與土壤和水污染不同，空氣污染不僅限于污染源所在的空氣，這不僅僅是地方性問(wèn)題。相反，空氣污染的影響比較廣泛，因?yàn)橛捎谄涮卣�，它能擴(kuò)散到很大的一塊區(qū)域。主要的空氣污染物包括SO x，NO x，CO，CO 2，揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)和粉塵。先前開(kāi)發(fā)的具有多孔結(jié)構(gòu)的材料由于其大的比表面積和孔體積而已用于工業(yè)純化和化學(xué)回收應(yīng)用中。在加入活性炭的纖維中提高了物理吸附能力，比表面積和孔徑分布。在對(duì)付極性分子，如SOX的吸附和NO X，也可以通過(guò)與活性炭表面的官能團(tuán)的特異性相互作用得到加強(qiáng)。在典型的工業(yè)條件下，SO 2吸附效率主要取決于碳表面，而不是一般的紋理參數(shù)的化學(xué)性質(zhì)。為了進(jìn)一步改善這種活性炭纖維的氣體吸附性能，已經(jīng)通過(guò)在活性炭纖維的表面上添加官能團(tuán)或用過(guò)渡金屬氧化物浸漬纖維來(lái)進(jìn)行提高吸附效率和催化特性的策略的研究。

　　因此，在本文中，我們集中于評(píng)估所制備的活性炭在SO 2氣體的吸附和電化學(xué)檢測(cè)中的潛在用途。還研究了各種金屬氧化物摻雜劑(例如氧化鋅和氧化銅)在SO 2氣體吸附中對(duì)活性炭纖維的作用。評(píng)估了這些碳材料的化學(xué)和質(zhì)地特性在有害氣體吸附中的潛在應(yīng)用。

　　活性炭纖維是怎么樣制造的

　　在碳化之前，將纖維在300°C的空氣中穩(wěn)定30分鐘。穩(wěn)定化的纖維在以下條件下在氮?dú)鈿夥罩杏?000°C進(jìn)行熱處理：加熱速率為10°C/min，保持時(shí)間為1 h，氮?dú)夤┙o速率為100 ml/h。進(jìn)行了熱處理的樣品稱為未活化纖維。接著準(zhǔn)備KOH溶液作為化學(xué)活化劑。將未活化纖維放置在反應(yīng)器內(nèi)的鋁制皿中。然后，以15 ml/g的濃度添加KOH溶液，并將纖維在氮?dú)庵杏?50°C活化3 h。加熱速率為5℃/min，并且氮?dú)膺M(jìn)料速率為100ml/min。反應(yīng)后，將樣品用蒸餾水洗滌幾次以除去殘留的鉀，并在120℃的烘箱34中干燥24小時(shí)制成活性炭纖維。

　　使用水熱處理是在活性炭表面上生成金屬氧化物相對(duì)均勻分散是較簡(jiǎn)單方法。由100毫升的100、250和500 mmol醋酸鋅二水合物溶液和100毫升的100、250和500 mmol氫氧化鈉溶液制備ZnO，兩種溶液均在不斷攪拌下在蒸餾水中制備，并轉(zhuǎn)移至帶有活性炭的高壓釜中。將高壓釜在120℃下加熱12小時(shí)。通過(guò)離心收集經(jīng)ZnO處理的活性炭，并用甲醇洗滌幾次。洗滌后，將活性炭在80°C的空氣中干燥12小時(shí)，然后在400°C的空氣中退火2小時(shí)制成CuO-ZnO摻雜的活性炭。

　　制成的活性炭纖維的表面形態(tài)

　　圖1顯示了ZnO顆粒和ZnO負(fù)載的活性炭纖維表面形態(tài)隨ZnO濃度變化的SEM圖像。形成花狀的ZnO結(jié)構(gòu)，并且ZnO顆粒的直徑為50〜170 nm。根據(jù)EDS分析，ZnO顆粒中的Zn和O含量分別為58.47%和41.53%。在制備ZnA樣品期間，ZnO顆粒分散在纖維表面上。另外，在低濃度下，ZnO顆粒的形狀不利于生長(zhǎng)，并且抑制了活性炭生長(zhǎng)為六方柱形狀的能力。SEM圖如圖1所示。CuO和ZnO顆粒在樣品中聚集，并且這些聚集物分散在樣品的纖維表面上。SEM圖像表明，一些活性炭的孔被CuO和ZnO顆粒阻塞。

　　圖1：摻雜ZnO的活性炭纖維以及與活性炭結(jié)合的CuO-ZnO的FE-SEM圖像。

　　二氧化硫吸附至BET表面積的比較

　　我們檢查了各種催化劑載體的濃度增加對(duì)SO 2吸附到活性炭纖維上的化學(xué)作用，并觀察到SO 2容量與表面性質(zhì)之間存在明顯的相關(guān)性。圖2顯示了對(duì)于處理過(guò)的活性炭纖維，根據(jù)BET比表面積的SO 2吸附能力。對(duì)于用催化劑載體浸漬的活性炭纖維，觀察到SO 2吸附增加。表面處理后，活性炭的質(zhì)地特性未顯示出較大的結(jié)構(gòu)缺陷。根據(jù)這些結(jié)果，可以得出結(jié)論，與CuO-ZnO組合結(jié)構(gòu)相互作用，孔附近的SO 2分子比其他具有孤對(duì)電子的分子受到的影響更大，從而產(chǎn)生了影響SO 2中電子的吸引力。分子。預(yù)期表面化學(xué)成分的這些差異會(huì)影響電化學(xué)性能。

　　圖2：根據(jù)各種摻雜金屬氧化物的活性炭纖維的BET比表面積，比較SO 2的吸附能力。

　　CuO-ZnO摻雜活性炭吸附二氧化硫的可能機(jī)制

　　在圖3中，CuO顆粒隨機(jī)分散在ZnO花表面上。當(dāng)CuO顆粒與ZnO花結(jié)合時(shí)，在p型CuO顆粒和n型ZnO花之間的界面處形成p/n結(jié)。在這種機(jī)制下，電子從n型ZnO轉(zhuǎn)移到p型CuO，并且空穴通過(guò)p型CuO到達(dá)n型ZnO，直到在系統(tǒng)中建立均勻的費(fèi)米能級(jí)，從而導(dǎo)致能帶在耗盡層彎曲。然而，當(dāng)CuO-ZnO組合結(jié)構(gòu)暴露于SO 2時(shí)，電子通過(guò)Cu +之間的氣敏反應(yīng)釋放和SO帶負(fù)電的2 -離子。還原的SO 2分子與CuO中的孔結(jié)合，從而減少了耗盡層和電阻。這種現(xiàn)象可通過(guò)降低電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)良好的SO 2檢測(cè)。因此，p型CuO和n型ZnO的傳感響應(yīng)的貢獻(xiàn)代表了傳感器的主要特性，而活性炭纖維的比表面積在SO 2傳感特性中起著重要的作用。

　　圖3：p-CuO/n-ZnO結(jié)結(jié)構(gòu)及其機(jī)理。

　　pn結(jié)結(jié)構(gòu)有助于對(duì)二氧化硫的高靈敏度檢測(cè)，并降低了室溫下的電阻�；钚蕴坷w維的比表面積在改善SO 2感測(cè)特性方面也起著關(guān)鍵作用。這種類型的調(diào)查對(duì)于在實(shí)際環(huán)境中測(cè)試氣體吸附劑和傳感器的性能非常重要�；钚蕴坷w維的化學(xué)性質(zhì)及其在SO 2吸附中的潛在用途。由于吸附是氣體去除和檢測(cè)的基礎(chǔ)，因此活性炭纖維材料可有助于防止有毒氣體。

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