活性炭摻(chan)雜二氧化鈦的介電研究

　　本文(wen)介紹了活性炭與二氧化鈦(tai)混合的(de)(de)介電(dian)(dian)研究TiO 2不(bu)同摩爾比(bi)壓(ya)丸中的(de)(de)介電(dian)(dian)響應(ying)研究將樣品置于氮氣和氦氣氛中，并在50個Hz至5MHz從室溫到723K研究復合材料的(de)(de)電(dian)(dian)性能。

　　二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)(tai)(tai)因(yin)其(qi)(qi)物(wu)(wu)理(li)化(hua)(hua)學(xue)性(xing)質而被廣泛研究，使其(qi)(qi)成為(wei)(wei)各(ge)種應(ying)用(yong)(yong)的(de)合適材(cai)料(liao)(。它是一種光敏半導體，吸收近(jin)紫外線區域的(de)電(dian)磁輻射，化(hua)(hua)學(xue)性(xing)質非常穩定。由于上述特點，它是*常用(yong)(yong)的(de)光催化(hua)(hua)劑(ji)，目(mu)前(qian)用(yong)(yong)于水凈(jing)化(hua)(hua)過程中(zhong)(zhong)(zhong)有(you)(you)機分(fen)子的(de)降解。它還(huan)被用(yong)(yong)作白色顏料(liao)、防腐涂料(liao)、氣體傳(chuan)感器(qi)，通常用(yong)(yong)于陶瓷工業。該化(hua)(hua)合物(wu)(wu)有(you)(you)三個(ge)晶相：金紅石（四方(fang)結(jie)構(gou)）、銳鈦(tai)(tai)(tai)礦（八面(mian)結(jie)構(gou)）和(he)板(ban)鈦(tai)(tai)(tai)礦（斜方(fang)晶結(jie)構(gou)）。根(gen)據靜電(dian)價格原(yuan)理(li)的(de)要求，每個(ge)氧(yang)(yang)原(yuan)子由三個(ge)八面(mian)體共(gong)享。對于二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)(tai)(tai)摻(chan)雜活(huo)性(xing)炭，已證明活(huo)性(xing)炭適合作為(wei)(wei)外部原(yuan)子，其(qi)(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)摻(chan)入3.2eV(純鈦(tai)(tai)(tai)礦)帶(dai)隙至2.32eV(碳摻(chan)雜相)所需(xu)的(de)波長已增加到535納米。因(yin)此(ci)，與活(huo)性(xing)炭混合的(de)二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)(tai)(tai)比純二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)(tai)(tai)更(geng)有(you)(you)效。因(yin)為(wei)(wei)這個(ge)報(bao)告中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)活(huo)性(xing)炭TiO 2的(de)影(ying)響(xiang)(xiang)基(ji)體也(ye)預計會影(ying)響(xiang)(xiang)材(cai)料(liao)的(de)介(jie)電(dian)性(xing)能。因(yin)此(ci)，本文研究了碳雜質對氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)(tai)(tai)電(dian)性(xing)能的(de)影(ying)響(xiang)(xiang)，從商業粉末和(he)不同摩爾分(fen)數的(de)活(huo)性(xing)炭中(zhong)(zhong)(zhong)實現了該復合材(cai)料(liao)的(de)電(dian)性(xing)能。

　　實驗程序

　　為(wei)了制備與活(huo)性(xing)炭樣品(pin)混(hun)合(he)的TiO 2，使用TiO 2純度為(wei)99.5%的銳鈦礦相粒徑為(wei)21nm活(huo)性(xing)炭粉。化(hua)(hua)學計(ji)量計(ji)算已經計(ji)算并獲得(de)X = 0.09,0.04,0.03和0.摩爾(er)分數02所需的量。過程結束后，將前(qian)體手工浸泡(pao)在瑪瑙研(yan)缽中(zhong)約3小時(shi)，直(zhi)至均(jun)勻。在室溫下將獲得(de)的化(hua)(hua)合(he)物壓(ya)制成液(ye)壓(ya)機中(zhong)的丸劑形式。分光計(ji)中(zhong)復合(he)材料(liao)的紅外光譜FTIR標記Shimadzu Prestige 21上(shang)用含有樣噲?平衡(heng)。在pH活(huo)性(xing)炭對(dui)水溶液(ye)中(zhong)吡啶的吸(xi)附能力*高。因此，選擇該pH研(yan)究活(huo)性(xing)炭上(shang)吡啶的吸(xi)附率。

　　初始吡(bi)(bi)(bi)啶(ding)濃(nong)度從20到10000mg / L不等。吡(bi)(bi)(bi)啶(ding)溶液(ye)(ye)與活(huo)性炭顆粒保持接觸，直至達到平(ping)衡(heng)。定期測(ce)量溶液(ye)(ye)pH值，并通(tong)過適當添加(jia)0.01和(he)0.1M的HCl和(he)NaOH保持溶液(ye)(ye)恒定。達到平(ping)衡(heng)后，溶液(ye)(ye)中吡(bi)(bi)(bi)啶(ding)的濃(nong)度通(tong)過分光光度法測(ce)定，平(ping)衡(heng)吸(xi)附的吡(bi)(bi)(bi)啶(ding)質量通(tong)過使吡(bi)(bi)(bi)啶(ding)的質量平(ping)衡(heng)計算。在之前(qian)沒有活(huo)性炭的運行中，證明吡(bi)(bi)(bi)啶(ding)不吸(xi)附在尼龍袋上。

　　測(ce)定(ding)水(shui)溶(rong)液中吡啶濃度(du)

　　通過(guo)UV-水溶(rong)液中測定水溶(rong)液中吡啶(ding)的濃(nong)度(du)。UV-24960分光(guang)光(guang)度(du)計.5nm吡啶(ding)溶(rong)液的吸(xi)光(guang)啶(ding)溶(rong)液的吸(xi)光(guang)度(du)。因此，濃(nong)度(du)范圍為10-50mg / L樣品的吡啶(ding)濃(nong)度(du)由(you)五種標準吡啶(ding)溶(rong)液制備的校準曲(qu)線(吸(xi)光(guang)對濃(nong)度(du))估算。

　　獲取吸附數據(ju)的(de)方法

　　利(li)用(yong)旋(xuan)轉籃式批次吸附(fu)器(qi)獲(huo)得吡啶在活(huo)性炭(tan)上的(de)吸附(fu)濃度(du)分(fen)布。吸附(fu)器(qi)1L三頸反應燒(shao)瓶和葉片(pian)由不銹鋼籃的(de)葉輪組成。將吡啶溶液倒入吸附(fu)器(qi)中(zhong)，將活(huo)性炭(tan)顆(ke)粒放入連接到(dao)變速(su)電機的(de)軸上的(de)不銹鋼網(wang)籃中(zhong)。將吸附(fu)器(qi)部分(fen)浸入恒溫浴中(zhong)。

　　適(shi)當混合(he)0.01N HCl和(he)NaOH溶(rong)液(ye)來制備pH = 10的(de)(de)溶(rong)液(ye)(800-980mL)并加(jia)入(ru)吸附(fu)器(qi)。活性(xing)炭(1-5g)籃子放在(zai)幾個轉速條(tiao)件(100，150，200rpm)下。適(shi)當添加(jia)0.01和(he)0.1N NaOH控制溶(rong)液(ye)的(de)(de)溶(rong)液(ye)pH。直到溫度(du)和(he)活性(xing)炭保持(chi)接觸(chu)pH保持(chi)恒定(ding)。然后(hou)(hou)關閉(bi)攪拌(ban)器(qi)，迅(xun)速將(jiang)已知濃度(du)提高到pH = 將(jiang)吡(bi)啶(ding)溶(rong)液(ye)等分樣(yang)(yang)品(pin)倒入(ru)吸附(fu)劑溶(rong)液(ye)中，以獲得所需的(de)(de)初始濃度(du)。溶(rong)液(ye)后(hou)(hou)，溶(rong)液(ye)總(zong)體(ti)(ti)積為(wei)1L。立(li)即啟動(dong)葉輪電機和(he)計時器(qi)。用pH對溶(rong)液(ye)進(jin)行監測(ce)pH以上調整值。加(jia)入(ru)的(de)(de)NaOH溶(rong)液(ye)總(zong)體(ti)(ti)積小于2mL，占總(zong)體(ti)(ti)積的(de)(de)0.1%。定(ding)期取樣(yang)(yang)溶(rong)液(ye)(5)mL)并分析確定(ding)吡(bi)啶(ding)濃度(du)。取樣(yang)(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(zhong)。取樣(yang)(yang)后(hou)(hou)立(li)即加(jia)5mL補(bu)充溶(rong)液(ye)使吸附(fu)劑溶(rong)液(ye)(1)L)總(zong)體(ti)(ti)積保持(chi)恒定(ding)。補(bu)充溶(rong)液(ye)的(de)(de)濃度(du)是(shi)平衡(heng)初始濃度(du)和(he)*終濃度(du)的(de)(de)平均值。添加(jia)劑的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是(shi)取代樣(yang)(yang)品(pin)中取出的(de)(de)吡(bi)啶(ding)的(de)(de)質量(liang)。

　　圖(tu)像處理和數值解決(jue)方案

　　用(yong)2400倍(bei)放大倍(bei)數掃描電子顯(xian)(xian)微鏡(jing)檢查活(huo)性(xing)炭的(de)(de)形狀。圖(tu)像用(yong)圖(tu)像處理(li)工(gong)具(ju)箱(xiang)處理(li)。程(cheng)序如下。首先，通過(guo)將灰(hui)度(du)(du)轉(zhuan)化為灰(hui)度(du)(du)(從(cong)0(黑(hei)(hei)色(se)(se)(se)(se))到255(白色(se)(se)(se)(se))，可以改(gai)善黑(hei)(hei)暗照區域(yu)的(de)(de)對比度(du)(du)。假設這些(xie)代表孔(kong)隙占據(ju)(ju)的(de)(de)部(bu)分(fen)(fen)，淺色(se)(se)(se)(se)區域(yu)與固體基質(活(huo)性(xing)炭)有關。這個(ge)想(xiang)法是，每(mei)個(ge)象素(su)的(de)(de)灰(hui)度(du)(du)值被(bei)跟(gen)蹤(來自(zi)黑(hei)(hei)色(se)(se)(se)(se))并(bing)積累以獲(huo)得體積分(fen)(fen)數 ε γ 暗像素(su)。其次，所有具(ju)有等于(yu)(yu)或小(xiao)于(yu)(yu)閾值的(de)(de)像素(su)都(dou)被(bei)轉(zhuan)換為白色(se)(se)(se)(se)(被(bei)孔(kong)占據(ju)(ju)的(de)(de)空間(jian))，而具(ju)有較高值的(de)(de)像素(su)則被(bei)轉(zhuan)換為黑(hei)(hei)色(se)(se)(se)(se)(實心矩陣)。*后(hou)，應用(yong)濾波器來增強輪廓的(de)(de)定義。該程(cheng)序允許我們(men)獲(huo)得*終的(de)(de)二值圖(tu)像，其中白色(se)(se)(se)(se)和總(zong)像素(su)之間(jian)的(de)(de)比例(li)等于(yu)(yu)活(huo)性(xing)炭的(de)(de)孔(kong)隙率。事實上(shang)，來自(zi)SEM顯(xian)(xian)微照片的(de)(de)處理(li)圖(tu)像提供了(le)解決閉合問(wen)題(ti)的(de)(de)領域(yu)。

　　從(cong)整(zheng)個(ge)研究來看，活性(xing)炭吸附(fu)吡啶的(de)濃度(du)衰減曲線。發現總有(you)效擴(kuo)(kuo)散(san)系數是吡啶濃度(du)平衡時的(de)增(zeng)加函數，主要(yao)是由(you)于(yu)有(you)效的(de)表(biao)面擴(kuo)(kuo)散(san)比孔體(ti)積擴(kuo)(kuo)散(san)做出了更大的(de)貢獻。此外，點表(biao)面擴(kuo)(kuo)散(san)系數可以通過使用簡(jian)單的(de)微結(jie)構幾何模型(xing)粗略估計。