合成中孔洞氧化矽分子筛以及吸附地表水中单宁酸之探讨作者陈博楷.PDFVIP

「高中職綠色化學(減毒減量)創意競賽計畫」暨「大專校院綠色化學 (減毒減量)創意示範觀摩計畫」 參加組別: 大專校院綠色化學(減毒減量)創意示範觀摩 作品名稱 ： 合成中孔洞氧化矽分子篩以及吸附地表水中單寧酸之探討 作者 ：陳 博 楷 0 摘要 單寧酸是天然有機物的一種，大部分來自地表水和地下水，含有單寧酸的飲用水可能會 導致嚴重的致癌問題，並且對水生生物具有毒性 ，因此除去水中單寧酸是非常重要的，以保 護人類健康和環境保護。本研究主要分成兩部分，第一部分是使用矽酸納當做矽源，P123 當 界面活性劑，製備SBA-15 氧化矽分子篩；第二部分是利用紫外－可見分光光度計測量SBA-15 對丹寧酸的吸附量，了解對地表水中有機物的吸附能力研究。實驗之樣品使用Ｘ光繞射儀 (XRD) 、傅立葉轉換紅外線光譜(FTIR) 、場發式電子顯微鏡(FESEM) 、穿透式電子顯微鏡(TEM) 進行分析。結果發現當 SBA-15 質量增加，其對單寧酸溶液的吸附量愈少；隨著反應溫度的 上升，吸附能力則隨之下降；當溶液pH ＝5 時，對單寧酸溶液的吸附能力最好 。 1 壹、研究動機 多孔性材料在科學研究及工業技術發展上是很重要的，可廣泛應用在各種分離及催化反 應的工業製程上。這類型的材料通常比一般材料具有一些比較優異的性質，例如高表面積、 高的選擇性吸附、與高的離子交換能力等性質。近年來科學家更致力於研發新型的多孔性材 料，來配合各種不同的應用需求。 自從沸石發現以來，由於其多孔徑結構與高比表面積，普遍應用於觸媒擔體及污染物的 吸附回收等，已經有慢慢取代活性碳之趨勢。但無論是觸媒領域或是吸附劑的應用，因為其 孔徑分佈不均，部分孔洞窄小使得大分子吸附質無法進入孔洞與觸媒發生反應或是被吸附， 而減低其沸石表面孔洞之利用率。因為SBA-15中孔洞材料可以依需要調整孔洞大小，加上其 屬於奈米科技之研究範圍，所以常被拿來當作討論研究的主題[1] 。 單寧酸（Tannic acid ）經常被發現在大多數地表水和飲用水的有機物質，由於其對水生生 物有毒性，其中一些被證實含有致癌物質，對於去除在水生環境的單寧酸，吸附處理技術已 得到了廣泛的發展，是由於其簡單性和高效率[2] 。 2 貳、研究目的 單 寧酸是天然有機物的一種，大部分來自地表水和地下水，椰殼纖維和軟木的製程裡， 或是植物醫藥，造紙，皮革等行業排放的廢水中都可以發現單寧酸的存在。含有單寧酸的飲 用水可能會導致嚴重的問題，因為單寧酸在氯化過程中可以形成致癌的消毒副產物（DBPs ）， 如：三鹵甲烷(trihalomethanes,THMs) 。此外，作為一種水溶性的多酚類化合物，單寧酸對水 生生物具有毒性，如藻類，浮游生物，魚類和無脊椎動物。因此除去水中單寧酸是非常重要 的，以保護人類健康和環境保護[3-5] 。 去除水中的單寧酸有各種不同的技術，如化學氧化法，電化學法，混凝，超濾，生物過 程和吸附。由於其簡單性和高效率，用吸附處理技術去除在水中的單寧酸已得到了廣泛的研 究。各種吸附劑，如活性碳、聚合樹脂等等，已被報導用於除去水溶液單寧酸在文獻。丹 寧酸為一種結構複雜的多酚類化合物，其結構如下圖 ： 圖1 丹寧酸的結構圖 3 中孔洞分子篩SBA-15 是在 1998 年，由Stucky 等人利用一種價格便宜並可在自然界中自 然分解的三區塊共聚合物（triblock copolymer ）作為模板，在酸性環境下可合成出孔徑大小範 圍介於46 至300Å ，管壁厚度介於31 至64Å ，材料穩定性極佳且結構為六角排列（hexagonal ） 或立方排列（cubic ）的中孔徑分子篩，利用此種界面活性劑所合成出的分子篩稱為SBA(Santa