活性炭摻雜二氧化鈦(tai)的介電(dian)研究

　　本文介(jie)紹了活(huo)性炭與二氧(yang)化鈦混合的(de)(de)介(jie)電(dian)研究TiO 2不同摩爾(er)比壓(ya)丸(wan)中的(de)(de)介(jie)電(dian)響應研究將樣(yang)品置(zhi)于氮氣和氦氣氛中，并在50個Hz至5MHz從室溫到(dao)723K研究復合材(cai)料的(de)(de)電(dian)性能。

　　二(er)(er)氧(yang)化(hua)鈦(tai)因(yin)其(qi)物理(li)化(hua)學性(xing)質而被廣(guang)泛(fan)研究，使其(qi)成為(wei)各種(zhong)應(ying)用的(de)合(he)適材(cai)料(liao)(。它(ta)是一種(zhong)光敏半導體(ti)(ti)，吸收近紫外線(xian)區域(yu)的(de)電(dian)磁輻射，化(hua)學性(xing)質非(fei)常穩定(ding)。由(you)于(yu)(yu)(yu)上述特點，它(ta)是*常用的(de)光催(cui)化(hua)劑，目前用于(yu)(yu)(yu)水凈化(hua)過程中(zhong)有(you)機(ji)分子的(de)降(jiang)解(jie)。它(ta)還被用作白色顏(yan)料(liao)、防腐(fu)涂料(liao)、氣(qi)體(ti)(ti)傳感器，通常用于(yu)(yu)(yu)陶瓷工業。該化(hua)合(he)物有(you)三個(ge)(ge)晶(jing)相：金紅石（四方結(jie)構(gou)）、銳(rui)鈦(tai)礦(kuang)（八面結(jie)構(gou)）和板鈦(tai)礦(kuang)（斜方晶(jing)結(jie)構(gou)）。根據靜電(dian)價(jia)格原(yuan)理(li)的(de)要求，每(mei)個(ge)(ge)氧(yang)原(yuan)子由(you)三個(ge)(ge)八面體(ti)(ti)共享。對于(yu)(yu)(yu)二(er)(er)氧(yang)化(hua)鈦(tai)摻雜(za)活(huo)性(xing)炭，已證(zheng)明活(huo)性(xing)炭適合(he)作為(wei)外部(bu)原(yuan)子，其(qi)中(zhong)摻入3.2eV(純鈦(tai)礦(kuang))帶隙(xi)至2.32eV(碳(tan)(tan)摻雜(za)相)所需(xu)的(de)波(bo)長已增加(jia)到(dao)535納米。因(yin)此，與活(huo)性(xing)炭混合(he)的(de)二(er)(er)氧(yang)化(hua)鈦(tai)比純二(er)(er)氧(yang)化(hua)鈦(tai)更有(you)效(xiao)。因(yin)為(wei)這個(ge)(ge)報告中(zhong)的(de)活(huo)性(xing)炭TiO 2的(de)影(ying)響(xiang)基(ji)體(ti)(ti)也預計會影(ying)響(xiang)材(cai)料(liao)的(de)介電(dian)性(xing)能。因(yin)此，本文(wen)研究了碳(tan)(tan)雜(za)質對氧(yang)化(hua)鈦(tai)電(dian)性(xing)能的(de)影(ying)響(xiang)，從商業粉末(mo)和不同摩爾分數的(de)活(huo)性(xing)炭中(zhong)實(shi)現了該復(fu)合(he)材(cai)料(liao)的(de)電(dian)性(xing)能。

　　實驗程序

　　為了制備(bei)與活性(xing)(xing)炭樣品混合(he)的(de)(de)(de)TiO 2，使(shi)用TiO 2純度為99.5%的(de)(de)(de)銳(rui)鈦礦相粒徑為21nm活性(xing)(xing)炭粉。化(hua)學計(ji)量(liang)計(ji)算已經計(ji)算并獲得X = 0.09,0.04,0.03和0.摩爾(er)分數02所需的(de)(de)(de)量(liang)。過(guo)程結束(shu)后，將前體手工浸(jin)泡在(zai)瑪(ma)瑙(nao)研缽中(zhong)約3小時，直至(zhi)均勻。在(zai)室溫下將獲得的(de)(de)(de)化(hua)合(he)物(wu)壓(ya)制成(cheng)液壓(ya)機中(zhong)的(de)(de)(de)丸劑形式(shi)。分光(guang)(guang)計(ji)中(zhong)復合(he)材料的(de)(de)(de)紅外光(guang)(guang)譜(pu)FTIR標記Shimadzu Prestige 21上用含有(you)樣噲?平衡。在(zai)pH活性(xing)(xing)炭對水溶液中(zhong)吡啶(ding)(ding)的(de)(de)(de)吸(xi)附能力*高。因此，選擇該pH研究(jiu)活性(xing)(xing)炭上吡啶(ding)(ding)的(de)(de)(de)吸(xi)附率。

　　初(chu)始吡啶濃(nong)度(du)從20到10000mg / L不(bu)等。吡啶溶液(ye)(ye)(ye)與活(huo)性(xing)炭(tan)顆(ke)粒保持接觸，直至(zhi)達(da)到平(ping)衡。定期測(ce)量(liang)溶液(ye)(ye)(ye)pH值，并(bing)通過適當添加0.01和(he)0.1M的HCl和(he)NaOH保持溶液(ye)(ye)(ye)恒定。達(da)到平(ping)衡后，溶液(ye)(ye)(ye)中(zhong)(zhong)吡啶的濃(nong)度(du)通過分(fen)光(guang)光(guang)度(du)法測(ce)定，平(ping)衡吸附的吡啶質量(liang)通過使吡啶的質量(liang)平(ping)衡計算。在(zai)(zai)之前沒有活(huo)性(xing)炭(tan)的運行中(zhong)(zhong)，證明吡啶不(bu)吸附在(zai)(zai)尼龍袋上。

　　測(ce)定(ding)水(shui)溶液中吡啶濃度

　　通過UV-水溶液(ye)(ye)中(zhong)測定水溶液(ye)(ye)中(zhong)吡(bi)啶(ding)(ding)的濃(nong)(nong)度。UV-24960分光光度計.5nm吡(bi)啶(ding)(ding)溶液(ye)(ye)的吸(xi)(xi)光啶(ding)(ding)溶液(ye)(ye)的吸(xi)(xi)光度。因(yin)此，濃(nong)(nong)度范圍為10-50mg / L樣品的吡(bi)啶(ding)(ding)濃(nong)(nong)度由五(wu)種標準吡(bi)啶(ding)(ding)溶液(ye)(ye)制備的校準曲線(吸(xi)(xi)光對濃(nong)(nong)度)估算。

　　獲取吸附數據的方法

　　利用(yong)旋(xuan)轉籃式(shi)批次吸(xi)附(fu)器獲(huo)得吡啶在活性炭(tan)上的吸(xi)附(fu)濃度分(fen)布。吸(xi)附(fu)器1L三(san)頸反應燒瓶(ping)和葉片由(you)不銹鋼(gang)籃的葉輪組(zu)成(cheng)。將(jiang)吡啶溶液倒(dao)入(ru)吸(xi)附(fu)器中(zhong)，將(jiang)活性炭(tan)顆粒放入(ru)連接到變(bian)速電機(ji)的軸上的不銹鋼(gang)網籃中(zhong)。將(jiang)吸(xi)附(fu)器部分(fen)浸入(ru)恒溫浴(yu)中(zhong)。

　　適當(dang)混合0.01N HCl和(he)(he)(he)NaOH溶液來制備pH = 10的(de)(de)溶液(800-980mL)并加(jia)(jia)入吸附器。活性炭(1-5g)籃子放(fang)在幾個轉速條件(100，150，200rpm)下(xia)。適當(dang)添加(jia)(jia)0.01和(he)(he)(he)0.1N NaOH控制溶液的(de)(de)溶液pH。直到溫度和(he)(he)(he)活性炭保持接觸pH保持恒定。然后關閉(bi)攪拌器，迅速將已知濃(nong)度提高到pH = 將吡啶溶液等分(fen)樣品倒入吸附劑(ji)溶液中，以獲得(de)所需的(de)(de)初(chu)始濃(nong)度。溶液后，溶液總體(ti)積為(wei)1L。立(li)即啟動葉輪電機和(he)(he)(he)計時器。用(yong)pH對(dui)溶液進行監(jian)測(ce)pH以上調整值。加(jia)(jia)入的(de)(de)NaOH溶液總體(ti)積小于2mL，占總體(ti)積的(de)(de)0.1%。定期取(qu)樣溶液(5)mL)并分(fen)析確定吡啶濃(nong)度。取(qu)樣時間(jian)分(fen)別為(wei)0、1、3、5、10、15、20、25、30、40、60、90、150和(he)(he)(he)180分(fen)鐘。取(qu)樣后立(li)即加(jia)(jia)5mL補(bu)充溶液使吸附劑(ji)溶液(1)L)總體(ti)積保持恒定。補(bu)充溶液的(de)(de)濃(nong)度是(shi)平衡(heng)初(chu)始濃(nong)度和(he)(he)(he)*終濃(nong)度的(de)(de)平均(jun)值。添加(jia)(jia)劑(ji)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是(shi)取(qu)代樣品中取(qu)出的(de)(de)吡啶的(de)(de)質量(liang)。

　　圖像處理和數值解決方案

　　用(yong)2400倍放(fang)大倍數掃描電子顯微(wei)鏡檢查活(huo)性炭(tan)(tan)(tan)的(de)形(xing)狀。圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)用(yong)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)處(chu)理(li)工具(ju)箱處(chu)理(li)。程序(xu)如下。首先(xian)，通過將灰(hui)度轉化為灰(hui)度(從(cong)0(黑色)到(dao)255(白(bai)(bai)色)，可以(yi)改(gai)善黑暗照(zhao)區域(yu)(yu)的(de)對比度。假(jia)設這些(xie)代(dai)表(biao)孔隙占據的(de)部分，淺色區域(yu)(yu)與固體(ti)基質(zhi)(活(huo)性炭(tan)(tan)(tan))有(you)關。這個想法是，每個象素(su)的(de)灰(hui)度值被(bei)(bei)跟(gen)蹤(來(lai)自黑色)并(bing)積(ji)累以(yi)獲得(de)體(ti)積(ji)分數 ε γ 暗像(xiang)(xiang)(xiang)素(su)。其次，所有(you)具(ju)有(you)等(deng)于或小于閾值的(de)像(xiang)(xiang)(xiang)素(su)都被(bei)(bei)轉換(huan)為白(bai)(bai)色(被(bei)(bei)孔占據的(de)空間)，而具(ju)有(you)較(jiao)高值的(de)像(xiang)(xiang)(xiang)素(su)則被(bei)(bei)轉換(huan)為黑色(實(shi)心(xin)矩陣)。*后，應用(yong)濾波器來(lai)增強輪廓的(de)定義。該程序(xu)允許我們獲得(de)*終的(de)二值圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)，其中白(bai)(bai)色和(he)總像(xiang)(xiang)(xiang)素(su)之間的(de)比例等(deng)于活(huo)性炭(tan)(tan)(tan)的(de)孔隙率。事實(shi)上，來(lai)自SEM顯微(wei)照(zhao)片的(de)處(chu)理(li)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)提供了解決(jue)閉合問(wen)題的(de)領域(yu)(yu)。

　　從整(zheng)個(ge)研(yan)究(jiu)來看，活性炭(tan)吸附吡啶的(de)(de)濃度(du)衰減曲線。發現總有(you)(you)效(xiao)擴散系數是(shi)吡啶濃度(du)平衡時的(de)(de)增加(jia)函數，主要是(shi)由于(yu)有(you)(you)效(xiao)的(de)(de)表(biao)面擴散比孔體積擴散做出了更大的(de)(de)貢獻。此外(wai)，點表(biao)面擴散系數可以通過使用簡單的(de)(de)微結構幾何模型粗略估計。