活性炭摻雜二氧化鈦(tai)的介電研究

　　本文介紹了活(huo)性(xing)炭與(yu)二氧化(hua)鈦混合的介電研(yan)究(jiu)TiO 2不(bu)同(tong)摩爾比(bi)壓丸中的介電響應研(yan)究(jiu)將樣品置(zhi)于氮氣和氦(hai)氣氛中，并在50個Hz至(zhi)5MHz從室溫到723K研(yan)究(jiu)復合材(cai)料的電性(xing)能。

　　二(er)氧(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)因(yin)其(qi)物理(li)化(hua)(hua)學性質(zhi)而被廣泛研究，使其(qi)成為(wei)各種應用的(de)合適材(cai)(cai)料(。它是一種光(guang)敏(min)半(ban)導體(ti)，吸收近紫外線區域的(de)電磁輻射，化(hua)(hua)學性質(zhi)非常穩定。由于上述特點(dian)，它是*常用的(de)光(guang)催化(hua)(hua)劑，目前用于水凈(jing)化(hua)(hua)過(guo)程中有(you)機分子的(de)降解(jie)。它還被用作(zuo)白色顏料、防(fang)腐涂料、氣體(ti)傳感(gan)器，通(tong)常用于陶(tao)瓷工業。該(gai)(gai)化(hua)(hua)合物有(you)三個晶相：金紅(hong)石（四方(fang)結(jie)構）、銳(rui)鈦(tai)礦(kuang)（八面結(jie)構）和板鈦(tai)礦(kuang)（斜方(fang)晶結(jie)構）。根據靜電價(jia)格(ge)原(yuan)理(li)的(de)要求，每個氧(yang)原(yuan)子由三個八面體(ti)共享(xiang)。對于二(er)氧(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)摻雜(za)活(huo)(huo)性炭，已證明活(huo)(huo)性炭適合作(zuo)為(wei)外部原(yuan)子，其(qi)中摻入(ru)3.2eV(純鈦(tai)礦(kuang))帶隙至(zhi)2.32eV(碳摻雜(za)相)所需的(de)波(bo)長已增加到(dao)535納米(mi)。因(yin)此，與(yu)活(huo)(huo)性炭混合的(de)二(er)氧(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)比純二(er)氧(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)更有(you)效(xiao)。因(yin)為(wei)這(zhe)個報(bao)告中的(de)活(huo)(huo)性炭TiO 2的(de)影(ying)響基體(ti)也預計會(hui)影(ying)響材(cai)(cai)料的(de)介電性能(neng)(neng)。因(yin)此，本文研究了碳雜(za)質(zhi)對氧(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)電性能(neng)(neng)的(de)影(ying)響，從商業粉末(mo)和不同摩爾(er)分數(shu)的(de)活(huo)(huo)性炭中實現了該(gai)(gai)復合材(cai)(cai)料的(de)電性能(neng)(neng)。

　　實驗程序

　　為了制(zhi)備與(yu)活性(xing)炭樣品混合的(de)TiO 2，使用TiO 2純(chun)度(du)為99.5%的(de)銳鈦(tai)礦相粒(li)徑為21nm活性(xing)炭粉。化(hua)學計量(liang)計算已(yi)經計算并獲得X = 0.09,0.04,0.03和0.摩(mo)爾分數02所(suo)需的(de)量(liang)。過(guo)程結束后，將(jiang)前(qian)體手工浸泡在瑪瑙研(yan)缽中(zhong)約3小(xiao)時，直至(zhi)均勻。在室溫下將(jiang)獲得的(de)化(hua)合物壓制(zhi)成液壓機中(zhong)的(de)丸劑(ji)形式。分光計中(zhong)復合材料的(de)紅(hong)外(wai)光譜FTIR標記Shimadzu Prestige 21上(shang)用含有樣噲(kuai)?平衡。在pH活性(xing)炭對水溶液中(zhong)吡(bi)啶(ding)的(de)吸附(fu)能力*高。因(yin)此，選擇該(gai)pH研(yan)究(jiu)活性(xing)炭上(shang)吡(bi)啶(ding)的(de)吸附(fu)率。

　　初始吡(bi)(bi)啶(ding)(ding)(ding)濃度(du)(du)從20到(dao)10000mg / L不等。吡(bi)(bi)啶(ding)(ding)(ding)溶液與活性炭顆(ke)粒(li)保持接觸，直至(zhi)達到(dao)平衡(heng)。定(ding)期測量(liang)溶液pH值，并通(tong)過適當添加(jia)0.01和(he)0.1M的(de)(de)HCl和(he)NaOH保持溶液恒定(ding)。達到(dao)平衡(heng)后，溶液中吡(bi)(bi)啶(ding)(ding)(ding)的(de)(de)濃度(du)(du)通(tong)過分(fen)光光度(du)(du)法測定(ding)，平衡(heng)吸附的(de)(de)吡(bi)(bi)啶(ding)(ding)(ding)質量(liang)通(tong)過使(shi)吡(bi)(bi)啶(ding)(ding)(ding)的(de)(de)質量(liang)平衡(heng)計算(suan)。在(zai)之(zhi)前沒有活性炭的(de)(de)運(yun)行(xing)中，證明吡(bi)(bi)啶(ding)(ding)(ding)不吸附在(zai)尼龍袋上(shang)。

　　測(ce)定水溶液中吡啶濃度

　　通過UV-水溶液(ye)(ye)中測定水溶液(ye)(ye)中吡(bi)啶(ding)(ding)(ding)的(de)濃(nong)度。UV-24960分光(guang)光(guang)度計.5nm吡(bi)啶(ding)(ding)(ding)溶液(ye)(ye)的(de)吸光(guang)啶(ding)(ding)(ding)溶液(ye)(ye)的(de)吸光(guang)度。因此，濃(nong)度范(fan)圍為10-50mg / L樣(yang)品的(de)吡(bi)啶(ding)(ding)(ding)濃(nong)度由五(wu)種標準吡(bi)啶(ding)(ding)(ding)溶液(ye)(ye)制(zhi)備的(de)校準曲(qu)線(xian)(吸光(guang)對濃(nong)度)估算。

　　獲取吸附數據的方法

　　利用旋(xuan)轉籃式批次吸附(fu)器(qi)獲得吡啶在活性炭(tan)上的吸附(fu)濃度分布。吸附(fu)器(qi)1L三頸反應燒瓶和葉片由(you)不銹鋼籃的葉輪組(zu)成。將吡啶溶液倒入(ru)(ru)吸附(fu)器(qi)中，將活性炭(tan)顆粒放入(ru)(ru)連接到(dao)變速電機的軸上的不銹鋼網籃中。將吸附(fu)器(qi)部(bu)分浸(jin)入(ru)(ru)恒溫浴中。

　　適當(dang)混合0.01N HCl和(he)NaOH溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)來制備pH = 10的(de)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(800-980mL)并(bing)(bing)加入(ru)吸附(fu)器。活性炭(tan)(1-5g)籃子放(fang)在幾個(ge)轉(zhuan)速條(tiao)件(100，150，200rpm)下。適當(dang)添加0.01和(he)0.1N NaOH控制溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)的(de)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)pH。直到(dao)溫度(du)和(he)活性炭(tan)保持(chi)接觸pH保持(chi)恒(heng)定。然后(hou)關(guan)閉(bi)攪拌(ban)器，迅速將已知濃(nong)度(du)提高到(dao)pH = 將吡啶溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)等分樣(yang)品(pin)倒(dao)入(ru)吸附(fu)劑(ji)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)中(zhong)，以獲得所需的(de)初(chu)始濃(nong)度(du)。溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)后(hou)，溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)總體積(ji)(ji)為(wei)1L。立(li)即(ji)啟動葉輪電機(ji)和(he)計(ji)時器。用(yong)pH對溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)進行監(jian)測pH以上調整值(zhi)。加入(ru)的(de)NaOH溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)總體積(ji)(ji)小(xiao)于2mL，占總體積(ji)(ji)的(de)0.1%。定期取(qu)(qu)樣(yang)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(5)mL)并(bing)(bing)分析確定吡啶濃(nong)度(du)。取(qu)(qu)樣(yang)時間分別為(wei)0、1、3、5、10、15、20、25、30、40、60、90、150和(he)180分鐘。取(qu)(qu)樣(yang)后(hou)立(li)即(ji)加5mL補充溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)使吸附(fu)劑(ji)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(1)L)總體積(ji)(ji)保持(chi)恒(heng)定。補充溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)的(de)濃(nong)度(du)是平衡初(chu)始濃(nong)度(du)和(he)*終濃(nong)度(du)的(de)平均值(zhi)。添加劑(ji)的(de)目的(de)是取(qu)(qu)代樣(yang)品(pin)中(zhong)取(qu)(qu)出的(de)吡啶的(de)質量。

　　圖像處理(li)和數值解決方案

　　用(yong)2400倍放大倍數掃(sao)描電子顯微鏡檢查活性炭(tan)的(de)(de)形狀。圖(tu)像(xiang)用(yong)圖(tu)像(xiang)處(chu)理(li)工具箱處(chu)理(li)。程序如下。首先，通(tong)過將灰度轉化為(wei)(wei)灰度(從0(黑色(se)(se))到255(白色(se)(se))，可(ke)以(yi)改善黑暗照區域的(de)(de)對比度。假設這些(xie)代表(biao)孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)占據(ju)的(de)(de)部(bu)分，淺色(se)(se)區域與固(gu)體基質(活性炭(tan))有關(guan)。這個想法(fa)是，每(mei)個象素(su)的(de)(de)灰度值(zhi)被(bei)(bei)(bei)跟蹤(來(lai)自(zi)黑色(se)(se))并積累以(yi)獲(huo)得(de)(de)體積分數 ε γ 暗像(xiang)素(su)。其次，所有具有等(deng)于(yu)(yu)或(huo)小于(yu)(yu)閾值(zhi)的(de)(de)像(xiang)素(su)都被(bei)(bei)(bei)轉換為(wei)(wei)白色(se)(se)(被(bei)(bei)(bei)孔(kong)(kong)(kong)占據(ju)的(de)(de)空(kong)間)，而具有較高值(zhi)的(de)(de)像(xiang)素(su)則被(bei)(bei)(bei)轉換為(wei)(wei)黑色(se)(se)(實(shi)心矩陣)。*后，應用(yong)濾波(bo)器來(lai)增強輪廓的(de)(de)定(ding)義。該程序允許我(wo)們(men)獲(huo)得(de)(de)*終的(de)(de)二值(zhi)圖(tu)像(xiang)，其中白色(se)(se)和總像(xiang)素(su)之間的(de)(de)比例等(deng)于(yu)(yu)活性炭(tan)的(de)(de)孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)率。事實(shi)上(shang)，來(lai)自(zi)SEM顯微照片的(de)(de)處(chu)理(li)圖(tu)像(xiang)提供了解決閉合問題(ti)的(de)(de)領域。

　　從整(zheng)個(ge)研究來看，活性(xing)炭(tan)吸(xi)附吡啶的(de)(de)濃(nong)度衰減曲線。發(fa)現總有效擴(kuo)散系數是(shi)吡啶濃(nong)度平(ping)衡時的(de)(de)增加函數，主要(yao)是(shi)由(you)于有效的(de)(de)表面擴(kuo)散比孔體(ti)積(ji)擴(kuo)散做出了更大的(de)(de)貢獻。此外，點表面擴(kuo)散系數可以通過使用簡單的(de)(de)微(wei)結(jie)構幾何模型粗略估計(ji)。