活性(xing)炭改性(xing)后吸(xi)附丙酮

　　活性炭改性(xing)后吸附(fu)丙酮(tong)(tong)，活性(xing)炭(tan)用氧(yang)化鎂改性(xing)后吸附(fu)丙酮(tong)(tong)。本研(yan)究(jiu)采(cai)用X射線衍射、掃描電(dian)子(zi)顯(xian)微(wei)鏡(jing)、透射電(dian)子(zi)顯(xian)微(wei)鏡(jing)、氮吸附(fu)等溫(wen)度測量來表示五種(zhong)改性(xing)活性(xing)炭(tan)復合(he)材料的(de)結構和化學特(te)性(xing)。結果表明，由于氧(yang)化鎂納米(mi)粒子(zi)與丙酮(tong)(tong)分子(zi)之間的(de)強(qiang)化學吸附(fu)，改性(xing)活性(xing)炭(tan)能有效(xiao)提高丙酮(tong)(tong)的(de)吸附(fu)能力(li)。

　　空(kong)氣污(wu)染(ran)的主(zhu)要(yao)原因有(you)(you)很多，主(zhu)要(yao)是揮發(fa)性有(you)(you)機化合物，即使(shi)在很低的濃度下(xia)也能清晰地聞到氣味，并具(ju)有(you)(you)一(yi)定的致(zhi)癌性。目前(qian)，有(you)(you)幾種減(jian)少空(kong)氣污(wu)染(ran)的方(fang)法，包括冷(leng)凝、蒸餾、生物處理、催(cui)化氧化和活(huo)性炭(tan)吸附(fu)。

　　丙(bing)(bing)酮是(shi)一種揮(hui)發(fa)性(xing)有(you)機化(hua)(hua)合物，使(shi)用(yong)活性(xing)炭(tan)物理(li)吸(xi)(xi)附(fu)不(bu)一定能(neng)很好地(di)去除(chu)丙(bing)(bing)酮，因此化(hua)(hua)學吸(xi)(xi)附(fu)也是(shi)一種完美的方法(fa)。有(you)數(shu)據表明(ming)，一些金(jin)屬(shu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物材料對丙(bing)(bing)酮具(ju)有(you)良好的吸(xi)(xi)附(fu)能(neng)力(li)。例如(ru)，氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂是(shi)一種堿土(tu)金(jin)屬(shu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物，在室溫(wen)下能(neng)很好地(di)吸(xi)(xi)附(fu)丙(bing)(bing)酮。然(ran)而，氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂的吸(xi)(xi)附(fu)能(neng)力(li)有(you)限，不(bu)能(neng)大面積(ji)改(gai)善空氣(qi)環境。因此，我們使(shi)用(yong)活性(xing)炭(tan)和氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂來協調吸(xi)(xi)附(fu)能(neng)力(li)和吸(xi)(xi)附(fu)能(neng)力(li)。

　　改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)不(bu)同氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含(han)(han)量(liang)(liang)的圖像：(a)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)，(b)氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的5%，(c)氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)10%，(d)氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)20%，(e)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)(zhong)氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含(han)(han)量(liang)(liang)30%(f)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)(zhong)氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含(han)(han)量(liang)(liang)放(fang)大(da)10%SEM圖像。

　　形態學分析

　　改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)表(biao)(biao)面物理(li)形(xing)(xing)(xing)(xing)態采用掃(sao)描電子顯(xian)微(wei)鏡(jing)技術觀察(cha)(cha)。顯(xian)微(wei)照片如圖(tu)1所(suo)示(shi)。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)(見(jian)圖(tu)1a)，未改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)樣品表(biao)(biao)面無(wu)缺陷或裂(lie)縫。然而，觀察(cha)(cha)合成改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)(見(jian)圖(tu)3b-e由于高溫(wen)活(huo)化(hua)，塌(ta)陷成小塊，形(xing)(xing)(xing)(xing)成大(da)量通孔。此(ci)外，隨(sui)著(zhu)浸(jin)漬濃度的(de)增加(jia)，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)表(biao)(biao)面支(zhi)撐著(zhu)越(yue)來越(yue)多的(de)氧化(hua)鎂顆粒(li)(li)。隨(sui)著(zhu)氧化(hua)鎂量的(de)增加(jia)，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)表(biao)(biao)面變得粗(cu)糙。參考圖(tu)3f中放大(da)的(de)SEM復合材料(liao)表(biao)(biao)面的(de)氧化(hua)鎂顆粒(li)(li)呈無(wu)序(xu)的(de)小球形(xing)(xing)(xing)(xing)結構(gou)，并相(xiang)互(hu)重疊(die)產(chan)生(sheng)葡萄形(xing)(xing)(xing)(xing)狀。這一事實意味著(zhu)隨(sui)著(zhu)煅燒溫(wen)度的(de)升高，由于高煅燒溫(wen)度下顆粒(li)(li)聚集，顆粒(li)(li)尺(chi)寸增加(jia)。

　　為(wei)了進一步揭示(shi)(shi)改(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭的微微觀結構TEM，選(xuan)擇區域(yu)電(dian)子(zi)衍射(SAED)能量色散譜(pu)(EDS)測量。由于所(suo)有樣(yang)品(pin)形式相(xiang)(xiang)似，活性(xing)(xing)炭中氧化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含(han)量10%的樣(yang)品(pin)被(bei)選(xuan)為(wei)典型例子(zi)。TEM圖(tu)(tu)像顯(xian)示(shi)(shi)樣(yang)品(pin)由許(xu)多小氧化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)納(na)米晶(jing)(jing)體和碳基質(zhi)組成。顯(xian)示(shi)(shi)改(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭HR-TEM圖(tu)(tu)像。層間距為(wei)2.氧化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)晶(jing)(jing)格條紋(wen)歸因(yin)于立(li)方氧化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)晶(jing)(jing)格面(200)。相(xiang)(xiang)應樣(yang)品(pin)的SAED圖(tu)(tu)案(圖(tu)(tu)2b插(cha)圖(tu)(tu))顯(xian)示(shi)(shi)明亮的圓(yuan)環，顯(xian)示(shi)(shi)所(suo)選(xuan)區域(yu)氧化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)的多晶(jing)(jing)性(xing)(xing)能。分配給氧化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)的衍射同心(xin)環(111)、(200)、(220)和(2222)明顯(xian)，結果與從XRD氧化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)(mei)平面數據(ju)一致。如圖(tu)(tu)2c-e所(suo)示(shi)(shi)，EDS映射結果表(biao)明，鎂(mei)(mei)(mei)和氧元(yuan)素均勻分布(bu)在(zai)活性(xing)(xing)炭表(biao)面，而不是明顯(xian)聚集(ji)。

　　(a)TEM和(he)(b)改性(xing)活(huo)性(xing)炭氧(yang)化鎂(mei)(mei)含量10%樣(yang)品HR-TEM圖(tu)像，(b)插(cha)圖(tu)是(shi)相應的(de)SAED圖(tu)案。(c-e)改性(xing)活(huo)性(xing)炭氧(yang)化鎂(mei)(mei)含量10%的(de)樣(yang)品，鎂(mei)(mei)和(he)氧(yang)EDS映射元素。

　　活性(xing)炭丙酮吸附試驗(yan)

　　如圖3所(suo)示(shi)。丙(bing)(bing)酮(tong)突(tu)破(po)試驗(yan)在(zai)裝有水套(tao)的(de)(de)玻璃(li)管柱中進行，以保持25℃恒(heng)溫。氮(dan)氣(qi)(qi)系統由丙(bing)(bing)酮(tong)氣(qi)(qi)體發生器獲(huo)得的(de)(de)高濃(nong)度蒸(zheng)汽兩部分組成，由質量流(liu)量控制(zhi)器控制(zhi)。同時，氮(dan)氣(qi)(qi)通(tong)(tong)過另一個分支進入氣(qi)(qi)體混合(he)室稀釋高濃(nong)度丙(bing)(bing)酮(tong)蒸(zheng)氣(qi)(qi)，以調節丙(bing)(bing)酮(tong)蒸(zheng)氣(qi)(qi)的(de)(de)濃(nong)度。氣(qi)(qi)態(tai)混合(he)物隨后在(zai)25歲℃在(zai)恒(heng)溫和大(da)氣(qi)(qi)壓下引(yin)導活(huo)性(xing)炭。通(tong)(tong)過氣(qi)(qi)相色譜儀在(zai)線(xian)監測(ce)氣(qi)(qi)體經過活(huo)性(xing)炭的(de)(de)輸出(chu)濃(nong)度。

　　等溫(wen)吸(xi)附裝置用于丙酮吸(xi)附。

　　丙酮吸附研究

　　丙(bing)酮(tong)吸附的(de)典型(xing)結果如(ru)圖4所示a它顯(xian)示了穿(chuan)透(tou)曲線。考(kao)慮到絕對濃度(du)的(de)多樣性，然(ran)后通過從丙(bing)酮(tong)穿(chuan)透(tou)曲線計算的(de)區域的(de)值積分來標準化濃度(du)。值得注意的(de)是，在所有吸附試驗中(zhong)，出口丙(bing)酮(tong)濃度(du)為零，表(biao)明丙(bing)酮(tong)在穿(chuan)透(tou)前已完(wan)全(quan)去除(chu)。每個試驗中(zhong)使(shi)用的(de)樣品量為0.2g。

　　(a)突(tu)破曲線(xian)和(he)(b)丙酮在純(chun)氧化鎂和(he)改性活(huo)性炭(tan)上具有不同氧化鎂含量(liang)的吸(xi)附(fu)等(deng)溫線(xian)。

　　如圖4a六(liu)種滲(shen)透(tou)曲(qu)線(xian)的(de)發展趨(qu)勢(shi)在一定(ding)(ding)溫度下(xia)(25℃)和濃(nong)度(85.21m3 g-1)下(xia)面是(shi)一致的(de)。具(ju)體(ti)來說，曲(qu)線(xian)開始非常(chang)溫和，一旦突(tu)破，濃(nong)度就會急劇增加。隨(sui)著時(shi)(shi)間(jian)的(de)推移，觀察到濃(nong)度逐漸穩定(ding)(ding)。所有樣(yang)品(pin)中，改性(xing)活性(xing)炭(tan)氧(yang)化鎂(mei)含(han)量10%的(de)樣(yang)品(pin)吸附容量排名**。穿透(tou)時(shi)(shi)間(jian)定(ding)(ding)義為出口濃(nong)度為入口濃(nong)度的(de)10%。每個樣(yang)品(pin)的(de)穿透(tou)時(shi)(shi)間(jian)也不(bu)同(tong)，丙酮(tong)在改性(xing)活性(xing)炭(tan)氧(yang)化鎂(mei)含(han)量10%中的(de)穿透(tou)時(shi)(shi)間(jian)*長，表明其優異的(de)丙酮(tong)捕(bu)獲能力(li)。

　　總之，通(tong)過蒸發誘導的(de)自組(zu)裝過程和隨后(hou)的(de)熱(re)解處理(li)相(xiang)結合(he)，開發了一種簡(jian)單可(ke)控的(de)方法，以乙酸鎂(mei)為鎂(mei)源，制備了氧化鎂(mei)納米(mi)復合(he)材料改性(xing)的(de)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)。改性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)氧化鎂(mei)含量10%的(de)復合(he)材料具(ju)有明顯的(de)丙(bing)(bing)(bing)酮(tong)(tong)捕獲能(neng)力。值得注意的(de)是，增加氧化鎂(mei)含量會大(da)大(da)增強丙(bing)(bing)(bing)酮(tong)(tong)在活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)上的(de)化學吸(xi)附，但也(ye)會減少物理(li)吸(xi)附。量子化學計算表明，改性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的(de)電子性(xing)質(zhi)是丙(bing)(bing)(bing)酮(tong)(tong)吸(xi)附能(neng)力高的(de)原因，其相(xiang)互作用屬于化學吸(xi)附。這種簡(jian)單的(de)合(he)成使活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)能(neng)夠(gou)更好地吸(xi)收丙(bing)(bing)(bing)酮(tong)(tong)。