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研究生: 賴信穎
Lai, Shin-Ying
論文名稱: 二氧化鈦添加氫氧基磷灰石對水中污染物光分解之效應
Effect of Adding Apatite onto Titania on Photodegradation of Pollutants in Water
指導教授: 翁鴻山
Weng, Hung-Shan
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: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 129
中文關鍵詞: 甲基藍光觸媒光降解磷灰石
外文關鍵詞: photocatalyst, photodegradation, methylene blue, apatite
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  • 研發高效率光催化分解一直是光觸媒領域裡的重點。本論文研究在二氧化鈦表面上添加吸附劑藉以提高處理水中污染物質之效能。研究中分別以溼式化學沉澱法及溶膠凝膠法製備磷灰石(Apatite)與二氧化鈦二種複合式光觸媒,並探討各種變因對以這類光觸媒降解幾種污染物之影響。實驗中所降解之污染物有甲基藍、甲胺及丁酮,其中以甲基藍做為模式反應物探討其反應動力式。並由BET分析得知光觸媒粉體之孔徑分佈對光催化反應的影響。
    在光分解甲基藍及甲胺的實驗中,我們發現固定TiO2(商用觸媒Anatase)之重量並改變Apatite的沉積量所製成Apatite/TiO2光觸媒中,在適當的條件下,有一最佳的重量比可獲得最好的光催化效率。在Degussa P-25 TiO2光觸媒上添加吸附劑反而會降低其對甲基藍之光降解效能。由甲基藍的實驗中,我們可以發現若將初始吸附之因素移除時,甲基藍之降解速率大致上符合擬一階反應動力式之假設。

    In the field of photocatalysis it is an important object to search for high efficient catalyst for photodegradation. Therefore in this study, we investigated the effect of adding adsorbent onto titania surface on photo-degradation of pollutants in water. We used the wet chemical precipitate method to deposit apatite onto the commercial TiO2 to form apatite/TiO2, and the sol-gel method to prepare titania, and investigated the effects of various factors on the photocatalytic reaction. We chose methylene blue, methyl amine and methyl-ethyl ketone as the pollutants to be degradated. Methylene blus was used as a model reactant and its reaction kinetics was also investigated.
    We found that when we used the Apatite/TiO2 catalysts having the same amount of TiO2(Merck) but different apatite loadings, there has an optimal weight ratio for gaining the best photocatalyzing efficiency under appropriate condition. We also found that the deposition of apatite on Degussa P-25 TiO2 photocatalyst would result in a reduction in its photoactivity. In the degradation experiment of methylene blue , we could find that if adsorption at initial stage is neglected, the degradation rate of methylene blue will roughly follow pseudo first order kinetics.

    中文摘要………………………………………………………………………………I 英文摘要………………………………………………..……………………………II 誌謝 ………………………………………………………………..……………… III 目錄...………………………………………………………………………………..IV 表目錄……………………………………………………………………………..VIII 圖目錄 ……………………………………………………………………………..IX 第一章緒論 ………………………………………………………………………… 1 1.1物質表面……………………………………………………………………… 1 1.2異相催化(Heterogeneous catalysis)……………………………………………1 1.3表面吸附……………………………………………………………………… 2 1.4 光觸媒TiO2的發展、應用與研究動機………………………………………3 1.4.1 光觸媒TiO2的發展與應用……………………………………………3 1.4.2 研究動機與目的………………………………………………………6 第二章 文獻回顧……………………………………………………………………9 2.1光催化反應……………………………………………………………………9 2.1.1光激發………………………………………………………………………9 2.1.2光觸媒的光催化反應原理………………………………………………10 2.1.3光觸媒種類………………………………………………………………14 2.1.4影響光催化效率之因素…………………………………………………17 2.1.4.1能隙(Band gap) ……………………………………………………17 2.1.4.2能帶彎曲(Band Bending)…………………………………………18 2.1.4.3電子電洞之捕捉效應(Scavenging)………………………………19 2.1.4.4表面競爭吸附(Competitive surface adsorption) …………………21 2.1.4.5量子效應…………………………………………………………22 2.2二氧化鈦的合成方式………………………………………………………23 2.3磷灰石的合成方式…………………………………………………………24 2.4溶膠凝膠法(sol-gel method)………………………………………………26 2.4.1溶膠凝膠定義…………………………………………………………26 2.4.2溶膠凝膠製程之原理…………………………………………………28 2.4.3溶膠凝膠法反應變因及影響…………………………………………30 2.4.4溶膠凝膠製程之優缺點………………………………………………34 2.5實驗相關文獻………………………………………………………………35 2.5.1氮氣吸附分析…………………………………………………………35 2.5.1.1等溫吸附曲線……………………………………………………35 2.5.1.2 BET理論…………………………………………………………37 2.5.1.3 BJH理論…………………………………………………………39 第三章 實驗步驟與方法………………………………………………………43 3.1藥品………………………………………………………………………43 3.2 Apatite /TiO2觸媒粉末製備………………………………………………46 3.3 TiO2/Apatite觸媒粉末製備………………………………………………47 3.4粉末分析…………………………………………………………………49 3.5光催化反應及吸附能力測試……………………………………………50 3.5.1光催化反應的儀器和設備…………………………………………50 3.5.2光催化反應實驗步驟………………………………………………51 3.6 製備觸媒的標示符號…………………………………………………53 第四章 結果與討論……………………………………………………………54 4.1光觸媒物性分析…………………………………………………………54 4.2光解降水中污染物之研究………………………………………………60 4.2.1以甲胺做為污染物進行光降解……………………………………60 4.2.2 以甲基藍做為模式反應物進行光降解 …………………………63 4.2.2.1 甲基藍測定……………………………………………………63 4.2.2.2 對甲基藍進行光催化反應之測試…………………………64 4.2.2.3 光觸媒的光催化反應甲基藍之反應動力式之假設…………68 4.2.3以丁酮做為污染物進行光降解……………………………………69 第五章 結論…………………………………………………………………123 5.1結論……………………………………………………………………123 5.2未來研究方向…………………………………………………………124 第六章 參考文獻……………………………………………………………126

    [1] S. J. Gregg and K. S. W. Sing, Adsorption, Surface area and Porosity.
    Academic Press. New York,1967。
    [2] P. W. Atkins, Physical Chemistry , Oxford University,p997,1994.
    [3]卓靜哲,何瑞文,黃守仁,施良垣,蘇世剛,物理化學, 第507-508頁,三民書局,台南市, ,1994年。
    [4] A. Fujishima and K. Honda, Nature37(1972),238
    [5] A. L. Linsebigler, G. Lu, and J. T. Yates, Jr., Chem. Rev. 95(1995),735。
    [6] Y. Masuda, K. Matubara, and S. Sakka, “ Synthesis of Hydroxyapatite form Metal Alkoxides through Sol-Gel Technique”,J. of the Ceramic Society of Japan, Int, Edition. 98(1990), 1266。
    [7] X. Tang and Z. Wang,J. material chemistry 8(1998),2233。
    [8] K.C.B.Yeong,J. Wang, and S.C.NG, “Mechanochemical synthesis of nanocrystalline hydroxyapatite from CaO and CaHPO4”,Biomaterials 22(2001)2705
    [9] P. Shuk, W. L. Suchanek, T. Hao, E. Gulliver R. E. Riman, M. Senna,
    K. S. TeHuisen, and V. F. Janas, “Mechanochemical -hydrothermal
    preparation of crystalline hydroxyapatite powders at room
    temperature”, Journal of materials research“Vol. 16(2001),No. 5, May
    ,1231。
    [10] E. Bouyer, F. Gitzhofer, and M. I. Boulos, “Morpological study of hydroxyapatite nanocrystal suspension”Journal of materials science: Materials in medicine 11(2000) ,523。
    [11] S. N. Frank, and A. J. Bard, J. Phys.Chem.81(1997),1484。
    [12] T. Sakata,and T. Kawai, Academic press, New York,1983。
    [13] K. Rajehwar, and N.R. de Tacconi, Chem.Mater,13(2001),2765。
    [14] V. Subramanaian and P. V. Kamat., J. Phys. Chem. B 107(2003), 7479。
    [15] Q. Zhang, L. Gao., Applied Catalysis B,26(2000),207。
    [16] W. Adrian, Electrochemistry of Semiconductors.1998
    [17]陳妙琪,複合鍍金TiO2Ni光觸媒之製造與特性分析,國立交通大學,材料所,碩士論文,2002。
    [18]張立德,牟季美,奈米材料和奈米結構,滄海書局,台北市,民國91年。
    [19] M. Anpo, T. Shima., J. Phys. Chem. 91(1987), 4305。
    [20] H. Cheng, J. Ma, Z. Zhao, L. Qi., Chem. Mater. 7(1995),663。
    [21] Y. F. Zhu, L. Zhang, C. Gao, L. L. Cao, J. Mater. Sci. 35(2000),4049。
    [22] H. D. Nam, B. H. Lee, S. J. Kim,C. H. Jung, J. H. Lee, S. Park, Jpn J. Appl. Phys. 37(1998),4603。
    [23] S. J. Kim, S. D. Park, Y. H. Jeong, J. Am. Ceram. Soc., 82(1999),927 。
    [24] S. J. Kim, S. D. Park, Y. H. Jeong, I. H. Kuk, United States Patent:6001326,1999。
    [25] C. C. Wang, Y. J. Ying, Chemistry of Materials, 11(1999),3113。
    [26]馬振基,奈米材料科技原理與應用,全華科技圖書公司,台北市,2003。
    [27] http://www.photocatalyst.co.jp。
    [28] S. Brunaller, P.H. Emmett, E. Teller, J. Am. Chem. Soc. 60(1938), 390。
    [29] G. Ertl, H. Knőzinger, J. Weitkamp, “Handbook of Heterogeneous Catalysis”, Vol.3,VCH D-69451 Weinheim, 1508, 1997。
    [30] E. P. Barrett, L.G. Joyner, and P. P. Halenda, J. Am., Chem. Soc. 73(1951),373。
    [31]陳慧英,“溶膠凝膠法在薄膜製備上之應用”,化工技術,無機薄膜之製備與應用專輯,11,80,1999。
    [32] J. Livage , C. Sanchez, J. Non-Cryst. Solids, 145(1992), 11。
    [33] C. J. Brinker, G. W. Scherer, Sol-Gel Sci., Academic Press, New York, 839,1990。
    [34]廖麗芬,甲胺在TiO2粉末上的吸附與化學反應研究,國立成功大學,化學所,碩士論文,2001。
    [35] Y. Yang, Q. Wu, Y. Guo, C. Hu, E. Wang, J. Molecular Catalysis. B, 225(2005), 203。
    [36]方俊民,當代有機合成,藝軒圖書公司,台北,1986。
    [37]鄭智鴻,量身訂做的二氧化鈦光觸媒之合成,國立成功大學,化工所,碩士論文,2006。

    下載圖示 校內:2009-09-11公開
    校外:2009-09-11公開
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