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活性炭改性后吸附丙酮
文章作者：韩研网络部 更新时间：2018-9-18 16:26:10

　　活性炭改性后吸附丙酮，活性炭使用氧化镁改性后用于吸附丙酮。本期研究使用X射线衍射，扫描电子显微镜，透射电子显微镜和氮吸附等温线测量来表征五种改性活性炭复合材料的结构和化学特性。研结果表明，活性炭含有适当的氧化镁可有效提高丙酮的吸附能力，归因于氧化镁纳米粒子与丙酮分子之间的强化学吸附，所以改性活性炭可以很好的吸附丙酮。

　　空气污染有很多原因最主要的是挥发性有机化合物，即使在很低的浓度下也会清晰的闻到臭味，并且带有一定的致癌性。要如何趋势这类空气污染呢，目前有几种方法可以用来减少空气污染包括冷凝、蒸馏、生物处理、催化氧化和活性炭吸附。

　　丙酮是一种氧化的挥发性有机化合物，使用活性炭物理吸附不一定能很好的去除丙酮，所以化学吸附也是一种完善的方法。有数据证明一些金属氧化物材料对丙酮具有出色的吸附能力，例如氧化镁是一种碱土金属氧化物，在常温下可以很好的吸附丙酮。然而氧化镁的吸附量有限不能大面积改善空气环境，因此我们使用活性炭与氧化镁结合使得吸附能力和吸附量的协同。

　　图1、不同氧化镁含量的改性活性炭的图像：(a)活性炭，(b)活性炭中氧化镁含量5%，(c)活性炭中氧化镁含量10%，(d)活性炭中氧化镁含量20%，(e)活性炭中氧化镁含量30%和(f)活性炭中氧化镁含量10%放大的SEM图像。

　　形态学分析

　　采用扫描电子显微镜技术观察了不同氧化镁含量的改性活性炭表面物理形态。显微照片如图1所示。在活性炭的情况下(参见图1a)，碳单块的骨架在未改性的活性炭样品的表面上没有缺陷或裂缝。然而，观察到合成的改性活性炭(参见图3b-e由于高温活化过程，塌陷成小块并形成大量通孔。此外，随着浸渍浓度的增加，越来越多的氧化镁颗粒被支撑在活性炭的表面上。可以清楚地看出，随着氧化镁的量增加，活性炭的表面变得粗糙。参考图3f中放大的SEM图像，复合材料表面的氧化镁颗粒呈现无序的小球形结构并且彼此重叠以产生“葡萄”形态。这一事实意味着随着煅烧温度的增加，由于在高煅烧温度下的颗粒聚集，颗粒尺寸增大。

　　为了进一步揭示改性活性炭的微观结构，我们进行了TEM，选择区域电子衍射(SAED)和能量色散谱(EDS)测量。由于所有样品具有相似的形态，因此选择活性炭中氧化镁含量10%的样品作为典型实例。TEM图像(参见图2a)显示样品由许多小的氧化镁纳米晶体和碳基质组成。图2b显示改性活性炭的HR-TEM图像。层间距为2.1的氧化镁晶格条纹归因于立方氧化镁的(200)晶格面。相应样品的SAED图案(图2b的插图)显示明亮的圆圈环，表明所选区域中氧化镁的多晶性质。分配给氧化镁的(111)，(200)，(220)和(222)反射的衍射同心环是明显的，并且结果与从XRD数据获得的氧化镁平面一致。如图2c-e所示，EDS映射结果表明镁和氧元素均匀分布在活性炭表面而不是明显的聚集。

　　图2、(a)TEM和(b)改性活性炭氧化镁含量10%样品的HR-TEM图像，(b)的插图是相应的SAED图案。(c-e)改性活性炭氧化镁含量10%样品，镁和氧的EDS映射元素。

　　活性炭丙酮吸附实验

　　活性炭丙酮吸附实验系统如图3所示。丙酮突破实验在装有水套的玻璃管柱中进行，以保持25℃的恒定温度。氮气系统由两部分组成并由质量流量控制器控制，一个分支通过丙酮气体发生器获得的高浓度蒸汽。同时，为了调节丙酮蒸气的浓度，氮气通过另一个分支进入气体混合室稀释高浓度丙酮蒸气。随后，将气态混合物在25℃恒定温度和大气压下引导到活性炭上。通过气相色谱仪在线监测气体经过活性炭的输出浓度。

　　图3、用于丙酮吸附的等温吸附装置。

　　丙酮吸附研究

　　丙酮吸附的典型结果如图4a所示为穿透曲线�？悸堑骄耘ǘ鹊亩嘌裕缓蠼氏值呐ǘ缺曜蓟�，范围从0到1通过从丙酮穿透曲线计算的区域的数值积分来评估吸附容量。值得注意的是，在所有吸附实验中出口丙酮浓度均为零，表明在穿透之前彻底清除了丙酮。每个实验中使用的样品量为0.2g。

　　图4、(a)突破曲线和(b)丙酮在具有不同氧化镁含量的纯氧化镁和改性活性炭上的吸附等温线。

　　如图4a所示，六种渗透曲线的发展趋势在一定温度(25℃)和浓度(85.21m3 g-1)下是一致的。具体而言，曲线非常温和地开始，而一旦突破发生，浓度就会急剧增加。随着时间的推移，观察到浓度逐渐稳定。改性活性炭氧化镁含量10%的样品吸附容量在所有样品中排名第一。穿透时间定义为出口浓度为入口浓度的10%时的时间。每个样品的穿透时间也不同，丙酮在改性活性炭氧化镁含量10%中的穿透时间最长，表明其优异的丙酮捕获能力。

　　总之，已经开发了一种简便且可控的方法，通过蒸发诱导的自组装过程与随后的热解处理的组合，使用乙酸镁作为镁源，制备由氧化镁纳米复合材料改性的活性炭。改性活性炭氧化镁含量10%的复合材料具有显着的丙酮捕获能力。值得注意的是，增加氧化镁含量将大大增强丙酮在活性炭上的化学吸附，但同时降低物理吸附。量子化学计算表明，改性活性炭的电子性质是其对丙酮的高吸附能力的原因，其相互作用属于化学吸附。这种简单的合成使得活性炭能更好的吸附丙酮。

文章标签：椰壳活性炭,果壳活性炭,煤质活性炭,木质活性炭,蜂窝活性炭,净水活性炭.

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