活(huo)性(xing)炭(tan)改性(xing)后(hou)吸附丙酮

　　活性炭改性(xing)(xing)(xing)后(hou)吸附(fu)丙(bing)酮(tong)，活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)用(yong)氧化(hua)(hua)鎂(mei)改性(xing)(xing)(xing)后(hou)吸附(fu)丙(bing)酮(tong)。本(ben)研究(jiu)采用(yong)X射(she)線衍(yan)射(she)、掃(sao)描電(dian)子顯(xian)微鏡、透(tou)射(she)電(dian)子顯(xian)微鏡、氮(dan)吸附(fu)等溫度測量來表(biao)示(shi)五種改性(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)復合材(cai)料的結構和(he)化(hua)(hua)學特性(xing)(xing)(xing)。結果表(biao)明，由(you)于氧化(hua)(hua)鎂(mei)納米粒子與丙(bing)酮(tong)分子之間的強化(hua)(hua)學吸附(fu)，改性(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)能(neng)有(you)效提高丙(bing)酮(tong)的吸附(fu)能(neng)力。

　　空(kong)氣(qi)污染的(de)主要原(yuan)因有很多(duo)，主要是揮(hui)發性有機(ji)化(hua)合物(wu)，即使在很低的(de)濃度下也能(neng)清晰地(di)聞到(dao)氣(qi)味，并具有一定的(de)致癌(ai)性。目前，有幾種減少空(kong)氣(qi)污染的(de)方(fang)法，包(bao)括冷凝、蒸餾、生物(wu)處理、催化(hua)氧(yang)化(hua)和活性炭吸附。

　　丙(bing)(bing)酮(tong)是(shi)一種(zhong)揮發性(xing)有(you)(you)機化(hua)合(he)物(wu)，使用(yong)(yong)活(huo)性(xing)炭(tan)物(wu)理吸(xi)(xi)附(fu)(fu)不(bu)一定能(neng)很好(hao)地(di)去(qu)除丙(bing)(bing)酮(tong)，因此化(hua)學吸(xi)(xi)附(fu)(fu)也(ye)是(shi)一種(zhong)完(wan)美的方法。有(you)(you)數據表明，一些金屬氧(yang)化(hua)物(wu)材料對丙(bing)(bing)酮(tong)具有(you)(you)良(liang)好(hao)的吸(xi)(xi)附(fu)(fu)能(neng)力。例如(ru)，氧(yang)化(hua)鎂(mei)是(shi)一種(zhong)堿土金屬氧(yang)化(hua)物(wu)，在室溫下能(neng)很好(hao)地(di)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)丙(bing)(bing)酮(tong)。然而，氧(yang)化(hua)鎂(mei)的吸(xi)(xi)附(fu)(fu)能(neng)力有(you)(you)限(xian)，不(bu)能(neng)大面積改(gai)善空氣環境。因此，我們(men)使用(yong)(yong)活(huo)性(xing)炭(tan)和氧(yang)化(hua)鎂(mei)來協調吸(xi)(xi)附(fu)(fu)能(neng)力和吸(xi)(xi)附(fu)(fu)能(neng)力。

　　改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)不同氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)含(han)量的圖(tu)像(xiang)：(a)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)，(b)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)含(han)量為活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的5%，(c)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)含(han)量為活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)10%，(d)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)含(han)量為活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)20%，(e)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)中氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)含(han)量30%(f)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)中氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)含(han)量放大10%SEM圖(tu)像(xiang)。

　　形態學分析

　　改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)物理(li)形態(tai)采用掃描電子顯微鏡技(ji)術(shu)觀察(cha)。顯微照片如圖(tu)1所示。活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(見圖(tu)1a)，未改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)樣品(pin)表(biao)面(mian)無(wu)缺陷或裂縫。然而，觀察(cha)合成(cheng)(cheng)改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(見圖(tu)3b-e由(you)于高(gao)溫(wen)活化(hua)，塌陷成(cheng)(cheng)小塊，形成(cheng)(cheng)大(da)量通(tong)孔(kong)。此外，隨(sui)著(zhu)浸漬濃度的(de)(de)增加(jia)，活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)支撐著(zhu)越來越多的(de)(de)氧化(hua)鎂顆粒(li)(li)。隨(sui)著(zhu)氧化(hua)鎂量的(de)(de)增加(jia)，活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)變得粗糙。參考圖(tu)3f中放大(da)的(de)(de)SEM復合材料表(biao)面(mian)的(de)(de)氧化(hua)鎂顆粒(li)(li)呈無(wu)序的(de)(de)小球形結構，并相互重疊(die)產生葡萄形狀(zhuang)。這一事實意味(wei)著(zhu)隨(sui)著(zhu)煅(duan)燒溫(wen)度的(de)(de)升高(gao)，由(you)于高(gao)煅(duan)燒溫(wen)度下顆粒(li)(li)聚集，顆粒(li)(li)尺寸增加(jia)。

　　為了(le)進一步揭示改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)的(de)(de)微(wei)微(wei)觀結構TEM，選(xuan)擇區域(yu)電子衍(yan)射(SAED)能量(liang)(liang)色散譜(EDS)測(ce)量(liang)(liang)。由于所有樣(yang)品形(xing)式相(xiang)似，活(huo)性(xing)炭(tan)中(zhong)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)含量(liang)(liang)10%的(de)(de)樣(yang)品被選(xuan)為典(dian)型例子。TEM圖(tu)像(xiang)顯(xian)(xian)示樣(yang)品由許(xu)多(duo)小氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)納米晶體和碳基質(zhi)組成。顯(xian)(xian)示改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)HR-TEM圖(tu)像(xiang)。層間距為2.氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)晶格條紋(wen)歸(gui)因于立方氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)晶格面(mian)(mian)(200)。相(xiang)應樣(yang)品的(de)(de)SAED圖(tu)案(圖(tu)2b插圖(tu))顯(xian)(xian)示明亮的(de)(de)圓環(huan)，顯(xian)(xian)示所選(xuan)區域(yu)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)的(de)(de)多(duo)晶性(xing)能。分配給氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)的(de)(de)衍(yan)射同心環(huan)(111)、(200)、(220)和(2222)明顯(xian)(xian)，結果與從XRD氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)平面(mian)(mian)數(shu)據(ju)一致。如圖(tu)2c-e所示，EDS映射結果表明，鎂(mei)和氧(yang)元素均勻分布在活(huo)性(xing)炭(tan)表面(mian)(mian)，而不是(shi)明顯(xian)(xian)聚集。

　　(a)TEM和(b)改(gai)性活性炭氧化鎂含量10%樣品(pin)HR-TEM圖像，(b)插(cha)圖是(shi)相應的SAED圖案。(c-e)改(gai)性活性炭氧化鎂含量10%的樣品(pin)，鎂和氧EDS映射(she)元素。

　　活性炭丙酮吸(xi)附試驗

　　如圖(tu)3所示。丙(bing)酮(tong)突破試(shi)驗在(zai)裝(zhuang)有水(shui)套(tao)的玻璃管(guan)柱中進(jin)行，以保持25℃恒溫。氮(dan)氣(qi)(qi)系統(tong)由(you)丙(bing)酮(tong)氣(qi)(qi)體(ti)發生(sheng)器獲得(de)的高(gao)濃(nong)度蒸(zheng)汽兩(liang)部(bu)分(fen)組成，由(you)質量(liang)流量(liang)控(kong)制器控(kong)制。同時，氮(dan)氣(qi)(qi)通過另一個分(fen)支進(jin)入氣(qi)(qi)體(ti)混(hun)合(he)室稀釋高(gao)濃(nong)度丙(bing)酮(tong)蒸(zheng)氣(qi)(qi)，以調節丙(bing)酮(tong)蒸(zheng)氣(qi)(qi)的濃(nong)度。氣(qi)(qi)態混(hun)合(he)物隨后在(zai)25歲℃在(zai)恒溫和大氣(qi)(qi)壓下引導活(huo)性(xing)炭。通過氣(qi)(qi)相色(se)譜儀在(zai)線監測氣(qi)(qi)體(ti)經過活(huo)性(xing)炭的輸出(chu)濃(nong)度。

　　等溫吸(xi)附裝置用于丙(bing)酮吸(xi)附。

　　丙酮吸附研究

　　丙酮吸(xi)附的典型結(jie)果(guo)如(ru)圖4所(suo)示a它顯示了穿(chuan)透曲線。考慮到(dao)絕對濃(nong)度的多(duo)樣(yang)性，然后通過從丙酮穿(chuan)透曲線計算(suan)的區域(yu)的值積(ji)分來標準化濃(nong)度。值得注意的是(shi)，在(zai)所(suo)有吸(xi)附試(shi)驗中，出口丙酮濃(nong)度為(wei)(wei)零(ling)，表明(ming)丙酮在(zai)穿(chuan)透前已完全去除。每個試(shi)驗中使(shi)用的樣(yang)品量為(wei)(wei)0.2g。

　　(a)突(tu)破曲線和(b)丙(bing)酮在純氧化鎂(mei)和改性(xing)活性(xing)炭上(shang)具有不同氧化鎂(mei)含(han)量(liang)的(de)吸附等溫線。

　　如圖4a六(liu)種滲透(tou)(tou)(tou)曲線(xian)的(de)發展趨勢在一定溫度(du)(du)下(25℃)和(he)濃(nong)(nong)度(du)(du)(85.21m3 g-1)下面是一致的(de)。具體來說，曲線(xian)開(kai)始非常溫和(he)，一旦突破(po)，濃(nong)(nong)度(du)(du)就會急劇增加。隨著時(shi)間(jian)的(de)推(tui)移，觀察到(dao)濃(nong)(nong)度(du)(du)逐漸穩定。所有樣品(pin)中(zhong)，改性(xing)活性(xing)炭氧(yang)化鎂(mei)含(han)量10%的(de)樣品(pin)吸附容(rong)量排名**。穿透(tou)(tou)(tou)時(shi)間(jian)定義為出口濃(nong)(nong)度(du)(du)為入口濃(nong)(nong)度(du)(du)的(de)10%。每個樣品(pin)的(de)穿透(tou)(tou)(tou)時(shi)間(jian)也不同(tong)，丙酮(tong)在改性(xing)活性(xing)炭氧(yang)化鎂(mei)含(han)量10%中(zhong)的(de)穿透(tou)(tou)(tou)時(shi)間(jian)*長，表明其優(you)異的(de)丙酮(tong)捕獲(huo)能力。

　　總(zong)之，通過蒸發誘導(dao)的(de)(de)(de)(de)自組(zu)裝過程和隨后的(de)(de)(de)(de)熱解處(chu)理相結(jie)合(he)(he)，開發了一種簡單(dan)可控的(de)(de)(de)(de)方法，以乙酸鎂(mei)(mei)為(wei)鎂(mei)(mei)源(yuan)，制備(bei)了氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)(mei)納米復合(he)(he)材(cai)料改性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭。改性(xing)(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)(mei)含量10%的(de)(de)(de)(de)復合(he)(he)材(cai)料具有明顯(xian)的(de)(de)(de)(de)丙(bing)酮捕獲能力(li)。值得(de)注意的(de)(de)(de)(de)是(shi)，增加氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鎂(mei)(mei)含量會大大增強丙(bing)酮在(zai)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭上(shang)的(de)(de)(de)(de)化(hua)(hua)(hua)學(xue)吸(xi)附，但也會減少物理吸(xi)附。量子化(hua)(hua)(hua)學(xue)計算表明，改性(xing)(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)(de)電子性(xing)(xing)質是(shi)丙(bing)酮吸(xi)附能力(li)高(gao)的(de)(de)(de)(de)原因(yin)，其相互作用屬于化(hua)(hua)(hua)學(xue)吸(xi)附。這種簡單(dan)的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)成使活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭能夠(gou)更好地吸(xi)收丙(bing)酮。