活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　活性炭復(fù)合載銀材料吸附乙醛

　　揮發(fā)性有機化合物是液態(tài)或氣態(tài)有機化合物的總稱，因其沸點低而易于蒸發(fā)到大氣中。這些化合物多種多樣，從工業(yè)中排放的有機氣通常有低沸點液體燃料、石蠟、烯烴、芳香族化合物和其他碳氫化合物。其中，乙醛是特定的空氣危害物質(zhì)之一。本次我們使用液相等離子體的方法在活性炭表面上沉淀銀顆粒以制備活性炭載銀復(fù)合材料。通過在乙醛吸附實驗中檢測活性炭的吸附效率。

　　銀納米顆粒沉淀活性炭的制備

　　研究中用于制備銀納米顆粒沉淀活性炭的液相等離子體裝置在圖1顯示。使用左上角的電源為安裝在石英反應(yīng)器中心的鎢電極供電。此時，脈沖寬度為5μs，施加電壓為250V，頻率在30kHz的運行條件下運行。液相等離子體反應(yīng)器采用雙管式制造，為防止等離子體產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致溫度升高，在反應(yīng)器外通道循環(huán)冷卻水，使反應(yīng)溶液的溫度保持恒定在15℃。

　　圖1：液相等離子體方法制備載銀活性炭的示意圖。

　　FE-SEM圖像在圖2顯示，以及使用液相等離子體方法制備的活性炭載銀復(fù)合材料的EDX分析結(jié)果。圖2a顯示了連接到FE-SEM的EDS的光譜。0.25keV和0.53keV處的峰歸屬于碳(CKα)和氧(OKα)。2.98keV處的峰是由銀(AgLα)引起的。活性炭載銀復(fù)合材料的組成分別為93.63At.%、4.83At.%和1.54At.%的碳、氧和銀。圖2b顯示了活性炭載銀復(fù)合材料的FE-SEM真實圖像。在活性炭表面觀察到尺寸為200nm至500nm的銀顆粒。在反應(yīng)水溶液中產(chǎn)生的等離子體場中，H2O2由活性物質(zhì)產(chǎn)生，例如OH自由基。從前驅(qū)體解離并存在于反應(yīng)水溶液中的銀離子通過以下反應(yīng)被還原，轉(zhuǎn)化為銀顆粒，并沉淀在活性炭表面。

　　圖2：活性炭載銀復(fù)合材料的FE-SEM和EDS分析結(jié)果：(a)EDS光譜，(b)FE-SEM實像和(c)碳元素映射圖，(d)Ag元素映射圖像。

　　乙醛吸附實驗

　　對于乙醛吸附實驗，使用了一種特殊的制備方法，將乙醛加入稀釋氣體氮氣中，使其濃度為20ppm。乙醛吸附實驗采用獨立的固定床吸附系統(tǒng)，吸附劑(活性炭和載銀活性炭復(fù)合材料)置于石英管中央。所用吸附劑的量以0.3g不斷添加。乙醛反應(yīng)氣體的流速和反應(yīng)溫度分別保持恒定在400mL/分鐘和20℃。使用氣體采樣泵對通過充滿吸附劑的吸附管的反應(yīng)氣體采集100mL樣品后檢測。

　　活性炭對乙醛吸附特性

　　使用活性炭和活性炭載銀復(fù)合材料作為吸附劑對乙醛吸附，實驗中獲得的每個反應(yīng)時間吸附反應(yīng)器出口處乙醛濃度的變化結(jié)果在圖3顯示。在活性炭和載銀活性炭復(fù)合材料中，吸附反應(yīng)器出口處乙醛的濃度在反應(yīng)開始時緩慢增加，但在突破后呈現(xiàn)快速增加的趨勢。此外，與活性炭相比，活性炭載銀復(fù)合材料顯示出更高的乙醛吸附性能。沉淀在活性炭表面的銀降低了表面積和孔體積，但提高了乙醛的吸附性能。

　　圖3：活性炭和活性炭載銀復(fù)合材料的乙醛吸附穿透曲線。

　　銀顆粒在穿透和耗盡時對乙醛的吸附性能得到提高。此外，與活性炭相比活性炭載銀復(fù)合材料的傳質(zhì)區(qū)高度也降低了17%至31%，表明固定床塔由于傳質(zhì)阻力低而可以更有效地使用。發(fā)現(xiàn)通過液相等離子體反應(yīng)在活性炭表面沉淀的銀顆粒提高了乙醇吸附能力，銀顆粒的量是吸附性能提高的主要影響因素。推測這是由于活性炭表面上的銀顆粒與乙醇的羰基之間的高吸附親和力。

　　活性炭復(fù)合載銀材料吸附乙醛，我們將制備的活性炭載銀復(fù)合材料用作吸附劑，并通過乙醛的吸附實驗來檢驗其效率。FE-SEM和EDS證實銀顆粒均勻分布在活性炭表面。因此，沉淀在活性炭表面的銀降低了表面積和孔體積，但提高了乙醛的吸附性能。活性炭表面析出的銀粒子與乙醇的羰基之間的吸附親和性增加，推測吸附容量提高。證明活性炭載銀復(fù)合材料是用來吸附乙醇的合適材料。

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