第一章 前言
1.1 研究背景
自工業革命後，由於人類開始發展石化工業與使用汽機車當交通 工具，使得石化能源的需求日益增加，而在燃燒石化燃料與使用汽機 車的過程中會排放出大量的CO2溫室氣體，造成地球溫室效應，使地 球氣候產生巨大變化。在地球資源被大量消耗與溫室效應影響下，地 球開始面臨環境惡化與氣候變遷等問題，為了使地球環境能夠永續發 展，能源與環境保護這兩大議題也越來越受重視，故要如何降低CO2
排放量與能源再生則是目前重要的課題。
自日本學者Fujishima and Honda(1972)利用 n 型半導體二氧化鈦 和鉑做為電極，在光照下可分解水變成氫氣與氧氣，證實二氧化鈦在 光源照射下可進行催化反應，自此光觸媒的光催化能力即受到各界的 廣泛注意與利用，包括應用於環境淨化、醫療及除污的觸媒材料 (Childs and Ollis, 1980; Huang et al., 2000; Zuo et al., 2006)。因此若能 將光觸媒應用於CO2還原領域上，不僅能達成二氧化碳的減量，同時 又可以生成具經濟價值的甲烷、甲醇等替代性能源。
Usubharatana et al. (2006)提及要提升 CO2還原效率有三種方法，
其一為選擇或改進光觸媒之效能，其二為改變還原劑之種類，其三則 為就反應器之操作參數進行最佳化研究。
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在改進光觸媒效能方面，許多學者嘗試以負載金屬、摻雜非金屬 離子以及與多孔性分子篩結合等方式進行光觸媒之改質，其中在結合 多孔性分子篩的部分，從 1992 年 M41S 問世後，由於其高比表面積 與特殊的孔洞結構，使其在吸附與催化領域上受到廣泛的利用(Zhao et al., 1996)。因此，當金屬修飾 M41S 後，其在光催化效率上即有顯 著的提升。Yamashita et al. (1998) 發現在 CO2光催化還原反應上，
Ti-MCM-41 與 Ti-MCM-48 比單純 TiO2有較高的甲烷產率，三者甲烷 產率分別為3.5μmol/g．hr、8μmol/g．hr 及 0.3μmol/g．hr。
另外在還原劑的選擇上，因為CO2不易溶於水中，所以多數光催 化還原二氧化碳反應若沒有在水中額外添加鹼性還原劑(或犧牲試劑) 的情形下，其產物之產率均相當低。因此在一般之研究中，多會加入 如氫氧化鈉為 CO2吸收劑，或加入還原劑如 2-propanol 或 H2等來提 高產物產率，然而目前最具商業化潛能的CO2捕獲技術而言，應屬以 乙醇胺與氨水為吸收劑之捕獲技術，且此技術均已進入商業化模廠測 試階段，而此兩個吸收液因為具備-NH2 化學鍵，本身就具有還原能 力，因此本研究直接以乙醇胺或氨水此類具備-NH2鍵的 CO2捕獲吸 收液，做為二氧化碳光催化還原實驗之CO2吸收劑，並進一步進行催 化反應。
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1.2 研究目的
在CO2吸收技術上，乙醇胺與氨水是目前市面上最普遍被使用之 吸收劑，而目前文獻中尚未見到以乙醇胺或氨水做為CO2還原反應之 CO2吸收劑，故本研究之目的是探討乙醇胺與氨水做為CO2光催化還 原反應吸收劑之可能性，如此一來便可有效整合CO2捕獲與還原這兩 個處理流程。
本研究利用不同金屬植入 MCM-41 做為反應之光觸媒，並藉由 改變不同的實驗參數，以提高CO2光催化還原反應之產率。而本研究 之目的條列說明如下:
1. 利用骨架替代(substitution)之化學修飾方法，將金屬與 MCM-41 做 結合，製備出光觸媒與中孔洞材料之複合材料。
2. 以乙醇胺與氨水取代文獻中常用之氫氧化鈉做為 CO2吸收劑，並 比較此三者二氧化碳光催化還原效率。
3. 比較不同金屬觸媒與操作參數對於 CO2還原效率之影響，以期獲 得最佳之製程參數條件。
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