活性炭摻(chan)雜二(er)氧化鈦的介電研(yan)究

　　本文介(jie)紹(shao)了活性炭與二氧化鈦混合(he)的介(jie)電研究(jiu)(jiu)TiO 2不(bu)同(tong)摩爾比壓丸中(zhong)的介(jie)電響(xiang)應研究(jiu)(jiu)將樣品(pin)置于(yu)氮氣和(he)氦氣氛中(zhong)，并在50個Hz至5MHz從室(shi)溫到723K研究(jiu)(jiu)復合(he)材料的電性能。

　　二(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈦因(yin)其(qi)物理(li)化(hua)(hua)學(xue)性(xing)(xing)(xing)質(zhi)(zhi)而被(bei)廣泛研(yan)(yan)究，使其(qi)成為(wei)各種(zhong)應用(yong)的(de)(de)(de)合適(shi)材料(。它(ta)(ta)是(shi)一(yi)種(zhong)光敏半導體，吸收近(jin)紫外線(xian)區(qu)域的(de)(de)(de)電磁輻射，化(hua)(hua)學(xue)性(xing)(xing)(xing)質(zhi)(zhi)非(fei)常穩定。由(you)于上(shang)述特點，它(ta)(ta)是(shi)*常用(yong)的(de)(de)(de)光催化(hua)(hua)劑，目前(qian)用(yong)于水凈(jing)化(hua)(hua)過程中有機(ji)分(fen)子的(de)(de)(de)降解(jie)。它(ta)(ta)還被(bei)用(yong)作白(bai)色(se)顏料、防腐涂料、氣體傳(chuan)感(gan)器(qi)，通常用(yong)于陶瓷(ci)工(gong)業(ye)(ye)。該化(hua)(hua)合物有三個(ge)(ge)晶相：金紅石（四方結構(gou)）、銳鈦礦（八面結構(gou)）和(he)板鈦礦（斜方晶結構(gou)）。根據靜電價格原(yuan)理(li)的(de)(de)(de)要求，每個(ge)(ge)氧(yang)(yang)原(yuan)子由(you)三個(ge)(ge)八面體共享。對于二(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈦摻雜活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)，已證(zheng)明活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)適(shi)合作為(wei)外部(bu)原(yuan)子，其(qi)中摻入(ru)3.2eV(純(chun)鈦礦)帶隙至2.32eV(碳摻雜相)所需的(de)(de)(de)波長已增(zeng)加到(dao)535納米(mi)。因(yin)此，與活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)混合的(de)(de)(de)二(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈦比純(chun)二(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈦更有效。因(yin)為(wei)這個(ge)(ge)報告中的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)TiO 2的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)基體也預(yu)計(ji)會影(ying)響(xiang)(xiang)材料的(de)(de)(de)介電性(xing)(xing)(xing)能(neng)。因(yin)此，本(ben)文研(yan)(yan)究了碳雜質(zhi)(zhi)對氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈦電性(xing)(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)，從商(shang)業(ye)(ye)粉(fen)末和(he)不同摩爾分(fen)數的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)中實現了該復合材料的(de)(de)(de)電性(xing)(xing)(xing)能(neng)。

　　實驗程序

　　為(wei)(wei)了制備與活(huo)性(xing)炭樣品混合(he)(he)的TiO 2，使(shi)用TiO 2純度為(wei)(wei)99.5%的銳鈦礦相粒徑(jing)為(wei)(wei)21nm活(huo)性(xing)炭粉。化(hua)(hua)學計量(liang)計算(suan)已經計算(suan)并獲得(de)X = 0.09,0.04,0.03和0.摩(mo)爾分(fen)數(shu)02所需的量(liang)。過程結(jie)束后，將前(qian)體(ti)手工(gong)浸(jin)泡在(zai)瑪瑙研(yan)缽中(zhong)約3小時，直至均勻。在(zai)室溫下將獲得(de)的化(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)壓(ya)制成液壓(ya)機中(zhong)的丸(wan)劑形式。分(fen)光計中(zhong)復合(he)(he)材料的紅外光譜FTIR標記(ji)Shimadzu Prestige 21上用含有(you)樣噲?平衡。在(zai)pH活(huo)性(xing)炭對水溶液中(zhong)吡(bi)啶的吸(xi)附(fu)能力*高(gao)。因(yin)此(ci)，選擇該pH研(yan)究活(huo)性(xing)炭上吡(bi)啶的吸(xi)附(fu)率。

　　初始吡(bi)(bi)啶(ding)(ding)(ding)濃(nong)度(du)從20到(dao)10000mg / L不等(deng)。吡(bi)(bi)啶(ding)(ding)(ding)溶(rong)(rong)液與(yu)活(huo)性炭顆粒保持接觸(chu)，直至達到(dao)平(ping)(ping)(ping)衡。定期測量溶(rong)(rong)液pH值，并通(tong)過適當添加0.01和0.1M的(de)(de)HCl和NaOH保持溶(rong)(rong)液恒(heng)定。達到(dao)平(ping)(ping)(ping)衡后，溶(rong)(rong)液中吡(bi)(bi)啶(ding)(ding)(ding)的(de)(de)濃(nong)度(du)通(tong)過分(fen)光(guang)光(guang)度(du)法測定，平(ping)(ping)(ping)衡吸(xi)附(fu)的(de)(de)吡(bi)(bi)啶(ding)(ding)(ding)質量通(tong)過使吡(bi)(bi)啶(ding)(ding)(ding)的(de)(de)質量平(ping)(ping)(ping)衡計算。在(zai)之前沒有活(huo)性炭的(de)(de)運行(xing)中，證明吡(bi)(bi)啶(ding)(ding)(ding)不吸(xi)附(fu)在(zai)尼龍袋上(shang)。

　　測(ce)定水溶液(ye)中吡啶(ding)濃度

　　通過UV-水溶(rong)(rong)液(ye)中測定(ding)水溶(rong)(rong)液(ye)中吡啶的(de)(de)濃(nong)度(du)(du)。UV-24960分(fen)光(guang)(guang)光(guang)(guang)度(du)(du)計(ji).5nm吡啶溶(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)吸光(guang)(guang)啶溶(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)吸光(guang)(guang)度(du)(du)。因此，濃(nong)度(du)(du)范圍為(wei)10-50mg / L樣品(pin)的(de)(de)吡啶濃(nong)度(du)(du)由(you)五種標準吡啶溶(rong)(rong)液(ye)制(zhi)備的(de)(de)校(xiao)準曲線(吸光(guang)(guang)對濃(nong)度(du)(du))估(gu)算。

　　獲取吸附數據的方法

　　利用(yong)旋轉籃(lan)式批次吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)器(qi)獲得吡啶在活性炭上的(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)濃度(du)分布(bu)。吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)器(qi)1L三(san)頸(jing)反應燒瓶和葉片由不(bu)銹鋼籃(lan)的(de)葉輪組成。將(jiang)吡啶溶液倒入吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)器(qi)中，將(jiang)活性炭顆粒(li)放入連接(jie)到變速電(dian)機的(de)軸上的(de)不(bu)銹鋼網籃(lan)中。將(jiang)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)器(qi)部分浸入恒溫(wen)浴中。

　　適當混合0.01N HCl和(he)NaOH溶(rong)(rong)液(ye)(ye)來(lai)制(zhi)備pH = 10的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(800-980mL)并加(jia)(jia)入吸附(fu)器(qi)(qi)。活性(xing)炭(tan)(1-5g)籃子放在幾(ji)個轉速(su)條(tiao)件(100，150，200rpm)下。適當添加(jia)(jia)0.01和(he)0.1N NaOH控制(zhi)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)pH。直到(dao)溫度(du)(du)和(he)活性(xing)炭(tan)保持接觸pH保持恒(heng)定。然后(hou)關(guan)閉攪拌器(qi)(qi)，迅(xun)速(su)將已(yi)知(zhi)濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)提高(gao)到(dao)pH = 將吡啶(ding)(ding)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)等(deng)分樣(yang)(yang)品倒入吸附(fu)劑(ji)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)中，以獲得所需的(de)(de)(de)初(chu)始濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)。溶(rong)(rong)液(ye)(ye)后(hou)，溶(rong)(rong)液(ye)(ye)總體(ti)積(ji)為(wei)1L。立(li)即啟動葉輪電(dian)機和(he)計時器(qi)(qi)。用pH對溶(rong)(rong)液(ye)(ye)進行監測pH以上調整值(zhi)。加(jia)(jia)入的(de)(de)(de)NaOH溶(rong)(rong)液(ye)(ye)總體(ti)積(ji)小于2mL，占總體(ti)積(ji)的(de)(de)(de)0.1%。定期取樣(yang)(yang)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(5)mL)并分析確定吡啶(ding)(ding)濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)。取樣(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。取樣(yang)(yang)后(hou)立(li)即加(jia)(jia)5mL補充溶(rong)(rong)液(ye)(ye)使吸附(fu)劑(ji)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(1)L)總體(ti)積(ji)保持恒(heng)定。補充溶(rong)(rong)液(ye)(ye)的(de)(de)(de)濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)是平衡初(chu)始濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)和(he)*終濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)的(de)(de)(de)平均值(zhi)。添加(jia)(jia)劑(ji)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是取代樣(yang)(yang)品中取出的(de)(de)(de)吡啶(ding)(ding)的(de)(de)(de)質量。

　　圖像處理和數值解決方案

　　用(yong)(yong)2400倍放大倍數掃描電子(zi)顯微鏡檢(jian)查(cha)活(huo)性炭(tan)的(de)(de)形狀。圖(tu)像(xiang)(xiang)用(yong)(yong)圖(tu)像(xiang)(xiang)處理(li)工(gong)具(ju)箱(xiang)處理(li)。程(cheng)序如下。首(shou)先，通(tong)過將(jiang)灰度(du)轉化為(wei)灰度(du)(從0(黑(hei)色)到255(白(bai)色)，可以改善黑(hei)暗照區(qu)域(yu)的(de)(de)對比度(du)。假(jia)設這些(xie)代表孔隙占(zhan)據的(de)(de)部分，淺色區(qu)域(yu)與固(gu)體基質(活(huo)性炭(tan))有(you)(you)關。這個想(xiang)法是，每個象素(su)的(de)(de)灰度(du)值被(bei)(bei)跟蹤(來(lai)自(zi)黑(hei)色)并(bing)積(ji)累以獲得(de)體積(ji)分數 ε γ 暗像(xiang)(xiang)素(su)。其(qi)(qi)次，所有(you)(you)具(ju)有(you)(you)等于(yu)(yu)或小(xiao)于(yu)(yu)閾(yu)值的(de)(de)像(xiang)(xiang)素(su)都被(bei)(bei)轉換為(wei)白(bai)色(被(bei)(bei)孔占(zhan)據的(de)(de)空間(jian))，而具(ju)有(you)(you)較高值的(de)(de)像(xiang)(xiang)素(su)則被(bei)(bei)轉換為(wei)黑(hei)色(實(shi)(shi)心矩陣(zhen))。*后，應用(yong)(yong)濾波器來(lai)增強輪廓(kuo)的(de)(de)定義。該(gai)程(cheng)序允許我們(men)獲得(de)*終的(de)(de)二值圖(tu)像(xiang)(xiang)，其(qi)(qi)中白(bai)色和(he)總像(xiang)(xiang)素(su)之間(jian)的(de)(de)比例(li)等于(yu)(yu)活(huo)性炭(tan)的(de)(de)孔隙率(lv)。事(shi)實(shi)(shi)上(shang)，來(lai)自(zi)SEM顯微照片的(de)(de)處理(li)圖(tu)像(xiang)(xiang)提供了解(jie)決閉合問題的(de)(de)領域(yu)。

　　從整個(ge)研究來看，活性炭吸附(fu)吡啶(ding)的(de)(de)(de)濃度衰(shuai)減(jian)曲線。發現(xian)總(zong)有效擴散(san)系(xi)數是(shi)吡啶(ding)濃度平(ping)衡時的(de)(de)(de)增(zeng)加函數，主要是(shi)由于(yu)有效的(de)(de)(de)表面擴散(san)比孔體積擴散(san)做出(chu)了更大(da)的(de)(de)(de)貢獻。此外，點表面擴散(san)系(xi)數可以通過使用簡單的(de)(de)(de)微結構幾何模型粗(cu)略估(gu)計(ji)。