活性炭(tan)改(gai)性后(hou)吸(xi)附丙酮

　　活性炭改(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)后吸附丙酮(tong)，活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)用氧(yang)化(hua)鎂(mei)改(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)后吸附丙酮(tong)。本研究采用X射(she)線衍射(she)、掃描(miao)電子顯微鏡(jing)、透射(she)電子顯微鏡(jing)、氮(dan)吸附等溫度測量(liang)來(lai)表示五種改(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)復合材料的(de)結構和(he)化(hua)學特性(xing)(xing)(xing)(xing)。結果表明，由于氧(yang)化(hua)鎂(mei)納(na)米(mi)粒子與(yu)丙酮(tong)分(fen)子之間的(de)強化(hua)學吸附，改(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)能有效(xiao)提高丙酮(tong)的(de)吸附能力。

　　空氣(qi)污染(ran)的(de)主(zhu)要原因(yin)有很多，主(zhu)要是揮(hui)發性(xing)有機化(hua)(hua)合物(wu)，即使(shi)在(zai)很低的(de)濃(nong)度下(xia)也能清晰(xi)地聞(wen)到氣(qi)味，并具有一定的(de)致(zhi)癌性(xing)。目(mu)前，有幾(ji)種(zhong)減少空氣(qi)污染(ran)的(de)方法(fa)，包括(kuo)冷凝(ning)、蒸餾、生物(wu)處理、催化(hua)(hua)氧化(hua)(hua)和活性(xing)炭吸附。

　　丙酮(tong)是一(yi)種揮(hui)發(fa)性(xing)有(you)(you)機化(hua)合物，使用(yong)活(huo)性(xing)炭物理吸(xi)附不(bu)一(yi)定能(neng)很好地(di)去(qu)除(chu)丙酮(tong)，因此化(hua)學吸(xi)附也是一(yi)種完美的方法。有(you)(you)數據(ju)表明，一(yi)些金屬氧(yang)化(hua)物材(cai)料對(dui)丙酮(tong)具有(you)(you)良好的吸(xi)附能(neng)力(li)(li)。例如，氧(yang)化(hua)鎂是一(yi)種堿土金屬氧(yang)化(hua)物，在室溫下能(neng)很好地(di)吸(xi)附丙酮(tong)。然而，氧(yang)化(hua)鎂的吸(xi)附能(neng)力(li)(li)有(you)(you)限，不(bu)能(neng)大面(mian)積改善空氣環(huan)境。因此，我們使用(yong)活(huo)性(xing)炭和氧(yang)化(hua)鎂來(lai)協調吸(xi)附能(neng)力(li)(li)和吸(xi)附能(neng)力(li)(li)。

　　改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)不(bu)同(tong)氧化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)含(han)(han)量(liang)(liang)的圖(tu)像(xiang)：(a)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)，(b)氧化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)含(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)(wei)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)的5%，(c)氧化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)含(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)(wei)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)10%，(d)氧化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)含(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)(wei)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)20%，(e)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)中(zhong)氧化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)含(han)(han)量(liang)(liang)30%(f)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)中(zhong)氧化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)含(han)(han)量(liang)(liang)放(fang)大10%SEM圖(tu)像(xiang)。

　　形態學分析

　　改(gai)性活(huo)性炭(tan)(tan)表(biao)面(mian)(mian)物(wu)理形態(tai)采用(yong)掃描電子(zi)顯微鏡技(ji)術(shu)觀察。顯微照片如圖(tu)1所示(shi)。活(huo)性炭(tan)(tan)(見(jian)圖(tu)1a)，未改(gai)性活(huo)性炭(tan)(tan)樣品表(biao)面(mian)(mian)無缺陷或裂縫。然而，觀察合成改(gai)性活(huo)性炭(tan)(tan)(見(jian)圖(tu)3b-e由于高(gao)溫活(huo)化，塌(ta)陷成小塊，形成大(da)量(liang)通孔。此外，隨著(zhu)(zhu)浸漬濃度(du)的(de)增(zeng)加(jia)(jia)，活(huo)性炭(tan)(tan)表(biao)面(mian)(mian)支撐(cheng)著(zhu)(zhu)越來越多(duo)的(de)氧(yang)化鎂(mei)(mei)顆粒。隨著(zhu)(zhu)氧(yang)化鎂(mei)(mei)量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)(jia)，活(huo)性炭(tan)(tan)表(biao)面(mian)(mian)變得粗糙。參考圖(tu)3f中(zhong)放大(da)的(de)SEM復合材料(liao)表(biao)面(mian)(mian)的(de)氧(yang)化鎂(mei)(mei)顆粒呈無序(xu)的(de)小球形結(jie)構，并(bing)相互(hu)重(zhong)疊(die)產(chan)生葡萄形狀(zhuang)。這一事(shi)實意味著(zhu)(zhu)隨著(zhu)(zhu)煅燒溫度(du)的(de)升(sheng)高(gao)，由于高(gao)煅燒溫度(du)下顆粒聚集，顆粒尺寸增(zeng)加(jia)(jia)。

　　為了進一(yi)步(bu)揭示(shi)改性活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)的(de)微(wei)微(wei)觀結構TEM，選擇區(qu)域電子衍射(SAED)能量(liang)色散(san)譜(EDS)測量(liang)。由于(yu)所(suo)有樣品形式相似，活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)中氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含(han)量(liang)10%的(de)樣品被選為典型例(li)子。TEM圖(tu)像(xiang)顯(xian)(xian)示(shi)樣品由許(xu)多小氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)納米晶體和碳基質(zhi)組成。顯(xian)(xian)示(shi)改性活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)HR-TEM圖(tu)像(xiang)。層間距為2.氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)晶格條(tiao)紋(wen)歸因(yin)于(yu)立(li)方氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)晶格面(200)。相應樣品的(de)SAED圖(tu)案(圖(tu)2b插圖(tu))顯(xian)(xian)示(shi)明(ming)亮的(de)圓環，顯(xian)(xian)示(shi)所(suo)選區(qu)域氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)的(de)多晶性能。分配給氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)的(de)衍射同心環(111)、(200)、(220)和(2222)明(ming)顯(xian)(xian)，結果與從XRD氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)平面數據一(yi)致。如圖(tu)2c-e所(suo)示(shi)，EDS映射結果表(biao)明(ming)，鎂(mei)(mei)(mei)和氧(yang)元素均勻分布在活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)表(biao)面，而不是明(ming)顯(xian)(xian)聚集(ji)。

　　(a)TEM和(b)改性(xing)活(huo)性(xing)炭氧化鎂(mei)含量10%樣品HR-TEM圖(tu)像，(b)插圖(tu)是相應的SAED圖(tu)案。(c-e)改性(xing)活(huo)性(xing)炭氧化鎂(mei)含量10%的樣品，鎂(mei)和氧EDS映射(she)元素。

　　活(huo)性炭丙酮吸附試(shi)驗

　　如圖3所示。丙酮突破(po)試驗在(zai)裝有水套的(de)玻璃管柱中進行，以保持25℃恒溫。氮氣(qi)(qi)系統(tong)由(you)丙酮氣(qi)(qi)體發(fa)生器(qi)獲得的(de)高濃(nong)度(du)蒸(zheng)汽兩部分組成，由(you)質(zhi)量流量控制器(qi)控制。同時，氮氣(qi)(qi)通過另一(yi)個分支進入氣(qi)(qi)體混(hun)合室稀釋高濃(nong)度(du)丙酮蒸(zheng)氣(qi)(qi)，以調節(jie)丙酮蒸(zheng)氣(qi)(qi)的(de)濃(nong)度(du)。氣(qi)(qi)態混(hun)合物(wu)隨后在(zai)25歲℃在(zai)恒溫和大(da)氣(qi)(qi)壓下引(yin)導活(huo)性(xing)炭(tan)。通過氣(qi)(qi)相色譜儀在(zai)線(xian)監測氣(qi)(qi)體經(jing)過活(huo)性(xing)炭(tan)的(de)輸出濃(nong)度(du)。

　　等溫吸附裝(zhuang)置用(yong)于(yu)丙酮吸附。

　　丙酮吸附研究

　　丙酮吸附(fu)的典(dian)型(xing)結(jie)果(guo)如圖4所示(shi)a它顯示(shi)了穿透曲(qu)線。考慮到絕(jue)對濃(nong)度的多樣性，然后通(tong)過從丙酮穿透曲(qu)線計算的區域的值(zhi)積(ji)分來(lai)標準化濃(nong)度。值(zhi)得注意的是，在所有吸附(fu)試驗中，出(chu)口丙酮濃(nong)度為(wei)零(ling)，表(biao)明丙酮在穿透前(qian)已完全去除。每個試驗中使用的樣品(pin)量為(wei)0.2g。

　　(a)突破曲線和(b)丙酮(tong)在純(chun)氧化(hua)鎂和改(gai)性(xing)活性(xing)炭上具有不同氧化(hua)鎂含(han)量的吸附等溫線。

　　如(ru)圖4a六種滲透(tou)曲(qu)線的(de)發展趨勢在一(yi)定(ding)溫度(du)下(xia)(xia)(25℃)和濃(nong)度(du)(85.21m3 g-1)下(xia)(xia)面(mian)是(shi)一(yi)致的(de)。具體來說，曲(qu)線開始非常(chang)溫和，一(yi)旦突破，濃(nong)度(du)就會急劇增加。隨著(zhu)時間(jian)的(de)推移，觀察到濃(nong)度(du)逐漸穩定(ding)。所有樣品(pin)中，改性(xing)活(huo)性(xing)炭氧化(hua)(hua)鎂(mei)含量10%的(de)樣品(pin)吸附容量排名**。穿(chuan)透(tou)時間(jian)定(ding)義為(wei)出口濃(nong)度(du)為(wei)入口濃(nong)度(du)的(de)10%。每個樣品(pin)的(de)穿(chuan)透(tou)時間(jian)也不同(tong)，丙酮在改性(xing)活(huo)性(xing)炭氧化(hua)(hua)鎂(mei)含量10%中的(de)穿(chuan)透(tou)時間(jian)*長(chang)，表(biao)明其優異的(de)丙酮捕獲能力。

　　總(zong)之(zhi)，通(tong)過蒸發誘導(dao)的自組裝過程和隨后的熱(re)解處理相結合，開發了(le)一種簡單可控的方法(fa)，以乙(yi)酸鎂(mei)為(wei)鎂(mei)源，制(zhi)備了(le)氧化(hua)(hua)鎂(mei)納米復合材料改性(xing)(xing)的活性(xing)(xing)炭(tan)。改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)氧化(hua)(hua)鎂(mei)含量(liang)10%的復合材料具有(you)明(ming)顯的丙酮(tong)捕(bu)獲能力。值得注意的是，增(zeng)加氧化(hua)(hua)鎂(mei)含量(liang)會大大增(zeng)強(qiang)丙酮(tong)在活性(xing)(xing)炭(tan)上(shang)的化(hua)(hua)學(xue)吸(xi)(xi)附(fu)，但也會減少物理吸(xi)(xi)附(fu)。量(liang)子化(hua)(hua)學(xue)計算表明(ming)，改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)的電子性(xing)(xing)質(zhi)是丙酮(tong)吸(xi)(xi)附(fu)能力高的原因，其(qi)相互作用屬于化(hua)(hua)學(xue)吸(xi)(xi)附(fu)。這種簡單的合成使(shi)活性(xing)(xing)炭(tan)能夠更好地吸(xi)(xi)收丙酮(tong)。