活性炭摻雜二氧化鈦的介電研究

　　本文介(jie)紹了活性炭與二氧化(hua)鈦混合的介(jie)電研究(jiu)(jiu)(jiu)TiO 2不同摩爾(er)比(bi)壓丸中的介(jie)電響應(ying)研究(jiu)(jiu)(jiu)將樣品置于氮氣(qi)和(he)氦(hai)氣(qi)氛中，并在50個Hz至5MHz從室(shi)溫到(dao)723K研究(jiu)(jiu)(jiu)復(fu)合材料的電性能。

　　二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鈦(tai)因(yin)其物理(li)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)學性(xing)(xing)質(zhi)而被廣泛研究(jiu)，使其成為各種應用(yong)的(de)(de)(de)合(he)適(shi)(shi)材(cai)(cai)料(liao)(。它是一種光敏半(ban)導體(ti)(ti)，吸收近紫外(wai)線區(qu)域的(de)(de)(de)電磁(ci)輻射(she)，化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)學性(xing)(xing)質(zhi)非常(chang)穩定。由于(yu)上述特(te)點，它是*常(chang)用(yong)的(de)(de)(de)光催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑，目前用(yong)于(yu)水凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)過程中(zhong)有機分子的(de)(de)(de)降解。它還被用(yong)作白色(se)顏料(liao)、防腐涂(tu)料(liao)、氣體(ti)(ti)傳感器，通(tong)常(chang)用(yong)于(yu)陶(tao)瓷工業(ye)。該化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物有三個(ge)晶相：金紅石（四方結構(gou)(gou)）、銳鈦(tai)礦(kuang)（八面結構(gou)(gou)）和板鈦(tai)礦(kuang)（斜方晶結構(gou)(gou)）。根據靜電價(jia)格原(yuan)理(li)的(de)(de)(de)要求，每個(ge)氧(yang)(yang)原(yuan)子由三個(ge)八面體(ti)(ti)共享。對于(yu)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鈦(tai)摻(chan)雜(za)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭，已(yi)證明活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭適(shi)(shi)合(he)作為外(wai)部(bu)原(yuan)子，其中(zhong)摻(chan)入3.2eV(純鈦(tai)礦(kuang))帶隙至2.32eV(碳摻(chan)雜(za)相)所需的(de)(de)(de)波(bo)長已(yi)增(zeng)加到535納米(mi)。因(yin)此(ci)，與活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭混合(he)的(de)(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鈦(tai)比純二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鈦(tai)更有效。因(yin)為這個(ge)報告中(zhong)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭TiO 2的(de)(de)(de)影(ying)響基體(ti)(ti)也預計(ji)會影(ying)響材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)介(jie)電性(xing)(xing)能。因(yin)此(ci)，本文研究(jiu)了碳雜(za)質(zhi)對氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鈦(tai)電性(xing)(xing)能的(de)(de)(de)影(ying)響，從(cong)商業(ye)粉末(mo)和不同摩爾(er)分數的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭中(zhong)實現了該復合(he)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)電性(xing)(xing)能。

　　實驗程序

　　為了制備(bei)與(yu)活性(xing)炭樣品混(hun)合(he)的(de)(de)(de)TiO 2，使用TiO 2純度為99.5%的(de)(de)(de)銳(rui)鈦礦相(xiang)粒徑為21nm活性(xing)炭粉。化學(xue)計(ji)量(liang)計(ji)算已(yi)經計(ji)算并獲(huo)得X = 0.09,0.04,0.03和(he)0.摩爾分(fen)數02所(suo)需的(de)(de)(de)量(liang)。過程結束后，將(jiang)前(qian)體手工(gong)浸泡在(zai)瑪(ma)瑙研(yan)缽(bo)中(zhong)約3小時，直(zhi)至均勻。在(zai)室溫下將(jiang)獲(huo)得的(de)(de)(de)化合(he)物壓制成液(ye)壓機(ji)中(zhong)的(de)(de)(de)丸(wan)劑形式。分(fen)光計(ji)中(zhong)復(fu)合(he)材料(liao)的(de)(de)(de)紅外光譜(pu)FTIR標記Shimadzu Prestige 21上用含有樣噲?平衡。在(zai)pH活性(xing)炭對水溶液(ye)中(zhong)吡(bi)啶的(de)(de)(de)吸附(fu)能力*高。因(yin)此(ci)，選擇該pH研(yan)究活性(xing)炭上吡(bi)啶的(de)(de)(de)吸附(fu)率。

　　初始(shi)吡(bi)啶(ding)濃度從20到10000mg / L不(bu)等。吡(bi)啶(ding)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)與活性炭(tan)顆粒保持接觸，直至達到平(ping)衡。定(ding)期測量溶(rong)(rong)液(ye)(ye)pH值(zhi)，并通(tong)過(guo)適當添加0.01和0.1M的(de)HCl和NaOH保持溶(rong)(rong)液(ye)(ye)恒(heng)定(ding)。達到平(ping)衡后，溶(rong)(rong)液(ye)(ye)中吡(bi)啶(ding)的(de)濃度通(tong)過(guo)分光光度法測定(ding)，平(ping)衡吸(xi)附(fu)的(de)吡(bi)啶(ding)質(zhi)量通(tong)過(guo)使吡(bi)啶(ding)的(de)質(zhi)量平(ping)衡計算。在之(zhi)前沒有活性炭(tan)的(de)運行中，證明吡(bi)啶(ding)不(bu)吸(xi)附(fu)在尼(ni)龍袋(dai)上。

　　測定水(shui)溶液中吡啶濃度

　　通過UV-水溶液(ye)中測(ce)定水溶液(ye)中吡(bi)(bi)啶(ding)的(de)(de)濃度(du)(du)。UV-24960分光(guang)(guang)光(guang)(guang)度(du)(du)計.5nm吡(bi)(bi)啶(ding)溶液(ye)的(de)(de)吸(xi)光(guang)(guang)啶(ding)溶液(ye)的(de)(de)吸(xi)光(guang)(guang)度(du)(du)。因此，濃度(du)(du)范圍為(wei)10-50mg / L樣品的(de)(de)吡(bi)(bi)啶(ding)濃度(du)(du)由五種標(biao)準吡(bi)(bi)啶(ding)溶液(ye)制(zhi)備的(de)(de)校準曲線(吸(xi)光(guang)(guang)對濃度(du)(du))估算(suan)。

　　獲取吸(xi)附數據(ju)的方(fang)法

　　利用旋(xuan)轉籃(lan)式批次吸(xi)附(fu)(fu)器(qi)獲(huo)得吡啶在活性炭(tan)上的(de)吸(xi)附(fu)(fu)濃度分布。吸(xi)附(fu)(fu)器(qi)1L三頸反應燒瓶和葉(xie)片由不銹鋼(gang)籃(lan)的(de)葉(xie)輪(lun)組成。將(jiang)(jiang)吡啶溶液(ye)倒入(ru)吸(xi)附(fu)(fu)器(qi)中(zhong)，將(jiang)(jiang)活性炭(tan)顆粒放(fang)入(ru)連接到變(bian)速電機的(de)軸上的(de)不銹鋼(gang)網籃(lan)中(zhong)。將(jiang)(jiang)吸(xi)附(fu)(fu)器(qi)部分浸入(ru)恒溫浴中(zhong)。

　　適當混合0.01N HCl和NaOH溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)來(lai)制備(bei)pH = 10的溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(800-980mL)并加(jia)入(ru)吸(xi)附(fu)器(qi)。活(huo)性炭(tan)(1-5g)籃(lan)子(zi)放(fang)在幾個(ge)轉速(su)條件(100，150，200rpm)下(xia)。適當添加(jia)0.01和0.1N NaOH控制溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)的溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)pH。直到溫度(du)(du)和活(huo)性炭(tan)保(bao)持(chi)接觸pH保(bao)持(chi)恒(heng)定。然后(hou)關(guan)閉攪拌器(qi)，迅(xun)速(su)將已知濃(nong)度(du)(du)提高到pH = 將吡(bi)啶(ding)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)等分樣(yang)品倒入(ru)吸(xi)附(fu)劑溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)中，以(yi)(yi)獲得所需的初始濃(nong)度(du)(du)。溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)后(hou)，溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)總(zong)體(ti)積為1L。立即(ji)啟(qi)動葉輪電機和計時器(qi)。用pH對溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)進行監測(ce)pH以(yi)(yi)上調整(zheng)值(zhi)。加(jia)入(ru)的NaOH溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)總(zong)體(ti)積小于2mL，占(zhan)總(zong)體(ti)積的0.1%。定期取(qu)樣(yang)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(5)mL)并分析確定吡(bi)啶(ding)濃(nong)度(du)(du)。取(qu)樣(yang)時間分別(bie)為0、1、3、5、10、15、20、25、30、40、60、90、150和180分鐘(zhong)。取(qu)樣(yang)后(hou)立即(ji)加(jia)5mL補(bu)充(chong)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)使吸(xi)附(fu)劑溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(1)L)總(zong)體(ti)積保(bao)持(chi)恒(heng)定。補(bu)充(chong)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)的濃(nong)度(du)(du)是平(ping)衡(heng)初始濃(nong)度(du)(du)和*終(zhong)濃(nong)度(du)(du)的平(ping)均值(zhi)。添加(jia)劑的目的是取(qu)代樣(yang)品中取(qu)出的吡(bi)啶(ding)的質量。

　　圖像處理和(he)數值解決方案

　　用2400倍放大(da)倍數(shu)掃描電子顯(xian)微鏡檢(jian)查活(huo)性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)形狀。圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)用圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)處理(li)工具箱處理(li)。程序(xu)如(ru)下。首先，通過將灰(hui)(hui)度(du)(du)轉(zhuan)化為(wei)灰(hui)(hui)度(du)(du)(從0(黑(hei)色(se))到(dao)255(白(bai)(bai)色(se))，可以(yi)改善黑(hei)暗照(zhao)區域(yu)(yu)的(de)(de)(de)(de)對比度(du)(du)。假設這些代表孔(kong)(kong)(kong)隙占據(ju)的(de)(de)(de)(de)部分(fen)，淺色(se)區域(yu)(yu)與固體基質(活(huo)性(xing)炭(tan))有(you)關。這個(ge)想法是，每個(ge)象素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)灰(hui)(hui)度(du)(du)值(zhi)(zhi)被跟蹤(zong)(來自黑(hei)色(se))并積(ji)累以(yi)獲得體積(ji)分(fen)數(shu) ε γ 暗像(xiang)(xiang)素(su)(su)。其次，所有(you)具有(you)等于或(huo)小于閾值(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)素(su)(su)都被轉(zhuan)換(huan)為(wei)白(bai)(bai)色(se)(被孔(kong)(kong)(kong)占據(ju)的(de)(de)(de)(de)空間)，而具有(you)較高值(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)素(su)(su)則被轉(zhuan)換(huan)為(wei)黑(hei)色(se)(實心矩陣)。*后，應用濾波(bo)器(qi)來增(zeng)強輪(lun)廓的(de)(de)(de)(de)定義。該程序(xu)允(yun)許我們獲得*終的(de)(de)(de)(de)二值(zhi)(zhi)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)，其中白(bai)(bai)色(se)和(he)總像(xiang)(xiang)素(su)(su)之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)比例等于活(huo)性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)孔(kong)(kong)(kong)隙率。事(shi)實上，來自SEM顯(xian)微照(zhao)片的(de)(de)(de)(de)處理(li)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)提供了解(jie)決閉合問題的(de)(de)(de)(de)領域(yu)(yu)。

　　從整個研究來看(kan)，活性炭吸(xi)附吡(bi)啶的(de)濃度衰減曲(qu)線。發現總有效(xiao)擴散系(xi)數(shu)是(shi)吡(bi)啶濃度平衡(heng)時的(de)增加函數(shu)，主要是(shi)由于有效(xiao)的(de)表(biao)(biao)面擴散比孔體積擴散做(zuo)出了更大的(de)貢(gong)獻。此(ci)外，點表(biao)(biao)面擴散系(xi)數(shu)可(ke)以通過使用(yong)簡單的(de)微結構(gou)幾何模型(xing)粗略估計。