活(huo)性炭(tan)改性后(hou)吸(xi)附丙(bing)酮

　　活性炭改(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)后(hou)吸(xi)附(fu)(fu)丙酮(tong)，活性(xing)(xing)(xing)炭用氧化(hua)(hua)鎂改(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)后(hou)吸(xi)附(fu)(fu)丙酮(tong)。本研究采用X射(she)線(xian)衍射(she)、掃描(miao)電子顯微鏡、透射(she)電子顯微鏡、氮吸(xi)附(fu)(fu)等溫度測(ce)量來表示五種(zhong)改(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭復合(he)材料的(de)結構(gou)和化(hua)(hua)學(xue)特性(xing)(xing)(xing)。結果表明，由于氧化(hua)(hua)鎂納(na)米粒子與丙酮(tong)分子之(zhi)間的(de)強化(hua)(hua)學(xue)吸(xi)附(fu)(fu)，改(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭能有效(xiao)提(ti)高(gao)丙酮(tong)的(de)吸(xi)附(fu)(fu)能力。

　　空氣(qi)污染的(de)主(zhu)要(yao)原因有(you)很多，主(zhu)要(yao)是揮發性有(you)機化合物，即使(shi)在(zai)很低的(de)濃度下也能清晰地(di)聞到氣(qi)味，并具有(you)一定的(de)致(zhi)癌性。目前，有(you)幾種(zhong)減少空氣(qi)污染的(de)方法，包括冷凝、蒸餾(liu)、生物處(chu)理、催化氧化和活性炭吸附。

　　丙(bing)(bing)(bing)酮是(shi)(shi)一種(zhong)揮發性(xing)有(you)(you)(you)機化合物(wu)(wu)，使(shi)用活性(xing)炭(tan)(tan)物(wu)(wu)理吸(xi)附(fu)不(bu)一定(ding)能(neng)(neng)(neng)(neng)很(hen)好(hao)地去(qu)除丙(bing)(bing)(bing)酮，因此化學吸(xi)附(fu)也是(shi)(shi)一種(zhong)完美(mei)的方法。有(you)(you)(you)數據表明，一些金屬氧化物(wu)(wu)材料對(dui)丙(bing)(bing)(bing)酮具有(you)(you)(you)良(liang)好(hao)的吸(xi)附(fu)能(neng)(neng)(neng)(neng)力。例如(ru)，氧化鎂(mei)(mei)是(shi)(shi)一種(zhong)堿土金屬氧化物(wu)(wu)，在室溫(wen)下能(neng)(neng)(neng)(neng)很(hen)好(hao)地吸(xi)附(fu)丙(bing)(bing)(bing)酮。然而，氧化鎂(mei)(mei)的吸(xi)附(fu)能(neng)(neng)(neng)(neng)力有(you)(you)(you)限，不(bu)能(neng)(neng)(neng)(neng)大面積改善空(kong)氣(qi)環境。因此，我們(men)使(shi)用活性(xing)炭(tan)(tan)和(he)氧化鎂(mei)(mei)來協調吸(xi)附(fu)能(neng)(neng)(neng)(neng)力和(he)吸(xi)附(fu)能(neng)(neng)(neng)(neng)力。

　　改(gai)性活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)不同氧(yang)化鎂(mei)含(han)量(liang)的(de)圖(tu)像(xiang)：(a)活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)，(b)氧(yang)化鎂(mei)含(han)量(liang)為(wei)活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)的(de)5%，(c)氧(yang)化鎂(mei)含(han)量(liang)為(wei)活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)10%，(d)氧(yang)化鎂(mei)含(han)量(liang)為(wei)活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)20%，(e)活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)中氧(yang)化鎂(mei)含(han)量(liang)30%(f)活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)中氧(yang)化鎂(mei)含(han)量(liang)放大10%SEM圖(tu)像(xiang)。

　　形態學分析

　　改(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)(mian)物理(li)形態采用掃(sao)描電(dian)子顯微(wei)鏡技術觀察。顯微(wei)照片如圖(tu)1所(suo)示。活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(見(jian)圖(tu)1a)，未改(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)樣品(pin)表面(mian)(mian)無缺陷(xian)或(huo)裂縫。然而，觀察合(he)成(cheng)改(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(見(jian)圖(tu)3b-e由于高溫(wen)活(huo)(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)，塌陷(xian)成(cheng)小(xiao)塊，形成(cheng)大量通孔(kong)。此外，隨著(zhu)(zhu)浸漬濃度的(de)增加，活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)(mian)支(zhi)撐著(zhu)(zhu)越來越多(duo)的(de)氧化(hua)(hua)(hua)鎂顆(ke)粒(li)(li)。隨著(zhu)(zhu)氧化(hua)(hua)(hua)鎂量的(de)增加，活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)(mian)變得粗糙。參(can)考圖(tu)3f中放大的(de)SEM復合(he)材(cai)料表面(mian)(mian)的(de)氧化(hua)(hua)(hua)鎂顆(ke)粒(li)(li)呈無序(xu)的(de)小(xiao)球形結構，并相互重疊(die)產(chan)生葡(pu)萄形狀(zhuang)。這一(yi)事實意味著(zhu)(zhu)隨著(zhu)(zhu)煅燒溫(wen)度的(de)升高，由于高煅燒溫(wen)度下顆(ke)粒(li)(li)聚集，顆(ke)粒(li)(li)尺寸增加。

　　為了進一步揭示(shi)(shi)(shi)改性活(huo)性炭的(de)(de)(de)微(wei)微(wei)觀結(jie)構TEM，選擇區域電子衍射(she)(SAED)能(neng)量色散譜(EDS)測(ce)量。由于所有(you)樣品(pin)形(xing)式相(xiang)似，活(huo)性炭中氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)含量10%的(de)(de)(de)樣品(pin)被選為典型例子。TEM圖像顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)樣品(pin)由許多小氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)納米晶(jing)體和(he)碳基質組成。顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)改性活(huo)性炭HR-TEM圖像。層間距(ju)為2.氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)晶(jing)格條紋歸因于立方氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)晶(jing)格面(200)。相(xiang)應樣品(pin)的(de)(de)(de)SAED圖案(圖2b插圖)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)明(ming)亮的(de)(de)(de)圓環，顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)所選區域氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)的(de)(de)(de)多晶(jing)性能(neng)。分配給氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)的(de)(de)(de)衍射(she)同心環(111)、(200)、(220)和(he)(2222)明(ming)顯(xian)(xian)(xian)，結(jie)果與從XRD氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎂(mei)平面數據(ju)一致。如圖2c-e所示(shi)(shi)(shi)，EDS映射(she)結(jie)果表(biao)明(ming)，鎂(mei)和(he)氧(yang)(yang)元素均勻(yun)分布在活(huo)性炭表(biao)面，而(er)不是明(ming)顯(xian)(xian)(xian)聚(ju)集。

　　(a)TEM和(he)(b)改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)氧化鎂(mei)含量10%樣品(pin)HR-TEM圖像，(b)插圖是(shi)相應的SAED圖案。(c-e)改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)氧化鎂(mei)含量10%的樣品(pin)，鎂(mei)和(he)氧EDS映射(she)元素。

　　活性炭(tan)丙(bing)酮吸附試(shi)驗

　　如圖3所(suo)示。丙(bing)酮(tong)(tong)突(tu)破試驗在(zai)裝有水套的(de)玻璃(li)管柱中進行，以保(bao)持25℃恒(heng)溫。氮(dan)氣(qi)系統由丙(bing)酮(tong)(tong)氣(qi)體發生器獲得的(de)高濃(nong)度蒸汽(qi)兩部分組成，由質量流量控制器控制。同時，氮(dan)氣(qi)通過(guo)另一個(ge)分支進入氣(qi)體混(hun)合(he)室稀釋高濃(nong)度丙(bing)酮(tong)(tong)蒸氣(qi)，以調節(jie)丙(bing)酮(tong)(tong)蒸氣(qi)的(de)濃(nong)度。氣(qi)態(tai)混(hun)合(he)物隨后在(zai)25歲℃在(zai)恒(heng)溫和大氣(qi)壓(ya)下(xia)引(yin)導活性炭。通過(guo)氣(qi)相色(se)譜儀在(zai)線監測氣(qi)體經過(guo)活性炭的(de)輸(shu)出濃(nong)度。

　　等(deng)溫(wen)吸附裝置用于丙酮(tong)吸附。

　　丙酮吸附研究

　　丙(bing)酮(tong)(tong)吸附的(de)(de)典型結果如圖(tu)4所示a它顯(xian)示了穿透曲線。考(kao)慮到絕對濃(nong)度的(de)(de)多樣性，然后通過從丙(bing)酮(tong)(tong)穿透曲線計算的(de)(de)區域的(de)(de)值積(ji)分來標(biao)準化濃(nong)度。值得注意的(de)(de)是(shi)，在所有吸附試驗中，出口丙(bing)酮(tong)(tong)濃(nong)度為零，表明丙(bing)酮(tong)(tong)在穿透前已完全去除。每(mei)個試驗中使用(yong)的(de)(de)樣品量(liang)為0.2g。

　　(a)突破曲線和(he)(b)丙酮在純氧(yang)化鎂和(he)改性活性炭上具(ju)有不同氧(yang)化鎂含量的吸附等溫線。

　　如(ru)圖4a六(liu)種滲透(tou)曲(qu)(qu)線(xian)的(de)發展趨勢在一(yi)定溫度下(25℃)和(he)濃(nong)度(85.21m3 g-1)下面是一(yi)致(zhi)的(de)。具體來(lai)說，曲(qu)(qu)線(xian)開始(shi)非(fei)常溫和(he)，一(yi)旦突破，濃(nong)度就會急劇增加(jia)。隨著時(shi)(shi)間的(de)推移(yi)，觀察到(dao)濃(nong)度逐漸穩定。所有樣(yang)品(pin)(pin)中，改(gai)性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)氧(yang)化鎂含量(liang)(liang)10%的(de)樣(yang)品(pin)(pin)吸附容量(liang)(liang)排名**。穿透(tou)時(shi)(shi)間定義為出口(kou)(kou)濃(nong)度為入口(kou)(kou)濃(nong)度的(de)10%。每個(ge)樣(yang)品(pin)(pin)的(de)穿透(tou)時(shi)(shi)間也不同(tong)，丙(bing)酮在改(gai)性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)氧(yang)化鎂含量(liang)(liang)10%中的(de)穿透(tou)時(shi)(shi)間*長，表(biao)明(ming)其優異的(de)丙(bing)酮捕獲(huo)能力(li)。

　　總之，通過蒸發誘導(dao)的(de)(de)自組裝過程和隨后(hou)的(de)(de)熱(re)解處理相結合(he)，開(kai)發了一(yi)種簡(jian)單(dan)可控的(de)(de)方法，以乙(yi)酸鎂(mei)(mei)(mei)為鎂(mei)(mei)(mei)源，制備了氧化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)納米復合(he)材料改性(xing)(xing)的(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)。改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)氧化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含量(liang)10%的(de)(de)復合(he)材料具有明(ming)顯的(de)(de)丙(bing)酮(tong)捕(bu)獲能(neng)力。值得注意的(de)(de)是，增加(jia)氧化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含量(liang)會(hui)大大增強丙(bing)酮(tong)在活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)上的(de)(de)化(hua)學吸(xi)(xi)附，但也會(hui)減(jian)少物理吸(xi)(xi)附。量(liang)子化(hua)學計算表(biao)明(ming)，改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)電(dian)子性(xing)(xing)質(zhi)是丙(bing)酮(tong)吸(xi)(xi)附能(neng)力高的(de)(de)原因，其相互作用(yong)屬于化(hua)學吸(xi)(xi)附。這種簡(jian)單(dan)的(de)(de)合(he)成使活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)能(neng)夠更(geng)好地吸(xi)(xi)收(shou)丙(bing)酮(tong)。