活性炭改性后吸附丙酮

　　活性炭改性后吸附丙酮，活性炭用氧化鎂改性后吸附丙酮。本研究采用X射線(xiàn)衍射、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、氮吸附等溫度測(cè)量來(lái)表示五種改性活性炭復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性。結(jié)果表明，由于氧化鎂納米粒子與丙酮分子之間的強(qiáng)化學(xué)吸附，改性活性炭能有效提高丙酮的吸附能力。

　　空氣污染的主要原因有很多，主要是揮發(fā)性有機(jī)化合物，即使在很低的濃度下也能清晰地聞到氣味，并具有一定的致癌性。目前，有幾種減少空氣污染的方法，包括冷凝、蒸餾、生物處理、催化氧化和活性炭吸附。

　　丙酮是一種揮發(fā)性有機(jī)化合物，使用活性炭物理吸附不一定能很好地去除丙酮，因此化學(xué)吸附也是一種完美的方法。有數(shù)據(jù)表明，一些金屬氧化物材料對(duì)丙酮具有良好的吸附能力。例如，氧化鎂是一種堿土金屬氧化物，在室溫下能很好地吸附丙酮。然而，氧化鎂的吸附能力有限，不能大面積改善空氣環(huán)境。因此，我們使用活性炭和氧化鎂來(lái)協(xié)調(diào)吸附能力和吸附能力。

　　改性活性炭不同氧化鎂含量的圖像：(a)活性炭，(b)氧化鎂含量為活性炭的5%，(c)氧化鎂含量為活性炭10%，(d)氧化鎂含量為活性炭20%，(e)活性炭中氧化鎂含量30%(f)活性炭中氧化鎂含量放大10%SEM圖像。

　　形態(tài)學(xué)分析

　　改性活性炭表面物理形態(tài)采用掃描電子顯微鏡技術(shù)觀察。顯微照片如圖1所示?；钚蕴?見(jiàn)圖1a)，未改性活性炭樣品表面無(wú)缺陷或裂縫。然而，觀察合成改性活性炭(見(jiàn)圖3b-e由于高溫活化，塌陷成小塊，形成大量通孔。此外，隨著浸漬濃度的增加，活性炭表面支撐著越來(lái)越多的氧化鎂顆粒。隨著氧化鎂量的增加，活性炭表面變得粗糙。參考圖3f中放大的SEM復(fù)合材料表面的氧化鎂顆粒呈無(wú)序的小球形結(jié)構(gòu)，并相互重疊產(chǎn)生葡萄形狀。這一事實(shí)意味著隨著煅燒溫度的升高，由于高煅燒溫度下顆粒聚集，顆粒尺寸增加。

　　為了進(jìn)一步揭示改性活性炭的微微觀結(jié)構(gòu)TEM，選擇區(qū)域電子衍射(SAED)能量色散譜(EDS)測(cè)量。由于所有樣品形式相似，活性炭中氧化鎂含量10%的樣品被選為典型例子。TEM圖像顯示樣品由許多小氧化鎂納米晶體和碳基質(zhì)組成。顯示改性活性炭HR-TEM圖像。層間距為2.氧化鎂晶格條紋歸因于立方氧化鎂晶格面(200)。相應(yīng)樣品的SAED圖案(圖2b插圖)顯示明亮的圓環(huán)，顯示所選區(qū)域氧化鎂的多晶性能。分配給氧化鎂的衍射同心環(huán)(111)、(200)、(220)和(2222)明顯，結(jié)果與從XRD氧化鎂平面數(shù)據(jù)一致。如圖2c-e所示，EDS映射結(jié)果表明，鎂和氧元素均勻分布在活性炭表面，而不是明顯聚集。

　　(a)TEM和(b)改性活性炭氧化鎂含量10%樣品HR-TEM圖像，(b)插圖是相應(yīng)的SAED圖案。(c-e)改性活性炭氧化鎂含量10%的樣品，鎂和氧EDS映射元素。

　　活性炭丙酮吸附試驗(yàn)

　　如圖3所示。丙酮突破試驗(yàn)在裝有水套的玻璃管柱中進(jìn)行，以保持25℃恒溫。氮?dú)庀到y(tǒng)由丙酮?dú)怏w發(fā)生器獲得的高濃度蒸汽兩部分組成，由質(zhì)量流量控制器控制。同時(shí)，氮?dú)馔ㄟ^(guò)另一個(gè)分支進(jìn)入氣體混合室稀釋高濃度丙酮蒸氣，以調(diào)節(jié)丙酮蒸氣的濃度。氣態(tài)混合物隨后在25歲℃在恒溫和大氣壓下引導(dǎo)活性炭。通過(guò)氣相色譜儀在線(xiàn)監(jiān)測(cè)氣體經(jīng)過(guò)活性炭的輸出濃度。

　　等溫吸附裝置用于丙酮吸附。

　　丙酮吸附研究

　　丙酮吸附的典型結(jié)果如圖4所示a它顯示了穿透曲線(xiàn)?？紤]到絕對(duì)濃度的多樣性，然后通過(guò)從丙酮穿透曲線(xiàn)計(jì)算的區(qū)域的值積分來(lái)標(biāo)準(zhǔn)化濃度。值得注意的是，在所有吸附試驗(yàn)中，出口丙酮濃度為零，表明丙酮在穿透前已完全去除。每個(gè)試驗(yàn)中使用的樣品量為0.2g。

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

　　如圖4a六種滲透曲線(xiàn)的發(fā)展趨勢(shì)在一定溫度下(25℃)和濃度(85.21m3 g-1)下面是一致的。具體來(lái)說(shuō)，曲線(xiàn)開(kāi)始非常溫和，一旦突破，濃度就會(huì)急劇增加。隨著時(shí)間的推移，觀察到濃度逐漸穩(wěn)定。所有樣品中，改性活性炭氧化鎂含量10%的樣品吸附容量排名**。穿透時(shí)間定義為出口濃度為入口濃度的10%。每個(gè)樣品的穿透時(shí)間也不同，丙酮在改性活性炭氧化鎂含量10%中的穿透時(shí)間*長(zhǎng)，表明其優(yōu)異的丙酮捕獲能力。

　　總之，通過(guò)蒸發(fā)誘導(dǎo)的自組裝過(guò)程和隨后的熱解處理相結(jié)合，開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)單可控的方法，以乙酸鎂為鎂源，制備了氧化鎂納米復(fù)合材料改性的活性炭。改性活性炭氧化鎂含量10%的復(fù)合材料具有明顯的丙酮捕獲能力。值得注意的是，增加氧化鎂含量會(huì)大大增強(qiáng)丙酮在活性炭上的化學(xué)吸附，但也會(huì)減少物理吸附。量子化學(xué)計(jì)算表明，改性活性炭的電子性質(zhì)是丙酮吸附能力高的原因，其相互作用屬于化學(xué)吸附。這種簡(jiǎn)單的合成使活性炭能夠更好地吸收丙酮。