活(huo)性炭改性后吸(xi)附丙酮

　　活性炭改(gai)性后吸(xi)附(fu)丙(bing)酮(tong)，活性炭用(yong)氧化(hua)鎂(mei)改(gai)性后吸(xi)附(fu)丙(bing)酮(tong)。本(ben)研究采用(yong)X射(she)(she)(she)線(xian)衍射(she)(she)(she)、掃(sao)描電子(zi)顯微(wei)(wei)鏡(jing)、透射(she)(she)(she)電子(zi)顯微(wei)(wei)鏡(jing)、氮吸(xi)附(fu)等(deng)溫(wen)度(du)測量來表示(shi)五種(zhong)改(gai)性活性炭復合材料的(de)結構和化(hua)學特性。結果表明，由(you)于氧化(hua)鎂(mei)納(na)米粒子(zi)與丙(bing)酮(tong)分子(zi)之間的(de)強化(hua)學吸(xi)附(fu)，改(gai)性活性炭能(neng)有效提高(gao)丙(bing)酮(tong)的(de)吸(xi)附(fu)能(neng)力。

　　空(kong)氣(qi)污(wu)染(ran)的(de)主(zhu)要原因有(you)(you)很(hen)多，主(zhu)要是揮發性(xing)有(you)(you)機化合(he)物，即使在很(hen)低的(de)濃度(du)下也能清晰地聞到氣(qi)味，并具有(you)(you)一定(ding)的(de)致癌(ai)性(xing)。目前，有(you)(you)幾種(zhong)減少空(kong)氣(qi)污(wu)染(ran)的(de)方法，包括冷凝、蒸餾、生物處理、催化氧化和活性(xing)炭吸附。

　　丙(bing)酮(tong)是一(yi)種(zhong)揮(hui)發性有機化(hua)(hua)(hua)合物(wu)，使用(yong)活(huo)性炭物(wu)理吸附(fu)(fu)不(bu)一(yi)定能(neng)(neng)(neng)很好(hao)(hao)地去除(chu)丙(bing)酮(tong)，因(yin)此化(hua)(hua)(hua)學(xue)吸附(fu)(fu)也(ye)是一(yi)種(zhong)完(wan)美(mei)的方法。有數據(ju)表明，一(yi)些(xie)金(jin)屬(shu)氧化(hua)(hua)(hua)物(wu)材(cai)料對(dui)丙(bing)酮(tong)具有良(liang)好(hao)(hao)的吸附(fu)(fu)能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)。例如，氧化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)(mei)是一(yi)種(zhong)堿(jian)土金(jin)屬(shu)氧化(hua)(hua)(hua)物(wu)，在室(shi)溫下能(neng)(neng)(neng)很好(hao)(hao)地吸附(fu)(fu)丙(bing)酮(tong)。然(ran)而，氧化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)(mei)的吸附(fu)(fu)能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)有限，不(bu)能(neng)(neng)(neng)大面積改善空氣(qi)環境。因(yin)此，我們使用(yong)活(huo)性炭和氧化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)(mei)來協調吸附(fu)(fu)能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)和吸附(fu)(fu)能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)。

　　改性活性炭(tan)(tan)(tan)不(bu)同氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)含(han)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)圖(tu)(tu)像(xiang)：(a)活性炭(tan)(tan)(tan)，(b)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)含(han)量(liang)(liang)(liang)為活性炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)5%，(c)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)含(han)量(liang)(liang)(liang)為活性炭(tan)(tan)(tan)10%，(d)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)含(han)量(liang)(liang)(liang)為活性炭(tan)(tan)(tan)20%，(e)活性炭(tan)(tan)(tan)中氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)含(han)量(liang)(liang)(liang)30%(f)活性炭(tan)(tan)(tan)中氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)含(han)量(liang)(liang)(liang)放大10%SEM圖(tu)(tu)像(xiang)。

　　形態學分析

　　改(gai)性(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)表(biao)(biao)面(mian)物理(li)形態采用掃(sao)描電子顯微鏡(jing)技術觀(guan)察。顯微照(zhao)片如圖1所示。活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(見圖1a)，未改(gai)性(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)樣品表(biao)(biao)面(mian)無缺陷或(huo)裂(lie)縫(feng)。然而，觀(guan)察合成(cheng)(cheng)改(gai)性(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(見圖3b-e由于高(gao)溫活(huo)(huo)(huo)化，塌陷成(cheng)(cheng)小塊(kuai)，形成(cheng)(cheng)大(da)量通孔。此(ci)外，隨著(zhu)浸漬(zi)濃度的(de)增(zeng)加，活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)表(biao)(biao)面(mian)支撐著(zhu)越來越多的(de)氧(yang)(yang)化鎂(mei)(mei)顆粒(li)。隨著(zhu)氧(yang)(yang)化鎂(mei)(mei)量的(de)增(zeng)加，活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)表(biao)(biao)面(mian)變得粗糙。參考圖3f中放(fang)大(da)的(de)SEM復(fu)合材料(liao)表(biao)(biao)面(mian)的(de)氧(yang)(yang)化鎂(mei)(mei)顆粒(li)呈無序的(de)小球形結(jie)構，并(bing)相(xiang)互重(zhong)疊產生葡萄形狀。這一事實意(yi)味著(zhu)隨著(zhu)煅燒(shao)溫度的(de)升(sheng)高(gao)，由于高(gao)煅燒(shao)溫度下顆粒(li)聚(ju)集，顆粒(li)尺(chi)寸增(zeng)加。

　　為了(le)進一(yi)步揭示(shi)(shi)改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)微微觀結(jie)構TEM，選擇(ze)區域電子(zi)衍(yan)射(SAED)能量色散譜(EDS)測(ce)量。由于(yu)所有樣(yang)品(pin)(pin)形式相似，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)中氧(yang)(yang)化鎂(mei)含量10%的(de)樣(yang)品(pin)(pin)被選為典型(xing)例子(zi)。TEM圖(tu)像(xiang)顯(xian)示(shi)(shi)樣(yang)品(pin)(pin)由許多(duo)小氧(yang)(yang)化鎂(mei)納米晶體和碳基質組(zu)成。顯(xian)示(shi)(shi)改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)HR-TEM圖(tu)像(xiang)。層間距為2.氧(yang)(yang)化鎂(mei)晶格條紋歸因于(yu)立方氧(yang)(yang)化鎂(mei)晶格面(mian)(mian)(200)。相應樣(yang)品(pin)(pin)的(de)SAED圖(tu)案(圖(tu)2b插圖(tu))顯(xian)示(shi)(shi)明(ming)亮的(de)圓環，顯(xian)示(shi)(shi)所選區域氧(yang)(yang)化鎂(mei)的(de)多(duo)晶性(xing)(xing)能。分配(pei)給(gei)氧(yang)(yang)化鎂(mei)的(de)衍(yan)射同心環(111)、(200)、(220)和(2222)明(ming)顯(xian)，結(jie)果(guo)與(yu)從XRD氧(yang)(yang)化鎂(mei)平面(mian)(mian)數據一(yi)致。如圖(tu)2c-e所示(shi)(shi)，EDS映射結(jie)果(guo)表明(ming)，鎂(mei)和氧(yang)(yang)元素均(jun)勻(yun)分布在活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)(mian)，而不是明(ming)顯(xian)聚(ju)集。

　　(a)TEM和(he)(b)改(gai)性(xing)活(huo)性(xing)炭氧(yang)(yang)化鎂(mei)(mei)含(han)(han)量10%樣(yang)品(pin)HR-TEM圖(tu)像，(b)插(cha)圖(tu)是相應的(de)SAED圖(tu)案(an)。(c-e)改(gai)性(xing)活(huo)性(xing)炭氧(yang)(yang)化鎂(mei)(mei)含(han)(han)量10%的(de)樣(yang)品(pin)，鎂(mei)(mei)和(he)氧(yang)(yang)EDS映射元素。

　　活性炭(tan)丙酮吸(xi)附(fu)試(shi)驗

　　如圖(tu)3所示。丙(bing)酮突破試(shi)驗在(zai)裝(zhuang)有水套的玻璃管柱中進行(xing)，以保持25℃恒溫(wen)。氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)系統由丙(bing)酮氣(qi)(qi)(qi)(qi)體發生器獲(huo)得的高濃(nong)(nong)(nong)度蒸汽(qi)兩部分組(zu)成，由質(zhi)量流量控制(zhi)器控制(zhi)。同時，氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)通過另一(yi)個分支進入氣(qi)(qi)(qi)(qi)體混合室稀(xi)釋高濃(nong)(nong)(nong)度丙(bing)酮蒸氣(qi)(qi)(qi)(qi)，以調節丙(bing)酮蒸氣(qi)(qi)(qi)(qi)的濃(nong)(nong)(nong)度。氣(qi)(qi)(qi)(qi)態混合物隨后在(zai)25歲(sui)℃在(zai)恒溫(wen)和大氣(qi)(qi)(qi)(qi)壓下引導活性炭(tan)。通過氣(qi)(qi)(qi)(qi)相色譜儀在(zai)線監(jian)測氣(qi)(qi)(qi)(qi)體經過活性炭(tan)的輸(shu)出濃(nong)(nong)(nong)度。

　　等溫吸附裝置(zhi)用于丙酮吸附。

　　丙酮吸附研究

　　丙(bing)酮吸(xi)附的(de)典型結(jie)果如(ru)圖4所示(shi)a它顯示(shi)了穿(chuan)透(tou)曲(qu)(qu)線。考慮(lv)到絕對濃(nong)度(du)(du)的(de)多樣性(xing)，然后通過從丙(bing)酮穿(chuan)透(tou)曲(qu)(qu)線計算的(de)區域的(de)值積分來(lai)標準化濃(nong)度(du)(du)。值得(de)注意的(de)是(shi)，在所有吸(xi)附試(shi)驗(yan)中(zhong)，出口(kou)丙(bing)酮濃(nong)度(du)(du)為零，表明丙(bing)酮在穿(chuan)透(tou)前(qian)已完全去除。每個試(shi)驗(yan)中(zhong)使用的(de)樣品量為0.2g。

　　(a)突破曲線(xian)和(b)丙酮在純氧(yang)化鎂和改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭上(shang)具(ju)有不(bu)同氧(yang)化鎂含量的(de)吸附(fu)等溫線(xian)。

　　如圖4a六(liu)種滲透曲線的(de)發展趨勢(shi)在一(yi)定(ding)溫度下(25℃)和濃度(85.21m3 g-1)下面是一(yi)致的(de)。具(ju)體來說，曲線開始非(fei)常(chang)溫和，一(yi)旦(dan)突破，濃度就會急劇增加。隨著時(shi)間(jian)(jian)的(de)推移(yi)，觀察到(dao)濃度逐(zhu)漸穩(wen)定(ding)。所(suo)有樣品中，改(gai)性活性炭氧化(hua)鎂含量(liang)10%的(de)樣品吸附容量(liang)排名**。穿透時(shi)間(jian)(jian)定(ding)義(yi)為出口(kou)濃度為入口(kou)濃度的(de)10%。每個樣品的(de)穿透時(shi)間(jian)(jian)也(ye)不(bu)同，丙(bing)酮在改(gai)性活性炭氧化(hua)鎂含量(liang)10%中的(de)穿透時(shi)間(jian)(jian)*長，表明其優異的(de)丙(bing)酮捕獲能力。

　　總之，通(tong)過(guo)蒸發誘導(dao)的(de)(de)自組(zu)裝過(guo)程和(he)隨后的(de)(de)熱解處理相結合，開發了一種簡(jian)(jian)單可控的(de)(de)方(fang)法，以(yi)乙酸(suan)鎂(mei)(mei)為鎂(mei)(mei)源，制(zhi)備了氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)納米復合材(cai)料改性(xing)的(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)。改性(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含量10%的(de)(de)復合材(cai)料具有(you)明顯(xian)的(de)(de)丙(bing)酮捕獲能(neng)力(li)。值得(de)注意(yi)的(de)(de)是(shi)，增加(jia)氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含量會(hui)大大增強(qiang)丙(bing)酮在活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)上(shang)的(de)(de)化(hua)學(xue)吸(xi)附，但也會(hui)減(jian)少物理吸(xi)附。量子(zi)化(hua)學(xue)計算表明，改性(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)的(de)(de)電(dian)子(zi)性(xing)質是(shi)丙(bing)酮吸(xi)附能(neng)力(li)高的(de)(de)原因，其(qi)相互作用屬于化(hua)學(xue)吸(xi)附。這種簡(jian)(jian)單的(de)(de)合成使活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)能(neng)夠更好地吸(xi)收(shou)丙(bing)酮。