第二章 文獻回顧
2.4 過氯酸鹽去除技術
2.4.3 化學方法
電化學反應( Electrochemical reduction )主要利用一個離子交換膜隔 開陰極與陽極之反應系統，電極的表面是由鈦或鈦氧化物塗料所構成，
可有效地被去除(圖 2-5 示)。
圖2-5 電化學去除過氯酸鹽
利用奈米錫結合電透析(Eletrodialysis, ED)有效去除過氯酸鹽，陽極 為鐵金屬，陰極為奈米錫薄膜，過氯酸鹽先被奈米膜吸附於電場中，通 正負直流電作分離，此時鐵金屬當電子提供者，電場中的電流會產生氫 分子發生解離而成氫原子，其還原能力可完全去除過氯酸鹽。也可利用 其它貴金屬(金、鉑等)製作奈米薄膜，其還原過氯酸鹽速率決定於金屬表 面密度與催化特性(Huang et al., 2008)。
當水中有競爭離子(例如：硫酸鹽或氯化物)，過氯酸鹽被吸附在離子 交換膜能力降低。當這些陰離子存在時，便會與過氯酸鹽競爭電極表面 的活性位址，導致過氯酸鹽的去除效率有限，其電極易堵塞須高維修的 成本(Lang et al., 2005 )。
陽極 陰極
還原
ClO4- + 8e- + 8H+ → Cl- + 4H2O
氧化
2H2O →O2+4e-+4H+ +
-2.4.3.2 離子交換
在液相中的離子和固相中離子間會進行一種可逆性的化學反應，當 液相中的某些離子與離子交換固體相近時，會被離子交換固體吸附，而 水溶液須維持在電中性，故離子交換固體必須釋出等價離子於溶液中。
離子交換與吸附或化學反應一樣，離子交換會受到競爭離子與濃度 高低等參數所影響。在離子交換過程中，過氯酸鹽為一個帶負電的交換 離子，會被另一個陰離子所置換，此陰離子通常為氯離子(圖 2-6 所 示)(Batista et al., 2000)。離子交換過程中的介質由一個聚合物（離子交換 樹脂）所組成，此聚合物通常對過氯酸鹽有強大的吸引力的正電荷電物 質組成。
圖 2-6 過氯酸鹽被離子交換示意圖(Batista et al., 2000)
離子交換樹脂分為苯乙烯及丙烯酸這兩種類型，苯乙烯由四個胺基 所構成之樹脂，對過氯酸鹽具有較佳的吸附涵容能力，而丙烯酸對過氯 酸鹽的吸附涵容能力則相對較弱，對過氯酸鹽親和力較強的樹脂，再生
時所得到的效果則較差。研究顯示利用苯乙烯樹脂(Acrylonitrile butadiene styrene, ASB)及丙烯酸樹脂(Polyacrylates)進行過氯酸鹽離子交換試驗，
ASB 樹脂對過氯酸鹽的吸附容量(BV)可高達 3,500 cm3，而Macro T 樹脂 則約2,000 cm3，丙烯酸樹脂利用 1%的氯化鈉溶液即可達到 100%的再生 效率，而苯乙烯樹脂則僅有38%的再生效率(Vieira, 2000)。此外，Batista 等人(2000)也提出含弱基陰離子的丙烯酸樹脂(WBAX)不但可以將過氯 酸鹽去除至很低的濃度，更可以利用氯化鈉或苛性鈉溶液將樹脂再生。
利用鹽酸與含鐵氯化物(FeCl4-)酸性溶液再造氯化鐵離子，可取代離 子交換樹脂中的過氯酸鹽，再將樹脂浸泡於水或稀酸溶液可將氯化鐵離 子脫附，將樹脂重複再生利用後仍可達到 100%的再生率(Gu et al., 2000)。而過氯酸鹽樹脂的再生溶液後續處理，利用含鐵氯化物在適當的 溫度(＜200 °C)及壓力(20 atm)下進行削減。
水中含有過高的總溶解固體物質(TDS)，不但會使離子交換效率降 低，也會使處理成本增加。另外水中含有高濃度的TOC 也會造成樹脂對 過氯酸鹽的吸附容量降低。研究中指出，當水中含有TOC 過高時會導致 苯乙烯樹脂吸附涵容能力從3750 BV 降至 600 BV，而丙烯酸樹脂更是從 2100 BV 降至 0 BV(Vieira et al., 2000)。這些競爭陰離子對過氯酸鹽的離 子交換處理所造成之影響可藉由選擇具選擇性之離子交換樹脂或將水樣 進行前處理加以改善。離子交換的缺點為樹脂再生問題、高濃度過氯酸 鹽後續處理問題、成本費用。