活性(xing)炭改性(xing)后吸附丙酮

　　活性炭改(gai)性(xing)后吸(xi)附丙(bing)酮(tong)，活(huo)(huo)性(xing)炭用(yong)氧化(hua)鎂(mei)改(gai)性(xing)后吸(xi)附丙(bing)酮(tong)。本(ben)研究(jiu)采用(yong)X射(she)線衍射(she)、掃(sao)描電(dian)子顯微鏡(jing)、透射(she)電(dian)子顯微鏡(jing)、氮吸(xi)附等溫度測量來(lai)表(biao)示(shi)五種改(gai)性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭復(fu)合材料的結(jie)構和(he)化(hua)學特性(xing)。結(jie)果表(biao)明，由于氧化(hua)鎂(mei)納米粒子與丙(bing)酮(tong)分(fen)子之(zhi)間的強(qiang)化(hua)學吸(xi)附，改(gai)性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭能有效提高丙(bing)酮(tong)的吸(xi)附能力。

　　空氣污染的主(zhu)(zhu)要原(yuan)因有(you)很多(duo)，主(zhu)(zhu)要是揮發性有(you)機化(hua)合(he)物(wu)，即(ji)使在很低的濃度下也能清晰地聞到氣味，并具有(you)一定的致(zhi)癌性。目前，有(you)幾種減少(shao)空氣污染的方法，包(bao)括冷凝、蒸餾、生物(wu)處理、催化(hua)氧化(hua)和活性炭吸附(fu)。

　　丙(bing)酮(tong)(tong)(tong)是(shi)(shi)一(yi)種揮(hui)發(fa)性有(you)(you)機化(hua)(hua)合物，使用(yong)活性炭(tan)物理吸(xi)附(fu)不(bu)一(yi)定能(neng)很好(hao)(hao)(hao)地去(qu)除丙(bing)酮(tong)(tong)(tong)，因此化(hua)(hua)學(xue)吸(xi)附(fu)也是(shi)(shi)一(yi)種完(wan)美(mei)的(de)方法。有(you)(you)數(shu)據表明，一(yi)些金屬(shu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物材料(liao)對丙(bing)酮(tong)(tong)(tong)具(ju)有(you)(you)良(liang)好(hao)(hao)(hao)的(de)吸(xi)附(fu)能(neng)力(li)。例(li)如，氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂是(shi)(shi)一(yi)種堿(jian)土金屬(shu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物，在(zai)室(shi)溫下能(neng)很好(hao)(hao)(hao)地吸(xi)附(fu)丙(bing)酮(tong)(tong)(tong)。然而，氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂的(de)吸(xi)附(fu)能(neng)力(li)有(you)(you)限，不(bu)能(neng)大面積(ji)改善空氣環境。因此，我們使用(yong)活性炭(tan)和氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂來(lai)協調吸(xi)附(fu)能(neng)力(li)和吸(xi)附(fu)能(neng)力(li)。

　　改(gai)性(xing)活(huo)性(xing)炭不(bu)同氧(yang)(yang)化鎂(mei)(mei)含量(liang)的(de)圖像：(a)活(huo)性(xing)炭，(b)氧(yang)(yang)化鎂(mei)(mei)含量(liang)為活(huo)性(xing)炭的(de)5%，(c)氧(yang)(yang)化鎂(mei)(mei)含量(liang)為活(huo)性(xing)炭10%，(d)氧(yang)(yang)化鎂(mei)(mei)含量(liang)為活(huo)性(xing)炭20%，(e)活(huo)性(xing)炭中氧(yang)(yang)化鎂(mei)(mei)含量(liang)30%(f)活(huo)性(xing)炭中氧(yang)(yang)化鎂(mei)(mei)含量(liang)放大(da)10%SEM圖像。

　　形態學分析

　　改(gai)(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)(mian)物理(li)形(xing)態采(cai)用掃(sao)描電子顯微鏡技(ji)術觀察。顯微照片如圖1所(suo)示。活性(xing)(xing)炭(tan)(見圖1a)，未改(gai)(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)樣品表面(mian)(mian)無缺(que)陷(xian)或裂縫。然而，觀察合成改(gai)(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)(見圖3b-e由于高(gao)溫活化，塌陷(xian)成小塊，形(xing)成大(da)量通(tong)孔。此(ci)外，隨著浸漬濃(nong)度(du)的(de)(de)增加(jia)(jia)，活性(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)(mian)支撐著越(yue)來越(yue)多(duo)的(de)(de)氧化鎂顆粒(li)。隨著氧化鎂量的(de)(de)增加(jia)(jia)，活性(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)(mian)變得粗糙。參考圖3f中放大(da)的(de)(de)SEM復(fu)合材料表面(mian)(mian)的(de)(de)氧化鎂顆粒(li)呈無序的(de)(de)小球形(xing)結構，并相互重疊產生葡(pu)萄(tao)形(xing)狀。這一事實意(yi)味著隨著煅(duan)燒(shao)溫度(du)的(de)(de)升(sheng)高(gao)，由于高(gao)煅(duan)燒(shao)溫度(du)下(xia)顆粒(li)聚集，顆粒(li)尺(chi)寸增加(jia)(jia)。

　　為(wei)了進一步揭示(shi)改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭的(de)微微觀結構TEM，選(xuan)擇區(qu)域電子衍(yan)射(SAED)能(neng)(neng)量(liang)色(se)散(san)譜(EDS)測量(liang)。由(you)于所(suo)有(you)樣品(pin)(pin)形式相似，活性(xing)(xing)炭中氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)含量(liang)10%的(de)樣品(pin)(pin)被選(xuan)為(wei)典(dian)型(xing)例子。TEM圖(tu)像(xiang)顯示(shi)樣品(pin)(pin)由(you)許多(duo)小氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)納米晶(jing)體和(he)(he)碳基質組成。顯示(shi)改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭HR-TEM圖(tu)像(xiang)。層(ceng)間距為(wei)2.氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)晶(jing)格(ge)條紋(wen)歸因于立方氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)晶(jing)格(ge)面(mian)(200)。相應樣品(pin)(pin)的(de)SAED圖(tu)案(圖(tu)2b插圖(tu))顯示(shi)明亮的(de)圓環，顯示(shi)所(suo)選(xuan)區(qu)域氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)的(de)多(duo)晶(jing)性(xing)(xing)能(neng)(neng)。分(fen)配給(gei)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)的(de)衍(yan)射同心環(111)、(200)、(220)和(he)(he)(2222)明顯，結果與從XRD氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)平(ping)面(mian)數據一致。如圖(tu)2c-e所(suo)示(shi)，EDS映(ying)射結果表(biao)明，鎂(mei)(mei)和(he)(he)氧(yang)(yang)元素均勻分(fen)布在(zai)活性(xing)(xing)炭表(biao)面(mian)，而不是明顯聚集。

　　(a)TEM和(b)改性(xing)活性(xing)炭(tan)氧化鎂(mei)含量(liang)10%樣品HR-TEM圖像，(b)插圖是相應的(de)SAED圖案(an)。(c-e)改性(xing)活性(xing)炭(tan)氧化鎂(mei)含量(liang)10%的(de)樣品，鎂(mei)和氧EDS映(ying)射元素。

　　活性炭丙(bing)酮吸附試(shi)驗

　　如圖(tu)3所示。丙(bing)酮突破試(shi)驗在裝有(you)水套的(de)玻璃管柱中進行(xing)，以保持(chi)25℃恒溫。氮氣(qi)(qi)(qi)系統(tong)由丙(bing)酮氣(qi)(qi)(qi)體(ti)發生器獲(huo)得的(de)高(gao)濃度(du)蒸汽兩部(bu)分組成，由質(zhi)量(liang)流量(liang)控制器控制。同時，氮氣(qi)(qi)(qi)通過另一個分支(zhi)進入氣(qi)(qi)(qi)體(ti)混合(he)室稀(xi)釋(shi)高(gao)濃度(du)丙(bing)酮蒸氣(qi)(qi)(qi)，以調節(jie)丙(bing)酮蒸氣(qi)(qi)(qi)的(de)濃度(du)。氣(qi)(qi)(qi)態混合(he)物隨后(hou)在25歲℃在恒溫和大氣(qi)(qi)(qi)壓下引(yin)導活性(xing)炭(tan)。通過氣(qi)(qi)(qi)相色譜儀在線監測氣(qi)(qi)(qi)體(ti)經過活性(xing)炭(tan)的(de)輸出(chu)濃度(du)。

　　等溫(wen)吸(xi)附裝(zhuang)置用于(yu)丙酮吸(xi)附。

　　丙酮吸附研究

　　丙(bing)酮吸附(fu)的(de)典型結果(guo)如圖4所示a它顯示了穿透曲(qu)線。考慮到絕對濃(nong)度(du)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)值積分來(lai)標準(zhun)化濃(nong)度(du)。值得注意的(de)是，在(zai)所有(you)吸附(fu)試驗(yan)中，出口丙(bing)酮濃(nong)度(du)為零(ling)，表(biao)明丙(bing)酮在(zai)穿透前(qian)已完全去除(chu)。每(mei)個試驗(yan)中使用的(de)樣品量為0.2g。

　　(a)突破曲線(xian)和(b)丙酮在(zai)純氧化鎂(mei)和改性(xing)活性(xing)炭上具有不同氧化鎂(mei)含(han)量(liang)的吸附(fu)等(deng)溫線(xian)。

　　如(ru)圖(tu)4a六(liu)種滲透(tou)曲(qu)線(xian)的(de)發展趨勢在一(yi)定溫(wen)度(du)(du)下(25℃)和濃(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(85.21m3 g-1)下面是一(yi)致的(de)。具體來(lai)說，曲(qu)線(xian)開始非常溫(wen)和，一(yi)旦(dan)突破(po)，濃(nong)(nong)(nong)度(du)(du)就會急劇增加。隨著時(shi)(shi)(shi)間的(de)推移，觀(guan)察到濃(nong)(nong)(nong)度(du)(du)逐漸穩定。所(suo)有(you)樣品中(zhong)，改(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭氧化鎂含(han)量(liang)10%的(de)樣品吸附容量(liang)排(pai)名**。穿透(tou)時(shi)(shi)(shi)間定義為出口濃(nong)(nong)(nong)度(du)(du)為入口濃(nong)(nong)(nong)度(du)(du)的(de)10%。每(mei)個樣品的(de)穿透(tou)時(shi)(shi)(shi)間也不(bu)同，丙酮(tong)在改(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭氧化鎂含(han)量(liang)10%中(zhong)的(de)穿透(tou)時(shi)(shi)(shi)間*長，表明其優異的(de)丙酮(tong)捕(bu)獲能力。

　　總(zong)之，通過(guo)蒸(zheng)發誘(you)導的(de)(de)自(zi)組(zu)裝過(guo)程(cheng)和隨后的(de)(de)熱解處理(li)相結合(he)，開發了一種簡單可控的(de)(de)方法，以(yi)乙酸鎂(mei)(mei)(mei)為(wei)鎂(mei)(mei)(mei)源，制備了氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)納米復(fu)(fu)合(he)材(cai)料改性(xing)的(de)(de)活(huo)性(xing)炭。改性(xing)活(huo)性(xing)炭氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含量(liang)10%的(de)(de)復(fu)(fu)合(he)材(cai)料具有(you)明(ming)顯的(de)(de)丙酮(tong)(tong)捕(bu)獲(huo)能(neng)力。值得注(zhu)意(yi)的(de)(de)是(shi)，增加氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含量(liang)會大大增強丙酮(tong)(tong)在活(huo)性(xing)炭上的(de)(de)化(hua)(hua)(hua)學(xue)吸附，但(dan)也(ye)會減(jian)少物理(li)吸附。量(liang)子(zi)化(hua)(hua)(hua)學(xue)計算表(biao)明(ming)，改性(xing)活(huo)性(xing)炭的(de)(de)電(dian)子(zi)性(xing)質(zhi)是(shi)丙酮(tong)(tong)吸附能(neng)力高的(de)(de)原因(yin)，其相互作用屬(shu)于化(hua)(hua)(hua)學(xue)吸附。這(zhe)種簡單的(de)(de)合(he)成使活(huo)性(xing)炭能(neng)夠更(geng)好地吸收丙酮(tong)(tong)。