活性炭摻雜二氧化鈦的介(jie)電研究

　　本文介紹了活性(xing)炭與二氧化鈦混(hun)合的(de)介電(dian)研(yan)(yan)究TiO 2不(bu)同摩爾比壓丸中(zhong)的(de)介電(dian)響應研(yan)(yan)究將樣品置(zhi)于氮氣和氦(hai)氣氛(fen)中(zhong)，并在50個Hz至5MHz從(cong)室溫到723K研(yan)(yan)究復合材(cai)料(liao)的(de)電(dian)性(xing)能。

　　二氧化(hua)鈦因(yin)(yin)其(qi)物理化(hua)學(xue)性(xing)(xing)(xing)質(zhi)(zhi)而被廣(guang)泛研究，使其(qi)成為(wei)(wei)各(ge)種(zhong)應用的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)適(shi)材料(。它是一(yi)種(zhong)光(guang)敏半導(dao)體(ti)(ti)，吸收近紫(zi)外(wai)線區域(yu)的(de)(de)(de)(de)電(dian)磁輻射，化(hua)學(xue)性(xing)(xing)(xing)質(zhi)(zhi)非常(chang)(chang)穩定(ding)。由于(yu)上述特點，它是*常(chang)(chang)用的(de)(de)(de)(de)光(guang)催化(hua)劑，目(mu)前用于(yu)水凈(jing)化(hua)過程(cheng)中有(you)(you)機分子的(de)(de)(de)(de)降(jiang)解。它還被用作(zuo)(zuo)白(bai)色顏(yan)料、防腐涂料、氣(qi)體(ti)(ti)傳感器，通常(chang)(chang)用于(yu)陶瓷工業。該化(hua)合(he)(he)物有(you)(you)三(san)(san)個(ge)晶(jing)相：金紅石（四(si)方(fang)結構(gou)）、銳鈦礦（八面結構(gou)）和(he)板鈦礦（斜方(fang)晶(jing)結構(gou)）。根(gen)據靜電(dian)價格原(yuan)理的(de)(de)(de)(de)要求，每個(ge)氧原(yuan)子由三(san)(san)個(ge)八面體(ti)(ti)共享。對(dui)于(yu)二氧化(hua)鈦摻雜活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭，已證明活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭適(shi)合(he)(he)作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)外(wai)部原(yuan)子，其(qi)中摻入(ru)3.2eV(純鈦礦)帶隙至2.32eV(碳摻雜相)所需的(de)(de)(de)(de)波長(chang)已增加(jia)到535納米。因(yin)(yin)此(ci)，與(yu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭混合(he)(he)的(de)(de)(de)(de)二氧化(hua)鈦比純二氧化(hua)鈦更(geng)有(you)(you)效(xiao)。因(yin)(yin)為(wei)(wei)這(zhe)個(ge)報告中的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭TiO 2的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)基體(ti)(ti)也預計會影(ying)響(xiang)材料的(de)(de)(de)(de)介電(dian)性(xing)(xing)(xing)能(neng)。因(yin)(yin)此(ci)，本文研究了(le)碳雜質(zhi)(zhi)對(dui)氧化(hua)鈦電(dian)性(xing)(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)，從商(shang)業粉末和(he)不同摩爾分數的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭中實(shi)現了(le)該復合(he)(he)材料的(de)(de)(de)(de)電(dian)性(xing)(xing)(xing)能(neng)。

　　實驗程序

　　為(wei)了制備與活(huo)性(xing)炭(tan)樣(yang)品混合(he)(he)的TiO 2，使用TiO 2純度為(wei)99.5%的銳鈦(tai)礦(kuang)相(xiang)粒徑為(wei)21nm活(huo)性(xing)炭(tan)粉(fen)。化學計(ji)(ji)量(liang)計(ji)(ji)算已經計(ji)(ji)算并獲得(de)X = 0.09,0.04,0.03和0.摩爾分數02所需的量(liang)。過程結束后，將前體(ti)手工浸泡(pao)在(zai)瑪(ma)瑙(nao)研(yan)(yan)缽(bo)中(zhong)約3小時，直至均勻。在(zai)室(shi)溫下將獲得(de)的化合(he)(he)物壓制成(cheng)液壓機中(zhong)的丸(wan)劑形式。分光(guang)計(ji)(ji)中(zhong)復合(he)(he)材料的紅外(wai)光(guang)譜FTIR標記Shimadzu Prestige 21上用含有樣(yang)噲?平衡。在(zai)pH活(huo)性(xing)炭(tan)對水溶液中(zhong)吡啶的吸附能力*高。因(yin)此(ci)，選擇(ze)該(gai)pH研(yan)(yan)究(jiu)活(huo)性(xing)炭(tan)上吡啶的吸附率。

　　初始吡(bi)啶(ding)濃度從20到10000mg / L不(bu)等。吡(bi)啶(ding)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)與(yu)活(huo)性炭顆粒(li)保持接觸，直至達(da)到平衡。定(ding)期(qi)測量(liang)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)pH值(zhi)，并(bing)通過適(shi)當添加0.01和(he)(he)0.1M的(de)HCl和(he)(he)NaOH保持溶(rong)(rong)液(ye)(ye)恒(heng)定(ding)。達(da)到平衡后，溶(rong)(rong)液(ye)(ye)中(zhong)(zhong)吡(bi)啶(ding)的(de)濃度通過分光(guang)光(guang)度法測定(ding)，平衡吸(xi)附的(de)吡(bi)啶(ding)質量(liang)通過使吡(bi)啶(ding)的(de)質量(liang)平衡計(ji)算。在之前沒有(you)活(huo)性炭的(de)運行(xing)中(zhong)(zhong)，證明吡(bi)啶(ding)不(bu)吸(xi)附在尼龍袋上。

　　測(ce)定水溶液中吡(bi)啶(ding)濃度

　　通過UV-水(shui)溶液(ye)中(zhong)測定水(shui)溶液(ye)中(zhong)吡(bi)啶(ding)的(de)濃度(du)。UV-24960分(fen)光光度(du)計.5nm吡(bi)啶(ding)溶液(ye)的(de)吸(xi)光啶(ding)溶液(ye)的(de)吸(xi)光度(du)。因此，濃度(du)范圍(wei)為(wei)10-50mg / L樣品(pin)的(de)吡(bi)啶(ding)濃度(du)由五種標(biao)準(zhun)吡(bi)啶(ding)溶液(ye)制備的(de)校準(zhun)曲線(吸(xi)光對濃度(du))估算。

　　獲取吸附數(shu)據的方(fang)法(fa)

　　利(li)用旋轉(zhuan)籃(lan)(lan)式批次吸附(fu)器(qi)獲得吡啶在活性(xing)炭(tan)上的(de)(de)吸附(fu)濃(nong)度分布。吸附(fu)器(qi)1L三頸反應燒瓶和葉片由不(bu)(bu)銹(xiu)鋼籃(lan)(lan)的(de)(de)葉輪(lun)組成。將吡啶溶液倒入吸附(fu)器(qi)中(zhong)，將活性(xing)炭(tan)顆(ke)粒放入連接到變速電機的(de)(de)軸上的(de)(de)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼網籃(lan)(lan)中(zhong)。將吸附(fu)器(qi)部分浸入恒溫浴(yu)中(zhong)。

　　適當混合0.01N HCl和(he)(he)NaOH溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)來制備pH = 10的(de)(de)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(800-980mL)并加(jia)入(ru)吸(xi)(xi)附(fu)器(qi)。活性炭(1-5g)籃子(zi)放在幾個(ge)轉速條(tiao)件(100，150，200rpm)下。適當添加(jia)0.01和(he)(he)0.1N NaOH控制溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)的(de)(de)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)pH。直(zhi)到溫度(du)和(he)(he)活性炭保(bao)持接觸pH保(bao)持恒定(ding)。然后(hou)關(guan)閉攪(jiao)拌器(qi)，迅速將(jiang)已知濃度(du)提高(gao)到pH = 將(jiang)吡啶溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)等分(fen)樣(yang)(yang)品(pin)倒入(ru)吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)中(zhong)，以獲得所(suo)需(xu)的(de)(de)初始濃度(du)。溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)后(hou)，溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)總(zong)體積(ji)為1L。立(li)(li)即啟動(dong)葉輪電機和(he)(he)計(ji)時(shi)器(qi)。用pH對溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)進行監測pH以上調整值(zhi)。加(jia)入(ru)的(de)(de)NaOH溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)總(zong)體積(ji)小于2mL，占總(zong)體積(ji)的(de)(de)0.1%。定(ding)期(qi)取(qu)樣(yang)(yang)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(5)mL)并分(fen)析確定(ding)吡啶濃度(du)。取(qu)樣(yang)(yang)時(shi)間(jian)分(fen)別(bie)為0、1、3、5、10、15、20、25、30、40、60、90、150和(he)(he)180分(fen)鐘(zhong)。取(qu)樣(yang)(yang)后(hou)立(li)(li)即加(jia)5mL補(bu)充(chong)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)使(shi)吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(1)L)總(zong)體積(ji)保(bao)持恒定(ding)。補(bu)充(chong)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)的(de)(de)濃度(du)是(shi)平(ping)衡初始濃度(du)和(he)(he)*終(zhong)濃度(du)的(de)(de)平(ping)均值(zhi)。添加(jia)劑(ji)的(de)(de)目的(de)(de)是(shi)取(qu)代(dai)樣(yang)(yang)品(pin)中(zhong)取(qu)出的(de)(de)吡啶的(de)(de)質量(liang)。

　　圖像處理(li)和數值解決方案(an)

　　用2400倍(bei)放大(da)倍(bei)數掃描電子(zi)顯微(wei)鏡檢(jian)查活性(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)(de)形狀。圖(tu)像(xiang)用圖(tu)像(xiang)處理(li)工具(ju)(ju)箱處理(li)。程(cheng)序(xu)如下。首先，通(tong)過將灰度(du)轉(zhuan)化為(wei)灰度(du)(從0(黑(hei)色(se)(se))到255(白色(se)(se))，可以(yi)改善黑(hei)暗照區(qu)域的(de)(de)(de)(de)對比(bi)度(du)。假(jia)設這(zhe)些代(dai)表(biao)孔隙(xi)占據的(de)(de)(de)(de)部分(fen)，淺色(se)(se)區(qu)域與(yu)固體基質(活性(xing)(xing)炭)有關。這(zhe)個(ge)想法是，每個(ge)象(xiang)素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)灰度(du)值(zhi)被(bei)跟蹤(來(lai)自黑(hei)色(se)(se))并(bing)積(ji)累以(yi)獲得體積(ji)分(fen)數 ε γ 暗像(xiang)素(su)(su)。其次，所有具(ju)(ju)有等于(yu)或(huo)小于(yu)閾值(zhi)的(de)(de)(de)(de)像(xiang)素(su)(su)都被(bei)轉(zhuan)換(huan)為(wei)白色(se)(se)(被(bei)孔占據的(de)(de)(de)(de)空間)，而具(ju)(ju)有較高值(zhi)的(de)(de)(de)(de)像(xiang)素(su)(su)則被(bei)轉(zhuan)換(huan)為(wei)黑(hei)色(se)(se)(實心矩(ju)陣(zhen))。*后，應用濾波器來(lai)增強輪廓的(de)(de)(de)(de)定(ding)義。該(gai)程(cheng)序(xu)允許我(wo)們(men)獲得*終的(de)(de)(de)(de)二(er)值(zhi)圖(tu)像(xiang)，其中白色(se)(se)和總像(xiang)素(su)(su)之間的(de)(de)(de)(de)比(bi)例等于(yu)活性(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)(de)孔隙(xi)率(lv)。事實上，來(lai)自SEM顯微(wei)照片的(de)(de)(de)(de)處理(li)圖(tu)像(xiang)提(ti)供(gong)了解決閉合問題(ti)的(de)(de)(de)(de)領域。

　　從整(zheng)個(ge)研(yan)究來(lai)看，活性炭(tan)吸附吡啶的(de)濃度衰減曲線(xian)。發現總有效(xiao)擴(kuo)散(san)系數是(shi)吡啶濃度平衡時的(de)增加函數，主(zhu)要是(shi)由于有效(xiao)的(de)表面擴(kuo)散(san)比(bi)孔體積(ji)擴(kuo)散(san)做出(chu)了更大(da)的(de)貢獻(xian)。此外(wai)，點表面擴(kuo)散(san)系數可以通(tong)過(guo)使(shi)用簡單的(de)微結構(gou)幾何模型粗略(lve)估計。