臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要目的是利用氧化鋅及二氧化鈦光觸媒降解單成分及雙成分混合染料亞甲藍(MB)及若丹明B(RhB)，並找出其最適光觸媒量及最佳pH值。
首先分別探討光觸媒對亞甲藍及若丹明B的吸附效果，得到在pH值為10的情況下，二氧化鈦對亞甲藍的脫色率為80%，氧化鋅對亞甲藍的脫色率為20%，而在pH值為4和7的情況下，二氧化鈦和氧化鋅對亞甲藍沒有任何吸附現象。另外，在pH值為4、7和10的情況下，二氧化鈦和氧化鋅對若丹明B的脫色率皆少於10%。
由單成分染料(10ppm)降解的結果得到最佳光觸媒量為0.5g/L，在此條件下，二氧化鈦在pH值為7時對亞甲藍的脫色率達98.6%，在pH值為10時對若丹明B的脫色率達75.5%；氧化鋅在pH值為10時對亞甲藍得脫色率達97.2%，對若丹明B的脫色率達80.1%。
雙成分混合染料亞甲藍與若丹明B重量比為5/5的實驗結果指出，氧化鋅在pH值為10、反應時間120分鐘後，亞甲藍的脫色率為75.7%，若丹明B的脫色率為80.3%，染料礦化率達43.6%；二氧化鈦氧化鋅在pH值為10、反應時間120分鐘後，亞甲藍的脫色率為87.3%，若丹明B的脫色率為78.3%，染料礦化率達10.7%。

The main purpose of this study is to use ZnO and TiO2 for photocatalytic degradation of a binary mixture of methylene blue (MB) and rhodamine B (RhB). The optimal TiO2 and ZnO dosages and pH values were determined.
The adsorption results demonstrated that 80% decolorization of MB was achieved at pH 10 due to adsorption of MB on TiO2. Additionally, 20% declorization of MB was achieved at pH 10 due to adsorption of MB on ZnO. However, no adsorption of MB on TiO2 and ZnO was found at pH 4 and 7. Moreover, less than 10% decolorization of RhB due to adsorption of RhB on TiO2 and ZnO was observed at pH 4, 7, and 10.
The experimental results for degradation of single dye (10ppm) demonstrated that the optimal photocatalyst dosages of TiO2 and ZnO are 0.5g/L. Using TiO2, 98.6% decolorization of MB was achieved at pH 7 and 75.5% decolorization of RhB was achieved at pH 10.Moreover, 97.2% decolorization of MB and 80.1% decolorization of RhB was achieved using ZnO with pH 10.
The experimental results for degradation of binary dye mixture with a weight ratio of MB to RhB of 5:5 indicated that 75.7% decolorization of MB, 80.3% decolorization of RhB and 43.6% mineralization were achieved at pH 10 with a ZnO dosage of 0.5 g/L, as measured after 120 min. However, 87.3% decolorization of MB, 78.3% decolorization of RhB and 10.7% mineralization were achieved at pH 10 with a TiO2 dosage of 0.5 g/L, as measured after 120 min.

目錄
論文指導教授推薦書 i
論文口試委員會審定書 ii
國家圖書館授權書 iii
長庚大學授權書 iv
誌謝 v
中文摘要 vi
英文摘要 vii
目錄 viii
圖目錄 xii
表目錄 xv
第一章 緒論 - 1 -
1.1序言 - 1 -
1.2研究目的 - 3 -
第二章 研究背景與文獻回顧 - 4 -
2.1 光觸媒的起源 - 4 -
2.2 光觸媒的原理 - 6 -
2.3 光觸媒的應用 - 8 -
2.4 半導體特性 - 10 -
2.5 氧化鋅的結構、特性與應用 - 11 -
2.5.1 氧化鋅的結構與特性 - 11 -
2.5.2 氧化鋅的應用 - 13 -
2.6 二氧化鈦的結構、特性與應用 - 15 -
2.6.1 二氧化鈦的結構與特性 - 15 -
2.6.2 二氧化鈦的應用 - 17 -
2.7 染料的危害 - 19 -
2.8 亞甲藍與若丹明B的結構與特性 - 21 -
2.9 影響光催化效果的因素 - 23 -
第三章 實驗方法與實驗步驟 - 25 -
3.1 光催化反應系統 - 25 -
3.2 實驗原理 - 27 -
3.3 實驗藥品 - 30 -
3.4 實驗儀器 - 31 -
3.5 分析儀器 - 32 -
3.6 實驗步驟 - 33 -
3.6.1染料最大吸收波長測定 - 33 -
3.6.2染料溶液檢量線 - 33 -
3.6.3吸附實驗步驟 - 33 -
3.6.4直接光解實驗步驟 - 34 -
3.6.5單成分染料降解實驗步驟 - 34 -
3.6.6雙成分染料降解實驗步驟 - 35 -
3.7數據處理 - 36 -
第四章 結果與討論 - 38 -
4.1 染料分析 - 38 -
4.1.1 亞甲藍染料最大吸收波長 - 38 -
4.1.2 若丹明B染料最大吸收波長 - 38 -
4.1.3 雙成分染料最大吸收波長間的影響 - 38 -
4.1.4 亞甲藍溶液檢量線 - 40 -
4.1.5若丹明B溶液檢量線 - 40 -
4.1.6 雙成分染料吸收度間的關係 - 41 -
4.2 光觸媒的性質探討 - 44 -
4.2.1 二氧化鈦的性質探討 - 44 -
4.2.2 氧化鋅的性質探討 - 46 -
4.3 吸附實驗 - 48 -
4.3.1 亞甲藍吸附實驗 - 48 -
4.3.2 若丹明B的吸附實驗 - 49 -
4.4 直接光解實驗 - 56 -
4.5探討染料在不同光觸媒量的降解效果 - 58 -
4.5.1 不同光觸媒量對亞甲藍的降解效果 - 58 -
4.5.2不同光觸媒量對若丹明B的降解效果 - 58 -
4.6探討不同pH對降解染料的影響 - 63 -
4.6.1 不同pH對亞甲藍染料的降解 - 63 -
4.6.2 不同pH值對若丹明B染料的降解 - 64 -
4.7 雙成分混合染料的降解效果 - 68 -
4.8 染料降解過程中的礦化率分析 - 74 -
第五章 結論 - 76 -
參考文獻 - 78 -
附錄A - 83 -
附錄B - 100 -

圖目錄
圖2.1 本田-藤嶋效應裝置圖 - 5 -
圖2-2 光觸媒之光催化原理 - 7 -
圖2-3 光觸媒的應用 - 9 -
圖2-4氧化鋅之X-光繞射標準圖譜 - 11 -
圖2-5氧化鋅之六方晶系纖鋅礦結構 - 12 -
圖2-6氧化鋅的晶格結構示意圖 - 12 -
圖2-7 銳鈦礦相及金紅石相之晶體結構 - 17 -
圖2-8 亞甲藍結構圖 - 21 -
圖2-9 若丹明B的結構圖 - 22 -
圖3-1 反應器系統構造裝製圖 - 25 -
圖3-2 Beer’s Law示意圖 - 36 -
圖4-1 亞甲藍染料紫外光-可見光全波段光譜 - 39 -
圖4-2 若丹明B染料紫外光-可見光全波段光譜 - 39 -
圖4-3 雙成分混合染料紫外光-可見光全波段光譜 - 40 -
圖4-4 亞甲藍染料的檢量線(663nm) - 41 -
圖4-5 若丹明B染料的檢量線(553nm) - 42 -
圖4-6 亞甲藍染料的檢量線(553nm) - 42 -
圖4-7 雙成分混合染料檢量線驗證 - 43 -
圖4-8 二氧化鈦的XRD分析圖 - 45 -
圖4-9 二氧化鈦的SEM形態分析圖 - 45 -
圖4-10 氧化鋅的XRD分析圖 - 46 -
圖4-11 氧化鋅的SEM形態分析圖 - 47 -
圖4-12 二氧化鈦在不同pH值下對亞甲藍的吸附實驗 - 51 -
圖4-13 氧化鋅在不同pH值下對亞甲藍的吸附實驗 - 52 -
圖4-14 二氧化鈦在不同pH值下對若丹明B的吸附實驗 - 53 -
圖4-15 氧化鋅在不同pH值下對若丹明B的吸附實驗 - 54 -
圖4-16 雙成分染料的吸附實驗 - 55 -
圖4-17不同染料的直接光解實驗 - 57 -
圖4-18 不同二氧化鈦觸媒量對亞甲藍的降解效果 - 60 -
圖4-19 不同氧化鋅觸媒量對亞甲藍的降解效果 - 60 -
圖4-20 不同二氧化鈦觸媒量對若丹明B的降解效果 - 61 -
圖4-21 不同氧化鋅觸媒量對若丹明B的降解效果 - 61 -
圖4-22 二氧化鈦光觸媒在不同pH下對亞甲藍的降解效果 - 65 -
圖4-23 氧化鋅光觸媒在不同pH下對亞甲藍的降解效果 - 65 -
圖4-24 二氧化鈦光觸媒在不同pH下對若丹明B的降解效果 - 66 -
圖4-25 氧化鋅光觸媒在不同pH下對若丹明B的降解效果 - 66 -
圖4-26為亞甲藍/若丹明B雙成分染料比例10 ppm / 10 ppm的降解效果 - 70 -
圖4-27為亞甲藍/若丹明B雙成分染料比例10 ppm / 5 ppm的降解效果 - 71 -
圖4-28為亞甲藍/若丹明B雙成分染料比例5 ppm / 5 ppm的降解效果 - 72 -
圖4-29為亞甲藍/若丹明B雙成分染料比例5 ppm / 10 ppm的降解效果 - 73 -
圖B.1 不同二氧化鈦觸媒量對亞甲藍的降解反應速率常數分析 - 100 -
圖B.2 不同氧化鋅觸媒量對亞甲藍的降解反應速率常數分析 - 100 -
圖B.3 不同二氧化鈦觸媒量對若丹明B的降解反應速率常數分析 - 101 -
圖B.4 不同氧化鋅觸媒量對若丹明B的降解反應速率常數分析 - 101 -
圖B.5 二氧化鈦光觸媒在不同pH下對亞甲藍的降解反應速率常數分析 - 102 -
圖B.6 氧化鋅光觸媒在不同pH下對亞甲藍的降解反應速率常數分析 - 102 -
圖B.7 二氧化鈦光觸媒在不同pH下對若丹明B的降解反應速率常數分析 - 103 -
圖B.8 氧化鋅光觸媒在不同pH下對若丹明B的降解反應速率常數分析 - 103 -
圖B.9光觸媒在不同pH下對亞甲藍的降解效果 - 104 -
圖B.10光觸媒在不同pH下對若丹明B的降解效果 - 104 -


表目錄
表2-1 不同二氧化鈦晶型的性質比較 - 16 -
表3-1 光催化反應系統規格 - 26 -
表3-2 實驗變因：觸媒量 - 28 -
表3-3 實驗變因：pH值 - 28 -
表3-4 吸附實驗操作條件 - 29 -
表3-5 雙成分混合染料降解操作條件 - 29 -
表4-1 不同光觸媒量降解亞甲藍和若丹明B染料的k值 - 62 -
表4-2在不同pH下降解亞甲藍和若丹明B染料的k值 - 67 -
表4-3 礦化率分析 - 75 -
表A-1 二氧化鈦光觸媒在不同pH值下，對亞甲藍的吸附數據 - 83 -
表A-2 氧化鋅光觸媒在不同pH值下，對亞甲藍的吸附數據 - 84 -
表A-3 二氧化鈦光觸媒在不同pH值下，對若丹明B的吸附數據 - 85 -
表A-4 氧化鋅光觸媒在不同pH值下，對若丹明B的吸附數據 - 86 -
表A-5 光觸媒對雙成分染料的吸附實驗數據 - 87 -
表A-6不同二氧化鈦光觸媒量對亞甲藍的降解實驗數據 - 88 -
表A-7不同氧化鋅光觸媒量對亞甲藍的降解實驗數據 - 89 -
表A-8不同二氧化鈦光觸媒量對若丹明B的降解實驗數據 - 90 -
表A-9不同氧化鋅光觸媒量對若丹明B的降解實驗數據 - 91 -
表A-10二氧化鈦光觸媒在不同pH值下，對亞甲藍的降解數據 - 92 -
表A-11氧化鋅光觸媒在不同pH值下，對亞甲藍的降解數據 - 93 -
表A-12二氧化鈦光觸媒在不同pH值下，對若丹明B的降解數據 - 94 -
表A-13氧化鋅光觸媒在不同pH值下，對若丹明B的降解數據 - 95 -
表A-14 雙成分染料水溶液降解實驗數據 - 96 -
表A-15 雙成分染料水溶液降解實驗數據 - 97 -
表A-16 雙成分染料水溶液降解實驗數據 - 98 -
表A-17 雙成分染料水溶液降解實驗數據 - 99 -

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