活性炭复合载银材料吸附乙醛

　　挥发性有机化合物是液态或气态有机化合物的总称，因其沸点低而易于蒸发到大气中。这些化合物多种多样，从工业中排放的有机气通常有低沸点液体燃料、石蜡、烯烃、芳香族化合物和其他碳氢化合物。其中，乙醛是特定的空气危害物质之一。本次我们使用液相等离子体的方法在活性炭表面上沉淀银颗粒以制备活性炭载银复合材料。通过在乙醛吸附实验中检测活性炭的吸附效率。

　　银纳米颗粒沉淀活性炭的制备

　　研究中用于制备银纳米颗粒沉淀活性炭的液相等离子体装置在图1显示。使用左上角的电源为安装在石英反应器中心的钨电极供电。此时，脉冲宽度为5μs，施加电压为250V，频率在30kHz的运行条件下运行。液相等离子体反应器采用双管式制造，为防止等离子体产生的热量导致温度升高，在反应器外通道循环冷却水，使反应溶液的温度保持恒定在15℃。

　　图1：液相等离子体方法制备载银活性炭的示意图。

　　FE-SEM图像在图2显示，以及使用液相等离子体方法制备的活性炭载银复合材料的EDX分析结果。图2a显示了连接到FE-SEM的EDS的光谱。0.25keV和0.53keV处的峰归属于碳(CKα)和氧(OKα)。2.98keV处的峰是由银(AgLα)引起的。活性炭载银复合材料的组成分别为93.63At.%、4.83At.%和1.54At.%的碳、氧和银。图2b显示了活性炭载银复合材料的FE-SEM真实图像。在活性炭表面观察到尺寸为200nm至500nm的银颗粒。在反应水溶液中产生的等离子体场中，H2O2由活性物质产生，例如OH自由基。从前驱体解离并存在于反应水溶液中的银离子通过以下反应被还原，转化为银颗粒，并沉淀在活性炭表面。

　　图2：活性炭载银复合材料的FE-SEM和EDS分析结果：(a)EDS光谱，(b)FE-SEM实像和(c)碳元素映射图，(d)Ag元素映射图像。

　　乙醛吸附实验

　　对于乙醛吸附实验，使用了一种特殊的制备方法，将乙醛加入稀释气体氮气中，使其浓度为20ppm。乙醛吸附实验采用独立的固定床吸附系统，吸附剂(活性炭和载银活性炭复合材料)置于石英管中央。所用吸附剂的量以0.3g不断添加。乙醛反应气体的流速和反应温度分别保持恒定在400mL/分钟和20℃。使用气体采样泵对通过充满吸附剂的吸附管的反应气体采集100mL样品后检测。

　　活性炭对乙醛吸附特性

　　使用活性炭和活性炭载银复合材料作为吸附剂对乙醛吸附，实验中获得的每个反应时间吸附反应器出口处乙醛浓度的变化结果在图3显示。在活性炭和载银活性炭复合材料中，吸附反应器出口处乙醛的浓度在反应开始时缓慢增加，但在突破后呈现快速增加的趋势。此外，与活性炭相比，活性炭载银复合材料显示出更高的乙醛吸附性能。沉淀在活性炭表面的银降低了表面积和孔体积，但提高了乙醛的吸附性能。

　　图3：活性炭和活性炭载银复合材料的乙醛吸附穿透曲线。

　　银颗粒在穿透和耗尽时对乙醛的吸附性能得到提高。此外，与活性炭相比活性炭载银复合材料的传质区高度也降低了17%至31%，表明固定床塔由于传质阻力低而可以更有效地使用。发现通过液相等离子体反应在活性炭表面沉淀的银颗粒提高了乙醇吸附能力，银颗粒的量是吸附性能提高的主要影响因素。推测这是由于活性炭表面上的银颗粒与乙醇的羰基之间的高吸附亲和力。

　　活性炭复合载银材料吸附乙醛，我们将制备的活性炭载银复合材料用作吸附剂，并通过乙醛的吸附实验来检验其效率。FE-SEM和EDS证实银颗粒均匀分布在活性炭表面。因此，沉淀在活性炭表面的银降低了表面积和孔体积，但提高了乙醛的吸附性能。活性炭表面析出的银粒子与乙醇的羰基之间的吸附亲和性增加，推测吸附容量提高。证明活性炭载银复合材料是用来吸附乙醇的合适材料。