活性炭摻雜二氧化鈦(tai)的介電研究

　　本文(wen)介紹了活(huo)性炭(tan)與二氧化鈦混合的介電(dian)研(yan)究(jiu)TiO 2不同摩爾比壓(ya)丸中(zhong)的介電(dian)響應研(yan)究(jiu)將樣品置于氮(dan)氣和氦(hai)氣氛中(zhong)，并在(zai)50個Hz至5MHz從(cong)室(shi)溫(wen)到723K研(yan)究(jiu)復(fu)合材料的電(dian)性能。

　　二氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鈦(tai)因其(qi)物(wu)理(li)化(hua)(hua)(hua)學性(xing)(xing)質(zhi)(zhi)而被廣泛研(yan)究(jiu)，使其(qi)成(cheng)為(wei)各(ge)種(zhong)應用(yong)的(de)(de)合(he)適材料(liao)(。它是一種(zhong)光敏半導(dao)體，吸(xi)收近(jin)紫外(wai)線區域(yu)的(de)(de)電(dian)磁輻(fu)射(she)，化(hua)(hua)(hua)學性(xing)(xing)質(zhi)(zhi)非常穩定(ding)。由于上述特(te)點，它是*常用(yong)的(de)(de)光催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)，目前(qian)用(yong)于水凈(jing)化(hua)(hua)(hua)過程中(zhong)有機分子的(de)(de)降(jiang)解(jie)。它還(huan)被用(yong)作(zuo)白色顏(yan)料(liao)、防腐涂料(liao)、氣體傳感器，通常用(yong)于陶瓷工業。該化(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)有三(san)個晶相：金紅石(shi)（四方結構(gou)）、銳鈦(tai)礦（八面結構(gou)）和(he)(he)板鈦(tai)礦（斜方晶結構(gou)）。根(gen)據靜電(dian)價格原理(li)的(de)(de)要求，每(mei)個氧(yang)原子由三(san)個八面體共(gong)享。對于二氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鈦(tai)摻(chan)雜(za)活性(xing)(xing)炭，已(yi)證明活性(xing)(xing)炭適合(he)作(zuo)為(wei)外(wai)部原子，其(qi)中(zhong)摻(chan)入3.2eV(純鈦(tai)礦)帶隙至(zhi)2.32eV(碳摻(chan)雜(za)相)所需的(de)(de)波長已(yi)增加(jia)到535納米。因此(ci)，與活性(xing)(xing)炭混(hun)合(he)的(de)(de)二氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鈦(tai)比純二氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鈦(tai)更有效。因為(wei)這個報告中(zhong)的(de)(de)活性(xing)(xing)炭TiO 2的(de)(de)影響基(ji)體也預計(ji)會影響材料(liao)的(de)(de)介電(dian)性(xing)(xing)能。因此(ci)，本文研(yan)究(jiu)了碳雜(za)質(zhi)(zhi)對氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鈦(tai)電(dian)性(xing)(xing)能的(de)(de)影響，從商業粉末和(he)(he)不同(tong)摩爾(er)分數的(de)(de)活性(xing)(xing)炭中(zhong)實(shi)現(xian)了該復合(he)材料(liao)的(de)(de)電(dian)性(xing)(xing)能。

　　實驗程序

　　為(wei)了制(zhi)(zhi)備與活(huo)性(xing)炭樣品(pin)混合的(de)(de)TiO 2，使(shi)用(yong)TiO 2純度為(wei)99.5%的(de)(de)銳鈦礦相粒徑為(wei)21nm活(huo)性(xing)炭粉。化學計量計算已經計算并獲得X = 0.09,0.04,0.03和0.摩爾(er)分(fen)數02所需的(de)(de)量。過程(cheng)結(jie)束后，將(jiang)(jiang)前體(ti)手工浸(jin)泡在瑪瑙研(yan)缽中約(yue)3小時(shi)，直至均勻。在室溫下將(jiang)(jiang)獲得的(de)(de)化合物壓(ya)制(zhi)(zhi)成(cheng)液(ye)壓(ya)機(ji)中的(de)(de)丸劑形式。分(fen)光計中復合材(cai)料的(de)(de)紅外(wai)光譜FTIR標記Shimadzu Prestige 21上用(yong)含有(you)樣噲?平(ping)衡(heng)。在pH活(huo)性(xing)炭對水溶(rong)液(ye)中吡(bi)啶(ding)的(de)(de)吸(xi)附(fu)能(neng)力*高。因此，選(xuan)擇該pH研(yan)究活(huo)性(xing)炭上吡(bi)啶(ding)的(de)(de)吸(xi)附(fu)率。

　　初始吡(bi)(bi)(bi)(bi)啶濃(nong)度從20到10000mg / L不(bu)等。吡(bi)(bi)(bi)(bi)啶溶(rong)(rong)(rong)液(ye)與(yu)活(huo)(huo)性(xing)炭顆粒保持接(jie)觸，直至達到平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)。定期測量溶(rong)(rong)(rong)液(ye)pH值，并通(tong)過適當添(tian)加0.01和0.1M的(de)HCl和NaOH保持溶(rong)(rong)(rong)液(ye)恒定。達到平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)后(hou)，溶(rong)(rong)(rong)液(ye)中吡(bi)(bi)(bi)(bi)啶的(de)濃(nong)度通(tong)過分光光度法測定，平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)吸附的(de)吡(bi)(bi)(bi)(bi)啶質(zhi)量通(tong)過使吡(bi)(bi)(bi)(bi)啶的(de)質(zhi)量平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)計算(suan)。在之前沒有活(huo)(huo)性(xing)炭的(de)運行(xing)中，證明吡(bi)(bi)(bi)(bi)啶不(bu)吸附在尼龍袋(dai)上。

　　測定水溶(rong)液中(zhong)吡啶濃度

　　通過UV-水溶液中測定水溶液中吡(bi)啶(ding)的濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)。UV-24960分(fen)光(guang)光(guang)度(du)(du)(du)計.5nm吡(bi)啶(ding)溶液的吸光(guang)啶(ding)溶液的吸光(guang)度(du)(du)(du)。因(yin)此，濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)范圍為10-50mg / L樣(yang)品的吡(bi)啶(ding)濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)由五種標準吡(bi)啶(ding)溶液制備的校準曲線(吸光(guang)對(dui)濃(nong)(nong)度(du)(du)(du))估算。

　　獲取(qu)吸附數據的(de)方法

　　利用旋轉籃式批次吸附(fu)器獲得吡啶(ding)在活性(xing)炭(tan)上(shang)的(de)吸附(fu)濃度分布。吸附(fu)器1L三頸(jing)反應燒瓶(ping)和葉片由不(bu)銹(xiu)鋼(gang)籃的(de)葉輪組成。將吡啶(ding)溶液倒入(ru)吸附(fu)器中，將活性(xing)炭(tan)顆粒放入(ru)連接到變速電機的(de)軸上(shang)的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)網籃中。將吸附(fu)器部分浸入(ru)恒(heng)溫浴中。

　　適當混合0.01N HCl和(he)NaOH溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)來制(zhi)備pH = 10的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(800-980mL)并(bing)加入(ru)吸附器(qi)(qi)。活(huo)(huo)性炭(1-5g)籃子放(fang)在幾個轉速條件(100，150，200rpm)下。適當添(tian)加0.01和(he)0.1N NaOH控(kong)制(zhi)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)pH。直(zhi)到溫度(du)(du)(du)和(he)活(huo)(huo)性炭保(bao)持(chi)接觸pH保(bao)持(chi)恒(heng)定(ding)。然(ran)后(hou)(hou)關閉攪拌(ban)器(qi)(qi)，迅速將已(yi)知濃度(du)(du)(du)提高到pH = 將吡啶溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)等分樣(yang)品(pin)倒入(ru)吸附劑(ji)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)中(zhong)，以獲得所(suo)需的(de)(de)(de)初(chu)始(shi)濃度(du)(du)(du)。溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)后(hou)(hou)，溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)總(zong)體(ti)積為(wei)(wei)1L。立(li)即啟(qi)動葉輪電機(ji)和(he)計時器(qi)(qi)。用pH對溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)進行監測pH以上調整值。加入(ru)的(de)(de)(de)NaOH溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)總(zong)體(ti)積小于2mL，占總(zong)體(ti)積的(de)(de)(de)0.1%。定(ding)期(qi)取(qu)樣(yang)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(5)mL)并(bing)分析確定(ding)吡啶濃度(du)(du)(du)。取(qu)樣(yang)時間分別為(wei)(wei)0、1、3、5、10、15、20、25、30、40、60、90、150和(he)180分鐘。取(qu)樣(yang)后(hou)(hou)立(li)即加5mL補充(chong)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)使吸附劑(ji)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(1)L)總(zong)體(ti)積保(bao)持(chi)恒(heng)定(ding)。補充(chong)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)的(de)(de)(de)濃度(du)(du)(du)是(shi)(shi)平(ping)衡(heng)初(chu)始(shi)濃度(du)(du)(du)和(he)*終濃度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)平(ping)均值。添(tian)加劑(ji)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是(shi)(shi)取(qu)代樣(yang)品(pin)中(zhong)取(qu)出(chu)的(de)(de)(de)吡啶的(de)(de)(de)質量。

　　圖像處(chu)理和數值解決(jue)方案

　　用2400倍放(fang)大(da)倍數(shu)掃(sao)描電(dian)子顯微(wei)鏡檢查活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形狀。圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)用圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)處(chu)理工具箱(xiang)處(chu)理。程序如(ru)下。首先，通過將灰度轉化為(wei)灰度(從0(黑(hei)(hei)色(se)(se)(se))到255(白(bai)色(se)(se)(se))，可以改善黑(hei)(hei)暗照(zhao)(zhao)區(qu)域(yu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)對比(bi)度。假設這(zhe)些代(dai)表孔隙占據(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)部分(fen)，淺色(se)(se)(se)區(qu)域(yu)與(yu)固體(ti)基(ji)質(活(huo)性(xing)炭(tan)(tan))有關。這(zhe)個(ge)想法(fa)是，每個(ge)象素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)灰度值被(bei)跟蹤(來(lai)自黑(hei)(hei)色(se)(se)(se))并(bing)積(ji)累(lei)以獲(huo)(huo)得(de)體(ti)積(ji)分(fen)數(shu) ε γ 暗像(xiang)(xiang)(xiang)素(su)。其(qi)次(ci)，所有具有等于(yu)或小于(yu)閾值的(de)(de)(de)(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)(xiang)素(su)都(dou)被(bei)轉換為(wei)白(bai)色(se)(se)(se)(被(bei)孔占據(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)空間(jian))，而(er)具有較(jiao)高值的(de)(de)(de)(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)(xiang)素(su)則(ze)被(bei)轉換為(wei)黑(hei)(hei)色(se)(se)(se)(實心矩陣)。*后，應用濾波器來(lai)增(zeng)強輪廓(kuo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)定義。該程序允(yun)許我們獲(huo)(huo)得(de)*終的(de)(de)(de)(de)(de)(de)二值圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)，其(qi)中(zhong)白(bai)色(se)(se)(se)和總像(xiang)(xiang)(xiang)素(su)之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)例等于(yu)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)孔隙率(lv)。事實上，來(lai)自SEM顯微(wei)照(zhao)(zhao)片的(de)(de)(de)(de)(de)(de)處(chu)理圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)提供了解決閉(bi)合問題的(de)(de)(de)(de)(de)(de)領域(yu)。

　　從整個研(yan)究(jiu)來看，活性炭(tan)吸附吡啶的(de)(de)濃度(du)衰減曲線(xian)。發現總有效擴散系(xi)數是吡啶濃度(du)平(ping)衡時的(de)(de)增加函(han)數，主(zhu)要是由(you)于有效的(de)(de)表(biao)(biao)面擴散比(bi)孔(kong)體(ti)積擴散做出(chu)了更大的(de)(de)貢獻。此外，點表(biao)(biao)面擴散系(xi)數可以通過使用簡單的(de)(de)微結構幾何模(mo)型粗略(lve)估計。