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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蘇育賢
研究生(外文):Yu- Xian Su
論文名稱:微奈米級δ -MnO2去除氣態及液態甲醛之研究
論文名稱(外文):Degradation of HCHO in gas/liquid phase by purging air in presence of micro-nano scale δ-MnO2
指導教授:王敏昭王敏昭引用關係張簡水紋張簡水紋引用關係
指導教授(外文):Min-Chao WangShui-Wen ChangChien
學位類別:碩士
校院名稱:朝陽科技大學
系所名稱:環境工程與管理系碩士班
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:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:86
中文關鍵詞:礦化甲酸δ-MnO2甲醛致癌風險
外文關鍵詞:mineralizationδ-MnO2formic acidformaldehydeCancer risk
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根據國內研究調查報告指出人們處於室內環境的比例均大於90%以上,且國人有過度裝修的習慣,在台灣各辦公大樓之甲醛致癌風險為基準(10-6)之100~1,000倍。甲醛也不單單出現於室內空氣,在一些工廠製程及醫院都會產生甲醛廢水。本研究係利用δ-MnO2去處理甲醛污水及甲醛氣體,評估環境中溫度、溼度、反應時間、甲醛濃度、δ-MnO2不同比例之催化管狀況下去除甲醛之可行性。
研究結果顯示,當氣態甲醛濕度增加,δ-MnO2分解效能愈佳。甲醛濃度高低對δ-MnO2的分解效能是有影響,高濃度甲醛氣體降解效能越快。而溫度對於δ-MnO2分解氣態甲醛效能效果不好,並沒有加快降解,而兩種不同比例之δ-MnO2催化管,δ-MnO2添加量高降解率較高,與低劑量之催化管差異並不高。低濃度甲醛污染水添加5% δ-MnO2再有、無曝氣下,降解率在一小時都可達到99%,高濃度再4小時反應下,降解效果可接近80%,且被氧化成二次產物甲酸及礦化成CO2。所以δ-MnO2對氣態及液態甲醛有好的降解效果。
According to relevant survey in Taiwan, Taiwanese people spend more than 90% time indoors. Coupled with their habit of excessively heavy decoration, the carcinogenic risk of formaldehyde in Taiwan’s office buildings is around 100 to 1000 times of the benchmark level (10-6). Formaldehyde can be found in the indoor air as some manufacturing processes and hospitals produce formaldehyde wastewater. This study used δ-MnO2 to process the formaldehyde wastewater and gases to assess the feasibility of removing formaldehyde in case of different catalyst tube conditions including ambient temperature, humidity, reaction time, formaldehyde concentration, δ-MnO2 proportion.
The results showed that, when the gaseous formaldehyde humidity increased, the δ-MnO2 decomposition performance improved. The formaldehyde concentration affected the δ-MnO2 decomposition performance, and high concentration formaldehyde gas had higher decomposition performance. However, the effects of temperature on the decomposition of gaseous formaldehyde by δ-MnO2 were not significant, as the decomposition was not sped up when the temperature increased. The difference between the δ-MnO2 catalyst tubes of different proportions of δ-MnO2 was not significant. In case of wastewater polluted by low concentration formaldehyde with content of 5% δ-MnO2, the decomposition rate within one hour could reach up to 99%. In case of the wastewater polluted by high concentration formaldehyde, the decomposition could be close to 80% for four hours of reaction. Moreover, the formaldehyde was oxidized into formic acid and mineralized into CO2. Therefore, δ-MnO2 had good decomposition effects on gaseous and liquid formaldehyde.
中文摘要 I
Abstract II
誌 謝 III
目 錄 IV
表 目 錄 VIII
圖 目 錄 X
第一章 前 言 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究架構 3
第二章 文獻回顧 4
2.1 室內環境之揮發性有機物質 4
2.2 環境中甲醛之介紹 6
2.3 甲醛之性質 6
2.4 甲醛之用途及產生 7
2.5 甲醛對人體健康之危害 9
2.6 溫度及濕度對甲醛之影響 11
2.7 甲醛廢水之處理方式 12
2.8 甲醛之檢測 13
2.9 二氧化錳之簡介 14
2.10 高錳酸鉀所生成二氧化錳之型態及特性 15
2.11 合成二氧化錳之型態及生成途徑 16
2.12 合成二氧化錳之特性 17
2.13 二氧化錳應用於環境污染整治 18
第三章 材料與方法 20
3.1 試驗材料 20
3.1.1 藥品 20
3.1.2 試驗設備 21
3.1.3 δ-MnO2製備 22
3.1.3.1 微奈米尺寸δ-MnO2特性分析 23
3.2水中甲醛試驗 23
3.2.1供試甲醛污染水配製 23
3.2.2 試驗方法 23
3.2.3 水中甲醛檢測方法 24
3.2.4 回收率試驗 24
3.2.5 水中甲醛實驗裝置 24
3.3 氣態甲醛 25
3.3.1 δ-MnO2觸媒管之配製 25
3.3.2 氣態甲醛配製 28
3.3.3 氣態甲醛採樣分析方法 28
3.3.4 氣態甲醛實驗裝置 29
3.3.5 環境條件控制 31
3.3.6 CO2之測定 31
3.3.7 甲醛檢量線之建立 32
第四章 結果與討論 35
4.1 δ-MnO2粒徑分析 35
4.2 有、無添加δ-MnO2在不同時間下對高、低濃度甲醛污染水之降解效率 37
4.2.1有、無添加δ-MnO2對甲醛污染水之降解率及CO2釋放量 37
4.2.1.1 有、無添加δ-MnO2在低濃度甲醛污染水 37
4.2.1.2 低濃度甲醛CO2釋放量 38
4.2.2.1 有、無添加δ-MnO2在高濃度甲醛污染水 39
4.2.2.2 高濃度甲醛污染水之CO2釋放量 40
4.2.3 探討添加及未添加δ-MnO2於甲醛污染水中pH值之變化 41
4.3有、無通過δ-MnO2催化管在不同環境條件下,對氣態甲醛之探45
4.3.1有、無通過δ-MnO2催化管在改變濕度下,對氣態甲醛之降解效果 46
4.3.1.1將濕度降至1.6~6之間 46
4.3.1.2未改變濕度 47
4.3.1.3改變濕度至30% 48
4.3.1.4改變濕度至70% 49
4.3.1.5改變濕度至90% 50
4.3.1.6 氣態甲醛(0.5 mg /m3)有、無通過催化管氧化後之CO2釋放量 53
4.3.2 高濃度甲醛氣體在改變濕度及有、無通過δ-MnO2催化管之降解率 53
4.3.3 δ-MnO2催化管在不同溫度下對甲醛氣體之降解影響 57
4.3.3.1 低濃度甲醛氣體在不同溫度下通過δ-MnO2催化管 57
4.3.3.2 高濃度甲醛氣體在不同溫度下通過δ-MnO2催化管 57
4.4 不同反應參數對δ-MnO2催化降解速率之影響 64
4.4.1 有、無添加δ-MnO2對催化降解甲醛污染水速率之影響 65
4.4.2 不同濕度下通過δ-MnO2催化管對降解氣態甲醛速率之影響 69
第五章 結論與建議 71
5.1 結論 71
5.2 建議 71
參考文獻 72
附 錄 76

表目錄

表2-1 室內常見的揮發性有機物質來源..........................................................5
表2-2 甲醛物質特性...........................................................................................7
表2-3 不同建築材料之甲醛排放速率..............................................................8
表2-4 事務機甲醛排放量...................................................................................9
表2-5 甲醛濃度對人體之影響.........................................................................10
表3-1 試驗藥品與材料.....................................................................................20
表3-2 試驗設備與儀器.....................................................................................21
表3-3 甲醛回收率.............................................................................................24
表3-4 HPLC分析甲醛之條件..........................................................................33
表4-1有、無添加δ-MnO2及有、無曝氣在不同時間下對低濃度甲醛污染水pH值之變化........................................................................................45
表4-2 有、無添加δ-MnO2在不同時間下對高濃度甲醛污染水pH值之變化..............................................................................................................45
表4-3 氣態甲醛有、無通過δ-MnO2催化管在2.5小時所測得之CO2釋放量..............................................................................................................53
表4-4高濃度甲醛污染水有、無添加δ-MnO2催化處理之反應動力學參數..............................................................................................................66
表4-5不同濕度下通過δ-MnO2催化管對降解氣態甲醛之反應動力學一階參數。..................................................................................................70
表4-6不同濕度下通過δ-MnO2催化管對降解氣態甲醛之反應動力學二階參數。......................................................................................................70

圖目錄
圖2-1 新舊房屋在不同溫度下甲醛逸散量之變化........................................12
圖2-2 DNPH與甲醛之衍生反應 ......................................................................14
圖2-3 二氧化錳之表面構造及反應途徑........................................................16
圖2-4 不同合成的錳氧化物之間的關係圖....................................................18
圖3-1 δ-MnO2製備流程圖................................................................................22
圖3-2 水中甲醛實驗模組.................................................................................25
圖3-3 水中甲醛實場模組.................................................................................25
圖3-4 玻璃管柱之管長.....................................................................................26
圖3-5 玻璃管柱之管徑.....................................................................................27
圖3-6 δ-MnO2觸媒管........................................................................................27
圖3-7 空氣甲醛採樣裝置圖.............................................................................29
圖3-8 實驗模組.................................................................................................30
圖3-9 實場模組拍攝.........................................................................................30
圖3-10 碳酸鹽系統在不同pH條件下的分佈圖...........................................32
圖3-11 甲醛-DNPH之檢量線.........................................................................33
圖3-12 甲醛-DNPH之滯留時間.....................................................................34
圖4-1 高效能粒徑分析儀(HPPS),分析鑑定δ-MnO2粒徑.........................35
圖4-2 場發射掃描式電子顯微鏡(FE-SEM),分析鑑定δ-MnO2尺寸(放大96,000倍)............................................................................................36
圖4-3 場發射掃描式電子顯微鏡(FE-SEM),分析鑑定δ-MnO2尺寸(放大960,000倍)..........................................................................................36
圖4-4有、無添加δ-MnO2在不同時間下對低濃度甲醛污染水之降解;字母不相同時表示差異顯著,字母相同代表差異不顯著.....................38
圖4-5 添加及未添加δ-MnO2之水中甲醛釋放量CO2(5 mg L-1);字母不相同時表示差異顯著,字母相同代表差異不顯著.............................39
圖4-6 有、無添加δ-MnO2在不同時間下對高濃度甲醛污染水之降解;字母不相同時表示差異顯著,字母相同代表差異不顯著.....................40
圖4-7 添加及未添加δ-MnO2之水中甲醛釋放量CO2(200 mg L-1);字母不相同時表示差異顯著,字母相同代表差異不顯著.............................41
圖4-8 甲醛污染水未添加δ-MnO2之HPLC圖譜..........................................43
圖4-9 甲醛污染水添加δ-MnO2後之HPLC圖譜..........................................44
圖4-10 甲酸經HPLC定性後之圖譜..............................................................44
圖4-11 氣態甲醛(0.5 mg /m3)通過兩種不同比例催化管,並將濕度降至最低的條件下;甲醛殘留量以折線圖表示,降解率則以柱狀圖表示.46
圖4-12 甲醛氣體(0.5 mg /m3)未改變濕度之環境下通過兩種不同比例催化管;甲醛殘留量以折線圖表示,降解率則以柱狀圖表示.............47
圖4-13 甲醛氣體(0.5 mg /m3)在濕度約30%條件下通過兩種不同催化管;甲醛殘留量以折線圖表示,降解率則以柱狀圖表示.........................48
圖4-14甲醛氣體(0.5 mg /m3)在濕度約70%條件下通過兩種不同催化;甲醛殘留量以折線圖表示,降解率則以柱狀圖表示.........................49
圖4-15 甲醛氣體(0.5 mg /m3)在濕度約70%條件下通過兩種不同催化管;甲醛殘留量以折線圖表示,降解率則以柱狀圖表示.....................51
圖4-16 整合甲醛氣體(0.5 mg /m3)通過同種比例催化管,在不同濕度條件下降解率之改變;甲醛殘留量以折線圖表示,降解率則以柱狀圖表示..............................................................................................................52
圖4-17 高濃度甲醛氣體在濕度6~7%下通過比例1:9(w /w)催化管;甲醛殘留量以折線圖表示,降解率則以柱狀圖表示.................................54
圖4-18 高濃度甲醛氣體在未改變濕度下通過比例1:9(w /w)催化管;甲醛殘留量以折線圖表示,降解率則以柱狀圖表示.................................55
圖4-18 高濃度甲醛氣體在濕度70%下通過比例1:9(w /w)催化管;甲醛殘留量以折線圖表示,降解率則以柱狀圖表示.....................................56
圖4-19 低濃度甲醛改變濕度(1.6~6%)及溫度(60℃)下,通過δ-MnO2催化管;甲醛殘留量以折線圖表示,降解率則以柱狀圖表示.....................58
圖4-20 低濃度甲醛未改變濕度及溫度(60℃)下,通過δ-MnO2催化管;甲醛殘留量以折線圖表示,降解率則以柱狀圖表示.........................59
圖4-21 低濃度甲醛改變濕度(70%)及溫度(60℃)下,通過δ-MnO2催化管;
甲醛殘留量以折線圖表示,降解率則以柱狀圖表示.....................60
圖4-22 高濃度甲醛改變濕度(1.6~6%)及溫度(60℃)下,通過δ-MnO2催化管;甲醛殘留量以折線圖表示,降解率則以柱狀圖表示.....................61
圖4-23 高濃度甲醛未改變濕度及溫度(60℃)下,通過δ-MnO2催化管;甲醛殘留量以折線圖表示,降解率則以柱狀圖表示.........................62
圖4-24 高濃度甲醛改變濕度(70%)及溫度(60℃)下,通過δ-MnO2催化管;甲醛殘留量以折線圖表示,降解率則以柱狀圖表示.....................63
圖4-25有、無添加δ-MnO2對低濃度甲醛污水降解之殘餘率與時間之關係 ..............................................................................................................65
圖4-26有添加δ-MnO2於低濃度甲醛污染水中之反應動力模式................67
圖4-27未添加δ-MnO2於低濃度甲醛污染水中之反應動力模式................68
圖4-28 不同濕度下通過δ-MnO2催化管對降解氣態甲醛之殘餘率與時間之關係 ......................................................................................................69
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