第三章 方法與材料
3.1 實驗材料
第三章 方法與材料
3.1 實驗材料 3.1.1 藥品配製
本研究使用亞甲基藍、4-氯酚及二級放流水為對象進行研究。其配製 濃度及特性說明如下：
(1)亞甲基藍染料為化學品等級，係由 Aldrich Chemical Co.購得。依實驗目 的之需求，配製濃度為 1 至 10 mg/L 之間。
(2) 4-氯酚標準品亦由 Aldrich Chemical Co.購得。其分子式為 C6H5ClO，分 子量為 128.56，實驗期間配置濃度介於 10 至 30 mg/L 之間。
(3)二級放流水來自德國柏林 Ruhleben 污水處理廠。污水處理流程包括 A/O 處理程序，同時達到有機碳及氨氮去除之效果。二級放流水先經過 100 µm 過濾器去除固形物後，作為光觸媒批次及連續實驗之水樣來 源。本研究使用二級放流水水質特性歸納如
表1 中所示[62]。
表 1 污水處理廠二級放流水水質特性 項目 pH 殘留
濁度
DO DOC UV254 SUVA 蛋白質 多醣體
單位 NTU mg/L mg/L cm-1 Lm-1mg-1 mg/L mg/L 濃度 7.2 1.7 4.9 11.7 0.3 2.3 10.9 4.6
3.1.2 不織布薄膜材料特性
本研究採用三種不同孔洞大小之不織布薄膜，分別為0.2、2.0 及 20.0
µm，孔洞大小分析採用 air bubble （Automated perm porometer, Porous Materials, U.S.A.）進行分析。本研究使用不織布薄膜由康那香企業有限公
圖 9 不織布薄膜之外觀 (2 µm pore size)
圖 10 不織布薄膜之 SEM 圖 (2 µm pore size)
3.1.3 光觸媒材料
TiO2有兩種主要晶體結構，即銳鈦礦（anatase）和金紅石（rutile）。
在光觸媒的應用上，anatase 有較佳的光催化活性(photocatalytic activity)
[63]。
圖 11 顯示兩種主要 TiO2晶型rutile 和 anatase 的單位晶胞（unit cell）
構造，均屬正方晶(tetragonal)結構，每一 Ti4+離子皆為六個 O2-離子形成的 八面體所包圍。然而，rutile 的八面體並不規則，造成些許斜方晶變形 (orthorhombic distortion)，anatase 的八面體變形更明顯，因此其對稱性比 斜方晶體還低。以八面體為結構單元來觀察，rutile 結構中，每一個八面體 接鄰10 個八面體，其中兩個共用八面體的邊，八個共用八面體頂點的氧原
子。anatase 的結構中，每一個八面體接鄰了八個八面體，其中四個共用邊 而另外四個則共用頂點，這些幾何結構的差異導致這兩種晶型有不同的密 度、電子結構和光催化性質[64]。一般為了提高TiO2的光催化效果，設計及 合成具有催化活性或高比例的anatase 相 TiO2為一重要目標。
考慮產品商業化、可靠性和穩定性，本研究選擇最具知名度且公認光 催化活性較穩定的光觸媒Degussa P 25 為對象。Degussa P 25 光觸媒是 德國Degussa 公司的商業化光觸媒產品，其物化特性如表 3 所示，係利用 AEROSIL® process 所生產，由 80 %的 anatase 和 20 %的 rutile 組成，具 高度親水性和分散性的奈米級(nano-scale) TiO2微粒。Degussa P 25 光觸 媒 SEM 觀察（如圖 12），微粒均呈現凝聚(aggregate)且多孔性特徵，平 均初級粒徑大小(average primary particle size)約為 21 nm。
Rutile Anatase
large sphere：O，small sphere：Ti
表 3 Degussa P 25 TiO2特性
特性 範圍
比表面積 (BET) 50 ± 15 m2/g
平均初級顆粒粒徑 21 nm
密度* (approx. value) acc. to DIN EN
ISO 787/11, August 1983 approx. 130 g/L 含水率 *2 hours at 105°C ≤ 1.5 wt.%
燃燒損失, 2 hours at 1000°C, based on
material dried for 2 hours at 105°C ≤ 2.0 wt.%
pH 值, in 4% dispersion 3.5 - 4.5 二氧化鈦含量, based on ignited material ≥ 99.50 wt.%
Al2O3含量, based on ignited material ≤ 0.300 wt.%
SiO2含量, based on ignited material ≤ 0.200 wt.%
Fe2O3含量, based on ignited material ≤ 0.010 wt.%
HCl 含量, based on ignited material ≤ 0.300 wt.%
篩網篩除物(by Mocker, 45 µm),
acc. to DIN EN ISO 787/18, April 1984 ≤ 0.050 wt.%
* The data repr es ents typic al values and not production par am eters .
圖 12 Degussa P 25 之 SEM 圖 ( 5,000X (左 ), 50,000X (右 ))