臺灣博碩士論文加值系統

本研究係透過電化學氧化方法降解水中乙醯氨酚濃度，實驗結果顯示：白金電極＞鈦鍍白金電極＞二氧化銥電極(DSA)，電流較大及電極面積大與溫度較高時其電氧化效率較佳，1 M硫酸鈉電解液較1 M硫酸有較佳乙醯氨酚電氧化效率，CV掃描顯示pH越高乙醯氨酚氧化所需電位越低，在磷酸鹽緩衝溶液中，其電氧化效率：鹼性>中性>酸性。在雙槽中，1 M硫酸鈉(90分鐘電氧化效率=95%)>0.5 M硫酸鈉+0.5 M氫氧化鈉>1 M氫氧化鈉＞1 M硫酸＞0.5 M硫酸＋0.5 M硫酸鈉；使用單槽，乙醯氨酚電氧化效率大小依序為1 M氫氧化鈉(90分鐘電氧化效率=95%)＞0.5 M氫氧化鈉+0.5 M硫酸鈉＞1 M硫酸鈉＞1 M硫酸＞0.5 M硫酸＋0.5 M硫酸鈉。乙醯氨酚初始濃度對其電氧化效率之影響程度與陽極液、電流、電極及操作時間有關。在1 M硫酸鈉中，其電氧化效果為雙槽＞單槽，在1 M硫酸中則相反。由TOC測得乙醯氨酚礦化率為27.3%。在硫酸中添加硫酸根，可增加乙醯氨酚之電氧化效率。

This study investigated degradation of acetaminophen (ACP) in water using electrochemical oxidation. The experimental results showed that the degradation rate of ACP on tested anodes was in order Pt > platinized > DSA. Increasing electrode area or temperature increased ACP degradation . The electrochemical degradation of ACP was better using an 1 M sodium sulfate solution as the electrolyte than using 1 M H2SO4. Cyclic voltammetry (CV) analysis showed that the higher the pH, the lower the potential required for ACP oxidation; moreover, in phosphate buffer solutions, the ACP electro-oxidation efficiency was in order basic > neutral > acidic. In the divided cell, the ACP electro-oxidation efficiency was in order 1 M Na2SO4 (90 min electro-oxidation efficiency = 95%) > 0.5 M Na2SO4 + 0.5 M NaOH > 1 M NaOH > 1 M H2SO4 > 0.5 M H2SO4 + 0.5 M Na2SO4, whereas that in the undivided cell was 1 M NaOH (90 min electro-oxidation efficiency = 95%) > 0.5 M NaOH + 0.5 M Na2SO4 > 1 M Na2SO4 > 1 M H2SO4 > 0.5 M H2SO4 + 0.5 M Na2SO4. The influence of ACP initial concentration on its electro-oxidation relied on anolyte, current, anode, and operating time. In 1 M Na2SO4, the ACP electro-oxidation was better in the divided cell than in the undivided cell, but a reverse tendency was observed in 1 M H2SO4. Partial electro-oxidized ACP was mineralized/converted to CO2. The addition of sulfate in sulfuric acid enhanced the ACP electro-oxidation efficiency.

目錄
摘 要 I
Abstract II
謝 誌 III
目錄 IV
表目錄 VII
第1章 前言 1
第2章 文獻回顧 2
2.1 環境流佈 2
2.2.1 乙醯氨酚 5
2.2電化學法處理廢水 6
2.2.1 電氧化法影響因子 7
2.2.2分光光度計對乙醯氨酚的測定 8
2.2.3 循環伏安法(Cyclic Voltammetry) (CV) 10
2.4影響陽極材料的性質 11
2.5離子交換膜的應用 12
3.1 藥品與材料 13
3.1.2 分隔膜 14
3.1.3 儀器與設備 17
3.1.6分光光度計對乙醯氨酚的測定 18
3.1.7循環伏安法掃描(Cyclic Voltammetry,CV)介紹 18
3.2 電化學反應槽之形式 20
3.3 實驗方法與流程 21
第4章 結果與討論 23
4.1 電極材料(白金、鈦鍍白金及DSA)對乙醯氨酚電氧化之影響 23
4.2 (鈦鍍白金)電極面積(2、4、6 cm2)對乙醯氨酚電氧化之影響(30 ℃) 27
4.2.1 (鈦鍍白金)電極面積(2、4、6 cm2)對乙醯氨酚電氧化之影響(60 ℃) 28
4.2.2 DSA電極面積(4㎝2及8㎝2)對乙醯氨酚電氧化之影響 29
4.3電流(0.5 A、0.8 A、1 A)對乙醯氨酚電氧化之影響 30
4.4乙醯氨酚初始濃度(10、20及30 mg/L)對乙醯氨酚電氧化之影響 32
4.4.1乙醯氨酚初始濃度(10、50及100 mg/L及10、20及30 mg/L)對乙醯氨酚電氧化之影響-電化學分析 32
4.5溫度(30 ℃、60 ℃、80 ℃)(鈦鍍白金電極)對乙醯氨酚電氧化之影響 36
4.5.1溫度(30℃、60℃)(DSA電極)對乙醯氨酚電氧化之影響 37
4.5.2 單槽反應器對乙醯氨酚電氧化－溫度(30、40、50 ℃)之影響 38
4.6電解質(1M硫酸鈉與硫酸)對乙醯氨酚電氧化之影響 39
4.7，初始 pH對乙醯氨酚電氧化之影響(鈦鍍白金電極、30℃) 40
4.7.1初始 pH對乙醯氨酚電氧化之影響(鈦鍍白金電極、60℃) 41
4.8不同pH下乙醯氨酚(1 mg/L)之CV掃描 42
4.8.1不同pH下乙醯氨酚(10 mg/L)之CV掃描 46
4.9不同初始pH電解質對乙醯氨酚電氧化之影響-單槽與雙槽反應之比較 50
4.10 乙醯胺酚之氧化-UV掃描與TOC之比較(單槽、Co＝100 mg/L、1 A、30 ℃) 58
4.11硫酸根濃度對乙醯胺酚之電氧化影響 59
第5章 結論與建議 61
5.1 結論 61
5.2 建議 62
參考文獻 61
作者簡介 69

表目錄
表2-1 生物處理對於乙醯氨酚之處理效率 5
表2-2 環境水體中乙醯氨酚濃度 5
表2-3 各藥品化合物測定之最大吸收值 8
表3-1 藥品與材料供應商與規格 13
表3-2 分隔膜之性質 15
表3-3 儀器與設備供應商與型號 17
表4-1 乙醯胺酚及苯醌之全波長掃描數據 25
表4-2 各電極氧化有機化合物所需時間 30

圖目錄
圖2-1 新興污染物於環境中之流佈情形 4
圖2-2 台灣四個污水處理廠污染物進流水濃度 4
圖2-3乙醯胺酚電化學特性之部分研究結果 11
圖3-1 乙醯胺酚之化學結構式 14
圖3-2 實際電化學掃描視窗圖(0.5 M硫酸、白金電極) 19
圖3-3 0.5 M硫酸之掃描圖 19
圖3-4 雙槽反應槽形式 20
圖3-5 單槽實驗裝置 21
圖 3-6 實驗流程圖 22
圖4-1 電極材料對乙醯氨酚電氧化之影響-(Co＝10 mg/L、1 A、1 M硫酸鈉) 24
圖4-2鈦鍍白金電極面積對乙醯氨酚電氧化之影響 (Co＝10 mg/L、1 A、30℃) 27
圖4-2-1鈦鍍白金電極面積對乙醯氨酚電氧化之影響 (Co＝10 mg/L、1 A、60℃) 28
圖4-4-2 DSA電極於不同面積對乙醯氨酚電氧化之影響(Co＝10 mg/L、1 A) 29
圖4-3電流對乙醯氨酚電氧化之影響(Co＝10 mg/L、1 M硫酸鈉、30 ℃) 31
圖4-4乙醯氨酚初始濃度(10、20及30 mg/L)對其電氧化之影響 (0.5 A、0.5 M硫酸、30℃) 32
圖4-4-1不同濃度(10、20與30 mg/L)乙醯胺酚之CV掃描圖 (工作電極：白金，0.5 M硫酸，掃描電位：0~1.2 V) 33
圖4-4-2 不同濃度(10、50與100 mg/L)乙醯胺酚之CV掃描圖 (工作電極：白金，1 M硫酸鈉，掃描電位：0~1.2 V) 34
圖4-4-3 初始濃度(10、50、100 mg/L)對乙醯氨酚電氧化之影響(1 A、1 M硫酸鈉、30 ℃) 35
圖4-5-1 不同電極於不同溫度對乙醯氨酚電氧化之影響 37
(Co＝10 mg/L、1 A) 37
圖4-5-2溫度（30、40、50 ℃）對乙醯氨酚電氧化之影響(單槽、Co＝10 mg/L、1 A) 38
圖4-6電解質對乙醯氨酚電氧化之影響( Co＝10 mg/L、1 A、30 ℃) 39
圖4-7 初始pH對乙醯氨酚電氧化之影響(Co＝10 mg/L、1 A、30 ℃、鈦鍍白金) 40
圖4-7-1初始pH對乙醯氨酚電氧化之影響(Co＝10 mg/L、1 A、30 ℃、鈦鍍白金) 41
圖4-8乙醯胺酚(1 mg/L)在不同pH(pH4、7、10)下之CV掃描圖 43
圖4-8-1不同pH(2、5、7、9及13)下之CV掃描 (Nematollahi et al., 2009) 43
圖4-8-2不同pH下乙醯胺酚之電化學特性 (Nematollahi et al., 2009) 44
圖4-8-3乙醯胺酚電氧化之可能反應途徑 (Nematollahi et al., 2009 ) 45
圖4-8-4乙醯胺酚(10 mg/L)在GC電極上於不同pH(pH4、7、10) 47
下之CV掃描圖 47
圖4-8-5乙醯胺酚(10 mg/L)在白金電極上於不同pH(pH4、7、10) 48
下之CV掃描圖 48
圖4-8-6 初始濃度對乙醯氨酚電氧化之影響(1 A、0.1 M磷酸鹽、30 ℃) 49
圖4-8-7單槽反應不同初始pH對乙醯氨酚電氧化之影響( Co＝10 mg/L、1 A、30 ℃) 50
圖4-9三種不同初始pH電解質對乙醯氨酚電氧化之影響(單槽、Co＝10 mg/L、1 A、30 ℃) 52
圖4-9-1五種不同電解質對乙醯氨酚電氧化之影響(單槽、Co＝10 mg/L、1 A、30 ℃) 53
圖4-9-2 1 M硫酸鈉電解質對乙醯氨酚電氧化之影響（單雙槽比較）-( Co＝10 mg/L、1 A、30 ℃) 54
圖4-9-3 1 M硫酸電解質對乙醯氨酚電氧化之影響（單雙槽比較）-(Co＝10 mg/L、1 A、30 ℃) 55
圖4-9-4 初始pH電解質(硫酸鹽系統、不同初始pH)對乙醯氨酚電氧化之影響-(雙槽、Co＝10 mg/L、1 A、30 ℃) 56
圖4-9-5電解質(不同初始pH)對乙醯氨酚電氧化之影響-(雙槽、Co＝10 mg/L、1 A、30 ℃) 57
圖4-10乙醯胺酚之氧化-UV掃描與TOC之比較(單槽、1 M硫酸鈉、Co＝100 mg/L、1 A、30 ℃) 58
圖4-11 不同硫酸根濃度下乙醯胺酚之CV掃描 59
圖4-11-1 硫酸根濃度對乙醯胺酚電氧化之影響(雙槽、、Co＝10mg/L、1 A、30 ℃) 60

參考文獻
內政部消防署消防影音新聞台，衛生保健，2007。
林正芳，2008，新興污染物(抗生素與止痛藥)於特定污染源環境之流佈，2008年持久性有機污染物(含戴奧辛)研討會，台北。
吳玉琴，2004，Acetaminophen於特殊病人群在建議劑量下引起肝毒性反應，成醫藥誌，第十四卷第五期。
胡啟章，2002，電化學原理與方法，五南圖書出版社。
邱思源，2006，以電化學方法回收燃料電池廢電極貴稀金屬之研究，國立屏東科技大學環境工程與科學系碩士論文，屏東。
邱裕閔，2010倒極式電透析脫鹽技術與實廠案例介紹，財團法人台灣產業服務基金會。
張志麟，2001，太陽能氫氣產生器的研製，國立台灣大學機械工程研究所碩士論文，台北。
陳家揚，2008， 生活污水中個人保健品殘留化學物質之檢測技術建立研究，國立臺灣大學公共衛生學院環境衛生研究所計畫期末報告，台北。
陳家揚，2009， 生活污水中個人保健品殘留化學物質之檢測技術建立研究，國立臺灣大學公共衛生學院環境衛生研究所計畫期末報告，台北。
彭學信，2003，添加奈米級三氧化二鋁於PAN系膠態高分子電解質特性之研究，中原大學化學系碩士論文，屏東。
游絜婷，2010，利用電透析處理高鹽度廢水之薄膜穩定性評估與水分子傳輸行為研究，長庚大學化工材料工程研究所碩士論文，台南。
賴雨潺，2009，人工及實際TET-LCD鉻蝕刻廢液中Ce(IV)之電再生，國立屏東科技大學，環境工程與科學系碩士論文，屏東。
莊雅茹，黃志彬，袁如馨，2010， 以P型半導體電極系統降解水中有機汙染物之開發，中華民國環境工程學會2010廢水處理技術研討會，國立屏東科技大學。
楊金鐘，顏嘉亨，2010，利用管狀碳質/陶瓷複合膜結合同步電混凝/電過濾程序去除生活污水中之乙醯胺酚和紅黴素研究，中華民國環境工程學會2010廢水處理技術研討會，國立屏東科技大學。
蔡明偉，2008，探討電對流式電透析處理含銅廢水及不同物化因子對陽離子交換膜的傳輸影響，朝陽科技大學，環境工程與管理系碩士論文，台中。
劉茂煌，2009，分析化學實驗數位學習平台，輔仁大學化學系，台北。
謝長原，2002，電解催化氧化氯酚之研究，成功大學，環境工程學系碩士論文，台南。
Arslan, G., Yazici B., Erbil, M., 2005, “The effect of pH, temperature and concentration on electrooxidation of phenol,” Jourmal of Hazardous Materials, Vol.B124, pp.37-43.
Awad, H.S., Galwa, N.A., 2005, “Electrochemical degradation of Acid Blue and Basic Brown dyes on Pb/PbO2 electrode in the presence of different conductive electrolyte and effect of various operating factors,” Chemosphere, Vol. 61, pp. 1327–1335.
Carlos, A. M. H., Enric, B., 2009, “ Decontamination of wastewaters containing synthetic organic dyes by electrochemical methods: A general review,” Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 87, pp. 105–145.
Elsayed, M.A., Korany, M.A., Bedair, M.M., Mahgoub, H., Korany,E.A., 1990, “Computer-assisted spectrophotometric method for the assay of acetaminophen and phenacetin in the presence of their degradation products using combined orthogonal polynomials,” Drug Development and Industrial Pharmacy - Informaworld, Vol.16, pp. 1011-1024.
Gulsen, A. Birgul, Y. Mehmet, E.,2005, “The effect of pH, temperature and concentration on electrooxidation of phenol,” Jourmal of Hazardous Materials, Vol.B124, pp.37-43.
Hanaee, J., 1997, “Simultaneous determination of acetaminophen and codeine in pharmaceutical preparations by derivative spectrophotometry, ” Pharmaceutics Acta Helvetiae, Vol. 72, pp. 239-241.
Hirsch, R., Ternes, T.A., Haberer, K., Mehlich, A., Ballwanz, F., Kratz, K.L., 1998, “Determination of antibiotics in different water compartments via liquid chromatography–electrospray tandem mass spectrometry,” J Chromatogr A , Vol.815, pp. 213–23.
Hirsch, R., Ternes, T.A., Haberer, K., Kratz, K.L., 1999, “Occurrence of antibiotics in the aquatic environment,” Sci. Total Environ, Vol.225, pp. 109– 118.
Huang K. L., Chen T. S., 2009, “Electro-Regeneration of Ce(IV) in Simulated Spent Cr-Etching Solutions Containing Abundant Ce(III)”, Journal of The Electrochemical Society, Vol.156(12), pp. E192-E198.
Jara, C.C., Fino D., Specchia V., Saracco G., Spinelli P., 2007, “Electrochemical removal of antibiotics from wastewaters,” Applied Catalysis B, Vol. 70, pp. 479–487.
Jones, O.A.H., Voulvoulis, N., Lester, J.N., 2001 “Human pharmaceuticals in the aquatic environment: a review,” Environ Technol, Vol. 22, pp. 1383– 95.
Jones-Lepp, T.L., Alvarez, D.A., Petty, J.D., Huckins, J.N., 2004, “Polar organic Chemical integrative sampling and liquid chromatography – electrospray / ion-trap mass spectrometry for assessing selected prescription and illicit drugs in treated sewage effluents,” Arch Environ Contam Toxicol , Vol.47, pp. 427–439.
Kuehne, M., Ihnen, D., Moeller, G., Agthe, O., 2000, “Stability of tetracycline in water and liquid manure,” Journal of Veterinary Medicine Series A, Vol.47, pp. 379–384.
Klamerth, N., Rizzo, L., Malato, S., Maldonado, S. M. I., Agu¨ era, A., Ferna´ndez-Alba, A. R., 2010, “Degradation of fifteen emerging contaminants at mg L-1 initial concentrations by mild solar photo-Fenton in MWTP effluents,” Water research, Vol.44, pp. 545-554.
Kokovkin, V.V., Chung, S.J., Balaji S., Matheswaran, M., Moon, I.S., 2007, “ Electrochemical cell current requirements for toxic organic waste destruction in Ce(IV)-mediated electrochemical oxidation process, “ Korean Journal of Chemical Engineering , Vol.24, pp. 749–756.
Kolpin, D.W., Skopec, M., Meyer, M.T., Furlong, E.T., Zaugg, S.D., 2004, “ Urban contribution of pharmaceuticals and other organic wastewater contaminants to streams during differing flow conditions,” Sci Total Environ, Vol.328, pp. 119–1 30.
Lin, A.Y.C., Plumlee, M.H., Reinhard, M., 2006, “Natural attenuation ofpharm aceuticals and alkylphenol polyethoxylate metabolites during river transport: Photochemical and biological transformation,” Environmental Toxicology and Chemistry, Vol. 25, pp. 1458–1464.
Li, X.Y., Cui, Y.H., Feng, Y.J., Xie, Z.M., Gu, J.D., 2005, “ Reaction pathways and mechanisms of the electrochemical degradation of phenol on different electrodes,” Water Research, Vol.39 (10), pp.1972–1981.
Lin, Y. C., Yu, T. H., Lin C. F., 2008, “Pharmaceutical contamination in residential, industrial, and agricultural waste streams: Risk to aqueous environments in Taiwan,” Chemosphere Vol. 74, pp. 131–141.
Lin, Y. C., Yu, T. H., Lateef S. K., 2009, “Removal of pharmaceuticals in secondary wastewater treatment processes in Taiwan,” Journal of Hazardous Materials, Vol. 167, pp. 1163–1169.
Maria, K., Dionissios, M., Despo, K., 2009, “Removal of residual pharmaceuticals from aqueous systems by advanced oxidation processes,” Environment International, Vol. 35, pp. 402–417.
Miao, X. S., Koenig, B. G., Metcalfe, C.D., 2002 “Analysis of acidic drugs in the effluents of sewage treatment plants using liquid chromatography–electrospray ionisation tandem mass spectrometry,”J Chromatogr A, Vol. 952, pp. 139–47.
Morrall, D., McAvoy, D., Schatowitz, B., Inauen, J., Jacob, M., Hauk, A., Eckhoff, W., 2004, “A field study of triclosan loss rates in river water (Cibolo Creek, TX),” Chemosphere, Vol. 54, pp. 653–660.
Nematollahia, D., Jam, H. S., Alimoradi, M., Niroomand, S., 2009, “Electrochemical oxidation of acetaminophen in aqueous solutions: Kinetic evaluation of hydrolysis, hydroxylation and dimerization processes,” Electrochimica Acta, Vol. 54, pp. 7407–7415.
Saracco, G., Solarino, L., Aigotti, R., Specchia, V., Maja, M., 2000, “Electrochemical oxidation of organic pollutants at low electrolyte concentrations,” Electrochimica Acta, Vol. 46, pp. 373-380.
Sassman, S.A., Lee, L.S., 2005, “Sorption of three tetracyclines by several soils:Assessing the role of pH and cation exchange,” Environmental Science &Technology, Vol.39, pp. 7452–7459.
Stackelberg, P. E., Furlong, E. T., Meyer, M.T., Zaugg, S. D., Henderson, A.K., Reissman, D.B., 2004, “Persistence of pharmaceutical compounds and other organic wastewater contaminants in a conventional drinking-water-treatment plant” Sci Total Environment, Vol.329, pp.99–113.
Tixier, C., Singer, H. P., Canonica, S., Muller, S.R., 2002,“Phototransformation of triclosan in surface waters: a relevant elimination process for this widely used biocide – laboratory studies, field measurements, and modeling. Environmental,” Science & Technology, Vol.36, pp. 3482–3489.
Togola, A., Budzinski H., 2008, “Multi-residue analysis of harmaceutical compounds in aqueous samples,” Journal of Chromatography A, Vol. 1177, pp. 150–158.
Thomas, A., Ternesa, N. H., Matthias B., Thomas, K., Hansruedi, S., Adriano, J., 2004, “A rapid method to measure the solid–water distribution coefficient (Kd) for pharmaceuticals and musk fragrances in sewage sludge,” Water Research, Vol. 38, pp. 4075–4084.