利用超临界流体制备光触媒二氧化钛 - 朝阳科技大学机构典藏系统.pdfVIP

利用超臨界流體製備光觸媒二氧化鈦 劉敏信 陳美麗 朝陽科技大學環境工程與管理系所，台中縣，台灣 摘要 社會重視經濟上的發展，在人們對環境的忽視下，往往造成污染現象。其中在大氣中 容易產生揮發性有機污染物，對人類的健康造成影響。為提供環境淨化的功能，奈米光觸媒 研究技術正形成科技上的熱潮，其中二氧化鈦最常為人們所研發應用，因其具有抗菌、脫臭、 防污等效果，在照射光線後具有強大的氧化還原能力，產生破壞有害物質之機能。除污效果 良好的二氧化鈦為奈米級產品，顆粒粒徑大小分配均勻，在可見光及紫外光下均能進行化學 反應，本研究嘗試以超臨界流體方法製備光觸媒二氧化鈦產品，並與傳統溶膠凝膠製備方法 之結果比較，產品測試含氯揮發性有機物之去除效率，初步研究發現降解含氯揮發性有機物 的效果良好。 關鍵字：超臨界流體、光觸媒、二氧化鈦 1. 前言 1.1 研究緣起 由於近年來強調能源之節約，都市之建築物趨向高氣密性，導致新建材中所含之甲醛(福 馬林)、甲苯等揮發性有機氣體釋放於室內空氣中而不易揮散，往往會造成處於此種環境的 人類產生自律神經系統異常的過敏現象。甚至某些人對芳香劑、清潔劑、調料等化學物質之 揮發而造成頭痛、手腳痙攣、全身發疹等症狀。多種揮發性有機物(Volatile organic compounds, VOCs)已被列為可能危害人體健康之化學物質，而VOCs 也有可能經由光化學反應造成空氣 中臭氧之生成，導致產生更嚴重的二次污染物，進而影響空氣品質，危害人體健康[1]。而 常見之揮發性有機物通常包含：醇類、硫醇類、酮類、醚類、烯類、烷類、芳香族、烴類、 及鹵化烴等碳氫化合物；因揮發性有機物具有滲透性、脂溶性、揮發性等，經由皮膚接觸或 吸入途徑影響人體的內臟系統、神經系統、造血系統及消化系統等，如使用不當會造成中樞 神經麻醉、腎臟及肝臟中毒[2]。有藉於此，光觸媒乃開始為人們所倡導，處理空氣中之有 機污染物質，甚至可以消除空氣中之細菌數，成效十分良好[3]。 1.2 光觸媒之概述 光觸媒反應始於 1972 年時實驗發現水能二氧化鈦在陽光下電解，也就是將光能轉成化 學能，當時稱之為 Honda-Fujishima Effect，爾後又證實其具有分解污染物質及超親水性之 效能[4]。因此光觸媒由早期具有抗菌、防污及除臭等用途，繼而又充分發揮其超親水/超疏 水性、防暈與去除有害物質等特殊之機能，促成今日多方位的發展與應用。而光觸媒中以 二氧化鈦(TiO2)最常受使用，一般二氧化鈦照光後效果具有強大的氧化還原能力，品質較佳 之二氧化鈦為奈米級產品（1~100 nm），所以若合成製造過程中成為次微米級以上產品，則 會降低光觸媒應用上的效果。而且效果較佳的二氧化鈦產品可以在可見光及紫外光下進行 光化學反應，品質較差之產品則僅能在紫外下才能進行光化學反應，使用之普遍性大打折 扣。因此如何使光觸媒在製造過程中，控制技術使二氧化鈦顆粒能夠成為奈米級，顆粒粒 徑分佈均勻，同時能在可見光之環境下發揮其除污之效果，乃為本研究計畫之研究目的。 1.3 二氧化鈦之製備 製備奈米材料方法相當多，分為物理方法及化學方法兩種類別。物理方法是從較大的分 子及研磨至奈米大小的粒子，其製程前後的化學組成並沒有什麼變化，利用機械動力將固體 細微化；而化學方法是從原子級合成至奈米級顆粒大小。本研究是以超臨界流體裝置利用超 臨界二氧化碳流體結合逆微胞法製備二氧化鈦，使二氧化鈦在界面活性劑中形成，而此界面 活性劑內直徑約為百奈米，適合微米甚至奈米顆粒形成[5] [6]；另一方面也利用傳統溶膠凝 膠法製備二氧化鈦[7]，利用金屬鈦鹽溶於溶劑中，經水解與縮合作用使二氧化鈦沉澱再加 入硝酸促使膠融作用，產品用以比較此兩種分法之異同。而製備出來的二氧化鈦需煅燒400 ℃以上才有光觸媒的效果[8]，所以二氧化鈦最後會經高溫爐程溫煅燒以形成二氧化鈦。 2. 實驗設備與方法 2.1 實驗設備 2.1.1 超臨界流體裝置 本研究是以超臨界流體裝置，利用超臨界二氧化碳流體結合逆微胞法製備二氧化鈦，而 其裝置有二氧化碳鋼瓶、冷凝水槽、界面活性劑貯存槽、兩個幫浦分別是高壓幫浦及HPLC 幫浦、超臨界反應槽與收集器(如圖 1)。 反應槽 HPLC幫浦