臺灣博碩士論文加值系統

奈米光觸媒廣泛應用於廢水處理、建築(如塗料、磁磚、鏡面等)、交通工具(如燈罩、後視鏡)、家電(如空氣清淨機等)及醫療設備產品等範圍。在眾多的奈米光觸媒材料中，以二氧化鈦為最常使用。其在水污染物的處理方面，對於染料廢水的處理，其不僅可分解許多染料污染物，對於色度的去除也有不錯的成效。不過，由於光觸媒半導體氧化物的光生電子與電洞的再結合速率過高，導致量子效率不佳，研發可延緩電子-電動再結合速率時間的程序，為相關研究積極開發的重點。本研究嘗試在協同電磁場效應的作用下，進行液相光催化分解反應實驗，希望藉由電磁場效應的協助，提升整體的光催化分解速率。
本研究以二氧化鈦為光催化劑，以甲基橙為目標污染物，進行其液相光催化分解實驗。研究中探討不同外部施加磁場強度條件，對甲基橙的光催化分解速率之影響。此外，本研究中也分別探討不同pH值(pH= 3~11)、磁場強度(0~180 mT)、不同光源(LED可見光λ= 470nm、近紫外光λ= 365nm)等為反應參數，觀察甲基橙光的催化分解速率。
實驗結果顯示：甲基橙的分解反應，呈近一階反應動力關係；在酸性環境中，甲基橙具有較高的分解速率；近紫外光較可見光，具有較高的甲基橙光催化降解效率；另外，在外加磁場效應下，確實可提升光催化反應速率，以本研究所設定隻實驗條件，以在外加磁場強度為140 mT磁場強度時，達到最高的分解速率其原因可能與改變光觸媒的電子與電洞再結合速率有關。

Nano-semiconductor particles assisted photocatalysis is an innovative process widely applied to organic wastewater purification. There have been numerous research results indicate that this kind of photocatalytic oxidation processes are able to decompose many organic pollutants in a short reaction time. Among the ever tested photocatalysts, titanium dioxide (TiO2) is one of the most common one, because it has many superior properties including highly reactive, inexpensive, low toxic, stable and widely available. But there is one drawback for TiO2 limiting its potential application, which is the recombination rates of the photo-generated electron and hole pairs of it are too fast to result in low quantum efficiencies. Thus, developing an convent modification for the TiO2-assisted photocatalysis process is attracting many research efforts in recent studies.
Accordingly, this study aimed to develop an electric magnetic field assisted photocatalytic oxidation processes for wastewater treatment by enhancing TiO2 activity. A home-made magnetic system supportively working with a typical TiO2-assited photocatalytic process was tested. A commercially available TiO2 powder, Degussa P-25, was used as the photocatalyst in the study. A typical dying compound, methyl orange, was tested as a target compound. Besides, there were several experimental parameters including solution pH levels, types and intensities of irradiated light sources, and intensity of applied magnetic fields, examined in the study.
There are some important findings demonstrated by this investigation. The TiO2-assisted photocatalysis of methyl orange basically followed the first-order reaction kinetics. Fast photocatalysis of methyl orange was observed under the illumination of near-UV light (λ= 365 nm), but slow degradation rate for it was detected while using visible blue light (λ= 470 nm) as an only light source. Higher photocatalytic rates for methyl orange were observed in more acid conditions (e.g., pH= 3) because that it was more easily adsorbed by the photocatalysts in lower-pH conditions. In addition, it is observed higher degradation rates while irradiated light intensity was higher. For the contribution of magnetic fields to the photocatalytic reaction rates, the degradation rate of methyl orange was proportional to magnetic intensity up to 140 mT. The higher photocatalytic reaction rate for methyl orange was achieved by the assistance of an additional magnetic field, especially in pH= 3 solution, which altered the recombination rates of electron-hole pairs under the effects of magnetic fields.

目錄
摘要 I
Abstract II
致謝 IV
第一章 前言 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 3
第二章 文獻回顧 4
2.1 光催化分解反應程式 4
2.1.1 二氧化鈦性質 4
2.1.2 影響光催化分解反應速率因子 6
2.2 永久磁場效應與特性 12
2.2.1磁鐵種類 12
2.2.2 電磁鐵與永久磁鐵比較 14
2.3 協同磁場效應之光催化反應 15
2.3.1協同磁場之光催化反應機制 15
2.3.2 協同磁場光催化反應去除污染物案例 22
2.4 光觸媒製備方法 24
2.5 染料化合物特性與去除 28
2.5.1染料化合物簡介 28
2.5.2染料化合物之去除技術 31
第三章 實驗方法與設備 32
3.1 實驗內容與規劃 32
3.1.1 實驗內容 32
3.1.2 實驗規劃 33
3.2 實驗設備與材料 34
3.2.1 實驗設備 34
3.2.2 實驗材料 34
3.3 實驗方法與分析 35
3.3.1光催化反應器 35
3.3.2 磁場測定 36
3.3.3掃描式電子顯微鏡 37
第四章 結果與討論 39
4.1 TiO2光觸媒特性分析 39
4.2 溶液pH值之影響 40
4.3 施加磁場光催化之影響 46
4.4 pH值對二氧化鈦(TiO2)暗吸附甲基橙之影響 50
4.5 光源之影響 52
4.5.1 可見光之光催化反應 52
4.5.2 觸媒改質提升光催化反應 54
4.6 外加磁場效應下之光催化分解反應機制 55
4.7 pH、溫度與磁場光催化反應關係 57
4.7.1 pH與磁場光催化反應 57
4.7.2 溫度與磁場光催化反應 57
第五章 結論與建議 59
5.1 結論 59
5.2 建議 60
參考文獻 61
附錄A 甲基橙溶液光催化分解反應濃度隨時間變化一覽表 66

參考文獻
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