活性炭摻雜二氧化鈦的(de)介(jie)電(dian)研究

　　本文介(jie)紹了活性炭與二氧化鈦(tai)混合的(de)(de)介(jie)電(dian)研究(jiu)TiO 2不(bu)同摩爾比壓丸中(zhong)的(de)(de)介(jie)電(dian)響(xiang)應研究(jiu)將樣品置于(yu)氮氣和(he)氦氣氛(fen)中(zhong)，并在50個Hz至5MHz從(cong)室溫到723K研究(jiu)復(fu)合材料的(de)(de)電(dian)性能(neng)。

　　二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)(tai)(tai)因(yin)(yin)其物(wu)理化(hua)(hua)學性(xing)(xing)質(zhi)(zhi)而被(bei)廣(guang)泛研究，使其成為各(ge)種應(ying)用(yong)的(de)(de)(de)合(he)(he)(he)適材料(liao)(。它是一種光敏半導體，吸收(shou)近紫外(wai)線(xian)區域的(de)(de)(de)電(dian)磁(ci)輻射，化(hua)(hua)學性(xing)(xing)質(zhi)(zhi)非常(chang)穩定。由于(yu)上述特點，它是*常(chang)用(yong)的(de)(de)(de)光催化(hua)(hua)劑，目前用(yong)于(yu)水凈化(hua)(hua)過程中(zhong)有(you)機分子的(de)(de)(de)降解。它還被(bei)用(yong)作(zuo)白(bai)色顏料(liao)、防腐涂料(liao)、氣(qi)體傳感器，通(tong)常(chang)用(yong)于(yu)陶(tao)瓷工業。該(gai)化(hua)(hua)合(he)(he)(he)物(wu)有(you)三個(ge)晶(jing)相：金紅(hong)石(shi)（四方結(jie)構(gou)(gou)(gou)）、銳鈦(tai)(tai)(tai)礦（八面結(jie)構(gou)(gou)(gou)）和(he)板鈦(tai)(tai)(tai)礦（斜方晶(jing)結(jie)構(gou)(gou)(gou)）。根據靜電(dian)價格原理的(de)(de)(de)要求，每個(ge)氧(yang)(yang)原子由三個(ge)八面體共享。對(dui)于(yu)二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)(tai)(tai)摻雜活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)，已證明活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)適合(he)(he)(he)作(zuo)為外(wai)部(bu)原子，其中(zhong)摻入3.2eV(純鈦(tai)(tai)(tai)礦)帶(dai)隙至(zhi)2.32eV(碳摻雜相)所需的(de)(de)(de)波(bo)長已增加到535納米。因(yin)(yin)此(ci)(ci)，與(yu)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)混合(he)(he)(he)的(de)(de)(de)二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)(tai)(tai)比(bi)純二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)(tai)(tai)更有(you)效。因(yin)(yin)為這個(ge)報(bao)告(gao)中(zhong)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)TiO 2的(de)(de)(de)影(ying)響基體也預(yu)計會(hui)影(ying)響材料(liao)的(de)(de)(de)介電(dian)性(xing)(xing)能。因(yin)(yin)此(ci)(ci)，本文研究了碳雜質(zhi)(zhi)對(dui)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)(tai)(tai)電(dian)性(xing)(xing)能的(de)(de)(de)影(ying)響，從商業粉末和(he)不同摩爾分數的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)實(shi)現(xian)了該(gai)復合(he)(he)(he)材料(liao)的(de)(de)(de)電(dian)性(xing)(xing)能。

　　實驗程序

　　為了(le)制(zhi)備(bei)與活(huo)性炭(tan)(tan)樣(yang)品(pin)混合的(de)TiO 2，使用TiO 2純(chun)度為99.5%的(de)銳鈦(tai)礦相粒(li)徑為21nm活(huo)性炭(tan)(tan)粉(fen)。化(hua)學計(ji)(ji)量(liang)計(ji)(ji)算已經計(ji)(ji)算并獲(huo)得X = 0.09,0.04,0.03和0.摩爾分(fen)數(shu)02所需的(de)量(liang)。過程結束后(hou)，將(jiang)前體(ti)手工(gong)浸泡在瑪瑙研缽(bo)中(zhong)約3小時(shi)，直至(zhi)均勻。在室(shi)溫下將(jiang)獲(huo)得的(de)化(hua)合物壓制(zhi)成液(ye)壓機中(zhong)的(de)丸劑形式。分(fen)光計(ji)(ji)中(zhong)復合材料的(de)紅外光譜FTIR標記Shimadzu Prestige 21上用含(han)有樣(yang)噲(kuai)?平(ping)衡(heng)。在pH活(huo)性炭(tan)(tan)對(dui)水溶(rong)液(ye)中(zhong)吡(bi)(bi)啶的(de)吸附能(neng)力*高。因此，選(xuan)擇該pH研究活(huo)性炭(tan)(tan)上吡(bi)(bi)啶的(de)吸附率。

　　初(chu)始吡啶(ding)濃度從20到10000mg / L不等。吡啶(ding)溶(rong)液(ye)(ye)與活性炭顆粒(li)保(bao)持接觸，直至達到平衡。定(ding)期測(ce)量溶(rong)液(ye)(ye)pH值，并通(tong)過適(shi)當添加0.01和0.1M的(de)(de)HCl和NaOH保(bao)持溶(rong)液(ye)(ye)恒定(ding)。達到平衡后，溶(rong)液(ye)(ye)中(zhong)吡啶(ding)的(de)(de)濃度通(tong)過分光(guang)光(guang)度法測(ce)定(ding)，平衡吸附的(de)(de)吡啶(ding)質(zhi)量通(tong)過使吡啶(ding)的(de)(de)質(zhi)量平衡計(ji)算。在之前沒有(you)活性炭的(de)(de)運行中(zhong)，證明吡啶(ding)不吸附在尼龍袋(dai)上。

　　測定(ding)水溶液中吡啶濃度

　　通過UV-水溶液(ye)中(zhong)測定水溶液(ye)中(zhong)吡啶(ding)(ding)的(de)(de)濃度(du)(du)。UV-24960分(fen)光(guang)(guang)光(guang)(guang)度(du)(du)計.5nm吡啶(ding)(ding)溶液(ye)的(de)(de)吸光(guang)(guang)啶(ding)(ding)溶液(ye)的(de)(de)吸光(guang)(guang)度(du)(du)。因此，濃度(du)(du)范圍為10-50mg / L樣品的(de)(de)吡啶(ding)(ding)濃度(du)(du)由五種標準吡啶(ding)(ding)溶液(ye)制備的(de)(de)校準曲(qu)線(xian)(吸光(guang)(guang)對濃度(du)(du))估算。

　　獲取吸附數據的方法

　　利用旋(xuan)轉籃式批(pi)次吸(xi)附器(qi)(qi)獲得吡啶在活性(xing)炭(tan)上的(de)吸(xi)附濃(nong)度分布。吸(xi)附器(qi)(qi)1L三頸反(fan)應燒瓶(ping)和葉片由不(bu)銹鋼籃的(de)葉輪組(zu)成。將(jiang)吡啶溶液倒入吸(xi)附器(qi)(qi)中，將(jiang)活性(xing)炭(tan)顆粒(li)放入連(lian)接到(dao)變(bian)速電機的(de)軸上的(de)不(bu)銹鋼網籃中。將(jiang)吸(xi)附器(qi)(qi)部(bu)分浸入恒溫浴中。

　　適當(dang)混(hun)合0.01N HCl和(he)NaOH溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)來制備pH = 10的(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(800-980mL)并(bing)(bing)加(jia)入吸(xi)(xi)附(fu)(fu)器。活性(xing)炭(1-5g)籃子放(fang)在幾個轉速(su)條件(100，150，200rpm)下。適當(dang)添加(jia)0.01和(he)0.1N NaOH控制溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)的(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)pH。直到溫(wen)度(du)和(he)活性(xing)炭保持(chi)接觸(chu)pH保持(chi)恒定(ding)(ding)。然后關閉攪拌(ban)器，迅(xun)速(su)將(jiang)已知濃(nong)度(du)提高到pH = 將(jiang)吡啶溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)等分樣(yang)品(pin)倒(dao)入吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)中，以獲得所需的(de)(de)初(chu)始濃(nong)度(du)。溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)后，溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)總體積(ji)為1L。立即啟(qi)動葉輪(lun)電機和(he)計時(shi)器。用pH對溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)進行監測pH以上調(diao)整值。加(jia)入的(de)(de)NaOH溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)總體積(ji)小于2mL，占總體積(ji)的(de)(de)0.1%。定(ding)(ding)期取(qu)樣(yang)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(5)mL)并(bing)(bing)分析確定(ding)(ding)吡啶濃(nong)度(du)。取(qu)樣(yang)時(shi)間分別為0、1、3、5、10、15、20、25、30、40、60、90、150和(he)180分鐘。取(qu)樣(yang)后立即加(jia)5mL補充溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)使吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(1)L)總體積(ji)保持(chi)恒定(ding)(ding)。補充溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)的(de)(de)濃(nong)度(du)是平衡初(chu)始濃(nong)度(du)和(he)*終濃(nong)度(du)的(de)(de)平均值。添加(jia)劑(ji)的(de)(de)目的(de)(de)是取(qu)代樣(yang)品(pin)中取(qu)出的(de)(de)吡啶的(de)(de)質量。

　　圖像(xiang)處理和數值解決方案

　　用(yong)2400倍放大倍數(shu)掃描電子顯(xian)微鏡檢查活(huo)性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)形狀。圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)用(yong)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)處理工具箱(xiang)處理。程序如下。首(shou)先，通過(guo)將灰(hui)度(du)轉(zhuan)化為灰(hui)度(du)(從(cong)0(黑(hei)色(se)(se))到255(白(bai)色(se)(se))，可(ke)以(yi)改善(shan)黑(hei)暗(an)照(zhao)區(qu)域(yu)的(de)(de)(de)對比度(du)。假(jia)設(she)這些代表孔隙(xi)占(zhan)據(ju)的(de)(de)(de)部分，淺色(se)(se)區(qu)域(yu)與(yu)固體基質(活(huo)性(xing)炭(tan))有(you)關(guan)。這個(ge)想法是，每個(ge)象素的(de)(de)(de)灰(hui)度(du)值被跟(gen)蹤(來自黑(hei)色(se)(se))并積累以(yi)獲得體積分數(shu) ε γ 暗(an)像(xiang)(xiang)素。其次，所有(you)具有(you)等于或小于閾值的(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)素都被轉(zhuan)換為白(bai)色(se)(se)(被孔占(zhan)據(ju)的(de)(de)(de)空(kong)間)，而具有(you)較高值的(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)素則被轉(zhuan)換為黑(hei)色(se)(se)(實(shi)心矩(ju)陣)。*后，應用(yong)濾(lv)波器來增強輪廓的(de)(de)(de)定義。該程序允許我們(men)獲得*終的(de)(de)(de)二值圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)，其中白(bai)色(se)(se)和總像(xiang)(xiang)素之間的(de)(de)(de)比例等于活(huo)性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)孔隙(xi)率。事實(shi)上(shang)，來自SEM顯(xian)微照(zhao)片的(de)(de)(de)處理圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)提(ti)供了解決(jue)閉(bi)合問題的(de)(de)(de)領域(yu)。

　　從整個(ge)研究來看，活性炭(tan)吸(xi)附吡啶的濃(nong)度衰(shuai)減曲線。發(fa)現總(zong)有(you)效(xiao)擴(kuo)散系(xi)數(shu)是吡啶濃(nong)度平(ping)衡時的增加函數(shu)，主(zhu)要是由(you)于有(you)效(xiao)的表(biao)面(mian)擴(kuo)散比孔體積擴(kuo)散做出了更大的貢(gong)獻(xian)。此外，點(dian)表(biao)面(mian)擴(kuo)散系(xi)數(shu)可以通過使用簡單(dan)的微(wei)結構幾(ji)何模(mo)型粗略估計。