活性炭摻雜二氧化鈦(tai)的(de)介電研究

　　本文(wen)介紹(shao)了(le)活性(xing)炭與二(er)氧化鈦混合的(de)介電(dian)研究TiO 2不同摩爾比壓(ya)丸中的(de)介電(dian)響應(ying)研究將樣品置于氮氣和氦氣氛中，并(bing)在50個Hz至5MHz從室溫到723K研究復合材(cai)料的(de)電(dian)性(xing)能。

　　二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化鈦(tai)因(yin)其物(wu)理化學(xue)(xue)性(xing)(xing)(xing)質(zhi)而(er)被(bei)廣泛研究，使其成為(wei)(wei)各種(zhong)應用(yong)(yong)的(de)(de)(de)合(he)適材(cai)料(。它(ta)是一種(zhong)光敏半導體(ti)(ti)(ti)，吸收(shou)近紫外線區域的(de)(de)(de)電(dian)磁(ci)輻射，化學(xue)(xue)性(xing)(xing)(xing)質(zhi)非(fei)常穩定(ding)。由于(yu)(yu)上述特(te)點(dian)，它(ta)是*常用(yong)(yong)的(de)(de)(de)光催化劑，目前用(yong)(yong)于(yu)(yu)水(shui)凈化過程中(zhong)(zhong)有機分子(zi)的(de)(de)(de)降解。它(ta)還被(bei)用(yong)(yong)作白色(se)顏料、防腐(fu)涂(tu)料、氣體(ti)(ti)(ti)傳感器，通常用(yong)(yong)于(yu)(yu)陶瓷工業(ye)。該(gai)化合(he)物(wu)有三個(ge)(ge)晶(jing)相：金紅石（四方結(jie)(jie)構）、銳鈦(tai)礦(kuang)（八面結(jie)(jie)構）和(he)(he)板(ban)鈦(tai)礦(kuang)（斜方晶(jing)結(jie)(jie)構）。根據(ju)靜電(dian)價(jia)格原(yuan)理的(de)(de)(de)要(yao)求，每個(ge)(ge)氧(yang)(yang)原(yuan)子(zi)由三個(ge)(ge)八面體(ti)(ti)(ti)共享。對于(yu)(yu)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化鈦(tai)摻(chan)雜(za)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)，已證(zheng)明活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)適合(he)作為(wei)(wei)外部原(yuan)子(zi)，其中(zhong)(zhong)摻(chan)入3.2eV(純鈦(tai)礦(kuang))帶隙(xi)至2.32eV(碳摻(chan)雜(za)相)所需的(de)(de)(de)波長已增加到535納米。因(yin)此，與活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)混合(he)的(de)(de)(de)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化鈦(tai)比純二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化鈦(tai)更有效(xiao)。因(yin)為(wei)(wei)這個(ge)(ge)報告中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)TiO 2的(de)(de)(de)影響(xiang)基體(ti)(ti)(ti)也預計會(hui)影響(xiang)材(cai)料的(de)(de)(de)介電(dian)性(xing)(xing)(xing)能。因(yin)此，本文研究了碳雜(za)質(zhi)對氧(yang)(yang)化鈦(tai)電(dian)性(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)(de)影響(xiang)，從商業(ye)粉末和(he)(he)不同摩爾分數的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)(zhong)實現了該(gai)復合(he)材(cai)料的(de)(de)(de)電(dian)性(xing)(xing)(xing)能。

　　實驗程序

　　為(wei)了制(zhi)備(bei)與活性(xing)炭(tan)樣(yang)品混合的(de)TiO 2，使用(yong)TiO 2純(chun)度為(wei)99.5%的(de)銳鈦礦(kuang)相粒徑(jing)為(wei)21nm活性(xing)炭(tan)粉。化(hua)學計(ji)量計(ji)算(suan)(suan)已(yi)經計(ji)算(suan)(suan)并獲得(de)X = 0.09,0.04,0.03和0.摩爾分數02所需的(de)量。過程結束(shu)后(hou)，將前體(ti)手工(gong)浸泡(pao)在(zai)瑪瑙研缽(bo)中(zhong)(zhong)約3小時，直(zhi)至均勻。在(zai)室溫下將獲得(de)的(de)化(hua)合物壓制(zhi)成(cheng)液壓機(ji)中(zhong)(zhong)的(de)丸劑形式。分光計(ji)中(zhong)(zhong)復合材(cai)料的(de)紅外光譜FTIR標(biao)記(ji)Shimadzu Prestige 21上(shang)(shang)用(yong)含(han)有樣(yang)噲?平衡。在(zai)pH活性(xing)炭(tan)對水溶液中(zhong)(zhong)吡(bi)啶的(de)吸附能(neng)力*高。因此，選擇(ze)該pH研究活性(xing)炭(tan)上(shang)(shang)吡(bi)啶的(de)吸附率(lv)。

　　初始吡(bi)(bi)啶(ding)濃度從20到10000mg / L不等。吡(bi)(bi)啶(ding)溶液(ye)與活性炭顆粒(li)保持接觸，直至達到平(ping)(ping)(ping)衡(heng)。定(ding)期測量溶液(ye)pH值，并通(tong)過適當添加(jia)0.01和0.1M的HCl和NaOH保持溶液(ye)恒定(ding)。達到平(ping)(ping)(ping)衡(heng)后，溶液(ye)中吡(bi)(bi)啶(ding)的濃度通(tong)過分光光度法測定(ding)，平(ping)(ping)(ping)衡(heng)吸(xi)附的吡(bi)(bi)啶(ding)質量通(tong)過使吡(bi)(bi)啶(ding)的質量平(ping)(ping)(ping)衡(heng)計算。在(zai)之前沒有(you)活性炭的運行中，證明吡(bi)(bi)啶(ding)不吸(xi)附在(zai)尼龍袋(dai)上(shang)。

　　測定水溶液中吡啶濃度

　　通過UV-水溶(rong)液(ye)中測定水溶(rong)液(ye)中吡(bi)啶(ding)的(de)(de)(de)濃(nong)(nong)度(du)(du)。UV-24960分光(guang)(guang)光(guang)(guang)度(du)(du)計.5nm吡(bi)啶(ding)溶(rong)液(ye)的(de)(de)(de)吸光(guang)(guang)啶(ding)溶(rong)液(ye)的(de)(de)(de)吸光(guang)(guang)度(du)(du)。因此，濃(nong)(nong)度(du)(du)范圍(wei)為(wei)10-50mg / L樣品的(de)(de)(de)吡(bi)啶(ding)濃(nong)(nong)度(du)(du)由(you)五種(zhong)標準(zhun)(zhun)吡(bi)啶(ding)溶(rong)液(ye)制備(bei)的(de)(de)(de)校準(zhun)(zhun)曲線(吸光(guang)(guang)對濃(nong)(nong)度(du)(du))估算(suan)。

　　獲取(qu)吸附數據的方法(fa)

　　利(li)用旋轉(zhuan)籃式批次吸(xi)附(fu)(fu)器獲得吡(bi)啶在活(huo)性炭上(shang)的(de)吸(xi)附(fu)(fu)濃度(du)分(fen)布。吸(xi)附(fu)(fu)器1L三頸反應燒瓶和葉片由不銹鋼籃的(de)葉輪組成。將(jiang)吡(bi)啶溶液倒(dao)入(ru)吸(xi)附(fu)(fu)器中(zhong)，將(jiang)活(huo)性炭顆(ke)粒(li)放入(ru)連接(jie)到變速(su)電(dian)機的(de)軸上(shang)的(de)不銹鋼網籃中(zhong)。將(jiang)吸(xi)附(fu)(fu)器部分(fen)浸入(ru)恒(heng)溫浴(yu)中(zhong)。

　　適當混合0.01N HCl和(he)NaOH溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)來制備(bei)pH = 10的(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(800-980mL)并(bing)加(jia)(jia)入吸附(fu)器(qi)(qi)。活性炭(1-5g)籃子(zi)放在幾(ji)個轉(zhuan)速(su)條件(100，150，200rpm)下。適當添加(jia)(jia)0.01和(he)0.1N NaOH控制溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)pH。直到溫(wen)度(du)(du)和(he)活性炭保(bao)持接觸(chu)pH保(bao)持恒定(ding)。然后(hou)關閉攪(jiao)拌器(qi)(qi)，迅(xun)速(su)將已知(zhi)濃(nong)度(du)(du)提高到pH = 將吡(bi)啶溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)等分(fen)(fen)樣(yang)(yang)品(pin)倒入吸附(fu)劑(ji)(ji)溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)中(zhong)，以(yi)(yi)獲得(de)所需(xu)的(de)(de)初始(shi)濃(nong)度(du)(du)。溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)后(hou)，溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)總(zong)(zong)體積為1L。立即啟(qi)動葉輪電機和(he)計時器(qi)(qi)。用pH對(dui)溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)進行監(jian)測pH以(yi)(yi)上調整(zheng)值。加(jia)(jia)入的(de)(de)NaOH溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)總(zong)(zong)體積小于(yu)2mL，占(zhan)總(zong)(zong)體積的(de)(de)0.1%。定(ding)期取(qu)樣(yang)(yang)溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(5)mL)并(bing)分(fen)(fen)析確定(ding)吡(bi)啶濃(nong)度(du)(du)。取(qu)樣(yang)(yang)時間(jian)分(fen)(fen)別為0、1、3、5、10、15、20、25、30、40、60、90、150和(he)180分(fen)(fen)鐘。取(qu)樣(yang)(yang)后(hou)立即加(jia)(jia)5mL補充(chong)溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)使吸附(fu)劑(ji)(ji)溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(1)L)總(zong)(zong)體積保(bao)持恒定(ding)。補充(chong)溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)濃(nong)度(du)(du)是平衡(heng)初始(shi)濃(nong)度(du)(du)和(he)*終濃(nong)度(du)(du)的(de)(de)平均(jun)值。添加(jia)(jia)劑(ji)(ji)的(de)(de)目的(de)(de)是取(qu)代樣(yang)(yang)品(pin)中(zhong)取(qu)出的(de)(de)吡(bi)啶的(de)(de)質量。

　　圖像處理和數(shu)值(zhi)解決方案

　　用(yong)2400倍放大(da)倍數(shu)掃描電子顯微鏡檢查活(huo)性炭(tan)的(de)形狀。圖(tu)(tu)像(xiang)用(yong)圖(tu)(tu)像(xiang)處理工具箱處理。程(cheng)序如下。首(shou)先，通過(guo)將(jiang)灰度(du)轉(zhuan)化為(wei)灰度(du)(從(cong)0(黑色(se)(se))到255(白色(se)(se))，可以(yi)改(gai)善黑暗(an)照(zhao)區域的(de)對(dui)比度(du)。假設(she)這些代表孔(kong)隙(xi)占據(ju)的(de)部分，淺色(se)(se)區域與固體基(ji)質(活(huo)性炭(tan))有關。這個想法是，每(mei)個象素(su)的(de)灰度(du)值(zhi)被(bei)跟(gen)蹤(來(lai)自黑色(se)(se))并積(ji)累以(yi)獲得(de)體積(ji)分數(shu) ε γ 暗(an)像(xiang)素(su)。其次，所有具有等(deng)于或小于閾(yu)值(zhi)的(de)像(xiang)素(su)都(dou)被(bei)轉(zhuan)換為(wei)白色(se)(se)(被(bei)孔(kong)占據(ju)的(de)空間(jian))，而具有較高值(zhi)的(de)像(xiang)素(su)則被(bei)轉(zhuan)換為(wei)黑色(se)(se)(實(shi)心矩陣)。*后，應(ying)用(yong)濾波器來(lai)增(zeng)強輪廓(kuo)的(de)定義。該程(cheng)序允(yun)許我們獲得(de)*終(zhong)的(de)二值(zhi)圖(tu)(tu)像(xiang)，其中白色(se)(se)和總像(xiang)素(su)之(zhi)間(jian)的(de)比例(li)等(deng)于活(huo)性炭(tan)的(de)孔(kong)隙(xi)率。事實(shi)上，來(lai)自SEM顯微照(zhao)片的(de)處理圖(tu)(tu)像(xiang)提供了(le)解決閉合(he)問(wen)題的(de)領域。

　　從整(zheng)個研(yan)究來看，活性炭吸附(fu)吡啶的(de)濃度(du)衰減曲線。發現總有效擴散(san)系數是吡啶濃度(du)平衡(heng)時的(de)增加函數，主要是由于有效的(de)表(biao)面擴散(san)比孔體積擴散(san)做出了更大的(de)貢獻。此(ci)外，點(dian)表(biao)面擴散(san)系數可以通(tong)過使用簡單的(de)微(wei)結(jie)構(gou)幾(ji)何模型(xing)粗略(lve)估計。