活性炭摻雜(za)二氧化(hua)鈦的介電研究

　　本文介紹了(le)活性炭與二氧化鈦(tai)混合(he)的介電(dian)(dian)研(yan)(yan)究(jiu)TiO 2不同(tong)摩爾比壓丸中(zhong)的介電(dian)(dian)響應研(yan)(yan)究(jiu)將樣品置于氮氣和(he)氦氣氛中(zhong)，并(bing)在50個Hz至5MHz從室溫到723K研(yan)(yan)究(jiu)復合(he)材料的電(dian)(dian)性能。

　　二(er)(er)氧化(hua)鈦(tai)因(yin)其(qi)物理化(hua)學性(xing)(xing)質(zhi)而(er)被廣泛研(yan)究，使(shi)其(qi)成(cheng)為各種應用(yong)的(de)(de)合(he)(he)適材料(。它(ta)是(shi)一(yi)種光敏半導體，吸收近紫外線(xian)區域的(de)(de)電(dian)(dian)磁輻射，化(hua)學性(xing)(xing)質(zhi)非常(chang)穩(wen)定(ding)。由(you)于(yu)上(shang)述特點，它(ta)是(shi)*常(chang)用(yong)的(de)(de)光催(cui)化(hua)劑(ji)，目前用(yong)于(yu)水凈化(hua)過程中(zhong)有機分子的(de)(de)降解。它(ta)還被用(yong)作白色顏料、防腐涂料、氣體傳(chuan)感器，通常(chang)用(yong)于(yu)陶(tao)瓷工業。該化(hua)合(he)(he)物有三(san)個(ge)晶相：金紅石（四方(fang)結(jie)構(gou)(gou)）、銳鈦(tai)礦（八(ba)面結(jie)構(gou)(gou)）和板鈦(tai)礦（斜方(fang)晶結(jie)構(gou)(gou)）。根據靜電(dian)(dian)價格原(yuan)理的(de)(de)要求，每個(ge)氧原(yuan)子由(you)三(san)個(ge)八(ba)面體共享。對于(yu)二(er)(er)氧化(hua)鈦(tai)摻雜活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)，已證明活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)適合(he)(he)作為外部(bu)原(yuan)子，其(qi)中(zhong)摻入3.2eV(純(chun)鈦(tai)礦)帶隙(xi)至2.32eV(碳(tan)摻雜相)所需的(de)(de)波長已增加到535納米。因(yin)此，與活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)混合(he)(he)的(de)(de)二(er)(er)氧化(hua)鈦(tai)比(bi)純(chun)二(er)(er)氧化(hua)鈦(tai)更有效。因(yin)為這個(ge)報告中(zhong)的(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)TiO 2的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)基體也預計會影(ying)(ying)響(xiang)材料的(de)(de)介(jie)電(dian)(dian)性(xing)(xing)能。因(yin)此，本文研(yan)究了碳(tan)雜質(zhi)對氧化(hua)鈦(tai)電(dian)(dian)性(xing)(xing)能的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)，從(cong)商業粉末和不同摩(mo)爾分數的(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)實(shi)現了該復合(he)(he)材料的(de)(de)電(dian)(dian)性(xing)(xing)能。

　　實驗程序

　　為(wei)了制備與活性炭(tan)樣品混合的(de)(de)TiO 2，使用TiO 2純度(du)為(wei)99.5%的(de)(de)銳(rui)鈦礦相粒徑為(wei)21nm活性炭(tan)粉(fen)。化(hua)(hua)學計量(liang)計算(suan)已經計算(suan)并(bing)獲得X = 0.09,0.04,0.03和0.摩爾分(fen)數02所需的(de)(de)量(liang)。過程(cheng)結(jie)束后，將(jiang)前體手工浸泡在瑪瑙研缽中約3小時(shi)，直(zhi)至均勻(yun)。在室溫下將(jiang)獲得的(de)(de)化(hua)(hua)合物壓(ya)制成液(ye)壓(ya)機中的(de)(de)丸劑形式。分(fen)光(guang)計中復合材料的(de)(de)紅外光(guang)譜FTIR標(biao)記(ji)Shimadzu Prestige 21上(shang)用含有樣噲?平(ping)衡(heng)。在pH活性炭(tan)對水溶液(ye)中吡啶的(de)(de)吸附能力(li)*高(gao)。因此，選擇該(gai)pH研究活性炭(tan)上(shang)吡啶的(de)(de)吸附率。

　　初始吡(bi)啶(ding)濃度從20到10000mg / L不(bu)等。吡(bi)啶(ding)溶(rong)(rong)液與活(huo)(huo)性炭(tan)顆粒保持接觸(chu)，直(zhi)至達到平(ping)衡。定期測(ce)量(liang)(liang)溶(rong)(rong)液pH值，并(bing)通過(guo)(guo)適當添加0.01和0.1M的HCl和NaOH保持溶(rong)(rong)液恒定。達到平(ping)衡后，溶(rong)(rong)液中吡(bi)啶(ding)的濃度通過(guo)(guo)分光光度法測(ce)定，平(ping)衡吸(xi)附的吡(bi)啶(ding)質量(liang)(liang)通過(guo)(guo)使吡(bi)啶(ding)的質量(liang)(liang)平(ping)衡計算(suan)。在(zai)之前沒有活(huo)(huo)性炭(tan)的運行中，證明(ming)吡(bi)啶(ding)不(bu)吸(xi)附在(zai)尼龍袋上。

　　測定水(shui)溶液中(zhong)吡啶(ding)濃(nong)度

　　通過UV-水溶液(ye)中測定水溶液(ye)中吡(bi)啶的(de)(de)(de)濃(nong)度(du)。UV-24960分光(guang)光(guang)度(du)計.5nm吡(bi)啶溶液(ye)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)光(guang)啶溶液(ye)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)光(guang)度(du)。因此，濃(nong)度(du)范圍為10-50mg / L樣(yang)品(pin)的(de)(de)(de)吡(bi)啶濃(nong)度(du)由五種標準吡(bi)啶溶液(ye)制備的(de)(de)(de)校準曲線(xian)(吸(xi)(xi)光(guang)對濃(nong)度(du))估(gu)算。

　　獲(huo)取吸(xi)附數據的方法

　　利(li)用(yong)旋轉籃(lan)式(shi)批(pi)次吸(xi)附(fu)器獲(huo)得吡啶在(zai)活(huo)性炭(tan)上的(de)吸(xi)附(fu)濃度分布。吸(xi)附(fu)器1L三頸反(fan)應燒瓶和葉片(pian)由不銹鋼(gang)籃(lan)的(de)葉輪組成。將吡啶溶液倒入(ru)吸(xi)附(fu)器中(zhong)，將活(huo)性炭(tan)顆(ke)粒放入(ru)連接到變速電機的(de)軸上的(de)不銹鋼(gang)網籃(lan)中(zhong)。將吸(xi)附(fu)器部分浸入(ru)恒溫浴中(zhong)。

　　適當混合0.01N HCl和(he)NaOH溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)來制備pH = 10的(de)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(800-980mL)并加(jia)入(ru)吸附器(qi)。活性(xing)炭(1-5g)籃子放(fang)在幾個(ge)轉速(su)條件(100，150，200rpm)下。適當添(tian)加(jia)0.01和(he)0.1N NaOH控制溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)的(de)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)pH。直到溫度(du)和(he)活性(xing)炭保(bao)持(chi)接觸pH保(bao)持(chi)恒定。然后(hou)(hou)關閉攪拌器(qi)，迅速(su)將(jiang)已知(zhi)濃(nong)度(du)提(ti)高到pH = 將(jiang)吡啶溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)等(deng)分樣(yang)(yang)(yang)品倒入(ru)吸附劑溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)中(zhong)，以獲得所需的(de)初始濃(nong)度(du)。溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)后(hou)(hou)，溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)總(zong)(zong)體積(ji)為(wei)1L。立即啟動葉(xie)輪(lun)電機(ji)和(he)計(ji)時器(qi)。用(yong)pH對溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)進行監測pH以上調整值(zhi)。加(jia)入(ru)的(de)NaOH溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)總(zong)(zong)體積(ji)小于(yu)2mL，占總(zong)(zong)體積(ji)的(de)0.1%。定期取(qu)樣(yang)(yang)(yang)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(5)mL)并分析確定吡啶濃(nong)度(du)。取(qu)樣(yang)(yang)(yang)時間(jian)分別為(wei)0、1、3、5、10、15、20、25、30、40、60、90、150和(he)180分鐘。取(qu)樣(yang)(yang)(yang)后(hou)(hou)立即加(jia)5mL補(bu)充溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)使吸附劑溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(1)L)總(zong)(zong)體積(ji)保(bao)持(chi)恒定。補(bu)充溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)的(de)濃(nong)度(du)是(shi)平衡初始濃(nong)度(du)和(he)*終濃(nong)度(du)的(de)平均值(zhi)。添(tian)加(jia)劑的(de)目的(de)是(shi)取(qu)代樣(yang)(yang)(yang)品中(zhong)取(qu)出的(de)吡啶的(de)質量。

　　圖像處理和數(shu)值解決(jue)方(fang)案

　　用2400倍(bei)(bei)放大倍(bei)(bei)數掃描電子(zi)顯微鏡檢查活性炭(tan)的(de)(de)(de)形狀(zhuang)。圖像(xiang)(xiang)(xiang)用圖像(xiang)(xiang)(xiang)處理(li)工具(ju)箱處理(li)。程(cheng)序如下。首先，通過將灰(hui)度(du)(du)轉化為(wei)灰(hui)度(du)(du)(從0(黑色(se))到(dao)255(白(bai)色(se))，可以(yi)改(gai)善黑暗(an)照(zhao)區(qu)域的(de)(de)(de)對比度(du)(du)。假設這些代表孔隙占(zhan)據的(de)(de)(de)部分，淺色(se)區(qu)域與(yu)固體(ti)基(ji)質(活性炭(tan))有(you)關(guan)。這個想法是，每(mei)個象素的(de)(de)(de)灰(hui)度(du)(du)值(zhi)(zhi)被(bei)跟蹤(來自(zi)黑色(se))并(bing)積累以(yi)獲得體(ti)積分數 ε γ 暗(an)像(xiang)(xiang)(xiang)素。其(qi)次(ci)，所有(you)具(ju)有(you)等于(yu)或小(xiao)于(yu)閾值(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)(xiang)素都(dou)被(bei)轉換(huan)為(wei)白(bai)色(se)(被(bei)孔占(zhan)據的(de)(de)(de)空間)，而具(ju)有(you)較(jiao)高值(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)(xiang)素則被(bei)轉換(huan)為(wei)黑色(se)(實心矩陣)。*后，應用濾波器來增(zeng)強輪(lun)廓(kuo)的(de)(de)(de)定義(yi)。該程(cheng)序允許我們(men)獲得*終(zhong)的(de)(de)(de)二值(zhi)(zhi)圖像(xiang)(xiang)(xiang)，其(qi)中白(bai)色(se)和總像(xiang)(xiang)(xiang)素之間的(de)(de)(de)比例等于(yu)活性炭(tan)的(de)(de)(de)孔隙率。事實上，來自(zi)SEM顯微照(zhao)片的(de)(de)(de)處理(li)圖像(xiang)(xiang)(xiang)提供了解決閉合(he)問題的(de)(de)(de)領域。

　　從整個研究來看，活性(xing)炭(tan)吸附吡(bi)啶(ding)的(de)濃度(du)衰(shuai)減(jian)曲線。發(fa)現總有效擴散系數(shu)是吡(bi)啶(ding)濃度(du)平衡時(shi)的(de)增加(jia)函數(shu)，主要(yao)是由于(yu)有效的(de)表面(mian)擴散比(bi)孔體積擴散做出了更(geng)大的(de)貢獻。此外，點表面(mian)擴散系數(shu)可(ke)以(yi)通過使用簡單(dan)的(de)微(wei)結構幾(ji)何模型(xing)粗略估計。