第五章 第三年計畫研究成果
5.2 光觸媒/活性碳之吸附與光催化實驗結果
5.2.1 TiO
2/GAC 之實驗結果
圖 5.7 為本計畫初期實驗時，先以 Sol-Gel 溶液配置時，TiO2：GAC 重量比 為 1：4 與 1：1.5 之 TiO2/GAC 進行吸附與光催化效果比較，TiO2/GAC 用量為 0.5 g/L，發現實驗結果中的 TiO2/GAC 光催化部分沒有光催化分解效果，只有原 本的吸附結果，其原因主要是因為在這次實驗中，未進行曝氣的結果所致，因為 溶液中的氧氣為光催化時的電子補集者（scavenger），可把光激發半導體所產生 的電子-電洞對中的電子消耗掉，以避免電子與電洞的再結合，讓電洞可以有效 的去氧化分解有機物或與水分子形成氫氧自由基去破壞有機物。因此在後續的實 驗中，光催化的反應都必須持續的曝氣以提供足夠的氧作為電子補集者。
圖 5.7 無曝氣時 TiO2/GAC (1:4)與 TiO2/GAC (1:1.5)之光催化與吸附結果 圖 5.8 為 TiO2/GAC (1:1.5)樣品進行不同 pH 值之光催化與活性碳吸附實驗結 果比較，由於活性碳本身即是一個良好的吸附劑，在十小時的吸附後已將原本為 2×10-4 M 之 4-CP 吸附降至 10%以下，而在負載光觸媒後的 TiO2/GAC 則因其孔 洞被 TiO2所覆蓋，比表面積減少，使得其吸附能力降低許多，在使用 365 nm 波 長的紫外光同時進行光催化反應的實驗中，可使溶液中的 4-CP 濃度隨反應時間 增加而降低，其不同的 pH 值下前 6 個小時的擬一階反應速率 k 值為 pH 4：0.0027
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18
0 100 200 300 400 500 600
Time (min)
4 -C P C o n c . (m M )
TiO2/GAC(1:4) Adsorption TiO2/GAC (1:1.5) Adsorption TiO2/GAC (1:4) 365 nm pH 7 TiO2/GAC (1:1.5) 365 nm pH 7
min-1、pH 7：0.0045 min-1、pH 10：0.0038 min-1。
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Time (min)
4-CP(C/C0)
TiO2/GAC (1:1.5) 365 nm pH 10 TiO2/GAC (1:1.5) 365 nm pH 7 TiO2/GAC (1:1.5) 365 nm pH 4 GAC Adsorption
TiO2/GAC (1:1.5) Adsorption
圖 5.8 TiO2/GAC (1:1.5) 之光催化分解 4-CP 與 GAC、TiO2/GAC (1:1.5)之吸附
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Time (min)
4-CP(C/C0)
WO3-TiO2/GAC (1:2) Adsorption MoO3-TiO2/GAC (1:2) Adsorption WO3-TiO2/GAC (1:2) 365 nm pH 7 4-CP MoO3-TiO2/GAC (1:2) 365 nm pH 7 4-CP
圖 5.9 複合半導體之光催化分解與其吸附 4-CP 結果比較
0
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Time (min)
4-CPandTOC(C/C0)orCl-(ppm)
WO3-TiO2/GAC (1:2) 365 nm pH 7 4-CP MoO3-TiO2/GAC (1:2) 365 nm pH 7 4-CP WO3-TiO2/GAC (1:2) 365 nm pH 7 TOC MoO3-TiO2/GAC (1:2) 365 nm pH 7 TOC WO3-TiO2/GAC (1:2) 365 nm pH 7 MoO3-TiO2/GAC (1:2) 365 nm pH 7
Cl-圖 5.10 複合半導體於 365 波長之光催化分解礦化 4-CP 結果比較
由於本研究中所選擇使用的 WO3與 MoO3的添加半導體，除了探討顆粒間 電子傳送程序（Interparticle Electron Transfer , IPET）對於光催化效率之影響外，
另一目的是希望可用可見光來進行光催化反應，圖 5.11 則為紫外光與可見光波
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Time (min)
4-CP(C/C0)
WO3-TiO2/GAC (1:2) 365 nm pH 7 MoO3-TiO2/GAC (1:2) 365 nm pH 7 WO3-TiO2/GAC (1:2) 435 nm pH7 MoO3-TiO2/GAC (1:2) 435 nm pH 7
圖 5.11 複合半導體使用不同光波長光催化分解 4-CP 結果比較
0
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Time (min)
4-CPandTOC(C/C0)orCl-(ppm)
WO3-TiO2/GAC (1:2) 435 nm pH 7 4-CP MoO3-TiO2/GAC (1:2) 435 nm pH 7 4-CP WO3-TiO2/GAC (1:2) 435 nm pH 7 TOC MoO3-TiO2/GAC (1:2) 435 nm pH 7 TOC WO3-TiO2/GAC (1:2) 435 nm pH 7 MoO3-TiO2/GAC (1:2) 435 nm pH 7
Cl-圖 5.12 複合半導體/活性碳於 435 波長之光催化分解礦化 4-CP 結果比較
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Time (min)
4-CP(C/C0)
WO3-TiO2/AC 435 nm pH7 MoO3-TiO2/AC 435 nm pH 7 WO3-TiO2/AC 435 nm pH 10 MoO3-TiO2/AC 435 nm pH 10
圖 5.13 複合半導體/活性碳於 435 波長不同 pH 值之光催化分解 4-CP 結果比較
5.2.3 使用針鐵礦為擔體之實驗結果
最後本計畫亦同時選用針鐵礦（Goethite）作為另一光觸媒擔體的材料，但 由於原本針鐵礦並非是用於吸附有機物的材料，其主要是應用於吸附還原水中金 屬之用，因此在進行負載 TiO2後進行吸附與光催化實驗後如圖 5.14 所示，無法 有效吸附 4-CP 或進行光催化反應。
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Time (min)
4-CP(C/C0)
TiO2/Goethite (1:2) 365 nm pH7
TiO2/Goethite (1:2) Adsorption
圖 5.14 TiO2/Goethite 之吸附與光催化試驗結果