活性炭摻雜(za)二氧化鈦的(de)介電研究

　　本文介紹(shao)了活性炭(tan)與二氧(yang)化鈦混合的介電研(yan)究(jiu)TiO 2不同摩(mo)爾比壓丸中的介電響應研(yan)究(jiu)將樣品(pin)置(zhi)于氮氣和氦氣氛中，并在50個Hz至5MHz從室溫到723K研(yan)究(jiu)復合材料的電性能(neng)。

　　二(er)氧化(hua)(hua)鈦(tai)(tai)(tai)因(yin)其物理化(hua)(hua)學性(xing)質而(er)被(bei)(bei)廣(guang)泛研究(jiu)，使其成為(wei)(wei)各種應用(yong)的(de)(de)合(he)適(shi)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(。它是一種光敏半(ban)導體，吸收近(jin)紫外線區域的(de)(de)電磁輻(fu)射(she)，化(hua)(hua)學性(xing)質非常(chang)(chang)穩定。由于(yu)(yu)上述特(te)點，它是*常(chang)(chang)用(yong)的(de)(de)光催化(hua)(hua)劑(ji)，目前用(yong)于(yu)(yu)水凈化(hua)(hua)過程(cheng)中(zhong)有機分子的(de)(de)降(jiang)解。它還被(bei)(bei)用(yong)作白色顏料(liao)(liao)(liao)、防腐涂(tu)料(liao)(liao)(liao)、氣體傳感器(qi)，通常(chang)(chang)用(yong)于(yu)(yu)陶瓷(ci)工(gong)業(ye)。該化(hua)(hua)合(he)物有三(san)個(ge)(ge)晶(jing)(jing)相：金(jin)紅石（四方結(jie)(jie)構(gou)）、銳鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)（八面結(jie)(jie)構(gou)）和板鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)（斜方晶(jing)(jing)結(jie)(jie)構(gou)）。根(gen)據(ju)靜電價格原理的(de)(de)要求，每個(ge)(ge)氧原子由三(san)個(ge)(ge)八面體共享(xiang)。對(dui)于(yu)(yu)二(er)氧化(hua)(hua)鈦(tai)(tai)(tai)摻雜活(huo)(huo)性(xing)炭，已證(zheng)明活(huo)(huo)性(xing)炭適(shi)合(he)作為(wei)(wei)外部原子，其中(zhong)摻入3.2eV(純(chun)鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)(kuang))帶隙至2.32eV(碳摻雜相)所(suo)需(xu)的(de)(de)波(bo)長已增加到535納米(mi)。因(yin)此，與活(huo)(huo)性(xing)炭混合(he)的(de)(de)二(er)氧化(hua)(hua)鈦(tai)(tai)(tai)比純(chun)二(er)氧化(hua)(hua)鈦(tai)(tai)(tai)更有效。因(yin)為(wei)(wei)這個(ge)(ge)報告中(zhong)的(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)炭TiO 2的(de)(de)影響(xiang)基體也預計(ji)會影響(xiang)材(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)介電性(xing)能。因(yin)此，本文研究(jiu)了碳雜質對(dui)氧化(hua)(hua)鈦(tai)(tai)(tai)電性(xing)能的(de)(de)影響(xiang)，從商業(ye)粉(fen)末和不(bu)同摩爾(er)分數(shu)的(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)炭中(zhong)實現了該復合(he)材(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)電性(xing)能。

　　實驗程序

　　為了制(zhi)備與活性(xing)(xing)炭(tan)樣品混合(he)的(de)TiO 2，使(shi)用TiO 2純度為99.5%的(de)銳鈦礦相粒徑為21nm活性(xing)(xing)炭(tan)粉。化(hua)學計(ji)(ji)(ji)量(liang)計(ji)(ji)(ji)算已(yi)經計(ji)(ji)(ji)算并獲得(de)(de)X = 0.09,0.04,0.03和0.摩爾(er)分(fen)數02所(suo)需的(de)量(liang)。過程結(jie)束后，將前體手工(gong)浸(jin)泡在(zai)(zai)瑪瑙研缽中約3小時，直至均勻。在(zai)(zai)室溫下將獲得(de)(de)的(de)化(hua)合(he)物壓制(zhi)成(cheng)液壓機中的(de)丸劑形式。分(fen)光計(ji)(ji)(ji)中復合(he)材料的(de)紅外光譜FTIR標記Shimadzu Prestige 21上用含(han)有(you)樣噲(kuai)?平衡(heng)。在(zai)(zai)pH活性(xing)(xing)炭(tan)對(dui)水溶(rong)液中吡(bi)啶(ding)的(de)吸附能力*高。因此，選(xuan)擇該pH研究活性(xing)(xing)炭(tan)上吡(bi)啶(ding)的(de)吸附率。

　　初(chu)始吡(bi)啶(ding)(ding)濃度從(cong)20到10000mg / L不(bu)等。吡(bi)啶(ding)(ding)溶液(ye)與活性炭顆粒保持接觸，直至達到平衡。定(ding)期測量(liang)溶液(ye)pH值，并通(tong)過適當添(tian)加0.01和(he)0.1M的(de)HCl和(he)NaOH保持溶液(ye)恒(heng)定(ding)。達到平衡后，溶液(ye)中吡(bi)啶(ding)(ding)的(de)濃度通(tong)過分光(guang)光(guang)度法測定(ding)，平衡吸(xi)附的(de)吡(bi)啶(ding)(ding)質量(liang)通(tong)過使(shi)吡(bi)啶(ding)(ding)的(de)質量(liang)平衡計算。在(zai)(zai)之前沒(mei)有活性炭的(de)運行中，證明吡(bi)啶(ding)(ding)不(bu)吸(xi)附在(zai)(zai)尼龍袋上。

　　測定(ding)水溶液(ye)中吡啶濃度

　　通過(guo)UV-水溶(rong)液中測(ce)定水溶(rong)液中吡(bi)(bi)(bi)啶(ding)的(de)濃(nong)度(du)。UV-24960分光(guang)光(guang)度(du)計.5nm吡(bi)(bi)(bi)啶(ding)溶(rong)液的(de)吸(xi)光(guang)啶(ding)溶(rong)液的(de)吸(xi)光(guang)度(du)。因此(ci)，濃(nong)度(du)范圍為10-50mg / L樣(yang)品的(de)吡(bi)(bi)(bi)啶(ding)濃(nong)度(du)由五種標準(zhun)吡(bi)(bi)(bi)啶(ding)溶(rong)液制備的(de)校準(zhun)曲線(xian)(吸(xi)光(guang)對(dui)濃(nong)度(du))估算。

　　獲取吸附數據(ju)的方法

　　利用旋轉籃(lan)式批次(ci)吸(xi)附(fu)(fu)器獲得吡(bi)啶在(zai)活性炭(tan)上的吸(xi)附(fu)(fu)濃度(du)分布。吸(xi)附(fu)(fu)器1L三頸反應燒(shao)瓶(ping)和葉(xie)片(pian)由不(bu)銹鋼(gang)籃(lan)的葉(xie)輪組成。將(jiang)吡(bi)啶溶液倒入(ru)吸(xi)附(fu)(fu)器中，將(jiang)活性炭(tan)顆粒放(fang)入(ru)連接到變速(su)電機的軸(zhou)上的不(bu)銹鋼(gang)網籃(lan)中。將(jiang)吸(xi)附(fu)(fu)器部分浸入(ru)恒(heng)溫浴中。

　　適當(dang)混合0.01N HCl和(he)NaOH溶(rong)液(ye)(ye)來制(zhi)備pH = 10的(de)(de)溶(rong)液(ye)(ye)(800-980mL)并(bing)加(jia)(jia)入吸(xi)附(fu)(fu)器。活性炭(tan)(1-5g)籃子放在幾個(ge)轉速條件(jian)(100，150，200rpm)下(xia)。適當(dang)添加(jia)(jia)0.01和(he)0.1N NaOH控(kong)制(zhi)溶(rong)液(ye)(ye)的(de)(de)溶(rong)液(ye)(ye)pH。直(zhi)到溫(wen)度(du)(du)和(he)活性炭(tan)保(bao)持(chi)接觸pH保(bao)持(chi)恒定。然后關閉攪拌器，迅(xun)速將已知濃度(du)(du)提高到pH = 將吡啶(ding)溶(rong)液(ye)(ye)等(deng)分(fen)(fen)(fen)樣品倒入吸(xi)附(fu)(fu)劑(ji)溶(rong)液(ye)(ye)中，以獲得所需(xu)的(de)(de)初始(shi)濃度(du)(du)。溶(rong)液(ye)(ye)后，溶(rong)液(ye)(ye)總(zong)(zong)體積(ji)為1L。立即(ji)啟動葉(xie)輪(lun)電機(ji)和(he)計時器。用pH對溶(rong)液(ye)(ye)進行監測pH以上調整(zheng)值。加(jia)(jia)入的(de)(de)NaOH溶(rong)液(ye)(ye)總(zong)(zong)體積(ji)小于2mL，占總(zong)(zong)體積(ji)的(de)(de)0.1%。定期取(qu)樣溶(rong)液(ye)(ye)(5)mL)并(bing)分(fen)(fen)(fen)析確(que)定吡啶(ding)濃度(du)(du)。取(qu)樣時間(jian)分(fen)(fen)(fen)別為0、1、3、5、10、15、20、25、30、40、60、90、150和(he)180分(fen)(fen)(fen)鐘。取(qu)樣后立即(ji)加(jia)(jia)5mL補充(chong)溶(rong)液(ye)(ye)使(shi)吸(xi)附(fu)(fu)劑(ji)溶(rong)液(ye)(ye)(1)L)總(zong)(zong)體積(ji)保(bao)持(chi)恒定。補充(chong)溶(rong)液(ye)(ye)的(de)(de)濃度(du)(du)是(shi)平衡初始(shi)濃度(du)(du)和(he)*終濃度(du)(du)的(de)(de)平均值。添加(jia)(jia)劑(ji)的(de)(de)目的(de)(de)是(shi)取(qu)代樣品中取(qu)出的(de)(de)吡啶(ding)的(de)(de)質量。

　　圖像處(chu)理(li)和數值(zhi)解(jie)決(jue)方案

　　用(yong)2400倍放大倍數掃描電子(zi)顯(xian)微(wei)鏡檢查活(huo)性炭(tan)的(de)(de)(de)形狀。圖像(xiang)(xiang)(xiang)用(yong)圖像(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(zhuan)化(hua)為(wei)灰(hui)度(從0(黑(hei)(hei)色(se)(se)(se)(se))到255(白(bai)色(se)(se)(se)(se))，可以(yi)改(gai)善黑(hei)(hei)暗(an)照區(qu)域(yu)的(de)(de)(de)對比度。假設這些代(dai)表孔(kong)(kong)隙占據的(de)(de)(de)部(bu)分，淺(qian)色(se)(se)(se)(se)區(qu)域(yu)與(yu)固體(ti)基質(活(huo)性炭(tan))有(you)關。這個(ge)(ge)想法(fa)是，每個(ge)(ge)象素(su)的(de)(de)(de)灰(hui)度值(zhi)(zhi)被跟蹤(來自黑(hei)(hei)色(se)(se)(se)(se))并積累以(yi)獲(huo)得(de)體(ti)積分數 ε γ 暗(an)像(xiang)(xiang)(xiang)素(su)。其(qi)次，所(suo)有(you)具(ju)有(you)等(deng)于(yu)或小(xiao)于(yu)閾值(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)(xiang)素(su)都(dou)被轉(zhuan)換(huan)為(wei)白(bai)色(se)(se)(se)(se)(被孔(kong)(kong)占據的(de)(de)(de)空間(jian))，而(er)具(ju)有(you)較高值(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)(xiang)素(su)則被轉(zhuan)換(huan)為(wei)黑(hei)(hei)色(se)(se)(se)(se)(實(shi)心矩陣)。*后，應用(yong)濾波器來增強(qiang)輪廓的(de)(de)(de)定(ding)義。該程序(xu)允許我們獲(huo)得(de)*終的(de)(de)(de)二值(zhi)(zhi)圖像(xiang)(xiang)(xiang)，其(qi)中白(bai)色(se)(se)(se)(se)和總像(xiang)(xiang)(xiang)素(su)之間(jian)的(de)(de)(de)比例等(deng)于(yu)活(huo)性炭(tan)的(de)(de)(de)孔(kong)(kong)隙率。事實(shi)上，來自SEM顯(xian)微(wei)照片的(de)(de)(de)處(chu)理(li)圖像(xiang)(xiang)(xiang)提供了解決閉合問題的(de)(de)(de)領域(yu)。

　　從(cong)整個(ge)研究來看，活性炭吸附吡啶的(de)濃度(du)衰(shuai)減(jian)曲(qu)線。發現總有(you)效(xiao)擴散系數是(shi)吡啶濃度(du)平(ping)衡時的(de)增加函數，主要是(shi)由于有(you)效(xiao)的(de)表(biao)面(mian)擴散比孔體(ti)積(ji)擴散做出(chu)了更大的(de)貢獻。此(ci)外(wai)，點表(biao)面(mian)擴散系數可以(yi)通過使(shi)用(yong)簡單的(de)微結構(gou)幾何模型粗略(lve)估(gu)計。