活性炭摻雜(za)二氧化鈦的介電(dian)研究

　　本文介(jie)紹了活性(xing)炭與(yu)二氧化鈦混合(he)(he)的介(jie)電研(yan)究(jiu)TiO 2不同摩(mo)爾比壓丸中(zhong)(zhong)的介(jie)電響應研(yan)究(jiu)將樣品置于氮氣和氦氣氛中(zhong)(zhong)，并(bing)在50個Hz至(zhi)5MHz從室溫到723K研(yan)究(jiu)復合(he)(he)材(cai)料的電性(xing)能(neng)。

　　二(er)氧(yang)化鈦(tai)(tai)因其物理化學性(xing)(xing)質(zhi)而(er)被廣泛研究(jiu)，使其成為各種應用(yong)的(de)(de)(de)合(he)適(shi)材(cai)(cai)料(liao)(。它(ta)是(shi)一種光敏半(ban)導(dao)體，吸收近紫外線區域的(de)(de)(de)電(dian)(dian)磁(ci)輻射(she)，化學性(xing)(xing)質(zhi)非(fei)常穩定。由于(yu)上述(shu)特點(dian)，它(ta)是(shi)*常用(yong)的(de)(de)(de)光催化劑(ji)，目前用(yong)于(yu)水凈化過(guo)程中(zhong)有機分(fen)子的(de)(de)(de)降解。它(ta)還被用(yong)作白色顏料(liao)、防腐涂(tu)料(liao)、氣(qi)體傳感(gan)器，通(tong)常用(yong)于(yu)陶(tao)瓷工業。該化合(he)物有三個(ge)晶相：金紅石（四方結構）、銳鈦(tai)(tai)礦（八(ba)面結構）和板鈦(tai)(tai)礦（斜方晶結構）。根據靜電(dian)(dian)價格原理的(de)(de)(de)要求，每個(ge)氧(yang)原子由三個(ge)八(ba)面體共享。對于(yu)二(er)氧(yang)化鈦(tai)(tai)摻(chan)雜活(huo)性(xing)(xing)炭，已證(zheng)明活(huo)性(xing)(xing)炭適(shi)合(he)作為外部原子，其中(zhong)摻(chan)入3.2eV(純鈦(tai)(tai)礦)帶(dai)隙至2.32eV(碳(tan)摻(chan)雜相)所需的(de)(de)(de)波長(chang)已增加到(dao)535納米。因此，與活(huo)性(xing)(xing)炭混合(he)的(de)(de)(de)二(er)氧(yang)化鈦(tai)(tai)比純二(er)氧(yang)化鈦(tai)(tai)更有效。因為這個(ge)報告中(zhong)的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭TiO 2的(de)(de)(de)影響(xiang)基體也預計(ji)會影響(xiang)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)介(jie)電(dian)(dian)性(xing)(xing)能。因此，本文(wen)研究(jiu)了(le)碳(tan)雜質(zhi)對氧(yang)化鈦(tai)(tai)電(dian)(dian)性(xing)(xing)能的(de)(de)(de)影響(xiang)，從(cong)商(shang)業粉末和不(bu)同(tong)摩爾分(fen)數的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭中(zhong)實現了(le)該復合(he)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)性(xing)(xing)能。

　　實驗程序

　　為了制備與活(huo)(huo)(huo)(huo)性炭(tan)樣(yang)品混合的(de)TiO 2，使用TiO 2純度(du)為99.5%的(de)銳鈦礦相(xiang)粒徑為21nm活(huo)(huo)(huo)(huo)性炭(tan)粉。化(hua)(hua)學計(ji)量(liang)計(ji)算(suan)已經計(ji)算(suan)并獲(huo)得(de)X = 0.09,0.04,0.03和0.摩爾分數02所需的(de)量(liang)。過程結(jie)束后，將(jiang)前體手工浸(jin)泡(pao)在瑪瑙研缽中(zhong)約3小(xiao)時，直至均(jun)勻。在室溫(wen)下(xia)將(jiang)獲(huo)得(de)的(de)化(hua)(hua)合物壓(ya)制成液(ye)壓(ya)機中(zhong)的(de)丸劑形式(shi)。分光(guang)計(ji)中(zhong)復合材(cai)料的(de)紅外光(guang)譜FTIR標(biao)記Shimadzu Prestige 21上用含有樣(yang)噲(kuai)?平衡。在pH活(huo)(huo)(huo)(huo)性炭(tan)對水(shui)溶(rong)液(ye)中(zhong)吡啶(ding)的(de)吸(xi)附能力(li)*高。因(yin)此(ci)，選擇該(gai)pH研究活(huo)(huo)(huo)(huo)性炭(tan)上吡啶(ding)的(de)吸(xi)附率。

　　初始吡啶(ding)濃度(du)從20到10000mg / L不等(deng)。吡啶(ding)溶(rong)液(ye)與活(huo)性炭顆粒保持接(jie)觸，直至(zhi)達到平衡(heng)。定(ding)期測量溶(rong)液(ye)pH值，并通(tong)過(guo)(guo)適當(dang)添(tian)加(jia)0.01和0.1M的(de)HCl和NaOH保持溶(rong)液(ye)恒(heng)定(ding)。達到平衡(heng)后，溶(rong)液(ye)中(zhong)吡啶(ding)的(de)濃度(du)通(tong)過(guo)(guo)分光(guang)光(guang)度(du)法測定(ding)，平衡(heng)吸附的(de)吡啶(ding)質量通(tong)過(guo)(guo)使吡啶(ding)的(de)質量平衡(heng)計(ji)算(suan)。在(zai)之前沒有活(huo)性炭的(de)運行中(zhong)，證(zheng)明吡啶(ding)不吸附在(zai)尼龍(long)袋上。

　　測定水溶液中吡啶濃(nong)度

　　通(tong)過UV-水溶(rong)(rong)液(ye)(ye)中測定水溶(rong)(rong)液(ye)(ye)中吡啶的濃(nong)(nong)度(du)。UV-24960分光光度(du)計.5nm吡啶溶(rong)(rong)液(ye)(ye)的吸(xi)光啶溶(rong)(rong)液(ye)(ye)的吸(xi)光度(du)。因(yin)此，濃(nong)(nong)度(du)范圍為(wei)10-50mg / L樣品的吡啶濃(nong)(nong)度(du)由(you)五(wu)種標準吡啶溶(rong)(rong)液(ye)(ye)制備的校準曲線(吸(xi)光對濃(nong)(nong)度(du))估算(suan)。

　　獲取吸附數據的方法(fa)

　　利用(yong)旋轉籃式批次(ci)吸附(fu)器獲得(de)吡啶(ding)在活性炭上的吸附(fu)濃度分布。吸附(fu)器1L三頸反應燒瓶(ping)和葉片(pian)由不(bu)銹鋼(gang)籃的葉輪(lun)組(zu)成。將吡啶(ding)溶液(ye)倒入(ru)(ru)吸附(fu)器中(zhong)，將活性炭顆粒放入(ru)(ru)連接到變速電機的軸(zhou)上的不(bu)銹鋼(gang)網籃中(zhong)。將吸附(fu)器部分浸入(ru)(ru)恒溫浴中(zhong)。

　　適當(dang)混(hun)合0.01N HCl和(he)(he)NaOH溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)來(lai)制(zhi)備pH = 10的(de)(de)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(800-980mL)并加入(ru)吸(xi)(xi)附器(qi)。活性炭(tan)(1-5g)籃子放(fang)在幾個(ge)轉速條(tiao)件(100，150，200rpm)下。適當(dang)添(tian)加0.01和(he)(he)0.1N NaOH控制(zhi)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)的(de)(de)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)pH。直到溫(wen)度(du)(du)和(he)(he)活性炭(tan)保持(chi)(chi)接觸pH保持(chi)(chi)恒(heng)定(ding)。然(ran)后關(guan)閉攪拌器(qi)，迅速將(jiang)已(yi)知(zhi)濃(nong)(nong)度(du)(du)提高到pH = 將(jiang)吡(bi)啶(ding)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)等(deng)分(fen)樣(yang)品倒入(ru)吸(xi)(xi)附劑溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)中，以獲(huo)得所(suo)需的(de)(de)初(chu)始(shi)濃(nong)(nong)度(du)(du)。溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)后，溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)總(zong)(zong)體積(ji)為1L。立即(ji)啟動葉輪電(dian)機和(he)(he)計時器(qi)。用pH對溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)進行(xing)監測pH以上調整值。加入(ru)的(de)(de)NaOH溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)總(zong)(zong)體積(ji)小于2mL，占總(zong)(zong)體積(ji)的(de)(de)0.1%。定(ding)期取(qu)樣(yang)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(5)mL)并分(fen)析確定(ding)吡(bi)啶(ding)濃(nong)(nong)度(du)(du)。取(qu)樣(yang)時間(jian)分(fen)別為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)后立即(ji)加5mL補(bu)充溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)使吸(xi)(xi)附劑溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(1)L)總(zong)(zong)體積(ji)保持(chi)(chi)恒(heng)定(ding)。補(bu)充溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)的(de)(de)濃(nong)(nong)度(du)(du)是平衡初(chu)始(shi)濃(nong)(nong)度(du)(du)和(he)(he)*終濃(nong)(nong)度(du)(du)的(de)(de)平均值。添(tian)加劑的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是取(qu)代(dai)樣(yang)品中取(qu)出的(de)(de)吡(bi)啶(ding)的(de)(de)質量。

　　圖像處(chu)理和數值(zhi)解決方案

　　用(yong)2400倍(bei)放大倍(bei)數掃描(miao)電子顯微鏡(jing)檢(jian)查活(huo)(huo)性炭(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)形狀。圖(tu)像用(yong)圖(tu)像處理(li)(li)工具(ju)箱處理(li)(li)。程序如(ru)下。首先，通(tong)過(guo)將灰度(du)(du)轉化為灰度(du)(du)(從0(黑(hei)色(se)(se))到(dao)255(白色(se)(se))，可(ke)以(yi)改善黑(hei)暗照區(qu)域的(de)(de)(de)(de)(de)對(dui)比度(du)(du)。假設這些代表孔隙(xi)占據的(de)(de)(de)(de)(de)部分，淺色(se)(se)區(qu)域與固體基質(活(huo)(huo)性炭(tan))有(you)關(guan)。這個想法是，每個象素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)灰度(du)(du)值(zhi)(zhi)(zhi)被(bei)跟蹤(來(lai)自黑(hei)色(se)(se))并(bing)積(ji)累以(yi)獲(huo)得(de)體積(ji)分數 ε γ 暗像素(su)。其次(ci)，所有(you)具(ju)有(you)等(deng)于或(huo)小于閾(yu)值(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)像素(su)都被(bei)轉換為白色(se)(se)(被(bei)孔占據的(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)間(jian))，而具(ju)有(you)較高值(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)像素(su)則被(bei)轉換為黑(hei)色(se)(se)(實心矩(ju)陣)。*后，應用(yong)濾(lv)波(bo)器來(lai)增強輪廓的(de)(de)(de)(de)(de)定義。該程序允許我們獲(huo)得(de)*終的(de)(de)(de)(de)(de)二值(zhi)(zhi)(zhi)圖(tu)像，其中白色(se)(se)和總像素(su)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)比例等(deng)于活(huo)(huo)性炭(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)孔隙(xi)率。事實上，來(lai)自SEM顯微照片的(de)(de)(de)(de)(de)處理(li)(li)圖(tu)像提供了解決閉(bi)合(he)問題的(de)(de)(de)(de)(de)領域。

　　從整(zheng)個研究來看，活(huo)性(xing)炭吸附吡(bi)啶的(de)濃度衰減曲線。發(fa)現總有效擴散(san)系數(shu)是吡(bi)啶濃度平衡(heng)時的(de)增加函(han)數(shu)，主(zhu)要是由(you)于有效的(de)表(biao)面擴散(san)比孔體積(ji)擴散(san)做出了更大的(de)貢獻(xian)。此外，點(dian)表(biao)面擴散(san)系數(shu)可以通過使用(yong)簡單的(de)微結構幾何模型粗略估計。