臺灣博碩士論文加值系統

本研究是針對奈米二氧化鈦光觸媒材料的物理特性、化學反應及其所產生的淨化環境效果進行分析討論與試驗，讓大家能夠清楚了解二氧化鈦光觸媒的特性及效果。本研究試驗應用主要分為防黴抑菌及除污清潔兩部份來進行討論。在防黴抑菌試驗過逞中，噴塗二氧化鈦溶液於容器上，然後利用紫外光照射，探討其變化，以驗證光觸媒防黴抑菌之效果。在除污清潔試驗過逞中，噴塗二氧化鈦溶液於海棉布，然後將汙染物滴在海棉布上並以紫外光照射，探討其變化，以驗證光觸媒除污清潔之效果，污染物濃度則為甲基藍溶液稀釋50倍來模擬污染程度。
研究結果顯示，當二氧化鈦光觸媒在經過紫外光照射開始進行反應後，其防黴抑菌及除污清潔等效果會開始產生效用，驗證了奈米二氧化鈦光觸媒具有防黴抑菌及除污清潔的效果。

The aim of the research is to analyse and experiment the physical property and chemical reactivity of nanophotocatalyst. Thus it will enhance the understanding on the effect of the photocatalyst. The research divided into two experiments, bacteriostasis and dirt elimination experiment. During the first test, bacteriostasis, TiO2 solution was sprayed onto the vessel then followed by the emission of ultraviolet ray. The changes were recorded and discussed as an evidence of bacteriostasis. In the dirt elimination experiment, a pollutant concentrate, diluted methylene blue (50x), was poured onto a piece of fabric then followed by the spraying of TiO2 solution and emission of ultraviolet ray.

Lastly, the changes were recorded and held as an evidence of dirt elimination and bacteriostasis. Overall, the result supports that nanophotocatalysis is effective.

中文摘要 ……………………………………………………… i
英文摘要 ……………………………………………………… ii
致謝 ……………………………………………………… iii
目錄 ……………………………………………………… iv
表目錄 ……………………………………………………… vii
圖目錄 ……………………………………………………… viii
一、 緒論………………………………………………… 1
1-1 研究動機…………………………………………… 1
1-2 研究目的…………………………………………… 2
1-3 研究流程…………………………………………… 3
二、 二氧化鈦分析與文獻回顧………………………… 4
2-1 觸媒基本觀念……………………………………… 4
2-2 光觸媒簡介………………………………………… 8
2-3 光觸媒反應機制…………………………………… 7
2-4 光觸媒材料特性…………………………………… 9
2-5 半導體的光化學反應……………………………… 11
2-5-1 半導體性質………………………………………… 11
2-5-2 N型與P型半導體………………………………… 12
2-5-3 光化學原理………………………………………… 13
2-6 太陽光簡介………………………………………… 17
2-6-1 太陽光特性………………………………………… 17
2-6-2 紫外線分布及能量特性…………………………… 18
2-7 氫氧自由基………………………………………… 20
2-7-1 自由基簡介………………………………………… 20
2-7-2 自由基的產生……………………………………… 21
2-8 奈米材料特性……………………………………… 23
2-9 接觸角的影響-蓮花效應…………………………... 26
2-10 二氧化鈦結構特性………………………………… 28
2-11 二氧化鈦物理性質………………………………… 33
2-12 二氧化鈦光化學性質……………………………… 34
2-13 二氧化鈦光催化反應……………………………… 35
2-14 二氧化鈦製備法…………………………………… 39
2-15 二氧化鈦的應用…………………………………… 42
2-15-1 光觸媒應用特性…………………………………… 42
2-15-2 光觸媒適用範圍…………………………………… 43
三、 二氧化鈦光觸媒應用測試試驗…………………… 46
3-1 試驗流程…………………………………………… 46
3-2 試驗器具與材料…………………………………… 48
3-3 試驗項目與步驟…………………………………… 51
3-3-1 防黴除污實驗……………………………………… 51
3-3-2 除污清潔實驗……………………………………… 51
四、 試驗結果探討……………………………………… 52
4-1 防黴除污實驗……………………………………… 52
4-2 除污清潔實驗……………………………………… 70
五、 結論與未來展望…………………………………… 78
5-1 結論………………………………………………… 78
5-2 未來展望…………………………………………… 79
參考文獻 ……………………………………………………… 80
個人簡述 ……………………………………………………… 87
表 目 錄
表2-1 光觸媒種類 …………………………………………… 9
表2-2 紫外線A、紫外線B、紫外線C 的特性……………… 20
表2-3 銳鈦礦型與金紅石型之比較 ………………………… 30
表2-4 製備方法的比較 ……………………………………… 41
表2-5 光觸媒的應用情況 …………………………………… 45
圖 目 錄
圖1-1 研究步驟流程圖…………………………………… 3
圖2-1 反應能量變化圖…………………………………… 5
圖2-2 Honda-Fujishima Effect反應圖……………………. 6
圖2-3 光觸媒在環境淨化上的多功能應用……………… 7
圖2-4 光觸媒化學反應機制示意圖……………………… 8
圖2-5 光觸媒物理反應機制示意圖……………………… 8
圖2-6 半導體材料受光照產生電子電洞………………… 10
圖2-7 常見半導體之能隙圖……………………………… 11
圖2-8 太陽輻射到達地面前被大氣吸收之分佈情形……… 18
圖2-9 太陽光波長分佈圖………………………………… 19
圖2-10 半導體能隙之量子效應…………………………… 26
圖2-11 楊格方程式(Young，s equation)…………………… 27
圖2-12 結晶構造圖(右為金紅石，左為銳鈦礦)…………… 29
圖2-13 二氧化鈦晶相圖…………………………………… 31
圖2-14 二氧化鈦晶格結構（a）金紅石（b）銳鈦礦……… 31
圖2-15 二氧化鈦分子鍵結（a）金紅石（b）銳鈦礦……… 32
圖2-16 二氧化鈦能帶圖…………………………………… 33
圖2-17 二氧化鈦光催化反應機制圖……………………… 38
圖2-18 光觸媒的產業應用機會…………………………… 44
圖3-1 試驗流程圖………………………………………… 47
圖3-2 二氧化鈦溶液……………………………………… 49
圖3-3 甲基藍溶液………………………………………… 49
圖3-4 UV光燈炮…………………………………………… 50
圖3-5 實驗容器…………………………………………… 50
圖4-1 自然光照射剛開始(左為無噴塗二氧化鈦，右為噴塗二氧化鈦)………53
圖4-2 自然光照射第一天(左為無噴塗二氧化鈦，右為噴塗二氧化鈦)………54
圖4-3 自然光照射第二天(左為無噴塗二氧化鈦，右為噴塗二氧化鈦)………55
圖4-4 自然光照射第三天(左為無噴塗二氧化鈦，右為噴塗二氧化鈦)………56
圖4-5 自然光照射第四天(左為無噴塗二氧化鈦，右為噴塗二氧化鈦)………57
圖4-6 自然光照射第五天(左為無噴塗二氧化鈦，右為噴塗二氧化鈦)………58
圖4-7 自然光照射第六天(左為無噴塗二氧化鈦，右為噴塗二氧化鈦)………59
圖4-8 自然光照射第七天(左為無噴塗二氧化鈦，右為噴塗二氧化鈦)………60
圖4-9 人工UV光照射剛開始(左為無噴塗二氧化鈦，右為噴塗二氧化鈦)……62
圖4-10 人工UV光照射第一天(左為無噴塗二氧化鈦，右為噴塗二氧化鈦)……63
圖4-11 人工UV光照射第二天(左為無噴塗二氧化鈦，右為噴塗二氧化鈦)……64
圖4-12 人工UV光照射第三天(左為無噴塗二氧化鈦，右為噴塗二氧化鈦)……65
圖4-13 人工UV光照射第四天(左為無噴塗二氧化鈦，右為噴塗二氧化鈦)……66
圖4-14 人工UV光照射第五天(左為無噴塗二氧化鈦，右為噴塗二氧化鈦)……67
圖4-15 人工UV光照射第六天(左為無噴塗二氧化鈦，右為噴塗二氧化鈦)……68
圖4-16 人工UV光照射第七天(左為無噴塗二氧化鈦，右為噴塗二氧化鈦)…69
圖4-17 剛開始(上有噴塗TiO2，下無噴塗TiO2)…………… 71
圖4-18 20分鐘後(上有噴塗TiO2，下無噴塗TiO2)………… 72
圖4-19 40分鐘後(上有噴塗TiO2，下無噴塗TiO2)………… 73
圖4-20 60分鐘後(上有噴塗TiO2，下無噴塗TiO2)………… 74
圖4-21 80分鐘後(上有噴塗TiO2，下無噴塗TiO2)………… 75
圖4-22 100分鐘後(上有噴塗TiO2，下無噴塗TiO2)……… 76
圖4-23 120分鐘後(上有噴塗TiO2，下無噴塗TiO2)……… 77

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