活性炭摻(chan)雜二氧化(hua)鈦的介電研究

　　本文介紹(shao)了活性炭與二氧(yang)化鈦混合(he)(he)的介電研究TiO 2不同摩爾比(bi)壓丸中的介電響應研究將樣品(pin)置于氮(dan)氣和氦氣氛中，并在50個Hz至(zhi)5MHz從室溫到(dao)723K研究復合(he)(he)材料的電性能。

　　二(er)氧化(hua)鈦(tai)(tai)因其(qi)物理(li)化(hua)學性(xing)質(zhi)(zhi)而被(bei)廣泛(fan)研究(jiu)，使其(qi)成為各種應用的合適材(cai)料(liao)(。它是一(yi)種光敏半導(dao)體(ti)，吸收近紫外(wai)線區域的電磁(ci)輻射，化(hua)學性(xing)質(zhi)(zhi)非常穩(wen)定。由于(yu)上述特點，它是*常用的光催化(hua)劑(ji)，目前(qian)用于(yu)水凈化(hua)過程中(zhong)有機分(fen)子的降(jiang)解。它還被(bei)用作白色(se)顏料(liao)、防腐涂(tu)料(liao)、氣體(ti)傳感器，通(tong)常用于(yu)陶瓷工(gong)業。該化(hua)合物有三個(ge)晶相：金紅石（四(si)方結(jie)構(gou)）、銳鈦(tai)(tai)礦(kuang)（八(ba)面(mian)結(jie)構(gou)）和(he)(he)板鈦(tai)(tai)礦(kuang)（斜方晶結(jie)構(gou)）。根據靜(jing)電價格原(yuan)理(li)的要求(qiu)，每(mei)個(ge)氧原(yuan)子由三個(ge)八(ba)面(mian)體(ti)共享。對(dui)于(yu)二(er)氧化(hua)鈦(tai)(tai)摻(chan)(chan)雜(za)活(huo)性(xing)炭，已證明活(huo)性(xing)炭適合作為外(wai)部原(yuan)子，其(qi)中(zhong)摻(chan)(chan)入3.2eV(純(chun)鈦(tai)(tai)礦(kuang))帶隙(xi)至2.32eV(碳(tan)摻(chan)(chan)雜(za)相)所(suo)需的波長已增(zeng)加(jia)到(dao)535納(na)米(mi)。因此，與活(huo)性(xing)炭混(hun)合的二(er)氧化(hua)鈦(tai)(tai)比(bi)純(chun)二(er)氧化(hua)鈦(tai)(tai)更有效。因為這個(ge)報告中(zhong)的活(huo)性(xing)炭TiO 2的影(ying)(ying)響基體(ti)也預計會影(ying)(ying)響材(cai)料(liao)的介電性(xing)能。因此，本文研究(jiu)了碳(tan)雜(za)質(zhi)(zhi)對(dui)氧化(hua)鈦(tai)(tai)電性(xing)能的影(ying)(ying)響，從商業粉末(mo)和(he)(he)不同摩爾(er)分(fen)數的活(huo)性(xing)炭中(zhong)實現了該復(fu)合材(cai)料(liao)的電性(xing)能。

　　實驗程序

　　為了制備與活性炭樣(yang)品混合的(de)(de)TiO 2，使用TiO 2純度為99.5%的(de)(de)銳鈦(tai)礦相(xiang)粒徑為21nm活性炭粉。化學計(ji)量計(ji)算(suan)已經計(ji)算(suan)并獲得(de)X = 0.09,0.04,0.03和0.摩(mo)爾分(fen)數02所需的(de)(de)量。過(guo)程結束后，將(jiang)前體(ti)手(shou)工(gong)浸泡在(zai)瑪瑙研(yan)缽(bo)中約3小時，直至均勻。在(zai)室溫下將(jiang)獲得(de)的(de)(de)化合物壓制成液壓機中的(de)(de)丸劑(ji)形(xing)式。分(fen)光(guang)計(ji)中復合材料的(de)(de)紅外光(guang)譜FTIR標記Shimadzu Prestige 21上用含(han)有樣(yang)噲?平衡。在(zai)pH活性炭對水(shui)溶液中吡啶的(de)(de)吸附能(neng)力(li)*高。因此，選(xuan)擇該pH研(yan)究活性炭上吡啶的(de)(de)吸附率。

　　初始(shi)吡(bi)啶(ding)濃度(du)從20到(dao)10000mg / L不等。吡(bi)啶(ding)溶液(ye)與活(huo)性炭顆粒保持接觸，直至達到(dao)平衡(heng)。定(ding)期測(ce)量溶液(ye)pH值，并通(tong)過(guo)(guo)適(shi)當添加0.01和0.1M的(de)HCl和NaOH保持溶液(ye)恒定(ding)。達到(dao)平衡(heng)后，溶液(ye)中(zhong)吡(bi)啶(ding)的(de)濃度(du)通(tong)過(guo)(guo)分(fen)光光度(du)法測(ce)定(ding)，平衡(heng)吸(xi)(xi)附的(de)吡(bi)啶(ding)質量通(tong)過(guo)(guo)使吡(bi)啶(ding)的(de)質量平衡(heng)計算。在之前沒有(you)活(huo)性炭的(de)運行中(zhong)，證(zheng)明吡(bi)啶(ding)不吸(xi)(xi)附在尼龍袋上。

　　測定水溶液中(zhong)吡啶濃度(du)

　　通過(guo)UV-水溶液(ye)中測定水溶液(ye)中吡(bi)啶(ding)(ding)的濃度(du)(du)。UV-24960分光(guang)光(guang)度(du)(du)計.5nm吡(bi)啶(ding)(ding)溶液(ye)的吸光(guang)啶(ding)(ding)溶液(ye)的吸光(guang)度(du)(du)。因此，濃度(du)(du)范圍為10-50mg / L樣品(pin)的吡(bi)啶(ding)(ding)濃度(du)(du)由五種標準(zhun)吡(bi)啶(ding)(ding)溶液(ye)制備的校準(zhun)曲線(吸光(guang)對濃度(du)(du))估(gu)算。

　　獲取吸附數據的(de)方(fang)法

　　利用旋(xuan)轉籃(lan)(lan)式批次吸(xi)附器獲得吡啶在活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)上的(de)(de)(de)吸(xi)附濃度分布。吸(xi)附器1L三頸反應燒瓶和(he)葉(xie)片由不(bu)銹鋼(gang)籃(lan)(lan)的(de)(de)(de)葉(xie)輪組成。將(jiang)吡啶溶液(ye)倒(dao)入吸(xi)附器中(zhong)，將(jiang)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)顆粒放入連(lian)接到變(bian)速電機(ji)的(de)(de)(de)軸上的(de)(de)(de)不(bu)銹鋼(gang)網籃(lan)(lan)中(zhong)。將(jiang)吸(xi)附器部分浸入恒溫浴中(zhong)。

　　適當混合0.01N HCl和(he)(he)NaOH溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)來(lai)制備pH = 10的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(800-980mL)并加入(ru)(ru)吸附器(qi)。活性炭(1-5g)籃子(zi)放在幾(ji)個轉速(su)條件(100，150，200rpm)下。適當添(tian)加0.01和(he)(he)0.1N NaOH控制溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)pH。直到溫度(du)和(he)(he)活性炭保(bao)持(chi)接觸pH保(bao)持(chi)恒定(ding)。然后關閉攪拌器(qi)，迅速(su)將已(yi)知(zhi)濃(nong)度(du)提高(gao)到pH = 將吡啶溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)等(deng)分(fen)(fen)樣(yang)(yang)品倒入(ru)(ru)吸附劑(ji)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)中，以(yi)(yi)獲得所需的(de)(de)(de)(de)(de)初(chu)始(shi)濃(nong)度(du)。溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)后，溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)總(zong)(zong)體積(ji)為1L。立即(ji)啟(qi)動葉輪(lun)電機和(he)(he)計時器(qi)。用pH對溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)進行監測pH以(yi)(yi)上調整值(zhi)。加入(ru)(ru)的(de)(de)(de)(de)(de)NaOH溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)總(zong)(zong)體積(ji)小(xiao)于(yu)2mL，占總(zong)(zong)體積(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)0.1%。定(ding)期取(qu)(qu)樣(yang)(yang)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(5)mL)并分(fen)(fen)析確(que)定(ding)吡啶濃(nong)度(du)。取(qu)(qu)樣(yang)(yang)時間分(fen)(fen)別(bie)為0、1、3、5、10、15、20、25、30、40、60、90、150和(he)(he)180分(fen)(fen)鐘(zhong)。取(qu)(qu)樣(yang)(yang)后立即(ji)加5mL補充溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)使吸附劑(ji)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(1)L)總(zong)(zong)體積(ji)保(bao)持(chi)恒定(ding)。補充溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)濃(nong)度(du)是平衡(heng)初(chu)始(shi)濃(nong)度(du)和(he)(he)*終濃(nong)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)平均值(zhi)。添(tian)加劑(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)是取(qu)(qu)代樣(yang)(yang)品中取(qu)(qu)出的(de)(de)(de)(de)(de)吡啶的(de)(de)(de)(de)(de)質(zhi)量。

　　圖像處理和數值解決方案

　　用2400倍(bei)放大(da)倍(bei)數(shu)掃描(miao)電子(zi)顯微(wei)鏡檢(jian)查活性炭的(de)(de)(de)(de)(de)形狀(zhuang)。圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)用圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)處理(li)工(gong)具(ju)箱(xiang)處理(li)。程(cheng)序(xu)如下。首(shou)先，通過將灰(hui)(hui)度轉化為灰(hui)(hui)度(從(cong)0(黑色)到(dao)255(白色)，可以(yi)改善黑暗(an)(an)照區(qu)域(yu)的(de)(de)(de)(de)(de)對(dui)比(bi)度。假設這些(xie)代表孔(kong)(kong)隙占(zhan)(zhan)據的(de)(de)(de)(de)(de)部(bu)分(fen)，淺色區(qu)域(yu)與固體基質(zhi)(活性炭)有關。這個(ge)想(xiang)法是(shi)，每(mei)個(ge)象(xiang)素的(de)(de)(de)(de)(de)灰(hui)(hui)度值被跟(gen)蹤(來(lai)自黑色)并積累以(yi)獲(huo)得體積分(fen)數(shu) ε γ 暗(an)(an)像(xiang)(xiang)素。其(qi)次，所有具(ju)有等(deng)于或小于閾值的(de)(de)(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)素都(dou)被轉換為白色(被孔(kong)(kong)占(zhan)(zhan)據的(de)(de)(de)(de)(de)空間)，而具(ju)有較高值的(de)(de)(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)素則被轉換為黑色(實(shi)心矩陣(zhen))。*后，應(ying)用濾(lv)波器來(lai)增強輪廓的(de)(de)(de)(de)(de)定(ding)義。該程(cheng)序(xu)允許我(wo)們(men)獲(huo)得*終的(de)(de)(de)(de)(de)二值圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)，其(qi)中白色和總像(xiang)(xiang)素之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)例等(deng)于活性炭的(de)(de)(de)(de)(de)孔(kong)(kong)隙率。事實(shi)上，來(lai)自SEM顯微(wei)照片的(de)(de)(de)(de)(de)處理(li)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)提供了解決閉合問題的(de)(de)(de)(de)(de)領域(yu)。

　　從整個(ge)研究來(lai)看(kan)，活(huo)性炭吸(xi)附(fu)吡啶(ding)的(de)濃度衰(shuai)減曲線。發(fa)現總有效(xiao)擴(kuo)散系(xi)數是吡啶(ding)濃度平衡時的(de)增加(jia)函(han)數，主要是由于有效(xiao)的(de)表面擴(kuo)散比孔(kong)體積擴(kuo)散做出了更大的(de)貢獻。此外，點表面擴(kuo)散系(xi)數可(ke)以(yi)通過使用簡單的(de)微結構幾(ji)何模型粗(cu)略估計。