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研究生:劉韋呈
研究生(外文):Wei-Cheng Liu
論文名稱:染料光分解與吸附於奈米碳管之光譜研究
論文名稱(外文):Spectroscopic study of dyes:photodissociation and adsorption on carbon nanotubes
指導教授:李世琛
指導教授(外文):Szetsen Lee
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:化學研究所
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:117
中文關鍵詞:染料奈米碳管光分解
外文關鍵詞:dyescarbon nanotubesphotodissociation
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本論文是藉由光化學反應,利用光催化劑(金屬氧化物與奈米金屬顆粒),來了解染料光分解機制,比較其分解速率,並藉由光譜變化,了解光催化劑的添加對染料分解過程與能量轉移之影響。且藉此比較不同波長的光源,對一系列染料的影響。我們發現,光觸媒的添加,有利於反應速率的提升。在促使染料光分解方面,波長260 nm比365 nm來的有效率。藉由UV吸收光譜的變化,我們可以了解不同光催化劑在不同波長下分解染料之反應速率和機制的差異。另外,我們也將染料吸附於多壁奈米碳管(MWCNT)表面的官能基團,利用染料螢光光譜的光譜變化,探討在不同的氧化處理時間下,多壁奈米碳管的官能基化程度,並經由Beer’s Law推算出羧酸基的含量。我們發現,官能基含量大約在氧化3小時達飽和,氧化超過10小時後開始下降。這是因為多壁奈米碳管外層管壁被氧化剝離所造成。


We studied the photochemical reactions of dyes by adding photocatalysts (metal oxides and nano metal particles). The mechanisms of decomposition and energy transfer were investigated. We also compare the the impact of different wavelengths on a series of dyes. The efficiency of 260 nm was found to be better than 365 nm in the photocatalytic dissociation of dyes. From UV absorption spectral changes, we can understand the relation between wavelengths and reaction rates in the photocatalytic decomposition of dyes at different and reation mechanisms. In addition, we ues the spectral changes in fluorescence spectroscopy to explore the interaction between dyes and multi-walled carbon nanotubes(MWCNTs)with different degrees of functionalization. From Beer's Law we can calculate the content of carboxylic acid. We have found that the amount of the carboxylic saturates around three hours of oxidation. The functional group amount began to decline after ten hours. This is due to the unzipping of the oxidized outter shells of MWCNTs.


目 錄
中 文 摘 要I
AbstractII
謝 誌III
目 錄IV
表 索 引IX
圖 索 引X
第一章、緒論1
1-1、光譜學簡介1
1-1-1、歷史發展1
1-1-2光譜學分類1
1-2染料簡介3
1-2-1染料3
1-2-2有機染料3
1-2-3酸性染料4
1-2-4鹼性染料4
1-3光觸媒簡介5
1-3-1光觸媒5
1-3-2二氧化鈦5
1-3-3奈米金屬6
1-3-4氧化鋅7
1-4奈米碳管簡介9
1-4-1奈米碳管9
第二章原理簡介10
2-1紫外-可見光吸收光譜10
2-1-1簡介10
2-1-2原理12
2-2螢光光譜14
2-2-1簡介14
2-2-2螢光光譜儀14
2-2-3螢光分析的特點15
2-2-4影響螢光的因素16
2-2-4-1分子結構16
2-2-4-2溫度及溶劑效應17
2-2-4-3 pH值對螢光的效應17
2-2-4-4溶解氧的效應17
2-2-4-5濃度對螢光強度的效應17
2-2-4-6螢光消光因素18
2-3光催化反應19
2-3-1光催化反應基本原理及種類19
2-3-2光觸媒催化原理21
第三章實驗部分24
3-1實驗藥品24
3-2實驗儀器28
3-3 藥品配置29
3-3-1染料製備29
3-3-2奈米銀溶液29
3-3-3製備含TiO2的染料溶液30
3-3-4製備含ZnO的染料溶液30
3-4實驗步驟31
3-4-1碳管的純化31
3-4-2碳管的氧化31
3-4-3螢光光譜實驗31
3-4-4光分解實驗32
第四章結果與討論33
4-1 硫堇(thionin acetate, THA)光譜分析33
4-1-1紫外-可見光光譜分析33
4-1-2螢光光譜分析34
4-2甲基紫2B(methyl violet 2B, MV2B)光譜分析39
4-2-1紫外-可見光光譜分析39
4-2-2螢光光譜分析40
4-3甲烯基藍(methylene blue, MB)光譜分析43
4-3-1紫外-可見光光譜分析43
4-3-2螢光光譜分析44
4-4利凡諾(6,9-diamino-2-ethoxyacridine lactate monohydrate, Rivanol) 光譜分析47
4-4-1紫外-可見光光譜分析47
4-4-2螢光光譜分析48
4-4-3抑制劑添加51
4-5染料光分解實驗52
4-5-1間位-甲基紅(meta-methyl red)52
4-5-2對位-甲基紅(para-methyl red)57
4-5-3鄰位-甲基紅(ortho-methyl red)62
4-5-4甲基橙(methyl orange)67
4-5-5甲烯基藍(methylene blue)72
4-5-6硫堇(thionin acetate, THA)77
4-5-7甲基紫2B(methyl violet 2B)82
4-5-8利凡諾(6,9-diamino-2-ethoxyacridine lactate monohydrate, Rivanol)87
4-6圖譜分析結果92
4-6-1動力學分析92
第五章結論97
參考文獻98

表 索 引
表1-3-1 ZnO及TiO2基本特性比較8
表3-1染料化學結構對照表28
表3-2實驗儀器使用表28
表4-1-1各氧化時間下,MWCNT吸附THA後,所剩餘的THA濃度37
表4-1-2各氧化時間下,MWCNT吸附THA後,所吸附的THA濃度(羧酸基的含量)38
表4-6-1照射波長=260 nm之反應速率常數k 94
表4-6-2照射波長=365 nm之反應速率常數k 94

圖 索 引
圖1-3-1光觸媒能量轉移示意圖6
圖2-1-1分子的電子能階圖11
圖2-1-2磷光螢光示意圖13
圖2-3-1光觸媒受紫外光激發示意圖22
圖2-3-2常見的半導體光觸媒的能帶結構圖23
圖2-3-3光觸媒效率受塊材性質的影響示意圖23
圖3-3-1奈米銀UV-visible吸收圖30
圖3-4-1光分解實驗裝置圖32
圖4-1-1 THA的紫外-可見光光譜圖33
圖4-1-2純THA水溶液的螢光光譜35
圖4-1-3 THA與MWCNT處理過後,取濾液所得到的螢光光譜36
圖4-1-4 THA與MWCNT靜電作用力示意圖36
圖4-1-5 THA與MWCNT處理過後,取其濾液所得到的螢光光譜圖,圖中所展現三支peak所代表之示意圖37
圖4-1-6羧酸基濃度對氧化時間圖38
圖4-2-1 MV2B的紫外-可見光光譜圖39
圖4-2-2 純MV2B的螢光光譜41
圖4-2-3 MV2B與MWCNT處理過後,取濾液所得到的螢光光譜41
圖4-2-4 MV2B與MWCNT處理過後,取其濾液所得到的螢光光譜圖,圖中所展現三支peak所代表之示意圖42
圖4-3-1 MB的紫外-可見光光譜圖43
圖4-3-2 純MB的螢光光譜45
圖4-3-3 MB與MWCNT處理過後,取濾液所得到的螢光光譜45
圖4-3-5 MB與MWCNT處理過後,取其濾液所得到的螢光光譜圖,圖中所展現三支peak所代表之示意圖46
圖4-4-1利凡諾的紫外-可見光光譜圖47
圖4-4-2 純利凡諾的螢光光譜49
圖4-4-3利凡諾與MWCNT處理過後,取濾液所得到的螢光光譜49
圖4-4-4利凡諾與MWCNT處理過後,取其濾液所得到的螢光光譜圖,圖中所展現三支peak所代表之示意圖50
圖4-4-5溶劑對能階的影響50
圖4-5-1間位-甲基紅以260 nm波長照射53
圖4-5-2間位-甲基紅以365 nm波長照射53
圖4-5-3間位-甲基紅以260 nm波長照射並加入奈米銀54
圖4-5-4間位-甲基紅以365 nm波長照射並添加奈米銀54
圖4-5-5間位-甲基紅以260 nm波長照射並添加TiO2 55
圖4-5-6間位-甲基紅以365 nm波長照射並添加TiO2 55
圖4-5-7間位-甲基紅以260 nm波長照射並添加ZnO 56
圖4-5-8間位-甲基紅以365 nm波長照射並添加ZnO 56
圖4-5-9對位-甲基紅以260 nm波長照射58
圖4-5-10對位-甲基紅以365 nm波長照射58
圖4-5-11對位-甲基紅以260 nm波長照射並加入奈米銀59
圖4-5-12對位-甲基紅以365 nm波長照射並加入奈米銀59
圖4-5-13對位-甲基紅以260 nm波長照射並添加TiO2 60
圖4-5-14對位-甲基紅以365 nm波長照射並添加TiO2 60
圖4-5-15對位-甲基紅以260 nm波長照射並添加ZnO 61
圖4-5-16對位-甲基紅以365 nm波長照射並添加ZnO 61
圖4-5-17鄰位-甲基紅以260 nm波長照射63
圖4-5-18鄰位-甲基紅以365 nm波長照射63
圖4-5-19鄰位-甲基紅以260 nm波長照射並加入奈米銀64
圖4-5-20鄰位-甲基紅以365 nm波長照射並加入奈米銀64
圖4-5-21鄰位-甲基紅以260 nm波長照射並添加TiO2 65
圖4-5-22鄰位-甲基紅以365 nm波長照射並添加TiO2 65
圖4-5-23鄰位-甲基紅以260 nm波長照射並添加ZnO 66
圖4-5-24鄰位-甲基紅以365 nm波長照射並添加ZnO 66
圖4-5-25甲基橙以260 nm波長照射 68
圖4-5-26甲基橙以365 nm波長照射 68
圖4-5-27甲基橙以260 nm波長照射並加入奈米銀69
圖4-5-28甲基橙以365 nm波長照射並加入奈米銀69
圖4-5-29甲基橙以260 nm波長照射並添加TiO2 70
圖4-5-30甲基橙以365 nm波長照射並添加TiO2 70
圖4-5-31甲基橙以260 nm波長照射並添加ZnO 71
圖4-5-32甲基橙以365 nm波長照射並添加ZnO 71
圖4-5-33甲烯基藍以260 nm波長照射73
圖4-5-34甲烯基藍以365 nm波長照射73
圖4-5-35甲烯基藍以260 nm波長照射並加入奈米銀74
圖4-5-36甲烯基藍以365 nm波長照射並加入奈米銀74
圖4-5-37甲烯基藍以260 nm波長照射並添加TiO2 75
圖4-5-38甲烯基藍以365 nm波長照射並添加TiO2 75
圖4-5-39甲烯基藍以260 nm波長照射並添加ZnO 76
圖4-5-40甲烯基藍以365 nm波長照射並添加ZnO 76
圖4-5-41硫堇以260 nm波長照射78
圖4-5-42硫堇以365 nm波長照射78
圖4-5-43硫堇以260 nm波長照射並加入奈米銀79
圖4-5-44硫堇以365 nm波長照射並加入奈米銀79
圖4-5-45硫堇以260 nm波長照射並添加TiO2 80
圖4-5-46硫堇以365 nm波長照射並添加TiO2 80
圖4-5-47硫堇以260 nm波長照射並添加ZnO 81
圖4-5-48硫堇以365 nm波長照射並添加ZnO 81
圖4-5-49甲基紫2B以260 nm波長照射83
圖4-5-50甲基紫2B以365 nm波長照射83
圖4-5-51甲基紫2B以260 nm波長照射並加入奈米銀84
圖4-5-52甲基紫2B以365 nm波長照射並加入奈米銀84
圖4-5-53甲基紫2B以260 nm波長照射並添加TiO2 85
圖4-5-54甲基紫2B以365 nm波長照射並添加TiO2 85
圖4-5-55甲基紫2B以260 nm波長照射並添加ZnO 86
圖4-5-56甲基紫2B以365 nm波長照射並添加ZnO 86
圖4-5-57利凡諾以260 nm波長照射88
圖4-5-58利凡諾以365 nm波長照射88
圖4-5-59利凡諾以260 nm波長照射並加入奈米銀89
圖4-5-60利凡諾以365 nm波長照射並加入奈米銀89
圖4-5-61利凡諾以260 nm波長照射並添加TiO2 90
圖4-5-62利凡諾以365 nm波長照射並添加TiO2 90
圖4-5-63利凡諾以260 nm波長照射並添加ZnO 91
圖4-5-64利凡諾以365 nm波長照射並添加ZnO 91
圖4-6-1照射波長260 nm之反應速率比較圖95
圖4-6-2照射波長365 nm之反應速率比較圖96


參考文獻
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