活性炭摻雜(za)二氧化鈦的介(jie)電(dian)研究(jiu)

　　本文介(jie)紹了(le)活性炭與二(er)氧化鈦混合(he)的介(jie)電(dian)研究TiO 2不同摩(mo)爾比(bi)壓丸中(zhong)的介(jie)電(dian)響應研究將樣品(pin)置于氮氣和(he)氦氣氛中(zhong)，并(bing)在50個(ge)Hz至(zhi)5MHz從(cong)室(shi)溫到(dao)723K研究復合(he)材料的電(dian)性能。

　　二(er)氧(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)(tai)因(yin)其(qi)物理(li)化(hua)(hua)學性(xing)(xing)質而(er)被廣泛(fan)研究，使其(qi)成為(wei)各種(zhong)應用(yong)(yong)(yong)的(de)合(he)(he)適材料(liao)(liao)(。它(ta)是一種(zhong)光敏半導體(ti)，吸收(shou)近紫外線(xian)區(qu)域的(de)電(dian)磁輻(fu)射(she)，化(hua)(hua)學性(xing)(xing)質非(fei)常穩定(ding)。由于(yu)上述特(te)點(dian)，它(ta)是*常用(yong)(yong)(yong)的(de)光催化(hua)(hua)劑，目前用(yong)(yong)(yong)于(yu)水(shui)凈化(hua)(hua)過(guo)程中有(you)(you)機分(fen)(fen)子(zi)的(de)降解。它(ta)還被用(yong)(yong)(yong)作(zuo)白色顏料(liao)(liao)、防(fang)腐涂料(liao)(liao)、氣體(ti)傳感(gan)器，通常用(yong)(yong)(yong)于(yu)陶(tao)瓷工(gong)業(ye)。該(gai)(gai)化(hua)(hua)合(he)(he)物有(you)(you)三個(ge)(ge)晶(jing)相：金紅石（四方結構）、銳鈦(tai)(tai)礦（八面結構）和(he)板鈦(tai)(tai)礦（斜方晶(jing)結構）。根據(ju)靜電(dian)價格原理(li)的(de)要求，每個(ge)(ge)氧(yang)原子(zi)由三個(ge)(ge)八面體(ti)共享。對于(yu)二(er)氧(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)(tai)摻雜(za)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)，已證明(ming)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)適合(he)(he)作(zuo)為(wei)外部(bu)原子(zi)，其(qi)中摻入3.2eV(純(chun)鈦(tai)(tai)礦)帶隙(xi)至2.32eV(碳(tan)摻雜(za)相)所需的(de)波長已增加到535納米。因(yin)此(ci)(ci)，與活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)混合(he)(he)的(de)二(er)氧(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)(tai)比純(chun)二(er)氧(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)(tai)更(geng)有(you)(you)效。因(yin)為(wei)這個(ge)(ge)報告中的(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)TiO 2的(de)影(ying)響(xiang)基體(ti)也預(yu)計會影(ying)響(xiang)材料(liao)(liao)的(de)介電(dian)性(xing)(xing)能。因(yin)此(ci)(ci)，本文研究了碳(tan)雜(za)質對氧(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)(tai)電(dian)性(xing)(xing)能的(de)影(ying)響(xiang)，從商業(ye)粉末(mo)和(he)不(bu)同(tong)摩爾分(fen)(fen)數的(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)中實現了該(gai)(gai)復合(he)(he)材料(liao)(liao)的(de)電(dian)性(xing)(xing)能。

　　實驗程序

　　為(wei)了制備(bei)與活(huo)性(xing)炭(tan)樣(yang)(yang)品混合的TiO 2，使用(yong)TiO 2純度為(wei)99.5%的銳鈦礦相(xiang)粒徑為(wei)21nm活(huo)性(xing)炭(tan)粉。化學計量計算已經計算并獲(huo)得(de)X = 0.09,0.04,0.03和(he)0.摩爾(er)分數02所需的量。過程結(jie)束(shu)后，將前體(ti)手工浸泡在瑪瑙研缽中約3小(xiao)時，直(zhi)至均(jun)勻。在室溫下將獲(huo)得(de)的化合物壓(ya)制成液(ye)壓(ya)機中的丸劑形(xing)式。分光(guang)計中復合材(cai)料的紅外(wai)光(guang)譜(pu)FTIR標記Shimadzu Prestige 21上用(yong)含有樣(yang)(yang)噲?平(ping)衡。在pH活(huo)性(xing)炭(tan)對水(shui)溶液(ye)中吡(bi)啶的吸附能力(li)*高。因(yin)此(ci)，選擇該pH研究(jiu)活(huo)性(xing)炭(tan)上吡(bi)啶的吸附率(lv)。

　　初始(shi)吡(bi)啶(ding)濃度從20到(dao)10000mg / L不(bu)等(deng)。吡(bi)啶(ding)溶液(ye)與活(huo)性炭(tan)顆粒(li)保(bao)(bao)持(chi)接觸，直至(zhi)達(da)到(dao)平衡。定期測(ce)量(liang)溶液(ye)pH值，并通(tong)(tong)過適當添加0.01和(he)0.1M的(de)(de)HCl和(he)NaOH保(bao)(bao)持(chi)溶液(ye)恒定。達(da)到(dao)平衡后(hou)，溶液(ye)中吡(bi)啶(ding)的(de)(de)濃度通(tong)(tong)過分光光度法測(ce)定，平衡吸(xi)附的(de)(de)吡(bi)啶(ding)質量(liang)通(tong)(tong)過使(shi)吡(bi)啶(ding)的(de)(de)質量(liang)平衡計算。在(zai)之前沒(mei)有活(huo)性炭(tan)的(de)(de)運行中，證明吡(bi)啶(ding)不(bu)吸(xi)附在(zai)尼龍袋上。

　　測(ce)定水(shui)溶液中吡啶濃度

　　通過UV-水溶(rong)液中測(ce)定水溶(rong)液中吡(bi)(bi)啶(ding)(ding)的濃(nong)度(du)。UV-24960分光(guang)光(guang)度(du)計.5nm吡(bi)(bi)啶(ding)(ding)溶(rong)液的吸光(guang)啶(ding)(ding)溶(rong)液的吸光(guang)度(du)。因此，濃(nong)度(du)范圍為(wei)10-50mg / L樣品的吡(bi)(bi)啶(ding)(ding)濃(nong)度(du)由(you)五種標準(zhun)吡(bi)(bi)啶(ding)(ding)溶(rong)液制備(bei)的校準(zhun)曲線(吸光(guang)對濃(nong)度(du))估算。

　　獲(huo)取(qu)吸附數據的方(fang)法(fa)

　　利用旋轉(zhuan)籃式批次吸附器(qi)獲得吡啶在活性炭上(shang)的(de)吸附濃度(du)分布。吸附器(qi)1L三(san)頸反(fan)應燒瓶和葉(xie)片由不銹鋼籃的(de)葉(xie)輪(lun)組成。將吡啶溶液倒入吸附器(qi)中，將活性炭顆粒放入連接(jie)到變速電機的(de)軸(zhou)上(shang)的(de)不銹鋼網籃中。將吸附器(qi)部分浸入恒溫浴中。

　　適當混(hun)合0.01N HCl和NaOH溶(rong)(rong)(rong)液(ye)來(lai)制備pH = 10的(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(800-980mL)并加入(ru)吸(xi)(xi)附(fu)器。活(huo)性炭(tan)(tan)(1-5g)籃子放在幾個(ge)轉速(su)(su)條件(100，150，200rpm)下。適當添(tian)加0.01和0.1N NaOH控制溶(rong)(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)pH。直(zhi)到溫度(du)和活(huo)性炭(tan)(tan)保持(chi)(chi)接觸(chu)pH保持(chi)(chi)恒定(ding)(ding)。然后關閉攪拌(ban)器，迅速(su)(su)將(jiang)已(yi)知(zhi)濃度(du)提高到pH = 將(jiang)吡啶(ding)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)等分(fen)樣品倒入(ru)吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)(ji)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)中，以獲得所需的(de)(de)初始(shi)濃度(du)。溶(rong)(rong)(rong)液(ye)后，溶(rong)(rong)(rong)液(ye)總體積為(wei)1L。立(li)即啟(qi)動葉輪電機和計時器。用pH對溶(rong)(rong)(rong)液(ye)進行監測(ce)pH以上(shang)調整值(zhi)。加入(ru)的(de)(de)NaOH溶(rong)(rong)(rong)液(ye)總體積小于(yu)2mL，占總體積的(de)(de)0.1%。定(ding)(ding)期取(qu)樣溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(5)mL)并分(fen)析確(que)定(ding)(ding)吡啶(ding)濃度(du)。取(qu)樣時間分(fen)別為(wei)0、1、3、5、10、15、20、25、30、40、60、90、150和180分(fen)鐘。取(qu)樣后立(li)即加5mL補(bu)充溶(rong)(rong)(rong)液(ye)使(shi)吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)(ji)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(1)L)總體積保持(chi)(chi)恒定(ding)(ding)。補(bu)充溶(rong)(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)濃度(du)是平衡初始(shi)濃度(du)和*終(zhong)濃度(du)的(de)(de)平均值(zhi)。添(tian)加劑(ji)(ji)的(de)(de)目的(de)(de)是取(qu)代樣品中取(qu)出的(de)(de)吡啶(ding)的(de)(de)質量。

　　圖像處理和數值解決方案

　　用2400倍放(fang)大倍數(shu)掃描電子顯微鏡檢查(cha)活(huo)(huo)性(xing)炭的(de)(de)(de)(de)形狀。圖像(xiang)(xiang)用圖像(xiang)(xiang)處理(li)工具(ju)(ju)箱處理(li)。程序如下。首先，通過將灰(hui)度(du)(du)轉(zhuan)化為(wei)(wei)灰(hui)度(du)(du)(從0(黑(hei)色(se))到255(白(bai)(bai)色(se))，可以改善黑(hei)暗(an)照(zhao)區(qu)域的(de)(de)(de)(de)對比度(du)(du)。假設這(zhe)些代表孔隙占(zhan)據的(de)(de)(de)(de)部分，淺色(se)區(qu)域與固體(ti)基質(zhi)(活(huo)(huo)性(xing)炭)有關(guan)。這(zhe)個(ge)想法是，每個(ge)象素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)灰(hui)度(du)(du)值被跟蹤(來自(zi)黑(hei)色(se))并積累以獲得體(ti)積分數(shu) ε γ 暗(an)像(xiang)(xiang)素(su)(su)。其(qi)次，所有具(ju)(ju)有等(deng)(deng)于或小(xiao)于閾值的(de)(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)素(su)(su)都(dou)被轉(zhuan)換為(wei)(wei)白(bai)(bai)色(se)(被孔占(zhan)據的(de)(de)(de)(de)空(kong)間(jian))，而具(ju)(ju)有較(jiao)高值的(de)(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)素(su)(su)則被轉(zhuan)換為(wei)(wei)黑(hei)色(se)(實(shi)(shi)心(xin)矩(ju)陣)。*后，應用濾(lv)波器來增強輪(lun)廓的(de)(de)(de)(de)定義。該程序允許我們獲得*終的(de)(de)(de)(de)二(er)值圖像(xiang)(xiang)，其(qi)中白(bai)(bai)色(se)和總像(xiang)(xiang)素(su)(su)之間(jian)的(de)(de)(de)(de)比例等(deng)(deng)于活(huo)(huo)性(xing)炭的(de)(de)(de)(de)孔隙率。事實(shi)(shi)上(shang)，來自(zi)SEM顯微照(zhao)片的(de)(de)(de)(de)處理(li)圖像(xiang)(xiang)提供了解決閉合問題的(de)(de)(de)(de)領域。

　　從整個研究來看，活性(xing)炭吸附吡(bi)啶的(de)濃(nong)(nong)度衰減曲(qu)線。發現總有(you)效擴散(san)(san)系數是(shi)吡(bi)啶濃(nong)(nong)度平衡(heng)時的(de)增加函數，主要是(shi)由(you)于有(you)效的(de)表面(mian)擴散(san)(san)比孔(kong)體(ti)積擴散(san)(san)做出了(le)更(geng)大的(de)貢(gong)獻。此外，點表面(mian)擴散(san)(san)系數可以通過使(shi)用簡單的(de)微結構(gou)幾何(he)模型(xing)粗略估(gu)計。