活性炭改性后(hou)吸附丙(bing)酮

　　活性炭改性后(hou)吸(xi)(xi)附丙酮(tong)，活性炭(tan)(tan)用(yong)氧(yang)化(hua)(hua)鎂改性后(hou)吸(xi)(xi)附丙酮(tong)。本研(yan)究采用(yong)X射(she)線(xian)衍射(she)、掃描電(dian)子(zi)顯微鏡(jing)、透射(she)電(dian)子(zi)顯微鏡(jing)、氮吸(xi)(xi)附等溫(wen)度測量來表(biao)示五種改性活性炭(tan)(tan)復合材料的(de)結(jie)構(gou)和化(hua)(hua)學特性。結(jie)果表(biao)明，由于氧(yang)化(hua)(hua)鎂納米粒(li)子(zi)與丙酮(tong)分子(zi)之間的(de)強(qiang)化(hua)(hua)學吸(xi)(xi)附，改性活性炭(tan)(tan)能有效提高丙酮(tong)的(de)吸(xi)(xi)附能力。

　　空(kong)氣(qi)(qi)污(wu)染的主要原(yuan)因(yin)有很(hen)多，主要是揮發性(xing)有機化(hua)合物，即(ji)使在(zai)很(hen)低的濃度下也能(neng)清(qing)晰地聞到氣(qi)(qi)味，并(bing)具(ju)有一定的致癌性(xing)。目前，有幾種減少空(kong)氣(qi)(qi)污(wu)染的方法，包括冷凝(ning)、蒸餾、生(sheng)物處理、催化(hua)氧(yang)化(hua)和活性(xing)炭吸附(fu)。

　　丙(bing)酮(tong)是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)揮發性有機化合物，使(shi)用活性炭(tan)物理吸(xi)附(fu)(fu)不(bu)一(yi)(yi)定(ding)能(neng)很好地去除丙(bing)酮(tong)，因(yin)此(ci)化學吸(xi)附(fu)(fu)也是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)完(wan)美的方法(fa)。有數據表明，一(yi)(yi)些金屬(shu)氧(yang)化物材(cai)料對(dui)丙(bing)酮(tong)具有良好的吸(xi)附(fu)(fu)能(neng)力(li)。例如(ru)，氧(yang)化鎂是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)堿土金屬(shu)氧(yang)化物，在室溫下能(neng)很好地吸(xi)附(fu)(fu)丙(bing)酮(tong)。然而，氧(yang)化鎂的吸(xi)附(fu)(fu)能(neng)力(li)有限(xian)，不(bu)能(neng)大面積改善空氣環境。因(yin)此(ci)，我們使(shi)用活性炭(tan)和(he)氧(yang)化鎂來(lai)協調吸(xi)附(fu)(fu)能(neng)力(li)和(he)吸(xi)附(fu)(fu)能(neng)力(li)。

　　改性活(huo)性炭(tan)(tan)不同氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鎂含(han)(han)量(liang)的圖像：(a)活(huo)性炭(tan)(tan)，(b)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鎂含(han)(han)量(liang)為活(huo)性炭(tan)(tan)的5%，(c)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鎂含(han)(han)量(liang)為活(huo)性炭(tan)(tan)10%，(d)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鎂含(han)(han)量(liang)為活(huo)性炭(tan)(tan)20%，(e)活(huo)性炭(tan)(tan)中(zhong)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鎂含(han)(han)量(liang)30%(f)活(huo)性炭(tan)(tan)中(zhong)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鎂含(han)(han)量(liang)放大10%SEM圖像。

　　形態學分析

　　改(gai)性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)表面物(wu)理形(xing)態采用掃描電子(zi)顯微鏡技(ji)術(shu)觀(guan)察。顯微照片如(ru)圖1所(suo)示。活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)(見(jian)(jian)圖1a)，未改(gai)性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)樣品表面無缺陷(xian)或(huo)裂縫。然(ran)而，觀(guan)察合成(cheng)改(gai)性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)(見(jian)(jian)圖3b-e由(you)于高(gao)溫(wen)(wen)活化(hua)，塌陷(xian)成(cheng)小塊(kuai)，形(xing)成(cheng)大量通(tong)孔。此外，隨(sui)著(zhu)(zhu)浸漬濃(nong)度(du)(du)(du)的(de)增(zeng)加，活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)表面支撐著(zhu)(zhu)越(yue)來越(yue)多的(de)氧化(hua)鎂(mei)顆(ke)粒(li)。隨(sui)著(zhu)(zhu)氧化(hua)鎂(mei)量的(de)增(zeng)加，活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)表面變得(de)粗糙。參考(kao)圖3f中放大的(de)SEM復合材料表面的(de)氧化(hua)鎂(mei)顆(ke)粒(li)呈無序的(de)小球形(xing)結構(gou)，并(bing)相互重疊(die)產生葡萄形(xing)狀。這一事實意味著(zhu)(zhu)隨(sui)著(zhu)(zhu)煅燒溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)升高(gao)，由(you)于高(gao)煅燒溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)下顆(ke)粒(li)聚集，顆(ke)粒(li)尺寸增(zeng)加。

　　為了(le)進一步(bu)揭示改(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)微微觀結構(gou)TEM，選擇區(qu)域電子(zi)衍(yan)(yan)射(she)(SAED)能(neng)量(liang)色(se)散譜(pu)(EDS)測量(liang)。由于所(suo)有樣(yang)品(pin)形(xing)式相(xiang)似，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)中氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)含量(liang)10%的(de)樣(yang)品(pin)被選為典型例(li)子(zi)。TEM圖(tu)(tu)像顯(xian)(xian)示樣(yang)品(pin)由許多小氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)納米(mi)晶(jing)(jing)(jing)體和碳(tan)基質組成。顯(xian)(xian)示改(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)HR-TEM圖(tu)(tu)像。層間(jian)距為2.氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)晶(jing)(jing)(jing)格(ge)條紋(wen)歸因于立(li)方氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)晶(jing)(jing)(jing)格(ge)面(mian)(200)。相(xiang)應(ying)樣(yang)品(pin)的(de)SAED圖(tu)(tu)案(圖(tu)(tu)2b插圖(tu)(tu))顯(xian)(xian)示明亮(liang)的(de)圓環，顯(xian)(xian)示所(suo)選區(qu)域氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)的(de)多晶(jing)(jing)(jing)性(xing)(xing)能(neng)。分配給氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)的(de)衍(yan)(yan)射(she)同心環(111)、(200)、(220)和(2222)明顯(xian)(xian)，結果(guo)與(yu)從XRD氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)平面(mian)數(shu)據一致。如(ru)圖(tu)(tu)2c-e所(suo)示，EDS映射(she)結果(guo)表明，鎂(mei)(mei)和氧(yang)元(yuan)素(su)均勻分布在活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)，而不是明顯(xian)(xian)聚集(ji)。

　　(a)TEM和(b)改(gai)(gai)性(xing)活性(xing)炭(tan)氧(yang)化鎂(mei)(mei)(mei)含(han)(han)量10%樣(yang)品(pin)HR-TEM圖像(xiang)，(b)插圖是相應的(de)SAED圖案。(c-e)改(gai)(gai)性(xing)活性(xing)炭(tan)氧(yang)化鎂(mei)(mei)(mei)含(han)(han)量10%的(de)樣(yang)品(pin)，鎂(mei)(mei)(mei)和氧(yang)EDS映(ying)射(she)元素。

　　活(huo)性炭丙(bing)酮(tong)吸附試驗(yan)

　　如圖3所示。丙(bing)(bing)酮突(tu)破試驗在(zai)(zai)裝(zhuang)有水套(tao)的玻璃管柱中(zhong)進行(xing)，以保(bao)持25℃恒(heng)(heng)溫(wen)(wen)。氮氣(qi)(qi)系統由(you)丙(bing)(bing)酮氣(qi)(qi)體(ti)發(fa)生(sheng)器獲得的高(gao)濃(nong)(nong)度(du)蒸汽兩部(bu)分(fen)組成，由(you)質(zhi)量(liang)流量(liang)控制器控制。同時，氮氣(qi)(qi)通過另一(yi)個分(fen)支進入氣(qi)(qi)體(ti)混(hun)(hun)合室稀(xi)釋高(gao)濃(nong)(nong)度(du)丙(bing)(bing)酮蒸氣(qi)(qi)，以調節(jie)丙(bing)(bing)酮蒸氣(qi)(qi)的濃(nong)(nong)度(du)。氣(qi)(qi)態混(hun)(hun)合物隨后在(zai)(zai)25歲℃在(zai)(zai)恒(heng)(heng)溫(wen)(wen)和大氣(qi)(qi)壓下(xia)引導活性(xing)炭。通過氣(qi)(qi)相(xiang)色譜儀在(zai)(zai)線監測氣(qi)(qi)體(ti)經過活性(xing)炭的輸出濃(nong)(nong)度(du)。

　　等溫吸附(fu)(fu)裝置用于丙酮(tong)吸附(fu)(fu)。

　　丙酮吸附研究

　　丙(bing)酮吸(xi)附的(de)(de)(de)典(dian)型結(jie)果如圖4所示a它顯示了(le)穿透(tou)(tou)曲線(xian)。考慮(lv)到絕對濃度(du)的(de)(de)(de)多樣性(xing)，然后(hou)通過從丙(bing)酮穿透(tou)(tou)曲線(xian)計算的(de)(de)(de)區域的(de)(de)(de)值積分來標準化(hua)濃度(du)。值得注(zhu)意的(de)(de)(de)是，在所有吸(xi)附試驗(yan)中(zhong)，出口丙(bing)酮濃度(du)為(wei)零，表明丙(bing)酮在穿透(tou)(tou)前已完全去(qu)除。每個試驗(yan)中(zhong)使用(yong)的(de)(de)(de)樣品(pin)量為(wei)0.2g。

　　(a)突破曲(qu)線(xian)和(b)丙酮(tong)在純氧化鎂和改(gai)性(xing)活性(xing)炭上具有不同氧化鎂含(han)量(liang)的吸附等(deng)溫線(xian)。

　　如圖4a六種滲(shen)透曲線(xian)的(de)(de)(de)發展趨勢在一(yi)(yi)定溫度(du)(du)下(25℃)和濃(nong)(nong)度(du)(du)(85.21m3 g-1)下面是一(yi)(yi)致的(de)(de)(de)。具體來說，曲線(xian)開始(shi)非(fei)常溫和，一(yi)(yi)旦(dan)突破，濃(nong)(nong)度(du)(du)就會急劇增加。隨(sui)著時間的(de)(de)(de)推移，觀察(cha)到濃(nong)(nong)度(du)(du)逐漸穩定。所有樣(yang)(yang)品(pin)中，改(gai)(gai)性(xing)活(huo)性(xing)炭氧化鎂含量(liang)10%的(de)(de)(de)樣(yang)(yang)品(pin)吸附(fu)容量(liang)排(pai)名**。穿(chuan)透時間定義為出口濃(nong)(nong)度(du)(du)為入口濃(nong)(nong)度(du)(du)的(de)(de)(de)10%。每個樣(yang)(yang)品(pin)的(de)(de)(de)穿(chuan)透時間也不(bu)同，丙(bing)酮在改(gai)(gai)性(xing)活(huo)性(xing)炭氧化鎂含量(liang)10%中的(de)(de)(de)穿(chuan)透時間*長，表(biao)明其優異的(de)(de)(de)丙(bing)酮捕獲能力。

　　總之，通過蒸(zheng)發(fa)誘導的(de)(de)(de)(de)自(zi)組裝過程和隨后的(de)(de)(de)(de)熱(re)解處理(li)相結合(he)，開發(fa)了(le)一種(zhong)簡(jian)單可控的(de)(de)(de)(de)方法，以乙酸鎂(mei)為鎂(mei)源，制備了(le)氧(yang)化(hua)鎂(mei)納米復合(he)材(cai)料改(gai)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)。改(gai)性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)氧(yang)化(hua)鎂(mei)含量10%的(de)(de)(de)(de)復合(he)材(cai)料具(ju)有明顯的(de)(de)(de)(de)丙(bing)酮(tong)捕獲(huo)能(neng)力。值得注意的(de)(de)(de)(de)是(shi)，增加氧(yang)化(hua)鎂(mei)含量會(hui)大大增強丙(bing)酮(tong)在活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)上的(de)(de)(de)(de)化(hua)學吸附(fu)，但也會(hui)減少(shao)物(wu)理(li)吸附(fu)。量子化(hua)學計(ji)算表(biao)明，改(gai)性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)電子性(xing)(xing)(xing)質(zhi)是(shi)丙(bing)酮(tong)吸附(fu)能(neng)力高的(de)(de)(de)(de)原因(yin)，其相互作用屬(shu)于化(hua)學吸附(fu)。這種(zhong)簡(jian)單的(de)(de)(de)(de)合(he)成使活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)能(neng)夠更好地吸收(shou)丙(bing)酮(tong)。