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改變溶液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 氯松之吸附密度降低。從熱力學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20W、主 波長為360nm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) 反懸浮式二氧化鈦反應槽 (使用主波長254nm之紫外 光燈管)，分析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；酸 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，而安丹則會形成銨，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，則是因為氨形成，再與水分水作用產生銨，所以pH隨 反應之進行而提升。