活性炭摻雜(za)二氧化鈦的介電研(yan)究

　　本文介(jie)紹了活性炭與二氧化(hua)鈦混(hun)合(he)的(de)介(jie)電研(yan)究TiO 2不同摩(mo)爾比(bi)壓丸中的(de)介(jie)電響(xiang)應研(yan)究將樣品置于氮氣和(he)氦氣氛中，并在50個Hz至5MHz從室溫到723K研(yan)究復(fu)合(he)材料(liao)的(de)電性能。

　　二氧(yang)化(hua)(hua)鈦因(yin)(yin)其(qi)物理化(hua)(hua)學性質(zhi)(zhi)(zhi)而(er)被廣泛研(yan)究，使其(qi)成為各種(zhong)(zhong)應用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)合(he)(he)適(shi)材(cai)料(liao)(liao)(。它是(shi)一種(zhong)(zhong)光敏半導體，吸收(shou)近紫外(wai)線(xian)區域的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)磁(ci)輻(fu)射(she)，化(hua)(hua)學性質(zhi)(zhi)(zhi)非常(chang)穩(wen)定。由于(yu)上述特點，它是(shi)*常(chang)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光催化(hua)(hua)劑，目前用(yong)(yong)(yong)于(yu)水凈化(hua)(hua)過程中有機分子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)降解。它還被用(yong)(yong)(yong)作(zuo)(zuo)白色顏料(liao)(liao)、防腐涂料(liao)(liao)、氣體傳感器，通常(chang)用(yong)(yong)(yong)于(yu)陶瓷(ci)工(gong)業。該(gai)化(hua)(hua)合(he)(he)物有三個(ge)晶相：金紅石（四方結(jie)構）、銳(rui)鈦礦(kuang)(kuang)（八面結(jie)構）和(he)板(ban)鈦礦(kuang)(kuang)（斜方晶結(jie)構）。根據靜電(dian)(dian)(dian)價格原理的(de)(de)(de)(de)(de)(de)要求，每個(ge)氧(yang)原子(zi)(zi)由三個(ge)八面體共享。對于(yu)二氧(yang)化(hua)(hua)鈦摻(chan)雜活(huo)(huo)性炭(tan)，已證明活(huo)(huo)性炭(tan)適(shi)合(he)(he)作(zuo)(zuo)為外(wai)部(bu)原子(zi)(zi)，其(qi)中摻(chan)入3.2eV(純鈦礦(kuang)(kuang))帶隙至2.32eV(碳(tan)摻(chan)雜相)所需的(de)(de)(de)(de)(de)(de)波長已增(zeng)加到535納米(mi)。因(yin)(yin)此(ci)，與(yu)活(huo)(huo)性炭(tan)混合(he)(he)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)二氧(yang)化(hua)(hua)鈦比(bi)純二氧(yang)化(hua)(hua)鈦更(geng)有效。因(yin)(yin)為這個(ge)報告中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性炭(tan)TiO 2的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)基體也(ye)預計會影(ying)(ying)響(xiang)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)介(jie)電(dian)(dian)(dian)性能(neng)(neng)(neng)。因(yin)(yin)此(ci)，本文研(yan)究了碳(tan)雜質(zhi)(zhi)(zhi)對氧(yang)化(hua)(hua)鈦電(dian)(dian)(dian)性能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)，從商業粉(fen)末和(he)不(bu)同摩爾分數的(de)(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性炭(tan)中實(shi)現了該(gai)復合(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)性能(neng)(neng)(neng)。

　　實驗程序

　　為了制(zhi)備與活(huo)性(xing)炭(tan)樣(yang)品混合的(de)(de)TiO 2，使用TiO 2純(chun)度為99.5%的(de)(de)銳鈦礦相粒徑為21nm活(huo)性(xing)炭(tan)粉(fen)。化學計(ji)(ji)量計(ji)(ji)算已經計(ji)(ji)算并(bing)獲得X = 0.09,0.04,0.03和(he)0.摩(mo)爾(er)分數(shu)02所需的(de)(de)量。過程結(jie)束后，將前(qian)體手工浸泡(pao)在(zai)(zai)瑪瑙研(yan)缽中(zhong)約(yue)3小時(shi)，直至均勻。在(zai)(zai)室溫下(xia)將獲得的(de)(de)化合物(wu)壓制(zhi)成液壓機中(zhong)的(de)(de)丸劑(ji)形式(shi)。分光(guang)計(ji)(ji)中(zhong)復合材料的(de)(de)紅外光(guang)譜FTIR標記Shimadzu Prestige 21上(shang)(shang)用含有樣(yang)噲?平衡。在(zai)(zai)pH活(huo)性(xing)炭(tan)對水溶液中(zhong)吡(bi)啶的(de)(de)吸附能力*高。因此，選擇該pH研(yan)究活(huo)性(xing)炭(tan)上(shang)(shang)吡(bi)啶的(de)(de)吸附率(lv)。

　　初(chu)始(shi)吡(bi)啶(ding)(ding)濃度從20到10000mg / L不等。吡(bi)啶(ding)(ding)溶液(ye)與(yu)活性炭顆粒保持接觸，直至達(da)到平(ping)(ping)衡。定期測(ce)量溶液(ye)pH值(zhi)，并(bing)通(tong)過(guo)適當添加0.01和0.1M的(de)HCl和NaOH保持溶液(ye)恒定。達(da)到平(ping)(ping)衡后，溶液(ye)中吡(bi)啶(ding)(ding)的(de)濃度通(tong)過(guo)分光光度法測(ce)定，平(ping)(ping)衡吸(xi)附的(de)吡(bi)啶(ding)(ding)質量通(tong)過(guo)使吡(bi)啶(ding)(ding)的(de)質量平(ping)(ping)衡計算。在(zai)之前(qian)沒有活性炭的(de)運行中，證(zheng)明吡(bi)啶(ding)(ding)不吸(xi)附在(zai)尼龍袋上。

　　測(ce)定水溶液中吡啶(ding)濃(nong)度

　　通過(guo)UV-水(shui)溶(rong)液中測定水(shui)溶(rong)液中吡(bi)啶的(de)(de)濃(nong)度。UV-24960分光(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)度計(ji).5nm吡(bi)啶溶(rong)液的(de)(de)吸(xi)光(guang)(guang)(guang)啶溶(rong)液的(de)(de)吸(xi)光(guang)(guang)(guang)度。因此，濃(nong)度范圍為10-50mg / L樣(yang)品(pin)的(de)(de)吡(bi)啶濃(nong)度由五種標準吡(bi)啶溶(rong)液制(zhi)備的(de)(de)校(xiao)準曲線(吸(xi)光(guang)(guang)(guang)對濃(nong)度)估算。

　　獲取吸附數據的方法

　　利用旋轉籃(lan)式批次吸附(fu)器(qi)獲得吡啶在(zai)活性炭上(shang)(shang)的吸附(fu)濃度分布。吸附(fu)器(qi)1L三(san)頸反應燒瓶和葉(xie)片(pian)由不銹(xiu)鋼(gang)籃(lan)的葉(xie)輪組成。將(jiang)吡啶溶液倒入(ru)吸附(fu)器(qi)中(zhong)，將(jiang)活性炭顆粒放入(ru)連接到(dao)變速電機的軸上(shang)(shang)的不銹(xiu)鋼(gang)網(wang)籃(lan)中(zhong)。將(jiang)吸附(fu)器(qi)部分浸入(ru)恒(heng)溫浴中(zhong)。

　　適當混合0.01N HCl和(he)NaOH溶(rong)(rong)(rong)液來制備(bei)pH = 10的溶(rong)(rong)(rong)液(800-980mL)并加(jia)入(ru)吸(xi)附器。活(huo)性炭(1-5g)籃子放在幾個轉速(su)條(tiao)件(100，150，200rpm)下。適當添加(jia)0.01和(he)0.1N NaOH控(kong)制溶(rong)(rong)(rong)液的溶(rong)(rong)(rong)液pH。直(zhi)到溫度(du)和(he)活(huo)性炭保持(chi)接(jie)觸(chu)pH保持(chi)恒(heng)定。然后(hou)關閉攪拌器，迅(xun)速(su)將已知濃(nong)度(du)提高到pH = 將吡(bi)啶(ding)(ding)溶(rong)(rong)(rong)液等分(fen)樣(yang)品倒入(ru)吸(xi)附劑溶(rong)(rong)(rong)液中，以獲得(de)所(suo)需的初始濃(nong)度(du)。溶(rong)(rong)(rong)液后(hou)，溶(rong)(rong)(rong)液總體積為(wei)1L。立即啟動葉輪電(dian)機和(he)計(ji)時(shi)器。用pH對溶(rong)(rong)(rong)液進(jin)行監測(ce)pH以上(shang)調(diao)整(zheng)值。加(jia)入(ru)的NaOH溶(rong)(rong)(rong)液總體積小(xiao)于2mL，占總體積的0.1%。定期取(qu)樣(yang)溶(rong)(rong)(rong)液(5)mL)并分(fen)析確定吡(bi)啶(ding)(ding)濃(nong)度(du)。取(qu)樣(yang)時(shi)間分(fen)別(bie)為(wei)0、1、3、5、10、15、20、25、30、40、60、90、150和(he)180分(fen)鐘。取(qu)樣(yang)后(hou)立即加(jia)5mL補(bu)充(chong)溶(rong)(rong)(rong)液使吸(xi)附劑溶(rong)(rong)(rong)液(1)L)總體積保持(chi)恒(heng)定。補(bu)充(chong)溶(rong)(rong)(rong)液的濃(nong)度(du)是平衡初始濃(nong)度(du)和(he)*終(zhong)濃(nong)度(du)的平均值。添加(jia)劑的目的是取(qu)代樣(yang)品中取(qu)出的吡(bi)啶(ding)(ding)的質量(liang)。

　　圖像(xiang)處理(li)和數值解決(jue)方案(an)

　　用(yong)2400倍放大倍數掃(sao)描電子(zi)顯微鏡檢(jian)查活性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)形狀。圖像(xiang)(xiang)用(yong)圖像(xiang)(xiang)處理(li)工(gong)具箱處理(li)。程(cheng)序(xu)(xu)如(ru)下。首先，通過將灰度(du)轉化(hua)為灰度(du)(從0(黑色(se)(se))到(dao)255(白(bai)色(se)(se))，可以改善(shan)黑暗照(zhao)區域的(de)(de)(de)(de)(de)對比(bi)度(du)。假設這(zhe)些代表孔(kong)隙占(zhan)據的(de)(de)(de)(de)(de)部分，淺色(se)(se)區域與固體基質(活性(xing)炭(tan))有(you)(you)關。這(zhe)個想法是，每個象素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)灰度(du)值被跟蹤(來自黑色(se)(se))并積累以獲得體積分數 ε γ 暗像(xiang)(xiang)素(su)。其(qi)次，所有(you)(you)具有(you)(you)等于或小于閾值的(de)(de)(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)素(su)都被轉換為白(bai)色(se)(se)(被孔(kong)占(zhan)據的(de)(de)(de)(de)(de)空間)，而(er)具有(you)(you)較高值的(de)(de)(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)素(su)則(ze)被轉換為黑色(se)(se)(實心矩(ju)陣)。*后，應用(yong)濾波器來增強輪廓的(de)(de)(de)(de)(de)定義。該程(cheng)序(xu)(xu)允許(xu)我們(men)獲得*終的(de)(de)(de)(de)(de)二值圖像(xiang)(xiang)，其(qi)中白(bai)色(se)(se)和總像(xiang)(xiang)素(su)之間的(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)例等于活性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)孔(kong)隙率。事實上，來自SEM顯微照(zhao)片的(de)(de)(de)(de)(de)處理(li)圖像(xiang)(xiang)提供了解決閉合問題(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)領域。

　　從整個研(yan)究(jiu)來看(kan)，活性炭吸附(fu)吡啶的(de)濃度(du)衰減曲線(xian)。發現(xian)總有效(xiao)擴散(san)系數是吡啶濃度(du)平衡(heng)時的(de)增加函數，主(zhu)要是由(you)于有效(xiao)的(de)表面(mian)擴散(san)比孔體積擴散(san)做出(chu)了更大的(de)貢獻(xian)。此(ci)外，點表面(mian)擴散(san)系數可以通過使用簡單(dan)的(de)微結構幾何模型粗略估計。