雖然活性炭制成的纖維作為吸附材料被廣泛使用，但由于活性炭纖維的制作成本比較高，促使了越來(lái)越多地研究制造活性炭纖維的低成本替代品以及再生過(guò)程。本期的研究是將廢棄植物原材料轉(zhuǎn)化為低成本的活性炭，包括液化，熔融紡絲，固化和活化等更多步驟制成活性炭纖維。然后再由銀納米顆粒(AgNPs)和二氧化鈦薄膜改性。制成具有自再生的活性炭。

　　通過(guò)光催化降解再生活性炭具有很大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榕c其他再生工藝如熱和化學(xué)處理，微生物再生，電化學(xué)方法和超臨界萃取相比，它具有成本低，二次污染少的特點(diǎn)。此外，光催化再生可以通過(guò)同時(shí)進(jìn)行光催化降解和吸附來(lái)實(shí)現(xiàn)活性炭的自再生。二氧化鈦(TiO 2)是一種高效的光催化劑，通常固定在活性炭上進(jìn)行再生。然而，TiO 2的光催化降解部分受到限制，因?yàn)樗�具有兩個(gè)固有特性：(1)具有大的帶隙，TiO 2僅吸收UV光子，其僅占太陽(yáng)光譜中能量的約5% ，(2)由于電荷載體的快速?gòu)?fù)合，TiO 2具有低的光催化活性。為了延長(zhǎng)光響應(yīng)區(qū)域，貴金屬被摻入TiO 2中，包括金，銀和鉑。與金和鉑相比銀具有抗菌活性和低成本，因此具有更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　二氧化鈦改性活性炭含銀纖維的合成

　　首先將廢棄植物材料在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以5℃/min的加熱速率將所得前體加熱至800℃，并通過(guò)引入蒸汽流(1.0mL/min)活化1小時(shí)，獲得活性炭。然后將0.5g 活性炭浸入60mL AgNO 3溶液中在25℃下持續(xù)24小時(shí)，然后在80℃干燥2小時(shí)，制成含銀的活性炭。接著將二十毫升鈦酸四丁酯和4毫升二乙醇胺在攪拌下溶解于24毫升乙醇中然后，在25℃下磁力攪拌下，將含有乙醇，乙酸和去離子水的溶液緩慢加入并攪拌0.5小時(shí)。在磁力攪拌下將混合物水解2小時(shí)后，得到透明的二氧化鈦溶膠。最后將透明二氧化鈦溶膠和含銀的活性炭在25℃下振蕩混合2小時(shí)。此后在100℃下干燥5小時(shí)，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下在500℃下煅燒1小時(shí)。通過(guò)不同AgNO 3溶液濃度制備的樣品表示為二氧化鈦改性活性炭含銀纖維。

　　活性炭的表面形態(tài)

　　圖1中的FESEM圖像顯示了氧化鈦改性活性炭含銀纖維的表面形態(tài)。在活性炭含銀纖維的表面上觀察到許多納米顆粒，活性炭表面的這些銀納米顆粒被二氧化鈦薄膜包覆，隨著濃度的增加，它們的直徑從約0.2μm急劇增加到1μm。當(dāng)濃度達(dá)到0.4mol/L時(shí)，銀納米顆粒不能被二氧化鈦薄膜完全覆蓋。而且，活性炭纖維上的二氧化鈦膜的厚度不均勻。

　　圖1：不同銀含量的活性炭纖維的場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)圖像。

　　活性炭的自我再生性能

　　圖2a示出了在可見(jiàn)光照射下活性炭，二氧化鈦改性活性炭和二氧化鈦改性活性炭含銀纖維的亞甲基藍(lán)的去除效果。在接觸的初始階段(0-5小時(shí))，由于其豐富的孔隙，活性炭除去約20%的亞甲基藍(lán)。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，活性炭的孔隙被亞甲基藍(lán)阻斷，它們的吸附能力幾乎達(dá)到飽和。相比之下，二氧化鈦改性活性炭含銀纖維在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持了對(duì)亞甲基藍(lán)的去除效果，表明這種復(fù)合活性炭材料在可見(jiàn)光照射下具有自再生性能。隨著銀含量的增加，活性炭的自再生性能先增加后降低。活性炭的自再生性能由兩個(gè)因素的協(xié)同作用決定：吸附和光降解。活性炭的孔結(jié)構(gòu)可以提高TiO 2周?chē)�的亞甲基藍(lán)濃度，促進(jìn)亞甲基藍(lán)光降解。同時(shí)，亞甲基藍(lán)光降解將釋放堵塞的孔隙，然后實(shí)現(xiàn)活性炭自我再生。活性炭的可能的自我再生機(jī)制如圖3所示。眾所周知，純TiO 2只能在紫外線照射下光激發(fā)。銀離子的負(fù)載擴(kuò)大了光響應(yīng)區(qū)域，提高了TiO 2的光催化活性。銀離子表現(xiàn)出表面等離子共振效應(yīng)，其在可見(jiàn)光區(qū)域產(chǎn)生強(qiáng)烈且廣泛的吸收。此外，銀離子加載后產(chǎn)生更多的光生電子，光生電子和空穴的復(fù)合受到抑制，這兩者都提高了TiO 2的光催化活性。所以銀離子含量影響TiO 2的光催化活性。當(dāng)銀離子含量不足時(shí)，沒(méi)有足夠的反應(yīng)位點(diǎn)來(lái)提高TiO 2的光催化活性。

　　圖2：(a)這幾種活性炭的亞甲基藍(lán)去除效果，(b)經(jīng)歷循環(huán)試驗(yàn)的活性炭含銀纖維的亞甲基藍(lán)去除效果。

　　圖3：活性炭的自再生機(jī)制的示意圖。

　　為了確定樣品的自再生耐久性，重復(fù)使用二氧化鈦改性活性炭含銀纖維用于亞甲基藍(lán)的去除。圖2b顯示第四次試驗(yàn)后亞甲基藍(lán)去除率僅略微下降(<10%)。這意味著銀離子和二氧化鈦都牢固地附著在活性炭纖維上。

　　通過(guò)在活性炭表面上加載銀離子和二氧化鈦，成功地制備了具有自再生性能的活性炭。將銀離子均勻地固定在活性炭纖維上并用二氧化鈦包覆。這種結(jié)構(gòu)有效地避免了銀離子的聚集和剝落。隨著含銀量的增加，銀離子的尺寸和含量增加，而活性炭的孔體積減小。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)用0.1mol/L AgNO 3溶液制備的活性炭表現(xiàn)出較好的自再生性能和耐久性。活性炭保留的豐富孔隙增加了二氧化鈦周?chē)�的亞甲基藍(lán)濃度和促進(jìn)其光降解。同時(shí)，活性炭合適的銀含量增強(qiáng)了光降解性能。

本文鏈接：http://www.benifit.com.cn/hangye/hy744.html

查看更多分類(lèi)請(qǐng)點(diǎn)擊：公司資訊    行業(yè)新聞    媒體報(bào)導(dǎo)    百科知識(shí)