活性(xing)炭改(gai)性(xing)后吸附丙酮(tong)

　　活性炭改(gai)性(xing)(xing)(xing)后吸(xi)(xi)附(fu)丙(bing)酮(tong)，活性(xing)(xing)(xing)炭用(yong)氧(yang)化鎂改(gai)性(xing)(xing)(xing)后吸(xi)(xi)附(fu)丙(bing)酮(tong)。本研究采(cai)用(yong)X射(she)(she)線衍射(she)(she)、掃描電子顯微鏡(jing)、透射(she)(she)電子顯微鏡(jing)、氮(dan)吸(xi)(xi)附(fu)等溫度測量來表(biao)示五種改(gai)性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭復合材料的(de)(de)(de)結(jie)構和化學特(te)性(xing)(xing)(xing)。結(jie)果(guo)表(biao)明，由于(yu)氧(yang)化鎂納米粒子與丙(bing)酮(tong)分子之間(jian)的(de)(de)(de)強化學吸(xi)(xi)附(fu)，改(gai)性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭能有(you)效(xiao)提高(gao)丙(bing)酮(tong)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)能力。

　　空氣(qi)污染的(de)(de)主要(yao)原因有(you)很多，主要(yao)是揮發性(xing)(xing)有(you)機(ji)化合物(wu)，即(ji)使(shi)在很低的(de)(de)濃度(du)下也(ye)能清晰地聞到氣(qi)味，并(bing)具(ju)有(you)一定的(de)(de)致癌性(xing)(xing)。目(mu)前(qian)，有(you)幾種(zhong)減少空氣(qi)污染的(de)(de)方(fang)法，包(bao)括(kuo)冷(leng)凝、蒸餾、生物(wu)處理、催化氧化和活性(xing)(xing)炭吸附。

　　丙(bing)酮(tong)是(shi)一(yi)(yi)種揮發性(xing)有(you)(you)機化合物，使(shi)用(yong)活性(xing)炭(tan)物理吸附不(bu)一(yi)(yi)定能(neng)很(hen)好(hao)(hao)地去除丙(bing)酮(tong)，因(yin)(yin)此化學吸附也(ye)是(shi)一(yi)(yi)種完美的方法。有(you)(you)數(shu)據表明(ming)，一(yi)(yi)些金(jin)屬(shu)氧化物材料(liao)對丙(bing)酮(tong)具有(you)(you)良好(hao)(hao)的吸附能(neng)力(li)(li)。例(li)如，氧化鎂(mei)是(shi)一(yi)(yi)種堿(jian)土金(jin)屬(shu)氧化物，在室溫下(xia)能(neng)很(hen)好(hao)(hao)地吸附丙(bing)酮(tong)。然(ran)而，氧化鎂(mei)的吸附能(neng)力(li)(li)有(you)(you)限，不(bu)能(neng)大面(mian)積(ji)改善空氣環(huan)境。因(yin)(yin)此，我們使(shi)用(yong)活性(xing)炭(tan)和氧化鎂(mei)來協調吸附能(neng)力(li)(li)和吸附能(neng)力(li)(li)。

　　改性活(huo)性炭(tan)(tan)不(bu)同氧化(hua)鎂(mei)含量的圖像：(a)活(huo)性炭(tan)(tan)，(b)氧化(hua)鎂(mei)含量為(wei)活(huo)性炭(tan)(tan)的5%，(c)氧化(hua)鎂(mei)含量為(wei)活(huo)性炭(tan)(tan)10%，(d)氧化(hua)鎂(mei)含量為(wei)活(huo)性炭(tan)(tan)20%，(e)活(huo)性炭(tan)(tan)中氧化(hua)鎂(mei)含量30%(f)活(huo)性炭(tan)(tan)中氧化(hua)鎂(mei)含量放(fang)大(da)10%SEM圖像。

　　形態學分析

　　改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)(biao)面(mian)(mian)物理形態采用(yong)掃描電(dian)子顯微(wei)鏡技(ji)術觀(guan)察(cha)。顯微(wei)照片如(ru)圖1所(suo)示。活(huo)性(xing)炭(tan)(見(jian)圖1a)，未改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)樣品表(biao)(biao)面(mian)(mian)無(wu)缺陷(xian)或裂縫。然而，觀(guan)察(cha)合成(cheng)改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)(見(jian)圖3b-e由于高溫(wen)活(huo)化，塌陷(xian)成(cheng)小(xiao)(xiao)塊，形成(cheng)大(da)量(liang)通孔(kong)。此外，隨(sui)著(zhu)浸漬濃度的(de)(de)(de)增(zeng)加，活(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)(biao)面(mian)(mian)支撐著(zhu)越來越多的(de)(de)(de)氧化鎂(mei)(mei)顆(ke)粒。隨(sui)著(zhu)氧化鎂(mei)(mei)量(liang)的(de)(de)(de)增(zeng)加，活(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)(biao)面(mian)(mian)變得(de)粗(cu)糙(cao)。參考圖3f中放大(da)的(de)(de)(de)SEM復合材料表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)氧化鎂(mei)(mei)顆(ke)粒呈(cheng)無(wu)序的(de)(de)(de)小(xiao)(xiao)球形結構，并相互(hu)重疊產生葡萄形狀。這一(yi)事(shi)實意味著(zhu)隨(sui)著(zhu)煅燒(shao)溫(wen)度的(de)(de)(de)升(sheng)高，由于高煅燒(shao)溫(wen)度下(xia)顆(ke)粒聚集(ji)，顆(ke)粒尺寸增(zeng)加。

　　為(wei)(wei)了進一(yi)步揭示(shi)改性(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭的微微觀(guan)結構TEM，選擇區(qu)域(yu)電子(zi)衍射(she)(SAED)能量(liang)色散譜(EDS)測量(liang)。由于(yu)所(suo)有樣品形式相似，活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭中氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含量(liang)10%的樣品被選為(wei)(wei)典型例子(zi)。TEM圖(tu)像顯示(shi)樣品由許多小氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)納米晶(jing)體和碳基質組(zu)成。顯示(shi)改性(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭HR-TEM圖(tu)像。層間(jian)距為(wei)(wei)2.氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)晶(jing)格條紋歸因于(yu)立方氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)晶(jing)格面(mian)(200)。相應(ying)樣品的SAED圖(tu)案(圖(tu)2b插圖(tu))顯示(shi)明(ming)亮(liang)的圓環(huan)(huan)，顯示(shi)所(suo)選區(qu)域(yu)氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)的多晶(jing)性(xing)(xing)(xing)能。分配給氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)的衍射(she)同(tong)心環(huan)(huan)(111)、(200)、(220)和(2222)明(ming)顯，結果(guo)與從XRD氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)平面(mian)數據(ju)一(yi)致。如圖(tu)2c-e所(suo)示(shi)，EDS映射(she)結果(guo)表明(ming)，鎂(mei)(mei)和氧(yang)元(yuan)素(su)均勻分布在活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭表面(mian)，而不是明(ming)顯聚集。

　　(a)TEM和(he)(b)改性活性炭(tan)(tan)氧(yang)(yang)化鎂含量(liang)10%樣(yang)品HR-TEM圖像，(b)插圖是相(xiang)應的SAED圖案(an)。(c-e)改性活性炭(tan)(tan)氧(yang)(yang)化鎂含量(liang)10%的樣(yang)品，鎂和(he)氧(yang)(yang)EDS映射元素。

　　活性(xing)炭丙酮(tong)吸(xi)附試驗

　　如圖3所示。丙酮(tong)突(tu)破試驗在(zai)裝有水套的玻璃(li)管(guan)柱中(zhong)進行，以保持25℃恒(heng)溫(wen)。氮(dan)氣(qi)系統由丙酮(tong)氣(qi)體發生器獲得的高濃(nong)(nong)度蒸(zheng)汽兩部分(fen)組成，由質量流量控制器控制。同時，氮(dan)氣(qi)通(tong)過(guo)(guo)另一個分(fen)支進入(ru)氣(qi)體混(hun)合(he)室稀釋高濃(nong)(nong)度丙酮(tong)蒸(zheng)氣(qi)，以調節丙酮(tong)蒸(zheng)氣(qi)的濃(nong)(nong)度。氣(qi)態混(hun)合(he)物隨后(hou)在(zai)25歲℃在(zai)恒(heng)溫(wen)和大氣(qi)壓下引導活性炭(tan)。通(tong)過(guo)(guo)氣(qi)相(xiang)色譜儀在(zai)線監測氣(qi)體經(jing)過(guo)(guo)活性炭(tan)的輸出濃(nong)(nong)度。

　　等溫吸附裝置用于丙酮吸附。

　　丙酮吸附研究

　　丙(bing)酮(tong)(tong)吸(xi)附的(de)(de)典型(xing)結果如圖(tu)4所示a它顯示了穿透曲線(xian)。考慮(lv)到(dao)絕(jue)對濃(nong)度的(de)(de)多樣(yang)(yang)性，然后(hou)通過從丙(bing)酮(tong)(tong)穿透曲線(xian)計算的(de)(de)區域的(de)(de)值積(ji)分來標準化濃(nong)度。值得注意(yi)的(de)(de)是，在所有吸(xi)附試驗中，出口丙(bing)酮(tong)(tong)濃(nong)度為零，表(biao)明丙(bing)酮(tong)(tong)在穿透前已完全去除。每個試驗中使用的(de)(de)樣(yang)(yang)品量為0.2g。

　　(a)突破曲(qu)線和(b)丙(bing)酮在純氧化(hua)鎂(mei)和改性活性炭(tan)上(shang)具(ju)有不同(tong)氧化(hua)鎂(mei)含量的吸(xi)附等溫線。

　　如圖4a六種滲透(tou)曲(qu)線(xian)的(de)(de)發展趨勢在一(yi)定(ding)溫(wen)度下(25℃)和濃(nong)度(85.21m3 g-1)下面是(shi)一(yi)致的(de)(de)。具(ju)體來說，曲(qu)線(xian)開(kai)始非常溫(wen)和，一(yi)旦突破，濃(nong)度就會急劇(ju)增加。隨著時間的(de)(de)推移，觀(guan)察(cha)到(dao)濃(nong)度逐(zhu)漸穩定(ding)。所有(you)樣品中，改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭氧(yang)(yang)化(hua)鎂含量10%的(de)(de)樣品吸(xi)附容量排名(ming)**。穿(chuan)透(tou)時間定(ding)義為出口(kou)濃(nong)度為入口(kou)濃(nong)度的(de)(de)10%。每個樣品的(de)(de)穿(chuan)透(tou)時間也不同(tong)，丙(bing)酮在改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭氧(yang)(yang)化(hua)鎂含量10%中的(de)(de)穿(chuan)透(tou)時間*長，表明(ming)其優(you)異的(de)(de)丙(bing)酮捕獲(huo)能力。

　　總之，通(tong)過蒸發誘導的(de)(de)(de)(de)(de)自組(zu)裝過程和隨(sui)后的(de)(de)(de)(de)(de)熱解處理相結合(he)(he)，開發了(le)一種簡(jian)單可(ke)控的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法，以乙酸鎂(mei)為鎂(mei)源，制備了(le)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)納米復合(he)(he)材料改性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)活性(xing)(xing)炭(tan)。改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)含(han)量(liang)10%的(de)(de)(de)(de)(de)復合(he)(he)材料具有明顯(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)丙(bing)(bing)酮捕獲能(neng)力。值得注意的(de)(de)(de)(de)(de)是，增(zeng)加氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)含(han)量(liang)會(hui)大(da)大(da)增(zeng)強丙(bing)(bing)酮在活性(xing)(xing)炭(tan)上的(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)(hua)(hua)學吸(xi)附(fu)，但也會(hui)減(jian)少物理吸(xi)附(fu)。量(liang)子(zi)化(hua)(hua)(hua)學計算(suan)表明，改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)電子(zi)性(xing)(xing)質是丙(bing)(bing)酮吸(xi)附(fu)能(neng)力高的(de)(de)(de)(de)(de)原因，其相互作用屬(shu)于(yu)化(hua)(hua)(hua)學吸(xi)附(fu)。這(zhe)種簡(jian)單的(de)(de)(de)(de)(de)合(he)(he)成(cheng)使(shi)活性(xing)(xing)炭(tan)能(neng)夠更好地吸(xi)收丙(bing)(bing)酮。