活性炭摻雜(za)二氧化(hua)鈦的介電研(yan)究

　　本(ben)文介(jie)紹了(le)活性(xing)炭與(yu)二氧化鈦混(hun)合的介(jie)電研究TiO 2不同(tong)摩爾(er)比壓(ya)丸(wan)中(zhong)的介(jie)電響應研究將樣品置于(yu)氮氣和氦氣氛中(zhong)，并在(zai)50個(ge)Hz至5MHz從室溫到723K研究復合材料的電性(xing)能(neng)。

　　二(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鈦(tai)(tai)因(yin)(yin)其物(wu)理化(hua)(hua)(hua)(hua)學性(xing)(xing)(xing)(xing)質而被(bei)廣泛研究，使其成為各(ge)種應用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)合適材(cai)(cai)料(liao)(。它(ta)是一種光敏半(ban)導體，吸收近紫外線區域的(de)(de)(de)(de)電磁輻射(she)，化(hua)(hua)(hua)(hua)學性(xing)(xing)(xing)(xing)質非(fei)常(chang)穩定。由于(yu)(yu)上述特點，它(ta)是*常(chang)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)光催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)，目前用(yong)(yong)于(yu)(yu)水凈化(hua)(hua)(hua)(hua)過程中有(you)(you)機分子的(de)(de)(de)(de)降解(jie)。它(ta)還(huan)被(bei)用(yong)(yong)作(zuo)白色顏料(liao)、防(fang)腐涂料(liao)、氣體傳感器，通常(chang)用(yong)(yong)于(yu)(yu)陶瓷工業(ye)。該化(hua)(hua)(hua)(hua)合物(wu)有(you)(you)三(san)個晶(jing)相(xiang)：金(jin)紅石（四方(fang)結(jie)構）、銳鈦(tai)(tai)礦（八(ba)面結(jie)構）和板(ban)鈦(tai)(tai)礦（斜方(fang)晶(jing)結(jie)構）。根據靜電價格(ge)原理的(de)(de)(de)(de)要求，每(mei)個氧(yang)原子由三(san)個八(ba)面體共享。對(dui)(dui)于(yu)(yu)二(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鈦(tai)(tai)摻雜活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭，已證(zheng)明活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭適合作(zuo)為外部原子，其中摻入3.2eV(純鈦(tai)(tai)礦)帶隙至2.32eV(碳摻雜相(xiang))所需的(de)(de)(de)(de)波長(chang)已增加到535納米。因(yin)(yin)此，與活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭混合的(de)(de)(de)(de)二(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鈦(tai)(tai)比純二(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鈦(tai)(tai)更有(you)(you)效。因(yin)(yin)為這(zhe)個報告中的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭TiO 2的(de)(de)(de)(de)影響基體也預計會影響材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)介電性(xing)(xing)(xing)(xing)能。因(yin)(yin)此，本文研究了(le)碳雜質對(dui)(dui)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鈦(tai)(tai)電性(xing)(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)(de)(de)影響，從(cong)商業(ye)粉末和不同摩爾分數的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭中實現了(le)該復合材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)電性(xing)(xing)(xing)(xing)能。

　　實驗程序

　　為了制(zhi)備與活性(xing)炭樣品混合的(de)(de)(de)TiO 2，使用(yong)(yong)TiO 2純度為99.5%的(de)(de)(de)銳鈦礦相(xiang)粒徑為21nm活性(xing)炭粉(fen)。化學計(ji)量(liang)計(ji)算(suan)已經計(ji)算(suan)并獲得(de)(de)X = 0.09,0.04,0.03和(he)0.摩爾分數(shu)02所需(xu)的(de)(de)(de)量(liang)。過程結束后，將前體(ti)手工(gong)浸(jin)泡在瑪瑙研缽中(zhong)約3小時(shi)，直至均(jun)勻。在室(shi)溫(wen)下將獲得(de)(de)的(de)(de)(de)化合物壓(ya)制(zhi)成(cheng)液壓(ya)機中(zhong)的(de)(de)(de)丸劑形式。分光計(ji)中(zhong)復合材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)紅外光譜FTIR標(biao)記(ji)Shimadzu Prestige 21上用(yong)(yong)含(han)有樣噲?平衡。在pH活性(xing)炭對水溶(rong)液中(zhong)吡啶的(de)(de)(de)吸附能力*高(gao)。因此，選擇(ze)該pH研究(jiu)活性(xing)炭上吡啶的(de)(de)(de)吸附率。

　　初始吡(bi)啶濃(nong)度從20到10000mg / L不等。吡(bi)啶溶(rong)液(ye)與(yu)活性(xing)炭顆(ke)粒(li)保(bao)持接(jie)觸(chu)，直(zhi)至達(da)到平衡。定期測量(liang)(liang)溶(rong)液(ye)pH值(zhi)，并通(tong)過適當添(tian)加0.01和0.1M的(de)HCl和NaOH保(bao)持溶(rong)液(ye)恒定。達(da)到平衡后，溶(rong)液(ye)中吡(bi)啶的(de)濃(nong)度通(tong)過分光光度法測定，平衡吸(xi)附的(de)吡(bi)啶質(zhi)量(liang)(liang)通(tong)過使吡(bi)啶的(de)質(zhi)量(liang)(liang)平衡計算(suan)。在之前沒有活性(xing)炭的(de)運行中，證明吡(bi)啶不吸(xi)附在尼龍袋(dai)上。

　　測定(ding)水(shui)溶液中(zhong)吡啶濃度

　　通過(guo)UV-水(shui)溶(rong)(rong)液中(zhong)測定(ding)水(shui)溶(rong)(rong)液中(zhong)吡啶的(de)濃(nong)度。UV-24960分光(guang)(guang)光(guang)(guang)度計.5nm吡啶溶(rong)(rong)液的(de)吸(xi)(xi)光(guang)(guang)啶溶(rong)(rong)液的(de)吸(xi)(xi)光(guang)(guang)度。因此，濃(nong)度范圍為10-50mg / L樣品的(de)吡啶濃(nong)度由五種標準(zhun)吡啶溶(rong)(rong)液制備的(de)校準(zhun)曲線(xian)(吸(xi)(xi)光(guang)(guang)對濃(nong)度)估算。

　　獲取吸附數據(ju)的方法

　　利用(yong)旋轉(zhuan)籃式批次吸附(fu)器獲(huo)得吡(bi)啶在活(huo)性炭上(shang)(shang)的吸附(fu)濃度分布。吸附(fu)器1L三(san)頸反(fan)應(ying)燒瓶和葉(xie)片(pian)由不銹鋼(gang)籃的葉(xie)輪組成(cheng)。將(jiang)吡(bi)啶溶液倒入吸附(fu)器中(zhong)(zhong)，將(jiang)活(huo)性炭顆粒放入連接到變速電(dian)機的軸(zhou)上(shang)(shang)的不銹鋼(gang)網(wang)籃中(zhong)(zhong)。將(jiang)吸附(fu)器部分浸入恒溫浴中(zhong)(zhong)。

　　適當(dang)混合0.01N HCl和(he)(he)NaOH溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)來制(zhi)備(bei)pH = 10的溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(800-980mL)并加入(ru)吸(xi)附(fu)器。活性炭(1-5g)籃子放在幾個轉速(su)條(tiao)件(jian)(100，150，200rpm)下(xia)。適當(dang)添加0.01和(he)(he)0.1N NaOH控制(zhi)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)的溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)pH。直(zhi)到溫度(du)(du)和(he)(he)活性炭保持接觸pH保持恒(heng)定。然后(hou)(hou)關閉(bi)攪拌器，迅速(su)將(jiang)已知濃(nong)(nong)度(du)(du)提高到pH = 將(jiang)吡啶溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)等分(fen)樣品(pin)倒入(ru)吸(xi)附(fu)劑溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)中，以獲得所(suo)需的初(chu)始(shi)濃(nong)(nong)度(du)(du)。溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)后(hou)(hou)，溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)總體積為1L。立即啟動葉輪電(dian)機和(he)(he)計(ji)時器。用pH對溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)進行(xing)監測pH以上調(diao)整值。加入(ru)的NaOH溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)總體積小(xiao)于2mL，占總體積的0.1%。定期取樣溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(5)mL)并分(fen)析確定吡啶濃(nong)(nong)度(du)(du)。取樣時間分(fen)別為0、1、3、5、10、15、20、25、30、40、60、90、150和(he)(he)180分(fen)鐘。取樣后(hou)(hou)立即加5mL補(bu)充(chong)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)使吸(xi)附(fu)劑溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(1)L)總體積保持恒(heng)定。補(bu)充(chong)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)的濃(nong)(nong)度(du)(du)是平(ping)衡(heng)初(chu)始(shi)濃(nong)(nong)度(du)(du)和(he)(he)*終濃(nong)(nong)度(du)(du)的平(ping)均值。添加劑的目的是取代樣品(pin)中取出的吡啶的質量。

　　圖像處理和數(shu)值解(jie)決(jue)方案

　　用(yong)2400倍放大倍數(shu)掃描電子顯微鏡(jing)檢查活性炭(tan)的(de)(de)形狀(zhuang)。圖像(xiang)用(yong)圖像(xiang)處理(li)工具箱處理(li)。程(cheng)序(xu)如下。首先，通過(guo)將灰(hui)度(du)轉(zhuan)化為(wei)灰(hui)度(du)(從0(黑色(se))到(dao)255(白(bai)色(se))，可(ke)以(yi)改(gai)善黑暗(an)照區(qu)域(yu)的(de)(de)對比(bi)度(du)。假設(she)這些代表孔隙(xi)(xi)占據的(de)(de)部分(fen)(fen)，淺色(se)區(qu)域(yu)與固(gu)體(ti)基質(zhi)(活性炭(tan))有關。這個想法是(shi)，每個象素(su)的(de)(de)灰(hui)度(du)值被跟蹤(來自黑色(se))并積累以(yi)獲(huo)得體(ti)積分(fen)(fen)數(shu) ε γ 暗(an)像(xiang)素(su)。其次(ci)，所(suo)有具有等(deng)于或(huo)小于閾值的(de)(de)像(xiang)素(su)都被轉(zhuan)換(huan)為(wei)白(bai)色(se)(被孔占據的(de)(de)空間)，而具有較高值的(de)(de)像(xiang)素(su)則被轉(zhuan)換(huan)為(wei)黑色(se)(實(shi)心矩(ju)陣)。*后，應用(yong)濾(lv)波(bo)器(qi)來增強(qiang)輪廓(kuo)的(de)(de)定義(yi)。該程(cheng)序(xu)允(yun)許我們(men)獲(huo)得*終的(de)(de)二值圖像(xiang)，其中白(bai)色(se)和總像(xiang)素(su)之間的(de)(de)比(bi)例等(deng)于活性炭(tan)的(de)(de)孔隙(xi)(xi)率。事實(shi)上，來自SEM顯微照片的(de)(de)處理(li)圖像(xiang)提供了(le)解決閉合問題的(de)(de)領域(yu)。

　　從整個研究(jiu)來看(kan)，活性炭吸附吡啶(ding)的(de)(de)(de)濃度衰減曲(qu)線。發現(xian)總有效擴散系(xi)數是吡啶(ding)濃度平衡時的(de)(de)(de)增(zeng)加函(han)數，主要是由于有效的(de)(de)(de)表面擴散比孔體(ti)積擴散做出了(le)更大的(de)(de)(de)貢(gong)獻(xian)。此外，點表面擴散系(xi)數可以通過使用簡單(dan)的(de)(de)(de)微結(jie)構(gou)幾何(he)模型粗(cu)略估計(ji)。