毒性化學物質經二氧化鈦催化之光氧化反應

Abstract

由二氧化鈦吸附二氯松之實驗結果發現，加入有機溶劑參與吸附反應，會因共溶劑 效應而降低二氯松吸附量。二氧化鈦表面吸附特性受溶液ｐＨ值影響，在 ｐＨ＜ ｐＨpzc 時，由於陰離子吸附於二氧化鈦表面，所以抑制二氯松之吸附，此一現象 可用於解釋放變溶液pH因而影響二氯松吸量及陰離子影響催化光分解之現象，而在 ｐＨ＞ｐＨpzc 情況下，則是由於吸附基TiOH數量減少而使得二氯松之吸附密度降 ▔ 低。從熱力量之分析顯示二氯松吸附於二氧化鈦表面為焓所控制。另外，亦發現本 系統之吸附現象可以用Langmuir等溫吸附模式來描述。最後，綜合以上之實驗結果 與討論得知，二氯松與二氧化鈦表面之吸附作用主要是由於產生氫鍵鍵結所導致。 在二氯松催化光分解反應之研究中，使用螺旋狀玻璃管為反應槽，管內鍍上二氧化 鈦，光源為 20 W 、主波長為 360 nm 之紫外線燈管，本階段之研究著眼於實驗因 子對二氯松氧化之影響，並比較二氯松在催化光分解過程中之礦化與破壞效率，結 果顯示完全礦化遠比單純二氯松破壞所需之時間長，含磷之中間產物比含氯之中間 產物穩定不易分解。由反應動力分析得知二氯松在本系統中之氧化可用 Langmuir- Hinshelwood 模式描述，而且發現二氯松之分解產物會抑制二氯松之氧化反應。最 後，根據所測得之中間及最終產物，提出二氯松在本研究條件下之可能分解路徑。 不同光波長對於催化光氧化程序有不同效率，因此，本研究以不同型式之反應系統 －固定式二氧化鈦反應槽（使用主波長360nm 之紫外燈管）及懸浮式二氧化鈦反應 槽（使用主波長254nm 之紫外光燈管），分析並比較其催化光分解效率，結果顯示 紫外線波長為決定系統氧化效率之因子，而與反應槽型態無明顯關係。過氧化氫加 入溶液中並未促進二氯松之催化光氧化速率，反而有抑制之現象，而且固定式系統 受影響程度比懸浮式高。亞鐵離子參與光催化程序可導致photo-Fenton反應之發生 ，但是，亞鐵離子濃度過低時，卻抑制二氯松之催化光分解，其原因為可能在此條 件下，亞鐵離子消耗氫氧游離基之速率過大所造成。 在礦化反應及氧化產物毒性分析之研究中，除二氯松外並增加二,四-地及安丹為實 驗對象，很明顯，三種毒性化學物質之礦化反應速率受pH影響；配性條件下之礦化 效率高於鹼性條件。從礦化過程中可測得二氯松釋放出氯離子與磷酸根離子，二, 四－地分解釋出氯離子，而安丹則會形成NH□﹢，所以，二氯松及二,四-地溶液隨 催化光氧化反應之進行，而溶液pH逐漸降低，對於安丹溶液而言，則是因為NH□形 成，再與水分水作用產生NH□﹢，所以pH隨反應之進行而提升。相同地，此三種毒 性化學物質之催化光礦化反應行為也可用Langmuir-Hinshelwood模式來預測。 在產物毒性分析實驗中，以微毒生物分析(Microtox Bioassay)求得二氯松、二,四 －地及安丹在催化光氧化反應過程中間產物之毒性，結果發現反應溶液之毒性受pH 值影響，經由紫外光╱可見光光譜分析儀掃瞄反應溶液，亦可印證在酸性及鹼性條 件下進行催化光氧化反應會分別產生不同之中間產物，值得一提的是，溶液之毒性 可能會因中間產物形成而大為提高，礦化反應必須一直進行，直到反應物近乎完全 礦化為止，溶液之毒性才可能完全袪除。