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研究生：	陳禹鈞 Chen, Yu-Chun
論文名稱：	以Fe、V改質光觸媒觸理1,2-二氯乙烷之研究
指導教授：	朱信 Chu, Hsin
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 環境工程學系 Department of Environmental Engineering
論文出版年：	2005
畢業學年度：	93
語文別：	中文
論文頁數：	149
中文關鍵詞：	改質光觸媒、1， 2-二氯乙烷、光分解、溶膠凝膠法、二氧化鈦
外文關鍵詞：	photodegration, Titanium dioxide, doping, 1，2-dichloroethane
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　　本實驗為以自製光觸媒及添加Fe、V、Pd改質光觸媒處裡1,2-二氯乙烷，從TGA分析純TiO2的樣品中可以發現，自製純TiO2於30℃-170℃之間有一重大的重量損失，為H2O；198℃-378℃之間也有一重量損失，推測為NO3-的分解，及結晶水的分解，由吸放熱來看，並沒有明顯的變化，有可能是NO3-的放熱及結晶水的吸熱相互影響所造成，另外，500℃-570℃之放熱波鋒為無晶形的TiO2轉變成anatase，590℃-800℃的放熱波鋒則為anatase轉變為rulite所造成。

　　由純TiO2及改質後之TiO2光觸媒處理1,2-二氯乙烷之轉化率分析中可發現，Fe:V:Ti=0.0005:0.0025:1%的最佳，為85%，其次是Fe/Ti=0.001%，為71%，V/Ti=0.01%則為64%，而商用光觸媒P-25則是57%，最差的為自製純TiO2光觸媒。在不同水氣濃度下自製TiO2光觸媒處理1,2-二氯乙烷之轉化率分析實驗時可以發現當水氣小於10%(相對溼度)時，轉化率都為100%，但隨著水氣的增加，轉化率逐漸下降，當水氣濃度為70%(相對溼度)時，轉化率已降為26.82%，因此推測水氣會跟我們所處理的污染物1,2-二氯乙烷產生競爭性吸附，所以隨著水氣濃度的升高，污染物的轉化率也降低。由Fe/Ti=0.001%的動力實驗可得知，1,2-二氯乙烷吸附常數Ki大於H2O吸附常數Kio，因此1,2-二氯乙烷吸附能力大於H2O吸附能力，但在我們的實驗中水氣的濃度大於1,2-二氯乙烷的濃度很多，所以水氣的變化對活性的影響相對很大。再者，可以發現隨著溫度的增加，吸附常數都是隨的減小，這是因為光觸媒的吸附為放熱反應，所以隨著溫度增加而減小，而由Arrhenius equation得反應之活化能Ea=139.58kJ/mole，碰撞因子A=3533.3。

　In this experiment , in order to improve the activity of the TiO2. We　 doped　 Fe , V and Pd into TiO2 to photodegrade1,2-dichloroethane.From the result of 　TGA, there is 　a great loss of weight between 　30oC- 170oC. It may result from H2O. And from 198oC – 378oC 　there is another loss of weight ,it supposes t　he dissolution of NO3- and crystal water.　　 From exothermic and endothermic curve, we can find that there is no great change in the figure . It may result from the exothermic　 and 　endothermic 　reaction of dissolution 　of　 NO3- and　 crystal water. In addition, there is an 　exothermic peak between 500oC- 570 oC. It results　 from the change from to anatase, and the exothermic peak from 590oC-800oC should be the change of anatase to rulite.

　The 　best 　1,2-dichloroethane 　photodegration performance 　is 　the 　sample 　of 　Fe:V:Ti= 0.0005:0.005:1%. The performance is 85%.　 The following are　 Fe/Ti =0.001%, and V/Ti =0.01% . The performance of p-25 in the same situation is 57%. The photocatalytic performance 　decreases with the H2O concentration increasing. It would presume that H2O may make contention with 　1,2-dichloroethane.
　　The experiment of　 kinetic behavior of 1,2-dichloroethane over 　the Fe/Ti=0.001% catalyst shows that the adsorptive 　poteatial of 　1,2-dichloroethane is stronger than H2O. But the H2O concentration 　is　 more 　larger 　than 1,2-dichloroethane. The performance would 　decrease with the increasing of 　H2O, and 　obtained the activity energy Ea=139.6KJ/mol.

第一章 前言　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1
第二章 文獻回顧　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　4
2-1　VOCs的來源及危害　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　5
2-1.1　VOCs的定義及來源　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　5
2-1.2　Cl-VOCs的使用狀況　　　　　　　　　　　　　　　　　　　7
2-2　1,2-二氯乙烷的特性與處理　　　　　　　　　　　　　　　　　9
2-2.1　二氯乙烷危害　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　10
2-2.2　二氯乙烷處理　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　12
2-3　光催化原理　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　12
2-4　二氧化鈦的基本特性　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　17
2-5　二氧化鈦的改質　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　19
2-5.1　添加金屬原子　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　19
2-5.2　添加金屬離子　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　20
2-5.3　加入其它種半導體　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　21
2-6　觸媒的製備　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　23
2-7　二氧化鈦光觸媒塗佈方法　　　　　　　　　　　　　　　　　　27
2-7.1　浸漬塗佈方法　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　27
2-7.2　旋轉塗佈法　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　28
2-8　自製光觸媒分解1,2-二氯乙烷反應動力之探討　　　　　　　　　29
2-8.1　柱流式反應器基礎理論　　　　　　　　　　　　　　　　　　29
2-8.2　微分型反應器　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　32
2-8.3  觸媒異相反應模式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　33
第三章 研究方法與實驗設備　　　　　　　　　　　　　　　　　　　37
3-1　研究方法　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　37
3-1.1　實驗規劃　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　37
3-1.2　實驗步驟與方法　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　38
3-2　預備實驗　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　39
3-2.1　光觸媒之製備　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　39
3-2.2　玻璃基材的清洗與秤重　　　　　　　　　　　　　　　　　　41
3-2.3　光觸媒膜之製備　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　41
3-2.4　鍛燒後的光觸媒膜之定量　　　　　　　　　　　　　　　　　43
3-2.5　檢量線製作　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　44
3-2.6　光催化之背景實驗　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　45
3-3　實驗設備　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　45
3-3.1　實驗系統裝置　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　45
3-3.2　試藥與氣體　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　53
第四章　結果與討論　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　55
4-1　自製TiO2之特性分析　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　55
4-1.1　熱重分析(Thermal Gravity Analyst，TGA)　　　　　　　　　　　55
4-1.2　X-射線繞射分析(X-ray Diffraction，XRD)　　　　　　　　　　　57
4-1.3　UV-Visible　光譜分析　　　　　　　　　　　　　　　　　　60
4-1.4　FTIR分析(Fourier　Transform　Infrared　Spectrometer)　　　　　62
4-1.5　在不同停留時間下自製TiO2光觸媒處理1,2-二氯乙烷之轉化率分析64
4-1.6　在不同相對溼度下自製TiO2光觸媒處理1,2-二氯乙烷之轉化率分析65
4-1.7　以500。C鍛燒3小時後之光觸媒處理1,2-二氯乙烷的產物分析　　67
4-1.8　以500。C鍛燒3小時經反應後之TiO2光觸媒SEM、Mapping、EDS分析70
4-2　自製Pd/TiO2光觸媒之特性分析　　　　　　　　　　　　　　　　72
4-2.1　熱重分析　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　72
4-2.2　X-射線繞射分析(X-ray Diffraction，XRD)　　　　　　　　　　　76
4-2.3　UV-Visible 光譜分析　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　78
4-2.4　以500。C鍛燒3小時後不同Pd/Ti比例光觸媒處理1,2-二氯乙烷的轉化率分析　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　79
4-2.5　以500。C鍛燒3小時後之Pd/TiO2光觸媒處理二氯乙烷的產物分析　81
4-2.6　以500。C鍛燒3小時後摻雜Pd的TiO2光觸媒Mapping、EDS分析　　82
4-3　自製V/TiO2光觸媒之特性分析　　　　　　　　　　　　　　　　　85
4-3.1　熱重分析　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　85
4-3.2　X-射線繞射分析(X-ray Diffraction，XRD)　　　　　　　　　　　88
4-3.3　UV-Visible　光譜分析　　　　　　　　　　　　　　　　　　　93
4-3.4　以500。C鍛燒3小時後不同V/Ti比例光觸媒處理1,2-二氯乙烷的轉化率分析　95
4-3.5　以500。C鍛燒3小時後之V/TiO2光觸媒處理1,2-二氯乙烷的產物分析　　　　98
4-3.6　BET比表面積及孔洞分佈分析　　　　　　　　　　　　　　100
4-3.7　以500。C鍛燒3小時後摻雜V的TiO2光觸媒Mapping、EDS分析102
4-4　自製Fe/TiO2光觸媒之特性分析　　　　　　　　　　　　　　　　105
4-4.1　熱重分析　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　105
4-4.2　X-射線繞射分析(X-ray Diffraction，XRD)　　　　　　　　　　108
4-4.3　UV-Visible　光譜分析　　　　　　　　　　　　　　　　　　　111
4-4.4　以500。C鍛燒3小時後不同Fe/Ti比例光觸媒處理1,2-二氯乙烷的轉化率分析113
4-4.5　以500。C鍛燒3小時後之Fe/TiO2光觸媒處理二氯乙烷的產物分析　115
4-4.6　BET比表面積及孔洞分佈分析　　　　　　　　　　　　　　　　117
4-2.7　以500。C鍛燒3小時經反應後摻雜Fe的TiO2光觸媒之Mapping、EDS分析119
4-5　自製V-Fe/TiO2光觸媒之特性分析　　　　　　　　　　　　　　　121
4-5.1　熱重分析(Thermal Gravity Analyst，TGA)　　　　　　　　　　121
4-5.2　X-射線繞射分析(X-ray Diffraction，XRD)　　　　　　　　　　123
4-5.3　UV-Visible 光譜分析　　　　　　　　　　　　　　　　　　　126
4-5.4　以500。C鍛燒3小時後不同Fe/V/Ti比例光觸媒處理1,2-二氯乙烷的轉化率分析　　　　　　　　　　　　　　　　　　　127
4-5.5　BET比表面積及孔洞分佈分析　　　　　　　　　　　　　　　　130
4-5.6　以500。C鍛燒3小時經反應後摻雜Fe-V的TiO2光觸媒Mapping分析　132
4-6　自製Fe/TiO2光觸媒之動力分析　　　　　　　　　　　　　　　　134
第五章　結論與建議　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　138
5-1　結論	　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　138
5-2　建議	　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　140
	
 

                                    

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校內：立即公開
校外：2005-07-04公開

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