臺灣博碩士論文加值系統

摘要

船舶污損會使其在行駛中增加阻力，而使油耗增加，也會造成船殼腐蝕。電觸媒(Electro-Catalytic)電解海水產生氯(Cl)或次氯酸離子(ClO-)，用強氧化力消滅海中微生物，可以抑制海生物的附著；低電壓電極法為交替施加直流電，利用低電壓電極(Low Voltage Electrode Method)的電子交換跟電觸媒催化的氫氧自由基(OH-)，能破壞或減少海生物的附著，抑制微生物膜的寄生。
本研究在初步探討市售形狀安定陽極(Dimensionally Stable Anode, DSA)應用在防止船舶污損的可能。利用DSA有良好的導電度、極佳抗腐蝕性。同時，DSA本身製程是使用無毒氣體與物質，能有效達到抑制微生物附著並且不破壞海洋生態。本研究的實驗預先放置未鍍膜的空白鈦片在海水中，觀察海生物生長情形，再放形狀安定陽極DSA試片到海水裡，實驗前會先測量電觸媒所產氣的電壓再選定適合的電壓值，決定適合現場海水測驗的電壓值(DSA0.7V ~0.8Vvs. SCE參考電極)實驗結果得知，未鍍膜及未通電純鈦放置10天就開始生長管蟲與海藻，通電DSA試片已放置一個月以上，無發現海生物生長，可證明DSA對船舶海生物預防之可行性。
關鍵字：船舶污損、電觸媒、氫氧自由基、形狀安定陽極

Abstract
Hull fouling will increase the resistance of the ship while driving, and the increase in fuel consumption will also cause hull corrosion. Electro-Catalytic electrolysis of seawater to produce chlorine (Cl) or hypochlorite ions (ClO-), strong oxidizing forces to eliminate bacteria and micro-oganism, inhibit the growth of micro-oganism, the low voltage electrode method is applies direct current, the use of low voltage electrode method transfer electronic and catalytic between the hydroxyl radical, destroy or reduce the adhesion of microbial, inhibit the parasite of microbial mucosa. This study explores commercial dimensionally stable anode DSA (Dimensionally Stable Anode, DSA), known for good conductivity and excellent corrosion resistance, potential application to biofouling prevention. The use of DSA has a good conductivity, excellent corrosion resistance. Simultaneously, DSA itself processes the use of non-toxic gases and substances, effective to inhibit microbial attachment, and does not destroy the marine ecology. The experiment of this study places firstly immerse uncoated blank titanium and DSA sheets in seawater, for observation of marine growth. Electro-Catalytic DSA in seawater is performed at 0.7-0.8 V vs. SCE, which is determined by initiation of gas evolution of the electric catalyst. And then select the appropriate voltage (DSA0.7~0.8V). The experi-mental results show that, uncoated and non-powered titanium sheets immersed in seawater for 10 days began to grow hydroid and algae. The electric-driven DSA shows no biological growth for 30 days in seawater, proving the feasibility of DSA to prevent hull fouling.
Keywords: Hull Biofouling, Electro-Catalytic, Hydroxyl Radical,
Dimensionally Stable Anode

目錄
摘要 i
Abstract ii
致謝 iv
目錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章、緒論 1
1-1前言 1
1-2研究緣起 2
1-3研究目標 3
第二章、文獻回顧 6
2-1電觸媒轉換之使用 6
2-2電觸媒的材料 7
2-2-1電觸媒的特性 8
2-3形狀安定陽極 9
2-3-1形狀安定陽極材料組成與特性 9
2-3-2形狀安定陽極金屬氧化物塗層製程方式 10
2-3-3形狀安定陽極金屬氧化物應用 12
2-4電化學 14
2-4-1電化學實驗之設備 14
2-4-2電化學之應用 15
2-5氫氧自由基 18
2-5-1氫氧自由基的定義 18
2-5-2氫氧自由基之產生方式 20
2-5-3氫氧自由基的取得與測量方式 22
2-6海生物腐蝕 23
2-6-1海生物種類 23
2-6-2海生物附著生長過程 26
2-6-3海生物腐蝕造成的船舶危害 27
2-7抑制海生物生長技術 27
第三章、實驗方法與分析 30
3-1實驗環境分析與實驗規劃 30
3-2 TiBiRu電觸媒試片製備介紹 34
3-2-1 TiBiRu電觸媒試片製程與參數 36
3-3實驗設備 37
3-3-1電化學實驗設備 37
3-3-2多功能超高解析場發射型掃描電子顯微鏡 39
3-4試片通電實驗 40
第四章、實驗結果與討論 44
4-1形貌分析 44
4-2自取海水岸上與港區碼頭觀察海生物成長 48
4-2-1自取海水岸上與港區碼頭觀察海生物成長之重量測量 51
4-3岸上通電實驗 53
第五章、結論與建議 60
5-1結論 60
5-2建議 61
參考文獻 62


表目錄
表3 1　 TiBiRu靶材規格表 35
表3 2　 TiBiRu-1製程參數表 36
表3 3　 TiBiRu-2製程參數表 37
表3 4　 DSA通電數據表 41
表3 5　 TiBiRu通電數據表 41
 
圖目錄
圖2 1　三菱重工業應用電化學防污示意圖 15
圖2 2　空氣膜減阻模型圖 17
圖2 3　電極表面微泡成核與核聚成氣泡的過程圖 18
圖2 4　半導體電催化反應圖 19
圖2 5　半導體能隙位置圖 20
圖2 6　海洋中海生物種類圖 24
圖2 7　藤壺 25
圖2 8　管蟲 25
圖2 9　海生物附著過程圖 26
圖3 1　 DSA試片圖 31
圖3 2　 TiBiRu試片圖 32
圖3 3　海測實驗設備圖 32
圖3 4　通電電線在岸邊磨損圖 32
圖3 5　桶裝海水圖 33
圖3 6　港區碼頭懸掛試片處圖 33
圖3 7　量測用電子秤圖 34
圖3 8　底材鈦片圖 35
圖3 9　TiBiRu靶材圖 35
圖3 10　金屬真空濺鍍系統圖 36
圖3 11　電化學實驗示範圖 38
圖3 12　高解析場發射型掃描式電子顯微鏡圖 39
圖3 13　電觸媒試片放置端板圖 42
圖3 14　自製的可自動切換控制器圖 42
圖3 15　通電實驗電路圖 42
圖3 16　實驗流程圖 43
圖4 1　 DSA試片SEM表面形貌(1kx) 44
圖4 2　 DSA試片SEM表面形貌(5kx) 45
圖4 3　 DSA試片SEM表面形貌(20kx) 45
圖4 4　 TiBiRu-1試片SEM表面形貌(80kx) 46
圖4 5　 TiBiRu-1試片SEM表面形貌(40kx) 46
圖4 6　 TiBiRu-2試片SEM表面形貌(80kx) 47
圖4 7　 TiBiRu-2試片SEM表面形貌(40kx) 47
圖4 8　 A、B實驗所使用空白鈦試片圖 48
圖4 9　 A實驗10天後之試片藍框標註有管蟲 49
圖4 10　A實驗10天後之試片綠框標註有海藻 49
圖4 11　A實驗14天後試片圖 49
圖4 12　A實驗14天後試片與水槽圖 50
圖4 13　B實驗14天後之試片圖 50
圖4 14　B實驗30天後之試片 50
圖4 15　空白鈦片秤重圖 52
圖4 16　A實驗試片(1)秤重圖 52
圖4 17　A實驗試片(2)秤重圖 52
圖4 18　B實驗試片(1)秤重圖 53
圖4 19　B實驗試片(2)秤重圖 53
圖4 20　C-1-DSA試片5分鐘換極之電流變化圖 55
圖4 21　C-1-DSA試片當電流負極換正極變化圖 55
圖4 22　C-1-DSA第30天試片電流變化圖 55
圖4 23　C-2-TiBiRu 1V 5分換極正極電流圖 56
圖4 24　C-2-TiBiRu 1V 5分換極負極電流圖 56
圖4 25　C-2-TiBiRu 1V 3分換極正極電流圖 56
圖4 26　C-2-TiBiRu 1V 3分換極負極電流圖 57
圖4 27　C-2-TiBiRu 1.3V 2分換極負極電流圖 57
圖4 28　C-2-TiBiRu 1.3V 2分換極正極電流圖 57
圖4 29　A實驗30天後之空白鈦試片圖 58
圖4 30　C實驗7天後之DSA試片圖 58
圖4 31　C實驗30天後在海水中之DSA試片圖 58
圖4 32　C-1-DSA試片橘框標註有白點 59
圖4 33　C-2-TiBiRu通電實驗30天後試片表面圖 59
圖4 34　C-2-TiBiRu試片表面黃框有海藻 59

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