活性(xing)炭(tan)改(gai)性(xing)后(hou)吸附丙(bing)酮

　　活性炭改性(xing)后吸附(fu)丙(bing)(bing)酮(tong)(tong)，活性(xing)炭(tan)用(yong)氧化(hua)鎂(mei)(mei)改性(xing)后吸附(fu)丙(bing)(bing)酮(tong)(tong)。本研(yan)究(jiu)采用(yong)X射(she)(she)線(xian)衍射(she)(she)、掃描電子(zi)顯微(wei)鏡、透射(she)(she)電子(zi)顯微(wei)鏡、氮吸附(fu)等溫度測量來表(biao)示(shi)五種改性(xing)活性(xing)炭(tan)復合材料(liao)的(de)(de)結構和化(hua)學特性(xing)。結果表(biao)明，由(you)于氧化(hua)鎂(mei)(mei)納米粒(li)子(zi)與丙(bing)(bing)酮(tong)(tong)分子(zi)之間的(de)(de)強化(hua)學吸附(fu)，改性(xing)活性(xing)炭(tan)能有(you)效提高丙(bing)(bing)酮(tong)(tong)的(de)(de)吸附(fu)能力(li)。

　　空氣污染的主要(yao)原因(yin)有很多，主要(yao)是揮發性有機化(hua)(hua)合物(wu)，即使在很低的濃(nong)度下(xia)也能清晰地(di)聞到氣味，并具有一(yi)定的致癌性。目前，有幾種減(jian)少空氣污染的方法，包(bao)括冷凝、蒸餾、生物(wu)處理(li)、催化(hua)(hua)氧化(hua)(hua)和活性炭吸附。

　　丙(bing)酮(tong)是(shi)一(yi)種揮發(fa)性有機化(hua)(hua)合物(wu)，使用活性炭物(wu)理吸(xi)(xi)附(fu)不(bu)一(yi)定(ding)能很(hen)好地去除丙(bing)酮(tong)，因此化(hua)(hua)學吸(xi)(xi)附(fu)也是(shi)一(yi)種完美的方法(fa)。有數據表明，一(yi)些金屬氧化(hua)(hua)物(wu)材料(liao)對丙(bing)酮(tong)具有良好的吸(xi)(xi)附(fu)能力(li)。例如，氧化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)是(shi)一(yi)種堿土(tu)金屬氧化(hua)(hua)物(wu)，在(zai)室溫下能很(hen)好地吸(xi)(xi)附(fu)丙(bing)酮(tong)。然而，氧化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)的吸(xi)(xi)附(fu)能力(li)有限(xian)，不(bu)能大面積(ji)改善空(kong)氣(qi)環境(jing)。因此，我們使用活性炭和(he)氧化(hua)(hua)鎂(mei)(mei)來協調吸(xi)(xi)附(fu)能力(li)和(he)吸(xi)(xi)附(fu)能力(li)。

　　改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)不同氧化(hua)鎂(mei)含(han)(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)的(de)圖(tu)像：(a)活(huo)性(xing)炭(tan)，(b)氧化(hua)鎂(mei)含(han)(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)為活(huo)性(xing)炭(tan)的(de)5%，(c)氧化(hua)鎂(mei)含(han)(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)為活(huo)性(xing)炭(tan)10%，(d)氧化(hua)鎂(mei)含(han)(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)為活(huo)性(xing)炭(tan)20%，(e)活(huo)性(xing)炭(tan)中(zhong)氧化(hua)鎂(mei)含(han)(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)30%(f)活(huo)性(xing)炭(tan)中(zhong)氧化(hua)鎂(mei)含(han)(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)放大(da)10%SEM圖(tu)像。

　　形態學分析

　　改(gai)性活(huo)(huo)性炭(tan)表(biao)(biao)面(mian)物理(li)形(xing)態采(cai)用(yong)掃描電子顯微(wei)鏡技術(shu)觀察。顯微(wei)照片(pian)如圖(tu)1所示。活(huo)(huo)性炭(tan)(見(jian)圖(tu)1a)，未改(gai)性活(huo)(huo)性炭(tan)樣品表(biao)(biao)面(mian)無缺陷或(huo)裂縫。然而，觀察合成改(gai)性活(huo)(huo)性炭(tan)(見(jian)圖(tu)3b-e由于高(gao)(gao)溫活(huo)(huo)化，塌陷成小(xiao)(xiao)塊，形(xing)成大量通(tong)孔。此外(wai)，隨著浸漬(zi)濃度(du)的(de)(de)增加(jia)，活(huo)(huo)性炭(tan)表(biao)(biao)面(mian)支撐著越來越多的(de)(de)氧(yang)化鎂(mei)顆(ke)(ke)粒(li)。隨著氧(yang)化鎂(mei)量的(de)(de)增加(jia)，活(huo)(huo)性炭(tan)表(biao)(biao)面(mian)變(bian)得粗糙。參考圖(tu)3f中放大的(de)(de)SEM復合材料表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)氧(yang)化鎂(mei)顆(ke)(ke)粒(li)呈(cheng)無序的(de)(de)小(xiao)(xiao)球形(xing)結構，并(bing)相(xiang)互重疊產生葡萄形(xing)狀(zhuang)。這一(yi)事實意味(wei)著隨著煅(duan)燒(shao)溫度(du)的(de)(de)升(sheng)高(gao)(gao)，由于高(gao)(gao)煅(duan)燒(shao)溫度(du)下顆(ke)(ke)粒(li)聚(ju)集，顆(ke)(ke)粒(li)尺寸增加(jia)。

　　為(wei)了進一步揭示(shi)(shi)改性活(huo)性炭的微微觀結(jie)構TEM，選擇區域電子衍(yan)射(she)(SAED)能量色散(san)譜(pu)(EDS)測量。由(you)于所(suo)有(you)樣(yang)品(pin)(pin)形式相似(si)，活(huo)性炭中(zhong)氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)含量10%的樣(yang)品(pin)(pin)被(bei)選為(wei)典型例子。TEM圖像顯示(shi)(shi)樣(yang)品(pin)(pin)由(you)許(xu)多小氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)納米晶(jing)體和碳基質組成。顯示(shi)(shi)改性活(huo)性炭HR-TEM圖像。層間距為(wei)2.氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)晶(jing)格條紋歸(gui)因于立(li)方氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)晶(jing)格面(mian)(200)。相應樣(yang)品(pin)(pin)的SAED圖案(an)(圖2b插圖)顯示(shi)(shi)明(ming)(ming)(ming)亮(liang)的圓環，顯示(shi)(shi)所(suo)選區域氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)的多晶(jing)性能。分配給氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)的衍(yan)射(she)同心環(111)、(200)、(220)和(2222)明(ming)(ming)(ming)顯，結(jie)果(guo)與從XRD氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)平(ping)面(mian)數據一致(zhi)。如圖2c-e所(suo)示(shi)(shi)，EDS映射(she)結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)(ming)(ming)，鎂(mei)(mei)(mei)和氧(yang)(yang)元素(su)均勻分布在活(huo)性炭表(biao)面(mian)，而(er)不是明(ming)(ming)(ming)顯聚(ju)集。

　　(a)TEM和(he)(b)改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭氧(yang)化鎂(mei)含(han)量(liang)10%樣品(pin)HR-TEM圖像，(b)插圖是相應的SAED圖案。(c-e)改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭氧(yang)化鎂(mei)含(han)量(liang)10%的樣品(pin)，鎂(mei)和(he)氧(yang)EDS映射元素(su)。

　　活性(xing)炭丙酮吸附試(shi)驗(yan)

　　如圖3所示。丙(bing)酮(tong)突(tu)破試驗在(zai)(zai)裝有水套的(de)(de)玻璃(li)管柱中進(jin)行(xing)，以保持25℃恒溫。氮(dan)氣(qi)系統由(you)丙(bing)酮(tong)氣(qi)體(ti)發生器獲(huo)得的(de)(de)高濃(nong)度蒸(zheng)汽兩部分(fen)組成(cheng)，由(you)質量流量控(kong)制器控(kong)制。同時，氮(dan)氣(qi)通過(guo)另一個(ge)分(fen)支(zhi)進(jin)入(ru)氣(qi)體(ti)混(hun)合室稀(xi)釋(shi)高濃(nong)度丙(bing)酮(tong)蒸(zheng)氣(qi)，以調節丙(bing)酮(tong)蒸(zheng)氣(qi)的(de)(de)濃(nong)度。氣(qi)態混(hun)合物隨后(hou)在(zai)(zai)25歲℃在(zai)(zai)恒溫和大氣(qi)壓下引(yin)導活性炭(tan)。通過(guo)氣(qi)相色譜儀在(zai)(zai)線監(jian)測氣(qi)體(ti)經過(guo)活性炭(tan)的(de)(de)輸出(chu)濃(nong)度。

　　等(deng)溫吸(xi)附裝(zhuang)置用(yong)于丙酮吸(xi)附。

　　丙酮吸附研究

　　丙(bing)酮(tong)吸(xi)附(fu)的(de)典型(xing)結果(guo)如圖4所示(shi)a它顯示(shi)了穿(chuan)透曲(qu)線(xian)。考慮到絕對濃度(du)(du)的(de)多樣性，然(ran)后通過從(cong)丙(bing)酮(tong)穿(chuan)透曲(qu)線(xian)計算的(de)區域(yu)的(de)值積分來標準化濃度(du)(du)。值得(de)注意的(de)是，在(zai)所有吸(xi)附(fu)試驗中，出口丙(bing)酮(tong)濃度(du)(du)為零，表明丙(bing)酮(tong)在(zai)穿(chuan)透前已完全去除。每個試驗中使用的(de)樣品量為0.2g。

　　(a)突破曲線和(b)丙酮在純氧化鎂和改性活性炭上具有不(bu)同氧化鎂含量的吸附等溫線。

　　如圖4a六種滲(shen)透曲線的(de)發展趨勢在一(yi)定(ding)溫度(du)下(25℃)和濃度(du)(85.21m3 g-1)下面是一(yi)致的(de)。具體來說，曲線開始(shi)非(fei)常溫和，一(yi)旦(dan)突破，濃度(du)就會急劇(ju)增加。隨著時間的(de)推移，觀察到濃度(du)逐漸穩定(ding)。所(suo)有樣品(pin)中，改(gai)性(xing)活性(xing)炭氧(yang)化鎂(mei)含量10%的(de)樣品(pin)吸附(fu)容量排名**。穿透時間定(ding)義(yi)為出口(kou)濃度(du)為入口(kou)濃度(du)的(de)10%。每個樣品(pin)的(de)穿透時間也不同，丙(bing)酮(tong)在改(gai)性(xing)活性(xing)炭氧(yang)化鎂(mei)含量10%中的(de)穿透時間*長，表明其優異的(de)丙(bing)酮(tong)捕獲能力。

　　總之(zhi)，通(tong)過(guo)蒸發誘(you)導的(de)(de)(de)自(zi)組(zu)裝(zhuang)過(guo)程和(he)隨后的(de)(de)(de)熱(re)解處理相(xiang)結(jie)合(he)，開發了(le)一種簡單可控的(de)(de)(de)方法，以乙(yi)酸鎂(mei)為鎂(mei)源，制備(bei)了(le)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鎂(mei)納米復(fu)合(he)材(cai)(cai)料改性(xing)的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)。改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鎂(mei)含量(liang)(liang)10%的(de)(de)(de)復(fu)合(he)材(cai)(cai)料具有(you)明顯的(de)(de)(de)丙酮(tong)捕(bu)獲能力。值得注意的(de)(de)(de)是，增(zeng)加(jia)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鎂(mei)含量(liang)(liang)會(hui)大大增(zeng)強(qiang)丙酮(tong)在(zai)活(huo)性(xing)炭(tan)上的(de)(de)(de)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)吸附(fu)，但(dan)也會(hui)減少物理吸附(fu)。量(liang)(liang)子(zi)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)計算表明，改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)電子(zi)性(xing)質是丙酮(tong)吸附(fu)能力高的(de)(de)(de)原因，其相(xiang)互作用(yong)屬于化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)吸附(fu)。這(zhe)種簡單的(de)(de)(de)合(he)成使活(huo)性(xing)炭(tan)能夠更好(hao)地吸收丙酮(tong)。