活(huo)性(xing)炭改性(xing)后吸(xi)附丙酮

　　活性炭改(gai)(gai)性(xing)后吸(xi)附丙(bing)(bing)酮，活性(xing)炭用氧化(hua)鎂(mei)改(gai)(gai)性(xing)后吸(xi)附丙(bing)(bing)酮。本研究采用X射(she)線衍射(she)、掃描電子(zi)顯(xian)微(wei)(wei)鏡(jing)、透射(she)電子(zi)顯(xian)微(wei)(wei)鏡(jing)、氮吸(xi)附等溫(wen)度測(ce)量(liang)來表示五種改(gai)(gai)性(xing)活性(xing)炭復(fu)合材料的結構(gou)和(he)化(hua)學(xue)特(te)性(xing)。結果表明，由于(yu)氧化(hua)鎂(mei)納米粒子(zi)與丙(bing)(bing)酮分子(zi)之間的強化(hua)學(xue)吸(xi)附，改(gai)(gai)性(xing)活性(xing)炭能(neng)有(you)效提高丙(bing)(bing)酮的吸(xi)附能(neng)力。

　　空氣(qi)污染的主(zhu)要原因(yin)有很多，主(zhu)要是揮發性有機化(hua)合(he)物，即使(shi)在(zai)很低的濃(nong)度(du)下也能清晰(xi)地聞到(dao)氣(qi)味，并(bing)具有一定(ding)的致癌性。目前，有幾種(zhong)減少空氣(qi)污染的方(fang)法(fa)，包括冷凝、蒸餾、生物處理(li)、催化(hua)氧化(hua)和(he)活性炭吸附。

　　丙(bing)酮是(shi)一(yi)種揮發性有機(ji)化(hua)合物(wu)(wu)，使用活性炭(tan)物(wu)(wu)理吸(xi)附(fu)不一(yi)定能很好地去除(chu)丙(bing)酮，因(yin)此化(hua)學吸(xi)附(fu)也是(shi)一(yi)種完美的方(fang)法。有數據表明，一(yi)些金屬氧(yang)化(hua)物(wu)(wu)材料(liao)對丙(bing)酮具有良好的吸(xi)附(fu)能力。例(li)如，氧(yang)化(hua)鎂是(shi)一(yi)種堿土金屬氧(yang)化(hua)物(wu)(wu)，在室溫下(xia)能很好地吸(xi)附(fu)丙(bing)酮。然(ran)而，氧(yang)化(hua)鎂的吸(xi)附(fu)能力有限(xian)，不能大面積改善空(kong)氣環境。因(yin)此，我們使用活性炭(tan)和(he)氧(yang)化(hua)鎂來(lai)協調吸(xi)附(fu)能力和(he)吸(xi)附(fu)能力。

　　改(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)不(bu)同氧(yang)化鎂(mei)含(han)量(liang)(liang)的圖(tu)像(xiang)：(a)活性(xing)(xing)炭(tan)，(b)氧(yang)化鎂(mei)含(han)量(liang)(liang)為活性(xing)(xing)炭(tan)的5%，(c)氧(yang)化鎂(mei)含(han)量(liang)(liang)為活性(xing)(xing)炭(tan)10%，(d)氧(yang)化鎂(mei)含(han)量(liang)(liang)為活性(xing)(xing)炭(tan)20%，(e)活性(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)氧(yang)化鎂(mei)含(han)量(liang)(liang)30%(f)活性(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)氧(yang)化鎂(mei)含(han)量(liang)(liang)放大10%SEM圖(tu)像(xiang)。

　　形態學分析

　　改(gai)性(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)(mian)物(wu)理形(xing)(xing)(xing)態采用掃(sao)描電子顯微鏡技術觀察。顯微照片如圖(tu)1所示(shi)。活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(見圖(tu)1a)，未(wei)改(gai)性(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)樣品表(biao)面(mian)(mian)無(wu)缺(que)陷或裂(lie)縫(feng)。然而，觀察合(he)成(cheng)(cheng)改(gai)性(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(見圖(tu)3b-e由于(yu)高溫活(huo)(huo)(huo)化，塌(ta)陷成(cheng)(cheng)小塊，形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)大量(liang)通孔。此外，隨著(zhu)浸漬濃度的(de)增加，活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)(mian)支(zhi)撐著(zhu)越來越多的(de)氧化鎂(mei)顆(ke)粒(li)。隨著(zhu)氧化鎂(mei)量(liang)的(de)增加，活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)(mian)變得粗糙。參考圖(tu)3f中放大的(de)SEM復合(he)材(cai)料表(biao)面(mian)(mian)的(de)氧化鎂(mei)顆(ke)粒(li)呈無(wu)序的(de)小球形(xing)(xing)(xing)結構(gou)，并(bing)相互重疊(die)產生葡萄(tao)形(xing)(xing)(xing)狀(zhuang)。這一事實(shi)意味著(zhu)隨著(zhu)煅燒(shao)溫度的(de)升高，由于(yu)高煅燒(shao)溫度下顆(ke)粒(li)聚集，顆(ke)粒(li)尺寸增加。

　　為了進一(yi)步揭(jie)示(shi)(shi)改性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的(de)微微觀結(jie)構TEM，選擇區域電子衍射(she)(she)(SAED)能(neng)量(liang)色散譜(EDS)測量(liang)。由于所(suo)有樣(yang)品(pin)(pin)形式相似(si)，活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)中(zhong)氧化(hua)(hua)鎂含量(liang)10%的(de)樣(yang)品(pin)(pin)被選為典型例子。TEM圖(tu)(tu)像顯示(shi)(shi)樣(yang)品(pin)(pin)由許多(duo)小(xiao)氧化(hua)(hua)鎂納(na)米晶(jing)體(ti)和(he)碳基質組成。顯示(shi)(shi)改性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)HR-TEM圖(tu)(tu)像。層(ceng)間距為2.氧化(hua)(hua)鎂晶(jing)格條紋歸因于立(li)方(fang)氧化(hua)(hua)鎂晶(jing)格面(200)。相應樣(yang)品(pin)(pin)的(de)SAED圖(tu)(tu)案(圖(tu)(tu)2b插(cha)圖(tu)(tu))顯示(shi)(shi)明(ming)亮的(de)圓環(huan)(huan)，顯示(shi)(shi)所(suo)選區域氧化(hua)(hua)鎂的(de)多(duo)晶(jing)性(xing)能(neng)。分(fen)配給(gei)氧化(hua)(hua)鎂的(de)衍射(she)(she)同心環(huan)(huan)(111)、(200)、(220)和(he)(2222)明(ming)顯，結(jie)果與(yu)從XRD氧化(hua)(hua)鎂平面數據(ju)一(yi)致。如圖(tu)(tu)2c-e所(suo)示(shi)(shi)，EDS映射(she)(she)結(jie)果表(biao)明(ming)，鎂和(he)氧元素均(jun)勻分(fen)布在(zai)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)表(biao)面，而不是明(ming)顯聚集。

　　(a)TEM和(b)改(gai)性活性炭(tan)氧(yang)(yang)(yang)化鎂(mei)(mei)含量10%樣品HR-TEM圖(tu)像，(b)插圖(tu)是相應的(de)SAED圖(tu)案。(c-e)改(gai)性活性炭(tan)氧(yang)(yang)(yang)化鎂(mei)(mei)含量10%的(de)樣品，鎂(mei)(mei)和氧(yang)(yang)(yang)EDS映射元素。

　　活性(xing)炭(tan)丙酮吸附試驗

　　如圖3所示。丙(bing)(bing)酮(tong)突破試驗在裝有(you)水(shui)套的玻璃管柱中(zhong)進行(xing)，以(yi)保持(chi)25℃恒溫。氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)系統由丙(bing)(bing)酮(tong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體發生器獲得的高濃(nong)度蒸(zheng)汽兩部分組成(cheng)，由質量(liang)流(liu)量(liang)控制器控制。同時，氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)通過另一個分支進入氣(qi)(qi)(qi)(qi)體混(hun)(hun)合(he)室稀釋高濃(nong)度丙(bing)(bing)酮(tong)蒸(zheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)，以(yi)調節(jie)丙(bing)(bing)酮(tong)蒸(zheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)的濃(nong)度。氣(qi)(qi)(qi)(qi)態混(hun)(hun)合(he)物隨后在25歲℃在恒溫和大(da)氣(qi)(qi)(qi)(qi)壓下引導(dao)活(huo)性炭。通過氣(qi)(qi)(qi)(qi)相色譜儀在線(xian)監測氣(qi)(qi)(qi)(qi)體經過活(huo)性炭的輸出濃(nong)度。

　　等溫吸附裝置用于(yu)丙酮(tong)吸附。

　　丙酮吸附研究

　　丙酮吸附的(de)(de)典型結(jie)果如圖4所示a它顯示了穿(chuan)(chuan)(chuan)透曲線。考慮到絕(jue)對(dui)濃(nong)度的(de)(de)多樣(yang)性，然后通過從丙酮穿(chuan)(chuan)(chuan)透曲線計算的(de)(de)區域的(de)(de)值積(ji)分來標準(zhun)化(hua)濃(nong)度。值得注(zhu)意的(de)(de)是，在所有吸附試(shi)驗(yan)中(zhong)(zhong)，出口丙酮濃(nong)度為(wei)零，表明丙酮在穿(chuan)(chuan)(chuan)透前已完全(quan)去除(chu)。每個試(shi)驗(yan)中(zhong)(zhong)使用的(de)(de)樣(yang)品量為(wei)0.2g。

　　(a)突破曲線和(b)丙(bing)酮在純氧化鎂(mei)和改性活性炭上具有不同氧化鎂(mei)含量的吸(xi)附等溫線。

　　如圖4a六種滲(shen)透(tou)曲線(xian)(xian)的(de)(de)發展趨勢(shi)在(zai)一定溫(wen)度(du)下(xia)(25℃)和(he)濃(nong)度(du)(85.21m3 g-1)下(xia)面(mian)是一致的(de)(de)。具體來說(shuo)，曲線(xian)(xian)開始非(fei)常溫(wen)和(he)，一旦突破，濃(nong)度(du)就會急劇增加(jia)。隨著時(shi)間的(de)(de)推(tui)移，觀察(cha)到濃(nong)度(du)逐漸穩定。所(suo)有樣品中(zhong)(zhong)，改性活性炭氧(yang)化鎂含量(liang)10%的(de)(de)樣品吸附容量(liang)排(pai)名**。穿透(tou)時(shi)間定義為(wei)出口濃(nong)度(du)為(wei)入口濃(nong)度(du)的(de)(de)10%。每個樣品的(de)(de)穿透(tou)時(shi)間也不(bu)同，丙酮在(zai)改性活性炭氧(yang)化鎂含量(liang)10%中(zhong)(zhong)的(de)(de)穿透(tou)時(shi)間*長，表明其優異的(de)(de)丙酮捕獲能力。

　　總之，通過(guo)蒸發誘導的(de)(de)(de)自組(zu)裝(zhuang)過(guo)程和隨后的(de)(de)(de)熱解處理相結(jie)合，開發了(le)一種簡單可控的(de)(de)(de)方法，以(yi)乙酸鎂為(wei)鎂源，制備了(le)氧(yang)(yang)化(hua)鎂納米復合材料改(gai)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭。改(gai)性(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭氧(yang)(yang)化(hua)鎂含(han)量10%的(de)(de)(de)復合材料具有(you)明顯的(de)(de)(de)丙(bing)酮捕獲能力。值(zhi)得注意的(de)(de)(de)是，增加氧(yang)(yang)化(hua)鎂含(han)量會大大增強丙(bing)酮在(zai)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭上的(de)(de)(de)化(hua)學吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)，但也會減少物(wu)理吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)。量子化(hua)學計算表明，改(gai)性(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)電子性(xing)(xing)(xing)質是丙(bing)酮吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)能力高的(de)(de)(de)原因，其相互(hu)作用(yong)屬于(yu)化(hua)學吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)。這種簡單的(de)(de)(de)合成使活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭能夠更好地吸(xi)(xi)收(shou)丙(bing)酮。