活性炭摻雜二氧化鈦的介電研究

　　本文介紹了活性炭與二氧化鈦混合的介電研究TiO 2不同摩爾比壓丸中的介電響應(yīng)研究將樣品置于氮氣和氦氣氛中，并在50個Hz至5MHz從室溫到723K研究復(fù)合材料的電性能。

　　二氧化鈦因其物理化學(xué)性質(zhì)而被廣泛研究，使其成為各種應(yīng)用的合適材料(。它是一種光敏半導(dǎo)體，吸收近紫外線區(qū)域的電磁輻射，化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定。由于上述特點，它是*常用的光催化劑，目前用于水凈化過程中有機分子的降解。它還被用作白色顏料、防腐涂料、氣體傳感器，通常用于陶瓷工業(yè)。該化合物有三個晶相：金紅石（四方結(jié)構(gòu)）、銳鈦礦（八面結(jié)構(gòu)）和板鈦礦（斜方晶結(jié)構(gòu)）。根據(jù)靜電價格原理的要求，每個氧原子由三個八面體共享。對于二氧化鈦摻雜活性炭，已證明活性炭適合作為外部原子，其中摻入3.2eV(純鈦礦)帶隙至2.32eV(碳摻雜相)所需的波長已增加到535納米。因此，與活性炭混合的二氧化鈦比純二氧化鈦更有效。因為這個報告中的活性炭TiO 2的影響基體也預(yù)計會影響材料的介電性能。因此，本文研究了碳雜質(zhì)對氧化鈦電性能的影響，從商業(yè)粉末和不同摩爾分數(shù)的活性炭中實現(xiàn)了該復(fù)合材料的電性能。

　　實驗程序

　　為了制備與活性炭樣品混合的TiO 2，使用TiO 2純度為99.5%的銳鈦礦相粒徑為21nm活性炭粉。化學(xué)計量計算已經(jīng)計算并獲得X = 0.09,0.04,0.03和0.摩爾分數(shù)02所需的量。過程結(jié)束后，將前體手工浸泡在瑪瑙研缽中約3小時，直至均勻。在室溫下將獲得的化合物壓制成液壓機中的丸劑形式。分光計中復(fù)合材料的紅外光譜FTIR標記Shimadzu Prestige 21上用含有樣噲?平衡。在pH活性炭對水溶液中吡啶的吸附能力*高。因此，選擇該pH研究活性炭上吡啶的吸附率。

　　初始吡啶濃度從20到10000mg / L不等。吡啶溶液與活性炭顆粒保持接觸，直至達到平衡。定期測量溶液pH值，并通過適當(dāng)添加0.01和0.1M的HCl和NaOH保持溶液恒定。達到平衡后，溶液中吡啶的濃度通過分光光度法測定，平衡吸附的吡啶質(zhì)量通過使吡啶的質(zhì)量平衡計算。在之前沒有活性炭的運行中，證明吡啶不吸附在尼龍袋上。

　　測定水溶液中吡啶濃度

　　通過UV-水溶液中測定水溶液中吡啶的濃度。UV-24960分光光度計.5nm吡啶溶液的吸光啶溶液的吸光度。因此，濃度范圍為10-50mg / L樣品的吡啶濃度由五種標準吡啶溶液制備的校準曲線(吸光對濃度)估算。

　　獲取吸附數(shù)據(jù)的方法

　　利用旋轉(zhuǎn)籃式批次吸附器獲得吡啶在活性炭上的吸附濃度分布。吸附器1L三頸反應(yīng)燒瓶和葉片由不銹鋼籃的葉輪組成。將吡啶溶液倒入吸附器中，將活性炭顆粒放入連接到變速電機的軸上的不銹鋼網(wǎng)籃中。將吸附器部分浸入恒溫浴中。

　　適當(dāng)混合0.01N HCl和NaOH溶液來制備pH = 10的溶液(800-980mL)并加入吸附器?；钚蕴?1-5g)籃子放在幾個轉(zhuǎn)速條件(100，150，200rpm)下。適當(dāng)添加0.01和0.1N NaOH控制溶液的溶液pH。直到溫度和活性炭保持接觸pH保持恒定。然后關(guān)閉攪拌器，迅速將已知濃度提高到pH = 將吡啶溶液等分樣品倒入吸附劑溶液中，以獲得所需的初始濃度。溶液后，溶液總體積為1L。立即啟動葉輪電機和計時器。用pH對溶液進行監(jiān)測pH以上調(diào)整值。加入的NaOH溶液總體積小于2mL，占總體積的0.1%。定期取樣溶液(5)mL)并分析確定吡啶濃度。取樣時間分別為0、1、3、5、10、15、20、25、30、40、60、90、150和180分鐘。取樣后立即加5mL補充溶液使吸附劑溶液(1)L)總體積保持恒定。補充溶液的濃度是平衡初始濃度和*終濃度的平均值。添加劑的目的是取代樣品中取出的吡啶的質(zhì)量。

　　圖像處理和數(shù)值解決方案

　　用2400倍放大倍數(shù)掃描電子顯微鏡檢查活性炭的形狀。圖像用圖像處理工具箱處理。程序如下。首先，通過將灰度轉(zhuǎn)化為灰度(從0(黑色)到255(白色)，可以改善黑暗照區(qū)域的對比度。假設(shè)這些代表孔隙占據(jù)的部分，淺色區(qū)域與固體基質(zhì)(活性炭)有關(guān)。這個想法是，每個象素的灰度值被跟蹤(來自黑色)并積累以獲得體積分數(shù) ε γ 暗像素。其次，所有具有等于或小于閾值的像素都被轉(zhuǎn)換為白色(被孔占據(jù)的空間)，而具有較高值的像素則被轉(zhuǎn)換為黑色(實心矩陣)。*后，應(yīng)用濾波器來增強輪廓的定義。該程序允許我們獲得*終的二值圖像，其中白色和總像素之間的比例等于活性炭的孔隙率。事實上，來自SEM顯微照片的處理圖像提供了解決閉合問題的領(lǐng)域。

　　從整個研究來看，活性炭吸附吡啶的濃度衰減曲線。發(fā)現(xiàn)總有效擴散系數(shù)是吡啶濃度平衡時的增加函數(shù)，主要是由于有效的表面擴散比孔體積擴散做出了更大的貢獻。此外，點表面擴散系數(shù)可以通過使用簡單的微結(jié)構(gòu)幾何模型粗略估計。