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題。相反，空氣污染的影響比較廣泛，因為由于其特征，它能擴散到很大的一塊區域。主要的空氣污染物包括SO x，NO x，CO，CO 2，揮發性有機化合物(VOC)和粉塵。先前開發的具有多孔結構的材料由于其大的比表面積和孔體積而已用于工業純化和化學回收應用中。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。在對付極性分子，如SOX的吸附和NO X，也可以通過與活性炭表面的官能團的特異性相互作用得到加強。在典型的工業條件下，SO 2吸附效率主要取決于碳表面，而不是一般的紋理參數的化學性質。為了進一步改善這種活性炭纖維的氣體吸附性能，已經通過在活性炭纖維的表面上添加官能團或用過渡金屬氧化物浸漬纖維來進行提高吸附效率和催化特性的策略的研究。

　　因此，在本文中，我們集中于評估所制備的活性炭在SO 2氣體的吸附和電化學檢測中的潛在用途。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氣體吸附中對活性炭纖維的作用。評估了這些碳材料的化學和質地特性在有害氣體吸附中的潛在應用。

　　活性炭纖維是怎么樣制造的

　　在碳化之前，將纖維在300°C的空氣中穩定30分鐘。穩定化的纖維在以下條件下在氮氣氣氛中于1000°C進行熱處理：加熱速率為10°C/min，保持時間為1 h，氮氣供給速率為100 ml/h。進行了熱處理的樣品稱為未活化纖維。接著準備KOH溶液作為化學活化劑。將未活化纖維放置在反應器內的鋁制皿中。然后，以15 ml/g的濃度添加KOH溶液，并將纖維在氮氣中于750°C活化3 h。加熱速率為5℃/min，并且氮氣進料速率為100ml/min。反應后，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均勻分散是較簡單方法。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，并轉移至帶有活性炭的高壓釜中。將高壓釜在120℃下加熱12小時。通過離心收集經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，然后在400°C的空氣中退火2小時制成CuO-ZnO摻雜的活性炭。

　　制成的活性炭纖維的表面形態

　　圖1顯示了ZnO顆粒和ZnO負載的活性炭纖維表面形態隨ZnO濃度變化的SEM圖像。形成花狀的ZnO結構，并且ZnO顆粒的直徑為50〜170 nm。根據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，并且抑制了活性炭生長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SO 2吸附到活性炭纖維上的化學作用，并觀察到SO 2容量與表面性質之間存在明顯的相關性。圖2顯示了對于處理過的活性炭纖維，根據BET比表面積的SO 2吸附能力。對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，活性炭的質地特性未顯示出較大的結構缺陷。根據這些結果，可以得出結論，與CuO-ZnO組合結構相互作用，孔附近的SO 2分子比其他具有孤對電子的分子受到的影響更大，從而產生了影響SO 2中電子的吸引力。分子。預期表面化學成分的這些差異會影響電化學性能。

　　圖2：根據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制

　　在圖3中，CuO顆粒隨機分散在ZnO花表面上。當CuO顆粒與ZnO花結合時，在p型CuO顆粒和n型ZnO花之間的界面處形成p/n結。在這種機制下，電子從n型ZnO轉移到p型CuO，并且空穴通過p型CuO到達n型ZnO，直到在系統中建立均勻的費米能級，從而導致能帶在耗盡層彎曲。然而，當CuO-ZnO組合結構暴露于SO 2時，電子通過Cu +之間的氣敏反應釋放和SO帶負電的2 -離子。還原的SO 2分子與CuO中的孔結合，從而減少了耗盡層和電阻。這種現象可通過降低電阻來實現良好的SO 2檢測。因此，p型CuO和n型ZnO的傳感響應的貢獻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結結構及其機理。

　　pn結結構有助于對二氧化硫的高靈敏度檢測，并降低了室溫下的電阻。活性炭纖維的比表面積在改善SO 2感測特性方面也起著關鍵作用。這種類型的調查對于在實際環境中測試氣體吸附劑和傳感器的性能非常重要。活性炭纖維的化學性質及其在SO 2吸附中的潛在用途。由于吸附是氣體去除和檢測的基礎，因此活性炭纖維材料可有助于防止有毒氣體。

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