察(cha)合(he)成(cheng)(cheng)改性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(見圖(tu)3b-e由于高溫活(huo)(huo)化，塌陷成(cheng)(cheng)小塊，形(xing)成(cheng)(cheng)大(da)量(liang)通(tong)孔。此(ci)外(wai)，隨(sui)著(zhu)(zhu)浸漬濃度(du)的(de)(de)增(zeng)加，活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)表(biao)(biao)面(mian)(mian)支撐著(zhu)(zhu)越來(lai)越多的(de)(de)氧(yang)化鎂(mei)顆(ke)粒(li)。隨(sui)著(zhu)(zhu)氧(yang)化鎂(mei)量(liang)的(de)(de)增(zeng)加，活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)表(biao)(biao)面(mian)(mian)變得粗(cu)糙。參考圖(tu)3f中放(fang)大(da)的(de)(de)SEM復合(he)材(cai)料表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)氧(yang)化鎂(mei)顆(ke)粒(li)呈(cheng)無(wu)序(xu)的(de)(de)小球形(xing)結(jie)構(gou)，并相(xiang)互重(zhong)疊產生(sheng)葡(pu)萄形(xing)狀。這一(yi)事實意味(wei)著(zhu)(zhu)隨(sui)著(zhu)(zhu)煅燒溫度(du)的(de)(de)升高，由于高煅燒溫度(du)下顆(ke)粒(li)聚集，顆(ke)粒(li)尺寸增(zeng)加。

　　為(wei)了進一(yi)步揭示(shi)改性(xing)活性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)微微觀結構TEM，選擇(ze)區域(yu)電子衍射(she)(SAED)能(neng)量色散譜(EDS)測(ce)量。由(you)于所(suo)(suo)有樣(yang)(yang)品形式(shi)相(xiang)似，活性(xing)炭(tan)(tan)中氧(yang)化(hua)鎂含量10%的(de)(de)樣(yang)(yang)品被(bei)選為(wei)典(dian)型例子。TEM圖(tu)像顯(xian)(xian)示(shi)樣(yang)(yang)品由(you)許多小氧(yang)化(hua)鎂納米晶(jing)(jing)體和碳基質(zhi)組成(cheng)。顯(xian)(xian)示(shi)改性(xing)活性(xing)炭(tan)(tan)HR-TEM圖(tu)像。層間(jian)距(ju)為(wei)2.氧(yang)化(hua)鎂晶(jing)(jing)格條紋歸因于立方氧(yang)化(hua)鎂晶(jing)(jing)格面(200)。相(xiang)應樣(yang)(yang)品的(de)(de)SAED圖(tu)案(圖(tu)2b插圖(tu))顯(xian)(xian)示(shi)明亮的(de)(de)圓環，顯(xian)(xian)示(shi)所(suo)(suo)選區域(yu)氧(yang)化(hua)鎂的(de)(de)多晶(jing)(jing)性(xing)能(neng)。分配給氧(yang)化(hua)鎂的(de)(de)衍射(she)同心環(111)、(200)、(220)和(2222)明顯(xian)(xian)，結果(guo)與(yu)從XRD氧(yang)化(hua)鎂平面數據一(yi)致(zhi)。如(ru)圖(tu)2c-e所(suo)(suo)示(shi)，EDS映射(she)結果(guo)表(biao)明，鎂和氧(yang)元素均勻分布在(zai)活性(xing)炭(tan)(tan)表(biao)面，而不是明顯(xian)(xian)聚集。

　　(a)TEM和(b)改(gai)性(xing)活性(xing)炭氧化鎂含量10%樣品(pin)HR-TEM圖像，(b)插圖是相應(ying)的SAED圖案(an)。(c-e)改(gai)性(xing)活性(xing)炭氧化鎂含量10%的樣品(pin)，鎂和氧EDS映射元素。

　　活性炭丙酮吸附試驗(yan)

　　如圖3所示(shi)。丙(bing)(bing)酮突破試驗在(zai)裝有水(shui)套的(de)玻璃管柱(zhu)中(zhong)進(jin)行(xing)，以(yi)保持25℃恒(heng)溫。氮(dan)氣(qi)(qi)系(xi)統由丙(bing)(bing)酮氣(qi)(qi)體(ti)發生器(qi)獲得的(de)高濃度(du)(du)蒸汽兩部分(fen)組成，由質(zhi)量流量控制器(qi)控制。同時，氮(dan)氣(qi)(qi)通(tong)過(guo)另(ling)一(yi)個分(fen)支進(jin)入氣(qi)(qi)體(ti)混合(he)室稀釋高濃度(du)(du)丙(bing)(bing)酮蒸氣(qi)(qi)，以(yi)調節丙(bing)(bing)酮蒸氣(qi)(qi)的(de)濃度(du)(du)。氣(qi)(qi)態(tai)混合(he)物隨(sui)后(hou)在(zai)25歲℃在(zai)恒(heng)溫和大氣(qi)(qi)壓下引導活(huo)性炭(tan)。通(tong)過(guo)氣(qi)(qi)相色譜儀在(zai)線監(jian)測氣(qi)(qi)體(ti)經過(guo)活(huo)性炭(tan)的(de)輸出濃度(du)(du)。

　　等溫吸附(fu)裝(zhuang)置用于(yu)丙酮吸附(fu)。

　　丙酮吸附研究

　　丙酮(tong)吸(xi)附(fu)的(de)典型結果如圖(tu)4所示a它顯(xian)示了穿透(tou)曲線。考慮到絕對(dui)濃(nong)度(du)的(de)多樣性，然后通(tong)過從丙酮(tong)穿透(tou)曲線計算的(de)區域(yu)的(de)值(zhi)積分來標準化濃(nong)度(du)。值(zhi)得注意的(de)是，在所有吸(xi)附(fu)試(shi)驗中，出口丙酮(tong)濃(nong)度(du)為零，表明丙酮(tong)在穿透(tou)前已完全去除。每個(ge)試(shi)驗中使用的(de)樣品量為0.2g。

　　(a)突破曲(qu)線和(b)丙酮在純氧化(hua)鎂(mei)和改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭上具有(you)不同氧化(hua)鎂(mei)含量(liang)的吸附等溫線。

　　如(ru)圖(tu)4a六種滲透曲(qu)線(xian)的(de)(de)發(fa)展趨勢在一(yi)定溫度(du)(du)(du)下(xia)(25℃)和濃度(du)(du)(du)(85.21m3 g-1)下(xia)面是(shi)一(yi)致的(de)(de)。具體來(lai)說，曲(qu)線(xian)開(kai)始非常溫和，一(yi)旦突破，濃度(du)(du)(du)就會急劇增(zeng)加。隨著時(shi)間的(de)(de)推移，觀察到濃度(du)(du)(du)逐漸(jian)穩定。所有(you)樣品(pin)(pin)中，改(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭氧化鎂含量(liang)10%的(de)(de)樣品(pin)(pin)吸附容量(liang)排名**。穿(chuan)透時(shi)間定義為(wei)出口濃度(du)(du)(du)為(wei)入口濃度(du)(du)(du)的(de)(de)10%。每個樣品(pin)(pin)的(de)(de)穿(chuan)透時(shi)間也不同(tong)，丙酮(tong)在改(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭氧化鎂含量(liang)10%中的(de)(de)穿(chuan)透時(shi)間*長，表明其優異的(de)(de)丙酮(tong)捕獲能力。

　　總之，通(tong)過蒸發(fa)誘導(dao)的(de)(de)(de)自組裝(zhuang)過程和隨(sui)后(hou)的(de)(de)(de)熱解處理(li)相結合，開發(fa)了一種簡(jian)(jian)單可(ke)控的(de)(de)(de)方法，以乙酸鎂(mei)為(wei)鎂(mei)源(yuan)，制備了氧化(hua)(hua)鎂(mei)納米(mi)復(fu)合材料(liao)改性(xing)的(de)(de)(de)活性(xing)炭(tan)(tan)。改性(xing)活性(xing)炭(tan)(tan)氧化(hua)(hua)鎂(mei)含量10%的(de)(de)(de)復(fu)合材料(liao)具有明顯的(de)(de)(de)丙(bing)酮捕獲能力(li)。值得注意(yi)的(de)(de)(de)是，增加氧化(hua)(hua)鎂(mei)含量會大大增強丙(bing)酮在活性(xing)炭(tan)(tan)上(shang)的(de)(de)(de)化(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)吸(xi)附，但(dan)也(ye)會減(jian)少物理(li)吸(xi)附。量子化(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)計(ji)算表明，改性(xing)活性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)電子性(xing)質是丙(bing)酮吸(xi)附能力(li)高的(de)(de)(de)原因，其相互作用屬于化(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)吸(xi)附。這種簡(jian)(jian)單的(de)(de)(de)合成使(shi)活性(xing)炭(tan)(tan)能夠更好地(di)吸(xi)收丙(bing)酮。