活性(xing)炭改性(xing)后吸附丙酮

　　活性炭改(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)后(hou)吸附(fu)丙(bing)酮(tong)，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)用氧(yang)化(hua)鎂改(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)后(hou)吸附(fu)丙(bing)酮(tong)。本研究采用X射(she)線(xian)衍射(she)、掃描電子(zi)顯微(wei)鏡、透(tou)射(she)電子(zi)顯微(wei)鏡、氮(dan)吸附(fu)等溫度(du)測量來表示五(wu)種改(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)復合材料的結構和(he)化(hua)學特性(xing)(xing)。結果表明(ming)，由于氧(yang)化(hua)鎂納米(mi)粒子(zi)與丙(bing)酮(tong)分(fen)子(zi)之(zhi)間的強(qiang)化(hua)學吸附(fu)，改(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)能(neng)(neng)有(you)效提高丙(bing)酮(tong)的吸附(fu)能(neng)(neng)力。

　　空氣污染的主要原因有(you)很多，主要是揮發性有(you)機化(hua)合物(wu)，即使在很低的濃(nong)度下(xia)也能清晰地聞(wen)到氣味，并具有(you)一定(ding)的致癌性。目前(qian)，有(you)幾種減少(shao)空氣污染的方法，包括(kuo)冷凝(ning)、蒸餾、生物(wu)處理、催化(hua)氧化(hua)和活性炭吸(xi)附。

　　丙酮是(shi)一(yi)種(zhong)揮發性有機化(hua)合(he)物，使(shi)用活(huo)性炭(tan)物理吸(xi)附(fu)不(bu)一(yi)定(ding)能很(hen)(hen)好地去除丙酮，因此化(hua)學吸(xi)附(fu)也是(shi)一(yi)種(zhong)完(wan)美的(de)(de)方(fang)法。有數據表明，一(yi)些(xie)金屬氧(yang)化(hua)物材料對丙酮具有良(liang)好的(de)(de)吸(xi)附(fu)能力(li)。例如(ru)，氧(yang)化(hua)鎂是(shi)一(yi)種(zhong)堿(jian)土金屬氧(yang)化(hua)物，在室(shi)溫下能很(hen)(hen)好地吸(xi)附(fu)丙酮。然而(er)，氧(yang)化(hua)鎂的(de)(de)吸(xi)附(fu)能力(li)有限，不(bu)能大面(mian)積改(gai)善空氣(qi)環境(jing)。因此，我們使(shi)用活(huo)性炭(tan)和氧(yang)化(hua)鎂來(lai)協調吸(xi)附(fu)能力(li)和吸(xi)附(fu)能力(li)。

　　改性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)不同(tong)氧(yang)化(hua)鎂(mei)含(han)量(liang)(liang)的圖(tu)像：(a)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)，(b)氧(yang)化(hua)鎂(mei)含(han)量(liang)(liang)為(wei)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的5%，(c)氧(yang)化(hua)鎂(mei)含(han)量(liang)(liang)為(wei)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)10%，(d)氧(yang)化(hua)鎂(mei)含(han)量(liang)(liang)為(wei)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)20%，(e)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)氧(yang)化(hua)鎂(mei)含(han)量(liang)(liang)30%(f)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)氧(yang)化(hua)鎂(mei)含(han)量(liang)(liang)放大10%SEM圖(tu)像。

　　形態學分析

　　改性(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)表(biao)(biao)面物理形(xing)(xing)(xing)態采用掃描電子顯微(wei)鏡技術觀察(cha)(cha)。顯微(wei)照片如(ru)圖1所示。活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(見圖1a)，未改性(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)樣品表(biao)(biao)面無缺陷或裂(lie)縫。然而(er)，觀察(cha)(cha)合(he)成改性(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(見圖3b-e由于高(gao)(gao)溫活(huo)化(hua)，塌陷成小塊(kuai)，形(xing)(xing)(xing)成大量通(tong)孔。此外，隨著浸漬(zi)濃度的(de)增加(jia)(jia)，活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)表(biao)(biao)面支(zhi)撐著越來越多的(de)氧化(hua)鎂顆(ke)(ke)粒(li)。隨著氧化(hua)鎂量的(de)增加(jia)(jia)，活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)表(biao)(biao)面變(bian)得粗糙。參考圖3f中放大的(de)SEM復合(he)材料(liao)表(biao)(biao)面的(de)氧化(hua)鎂顆(ke)(ke)粒(li)呈無序的(de)小球形(xing)(xing)(xing)結構，并相互重疊(die)產生葡萄(tao)形(xing)(xing)(xing)狀。這一(yi)事實意味著隨著煅燒溫度的(de)升高(gao)(gao)，由于高(gao)(gao)煅燒溫度下(xia)顆(ke)(ke)粒(li)聚集，顆(ke)(ke)粒(li)尺寸增加(jia)(jia)。

　　為了進一步揭示改(gai)(gai)性(xing)活性(xing)炭(tan)的(de)(de)微微觀結(jie)(jie)(jie)構TEM，選擇區(qu)域(yu)電子衍(yan)射(SAED)能量色散譜(pu)(EDS)測(ce)量。由(you)于所有樣品(pin)形式相(xiang)似，活性(xing)炭(tan)中氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)含量10%的(de)(de)樣品(pin)被選為典型例子。TEM圖像(xiang)顯示樣品(pin)由(you)許多(duo)小(xiao)氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)納米晶體和(he)碳基質(zhi)組(zu)成。顯示改(gai)(gai)性(xing)活性(xing)炭(tan)HR-TEM圖像(xiang)。層(ceng)間距為2.氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)晶格條(tiao)紋歸因于立方氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)晶格面(200)。相(xiang)應樣品(pin)的(de)(de)SAED圖案(圖2b插圖)顯示明亮(liang)的(de)(de)圓環(huan)，顯示所選區(qu)域(yu)氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)的(de)(de)多(duo)晶性(xing)能。分配給(gei)氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)的(de)(de)衍(yan)射同心環(huan)(111)、(200)、(220)和(he)(2222)明顯，結(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)與從XRD氧(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)平面數據一致。如(ru)圖2c-e所示，EDS映射結(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)表明，鎂(mei)(mei)和(he)氧(yang)元素均勻分布在(zai)活性(xing)炭(tan)表面，而不是明顯聚集(ji)。

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

　　活(huo)性炭丙酮吸(xi)附試(shi)驗

　　如圖3所示。丙(bing)酮突破試驗在(zai)裝有水(shui)套的(de)(de)玻(bo)璃管柱中進行，以(yi)保持25℃恒溫。氮氣(qi)(qi)系統(tong)由丙(bing)酮氣(qi)(qi)體(ti)發生器(qi)獲得的(de)(de)高濃度(du)蒸汽兩部分組(zu)成，由質(zhi)量(liang)流量(liang)控制(zhi)器(qi)控制(zhi)。同時(shi)，氮氣(qi)(qi)通過另一(yi)個分支進入(ru)氣(qi)(qi)體(ti)混合室稀(xi)釋(shi)高濃度(du)丙(bing)酮蒸氣(qi)(qi)，以(yi)調節丙(bing)酮蒸氣(qi)(qi)的(de)(de)濃度(du)。氣(qi)(qi)態混合物隨后在(zai)25歲℃在(zai)恒溫和(he)大氣(qi)(qi)壓下引導活(huo)性炭(tan)。通過氣(qi)(qi)相色譜儀在(zai)線監測氣(qi)(qi)體(ti)經過活(huo)性炭(tan)的(de)(de)輸出(chu)濃度(du)。

　　等溫吸附裝置用(yong)于丙酮吸附。

　　丙酮吸附研究

　　丙(bing)酮(tong)(tong)(tong)吸附(fu)的(de)(de)(de)典型結(jie)果如圖4所(suo)示a它(ta)顯示了穿透曲線。考慮到絕對濃度的(de)(de)(de)多樣性，然后通(tong)過(guo)從丙(bing)酮(tong)(tong)(tong)穿透曲線計(ji)算的(de)(de)(de)區(qu)域的(de)(de)(de)值(zhi)(zhi)積分來(lai)標(biao)準化濃度。值(zhi)(zhi)得注意(yi)的(de)(de)(de)是，在(zai)所(suo)有吸附(fu)試驗中(zhong)(zhong)，出口丙(bing)酮(tong)(tong)(tong)濃度為(wei)(wei)零，表明丙(bing)酮(tong)(tong)(tong)在(zai)穿透前已完全去除。每(mei)個試驗中(zhong)(zhong)使用的(de)(de)(de)樣品量為(wei)(wei)0.2g。

　　(a)突破曲線(xian)和(b)丙酮在純氧化鎂(mei)和改(gai)性活性炭上具有不同氧化鎂(mei)含量的吸附等溫(wen)線(xian)。

　　如(ru)圖4a六種滲透(tou)(tou)曲線(xian)的(de)(de)發展趨(qu)勢在(zai)一(yi)定(ding)溫(wen)度下(25℃)和濃(nong)度(85.21m3 g-1)下面是一(yi)致的(de)(de)。具(ju)體來說，曲線(xian)開始(shi)非常溫(wen)和，一(yi)旦(dan)突破(po)，濃(nong)度就會急劇(ju)增加。隨著時(shi)間的(de)(de)推移，觀察到濃(nong)度逐(zhu)漸(jian)穩(wen)定(ding)。所(suo)有樣品中，改性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭氧化鎂含量(liang)10%的(de)(de)樣品吸附容量(liang)排名**。穿(chuan)透(tou)(tou)時(shi)間定(ding)義為(wei)出口(kou)濃(nong)度為(wei)入口(kou)濃(nong)度的(de)(de)10%。每個樣品的(de)(de)穿(chuan)透(tou)(tou)時(shi)間也(ye)不同(tong)，丙酮(tong)在(zai)改性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭氧化鎂含量(liang)10%中的(de)(de)穿(chuan)透(tou)(tou)時(shi)間*長，表明其優異(yi)的(de)(de)丙酮(tong)捕獲能力(li)。

　　總(zong)之(zhi)，通過蒸發誘導的(de)自組(zu)裝過程和隨(sui)后的(de)熱解(jie)處理相(xiang)結合(he)(he)，開發了(le)一種簡(jian)單(dan)可控的(de)方法，以乙(yi)酸鎂(mei)為鎂(mei)源(yuan)，制備了(le)氧化(hua)(hua)鎂(mei)納米(mi)復(fu)合(he)(he)材料改(gai)性(xing)(xing)的(de)活性(xing)(xing)炭(tan)。改(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)氧化(hua)(hua)鎂(mei)含量(liang)10%的(de)復(fu)合(he)(he)材料具有明顯的(de)丙(bing)酮捕獲能(neng)力(li)(li)。值得注(zhu)意(yi)的(de)是，增加氧化(hua)(hua)鎂(mei)含量(liang)會大(da)大(da)增強丙(bing)酮在(zai)活性(xing)(xing)炭(tan)上的(de)化(hua)(hua)學(xue)吸附(fu)，但(dan)也會減少物(wu)理吸附(fu)。量(liang)子(zi)(zi)化(hua)(hua)學(xue)計(ji)算表明，改(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)的(de)電子(zi)(zi)性(xing)(xing)質是丙(bing)酮吸附(fu)能(neng)力(li)(li)高的(de)原(yuan)因，其相(xiang)互作(zuo)用(yong)屬于化(hua)(hua)學(xue)吸附(fu)。這種簡(jian)單(dan)的(de)合(he)(he)成使活性(xing)(xing)炭(tan)能(neng)夠(gou)更好地吸收丙(bing)酮。