臺灣博碩士論文加值系統

本研究利用酸浸法將廢螢光粉中的稀土金屬酸浸出來，並將其鑭金屬摻雜二氧化鈦，此摻雜可降低二氧化鈦的能隙，使得光源可以從紫外光照射改成可見光照射，能有效降低能耗的問題。薄膜處理程序為現今廣泛利用的技術，文獻指出，藉由塗佈光觸媒奈米材料塗佈於薄膜上可有效提高薄膜親水性能，降低積垢物造成的影響。本研究PVDF薄膜經由低溫電漿改質，並以製備之鑭摻雜二氧化鈦(La-TiO2)塗佈於薄膜上，以改變薄膜的表面特性及利用光催化反應，減輕積垢物的影響並去除之。
於酸浸實驗結果顯示，以固液比1:5及5M硝酸對鑭的溶出效果最好，並以1M HNO3→5M HNO3→5M HCl 個酸浸6小時所得到的鑭含量最多。光催化反應實驗結果顯示，以1wt%鑭添加劑量效果最好，添加劑量的實驗中，顯示La-TiO2加入量超過3wt%光催化降解效率趨於緩慢；於測試不同光源的實驗中，顯示藍光效果最好，並測試其光催化劑重複性，結果顯示，可重複高達11次。
將1wt%La-TiO2塗佈於薄膜上後，其光催化降解染料的效率明顯下降，但仍具有光催化的能力。La-TiO2/PVDF薄膜具有親水性但也導致透模壓力上升。

In this study, the waste fluorescence powder used acid leaching to rare earth metal leach out and doped with titanium dioxide (TiO2). This reduced the TiO2 energy gap, making the light source can be changed to visible light from ultraviolet light, which can effectively reduce energy problem. Membrane treatment procedure for the widespread use of the current technology. Literature indicated by photocatalyst coating material was applied on the membrane hydrophilic, it could effectively improve performance and reduced the impact of fouling materials. In this study, the modified PVDF membrane by low temperature plasma and preparation of lanthanum-doped titanium dioxide coated on it. The modified membrane surface properties and photocatalytic reaction which reduced the fouling material and eliminate it.
The results showed that in acid leaching, use 5M nitric acid and solid-liquid ratio is 1: 5；1M HNO3 → 5M HNO3 → 5M HCl combination leaching 6 hours can obtained better lanthanum content. Photocatalytic reaction results showed that the amount of additive with 1wt% lanthanum had best additive amount of experiments. It showed lanthanum-doped titanium dioxide the amount exceeds 3wt%, the photocatalytic degradation efficiency tends to be slow. Experimental test different light sources the display blue light was best, and tested for their photocatalyst repeatability results show times can be repeated up to 11 times.
One wt% La-TiO2 coated on the membrane, its photocatalytic degradation efficiency of the dye decreased, but still has the ability of photocatalytic. La-TiO2/PVDF membrane is hydrophilic but it lead to increased pressure through the mold.

目錄
摘要 I
Abstract II
目錄 III
圖目錄 VI
表目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的與內容 2
1.3 研究架構 3
第二章 文獻回顧 4
2.1 稀土資源介紹 4
2.2 資源回收現況 9
2.3 萃餘物中的鑭系元素 12
2.4 光催化技術 13
2.4.1 二氧化鈦光觸媒 16
2.4.2 二氧化鈦的缺點及改進 19
2.4.3 可見光光催化技術 21
2.5 摻雜之方法 22
2.5.1 稀土金屬摻雜 23
2.6 薄膜程序 25
2.6.1 薄膜的種類 25
2.6.2 薄膜積垢原因 27
2.6.3 積垢去除的方法 28
2.6.4 電漿改質薄膜 28
第三章 實驗設備與方法 31
3.1 實驗架構 31
3.2 廢螢光粉物質分析 33
3.3 酸浸法實驗 35
3.4 二氧化鈦改質 36
3.4.1 可見光光催化實驗 38
3.4.2 藍光光催化實驗 39
3.4.3 紅光光催化實驗 39
3.4.4 取樣與分析方法 40
3.4.5 La-TiO2物化分析 40
3.5 製備薄膜 41
3.5.1 低溫電漿改質薄膜 41
3.5.2 光催化劑塗佈 42
3.6 薄膜光催化降解染料實驗 44
3.7 實驗藥品 45
3.8 實驗儀器 46
第四章 結果與討論 47
4.1 螢光粉成分分析 47
4.2 鑭回收率測試 50
4.2.1 不同酸與酸濃度測試 50
4.2.2 固液比對酸浸效率測試 53
4.2.3 不同種酸之組合對酸浸效率測試 55
4.2.4 酸浸時間對酸浸效率測試 57
4.2.5 pH值對酸浸效率測試 59
4.3 粉體光催化實驗 61
4.3.1 不同劑量對光催化測試 61
4.3.2 不同光源對光催化測試 63
4.3.3 改質光催化劑再使用性測試 65
4.4 粉體材料特性分析 67
4.4.1 SEM表面形貌分析 67
4.4.2 FTIR結構分析 69
4.5 薄膜光催化降解染料 70
4.5.1 熱能對薄膜光催化影響之測試 70
4.5.2 不同劑量對光催化降解染料測試 71
4.6 薄膜性質分析 72
第五章 結論與建議 76
5.1 結論 76
5.2 建議 77
參考文獻 78

圖目錄
圖1.1　研究架構 3
圖2.1　各種金屬礦在世界埋藏量與已採掘量之比例 4
圖2.2　歷年應回收廢棄物回收處理稽核認證量 10
圖2.3　光催化原理機制 15
圖2.4　在PH=7的中性溶液中二氧化鈦表面之氧化還原反應 18
圖2.5　光引發親水性機制 18
圖2.6　 TiO_2與N-doped TiO_2能隙差異 20
圖2.7　薄膜與分離物質粒徑比較 26
圖2.8　薄膜積垢的機制 28
圖2.9　電漿溫度和氣壓的關係 30
圖3.1　實驗流程圖 32
圖3.2　改質光催化劑流程圖 37
圖3.3　光催化裝置示意圖 38
圖3.4　光催化實驗流程圖 39
圖3.5　高週波低溫電漿示意圖 41
圖3.6　La-TiO2塗佈流程 43
圖3.7　薄膜光催化裝置示意圖 44
圖4.1　 XPS-Survey分析圖 48
圖4.2　廢螢光粉粉末之主要金屬離子組成比例 49
圖4.3　硫酸對六種元素酸浸效率之影響 50
圖4.4　鹽酸對六種元素酸浸效率之影響 51
圖4.5　硝酸對六種元素酸浸效率之影響 51
圖4.6　每克鑭所佔的比例 53
圖4.7　不同固液比所佔的百分比 54
圖4.8　不同酸之組合百分比 55
圖4.9　各元素不同酸浸時間比較圖 57
圖4.10　不同酸浸時間對鑭溶出效率 58
圖4.11　不同pH值對鑭溶出效率 59
圖4.12　可見光照射La-TiO2光催化降解50mg/L RB5染料結果 62
圖4.13　La-TiO2之6小時最終降解率 62
圖4.14　不同光源光催化降解50mg/L RB5染料結果 63
圖4.15　不同光源照光6小時最終降解率 64
圖4.16　1wt%La-TiO2 50mg/L再使用性 65
圖4.17　再使用性6小時最終降解率 66
圖4.18　含鑭酸浸粉末SEM圖 67
圖4.19　商用P25及1wt%La-TiO2SEM圖 68
圖4.20　商用P25及1wt%La-TiO2FTIR圖 69
圖4.21　熱能對染料降解的關係圖 70
圖4.22　不同塗佈量光催化降解10mg/L RB5染料結果 72
圖4.23　不同塗佈量最終光催化降解效率 72
圖4.24　不同塗佈量膜通量變化 73
圖4.25　不同塗佈量透模壓力變化 73
圖4.26　薄膜接觸角量測 75

表目錄
表2.1　稀土元素列表與應用範圍 7
表2.2　全球稀土資源蘊含量及產量 8
表2.3　環保署公告應回收廢棄物項目 10
表2.4　列舉應回收項目物品類所含金屬 11
表2.5　廢螢光粉中的主要成份 12
表2.6　不同半導體能隙能量及受激發所需最大波長 15
表2.7　薄膜程序與特性 26
表3.1　回收之廢螢光粉成分分析 33
表4.1　 XPS-Survey組成成分 48
表4.2　廢螢光粉粉末之主要金屬離子總量 49
表4.3　三種酸對鑭之酸浸效率 52
表4.4　不同酸之組合 56
表4.5　各元素不同酸浸時間溶出效率 58
表4.6　不同pH對鑭溶出效率 60
表4.7　各薄膜接觸角角度 74

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