活性炭摻雜二氧(yang)化鈦(tai)的介電研(yan)究

　　本文介(jie)紹了活性炭與二氧化鈦混合的介(jie)電研(yan)究(jiu)TiO 2不同摩爾比(bi)壓丸中(zhong)的介(jie)電響應(ying)研(yan)究(jiu)將樣品(pin)置于氮氣和氦氣氛中(zhong)，并在50個Hz至(zhi)5MHz從室溫到723K研(yan)究(jiu)復合材料的電性能。

　　二(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)鈦(tai)(tai)因其(qi)物理(li)化(hua)學性(xing)(xing)(xing)(xing)質而被(bei)(bei)廣泛研究，使其(qi)成(cheng)為(wei)各種應用的(de)(de)(de)合(he)適材(cai)(cai)料(liao)(。它(ta)(ta)是一種光敏半導體(ti)，吸收近紫外線(xian)區域的(de)(de)(de)電磁輻射，化(hua)學性(xing)(xing)(xing)(xing)質非常(chang)穩定。由于(yu)(yu)(yu)上述特點，它(ta)(ta)是*常(chang)用的(de)(de)(de)光催化(hua)劑(ji)，目前用于(yu)(yu)(yu)水(shui)凈化(hua)過程中有(you)機分(fen)子的(de)(de)(de)降解(jie)。它(ta)(ta)還被(bei)(bei)用作白色顏料(liao)、防腐涂(tu)料(liao)、氣體(ti)傳感器，通(tong)常(chang)用于(yu)(yu)(yu)陶瓷工業。該化(hua)合(he)物有(you)三(san)個(ge)晶(jing)相：金(jin)紅石（四方結(jie)構）、銳鈦(tai)(tai)礦(kuang)（八面結(jie)構）和板(ban)鈦(tai)(tai)礦(kuang)（斜方晶(jing)結(jie)構）。根據靜電價格原理(li)的(de)(de)(de)要(yao)求，每個(ge)氧(yang)(yang)原子由三(san)個(ge)八面體(ti)共享。對于(yu)(yu)(yu)二(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)鈦(tai)(tai)摻雜(za)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)，已(yi)證明(ming)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)適合(he)作為(wei)外部(bu)原子，其(qi)中摻入3.2eV(純(chun)(chun)鈦(tai)(tai)礦(kuang))帶隙至2.32eV(碳摻雜(za)相)所需(xu)的(de)(de)(de)波長(chang)已(yi)增加到535納米。因此，與活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)混(hun)合(he)的(de)(de)(de)二(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)鈦(tai)(tai)比純(chun)(chun)二(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)鈦(tai)(tai)更有(you)效。因為(wei)這個(ge)報(bao)告中的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)TiO 2的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)基體(ti)也預計會影響(xiang)(xiang)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)介電性(xing)(xing)(xing)(xing)能。因此，本文(wen)研究了碳雜(za)質對氧(yang)(yang)化(hua)鈦(tai)(tai)電性(xing)(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)，從商業粉末和不同摩爾分(fen)數的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)中實現了該復合(he)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)電性(xing)(xing)(xing)(xing)能。

　　實驗程序

　　為(wei)了制備(bei)與(yu)活性炭(tan)樣品混合的(de)(de)(de)TiO 2，使用TiO 2純(chun)度(du)為(wei)99.5%的(de)(de)(de)銳鈦礦相粒徑(jing)為(wei)21nm活性炭(tan)粉。化(hua)學(xue)計(ji)量(liang)計(ji)算(suan)(suan)已經計(ji)算(suan)(suan)并獲得X = 0.09,0.04,0.03和0.摩(mo)爾分數02所需的(de)(de)(de)量(liang)。過程結束后，將前體手工浸泡(pao)在瑪瑙研缽中約3小(xiao)時，直至均勻(yun)。在室溫下(xia)將獲得的(de)(de)(de)化(hua)合物壓制成(cheng)液壓機中的(de)(de)(de)丸劑(ji)形式。分光計(ji)中復合材料的(de)(de)(de)紅外(wai)光譜(pu)FTIR標記Shimadzu Prestige 21上用含有樣噲?平(ping)衡。在pH活性炭(tan)對水溶(rong)液中吡啶的(de)(de)(de)吸(xi)附能力*高。因此(ci)，選擇該pH研究活性炭(tan)上吡啶的(de)(de)(de)吸(xi)附率。

　　初(chu)始(shi)吡(bi)啶(ding)濃度(du)從(cong)20到(dao)(dao)10000mg / L不等。吡(bi)啶(ding)溶(rong)液(ye)與活(huo)性(xing)炭顆粒保(bao)持接觸，直至(zhi)達到(dao)(dao)平衡。定期測量(liang)(liang)溶(rong)液(ye)pH值，并通過適當添(tian)加0.01和0.1M的(de)HCl和NaOH保(bao)持溶(rong)液(ye)恒定。達到(dao)(dao)平衡后，溶(rong)液(ye)中(zhong)吡(bi)啶(ding)的(de)濃度(du)通過分光光度(du)法(fa)測定，平衡吸附(fu)(fu)的(de)吡(bi)啶(ding)質量(liang)(liang)通過使(shi)吡(bi)啶(ding)的(de)質量(liang)(liang)平衡計算。在之前沒有活(huo)性(xing)炭的(de)運行(xing)中(zhong)，證明吡(bi)啶(ding)不吸附(fu)(fu)在尼龍袋上。

　　測定水溶液中吡啶濃度(du)

　　通(tong)過UV-水溶(rong)(rong)液(ye)中測定水溶(rong)(rong)液(ye)中吡(bi)啶(ding)的濃(nong)度(du)。UV-24960分光(guang)光(guang)度(du)計(ji).5nm吡(bi)啶(ding)溶(rong)(rong)液(ye)的吸(xi)光(guang)啶(ding)溶(rong)(rong)液(ye)的吸(xi)光(guang)度(du)。因此，濃(nong)度(du)范圍為10-50mg / L樣(yang)品(pin)的吡(bi)啶(ding)濃(nong)度(du)由五(wu)種(zhong)標準(zhun)吡(bi)啶(ding)溶(rong)(rong)液(ye)制備的校(xiao)準(zhun)曲線(xian)(吸(xi)光(guang)對(dui)濃(nong)度(du))估(gu)算。

　　獲取吸(xi)附數(shu)據(ju)的方法

　　利用旋(xuan)轉籃式批次吸(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)器(qi)獲得吡啶在活(huo)性炭上(shang)(shang)的(de)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)濃度分布。吸(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)器(qi)1L三(san)頸反應燒瓶和葉片由(you)不(bu)銹鋼籃的(de)葉輪組成。將吡啶溶液倒入(ru)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)器(qi)中，將活(huo)性炭顆粒放入(ru)連(lian)接到變速電機的(de)軸上(shang)(shang)的(de)不(bu)銹鋼網籃中。將吸(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)器(qi)部分浸入(ru)恒溫浴(yu)中。

　　適(shi)(shi)當混合0.01N HCl和NaOH溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)來制備(bei)pH = 10的(de)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(800-980mL)并加(jia)入(ru)吸附(fu)器。活性炭(1-5g)籃子放在幾個轉(zhuan)速條件(100，150，200rpm)下。適(shi)(shi)當添(tian)加(jia)0.01和0.1N NaOH控制溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)的(de)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)pH。直到(dao)溫度(du)(du)(du)(du)和活性炭保持(chi)接(jie)觸pH保持(chi)恒(heng)(heng)定(ding)。然后(hou)關閉攪拌器，迅速將已知濃(nong)度(du)(du)(du)(du)提(ti)高到(dao)pH = 將吡(bi)(bi)啶溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)等(deng)分(fen)樣(yang)品(pin)倒入(ru)吸附(fu)劑溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)中(zhong)，以(yi)獲得所需(xu)的(de)初(chu)始濃(nong)度(du)(du)(du)(du)。溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)后(hou)，溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)總體(ti)積(ji)(ji)為1L。立即啟動葉輪電機和計時器。用(yong)pH對溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)進行監測pH以(yi)上調整值。加(jia)入(ru)的(de)NaOH溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)總體(ti)積(ji)(ji)小于2mL，占總體(ti)積(ji)(ji)的(de)0.1%。定(ding)期取(qu)樣(yang)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(5)mL)并分(fen)析確定(ding)吡(bi)(bi)啶濃(nong)度(du)(du)(du)(du)。取(qu)樣(yang)時間(jian)分(fen)別為0、1、3、5、10、15、20、25、30、40、60、90、150和180分(fen)鐘。取(qu)樣(yang)后(hou)立即加(jia)5mL補充溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)使吸附(fu)劑溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)(1)L)總體(ti)積(ji)(ji)保持(chi)恒(heng)(heng)定(ding)。補充溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)(ye)的(de)濃(nong)度(du)(du)(du)(du)是平(ping)衡(heng)初(chu)始濃(nong)度(du)(du)(du)(du)和*終濃(nong)度(du)(du)(du)(du)的(de)平(ping)均(jun)值。添(tian)加(jia)劑的(de)目的(de)是取(qu)代(dai)樣(yang)品(pin)中(zhong)取(qu)出的(de)吡(bi)(bi)啶的(de)質(zhi)量。

　　圖像處理(li)和數值(zhi)解(jie)決(jue)方(fang)案

　　用(yong)2400倍(bei)放(fang)大(da)倍(bei)數掃描(miao)電(dian)子顯微鏡(jing)檢(jian)查活性炭(tan)的(de)形(xing)狀。圖(tu)像(xiang)(xiang)用(yong)圖(tu)像(xiang)(xiang)處理(li)工具(ju)(ju)箱處理(li)。程序(xu)如(ru)下。首先，通過(guo)將灰度轉(zhuan)化為灰度(從0(黑色(se)(se)(se))到255(白色(se)(se)(se))，可以改善黑暗(an)照區(qu)域(yu)的(de)對比度。假(jia)設這(zhe)些代表孔隙(xi)占據的(de)部分，淺色(se)(se)(se)區(qu)域(yu)與固體基質(zhi)(活性炭(tan))有(you)關。這(zhe)個(ge)(ge)想法是，每個(ge)(ge)象素(su)的(de)灰度值(zhi)被(bei)跟蹤(zong)(來自黑色(se)(se)(se))并積累以獲得體積分數 ε γ 暗(an)像(xiang)(xiang)素(su)。其(qi)次，所有(you)具(ju)(ju)有(you)等于(yu)(yu)或小于(yu)(yu)閾值(zhi)的(de)像(xiang)(xiang)素(su)都被(bei)轉(zhuan)換為白色(se)(se)(se)(被(bei)孔占據的(de)空間(jian)(jian))，而具(ju)(ju)有(you)較高值(zhi)的(de)像(xiang)(xiang)素(su)則(ze)被(bei)轉(zhuan)換為黑色(se)(se)(se)(實心矩陣)。*后，應用(yong)濾波(bo)器來增強輪廓的(de)定義。該程序(xu)允許我們獲得*終(zhong)的(de)二(er)值(zhi)圖(tu)像(xiang)(xiang)，其(qi)中白色(se)(se)(se)和總像(xiang)(xiang)素(su)之間(jian)(jian)的(de)比例(li)等于(yu)(yu)活性炭(tan)的(de)孔隙(xi)率。事實上，來自SEM顯微照片的(de)處理(li)圖(tu)像(xiang)(xiang)提供了解決閉(bi)合(he)問題(ti)的(de)領(ling)域(yu)。

　　從整個研究來看，活性(xing)炭吸附吡啶的(de)(de)濃度衰(shuai)減曲線(xian)。發現總有(you)效擴散(san)系(xi)數(shu)是(shi)吡啶濃度平(ping)衡時的(de)(de)增加函數(shu)，主要是(shi)由于有(you)效的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)擴散(san)比孔體積擴散(san)做出了更大的(de)(de)貢獻。此外，點(dian)表(biao)(biao)面(mian)擴散(san)系(xi)數(shu)可以(yi)通過使用(yong)簡單的(de)(de)微結構幾何(he)模型粗(cu)略估計(ji)。