活性炭摻雜(za)二氧化(hua)鈦的介電研究

　　本文介紹了活性炭與二氧化鈦混(hun)合的介電研(yan)究TiO 2不同(tong)摩爾比壓丸(wan)中的介電響應(ying)研(yan)究將樣(yang)品置于(yu)氮氣(qi)和氦氣(qi)氛中，并在50個Hz至5MHz從室(shi)溫到723K研(yan)究復合材(cai)料的電性能。

　　二氧化(hua)(hua)鈦(tai)因(yin)其(qi)(qi)物理化(hua)(hua)學性(xing)(xing)質而被廣泛研究(jiu)，使其(qi)(qi)成為各種(zhong)應(ying)用的合(he)適材(cai)料(liao)(。它(ta)是(shi)一種(zhong)光敏半(ban)導體(ti)，吸收近紫外(wai)(wai)線區(qu)域的電(dian)(dian)磁輻(fu)射，化(hua)(hua)學性(xing)(xing)質非常穩定(ding)。由于上述特點，它(ta)是(shi)*常用的光催化(hua)(hua)劑，目前用于水凈(jing)化(hua)(hua)過程中有(you)機(ji)分子的降解。它(ta)還被用作白(bai)色顏料(liao)、防(fang)腐涂料(liao)、氣體(ti)傳(chuan)感器，通常用于陶瓷工業。該(gai)(gai)化(hua)(hua)合(he)物有(you)三個(ge)晶(jing)相(xiang)：金紅(hong)石(shi)（四(si)方(fang)結(jie)構(gou)(gou)）、銳鈦(tai)礦(kuang)（八(ba)面(mian)結(jie)構(gou)(gou)）和(he)板(ban)鈦(tai)礦(kuang)（斜方(fang)晶(jing)結(jie)構(gou)(gou)）。根(gen)據靜電(dian)(dian)價格原理的要求(qiu)，每個(ge)氧原子由三個(ge)八(ba)面(mian)體(ti)共享。對于二氧化(hua)(hua)鈦(tai)摻雜(za)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)，已證明活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)適合(he)作為外(wai)(wai)部原子，其(qi)(qi)中摻入3.2eV(純鈦(tai)礦(kuang))帶(dai)隙至2.32eV(碳(tan)摻雜(za)相(xiang))所需的波長已增加到535納米。因(yin)此(ci)，與活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)混(hun)合(he)的二氧化(hua)(hua)鈦(tai)比(bi)純二氧化(hua)(hua)鈦(tai)更有(you)效。因(yin)為這個(ge)報告中的活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)TiO 2的影(ying)響基體(ti)也預(yu)計會影(ying)響材(cai)料(liao)的介電(dian)(dian)性(xing)(xing)能(neng)(neng)。因(yin)此(ci)，本文研究(jiu)了(le)碳(tan)雜(za)質對氧化(hua)(hua)鈦(tai)電(dian)(dian)性(xing)(xing)能(neng)(neng)的影(ying)響，從商(shang)業粉末和(he)不同摩爾分數的活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)中實(shi)現了(le)該(gai)(gai)復合(he)材(cai)料(liao)的電(dian)(dian)性(xing)(xing)能(neng)(neng)。

　　實驗程序

　　為(wei)了制(zhi)備與活(huo)性炭樣品混合的(de)(de)TiO 2，使用(yong)TiO 2純(chun)度為(wei)99.5%的(de)(de)銳鈦礦相(xiang)粒徑為(wei)21nm活(huo)性炭粉。化(hua)學(xue)計量(liang)(liang)計算已經計算并獲得X = 0.09,0.04,0.03和0.摩爾分數02所需的(de)(de)量(liang)(liang)。過(guo)程(cheng)結束后，將前體手(shou)工浸(jin)泡(pao)在瑪瑙研缽中(zhong)約3小時(shi)，直至均勻。在室溫下將獲得的(de)(de)化(hua)合物壓制(zhi)成液(ye)壓機中(zhong)的(de)(de)丸(wan)劑形式(shi)。分光(guang)計中(zhong)復合材料的(de)(de)紅(hong)外(wai)光(guang)譜FTIR標記Shimadzu Prestige 21上(shang)用(yong)含有樣噲(kuai)?平衡(heng)。在pH活(huo)性炭對(dui)水溶液(ye)中(zhong)吡(bi)啶的(de)(de)吸(xi)(xi)附能力*高。因此，選(xuan)擇該pH研究活(huo)性炭上(shang)吡(bi)啶的(de)(de)吸(xi)(xi)附率。

　　初始吡啶(ding)濃度(du)從20到10000mg / L不等。吡啶(ding)溶(rong)液(ye)與活(huo)性炭顆粒(li)保(bao)持接觸，直至達到平衡(heng)。定期測(ce)量(liang)溶(rong)液(ye)pH值，并通(tong)(tong)過適當添(tian)加0.01和0.1M的(de)(de)HCl和NaOH保(bao)持溶(rong)液(ye)恒定。達到平衡(heng)后，溶(rong)液(ye)中(zhong)吡啶(ding)的(de)(de)濃度(du)通(tong)(tong)過分光光度(du)法測(ce)定，平衡(heng)吸(xi)附的(de)(de)吡啶(ding)質量(liang)通(tong)(tong)過使吡啶(ding)的(de)(de)質量(liang)平衡(heng)計(ji)算(suan)。在之(zhi)前沒有活(huo)性炭的(de)(de)運行中(zhong)，證明吡啶(ding)不吸(xi)附在尼(ni)龍袋(dai)上。

　　測定水(shui)溶液中(zhong)吡啶濃(nong)度

　　通過UV-水溶(rong)液(ye)中測定水溶(rong)液(ye)中吡(bi)啶的(de)濃(nong)(nong)度。UV-24960分光光度計(ji).5nm吡(bi)啶溶(rong)液(ye)的(de)吸光啶溶(rong)液(ye)的(de)吸光度。因此，濃(nong)(nong)度范圍為10-50mg / L樣品的(de)吡(bi)啶濃(nong)(nong)度由五種標準吡(bi)啶溶(rong)液(ye)制備的(de)校(xiao)準曲線(吸光對濃(nong)(nong)度)估算。

　　獲取(qu)吸附數據(ju)的方(fang)法

　　利用旋轉籃(lan)式批次吸附(fu)(fu)(fu)器(qi)獲得吡(bi)啶在活性(xing)炭上(shang)的(de)吸附(fu)(fu)(fu)濃度分布(bu)。吸附(fu)(fu)(fu)器(qi)1L三(san)頸反應(ying)燒瓶(ping)和葉片由不銹鋼籃(lan)的(de)葉輪組成。將(jiang)吡(bi)啶溶液(ye)倒入吸附(fu)(fu)(fu)器(qi)中，將(jiang)活性(xing)炭顆(ke)粒放入連接到變速電機的(de)軸上(shang)的(de)不銹鋼網籃(lan)中。將(jiang)吸附(fu)(fu)(fu)器(qi)部分浸入恒溫浴中。

　　適當(dang)混合0.01N HCl和(he)NaOH溶(rong)(rong)液(ye)來制(zhi)備(bei)pH = 10的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)液(ye)(800-980mL)并(bing)加(jia)(jia)入吸附(fu)器(qi)。活性炭(tan)(1-5g)籃子(zi)放在幾個轉速(su)條件(jian)(100，150，200rpm)下。適當(dang)添(tian)加(jia)(jia)0.01和(he)0.1N NaOH控制(zhi)溶(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)液(ye)pH。直到溫度(du)(du)和(he)活性炭(tan)保(bao)(bao)持(chi)接觸pH保(bao)(bao)持(chi)恒(heng)定(ding)。然后(hou)關閉攪拌(ban)器(qi)，迅速(su)將已知濃度(du)(du)提高到pH = 將吡(bi)啶溶(rong)(rong)液(ye)等分(fen)(fen)樣品(pin)倒入吸附(fu)劑溶(rong)(rong)液(ye)中，以獲得所需的(de)(de)(de)初始(shi)濃度(du)(du)。溶(rong)(rong)液(ye)后(hou)，溶(rong)(rong)液(ye)總(zong)體(ti)積(ji)為1L。立即(ji)啟(qi)動葉(xie)輪電機和(he)計時器(qi)。用pH對溶(rong)(rong)液(ye)進行監(jian)測pH以上調(diao)整值(zhi)。加(jia)(jia)入的(de)(de)(de)NaOH溶(rong)(rong)液(ye)總(zong)體(ti)積(ji)小于2mL，占總(zong)體(ti)積(ji)的(de)(de)(de)0.1%。定(ding)期取(qu)(qu)(qu)樣溶(rong)(rong)液(ye)(5)mL)并(bing)分(fen)(fen)析確定(ding)吡(bi)啶濃度(du)(du)。取(qu)(qu)(qu)樣時間(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)(qu)(qu)樣后(hou)立即(ji)加(jia)(jia)5mL補充溶(rong)(rong)液(ye)使吸附(fu)劑溶(rong)(rong)液(ye)(1)L)總(zong)體(ti)積(ji)保(bao)(bao)持(chi)恒(heng)定(ding)。補充溶(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)(de)濃度(du)(du)是平(ping)衡初始(shi)濃度(du)(du)和(he)*終濃度(du)(du)的(de)(de)(de)平(ping)均值(zhi)。添(tian)加(jia)(jia)劑的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是取(qu)(qu)(qu)代樣品(pin)中取(qu)(qu)(qu)出的(de)(de)(de)吡(bi)啶的(de)(de)(de)質量。

　　圖像處理和數(shu)值解(jie)決方案

　　用2400倍放大倍數掃描電子顯微鏡檢查活性(xing)炭(tan)的(de)(de)形狀(zhuang)。圖像(xiang)用圖像(xiang)處(chu)理(li)工具(ju)箱處(chu)理(li)。程序如下。首先，通(tong)過將灰(hui)度(du)轉(zhuan)化為(wei)灰(hui)度(du)(從0(黑(hei)色)到255(白色)，可以(yi)改善黑(hei)暗照區(qu)(qu)域(yu)(yu)的(de)(de)對比(bi)度(du)。假(jia)設(she)這(zhe)些代表孔隙占據(ju)的(de)(de)部(bu)分(fen)，淺色區(qu)(qu)域(yu)(yu)與固體基質(活性(xing)炭(tan))有關。這(zhe)個(ge)想法是(shi)，每個(ge)象素(su)的(de)(de)灰(hui)度(du)值(zhi)(zhi)(zhi)被跟(gen)蹤(來(lai)自黑(hei)色)并積(ji)累以(yi)獲(huo)得體積(ji)分(fen)數 ε γ 暗像(xiang)素(su)。其(qi)次(ci)，所有具(ju)有等(deng)于(yu)或小于(yu)閾值(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)像(xiang)素(su)都(dou)被轉(zhuan)換為(wei)白色(被孔占據(ju)的(de)(de)空間(jian))，而具(ju)有較高值(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)像(xiang)素(su)則被轉(zhuan)換為(wei)黑(hei)色(實心矩陣)。*后，應用濾波器(qi)來(lai)增強(qiang)輪廓的(de)(de)定義。該程序允許我(wo)們獲(huo)得*終的(de)(de)二值(zhi)(zhi)(zhi)圖像(xiang)，其(qi)中白色和總像(xiang)素(su)之間(jian)的(de)(de)比(bi)例等(deng)于(yu)活性(xing)炭(tan)的(de)(de)孔隙率。事實上，來(lai)自SEM顯微照片的(de)(de)處(chu)理(li)圖像(xiang)提供了解決閉合(he)問題(ti)的(de)(de)領域(yu)(yu)。

　　從(cong)整個研究(jiu)來看，活性(xing)炭吸(xi)附(fu)吡(bi)啶的濃度衰減曲線。發現總(zong)有(you)效擴散(san)(san)系(xi)數(shu)是(shi)吡(bi)啶濃度平(ping)衡時的增加函數(shu)，主(zhu)要是(shi)由于有(you)效的表面(mian)擴散(san)(san)比孔體積(ji)擴散(san)(san)做出了更(geng)大的貢(gong)獻(xian)。此外(wai)，點表面(mian)擴散(san)(san)系(xi)數(shu)可(ke)以通過使(shi)用簡單的微結構幾(ji)何(he)模型粗略估計(ji)。