第五章 光觸媒與不織布薄膜複合系統之建立
5.1 批次光分解效能及反應機制
第五章 光觸媒與不織布薄膜複合系統之建立
光觸媒與不織布薄膜複合系統之建立包括污染物、光觸媒及不織布薄膜 等三部分。藉由污染物及光觸媒間批次實驗建立反應機制，並利用連續操 作方式將污染物、光觸媒及不織布薄膜結合，針對光觸媒氧化特性及過濾 行為加以探討，以建立新穎性光觸媒及不織布薄膜複合系統。
5.1 批次光分解效能及反應機制
批次光觸媒實驗中，選用TiO2光觸媒(Deggusa P 25)劑量 500 mg/L 和亞甲基藍濃度 10 mg/L 組成的水懸浮液系統，進行光觸媒反應測試，並 於不同時間取樣經 0.45 µm 薄膜過濾，濾液用 UV/VIS 分光儀進行波長 200-800 nm 範圍之吸收光譜分析，結果如圖 30。亞甲基藍的主要吸收波 峰在290 和 665 nm，隨著光觸媒反應時間延長逐漸降低，8.5 小時後幾乎 完全消失，顯示亞甲基藍能被光觸媒有效分解。
圖 31 所示為批次光觸媒實驗，於不同時間取樣，以 UV/VIS 分光儀測 定波長665 nm 吸光度之變化，結果顯示亞甲基藍的主要吸光尖峰強度經過 3 小時反應時間後已明顯地降低。
圖32 所示為批次光觸媒實驗懸浮液的導電度和 pH 值隨反應時間之變 化。造成 pH 值下降的原因，推測應與亞甲基藍的分解產生 CO2有關，因 溶於水中 CO2濃度增加而造成。此外，由於亞甲基藍的分解，游離出一些 離子，使水中的導電度逐漸增加。圖33 顯示批次光觸媒實驗反應器和濾液 外觀隨時間變化，可以看出反應歷經 6 小時後濾液外觀接近完全無色，但
200 300 400 500 600 700 800
Wavelength (nm)
將批次光觸媒實驗亞甲基藍殘留率隨反應時間之變化，套用一階反應 速率公式(first-order rate law) ln(C/C0) = -kt，如圖 34 所示，反應速率常數 k 值為-0.8256 hr-1。一般認為異相光催化反應的發生，反應物需先吸附於光 觸媒表面，再照光進行光催化分解反應。顯示 UV/TiO2 光催化程序的反應 動力，可以 Langmuir-Hinshelwood 反應動力式來描述[84]，此反應動力式 假設光催化反應系統中，只有反應物能吸附於光觸媒表面，當反應物一旦 降解成為產物即脫離觸媒表面，不與反應物競爭吸附位置，因此光催化降 解反應速率會正比於表面覆蓋率。
(3)
式中，[A]：反應物濃度，kr：反應速率常數，θ：表面覆蓋率，Ka：
反應物之吸附平衡常數。當反應物濃度極低時，Ka[A] << 1，式(3)可簡化 為一階反應動力式：
若反應物濃度極高，Ka[A]>> 1，式(3) 可簡化為零階反應動力式：
由上述二項反應動力式可知，Langmuir-Hinshelwood 反應動力式為一 介於零階及一階間的反應動力式。由於 UV/TiO2 程序相關研究所處理之對 象 多 為 難 分 解 或 毒 性 物 質 ， 在 水 中 濃 度 較 低 ， 故 適 用 Langmuir-Hinshelwood 反應動力中之擬一階反應動力(pseudo-first-order)加以描述
[85]。
y = -0.8056x - 0.513 R2 = 0.972
-6.00 -5.00 -4.00 -3.00 -2.00 -1.00 0.00
0 1 2 3 4 5 6
Reaction Time (hrs) ln ( C /C
0)
圖 34 批次光觸媒實驗亞甲基藍殘留率隨反應時間之變化