活性炭摻(chan)雜二氧化鈦的介電研究

　　本文介紹(shao)了活(huo)性炭與二氧化鈦混合的(de)介電(dian)研(yan)究TiO 2不同摩爾比壓丸中的(de)介電(dian)響應(ying)研(yan)究將樣品置于氮氣和氦(hai)氣氛中，并在50個Hz至5MHz從(cong)室溫到723K研(yan)究復合材料的(de)電(dian)性能(neng)。

　　二(er)(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鈦(tai)因其(qi)物(wu)(wu)理(li)(li)化(hua)(hua)(hua)(hua)學性(xing)(xing)質(zhi)而被廣泛研究(jiu)，使其(qi)成為各種(zhong)應用的合(he)適(shi)(shi)材(cai)料(liao)(。它(ta)是一(yi)種(zhong)光(guang)敏半導體，吸收近紫外線區域的電(dian)磁輻射，化(hua)(hua)(hua)(hua)學性(xing)(xing)質(zhi)非常(chang)穩定。由于上(shang)述特點，它(ta)是*常(chang)用的光(guang)催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑，目前(qian)用于水凈化(hua)(hua)(hua)(hua)過程中有(you)機(ji)分子的降(jiang)解。它(ta)還被用作(zuo)白色顏料(liao)、防腐涂料(liao)、氣體傳感器，通常(chang)用于陶瓷(ci)工業。該化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)有(you)三個晶(jing)相：金(jin)紅石（四方結(jie)構(gou)）、銳鈦(tai)礦（八面(mian)結(jie)構(gou)）和板鈦(tai)礦（斜方晶(jing)結(jie)構(gou)）。根據靜電(dian)價格原(yuan)(yuan)理(li)(li)的要求，每個氧(yang)原(yuan)(yuan)子由三個八面(mian)體共享。對于二(er)(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鈦(tai)摻雜(za)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)，已(yi)(yi)證明(ming)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)適(shi)(shi)合(he)作(zuo)為外部原(yuan)(yuan)子，其(qi)中摻入3.2eV(純(chun)鈦(tai)礦)帶(dai)隙至2.32eV(碳(tan)(tan)摻雜(za)相)所需的波長已(yi)(yi)增加到535納米。因此，與活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)混合(he)的二(er)(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鈦(tai)比(bi)純(chun)二(er)(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鈦(tai)更有(you)效(xiao)。因為這個報(bao)告中的活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)TiO 2的影(ying)響(xiang)基體也預計(ji)會影(ying)響(xiang)材(cai)料(liao)的介電(dian)性(xing)(xing)能。因此，本文研究(jiu)了碳(tan)(tan)雜(za)質(zhi)對氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鈦(tai)電(dian)性(xing)(xing)能的影(ying)響(xiang)，從商業粉末和不同(tong)摩爾分數的活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)中實現了該復合(he)材(cai)料(liao)的電(dian)性(xing)(xing)能。

　　實驗程序

　　為了制備與活(huo)性炭(tan)(tan)樣品混合的(de)(de)TiO 2，使用(yong)TiO 2純度為99.5%的(de)(de)銳鈦礦相粒(li)徑為21nm活(huo)性炭(tan)(tan)粉(fen)。化學計量計算(suan)已經計算(suan)并(bing)獲(huo)(huo)得X = 0.09,0.04,0.03和0.摩爾分(fen)數02所(suo)需的(de)(de)量。過(guo)程結束后，將(jiang)前體手工(gong)浸泡在瑪瑙研(yan)缽中約3小時，直至(zhi)均勻。在室溫(wen)下將(jiang)獲(huo)(huo)得的(de)(de)化合物壓(ya)制成液壓(ya)機(ji)中的(de)(de)丸(wan)劑形(xing)式。分(fen)光計中復(fu)合材(cai)料的(de)(de)紅外光譜FTIR標記Shimadzu Prestige 21上用(yong)含有樣噲?平衡(heng)。在pH活(huo)性炭(tan)(tan)對水溶液中吡啶的(de)(de)吸(xi)附能力*高。因(yin)此，選擇該(gai)pH研(yan)究活(huo)性炭(tan)(tan)上吡啶的(de)(de)吸(xi)附率。

　　初始吡(bi)啶(ding)(ding)(ding)(ding)濃(nong)度從20到(dao)10000mg / L不等。吡(bi)啶(ding)(ding)(ding)(ding)溶(rong)(rong)液(ye)與活性(xing)炭(tan)顆(ke)粒(li)保持(chi)接觸，直至達到(dao)平(ping)(ping)衡(heng)。定(ding)期測(ce)量(liang)溶(rong)(rong)液(ye)pH值，并通(tong)過適當添加(jia)0.01和(he)0.1M的(de)(de)HCl和(he)NaOH保持(chi)溶(rong)(rong)液(ye)恒定(ding)。達到(dao)平(ping)(ping)衡(heng)后(hou)，溶(rong)(rong)液(ye)中(zhong)吡(bi)啶(ding)(ding)(ding)(ding)的(de)(de)濃(nong)度通(tong)過分光(guang)光(guang)度法測(ce)定(ding)，平(ping)(ping)衡(heng)吸附(fu)的(de)(de)吡(bi)啶(ding)(ding)(ding)(ding)質量(liang)通(tong)過使(shi)吡(bi)啶(ding)(ding)(ding)(ding)的(de)(de)質量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)計算。在之前沒有活性(xing)炭(tan)的(de)(de)運行中(zhong)，證明吡(bi)啶(ding)(ding)(ding)(ding)不吸附(fu)在尼(ni)龍袋(dai)上。

　　測定水(shui)溶(rong)液中吡啶濃度(du)

　　通過UV-水(shui)溶液中(zhong)測(ce)定(ding)水(shui)溶液中(zhong)吡(bi)啶的(de)濃度。UV-24960分光(guang)光(guang)度計.5nm吡(bi)啶溶液的(de)吸(xi)光(guang)啶溶液的(de)吸(xi)光(guang)度。因此，濃度范圍為10-50mg / L樣品的(de)吡(bi)啶濃度由五種標準吡(bi)啶溶液制備的(de)校準曲(qu)線(吸(xi)光(guang)對濃度)估算。

　　獲(huo)取吸附數據(ju)的(de)方法

　　利用旋(xuan)轉籃(lan)式(shi)批次吸(xi)附器獲得吡啶在活(huo)性(xing)炭上的(de)吸(xi)附濃(nong)度分布。吸(xi)附器1L三頸(jing)反(fan)應燒瓶和葉片(pian)由(you)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)籃(lan)的(de)葉輪組成。將吡啶溶液(ye)倒入(ru)吸(xi)附器中(zhong)，將活(huo)性(xing)炭顆粒放入(ru)連接(jie)到變速電機的(de)軸上的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)網籃(lan)中(zhong)。將吸(xi)附器部分浸入(ru)恒溫浴中(zhong)。

　　適當(dang)混合0.01N HCl和NaOH溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)來(lai)制(zhi)(zhi)備pH = 10的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(800-980mL)并(bing)加(jia)(jia)入吸(xi)附(fu)器(qi)。活(huo)性炭(1-5g)籃子放在幾個轉速條件(100，150，200rpm)下。適當(dang)添(tian)加(jia)(jia)0.01和0.1N NaOH控制(zhi)(zhi)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)pH。直到(dao)溫度(du)和活(huo)性炭保(bao)(bao)持(chi)(chi)接觸(chu)pH保(bao)(bao)持(chi)(chi)恒定(ding)(ding)。然后(hou)(hou)關閉攪拌器(qi)，迅(xun)速將已知(zhi)濃(nong)(nong)度(du)提(ti)高(gao)到(dao)pH = 將吡(bi)啶溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)等分(fen)樣(yang)(yang)品(pin)倒入吸(xi)附(fu)劑(ji)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)中，以獲得所需的(de)(de)(de)初始濃(nong)(nong)度(du)。溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)后(hou)(hou)，溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)總(zong)體(ti)積(ji)(ji)為1L。立即(ji)啟動葉(xie)輪電機和計時器(qi)。用pH對(dui)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)進行監測pH以上調整值。加(jia)(jia)入的(de)(de)(de)NaOH溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)總(zong)體(ti)積(ji)(ji)小于2mL，占總(zong)體(ti)積(ji)(ji)的(de)(de)(de)0.1%。定(ding)(ding)期(qi)取樣(yang)(yang)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(5)mL)并(bing)分(fen)析確定(ding)(ding)吡(bi)啶濃(nong)(nong)度(du)。取樣(yang)(yang)時間分(fen)別為0、1、3、5、10、15、20、25、30、40、60、90、150和180分(fen)鐘。取樣(yang)(yang)后(hou)(hou)立即(ji)加(jia)(jia)5mL補充溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)使吸(xi)附(fu)劑(ji)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(1)L)總(zong)體(ti)積(ji)(ji)保(bao)(bao)持(chi)(chi)恒定(ding)(ding)。補充溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)的(de)(de)(de)濃(nong)(nong)度(du)是平衡初始濃(nong)(nong)度(du)和*終濃(nong)(nong)度(du)的(de)(de)(de)平均(jun)值。添(tian)加(jia)(jia)劑(ji)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是取代(dai)樣(yang)(yang)品(pin)中取出(chu)的(de)(de)(de)吡(bi)啶的(de)(de)(de)質(zhi)量。

　　圖像處(chu)理(li)和數(shu)值解決方(fang)案

　　用2400倍放大倍數掃描(miao)電子顯微鏡檢查(cha)活(huo)(huo)性炭(tan)的(de)(de)(de)形(xing)狀。圖(tu)像(xiang)(xiang)用圖(tu)像(xiang)(xiang)處(chu)理(li)工具箱(xiang)處(chu)理(li)。程(cheng)序(xu)如下(xia)。首先，通過將灰(hui)(hui)(hui)度(du)轉(zhuan)(zhuan)化為(wei)(wei)灰(hui)(hui)(hui)度(du)(從0(黑(hei)色(se)(se))到255(白色(se)(se))，可以改善黑(hei)暗照區域的(de)(de)(de)對比度(du)。假設這(zhe)些代(dai)表孔隙占據的(de)(de)(de)部分，淺色(se)(se)區域與(yu)固體(ti)基質(活(huo)(huo)性炭(tan))有(you)(you)關。這(zhe)個想法是，每個象素(su)的(de)(de)(de)灰(hui)(hui)(hui)度(du)值(zhi)被(bei)跟蹤(來自黑(hei)色(se)(se))并積累以獲得體(ti)積分數 ε γ 暗像(xiang)(xiang)素(su)。其(qi)次，所有(you)(you)具有(you)(you)等(deng)于(yu)或小于(yu)閾值(zhi)的(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)素(su)都被(bei)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)為(wei)(wei)白色(se)(se)(被(bei)孔占據的(de)(de)(de)空(kong)間(jian))，而具有(you)(you)較高值(zhi)的(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)素(su)則被(bei)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)為(wei)(wei)黑(hei)色(se)(se)(實心矩陣)。*后，應用濾波器(qi)來增強輪廓的(de)(de)(de)定義。該(gai)程(cheng)序(xu)允許我們獲得*終的(de)(de)(de)二值(zhi)圖(tu)像(xiang)(xiang)，其(qi)中白色(se)(se)和(he)總像(xiang)(xiang)素(su)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)比例等(deng)于(yu)活(huo)(huo)性炭(tan)的(de)(de)(de)孔隙率(lv)。事實上，來自SEM顯微照片的(de)(de)(de)處(chu)理(li)圖(tu)像(xiang)(xiang)提供了(le)解決閉合問題的(de)(de)(de)領域。

　　從整個(ge)研究來看，活性炭吸附吡啶(ding)的(de)濃度衰減曲線。發(fa)現總有效擴(kuo)散系數是吡啶(ding)濃度平衡時的(de)增加函數，主要(yao)是由于有效的(de)表(biao)面(mian)擴(kuo)散比孔體積擴(kuo)散做出了更大的(de)貢獻。此外，點表(biao)面(mian)擴(kuo)散系數可以通過使(shi)用(yong)簡單的(de)微結(jie)構幾何(he)模型粗略估計。