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射線衍射、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、氮吸附等溫度測量來表示五種改性活性炭復合材料的結構和化學特性。結果表明，由于氧化鎂納米粒子與丙酮分子之間的強化學吸附，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協(xié)調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觀察。顯微照片如圖1所示。活性炭(見圖1a)，未改性活性炭樣品表面無缺陷或裂縫。然而，觀察合成改性活性炭(見圖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復合材料表面的氧化鎂顆粒呈無序的小球形結構，并相互重疊產(chǎn)生葡萄形狀。這一事實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。

　　為了進一步揭示改性活性炭的微微觀結構TEM，選擇區(qū)域電子衍射(SAED)能量色散譜(EDS)測量。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

　　如圖3所示。丙酮突破試驗在裝有水套的玻璃管柱中進行，以保持25℃恒溫。氮氣系統(tǒng)由丙酮氣體發(fā)生器獲得的高濃度蒸汽兩部分組成，由質量流量控制器控制。同時，氮氣通過另一個分支進入氣體混合室稀釋高濃度丙酮蒸氣，以調節(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活性炭。通過氣相色譜儀在線監(jiān)測氣體經(jīng)過活性炭的輸出濃度。

　　等溫吸附裝置用于丙酮吸附。

　　丙酮吸附研究

　　丙酮吸附的典型結果如圖4所示a它顯示了穿透曲線?？紤]到絕對濃度的多樣性，然后通過從丙酮穿透曲線計算的區(qū)域的值積分來標準化濃度。值得注意的是，在所有吸附試驗中，出口丙酮濃度為零，表明丙酮在穿透前已完全去除。每個試驗中使用的樣品量為0.2g。

　　(a)突破曲線和(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。

　　如圖4a六種滲透曲線的發(fā)展趨勢在一定溫度下(25℃)和濃度(85.21m3 g-1)下面是一致的。具體來說，曲線開始非常溫和，一旦突破，濃度就會急劇增加。隨著時間的推移，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**。穿透時間定義為出口濃度為入口濃度的10%。每個樣品的穿透時間也不同，丙酮在改性活性炭氧化鎂含量10%中的穿透時間*長，表明其優(yōu)異的丙酮捕獲能力。

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