活性炭摻雜二氧化鈦的介(jie)電研(yan)究

　　本文介(jie)紹了(le)活(huo)性(xing)(xing)炭與二氧化鈦混合的介(jie)電研究TiO 2不(bu)同(tong)摩爾比壓丸(wan)中的介(jie)電響(xiang)應(ying)研究將(jiang)樣品(pin)置于氮(dan)氣和氦(hai)氣氛中，并在(zai)50個Hz至5MHz從室溫(wen)到723K研究復合材(cai)料的電性(xing)(xing)能。

　　二氧化鈦(tai)(tai)因(yin)(yin)其物(wu)理(li)(li)化學(xue)性(xing)質而被廣泛研(yan)究，使其成為各種(zhong)應用的(de)(de)合適(shi)材料(liao)(。它是一(yi)種(zhong)光敏半導體(ti)(ti)，吸收近紫外(wai)線區域的(de)(de)電(dian)(dian)磁輻射，化學(xue)性(xing)質非(fei)常穩(wen)定。由于上述特點(dian)，它是*常用的(de)(de)光催化劑，目前用于水凈化過程(cheng)中(zhong)有(you)機分子的(de)(de)降解。它還被用作(zuo)白色顏料(liao)、防(fang)腐(fu)涂料(liao)、氣體(ti)(ti)傳感器，通常用于陶(tao)瓷工(gong)業。該化合物(wu)有(you)三(san)個晶相：金紅石（四方(fang)結(jie)構）、銳鈦(tai)(tai)礦(kuang)（八(ba)面(mian)結(jie)構）和(he)板鈦(tai)(tai)礦(kuang)（斜方(fang)晶結(jie)構）。根據(ju)靜電(dian)(dian)價(jia)格原理(li)(li)的(de)(de)要求(qiu)，每個氧原子由三(san)個八(ba)面(mian)體(ti)(ti)共(gong)享。對于二氧化鈦(tai)(tai)摻(chan)雜(za)活(huo)性(xing)炭，已證明(ming)活(huo)性(xing)炭適(shi)合作(zuo)為外(wai)部原子，其中(zhong)摻(chan)入(ru)3.2eV(純(chun)(chun)鈦(tai)(tai)礦(kuang))帶隙至2.32eV(碳摻(chan)雜(za)相)所需(xu)的(de)(de)波長已增加到(dao)535納米(mi)。因(yin)(yin)此，與(yu)活(huo)性(xing)炭混合的(de)(de)二氧化鈦(tai)(tai)比純(chun)(chun)二氧化鈦(tai)(tai)更有(you)效。因(yin)(yin)為這(zhe)個報告中(zhong)的(de)(de)活(huo)性(xing)炭TiO 2的(de)(de)影響基體(ti)(ti)也預計(ji)會影響材料(liao)的(de)(de)介(jie)電(dian)(dian)性(xing)能(neng)。因(yin)(yin)此，本文研(yan)究了碳雜(za)質對氧化鈦(tai)(tai)電(dian)(dian)性(xing)能(neng)的(de)(de)影響，從商業粉(fen)末(mo)和(he)不同(tong)摩爾分數的(de)(de)活(huo)性(xing)炭中(zhong)實現了該復合材料(liao)的(de)(de)電(dian)(dian)性(xing)能(neng)。

　　實驗程序

　　為了制備(bei)與活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)樣品混合(he)的(de)(de)TiO 2，使用TiO 2純度為99.5%的(de)(de)銳鈦(tai)礦相粒徑為21nm活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)粉(fen)。化(hua)學計量計算(suan)已(yi)經計算(suan)并獲得X = 0.09,0.04,0.03和0.摩(mo)爾分(fen)數02所(suo)需的(de)(de)量。過程結束后，將前體手工浸泡(pao)在瑪瑙研缽中(zhong)(zhong)約3小時(shi)，直至均勻(yun)。在室溫下將獲得的(de)(de)化(hua)合(he)物壓制成(cheng)液壓機(ji)中(zhong)(zhong)的(de)(de)丸劑形式(shi)。分(fen)光(guang)計中(zhong)(zhong)復合(he)材(cai)料的(de)(de)紅外光(guang)譜FTIR標(biao)記Shimadzu Prestige 21上(shang)用含(han)有樣噲?平(ping)衡。在pH活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)對水溶(rong)液中(zhong)(zhong)吡啶的(de)(de)吸附(fu)能力*高。因此，選擇(ze)該pH研究活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)上(shang)吡啶的(de)(de)吸附(fu)率(lv)。

　　初始吡啶(ding)濃(nong)度(du)從20到10000mg / L不(bu)(bu)等。吡啶(ding)溶(rong)(rong)液(ye)與(yu)活性(xing)炭(tan)顆粒保持(chi)接觸(chu)，直至達到平衡。定期測量溶(rong)(rong)液(ye)pH值，并(bing)通過適當添加(jia)0.01和0.1M的(de)HCl和NaOH保持(chi)溶(rong)(rong)液(ye)恒定。達到平衡后，溶(rong)(rong)液(ye)中吡啶(ding)的(de)濃(nong)度(du)通過分光光度(du)法(fa)測定，平衡吸附的(de)吡啶(ding)質(zhi)量通過使吡啶(ding)的(de)質(zhi)量平衡計算。在之前沒有活性(xing)炭(tan)的(de)運行中，證(zheng)明吡啶(ding)不(bu)(bu)吸附在尼(ni)龍袋上。

　　測定水溶液(ye)中(zhong)吡(bi)啶(ding)濃度

　　通(tong)過(guo)UV-水(shui)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)中測(ce)定水(shui)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)中吡(bi)(bi)啶(ding)的(de)(de)濃(nong)度。UV-24960分光(guang)(guang)光(guang)(guang)度計.5nm吡(bi)(bi)啶(ding)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)的(de)(de)吸光(guang)(guang)啶(ding)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)的(de)(de)吸光(guang)(guang)度。因此，濃(nong)度范圍為10-50mg / L樣品的(de)(de)吡(bi)(bi)啶(ding)濃(nong)度由五種標準吡(bi)(bi)啶(ding)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)制備的(de)(de)校準曲線(xian)(吸光(guang)(guang)對濃(nong)度)估算。

　　獲取吸附數(shu)據的(de)方(fang)法

　　利用旋轉籃式(shi)批次吸(xi)附(fu)(fu)器(qi)(qi)獲得吡啶(ding)在(zai)活性炭上(shang)的吸(xi)附(fu)(fu)濃度分(fen)布。吸(xi)附(fu)(fu)器(qi)(qi)1L三頸反應燒瓶和葉片(pian)由(you)不銹(xiu)鋼籃的葉輪組成(cheng)。將吡啶(ding)溶液倒(dao)入吸(xi)附(fu)(fu)器(qi)(qi)中，將活性炭顆(ke)粒(li)放入連接到(dao)變速(su)電機的軸上(shang)的不銹(xiu)鋼網籃中。將吸(xi)附(fu)(fu)器(qi)(qi)部分(fen)浸(jin)入恒溫浴中。

　　適(shi)當(dang)混合0.01N HCl和(he)(he)NaOH溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)來制備(bei)pH = 10的(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(800-980mL)并加(jia)入(ru)吸附器(qi)。活性炭(1-5g)籃子放在(zai)幾(ji)個轉(zhuan)速(su)條件(100，150，200rpm)下。適(shi)當(dang)添加(jia)0.01和(he)(he)0.1N NaOH控(kong)制溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)的(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)pH。直到(dao)溫(wen)度(du)(du)和(he)(he)活性炭保持接觸pH保持恒定(ding)(ding)。然后(hou)關閉攪拌器(qi)，迅速(su)將(jiang)已知濃(nong)度(du)(du)提高到(dao)pH = 將(jiang)吡(bi)(bi)啶溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)等分(fen)(fen)樣(yang)(yang)品(pin)倒入(ru)吸附劑(ji)(ji)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)中，以(yi)獲得(de)所需的(de)(de)初始(shi)濃(nong)度(du)(du)。溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)后(hou)，溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)總(zong)體積為(wei)1L。立即啟動葉輪(lun)電機和(he)(he)計(ji)時(shi)(shi)器(qi)。用pH對(dui)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)進(jin)行監測pH以(yi)上調(diao)整值。加(jia)入(ru)的(de)(de)NaOH溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)總(zong)體積小于2mL，占總(zong)體積的(de)(de)0.1%。定(ding)(ding)期取(qu)樣(yang)(yang)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(5)mL)并分(fen)(fen)析確定(ding)(ding)吡(bi)(bi)啶濃(nong)度(du)(du)。取(qu)樣(yang)(yang)時(shi)(shi)間分(fen)(fen)別為(wei)0、1、3、5、10、15、20、25、30、40、60、90、150和(he)(he)180分(fen)(fen)鐘。取(qu)樣(yang)(yang)后(hou)立即加(jia)5mL補(bu)充溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)使吸附劑(ji)(ji)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)(1)L)總(zong)體積保持恒定(ding)(ding)。補(bu)充溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)的(de)(de)濃(nong)度(du)(du)是平衡初始(shi)濃(nong)度(du)(du)和(he)(he)*終濃(nong)度(du)(du)的(de)(de)平均(jun)值。添加(jia)劑(ji)(ji)的(de)(de)目的(de)(de)是取(qu)代樣(yang)(yang)品(pin)中取(qu)出的(de)(de)吡(bi)(bi)啶的(de)(de)質量。

　　圖像處理和(he)數值解決方案

　　用(yong)2400倍放大(da)倍數掃描電(dian)子顯(xian)(xian)微鏡檢(jian)查活性(xing)炭的(de)形狀。圖像(xiang)用(yong)圖像(xiang)處(chu)理工具(ju)箱處(chu)理。程(cheng)序如下。首先(xian)，通過將(jiang)灰(hui)(hui)度(du)轉化為灰(hui)(hui)度(du)(從0(黑(hei)色(se)(se)(se))到(dao)255(白(bai)色(se)(se)(se))，可(ke)以改善黑(hei)暗照區(qu)域的(de)對比度(du)。假設這(zhe)些代表孔隙占據的(de)部分(fen)，淺色(se)(se)(se)區(qu)域與固體基質(活性(xing)炭)有關(guan)。這(zhe)個(ge)想法是(shi)，每個(ge)象素(su)的(de)灰(hui)(hui)度(du)值(zhi)被(bei)跟蹤(zong)(來(lai)自黑(hei)色(se)(se)(se))并積(ji)累以獲得體積(ji)分(fen)數 ε γ 暗像(xiang)素(su)。其次(ci)，所有具(ju)有等(deng)于(yu)或小(xiao)于(yu)閾值(zhi)的(de)像(xiang)素(su)都被(bei)轉換(huan)為白(bai)色(se)(se)(se)(被(bei)孔占據的(de)空(kong)間)，而具(ju)有較高值(zhi)的(de)像(xiang)素(su)則被(bei)轉換(huan)為黑(hei)色(se)(se)(se)(實(shi)心矩陣)。*后，應(ying)用(yong)濾波(bo)器來(lai)增強輪(lun)廓的(de)定(ding)義。該程(cheng)序允許我(wo)們(men)獲得*終的(de)二(er)值(zhi)圖像(xiang)，其中(zhong)白(bai)色(se)(se)(se)和總像(xiang)素(su)之間的(de)比例等(deng)于(yu)活性(xing)炭的(de)孔隙率。事實(shi)上，來(lai)自SEM顯(xian)(xian)微照片的(de)處(chu)理圖像(xiang)提供了解決閉合(he)問題的(de)領域。

　　從整(zheng)個(ge)研究來看(kan)，活性炭吸附(fu)吡啶的(de)(de)(de)濃(nong)度(du)衰(shuai)減曲線(xian)。發(fa)現總有效擴(kuo)散(san)系數是吡啶濃(nong)度(du)平衡時的(de)(de)(de)增加函數，主要是由(you)于有效的(de)(de)(de)表面擴(kuo)散(san)比孔體積(ji)擴(kuo)散(san)做出了更大(da)的(de)(de)(de)貢(gong)獻。此外，點表面擴(kuo)散(san)系數可以通過使用簡單的(de)(de)(de)微結構(gou)幾何模型粗略估計。