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研究生：	何建鋐 Ho, Chien-Hung
論文名稱：	利用電紡絲技術製備具光催化之二氧化鈦奈米纖維及其應用 Preparation of Titanium Dioxide Nanofibers Photo-Catalyst by Using Electro-Spinning Technique and its Application
指導教授：	黃耀輝 Huang, Yao-Hui
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 化學工程學系 Department of Chemical Engineering
論文出版年：	2010
畢業學年度：	99
語文別：	中文
論文頁數：	95
中文關鍵詞：	二氧化鈦、電紡織、光觸媒、奈米纖維
外文關鍵詞：	TiO2, electro-spinning, photo catalyst, nanofiber
相關次數：	點閱：79 下載：0
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本研究主要是以新穎電紡絲設備來製備出以二氧化鈦為主之複合奈米纖維,其新穎設備內容主要是利用加速內管的離心力配合著電場作用來使得有機/無機奈米纖維材料獲得相當程度之牽伸，進而得到奈米等級之複合纖維。此新穎電紡絲技術非但保留了原先傳統電紡的優點，以連續式的製程將可大幅提升產物得獲得進而獲得具不織布型態之產物。
最後此複合纖維產物在藉由高溫燒結處理後方可獲得具光催化特性奈米纖維。至於在製備二氧化鈦複合纖維時「適當」高分子黏粘劑的導入是相當重要的，因為當燒結溫度過高時二氧化鈦將會由銳鈦礦轉向成為金紅石礦，屆時將會大大降低其光催化特性。因此在本計畫中擬選擇以在較低溫度就能完全裂解乾淨的聚甲基丙烯酸甲酯來當作高分子黏粘劑，選用此高分子除了可以避免高溫燒結時二氧化鈦發生相態轉變外，亦可以降低未完全裂解之有機物毒化觸媒的可能。除此之外，觸媒比表面積的大小亦是決定催化效率的關鍵之一，因此在此計畫中亦會選擇適當的燒結條件，來製備出多孔性且兼具高比表面積之二氧化鈦奈米纖維。

A novel electro spinning process has been used to successfully fabricate Titanium dioxide (TiO2) nanofibers. The process not only retains the advantages of the traditional electro spinning process but also improves the yield of the nanofibers. In order to obtain the good quality the TiO2 nanofibers, the polymer binder PMMA was being selected. In the cause of obtaining the inorganic TiO2 nanofibers, the composite fibers must be sintered. However, the higher sinter temperature process will cause the TiO2 change phase from anatase to rutile. Furthermore, different size of the TiO2 nanofibers will be obtained by controlling the experiment parameters. In addition utilize this set of novel electro spinning equipment that can collect the large area nanofibers sheet. Finally, we will employ the TiO2 nanofibers for dye degradation test and appraise the efficiency of the photo catalyst.

中文摘要……………………………………………………………………  I
英文摘要 …………………………………………………………………  II
致謝 ………………………………………………………………………  III
目錄 ………………………………………………………………………  IV
圖目錄 …………………………………………………………………  IX
表目錄 ……………………………………………………………………  XI

第一章	緒論 ……………………………………………………………  1
1-1 前言 ………………………………………………………………  1
1-2染料廢水簡介……………………………………………………   2
1-3 光觸媒 ……………………………………………………………  3
1-4可見光應答光觸媒的設計方式…………………………………  4
1-5 研究內容與目的 ………………………………………………   7
第二章	文獻回顧 ………………………………………………………  8
2-1 奈米纖維 …………………………………………………………  8
2-2電紡織及其原理…………………………………………………   9
2-3 二氧化鈦…………………………………………………………  11
2-4 二氧化鈦光觸媒 ………………………………………………  14
2-4-1 二氧化鈦光觸媒原理………………………………………  14
2-4-2 二氧化鈦混合晶相…………………………………………  16
2-4-3 偶氮染料……………………………………………………  17
第三章	實驗方法 ……………………………………………………  18
3-1 實驗流程 ………………………………………………………  18
3-2實驗步驟  ………………………………………………………  18
3-2.1電紡織實驗用溶液之配製 ………………………………   18
3-2.1.1配製以甲苯為溶劑之溶液(PMMA/Methylbenzene) 
…………………………………………………………  18
3-2.1.2配製以環己酮為溶劑之溶液(PMMA/Cyclohexanone) 
…………………………………………………………  19
3-2.2電紡織實驗 ………………………………………………   19
3-2.3二氧化鈦奈米纖維光觸媒 ………………………………   19
3-2.3.1二氧化鈦奈米纖維光觸媒製作………………………  19
3-2.3.2二氧化鈦混參其他元素奈米纖維光觸媒製作(TiO2/N)
………………………………………………………   20
3-2.3.3二氧化鈦混參其他元素奈米纖維光觸媒製作(TiO2/S)
………………………………………………………   20
3-2.4染料RBB光催化降解去色 ………………………………  20
3-2.4.1以UV為光源光催化降解染料RBB (254nm)  ……  20
3-2.4.2以氙燈為光源光催化降解染料RBB (仿太陽光)  …  21
3-3 實驗藥品 ………………………………………………………  22
3-4 儀器設備 ………………………………………………………  23
3-4.1分析用儀器…………………………………………………  23
3-4.2非分析用儀器………………………………………………  24
3-4.3電紡織實驗用儀器 ………………………………………   25
第四章	結果與討論 …………………………………………………  26
4-1二氧化鈦奈米纖維合成 ………………………………………   26
4-1.1 電紡織技術製備二氧化鈦奈米纖維 ……………………  27
4-1.1.1 施加電壓 ……………………………………………   27
4-1.1.2收集板距離 …………………………………………   29
4-1.1.3流速……………………………………………………  30
4-1.1.4 不同的有機 / 無機相比例 …………………………  32
4-1.2製備二氧化鈦光觸媒奈米纖維 …………………………   34
4-1.2.1 XRD圖譜鑑定 ………………………………………   34
4-1.2.2 IR圖譜鑑定 …………………………………………   37
4-1.2.3 TGA與SEM圖譜鑑定 ………………………………  39
4-2 二氧化鈦光觸媒奈米纖維降解染料 …………………………  47
4-2.1背景實驗 …………………………………………………   47
4-2.1.1 紫外光對RBB之影響………………………………   47
4-2.1.2 染料RBB檢量線……………………………………   49
4-2.2 二氧化鈦光觸媒奈米纖維降解染料 ……………………  50
4-2.2.1電紡織技術中不同變因下的探討 …………………   50
4-3 二氧化鈦光觸媒奈米纖維應用 ………………………………  53
4-3.1 二氧化鈦光觸媒奈米纖維混參氮元素 …………………   54
4-3.1.1 二氧化鈦光觸媒奈米纖維混參氮元素降解RBB(UV光
=254nm) ………………………………………………………   54
4-3.1.2 二氧化鈦光觸媒奈米纖維混參氮元素晶相探討 ……  56
4-3.1.3 二氧化鈦光觸媒奈米纖維混參氮元素XPS探討……  58
4-3.2 二氧化鈦光觸媒奈米纖維混參硫元素…………………   60
4-3.2.1 二氧化鈦光觸媒奈米纖維混參硫元素降解RBB(UV光
=254nm) ……………………………………………………  60
4-3.2.2 二氧化鈦光觸媒奈米纖維混參硫元素晶相與XPS探討  
………………………………………………………………  62
4-4 二氧化鈦光觸媒奈米纖維混參氮元素降解RBB(可見光)……  65
4-5 降解染料的中間產物以及TOC值 ……………………………  67
4-5.1二氧化鈦光觸媒奈米纖維降解染料的中間產物  ………  67
4-5.2二氧化鈦光觸媒奈米纖維經過混參之後的降解染料中間產
物……………………………………………………………  70
4-5.3降解染料的TOC值 ………………………………………  76
第五章	結論……………………………………………………………  78
第六章	建議……………………………………………………………  80
第七章	參考文獻 ……………………………………………………  81
附錄 ……………………………………………………………………  81
圖1-1光觸媒氧化還原污染物示意圖  …………………………………  4
圖1-2 光觸媒氧化還原污染物 …………………………………………  6
圖1-3 太陽光波長與能量分佈圖 ………………………………………  6
圖2-1 電紡織纖維製備示意圖 ………………………………………   10
圖2-2 二氧化鈦之紅金石結構 …………………………………………  12
圖2-3二氧化鈦之銳鈦礦結構 …………………………………………  12
圖2-4 常見寬禁帶半導體能帶位置 ……………………………………  13
圖2-5 二氧化鈦光觸媒作用圖 ………………………………………  15
圖2-6 銳鈦礦和金紅石相連的能階 ……………………………………  16
圖2-7 偶氮染料RBB結構式 …………………………………………   17
圖3-1 光反應流體化床 …………………………………………………  25
圖4-1在固定條件：工作距離為15、流速為0.3mL/hr，不同電壓((a)10、
(b)15、(c)20kv) …………………………………………………  28
圖4-2在固定條件：電壓為20ev、流速為0.3mL/hr，不同工作距離((a)10、
(b)15、(c)20cm) …………………………………………………  30
圖4-3 在固定條件：電壓為20ev、工作距離15cm不同流速((a)0.3、
(b)0.45、(c)0.6 mL/hr)……………………………………………  31
圖4-4 重量比 3 : 1之PMMA(aq)與Ti(OC4H9)4 產物之SEM分析 …  33
圖4-5 重量比 1 : 1之PMMA(aq)與Ti(OC4H9)4 產物之SEM分析 …  33
圖4-6 重量比 1 :3 之PMMA(aq)與Ti(OC4H9)4 產物之SEM分析 …  34
圖4-7 二氧化鈦奈米纖維在不同溫度下鍛燒後XRD 分析 …………  36
圖4-8二氧化鈦奈米纖維在不同溫度下鍛燒後IR 分析  ……………  38
圖4-9純正丁基環氧鈦與其加水過後的IR 分析 ……………………   39
圖4-10重量比 3 : 1 之PMMA(aq)與Ti(OC4H9)4 的TGA 分析 ……   41
圖4-11重量比 1 : 1 之PMMA(aq)與Ti(OC4H9)4 的TGA 分析 ……   41
圖4-12重量比 1 : 3 之PMMA(aq)與Ti(OC4H9)4 的TGA 分析 ……   42
圖4-13重量比 3 : 1 之PMMA(aq)與Ti(OC4H9)4 經過燒結後的SEM
…………………………………………………………………   44
圖4-14重量比 1 : 1 之PMMA(aq)與Ti(OC4H9)4 經過燒結後的SEM
…………………………………………………………………   44
圖4-15重量比 1 : 3 之PMMA(aq)與Ti(OC4H9)4 經過燒結後的SEM
…………………………………………………………………   44
圖4-16二氧化鈦光觸媒奈米纖維剖面拍SEM圖之一 ………………  45
圖4-17二氧化鈦光觸媒奈米纖維剖面拍SEM圖之二 ………………  45
圖4-18二氧化鈦光觸媒奈米纖維側拍SEM圖之一 …………………  46
圖4-19二氧化鈦光觸媒奈米纖維側拍SEM圖之二 …………………  46
圖4-20 RBB隨時間增加照射UV光的吸收曲線 ……………………  48
圖4-21 不同RBB濃度之吸收度曲線 …………………………………  49
圖4-22不同電壓下所製造出的奈米纖維隨時間降解之RBB濃度……  51
圖4-23不同工作距離下所製造出的奈米纖維隨時間降解之RBB濃度  
…………………………………………………………………   52
圖4-24不同流速下所製造出的奈米纖維隨時間降解之RBB濃度……  52
圖4-25不同無機/有機重量比例下所製造出的奈米纖維隨時間降解之
RBB濃度………………………………………………………   53
圖4-26 不同氨氣燒結時間下所製造出的奈米纖維隨時間降解之RBB
濃度 ……………………………………………………………  55
圖4-27不同氨氣燒結時間下所製造出的奈米纖維之UV吸收光譜 … 56
圖4-28不同氨氣燒結時間下所製造出的奈米纖維之XRD-1 ………   57
圖4-29不同氨氣燒結時間下所製造出的奈米纖維之XRD-2 ………   58
圖4-30氨氣燒結下所製造出的奈米纖維之N 1s peak的XPS ………   59
圖4-31 不同硫酸浸泡時間燒結製造出的奈米纖維隨時間降解之RBB
濃度 ……………………………………………………………  61
圖4-32不同硫酸浸泡時間燒結時間製造出的奈米纖維之UV吸收光譜  
…………………………………………………………………  62
圖4-33不同硫酸浸泡時間燒結製造出的奈米纖維隨時間降解之
XRD ……………………………………………………………  64
圖4-34硫酸浸泡過後燒結製造出的奈米纖維之O 2p peak的XPS…  64
圖4-35各種不同混參元素的奈米纖維隨時間降解之RBB濃度(UV光)
…………………………………………………………………   66
圖4-36各種不同混參元素的奈米纖維隨時間降解之RBB濃度(可見
光) ………………………………………………………………  67
圖4-37奈米纖維隨時間降解RBB之中間產物分析(45min)…………… 68
圖4-38奈米纖維隨時間降解RBB之中間產物分析(90min)…………… 69圖4-39奈米纖維隨時間降解RBB之中間產物分析(120min) ………… 70
圖4-40氮元素混參奈米纖維隨時間降解RBB之中間產物分析(45min) 
…………………………………………………………………… 71
圖4-41氮元素混參奈米纖維隨時間降解RBB之中間產物分析(90min) 
…………………………………………………………………… 72
圖4-42氮元素混參奈米纖維隨時間降解RBB之中間產物分析(120min) 
…………………………………………………………………… 73
圖4-43硫元素混參奈米纖維隨時間降解RBB之中間產物分析(45min)
…………………………………………………………………… 74
圖4-44硫元素混參奈米纖維隨時間降解RBB之中間產物分析(90min)
…………………………………………………………………… 74
圖4-45硫元素混參奈米纖維隨時間降解RBB之中間產物分析(120min)
…………………………………………………………………… 75
圖4-46染料降解機構示意圖 …………………………………………… 76
圖4-47 染料降解TOC分析 ……………………………………………  77
表目錄
表4-1不同氨氣燒結時間下所製造出的奈米纖維之UV吸收光譜 …  55
表4-2不同氨氣燒結時間下所製造出的奈米纖維之含氮重量百分比… 59
表4-3不同硫酸浸泡時間燒結下所製造出的奈米纖維之UV吸收光譜 
……………………………………………………………………  61
表4-4不同硫酸浸泡時間燒結製造出的奈米纖維之含硫重量百分比… 63

                                    

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校內：2015-12-24公開
校外：不公開電子論文尚未授權公開，紙本請查館藏目錄

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