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研究生:馬文村
研究生(外文):Wen-Tsun Ma
論文名稱:TiO2/UV系統光分解丙酮蒸氣的探討
論文名稱(外文):Photocatalytic Degradation of acetone vapor by TiO2/UV system
指導教授:尤建華
指導教授(外文):Jiann-Hwa You
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:化工與材料工程研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:81
中文關鍵詞:光分解丙酮
外文關鍵詞:Photocatalytic Degradationacetone
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本研究以含浸法披覆二氧化鈦光觸媒於玻璃基板上,採用365nm波長紫外光,處理氣相揮發性有機污染物,氣相的污染物為丙酮,實驗使用兩種不同的載體披覆光觸媒,分別探討氧化程序中反應物濃度、光照強度、光觸媒劑量、反應時間等操作因素,針對反應後濃度作分析,以了解去除率情形。動力參數則利用L-H方程式求出反應速率常數和吸附平衡常數,並計算量子產量探討其光源利用效益。
由實驗結果顯示;本實驗選擇的光觸媒劑量範圍在3.80mg/cm2~19.20mg/cm2之間,其中光觸媒劑量在7.85mg/cm2 分解效率最好,去除率在61%。丙酮氣體濃度範圍在25-85ppmv時,去除率隨著濃度增加而下降。光照強度對去除率的影響,隨著光照強度的提升,去除率也跟著提升。在相對溼度方面,相對溼度增加到39%時,可得到較高的去除率,但隨著相對溼度增加到67%時,則去除率開始下降。以透明玻璃和鏡子兩種載體而言,都是以鏡子為載體的去除率高於以透明玻璃為載體的去除率,去除率從62%提升到73%。在觸媒失活方面,我們發現連續兩次的實驗,第二次的分解速率會比第一次差,但若以實驗參數控制在環境空氣相對溼度0%、500mL/min速率及光照強度0.54mW/cm2下照射UV光三小時,可以使光觸媒的活性恢復。
In this study, TiO2 was coated on glass plate by a sol-gel method. The photocatalytic reaction system was used to destroy volatile organic pollutant, acetone vapor. The wavelength of UV light in this reaction system was 365 nm. Two different supports were used to coat TiO2 nano-particle. A serial of tests were conducted for TiO2 photocatalysis at various initial concentrations of acetone vapor, retention time, catalyst loading, humidity, and illumination strength. The conversions of acetone vapor were measured by mean of an on–line VOC meter to evaluate the photocatalysis efficiency. XRD, SEM/EDIX, ICP, and BET were used to analyze the physic-chemical characteristics of catalyst. The kinetic parameters, such as the reaction rate constant and the adsorption constant in L-H equation in the reaction systwm were determined. The quantum yield in the TiO2/UV process also is calculated.
From the experimental results, the maximum conversion of acetone vapor is 61% at an amount of 7.85 mg-TiO2/cm2 when the amount of TiO2 loading is from 3.8 mg-TiO2/cm2 to 19.2 mg-TiO2/cm2. The conversion of acetone vapor decreases as the concentration of acetone vapor increases from 25 ppmv to 85 ppmv. For the factor of humidity, the maximum conversion of acetone vapor is founded at the humidity of 39% when the humidity is from 0 to 67%. Finally, we found that the conversion of mirror reaction system is better than that of glass reaction system for acetone vapor in the TiO2/UV process. The conversion of acetone vapor can be promoted from 62% to 73%. Moreover, considering the photocatalyst deactivation, the conversion of acetone vapor in the repeat test is significant lower than that of the first test. But, after irradiation of UV light 0.54mW/cm2 under dry air flow of 500ml/min for three hours, the activity of the TiO2 photcatalyst is recovered to the original value.
圖 目 錄…………………………………………………Ⅰ
表 目 錄…………………………………………………Ⅳ
第一章 緒論…………………………………………………1
1-1 前言……………………………………………………1
1-2 研究目的………………………………………………2
第二章 文獻回顧……………………………………………3
2-1丙酮的來源………………………………………………3
2-1-1丙酮的特性……………………………………………3
2-1-2丙酮的用途…………………………………………4
2-2揮發性有機物化合物(VOCs)…………………………8
2-3揮發性有機化合物的危害性…………………………6
2-4揮發性有機物控制技術………………………………8
2-4-1吸收法………………………………………………8
2-4-2吸附法………………………………………………8
2-4-3冷凝法………………………………………………8
2-4-4燃燒法或焚化法……………………………………9
2-4-5生物處理法…………………………………………9
2-4-6光催化法……………………………………………9
2-4-7發展中的VOCs處理技術介紹……………………10
2-5光觸媒…………………………………………………11
2-5-1二氧化鈦光觸媒的應用……………………………14
2-6光催化反應原理………………………………………15
2-6-1光的性質……………………………………………15
2-6-2光化學反應…………………………………………16
2-6-3光觸媒的光催化反應機制…………………………18
2-7異相光催化反應………………………………………20
2-7-1異相光催化原理……………………………………20
2-7-2固體表面上的吸附現象……………………………21
2-8光觸媒製備方法………………………………………24
2-8-1含浸法………………………………………………25
2-8-2化學氣相沉積法……………………………………25
2-8-3溶液-凝膠法………………………………………25
2-8-4真空濺鍍法…………………………………………26
2-8-5陽極氧化法…………………………………………27
2-9光化反應器種類………………………………………27
2-9-1填充床反應器………………………………………27
2-9-2薄膜反應器…………………………………………28
2-9-3流體化床反應器……………………………………28
2-10影響光催化反應之因素………………………………28
2-10-1反應物之初始濃度的影響…………………………29
2-10-2氧濃度的影響………………………………………29
2-10-3溫度的影響…………………………………………29
2-10-4相對溼度的影響……………………………………30
2-10-5光強度的影響………………………………………31
2-10-6光觸媒負載量之影響………………………………31
2-10-7 滯留時間之影響………………………………32
2-10-8光觸媒種類之影響………………………………32
第三章 研究材料與方法…………………………………33
3-1本研究流程……………………………………………33
3-2實驗藥品………………………………………………34
3-2-1反應氣體……………………………………………34
3-2-2光觸媒………………………………………………34
3-3實驗裝置………………………………………………37
3-3-1反應氣體產生裝置…………………………………37
3-3-2反應裝置……………………………………………37
3-3-3分析裝置……………………………………………38
3-4實驗方法………………………………………………41
3-4-1背景實驗……………………………………………41
3-4-2異相光催化反應……………………………………42
3-4-3量子產量……………………………………………43
3-4-4濃度分析方法………………………………………47
第四章 實驗結果與討論…………………………………49
4-1背景實驗………………………………………………49
4-1-1反應物穩定性實驗…………………………………49
4-1-2紫外光直接光解實驗………………………………51
4-2異相光催化反應………………………………………53
4-2-1光觸媒劑量對光催化反應的影響…………………53
4-2-2反應時間對光催化反應的影響……………………55
4-2-3反應物初始濃度對光催化反應的影響……………58
4-2-4光照強度對光催化反應的影響……………………60
4-2-5相對溼度對光催化反應的影響……………………62
4-2-6反應器加裝鏡子對光催化反應的影響……………64
4-3量子產量………………………………………………66
4-4反應動力分析…………………………………………69
4-4-1 Langmuir-Hinshelwood覆蓋率計算…………69
4-4-2 Langmuir-Hinshelwood動力式………………71
4-5觸媒失活之光催化反應………………………………73
第五章 結論與建議………………………………………75
5-1結論……………………………………………………75
5-2建議……………………………………………………76
參考文獻……………………………………………………77
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