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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:謝長原
研究生(外文):Chang-Yuan Hsieh
論文名稱:電解催化氧化氯酚之研究
論文名稱(外文):Mediated Electrochemical Oxidation of Chlorophenols
指導教授:張祖恩張祖恩引用關係
指導教授(外文):Juu-En Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:環境工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:100
中文關鍵詞:氯酚化合物電解催化氧化鈷離子銀離子
外文關鍵詞:ChlorophenolsMediated Electrochemical OxidationCobalt(III)Silver(II)
相關次數:
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本研究利用具多重氧化態且高氧化還原電位之金屬離子對(Ag2+/Ag+,Co3+/Co2+),進行2-氯酚、3-氯酚、4-氯酚、2,4-二氯酚、2氨基-4氯酚與4氯-3硝基酚之電解氧化,探討電流密度與金屬離子濃度對氧化效率之影響。
  實驗結果顯示,Ag2+/Ag+電解系統對各類氯酚化合物氧化率約可提高35~45%,Co3+/Co2+電解系統約可比直接電解程序提高10~20%。實驗過程中,Ag2+/Ag+電解系統可發現氯化銀沉澱,但Co3+/Co2+電解系統並未發現金屬氯化物沉澱。對部分難分解物質,Ag2+/Ag+電解系統於高電流密度下對各類氯酚催化氧化效應提升,比低電流密度下更為顯著。Co3+/Co2+電解系統於低電流密度已有良好的催化氧化效果,而效應之提升以低電流密度下較為顯著。媒子濃度之增加,於此二系統中催化氧化效應提升並不顯著。綜合上述實驗結果發現,Ag2+/Ag+與Co3+/Co2+電解系統不論於各類氯酚氧化效率、氯鹽產生量與礦化程度,均較直接電解程序佳,顯示金屬媒子於電解系統中可充分發揮其催化氧化能力。
Mediated electrochemical oxidation (MEO) has been employed to test the feasibility of treating chlorophenols. Because of the different oxidation stages and the high redox potentials, Ag2+/Ag+ and Co3+/Co2+ were used as the oxidation mediators. Mediated electrochemical oxidation of 2-Chlorophenol(2-CP), 3-Chlorophenol(3-CP), 4-Chlorophenol(4-CP),2,4-Dichlorophenol(2,4-DCP),2-Amino-4-Chlorophenol(2-A-4-CP), and 4-Chloro-3-Nitrophenol(4-C-3NP) were conducted to examine the influence of current densities and various mediator concentrations.
Results of the MEO of chlorophenols using Ag2+/Ag+ and Co3+/Co2+ showed that the removal efficiency can be enhanced 35~45% and 10~20% respectively compared with direct electrochemical oxidation process. We found precipitation of AgCl in the MEO of chloropheols experiments by using Ag2+/Ag+, but could not find halide salt by using Co3+/Co2+. Mediated electrochemical oxidation of some resistant compounds by Ag2+/Ag+ can get better oxidation efficiency with high current density than with low current density. In low current density, using Co3+/Co2+ as electrochemical oxidation mediator performed good and obvious removal efficiency. The increase of mediator concentrations cannot enhance removal efficiency substantially. According to the result, by using Ag2+/Ag+ and Co3+/Co2+ as electrochemical oxidation mediators, we can get better removal efficiencies of chlorophenols, Cl- yields, and CO2 conversion rates. It showed that the feasibility of treating chlorophenols by MEO.
授權書 Ⅰ
簽署人須知 Ⅱ
論文合格證書 Ⅲ
中文摘要 Ⅳ
英文摘要 Ⅴ
誌謝 Ⅵ
目錄 Ⅶ
表目錄 X
圖目錄 XI

第一章 前 言 1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 研究目的與方法 2

第二章 文獻回顧 3
2-1 酚類化合物 3
2-1-1 酚類之有機特性 3
2-1-2 含氯之酚類化合物一般性質 4
2-1-3 環境中含氯之酚類化合物用途與來源 7
2-1-4 含氯之酚類化合物毒性與水質標準 7
2-2 含氯之酚類化合物處理方式 9
2-2-1 生物處理程序 9
2-2-2 化學處理程序 11
2-2-3 光催化處理程序 17
2-2-4 電解氧化處理程序 21
2-3 電解氧化法 23
2-3-1 電解氧化處理程序 23
2-3-2 金屬媒子之電解催化氧化 26
2-3-3 電解氧化法之影響因子 29

第三章 實驗材料、設備與方法 32
3-1 實驗設備 32
3-1-1 電解實驗設備 32
3-1-2 水質分析設備 34
3-1-3 電化學分析設備 36
3-2 實驗材料 38
3-2-1 藥品 38
3-2-2 人工配製廢水 38
3-2-3 電極材料 39
3-3 實驗方法與步驟 40
3-3-1 未添加金屬離子之電解氧化實驗 40
3-3-2 添加金屬離子之電解氧化實驗 40
3-3-3改變金屬離子濃度之電解氧化實驗 41
3-3-4氯鹽分析 41
3-3-5電化學分析 41

第四章 結果與討論 43
4-1 直接電解氧化對氯酚化合物之去除行為 43
4-1-1 電流密度之影響 43
4-2 以Ag2+/Ag+為媒子進行氯酚化合物之電解催化氧化 53
4-2-1電流密度之影響 53
4-2-2 銀離子濃度之影響 62
4-2-3小結 67
4-3以Co3+/Co2+為媒子進行氯酚化合物之電解催化氧化 69
4-3-1電流密度之影響 69
4-3-2鈷離子濃度之影響 78
4-3-3小結 83
4-4電解催化氧化各類氯酚之比較 84

第五章 結論與建議 93
5-1 結論 93
5-2 建議 94

參考文獻 95

表目錄

表2-1 常見取代基特性 4
表2-2 含氯之酚類化合物之物理化學性質 5
表2-2 含氯之酚類化合物之物理化學性質(續) 6
表2-3 酚類化合物之生物毒性 8
表2-4 國內外應用生物處理程序於氯酚廢水處理 12
表2-5 國內外應用化學氧化處理程序於氯酚廢水處理 15
表2-5 國內外應用化學氧化處理程序於氯酚廢水處理(續) 16
表2-6 國內外應用光化學氧化處理程序於氯酚廢水處理 20
表2-7 國內外應用電解氧化處理程序於氯酚廢水處理 22
表2-8 常見應用於間接氧化之媒子種類與氧化還原電位 28
表4-1 不同電流密度下氯酚化合物直接電解氧化後氧化率、氯鹽量與TOC礦化程度 52
表4-2 不同電流密度下添加銀離子進行氯酚化合物之電解催化氧化之氧化率、氯鹽產量與礦化程度 61
表4-3 不同銀濃度下各類氯酚化合物電解氧化之氧化率、氯鹽產量與TOC礦化程度 68
表4-4 不同電流密度下添加鈷離子進行氯酚化合物之電解催化氧化之氧化率、氯鹽產量與礦化程度 77
表4-5 不同鈷濃度下各類氯酚化合物電解氧化之氧化率、氯鹽產量
與TOC礦化程度 82

圖目錄

圖2-1 污染物直接氧化反應示意圖 24
圖2-2 污染物間接氧化反應示意圖 24
圖3-1 批次電解實驗設備圖 33
圖3-2 電化學分析設備圖 37
圖4-1 各類氯酚化合物之直接電解氧化率隨時間之變化情形 44
圖4-1(續) 各類氯酚化合物之直接電解氧化率隨時間之變化情形
45
圖4-2 各類氯酚化合物直接電解氧化率隨電通量之變化情形 49
圖4-2(續) 各類氯酚化合物直接電解氧化率隨電通量之變化情形
50
圖4-3 固定電流密度下,各類氯酚化合物氧化率隨時間變化情形
51
圖4-4 Ag2+/Ag+之電解氧化系統於不同電流密度下,各類氯酚化合物氧化率隨電通量變化之情形 55
圖4-4(續) Ag2+/Ag+之電解氧化系統於不同電流密度下,各類氯酚化合物氧化率隨電通量變化之情形 56
圖4-5 不同電流密度下未添加媒子與添加銀離子之氯酚氧化率隨電
通量變化情形 57
圖4-5(續) 不同電流密度下未添加媒子與添加銀離子之氯酚氧化率隨電通量變化情形 58
圖4-6 添加銀離子於定電流密度下,各類氯酚化合物氧化率隨時間
變化情形 60
圖4-7 不同銀離子濃度下之各類氯酚電解氧化率隨時間變化情形  64
圖4-7(續) 不同銀離子濃度下之各類氯酚電解氧化率隨時間變化情形 65
圖4-8 添加鈷離子於不同電流密度下各類氯酚化合物氧化率隨電通量變化之情形 72
圖4-8(續) 添加鈷離子於不同電流密度下各類氯酚化合物氧化率隨電通量變化之情形 73
圖4-9 不同電流密度下未添加媒子與添加鈷離子之氧化率隨電通量
變化情形 74
圖4-9(續) 不同電流密度下未添加媒子與添加鈷離子之氧化率隨電通量變化情形 75
圖4-10 添加鈷離子於定電流密度下,各類氯酚化合物氧化率隨時間變化情形 76
圖4-11 不同鈷離子濃度下之氯酚電解氧化率隨時間變化情形 80
圖4-11(續) 不同鈷離子濃度下之氯酚電解氧化率隨時間變化情形  81
圖4-12 電流密度0.05 A/cm2下,不同媒子之氯酚電解氧化之氧化率隨時間變化情形 86
圖4-12(續) 電流密度0.05 A/cm2下,不同媒子之氯酚電解氧化之氧化率隨時間變化情形 87
圖4-13 電流密度0.15 A/cm2下,不同媒子之氯酚電解氧化之氧化率隨時間變化情形 88
圖4-13(續) 電流密度0.15 A/cm2下,不同媒子之氯酚電解氧化之氧化率隨時間變化情形 89
圖4-14 Ag2+/Ag+與Co3+/Co2+電解系統下,各類氯酚化合物之氧化率隨媒子濃度變化情形 91
圖4-14(續) Ag2+/Ag+與Co3+/Co2+電解系統下,各類氯酚化合物之氧化率隨媒子濃度變化情形 92
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