廢水中含氯有機物之去除

一般廢水處理的方式分為物理、化學和生物，對於生物技術的處理 方式而言，其成本較低廉，且適合用於不同種類的污染物，雖然使用上 相當普遍，但是卻只適用於生物易分解無毒的物質與有機廢水，且處理 時間長。對於含氯有機物之廢水可能因其毒性或濃度太高，而使生物生 長受到抑制，進而無法有效的發揮其效果。而以物理方式處理的混凝與 吸附，其沉澱物或吸附物需要再做另外的處理，因此以化學方式的處理 較為適當(劉，2002)。

為了對於毒性高且較難處理之含氯有機物採以高級氧化處理程序 (advanced oxidation processes，AOPs)，高級氧化程序例如 Fenton 氧化法 (Fe²⁺+H2O2)、光催化氧化法(UV+TiO2)和臭氧法(O3)等技術普遍用於處理 廢水中的有機物，如 Fe²⁺+H2O2 (Fenton)、H2O2+UV、O3+OH^-、O3+ H2O2、 O3+ UV、O3+UV+H2O2、O3+TiO2、UV+TiO2等的應用。這些方法主要的 反應機制就是在過程中生成具高反應性的氫氧自由基(hydroxyl radical)，

氫氧自由基具有相當高的氧化電位，如表 2-1，其可將有機物完全礦化或 轉化為較無害的物質(蘇，2009)。

表 2-1 氧化劑之相對氧化力

種類

相對於氯之氧化能力

Power(Cl=1.0)

Fluorine 2.23 Hydroxyl radical 2.06 Atomic oxygen(singlet) 1.78 Hydrogen peroxide 1.31 Perhydroxyl radical 1.25 Permanganate 1.24 Hypobromous acid 1.17 Chlorine dioxide 1.15 Hypochlorous acid 1.10 Hypoiodous acid 1.07

Chlorine 1.00

Bromine 0.80

Iodine 0.54

光催化氧化法應用於廢水中，很常用來處理藥物，像是抗生素藥物 環丙沙星(ciprofloxacin) (An et al., 2010)或是磺胺類藥物(Yang et al., 2010) 等。在光催化的過程會產生氫氧自由基，而氫氧自由基可以加速其反應，

在降解環丙沙星的過程，發現氫氧自由基能有效的增加反應速率，在對 磺胺類的藥物處理，也有很好的去除效率，尤其在 pH=3 的情況下(An et

al., 2010; Yang et al., 2010)。光催化除了處理藥物外，也被用來去除含氯 有機物質，在廖 (2007)的研究利用光催化去除二氯乙烷和氯乙烯，結果 顯示有相當好的去除效率，不過其去除的方式不盡然以還原脫氯的方式 進行，一部分會吸附於觸媒的表面，而致使最終活化效率變差。雖然光 催化產生的氫氧自由基能有效加速其去除效率，但是其需要光源，面對 光照不到之處則不適用，因此以其他產生自由基的方式去除。

臭氧在不同 pH 值產生自由基去除污染物的情況則與光催化和 Fenton 反應很不一樣，在 Gharbani et al., (2010)的研究去除 4-氯-2-硝基苯 酚，pH=3 的情況下降解效果最差，幾乎無自由基的產生，pH=7 則有自 由基的產生，達到完全去除的時間減少 5 分鐘，pH=9 一開始就有氫氧自 由基的產生，促使其反應加速。由此一方面可以得知臭氧能有效快速的 降解污染物，另一方面 pH 值會影響氫氧自由基的產生，進而影響其去除 效率，可見氫氧自由基在反應中佔很重要的位子，後續再對 Fenton 反應 進一步討論。臭氧雖然能快速有效的降解，但是其半衰期短，約 20 分鐘，

因此接下來要再針對 Fenton 反應作討論。

Fenton 反應為 Fe²⁺+H2O2，通常可能將 Fe²⁺置換成 Fe³⁺或 Fe⁰，稱之 為 Fenton-like ， Fenton 反 應 亦 會 與 光 能 或 電 能 結 合 ， 分 別 稱 之 為 photo-Fenton 和 electro-Fenton，每個反應機制略有不同，但是都會產生 OH‧，由前面的回顧可知氫氧自由基能有效幫助反應的去除，因此選擇 類似 Fenton 反應的材料進行去除，在林 (2012c)的研究指出 Fe/Al 複合金

屬可產生二種自由基，在儀器測定下，分別是氫氧自由基與甲基自由基，

且都能維持長效性的自由基產生，除此之外傳統 Fenton 反應容易有混凝 的產生，而 Fe/Al 複合金屬則不會有混凝的憂慮，因此後續以 Fe/Al 複合 金屬作為討論的主軸。