臺灣博碩士論文加值系統

摘 要
由於科技發展使得環境污染的問題越來越嚴重，環境污染物的處理也越形重要。本研究計劃是以費頓試劑(Fenton’s Reagent)來氧化染料Potassium Indigotetrasulfonate (以下或簡稱IDS染料)，並探討其動力學和反應機構以及尋求費頓試劑最佳氧化操作效果。
綜合本研究結果可歸納如下：
(1) 利用費頓試劑來氧化去除廢水排放中的IDS染料，是一個有效的處理方式。 經由實驗的結果顯示，在六分鐘的反應時間之下, IDS染料的去除可達70%之多，與一般傳統生化的處理方式相比，可減少許多處理時間。
(2) 費頓試劑中亞鐵離子比鐵離子對其氧化能力影響較大，效果也較好，而無論亞鐵離子或鐵離子，較高濃度則見較高的氧化能力。
(3) 雙氧水的濃度達到一定程度即可，過量的雙氧水並未見費頓試劑對IDS染料氧化能力的提高。
(4) 當硫酸的濃度愈高時，其kexp值愈低。顯示出過量硫酸的條件並無助於IDS染料去色作用的加速。
(5) 當溫度愈高時，反應愈快，kexp值也上升。顯示出較高的溫度有助於IDS染料的去色作用。
(6) 經由本研究結果可知，在298°K處理濃度為10-4 M的IDS染料時各反應物的最佳值:
· [Fe3+]0 ＝ 2.5Î10-3 M
· [Fe2+]0 ＝ 5.0Î10-4 M
· [H2O2]0 ＝ 3.0Î10-2 M
· [H2 SO4]0＝3.0Î10-2 M
( [H+]0 ＝6.0Î10-2 M )

Abstract
Due to the technology development in our society, the issue of the environmental pollution is also getting serious. Therefore, it gets more critical to process the pollutants discharged to our environment. This study is to investigate the oxidation process of Potassium Indigotetrasulfonate (or IDS) using Fenton’s Reagent as well as to research its reaction kinetics and mechanisms in order to understand and obtain the best oxidation effects. The results of findings of this study are summarized as follows:
1. In general, it is an effective method to remove IDS from the waste stream using Fenton’s Reagent as the oxidation medium. The result shows, in six minutes, the optimum recipe of the Fenton’s Reagent can destroy up to 70% of IDS.
2. The ferrous ion shows a faster oxidation capability than ferric ion even both indicate as strong oxidation agents. The higher iron concentration the better oxidation effect.
3. The peroxide’s present always provide good oxidation effect. However, the excessive peroxide concentration did not improve the oxidation process of IDS.
4. Higher sulfuric acid concentration results in lower Kexp which implies it does not accelerate the discoloration process in extreme acidic medium.
5. The higher temperature results in a speedier reaction and higher Kexp . This indicates that higher reaction temperature favors oxidation process.
6. As the results of this research, the following was found as the optimum condition at 298 K for processing 10-4 M IDS solution:
l [Fe+3]0 = 2.5 x 10-3 M
l [Fe+2]0 = 5.0 x 10-4 M
l [H2O2]0 = 3.0 x 10-2 M
l [H2SO4]0 = 3 .0x 10-2 M
( [H+]0 =6.0x 10-2 M )

目錄
中文摘要----------------------------------------------------------------------------------Ⅰ
英文摘要----------------------------------------------------------------------------------Ⅱ
目錄----------------------------------------------------------------------------------------Ⅲ
表目錄-------------------------------------------------------------------------------------Ⅵ
圖目錄-------------------------------------------------------------------------------------Ⅷ
第一章 緒論-----------------------------------------------------------------------------1
1-1 前言-------------------------------------------------------------------------------1
1-2 水污染的來源-------------------------------------------------------------------2
1-2.1 天然污染源---------------------------------------------------------------2
1-2.2 人為的污染源------------------------------------------------------------2
1-2.3 染料的污染-------------------------------------------------------------- 4
1-3 污水處理方法------------------------------------------------------------------.5
1-3.1 傳統的污水處理方式---------------------------------------------------6
1-3.2 高級氧化法---------------------------------------------------------------8
1-3.3 關於費頓試劑 (Fenton’s reagent ) -----------------------------------9
1-4 本研究的主題------------------------------------------------------------------13
1-4.1靛青染料（Indigo）-----------------------------------------------------14
1-4.2關於靛藍染料------------------------------------------------------- 15
1-4.3 研究動機---------------------------------------------------------------18
1-4.4研究目的及方向-------------------------------------------------------19
第二章 實驗部分--------------------------------------------------------------------20
2-1 實驗藥品配製---------------------------------------------------------------.20
2-2 溶液的標定-------------------------------------------------------------------21
2-3 實驗儀器與軟體-------------------------------------------------------------22
第三章 實驗結果--------------------------------------------------------------------26
3-1 染料在不同pH時的吸收度掃描-----------------------------------------26
3-2 硫酸、雙氧水、鐵鹽、亞鐵鹽吸收度之掃描-------------------------27
3-3 染料之適合波長的求出----------------------------------------------------31
3-4 染料之檢量線----------------------------------------------------------------34
3-5 不同的鐵離子濃度對實驗的影響----------------------------------------35
3-6 不同的雙氧水濃度對實驗的影響----------------------------------------43
3-7 不同的硫酸濃度對實驗的影響-------------------------------------------52
3-8 不同的溫度對實驗的影響-------------------------------------------------61
3-9 不同的亞鐵離子濃度對實驗的影響-------------------------------------70
第四章 實驗討論-------------------------------------------------------------------72
4-1 是否可用費頓試劑處理Potassium indigotetrasulfonate？----------72
4-2 染料濃度對實驗的影響為何？ ---------------------------------------72
4-3 鐵離子濃度變因對實驗的影響為何？ -------------------------------72
4-4 雙氧水濃度變因對實驗的影響為何？ -------------------------------73
4-5 硫酸濃度變因對實驗的影響為何？------------------------------------73
4-6 溫度變因對實驗的影響為何？------------------------------------------74
4-7 亞鐵離子濃度變因對實驗的影響為何？------------------------------74
4-8 處理染料的最佳條件為何？---------------------------------------------75
4-9 速率方程式為何？---------------------------------------------------------76
4-10 反應的可能機構為何？---------------------------------------------------77
第五章 結 論----------------------------------------------------------------------- 80
第六章 參考文獻------------------------------------------------------------------- 82
附錄--------------------------------------------------------------------------------------86
表目錄
表3-3-1 染料在pH=1~6、11.14、11.50、11.63、11.80時
吸收度數據------------------------------------------------------- -------32
表3-4-1 不同濃度染料的吸收度值-------------------------------------------- --34
表3-5-1 [Fe3+]0=2.5Î10-3 M染料的吸收度對時間的表與數據處理-------36
表3-5-2 不同濃度的鐵離子染料的吸收度對時間的表-----------------------40
表3-5-3 數據做零級、一級與二級處理資料表--------------------------------41
表3-5-4 不同的鐵離子濃度對 k值-----------------------------------------------42
表3-6-1 [H2O2]0=2.5Î10-1 M染料的吸收度對時間的表與數據處理-------44
表3-6-2 不同濃度的雙氧水染料的吸收度對時間的表------------------------48
表3-6-3 數據做零級、一級與二級處理資料表---------------------------------49
表3-6-4 不同的雙氧水濃度對 kexp值-------------------------------------------50
表3-6-5 不同的雙氧水濃度倒數對 k值的表-----------------------------------51
表3-7-1 [H2SO4]0=2.0Î10-1 M染料的吸收度對時間的表與數據處理------53
表3-7-2 不同濃度的硫酸染料的吸收度對時間的表---------------------------57
表3-7-3 數據做零級、一級與二級處理資料表----------------------------------58
表3-7-4 不同的硫酸濃度對 kexp值-------------------------------------- ---------59
表3-7-5 不同的[H+]倒數對 kexp值的表-------------------------------------------60
表3-8-1 溫度為290.15K時染料的吸收度對時間的表與數據處理--------62
表3-8-2 不同實驗溫度染料的吸收度對時間的表-----------------------------66
表3-8-3 數據做零級、一級與二級處理資料表--------------------------------67
表3-8-4 不同的實驗溫度對 kexp值-----------------------------------------------68
圖目錄
圖1-3.3-1 費頓試劑中pH對反應效率的影響---------------------------------9
圖1-3.3-2 典型的費頓反應pH 路徑描繪圖-----------------------------------9
圖1-3.3-3 費頓試劑的反應機制-------------------------------------------------12
圖1-4.1-1 靛青(Indigo)的結構----------------------------------------------------15
圖1-4.2-1 靛藍(Indigo Carmine)的分子結構-----------------------------------16
圖1-4.2-2 Potassium indigotetrasulfonate 的結構-----------------------------17
圖3-1-1 pH=1時濃度1.0Î10-4M染料之吸收度掃描圖--------------------26
圖3-2-1 硫酸吸收度之掃描圖----------------------------------------------------27
圖3-2-2 雙氧水吸收度之掃描圖-------------------------------------------------28
圖3-2-3 鐵離子鹽吸收度之掃描圖----------------------------------------------29
圖3-2-4 亞鐵離子鹽吸收度之掃描圖-------------------------------------------30
圖3-3-1 染料在pH=1~6, 11.50, 11.88, 12.15, 12.35時UV吸收圖--------33
圖3-4-1 不同濃度染料對吸收度的圖--------------------------------------------34
圖3-5-1 [Fe3+]0=2.5Î10-3 M時染料的吸收度對時間的關係圖-------------35
圖3-5-2 以時間對A作圖（0級） --------------------------------------37
圖3-5-3 以時間對ln(A/A0)作圖（1級）---------.------------------------------38
圖3-5-4 以時間對 (1/ A)作圖（2級）-------------------------------------------39
圖3-5-5 不同的鐵離子濃度對 kexp值 作圖-------------------------------------42
圖3-6-1 [H2O2]0=2.5Î10-1 M染料吸收度對時間的關係圖-------------------43
圖3-6-2 以時間對A作圖（0級）------------------------------------------------45
圖3-6-3 以時間對ln(A/A0) 作圖（1級）-----------------------------------------46
圖3-6-4 以時間對 (1/ A) 作圖（2級）------------------------------------------47
圖3-6-5 不同的雙氧水濃度對 kexp值作圖-------------------------------------50
圖3-6-6 不同的雙氧水濃度倒數 對 kexp值作圖------------------------------51
圖3-7-1 [H2SO4]0=2.0Î10-1 M染料吸收度對時間的關係圖-----------------52
圖3-7-2 以時間對A作圖（0級）------------------------------------------------54
圖3-7-3 以時間對ln(A/A0) 作圖（1級）-----------------------------------------55
圖3-7-4 以時間對 (1/ A) 作圖（2級）------------------------------------------56
圖3-7-5 不同的硫酸濃度對 kexp值作圖------------------------------------------59
圖3-7-6 不同的H+濃度倒數 對 kexp值作圖------------------------------------60
圖3-8-1 溫度為290.15 K時染料的吸收度對時間的關係圖-----------------61
圖3-8-2 以時間對A作圖（0級）------------------------------------------------63
圖3-8-3 以時間對ln(A/A0) 作圖（1級）----------------------------------------64
圖3-8-4 以時間對 (1/ A) 作圖（2級）------------------------------------------65
圖3-8-5 不同的實驗溫度對 kexp值作圖----------------------------------------68
圖3-8-6 溫度倒數對 ln kexp 作圖--------------------------------------------------69
圖3-9-1 不同濃度的亞鐵離子時染料的吸收度對時間的關係圖------------70

第六章 參考文獻
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