臺灣博碩士論文加值系統

本篇論文主要分為兩個部分，第一部份是四極質譜儀系統的裝置及操作說明，此系統藉由氣體導入孔(orifice)導入反應腔體中之氣體進行偵測，來探討反應過程中可能產生之氣體。本系統經加熱烘烤後最理想壓力為5 ×10-8 torr，已準備好執行催化反應之研究。
第二部分是有機分子在二氧化鈦上氣固相反應之探討，首先進行的是2-溴乙基乙基硫醚與Degussa P-25二氧化鈦的氣相光催化反應，由空白的光反應及光氧化反應中，得知2-溴乙基乙基硫醚光降解速率不佳；在熱反應及熱氧化反應中，一方面可以得知在323 K時反應不會發生降解，表示在汞燈照射下之溫度對光催化反應不會發生影響。另一方面可以得知，在有氧氣存在下反應效率較快；光氧化反應，反應過程中間產物訊號不強，表示其存在時間短暫而快速轉化成二氧化碳。由以上實驗數據證實2-溴乙基乙基硫醚之光降解效率不佳。
接著進行的實驗是甲基碘與二氧化鈦奈米管的氣相光催化反應，首先在473 K表面前處理溫度之反應中，發現主要產出的部分氧化物一氧化碳(2143 cm-1)、甲醛(1713 cm-1)、甲酸根(1532 cm-1)，而在第12小時甲基碘的吸收峰幾乎消失不見；另一方面在673 K表面前處理溫度之反應中，大量生成部分氧化物甲醛(1752 cm-1)，至第16小時甲基碘才降解完全，相較於473 K表面前處理溫度之反應有不一樣的反應路徑及較慢的降解速率。由XRD證實673 K前處理溫度已將鈦管結構改變，使得673 K前處理溫度催化活性較差；而473 K前處理因保有鈦管特性(比表面積大)故光催化活性較佳。

The thesis is mainly divided into two parts. The first part is the installation of an QMS (Quadrupole mass spectrometer) extended system on the FT-IR vacuum apparatus. The purpose of this modification is to add the capability to in-situ examination the IR-inactive species during the photocatalytic reaction. From the preliminary test, the base pressure of the QMS system is 5 ×10-8 torr. After uptaking the methyl iodide (CH3I) vapour from the IR reaction chamber, the standard mass spectrum can be obtained.
The second part of this thesis is the study of photocatalytic reactions of organic molecules and TiO2, including the reaction between 2-Bromoethyl Ethyl Sulfide (2-BEES) and Degussa P-25 TiO2 (DP TiO2) and the reaction between CH3I and TiO2 nanotubes (TNT). For the photooxidation of 2-BEES with DP TiO2, the formation of CO2 (2345 cm-1), CO (2141 cm-1), HCOOH (1675 cm-1), CH3OCH3 (1189 cm-1), and CH3OH (1070 cm-1) was observed, indicating the degradation of 2-BEES upon irradiation. For the photooxidation of CH3I with TNT, however, the major reaction products are CO2 (2345 cm-1) and CH2O(1713 cm-1). The dependence of photocatalytic process on TiO2 pretreatment is also discussed in the thesis.

中文摘要 i
英文摘要 iii
誌謝 v
目錄 vi
表目錄 ix
圖目錄 x
第一部份
第一章 緒論 1
1.1 動機 1
1.2 真空的定義 1
1.3 表面的定義及表面吸附 2
第二章 氣體分析系統設計及原理 4
2.1 冷陰極離子真空計 6
2.2 四極質譜儀 7
第三章 系統測試與結果 8
3.1 系統真空度測試 8
3.2 四極質譜儀測試 9
3.3 系統安裝之注意事項 12
第四章 結論及未來展望 13


第二部分
第一章 緒論 14
1.1 前言 14
1.2 表面催化 16
1.3 表面吸附 17
1.4 半導體光催化 19
1.5 二氧化鈦光催化 21
1.6 二氧化鈦晶體 22
1.7 研究動機 24
第二章 實驗系統 25
2.1 實驗系統簡述 25
2.1.1 實驗藥品 25
2.1.2 實驗儀器 26
2.2 傅立葉轉換紅外線光譜系統 27
2.2.1 偵測器 29
2.2.2 純淨空氣系統 30
2.3 真空系統 31
2.3.1 真空腔體反應室 31
2.3.2 真空幫浦 33
2.3.2.1 迴轉幫浦 33
2.3.2.2 渦輪分子幫浦 34
2.3.3 真空壓力計 36
2.3.3.1 電容壓力計 36
2.3.3.2 熱電偶壓力計 37
2.3.3.3 離子壓力計 38
2.3.4 樣品操控器 39
2.3.5 氣體輸送管線 41
2.4 汞燈系統 44
第三章 實驗步驟 46
3.1 Degussa P-25 /二氧化鈦奈米管的製備 46
3.2 二氧化鈦與有機分子的光催化反應 47
3.2.1 二氧化鈦/鎢網的製備 47
3.2.2 實驗程序 48
3.2.3 藥品的前處理 49
3.2.4 真空度 49
3.2.5 加熱系統 50
3.2.6 純淨空氣沖淨 50
3.2.7 實驗部分 52
3.2.8 光反應實驗 52
3.2.9 熱化學實驗 52
3.2.10 光氧化實驗 52
第四章 結果與討論 54
4.1 2-溴乙基乙基硫醚與二氧化鈦的反應 54
4.1.1 2-溴乙基乙基硫醚氣相之紅外光譜圖 54
4.1.2 2-溴乙基乙基硫醚之空白光反應研究 56
4.1.3 2-溴乙基乙基硫醚與二氧化鈦之光反應研究 60
4.1.4 2-溴乙基乙基硫醚與二氧化鈦之熱反應研究 63
4.1.5 2-溴乙基乙基硫醚與二氧化鈦之光氧化反應研究 67
4.2 甲基碘與二氧化鈦奈米管的反應 72
4.2.1 Degussa P-25 /二氧化鈦奈米管性質分析 72
4.2.2 甲基碘與二氧化鈦奈米管的光氧化反應 74
4.2.2.1 碘甲烷氣相之紅外線光譜 74
4.2.2.2 二氧化鈦奈米管表面清潔473 K之光氧化反應研究 75
4.2.2.3 二氧化鈦奈米管表面清潔673 K之光氧化反應研究 77
第五章 結論 80
參考資料 81
附錄A、ZnSe光穿透曲線圖 83
附錄B、Quartz光穿透曲線圖 84
附錄C、350W及500W汞燈的放射曲線圖 85
附錄D、去離子水濾筒之光線穿透圖 86

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