活性炭改性后(hou)吸附丙(bing)酮

　　活性炭改性(xing)后吸附丙(bing)(bing)酮，活(huo)性(xing)炭用(yong)(yong)氧化鎂(mei)改性(xing)后吸附丙(bing)(bing)酮。本研究采用(yong)(yong)X射線衍射、掃描電(dian)子顯微(wei)鏡、透射電(dian)子顯微(wei)鏡、氮吸附等溫(wen)度(du)測量來表示(shi)五種(zhong)改性(xing)活(huo)性(xing)炭復合材料(liao)的結(jie)構和化學特性(xing)。結(jie)果(guo)表明，由于氧化鎂(mei)納米粒子與(yu)丙(bing)(bing)酮分子之間(jian)的強化學吸附，改性(xing)活(huo)性(xing)炭能(neng)(neng)有效提高丙(bing)(bing)酮的吸附能(neng)(neng)力。

　　空氣污(wu)(wu)染(ran)的(de)(de)主要原因(yin)有(you)(you)很多，主要是揮發性(xing)有(you)(you)機化合物，即使在很低(di)的(de)(de)濃(nong)度下(xia)也能(neng)清晰地聞到氣味，并具有(you)(you)一(yi)定的(de)(de)致癌(ai)性(xing)。目前，有(you)(you)幾種減少空氣污(wu)(wu)染(ran)的(de)(de)方法，包括冷凝、蒸餾、生物處理、催化氧化和活(huo)性(xing)炭吸附。

　　丙酮是(shi)一(yi)種(zhong)揮發性(xing)有機化(hua)(hua)合物(wu)，使(shi)用(yong)活性(xing)炭物(wu)理(li)吸(xi)(xi)(xi)附不一(yi)定能(neng)很好地去除(chu)丙酮，因(yin)此化(hua)(hua)學(xue)吸(xi)(xi)(xi)附也是(shi)一(yi)種(zhong)完美的方法。有數據表明，一(yi)些金屬氧化(hua)(hua)物(wu)材料對丙酮具有良(liang)好的吸(xi)(xi)(xi)附能(neng)力(li)(li)(li)。例如，氧化(hua)(hua)鎂是(shi)一(yi)種(zhong)堿土金屬氧化(hua)(hua)物(wu)，在室溫下能(neng)很好地吸(xi)(xi)(xi)附丙酮。然而，氧化(hua)(hua)鎂的吸(xi)(xi)(xi)附能(neng)力(li)(li)(li)有限，不能(neng)大面積(ji)改善(shan)空氣環境。因(yin)此，我們(men)使(shi)用(yong)活性(xing)炭和氧化(hua)(hua)鎂來(lai)協調(diao)吸(xi)(xi)(xi)附能(neng)力(li)(li)(li)和吸(xi)(xi)(xi)附能(neng)力(li)(li)(li)。

　　改性活(huo)性炭不同氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)含量(liang)的圖像(xiang)：(a)活(huo)性炭，(b)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)含量(liang)為(wei)活(huo)性炭的5%，(c)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)含量(liang)為(wei)活(huo)性炭10%，(d)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)含量(liang)為(wei)活(huo)性炭20%，(e)活(huo)性炭中氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)含量(liang)30%(f)活(huo)性炭中氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)含量(liang)放大10%SEM圖像(xiang)。

　　形態學分析

　　改(gai)性(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)表(biao)面(mian)物(wu)理形態(tai)采用掃描電子顯(xian)微鏡技(ji)術觀察(cha)。顯(xian)微照(zhao)片如(ru)圖(tu)1所示。活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)(見圖(tu)1a)，未改(gai)性(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)樣品表(biao)面(mian)無缺陷(xian)或裂縫。然(ran)而，觀察(cha)合成(cheng)(cheng)改(gai)性(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)(見圖(tu)3b-e由于(yu)高溫活(huo)(huo)化，塌(ta)陷(xian)成(cheng)(cheng)小塊(kuai)，形成(cheng)(cheng)大量通孔。此外，隨著(zhu)浸漬(zi)濃度的增(zeng)加，活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)表(biao)面(mian)支(zhi)撐(cheng)著(zhu)越來越多(duo)的氧化鎂顆(ke)粒(li)。隨著(zhu)氧化鎂量的增(zeng)加，活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)表(biao)面(mian)變得粗糙。參考(kao)圖(tu)3f中放大的SEM復合材料(liao)表(biao)面(mian)的氧化鎂顆(ke)粒(li)呈無序(xu)的小球形結構(gou)，并相互(hu)重疊產生葡(pu)萄形狀。這一事實意(yi)味著(zhu)隨著(zhu)煅燒溫度的升(sheng)高，由于(yu)高煅燒溫度下(xia)顆(ke)粒(li)聚集，顆(ke)粒(li)尺寸增(zeng)加。

　　為(wei)(wei)了(le)進一步(bu)揭示(shi)改性活(huo)(huo)性炭的(de)(de)(de)微(wei)微(wei)觀結(jie)構TEM，選擇區(qu)域電(dian)子衍射(she)(SAED)能(neng)量色(se)散譜(EDS)測(ce)量。由(you)于(yu)所有樣(yang)品形式(shi)相似，活(huo)(huo)性炭中(zhong)氧(yang)(yang)化鎂(mei)(mei)含量10%的(de)(de)(de)樣(yang)品被選為(wei)(wei)典型例子。TEM圖(tu)像顯示(shi)樣(yang)品由(you)許(xu)多小氧(yang)(yang)化鎂(mei)(mei)納米晶(jing)體和(he)碳基(ji)質組(zu)成。顯示(shi)改性活(huo)(huo)性炭HR-TEM圖(tu)像。層間距為(wei)(wei)2.氧(yang)(yang)化鎂(mei)(mei)晶(jing)格條紋歸因于(yu)立方氧(yang)(yang)化鎂(mei)(mei)晶(jing)格面(mian)(200)。相應樣(yang)品的(de)(de)(de)SAED圖(tu)案(圖(tu)2b插圖(tu))顯示(shi)明(ming)亮的(de)(de)(de)圓環，顯示(shi)所選區(qu)域氧(yang)(yang)化鎂(mei)(mei)的(de)(de)(de)多晶(jing)性能(neng)。分配給(gei)氧(yang)(yang)化鎂(mei)(mei)的(de)(de)(de)衍射(she)同心環(111)、(200)、(220)和(he)(2222)明(ming)顯，結(jie)果與從XRD氧(yang)(yang)化鎂(mei)(mei)平面(mian)數據一致。如圖(tu)2c-e所示(shi)，EDS映射(she)結(jie)果表明(ming)，鎂(mei)(mei)和(he)氧(yang)(yang)元素(su)均勻(yun)分布在(zai)活(huo)(huo)性炭表面(mian)，而(er)不是明(ming)顯聚集。

　　(a)TEM和(b)改(gai)性(xing)活性(xing)炭氧(yang)化鎂(mei)含量(liang)10%樣品(pin)HR-TEM圖像，(b)插圖是相應的SAED圖案。(c-e)改(gai)性(xing)活性(xing)炭氧(yang)化鎂(mei)含量(liang)10%的樣品(pin)，鎂(mei)和氧(yang)EDS映射元素。

　　活性(xing)炭丙酮吸附(fu)試驗

　　如圖3所(suo)示。丙酮突(tu)破(po)試驗在(zai)(zai)裝有水套的玻璃(li)管柱(zhu)中進行，以保持25℃恒(heng)溫(wen)(wen)。氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)系統由丙酮氣(qi)(qi)(qi)(qi)體發(fa)生器獲得的高濃度(du)蒸汽兩部分(fen)(fen)組成，由質量(liang)流量(liang)控制器控制。同時，氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)通過(guo)另一(yi)個分(fen)(fen)支進入氣(qi)(qi)(qi)(qi)體混合(he)室(shi)稀釋高濃度(du)丙酮蒸氣(qi)(qi)(qi)(qi)，以調(diao)節丙酮蒸氣(qi)(qi)(qi)(qi)的濃度(du)。氣(qi)(qi)(qi)(qi)態混合(he)物隨后在(zai)(zai)25歲℃在(zai)(zai)恒(heng)溫(wen)(wen)和大氣(qi)(qi)(qi)(qi)壓下(xia)引導(dao)活性炭。通過(guo)氣(qi)(qi)(qi)(qi)相色譜儀在(zai)(zai)線監(jian)測氣(qi)(qi)(qi)(qi)體經過(guo)活性炭的輸出濃度(du)。

　　等溫吸附裝置用(yong)于丙(bing)酮(tong)吸附。

　　丙酮吸附研究

　　丙(bing)酮吸(xi)附的(de)典型結果如圖4所示(shi)a它顯(xian)示(shi)了穿透(tou)曲線。考慮到(dao)絕對(dui)濃(nong)度的(de)多樣(yang)性(xing)，然后通過(guo)從(cong)丙(bing)酮穿透(tou)曲線計算的(de)區域的(de)值積分來(lai)標準(zhun)化濃(nong)度。值得(de)注意的(de)是，在(zai)所有吸(xi)附試驗中(zhong)，出口丙(bing)酮濃(nong)度為零，表明丙(bing)酮在(zai)穿透(tou)前已(yi)完全(quan)去除。每個(ge)試驗中(zhong)使用的(de)樣(yang)品量(liang)為0.2g。

　　(a)突破曲線(xian)和(he)(b)丙酮(tong)在純氧化鎂和(he)改性活性炭上(shang)具有不同氧化鎂含量的吸附等溫線(xian)。

　　如圖(tu)4a六種(zhong)滲透(tou)曲線(xian)(xian)的(de)(de)(de)發展(zhan)趨勢(shi)在(zai)一(yi)定溫(wen)度(du)下(25℃)和濃(nong)(nong)(nong)度(du)(85.21m3 g-1)下面是一(yi)致的(de)(de)(de)。具體(ti)來(lai)說，曲線(xian)(xian)開始非常溫(wen)和，一(yi)旦突破(po)，濃(nong)(nong)(nong)度(du)就會急劇增加。隨著時(shi)(shi)間的(de)(de)(de)推(tui)移(yi)，觀察到濃(nong)(nong)(nong)度(du)逐(zhu)漸穩定。所(suo)有樣(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)中，改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭氧(yang)化鎂含量(liang)10%的(de)(de)(de)樣(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)吸附(fu)容量(liang)排名**。穿透(tou)時(shi)(shi)間定義(yi)為出口濃(nong)(nong)(nong)度(du)為入口濃(nong)(nong)(nong)度(du)的(de)(de)(de)10%。每個樣(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)的(de)(de)(de)穿透(tou)時(shi)(shi)間也不同，丙酮(tong)在(zai)改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭氧(yang)化鎂含量(liang)10%中的(de)(de)(de)穿透(tou)時(shi)(shi)間*長，表明其優異的(de)(de)(de)丙酮(tong)捕獲能力。

　　總(zong)之，通過(guo)蒸發誘(you)導的(de)(de)自組(zu)裝過(guo)程和隨后(hou)的(de)(de)熱解處理相(xiang)結合(he)(he)，開發了(le)一種簡單(dan)可控的(de)(de)方法，以乙酸鎂(mei)為(wei)鎂(mei)源，制(zhi)備了(le)氧化(hua)(hua)鎂(mei)納米(mi)復合(he)(he)材料(liao)改性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭。改性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭氧化(hua)(hua)鎂(mei)含(han)量(liang)10%的(de)(de)復合(he)(he)材料(liao)具有(you)明(ming)顯的(de)(de)丙(bing)酮(tong)(tong)捕獲能(neng)(neng)力。值得注意的(de)(de)是(shi)，增加氧化(hua)(hua)鎂(mei)含(han)量(liang)會大大增強丙(bing)酮(tong)(tong)在活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭上的(de)(de)化(hua)(hua)學(xue)(xue)吸(xi)(xi)附(fu)，但也會減(jian)少物理吸(xi)(xi)附(fu)。量(liang)子化(hua)(hua)學(xue)(xue)計(ji)算表明(ming)，改性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭的(de)(de)電子性(xing)(xing)(xing)(xing)質是(shi)丙(bing)酮(tong)(tong)吸(xi)(xi)附(fu)能(neng)(neng)力高的(de)(de)原因(yin)，其相(xiang)互作用屬于化(hua)(hua)學(xue)(xue)吸(xi)(xi)附(fu)。這種簡單(dan)的(de)(de)合(he)(he)成使活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭能(neng)(neng)夠更好地吸(xi)(xi)收丙(bing)酮(tong)(tong)。