活(huo)性炭改性后吸附丙酮

　　活性炭改(gai)性(xing)(xing)后(hou)吸附丙(bing)酮(tong)(tong)，活性(xing)(xing)炭(tan)用氧化鎂改(gai)性(xing)(xing)后(hou)吸附丙(bing)酮(tong)(tong)。本研究采用X射線衍射、掃描電子(zi)顯(xian)微鏡(jing)、透射電子(zi)顯(xian)微鏡(jing)、氮吸附等(deng)溫度測(ce)量來表示(shi)五種改(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)復合材料的結構(gou)和化學特性(xing)(xing)。結果表明，由于氧化鎂納米(mi)粒子(zi)與丙(bing)酮(tong)(tong)分(fen)子(zi)之間(jian)的強化學吸附，改(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)能(neng)有效提高丙(bing)酮(tong)(tong)的吸附能(neng)力。

　　空氣污染的(de)主(zhu)(zhu)要原因有(you)(you)很(hen)多，主(zhu)(zhu)要是揮發性有(you)(you)機化(hua)合物，即使在(zai)很(hen)低的(de)濃(nong)度下也能(neng)清(qing)晰(xi)地聞(wen)到氣味，并具有(you)(you)一定的(de)致癌(ai)性。目(mu)前，有(you)(you)幾(ji)種減少(shao)空氣污染的(de)方法，包(bao)括(kuo)冷凝、蒸餾(liu)、生物處理、催化(hua)氧化(hua)和活(huo)性炭吸附(fu)。

　　丙酮是(shi)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)揮(hui)發性(xing)有(you)機(ji)化(hua)(hua)合(he)物，使用(yong)(yong)活性(xing)炭(tan)物理吸(xi)附(fu)(fu)不(bu)(bu)一(yi)(yi)(yi)定(ding)能(neng)(neng)很(hen)(hen)好地去除丙酮，因(yin)此化(hua)(hua)學吸(xi)附(fu)(fu)也(ye)是(shi)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)完(wan)美的方法(fa)。有(you)數據(ju)表明，一(yi)(yi)(yi)些金屬氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物材料(liao)對丙酮具有(you)良(liang)好的吸(xi)附(fu)(fu)能(neng)(neng)力(li)(li)。例如，氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂是(shi)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)堿土金屬氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物，在(zai)室溫下能(neng)(neng)很(hen)(hen)好地吸(xi)附(fu)(fu)丙酮。然而，氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂的吸(xi)附(fu)(fu)能(neng)(neng)力(li)(li)有(you)限，不(bu)(bu)能(neng)(neng)大面積改善空氣環境。因(yin)此，我們使用(yong)(yong)活性(xing)炭(tan)和氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂來協調吸(xi)附(fu)(fu)能(neng)(neng)力(li)(li)和吸(xi)附(fu)(fu)能(neng)(neng)力(li)(li)。

　　改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)不同氧(yang)化(hua)(hua)鎂含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)的圖像：(a)活性(xing)(xing)炭(tan)，(b)氧(yang)化(hua)(hua)鎂含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)為活性(xing)(xing)炭(tan)的5%，(c)氧(yang)化(hua)(hua)鎂含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)為活性(xing)(xing)炭(tan)10%，(d)氧(yang)化(hua)(hua)鎂含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)為活性(xing)(xing)炭(tan)20%，(e)活性(xing)(xing)炭(tan)中氧(yang)化(hua)(hua)鎂含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)30%(f)活性(xing)(xing)炭(tan)中氧(yang)化(hua)(hua)鎂含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)放(fang)大10%SEM圖像。

　　形態學分析

　　改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)(biao)(biao)(biao)面物理形(xing)態采用掃(sao)描電子顯(xian)(xian)微鏡技(ji)術觀(guan)察(cha)。顯(xian)(xian)微照片如圖(tu)1所示。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(見(jian)圖(tu)1a)，未改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣(yang)品表(biao)(biao)(biao)(biao)面無缺(que)陷(xian)或裂縫(feng)。然而，觀(guan)察(cha)合(he)成(cheng)改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(見(jian)圖(tu)3b-e由于高(gao)溫(wen)活(huo)化(hua)，塌陷(xian)成(cheng)小塊，形(xing)成(cheng)大量通(tong)孔。此(ci)外，隨著(zhu)浸漬濃度(du)(du)的(de)(de)增(zeng)加(jia)，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)(biao)(biao)(biao)面支撐著(zhu)越來(lai)越多的(de)(de)氧化(hua)鎂(mei)(mei)顆粒(li)。隨著(zhu)氧化(hua)鎂(mei)(mei)量的(de)(de)增(zeng)加(jia)，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)(biao)(biao)(biao)面變(bian)得粗糙。參考圖(tu)3f中放大的(de)(de)SEM復(fu)合(he)材(cai)料表(biao)(biao)(biao)(biao)面的(de)(de)氧化(hua)鎂(mei)(mei)顆粒(li)呈無序的(de)(de)小球形(xing)結構，并相互(hu)重疊(die)產生葡萄形(xing)狀。這一(yi)事實意味著(zhu)隨著(zhu)煅燒(shao)溫(wen)度(du)(du)的(de)(de)升高(gao)，由于高(gao)煅燒(shao)溫(wen)度(du)(du)下顆粒(li)聚集，顆粒(li)尺寸增(zeng)加(jia)。

　　為(wei)了進一(yi)步揭示(shi)(shi)(shi)改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)的微微觀結構TEM，選(xuan)擇區(qu)域電子(zi)衍(yan)射(she)(SAED)能(neng)量(liang)色(se)散(san)譜(EDS)測量(liang)。由(you)于所有樣(yang)品形式相似，活性(xing)(xing)炭(tan)中氧(yang)化鎂(mei)(mei)含量(liang)10%的樣(yang)品被選(xuan)為(wei)典型例子(zi)。TEM圖(tu)像顯示(shi)(shi)(shi)樣(yang)品由(you)許(xu)多小氧(yang)化鎂(mei)(mei)納米晶(jing)體和碳基質組成。顯示(shi)(shi)(shi)改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)HR-TEM圖(tu)像。層間距為(wei)2.氧(yang)化鎂(mei)(mei)晶(jing)格(ge)條紋歸(gui)因于立方(fang)氧(yang)化鎂(mei)(mei)晶(jing)格(ge)面(200)。相應樣(yang)品的SAED圖(tu)案(an)(圖(tu)2b插圖(tu))顯示(shi)(shi)(shi)明(ming)亮(liang)的圓環，顯示(shi)(shi)(shi)所選(xuan)區(qu)域氧(yang)化鎂(mei)(mei)的多晶(jing)性(xing)(xing)能(neng)。分配給氧(yang)化鎂(mei)(mei)的衍(yan)射(she)同心(xin)環(111)、(200)、(220)和(2222)明(ming)顯，結果與從XRD氧(yang)化鎂(mei)(mei)平面數據一(yi)致(zhi)。如圖(tu)2c-e所示(shi)(shi)(shi)，EDS映(ying)射(she)結果表(biao)明(ming)，鎂(mei)(mei)和氧(yang)元素均勻分布在活性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面，而不(bu)是明(ming)顯聚集(ji)。

　　(a)TEM和(b)改性活性炭氧化(hua)鎂(mei)含(han)量10%樣品HR-TEM圖像，(b)插圖是相應的(de)SAED圖案。(c-e)改性活性炭氧化(hua)鎂(mei)含(han)量10%的(de)樣品，鎂(mei)和氧EDS映射元素。

　　活(huo)性炭(tan)丙(bing)酮吸(xi)附試驗

　　如圖3所示。丙酮突(tu)破試(shi)驗在裝有水套的(de)玻璃管(guan)柱中(zhong)進(jin)行，以保持(chi)25℃恒(heng)溫。氮(dan)氣(qi)系統由(you)丙酮氣(qi)體(ti)發生(sheng)器(qi)獲得的(de)高(gao)濃(nong)(nong)度蒸(zheng)汽(qi)兩(liang)部分組成，由(you)質量(liang)流量(liang)控制器(qi)控制。同時，氮(dan)氣(qi)通過另一個分支進(jin)入氣(qi)體(ti)混合(he)室(shi)稀(xi)釋(shi)高(gao)濃(nong)(nong)度丙酮蒸(zheng)氣(qi)，以調(diao)節(jie)丙酮蒸(zheng)氣(qi)的(de)濃(nong)(nong)度。氣(qi)態(tai)混合(he)物隨后在25歲℃在恒(heng)溫和大氣(qi)壓(ya)下引導(dao)活性(xing)(xing)炭(tan)。通過氣(qi)相色譜(pu)儀在線監(jian)測氣(qi)體(ti)經過活性(xing)(xing)炭(tan)的(de)輸出(chu)濃(nong)(nong)度。

　　等溫(wen)吸附裝置用于丙(bing)酮吸附。

　　丙酮吸附研究

　　丙(bing)酮(tong)(tong)吸附的(de)(de)典型結果(guo)如圖4所(suo)示(shi)a它(ta)顯示(shi)了(le)穿(chuan)透(tou)(tou)(tou)曲線(xian)。考慮到絕對濃度(du)的(de)(de)多(duo)樣性，然后通過從丙(bing)酮(tong)(tong)穿(chuan)透(tou)(tou)(tou)曲線(xian)計算的(de)(de)區域的(de)(de)值積分(fen)來標(biao)準化濃度(du)。值得注意的(de)(de)是，在所(suo)有(you)吸附試(shi)驗(yan)中，出口丙(bing)酮(tong)(tong)濃度(du)為零，表(biao)明(ming)丙(bing)酮(tong)(tong)在穿(chuan)透(tou)(tou)(tou)前已完全(quan)去除(chu)。每個試(shi)驗(yan)中使用的(de)(de)樣品(pin)量為0.2g。

　　(a)突破(po)曲線(xian)和(he)(b)丙酮(tong)在(zai)純(chun)氧(yang)化(hua)鎂(mei)和(he)改性活性炭上具(ju)有(you)不同氧(yang)化(hua)鎂(mei)含量的吸附(fu)等溫線(xian)。

　　如圖4a六種滲(shen)透曲(qu)線(xian)的發展趨勢在(zai)一定(ding)溫度下(25℃)和濃(nong)度(85.21m3 g-1)下面是一致的。具體(ti)來說，曲(qu)線(xian)開始非常溫和，一旦(dan)突破(po)，濃(nong)度就會急劇(ju)增加(jia)。隨著時(shi)間的推移，觀察到濃(nong)度逐漸穩定(ding)。所有(you)樣(yang)品中，改性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭氧化鎂(mei)含量(liang)10%的樣(yang)品吸附容量(liang)排(pai)名**。穿透時(shi)間定(ding)義為出口濃(nong)度為入口濃(nong)度的10%。每個樣(yang)品的穿透時(shi)間也不同，丙酮在(zai)改性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭氧化鎂(mei)含量(liang)10%中的穿透時(shi)間*長，表明其(qi)優異的丙酮捕獲(huo)能力。

　　總之(zhi)，通過(guo)蒸(zheng)發誘(you)導(dao)的(de)(de)(de)自組(zu)裝過(guo)程(cheng)和隨后的(de)(de)(de)熱解(jie)處(chu)理相(xiang)(xiang)結合，開發了一種(zhong)簡單(dan)可控的(de)(de)(de)方法，以乙酸鎂為鎂源，制(zhi)備了氧化鎂納米(mi)復(fu)合材料改性(xing)(xing)的(de)(de)(de)活性(xing)(xing)炭(tan)。改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)氧化鎂含(han)量10%的(de)(de)(de)復(fu)合材料具(ju)有明顯的(de)(de)(de)丙(bing)酮(tong)捕(bu)獲能(neng)力。值得注意的(de)(de)(de)是，增加氧化鎂含(han)量會大(da)大(da)增強丙(bing)酮(tong)在活性(xing)(xing)炭(tan)上的(de)(de)(de)化學吸(xi)(xi)附，但也(ye)會減少物(wu)理吸(xi)(xi)附。量子(zi)化學計算表明，改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)電子(zi)性(xing)(xing)質是丙(bing)酮(tong)吸(xi)(xi)附能(neng)力高(gao)的(de)(de)(de)原因，其相(xiang)(xiang)互(hu)作用屬(shu)于化學吸(xi)(xi)附。這種(zhong)簡單(dan)的(de)(de)(de)合成使活性(xing)(xing)炭(tan)能(neng)夠更好地吸(xi)(xi)收丙(bing)酮(tong)。