活性炭摻(chan)雜二氧(yang)化鈦的(de)介電(dian)研究(jiu)

　　本文介(jie)紹了活性炭與二(er)氧化(hua)鈦混合的介(jie)電(dian)研(yan)(yan)究TiO 2不同摩爾比(bi)壓丸(wan)中(zhong)的介(jie)電(dian)響應研(yan)(yan)究將(jiang)樣品置(zhi)于氮(dan)氣和氦(hai)氣氛(fen)中(zhong)，并在50個Hz至5MHz從室(shi)溫(wen)到(dao)723K研(yan)(yan)究復合材料的電(dian)性能。

　　二(er)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)鈦(tai)因(yin)其(qi)物理(li)化(hua)(hua)(hua)(hua)學性(xing)(xing)(xing)(xing)質(zhi)而被廣泛研(yan)究，使(shi)其(qi)成為各種(zhong)應用的(de)(de)(de)合(he)(he)適材(cai)料(。它(ta)(ta)(ta)是一種(zhong)光(guang)敏半導體(ti)(ti)，吸收近紫外(wai)線區域的(de)(de)(de)電磁(ci)輻射，化(hua)(hua)(hua)(hua)學性(xing)(xing)(xing)(xing)質(zhi)非常(chang)(chang)穩定。由(you)于(yu)上(shang)述特點，它(ta)(ta)(ta)是*常(chang)(chang)用的(de)(de)(de)光(guang)催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑，目(mu)前用于(yu)水凈化(hua)(hua)(hua)(hua)過程中有機分子(zi)的(de)(de)(de)降(jiang)解。它(ta)(ta)(ta)還(huan)被用作白色(se)顏料、防(fang)腐涂料、氣體(ti)(ti)傳感器，通常(chang)(chang)用于(yu)陶瓷工業(ye)(ye)。該(gai)化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物有三個(ge)晶相：金紅石（四方結構）、銳鈦(tai)礦（八面結構）和板鈦(tai)礦（斜方晶結構）。根據靜(jing)電價格原理(li)的(de)(de)(de)要求(qiu)，每(mei)個(ge)氧原子(zi)由(you)三個(ge)八面體(ti)(ti)共享。對于(yu)二(er)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)鈦(tai)摻雜(za)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)，已證明(ming)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)適合(he)(he)作為外(wai)部原子(zi)，其(qi)中摻入(ru)3.2eV(純鈦(tai)礦)帶隙至2.32eV(碳(tan)(tan)摻雜(za)相)所需的(de)(de)(de)波(bo)長(chang)已增加(jia)到535納米(mi)。因(yin)此，與活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)混(hun)合(he)(he)的(de)(de)(de)二(er)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)鈦(tai)比(bi)純二(er)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)鈦(tai)更有效。因(yin)為這個(ge)報告中的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)TiO 2的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)基體(ti)(ti)也預計會影(ying)響(xiang)材(cai)料的(de)(de)(de)介電性(xing)(xing)(xing)(xing)能。因(yin)此，本文研(yan)究了碳(tan)(tan)雜(za)質(zhi)對氧化(hua)(hua)(hua)(hua)鈦(tai)電性(xing)(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)，從(cong)商業(ye)(ye)粉末和不同摩爾(er)分數的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)中實現了該(gai)復(fu)合(he)(he)材(cai)料的(de)(de)(de)電性(xing)(xing)(xing)(xing)能。

　　實驗程序

　　為了制備(bei)與(yu)活(huo)性炭樣品混合(he)的(de)(de)(de)TiO 2，使用TiO 2純度為99.5%的(de)(de)(de)銳鈦礦相粒徑為21nm活(huo)性炭粉。化學計(ji)(ji)量(liang)計(ji)(ji)算已經計(ji)(ji)算并獲得(de)(de)X = 0.09,0.04,0.03和0.摩爾分數02所需的(de)(de)(de)量(liang)。過(guo)程(cheng)結束后，將前體手工浸泡在(zai)(zai)瑪瑙研(yan)缽中(zhong)約3小時，直至均勻。在(zai)(zai)室溫下(xia)將獲得(de)(de)的(de)(de)(de)化合(he)物(wu)壓制成液壓機中(zhong)的(de)(de)(de)丸劑形式。分光計(ji)(ji)中(zhong)復合(he)材料的(de)(de)(de)紅外光譜(pu)FTIR標記Shimadzu Prestige 21上(shang)用含有樣噲(kuai)?平衡。在(zai)(zai)pH活(huo)性炭對水溶液中(zhong)吡(bi)啶的(de)(de)(de)吸(xi)附能(neng)力*高(gao)。因(yin)此，選擇(ze)該pH研(yan)究活(huo)性炭上(shang)吡(bi)啶的(de)(de)(de)吸(xi)附率(lv)。

　　初始吡(bi)啶(ding)(ding)濃度從(cong)20到10000mg / L不(bu)等。吡(bi)啶(ding)(ding)溶(rong)液(ye)(ye)與活(huo)性炭顆粒保持(chi)接觸，直至達到平衡(heng)。定期測量(liang)溶(rong)液(ye)(ye)pH值(zhi)，并(bing)通(tong)過(guo)(guo)適當(dang)添(tian)加0.01和0.1M的(de)HCl和NaOH保持(chi)溶(rong)液(ye)(ye)恒定。達到平衡(heng)后(hou)，溶(rong)液(ye)(ye)中(zhong)吡(bi)啶(ding)(ding)的(de)濃度通(tong)過(guo)(guo)分光光度法測定，平衡(heng)吸附(fu)的(de)吡(bi)啶(ding)(ding)質量(liang)通(tong)過(guo)(guo)使吡(bi)啶(ding)(ding)的(de)質量(liang)平衡(heng)計算。在之(zhi)前(qian)沒(mei)有(you)活(huo)性炭的(de)運行中(zhong)，證明(ming)吡(bi)啶(ding)(ding)不(bu)吸附(fu)在尼(ni)龍袋上。

　　測定水(shui)溶液中吡啶濃度

　　通過UV-水溶(rong)液中測定(ding)水溶(rong)液中吡(bi)啶(ding)的(de)(de)濃(nong)度。UV-24960分光(guang)光(guang)度計.5nm吡(bi)啶(ding)溶(rong)液的(de)(de)吸(xi)光(guang)啶(ding)溶(rong)液的(de)(de)吸(xi)光(guang)度。因此，濃(nong)度范圍為(wei)10-50mg / L樣品的(de)(de)吡(bi)啶(ding)濃(nong)度由五種標準吡(bi)啶(ding)溶(rong)液制備的(de)(de)校準曲線(xian)(吸(xi)光(guang)對濃(nong)度)估算。

　　獲取吸(xi)附數據(ju)的方法

　　利(li)用旋轉籃式批(pi)次吸(xi)(xi)附(fu)器(qi)(qi)獲得吡(bi)啶在活性炭上(shang)的吸(xi)(xi)附(fu)濃度分(fen)布。吸(xi)(xi)附(fu)器(qi)(qi)1L三(san)頸反應燒瓶和葉(xie)(xie)片(pian)由不銹鋼籃的葉(xie)(xie)輪組成。將吡(bi)啶溶液(ye)倒入(ru)吸(xi)(xi)附(fu)器(qi)(qi)中，將活性炭顆粒放(fang)入(ru)連接到變速電機的軸上(shang)的不銹鋼網籃中。將吸(xi)(xi)附(fu)器(qi)(qi)部分(fen)浸入(ru)恒(heng)溫浴中。

　　適當混合0.01N HCl和(he)(he)NaOH溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)來制(zhi)備pH = 10的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(800-980mL)并(bing)(bing)加(jia)入吸(xi)附器(qi)。活性炭(1-5g)籃子放在幾個轉速條件(100，150，200rpm)下(xia)。適當添(tian)加(jia)0.01和(he)(he)0.1N NaOH控制(zhi)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)pH。直到(dao)溫度(du)(du)(du)和(he)(he)活性炭保持(chi)(chi)接觸pH保持(chi)(chi)恒定(ding)(ding)。然(ran)后關閉攪拌器(qi)，迅速將已知濃(nong)度(du)(du)(du)提高到(dao)pH = 將吡(bi)啶(ding)(ding)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)等分(fen)樣(yang)(yang)品倒(dao)入吸(xi)附劑(ji)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)中，以獲得所需的(de)(de)(de)初(chu)始濃(nong)度(du)(du)(du)。溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)后，溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)總(zong)(zong)(zong)體(ti)積(ji)(ji)為(wei)1L。立即啟(qi)動葉輪電(dian)機和(he)(he)計時(shi)器(qi)。用pH對溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)進行監測pH以上調整值。加(jia)入的(de)(de)(de)NaOH溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)總(zong)(zong)(zong)體(ti)積(ji)(ji)小(xiao)于(yu)2mL，占總(zong)(zong)(zong)體(ti)積(ji)(ji)的(de)(de)(de)0.1%。定(ding)(ding)期取(qu)樣(yang)(yang)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(5)mL)并(bing)(bing)分(fen)析確定(ding)(ding)吡(bi)啶(ding)(ding)濃(nong)度(du)(du)(du)。取(qu)樣(yang)(yang)時(shi)間(jian)分(fen)別為(wei)0、1、3、5、10、15、20、25、30、40、60、90、150和(he)(he)180分(fen)鐘。取(qu)樣(yang)(yang)后立即加(jia)5mL補(bu)充溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)使吸(xi)附劑(ji)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(1)L)總(zong)(zong)(zong)體(ti)積(ji)(ji)保持(chi)(chi)恒定(ding)(ding)。補(bu)充溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)的(de)(de)(de)濃(nong)度(du)(du)(du)是(shi)平衡初(chu)始濃(nong)度(du)(du)(du)和(he)(he)*終(zhong)濃(nong)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)平均值。添(tian)加(jia)劑(ji)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是(shi)取(qu)代(dai)樣(yang)(yang)品中取(qu)出的(de)(de)(de)吡(bi)啶(ding)(ding)的(de)(de)(de)質量。

　　圖像處理和數值(zhi)解決(jue)方(fang)案

　　用(yong)2400倍放大倍數掃描電子顯微鏡檢查(cha)活性(xing)炭的(de)(de)(de)(de)形狀(zhuang)。圖(tu)像用(yong)圖(tu)像處(chu)理工具(ju)(ju)箱處(chu)理。程序如下。首先(xian)，通過將灰度轉(zhuan)(zhuan)化為(wei)灰度(從0(黑(hei)(hei)色(se))到255(白色(se))，可以改善黑(hei)(hei)暗照(zhao)區(qu)域(yu)的(de)(de)(de)(de)對比度。假設(she)這(zhe)些(xie)代表(biao)孔隙占據的(de)(de)(de)(de)部分，淺色(se)區(qu)域(yu)與固體(ti)基(ji)質(活性(xing)炭)有(you)(you)關。這(zhe)個想法是，每(mei)個象素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)灰度值被(bei)跟蹤(來自黑(hei)(hei)色(se))并(bing)積累以獲得(de)(de)體(ti)積分數 ε γ 暗像素(su)(su)。其(qi)次，所有(you)(you)具(ju)(ju)有(you)(you)等于或小(xiao)于閾值的(de)(de)(de)(de)像素(su)(su)都被(bei)轉(zhuan)(zhuan)換為(wei)白色(se)(被(bei)孔占據的(de)(de)(de)(de)空(kong)間(jian))，而具(ju)(ju)有(you)(you)較高(gao)值的(de)(de)(de)(de)像素(su)(su)則(ze)被(bei)轉(zhuan)(zhuan)換為(wei)黑(hei)(hei)色(se)(實心矩陣)。*后，應用(yong)濾(lv)波器(qi)來增強(qiang)輪廓(kuo)的(de)(de)(de)(de)定義。該程序允許我們獲得(de)(de)*終的(de)(de)(de)(de)二值圖(tu)像，其(qi)中(zhong)白色(se)和總(zong)像素(su)(su)之間(jian)的(de)(de)(de)(de)比例等于活性(xing)炭的(de)(de)(de)(de)孔隙率。事實上(shang)，來自SEM顯微照(zhao)片的(de)(de)(de)(de)處(chu)理圖(tu)像提(ti)供了解(jie)決閉合問題(ti)的(de)(de)(de)(de)領域(yu)。

　　從整個(ge)研究來看(kan)，活性炭(tan)吸附吡啶(ding)的(de)濃度衰減曲線。發(fa)現總(zong)有效擴(kuo)(kuo)散(san)系(xi)數(shu)(shu)是吡啶(ding)濃度平衡(heng)時的(de)增加函(han)數(shu)(shu)，主要是由于有效的(de)表面(mian)擴(kuo)(kuo)散(san)比孔體積(ji)擴(kuo)(kuo)散(san)做出了更大的(de)貢(gong)獻。此外(wai)，點表面(mian)擴(kuo)(kuo)散(san)系(xi)數(shu)(shu)可以通過使用簡(jian)單的(de)微結(jie)構幾何模(mo)型粗略估計。