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研究生： 王煒仁
論文名稱： 新型光觸媒複合材料降解有機樹脂之研究
指導教授： 王竹方
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 原子科學院 - 生醫工程與環境科學系
Department of Biomedical Engineering and Environmental Sciences
論文出版年： 2005
畢業學年度： 93
語文別： 中文
論文頁數： 79
中文關鍵詞： 二氧化鈦 、光觸媒 、氟化鋇 、樹脂
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    • 本研究目的在製備創新的輻射敏感型光觸媒複合材料，以化學合成方式組合二氧化鈦(TiO2)、閃爍體與陶瓷粉基材，藉由擔體來負載奈米微粒，可以克服奈米級TiO2固定化及分散性的問題。而為了解決傳統光觸媒光源穿透性不佳的缺點，本實驗將氟化鋇(BaF2)合成於光觸媒中，利用BaF2的閃爍體特性，將具有高穿透性之輻射源轉換為光觸媒可接受的激發能量，預期可以獲得縱深且全面之光催化效果。另外，本實驗使用ICP-AES、DLS、BET與SEM等儀器作基本的光觸媒性質鑑定，並以甲基藍染料及樹脂等有機物作光觸媒的性能鑑定。實驗發現，自行合成的輻射敏感型光觸媒複合材料不僅能有效分解甲基藍，更能進一步分解核電廠所使用的樹脂，解決部分有關核廢料的處理問題。本研究期許未來能將此光觸媒複合材料應用於更廣泛的環境復育議題之中，為環境友善(Environment Friendly)科技貢獻一分心力。

    73 目錄 第一章 前言.......................................1 1.1研究緣起....................................1 1.2研究目的及內容..............................1 第二章 文獻回顧...................................4 2.1 TiO2基本性質與催化反應原理..................6 2.2奈米級TiO2光觸媒製備....................... 11 2.3傳統光觸媒的缺點............................19 2.4閃爍體簡介................................. 22 2.5離子交換樹脂簡介........................... 23 2.6輻射廢樹脂................................. 25 第三章 實驗內容與方法............................ 28 3.1 實驗目的與設計............................. 28 3.2 實驗藥品與相關儀器......................... 29 3.3光觸媒製備................................. 31 3.3.1奈米級TiO2光觸媒製備.................. 31 3.3.2奈米級TiO2/BaF2光觸媒製備.............. 32 3.4光觸媒性能鑑定............................. 33 3.4.1 UV光催化測試......................... 33 3.4.2 60Co輻射光催化樹脂於不同pH值......... 34 3.4.3 60Co輻射結合超音波震盪光催化樹脂於pH9下 ............................................35 3.4.4 60Co輻射光催化多量樹脂於pH9下........ 36 3.4.5 Fenton結合超音波震盪催化樹脂......... 37 3.4.6 Fenton結合超音波、輻射與光觸媒降解樹脂.38 3.4.7 ICP-AES分析鑑定...................... 38 3.4.8 DLS分析鑑定...........................40 3.4.9比表面積及孔隙度分析儀鑑定............ 41 3.4.10 SEM分析鑑定......................... 42 3.4.11 UV 光╱可見光吸收光譜儀分析.......... 44 第四章 結果與討論................................ 46 4.1 光觸媒複合材料性質鑑定..................... 46 4.1.1 ICP-AES鑑定分析...................... 46 4.1.2 DLS粒徑鑑定分析...................... 47 4.1.3 比表面積及孔隙度分析.................. 48 4.1.4 SEM分析............................. 48 4.2 光觸媒性能鑑定............................. 54 4.2.1 UV-Vis光譜儀分析..................... 54 4.2.2 TOC與重量分析........................ 55 4.2.3 SEM鑑定分析.......................... 65 4.2.4 數位影像鑑定分析..................... 70 4.2.5 HPLC鑑定分析......................... 72 第五章 結論與建議............................... 75 參考文獻......................................... 77 表目錄 表2-1 粒子粒徑與其原子表面關係...................13 表2-2不同pH值緩衝溶液以及所得的TiO2表面積與粒徑大 小......................................... 18 表2-3以四氯化鈦為前驅物之合成方法文獻整理....... 19 表4-1 陶瓷基材與光觸媒金屬成份分析(mg/g)......... 47 表4-2 不同分解樹脂方法優、缺表................... 74 圖目錄 圖1-1實驗流程圖.................................. 3 圖2-1 TiO2金紅石與銳鈦礦的結晶結構................. 6 圖2-2 TiO2相圖.....................................7 圖2-3不同的半導體材料能階圖...................... 8 圖2-4 Honda-Fujishima effect示意圖................ 8 圖2-5 TiO2光催化反應機制動力學................... 10 圖2-6 粒子大小與能階間的關係..................... 11 圖2-7 固體受光激發產生路徑示意圖................. 12 圖2.8 輻射閃爍體激發光觸媒示意圖................. 22 圖2-9 摻雜活化體之閃爍晶體能帶結構............... 23 圖2-10 一般常見陰陽離子樹脂官能基................ 25 圖3-1 X射線激發BaF2所產生之放光光譜..............29 圖3-2奈米級TiO2光觸媒製備流程示意圖............. 32 圖3-3奈米級TiO2/BaF2光觸媒製備流程圖............. 33 圖3-4 光觸媒UV光源反應裝置...................... 34 圖3-5 光觸媒輻射光源反應裝置..................... 37 圖3-6 產物樣品消化前處理流程圖................... 39 圖3-7 典型的ICP-AES構造簡圖......................40 圖4-1 Merck BaF2晶體之SEM影像(放大倍率為8,000倍) ...................... 49 圖4-2 光觸媒(陶瓷粉/BaF2/TiO2)之SEM影像(放大倍率為 8,000倍).................................. 50 圖4-3 光觸媒(陶瓷粉/BaF2/TiO2)之SEM影像(放大倍率為 1,500倍).................................. 50 圖4-4 光觸媒(陶瓷粉/BaF2/TiO2)之SEM影像(放大倍率為60,000倍) ................................51 圖4-5 BaF2晶體附近之TiO2奈米晶體SEM影像(放大倍率為300,000倍)............................... 52 圖4-6 分解前的樹脂球外貌之SEM影像(放大倍率為150 倍)...................................... 53 圖4-7分解前的樹脂碎片之SEM影像(放大倍率為300倍) ........................................... 53 圖4-8以UV光源催化光觸媒複合材料分解10ppm MB之降解 速率....................................... 55 圖4-9不同pH值水溶液下以60Co輻射催化光觸媒降解樹脂 之(a) TOC 分析 (b)重量分析..................56 圖4-10 在pH9條件下以60Co輻射結合超音波震盪催化光觸 媒降解樹脂之TOC與重量分析................59 圖4-11 在pH9條件下以60Co輻射催化光觸媒降解樹脂之TOC 與重量分析............................... 60 圖4-12 使用Fenton法結合超音波震盪催化降解樹脂....62 圖4-13 使用不同方法分解樹脂之 (a)TOC分析 (b)重量分 析....................................... 64 圖4-14以Fenton結合超音波法降解樹脂於(A)1小時下(B)1.5小時下(C)2小時下之SEM影像.........66 圖4-15在pH9條件下以60Co輻射催化光觸媒降解樹脂於(A) 0小時樹脂球(B)5小時樹脂球(C-1)15小時樹脂球(C-2)15小時樹脂碎片(D)25小時樹脂球之SEM影像........................................69 圖4-16 礦化樹脂完全後之光觸媒SEM影像(放大倍率為 150,000倍)............................... 70 圖4-17 使用Fenton法結合超音波震盪催化降解樹脂之數位 影像圖................................... 71 圖4-18以HPLC分析樹脂溶液........................73

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