第三章 第三章
第三章 實驗方法與步驟 實驗方法與步驟 實驗方法與步驟 實驗方法與步驟
3.1 研究流程研究流程研究流程研究流程
圖3-1 為本研究之研究流程圖，首先利用常壓電漿輔助程序合成 法(APPENS)與氣膠自組裝製備方法(EISA)分別製備氮摻雜二氧化鈦 (N-TiO2) 與 中 孔 洞 矽 分 子 篩 (MSP) ， 並 透 過 機 械 混 合 法 製 備 N- TiO2/MSP複合材料，並經由XRD、DRS UV-VIS、SEM、TEM等儀器 進行材料特性分析。
接著以實驗製備之樣品N-TiO2/MSP進行Acetone與NO的連續式 吸附與光催化效率測試，研究之進行流程如下：
1. 以空氣(氧氣含量20%)為載流氣體，在無光照下進行觸媒的空白吸 附測試。
2. 以空氣(氧氣含量20%)為載流氣體，在可見光照射下進行連續式光 催化測試，探討不同前驅物比例之N-TiO2/MSP複合材料同時去除 Acetone/NO 之 影 響 ； 並 探 討 不 同 複 合 材 料 與 不 同 合 成 比 例 之 N-TiO2/MSP複合材料，藉此尋找出最佳光觸媒觸媒/吸附材比例。
3. 其後以此最佳觸媒在Acetone/NO同時存在下改變不同實驗條件 (不同NO濃度、不同載流氣體停留時間)，以尋找實驗之最佳條件。
4. 為了瞭解複合材料去除Acetone/NO時兩者之間的相互關係，透過 改變不同Acetone濃度，探討Acetone/NO同時存在及個別單獨存在 情況下，屬於競爭或協同去除。
5. 最後，為了瞭解觸媒之耐用性，在Acetone/NO同時存在之情況下 連續測試24小時以瞭解其衰退情形。
EISA法製備中孔 洞分子篩MSP
機械混合法製備 N-doped TiO2/MSP
複合材料
3.2 實驗藥品及設備實驗藥品及設備實驗藥品及設備實驗藥品及設備 3.2.1 實驗藥品實驗藥品實驗藥品 實驗藥品
1. 丙酮(Acetone)：藥品級 99%， Merck & Co. Inc., Germany
2. 十六烷基三甲基溴化銨(Cetyltrimethylammonium bromide，CTAB, C19H42BrN)：分析級 99%，Merck & Co. Inc., Germany
3. 四乙基矽酸鹽(Tetraethoxysilane，TEOS, C8H20O4Si)：藥品級 99%，
Merck & Co. Inc., Germany
4. 乙醇(Ethanol, EtOH, C2H6O)：試藥級 95%，島久藥品 5. 鹽酸(Hydrochloric acid, HCl)：試藥級 35%，島久藥品
6. 異丙基氧化鈦(Titanium tetraisopropoxide, TTIP, Ti(OC3H7)4) : 藥品 級 98%，Acros，USA
7. 空氣氣體供應鋼瓶(Air)：O2 (21%) + N2 (79%)，工業級，洽隆氣體，
Taiwan
8. 一氧化氮(NO)氣體供應鋼瓶：NO(990ppm) + N2，三福化工，Taiwan
3.2.2 實驗儀器設備實驗儀器設備實驗儀器設備 實驗儀器設備
1. 採樣袋(Tedler Bag) : SKL Inc., USA，體積10L 2. 液體注射針：SGE Co., Australia，體積10µL
3. 氣密式氣體注射針(Syringe)：Hamilton Co., Nevada，USA，體積1ml 4. 泡沫流量計(Bubble meter)：Gilian Instrument Co., USA，流量校正
範圍 20-6000ccm
5. 高溫爐(Furnace)：Thermolyne, 48000，USA
6. 質量流量控制器(MFC, Mass Flow Controller))：mks，1179A，range:
20sccm、500sccm、1000sccm，USA；Brooks，5860E，range：100sccm，
USA
7. 可見光燈管(visible light)：FL10D-EX， 東亞照明，Taiwan。功率 10W
8. 交流電電源供應器(power supply)、放大器(amplifier) : 2700M-05，
Chenhwa, Taiwan ；放大倍率：1:60，Hsinhsin
9. 超音波震盪水槽(Ultrasonic cleaner) : Tohama DC-400，Taiwan 10. 電磁攪拌器 : Cimares2，Thermolyne，Lowa，USA
11. 低溫循環水槽：溫度範圍-20~100℃，P-10 YEONG SHIN，YSC，
詠欣，Taiwan
12. 高溫爐(Furnace)：Thermolyne，48000，USA
13. 玻璃基材(Glass substrate)：300mm × 50mm × 2mm 之方形玻璃片 14. 氮氧化物分析儀(NOx analyzer)：SIR model-S5012，Spanish，偵測
極限為20ppmv
15. 氣相層析儀(GC-FID)：SRI-8610C，CA，USA，儀器偵測極限為 50ppm
16. 分光光譜儀(UV-Vis spectrum)：U3010, HITACHI, Japan
17. 光強度計(Light intensity meter) : NIST Traceable Light Measurement Systems，International Light，USB2000，Ocean optics
18. 濕度計 : Center 310 RS-232 Humidity temperature meter，詠欣，
Taiwan
3.3 實驗方法實驗方法實驗方法實驗方法
3.3.1 樣品樣品樣品材料製備樣品材料製備材料製備材料製備
3.3.1.1 氮摻雜二氧化鈦氮摻雜二氧化鈦氮摻雜二氧化鈦 (N-TiO氮摻雜二氧化鈦 2)光觸媒光觸媒光觸媒光觸媒之製備之製備之製備之製備
本研究所使用之氮摻雜二氧化鈦(N-TiO2)，參考Bai et al. (2004) 之 製 備 方 法 ， 如 圖 3-2 所 示 。 其 透 過 常 壓 電 漿 輔 助 程 序 合 成 法 (APPENS)，以異丙基氧化鈦(TTIP)與水(H2O)作為前驅物並以氮氣作 為攜帶氣體，各別通過曝氣瓶後產生TTIP與H2O氣體(曝氣瓶溫度分 別控制在150與25℃;總流量為150sccm，TTIP/H2O之體積流率比為1、
2、4、8)，均勻混和後進入電漿反應器(內徑：21mm，外徑：23mm，
長度：200mm，電極棒直徑：2mm)，並外加一交流電(頻率：60Hz，
電壓：9.6kV/cm)，經常壓電漿輔助程序合成法(APPENS)得到氮摻雜 二氧化鈦(N-doped TiO2)顆粒，再以500℃鍛燒3小時得到氮摻雜二氧 化鈦樣品。
圖3-2 常壓電漿輔助程序合成法(APPENS)製備氮摻雜二氧化鈦 (N-TiO2)光觸媒之設備配置圖
3.3.1.2 中孔洞分子篩中孔洞分子篩中孔洞分子篩MSP之製備中孔洞分子篩 之製備之製備之製備
本研究所使用之吸附材為中孔洞分子篩MSP，參考Hung and Bai (2008)之製備方法，圖 3-3為實驗系統配置圖，而系統主要配件包括 氣膠產生器(超音波霧化器)、兩段式管狀高溫爐與粉體蒐集端(不鏽 鋼濾紙夾與真空幫浦)。
其透過氣膠自組裝製備方法(EISA)以十六烷基三甲基溴化銨 (CTAB)作為自組裝結構之模版，四乙基正矽酸鹽(TEOS)作為矽源，
並與乙醇(ethanol)、水(H2O)、鹽酸(HCl)混和，其莫耳比為TEOS: 0.18 CTAB: 10 ethanol: 40 H2O: 0.008 HCl，混和攪拌30分鐘之後，以超音 波震盪霧化器使其霧化，並透過高壓空氣(流量為2SLPM)之攜帶，
經過兩階段式高溫爐(其溫度分別為150℃與550℃，其中反應管長度 為100cm、內徑為0.5inch)，最後經由玻璃纖維濾紙(1 µm mesh)蒐集，
如圖 3-4所示。
將濾紙蒐集之中孔洞材料放入陶製坩鍋，置入控溫至550℃之高 溫爐，鍛燒4小時，使介面活性劑鍛燒揮發後即可形成具孔洞顆粒結 構之微粒材料。
圖3-3 氣膠自組裝製備方法(EISA)製備中孔洞分子篩MSP之設備配 置圖(Hung and Bai,2008)
圖3-4 MSP之氣膠自組裝(EISA)製備流程圖
TEOS 11.1ml + CTAP 3.28g + Alcohol 29.15ml + DI water 72ml + HCL12 µm
Stirred 30 mins
drying zone 150℃
Heating zone 550℃
MSP particles Ultrasonic Atomizer Carrier Gas (air)
3.3.2 實驗實驗實驗複合實驗複合複合複合材料製備材料製備材料製備材料製備
本研究採用機械混合方式(mechanical mixing)製備N-TiO2/MSP複 合材料，其製備流程如圖3-5所示：先取固定劑量之MSP樣品與固定 劑量之N-TiO2樣品後，加入20ml去離子水，以磁石攪拌1小時並配合 超音波震盪10分鐘，最後以120℃乾燥6小時後再以450℃鍛燒6小時即 可得到N-TiO2/MSP複合材料成品。
利用上述流程共製備出 5 種不同樣品，如表 3-1 所示。其中 40、
60、80 代表樣品中含 N-TiO2 光觸媒之重量百分比，分別代表含有
40%、60%、80%的光觸媒重量含量(as wt.%)。樣品 N-TiO2與 MSP 則為實驗中的對照組，分別代表單純光觸媒與單純吸附材之樣品。
表 3-2 為改變不同種類光觸媒(ST-01 與 N-TiO2)與不同種類吸附 材(MSP 與 H-ZSM5 沸石)之重量百分比，其製備程序皆與上述方法 相同，其中光觸媒含量皆為 60% (wt.%)。實驗中每個樣品所使用之總 重量皆為 0.1g ± 0.01g，個別均勻塗敷在玻璃基材上，再放入反應器 中進行測試。
圖3-5 N-TiO2/MSP複合材料製備流程圖