奈米光觸媒超親水性之研究現況

奈米TiO2光觸媒近年來已廣泛的使用在表面超親水性之改質以及鏡面防霧等 用途上。Wang et al. (1997) 文獻中提到，在玻璃表面鍍上一層TiO2薄膜，在未照 射UV光前，水與表面的接觸角為 72˚±1˚，而照射UV光後，水與表面接觸角為 0˚±1˚，且其親水特性與其光催化特性無關。Fujishima et al.(2000) 文獻中提到，

當UV光照射在TiO2薄膜表面時，會激發電子產生電子電洞對，電子將Ti⁴⁺還原為 Ti³⁺，而電洞將O^2-氧化為O2。此時氧原子離開產生一個氧空位後，水分子進來填 補氧空位並形成OH基，如此即成為親水性表面。反應機制如圖 2.11：

Wark et al. (2005) 利用TiO2奈米微粒製備親水性薄膜，其方法是利用TTIP (Titanium tetraisopropoxide)作為起使物質，利用溶膠凝膠法及高溫鍛燒使玻璃表 面形成一層親水性的TiO2薄膜，鍛燒溫度為500℃，經UV光照射薄膜四小時候水 與膜面的接觸角＜5°，但在不照光四小時後，接觸角上升為 38-39∘。

為了增加光觸媒薄膜在無照光情況下超親水特性的時間，Machida et al. (1999) 及Guan et al. (2003)分別利用不同的前趨物質製備TiO2-SiO2薄膜，發現在無UV光 照射下可有效增加薄膜超親水性之時間，實驗結果如表 2.4 所示。結果發現利用 TiO2+ SiO2溶液作為前驅物質所製備出的薄膜在無光照射下其超親水特性表現較 佳。

表2.1 「半導體製造業空氣污染管制及排放標準」，行政院環境保護署，民國 88 年4 月 7 日修正發布

硝酸、鹽酸、磷酸及氫氟酸

各污染物排放削減率應大於95%或 各污染物工廠總排放量應小於

0.6kg/hr。

硫酸 排放削減率應大於95%或工廠排放 量應小於0.1kg/hr。

表2.2 「固定污染源空氣污染物排放標準」(行政院環保署，民國 90 年)

排放物種 排放管道標準 周界標準

硫氧化物(SO2) 650ppm 0.3ppm

硫酸液滴(H2SO4) 200mg/Nm³ 50mg/Nm³ 氯化氫(HCl) 80ppm or 1.8kg/hr 以下 0.1ppm

氨氣(NH3) 以法規第七條之方法

計算，a2=4.3×10^-4 1ppm

表2.3「光 電 材 料 及 元 件 製 造 業 空 氣 污 染 管 制 及 排 放 標 準 」(行政院環保

圖 2.1 氣體吸收效率比較圖，(a)硝酸，(b)鹽酸，(c)氫氟酸，(d)氨氣。●：塗敷 5%碳酸鈉之多孔金屬片，○塗敷 3%碳酸鈉之多孔金屬片，■：矽膠管法，▲：

吸收瓶法（圖(a)~(c)）。●：塗敷 4%檸檬酸之多孔金屬片，○塗敷 2%碳酸鈉之 多孔金屬片，▲：吸收瓶法(圖(d))(Tsai et al., 2001b)。　

圖2.2 HF 去除效率和進口濃度關係圖(Tsai et al., 2003)。

Membrane Air in

Air out Solution

in

Solution out

Membrane Solution

in

Solution out Air out

Air in

圖2.3 濕式固氣分離器示意圖(Willeke and Baron, 2001)。

液體

液體 進口

液體 出口

二氧化矽 塗敷之吸

收表面 玻璃板

氣體 出口

圖2.5 平板式濕式固氣分離器示意圖，灰色區塊為二氧化矽塗敷之吸收表面 (Simon and Dasgupta, 1993)。

圖 2.6 平板式濕式固氣分離器在不同氣體流量下之氣體吸收效率測試氣體為 SO2，PPD1:吸收表面寬：36mm，長：300mm，PPD2:吸收表面寬：50mm，長：

300mm。

圖 2.7 平板濕式固氣分離器在不同氣體流量下之氣體吸收效率，測試氣體為 SO2，虛線為理論計算值，實現為實驗數值(Dasgupta et al., 1999)。

液體進口

液體 出口 兩側

平板 兩側

平板 多孔聚 脂薄膜

氣體 進口 氣體

出口

圖 2.8 平板式濕式固氣分離器示意圖，以親水性聚脂薄膜(hydrophilic polyester screen)作為吸收表面來取代二氧化矽之塗敷(Rosman et al., 2001)。

兩側平板 中央間格 板

氣體出口

氣體進口 液體進口

液體出口 薄膜

圖2.9 薄膜式濕式平板固氣分離器示意圖(Dasgupta et al., 2004)

圖 2.10 薄膜式濕式平板固氣分離器在不同氣體流量下之氣體吸收效率，測試氣 體為SO2。○：吸收液為5mM H2O2之實驗值，●：吸收液為5mM H2O2 +5mM NaOH 之實驗值， ----：理論計算值(Dasgupta et al., 2004)。

e

+ Ti

Ti

4h

+2O

O

Ti Ti Ti O O Ti Ti Ti UV Dark

Ti Ti Ti O HH O

Ti Ti Ti O O H H

Hydrophilic

圖2.11 紫外光催化TiO2表面超親水性之機制(Fujishima et al., 2000)

第三章　 研究方法