染料 RB5 濃度對反應程序之探討

在本節中，將探討不同 RB5 起始濃度對整個反應程序的影響，其中主 要探討的項目有降解速率、礦化速率、中間產物濃度變化、過氧化氫濃度變 化，而這些結果的呈現，可以讓我們更加了解反應程序進行的模式。

4.2.4.1 染料 RB5 濃度對降解速率之影響

圖 4-18 是將不同濃度的 RB5 加入反應器與臭氧進行反應，並分析其降 解速率所得之結果，由圖中可以明顯發反應速率隨著RB5 濃度的提升而下 降，當RB5 濃度為 25 mg/L 時，降解完畢只需要 5 分鐘，而當濃度提高至 200 mg/L 時，卻需要將近 10 分鐘才可以將 RB5 降解完畢，如此一來大致上 看來，RB5 所需之降解時間與其濃度呈現正相關，也就是濃度越高所需時間 越長，但仍須透過模式加以確定。

本實驗 SiO2/Fe3O4/H2O2/O3在降解RB5 的反應動力模式的方面，利用方 程式(2)進行描述：

d[RB5]/dt = -kRB5[RB5]^m (2)

[RB5]、m、t、kTOC 分別為 RB5 的濃度、反應階次、反應時間、RB5 的降解速率常數，將方程式(2)整合成一階模式，可以重寫成方程式(3)：

Ln([RB5]0/[ RB5]) = kRB5t (3)

[RB5]0是初始RB5 的濃度，方程式(3)是屬於線性相關模式，是 ln([RB5]0/[ RB5])與 t 的線性相關

透過假一階模式的分析，我們可以將反應的趨勢進一步數值化，如此一 來便可以更精確了解RB5 起始濃度對降解速率的影響，如圖 4-19 與表 4-4

在較高起使濃度下，隨著反應時間進行，其中間產物逐漸增加，導致臭 氧難以快速捕捉呈色官能基，因此我們可以確定在本反應中，RB5 所需之降 解時間與其濃度為正相關。

Song 等人(2007)利用臭氧程序對 Reactive Black 5 進行脫色試驗，在脫 色實驗反應10 分鐘後，發現當起始濃度為 100 mg/L 時，其脫色效率為 80 %，

當濃度上升至400 mg/L 時，其脫色效率下降至約 40 %，明顯可以看出其脫 色效率隨著起始濃度的上升而下降。

Reaction time (min)

0 10 20 30

[TOC]/[TOC]0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8

1.0 25 mg/L

50 mg/L 75 mg/L 100 mg/L 200 mg/L

圖4-18 不同起始濃度之 RB5 降解速率圖 (SiO2/Fe3O4 = 0.1 g/L，pH value=3，T = 293 K，

Reaction time (min)

4.2.5.2 染料 RB5 濃度對 RB5 礦化速率之影響

目標污染物的濃度對礦化效率來說，是一個重要的參數，因此我們對不 同的RB5 起始濃度(25~200 ppm)進行相關研究，如圖 4-20 所示，當 RB5 反 應濃度增加，其礦化效率也相對的減少，反應100 分鐘後 ηTOC,RB5的數值呈 現87.8~94.6 %。

為更加精確判斷 RB5 濃度對 SiO2/Fe3O4/H2O2/O3礦化RB5 反應速率的 影響，因此利用動力模式的方式來探討，而本實驗礦化所使用之模式與降解 所用之模式相同，但將RB5 濃度修改為 TOC 濃度，其反應動力如圖 4-21 所示，並將計算數值放置於表4-5 中。

經由圖表可以得知當 RB5 濃度由 25 mg/L 增加至 200 mg/L 其速率常數 數值由0.0449 下降至 0.0157，這結果指出 SiO2/Fe3O4/H2O2/O3程序礦化RB5 時，因為高濃度的RB5 會與臭氧競爭觸媒表面活性位置，或是減少過氧化 氫催化臭氧產生氫氧自由基，進而導致反應速率下降，因此我們可以得知 RB5 濃度與反應速率是呈現負相關。

Canton 等人(2003)利用臭氧搭配鐵鹽類、銅鹽類或紫外光去除酚，並探 討其操作條件的影響和機制，而在試驗不同起始濃度反應程序中，發現其在 起始濃度為100 mg/L 時氧化效率為 95 %，當濃度上升至 500 mg/L 時其氧化 效率下降至約70 %，明顯可以看出其氧化效率隨著起啟始濃度的上升而下 降。

Song 等人(2009)利用臭氧/UV 氧化 4-chloro-3,5-dimethylphenol，並探討 其操作條件的影響和機制，在試驗不同起始濃度反應程序中，發現其在起始 濃度為100 mg/L 時氧化效率為 95 %，當濃度上升至 250 mg/L 時其氧化效率

Reaction time (min)

0 20 40 60 80 100 120

[TOC]/[TOC0]

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8

1.0 25 mg/L

50 mg/L 75 mg/L 100 mg/L 200 mg/L

圖4-20 不同起始濃度之 RB5 礦化速率圖 (SiO2/Fe3O4 = 0.1 g/L，pH value=3，T = 293 K，

dC(O3)/dt = 3.0×10^-4 mol/min，dC(H2O2)/dt = 0.6×10^-4 mol/min。)

Reaction time (min)

4.2.5.3 染料 RB5 濃度對中間產物之影響

由於本實驗所使用的 SiO2/Fe3O4/H2O2/O3程序與目標污染物RB5，具有 極高的反應性，所以當反應進行約5 分鐘便形成大量的中間產物，如圖 4-22 所示，隨著中間產物的出現，也提高了觸媒催化臭氧與過氧化氫的能力，進 一步破壞中間產物，使之氧化成二氧化碳。

Garoma 等人(2008)利用臭氧/UV 氧化第三丁基，透過 GC 進行分析，發 現在試驗程序中隨著反應時間的前進，會產生大量的中間產物，如:丙酮、

丙酮醛、甲醛、丙酮酸、乙酸、甲酸、乙二酸…等，隨著時間進行會產生不 同的中間產物，但大多的中間產物在60 分鐘後會被分解完畢。

Rey 等人(2009)利用活性炭進行表面修飾，並搭配臭氧程序氧化苯酚，

發現當反應進行25 分鐘時，產生大量的中間產物，如:順丁烯二酸、丙二酸、

乙二酸、乙酸與甲酸，隨著時間前進中間產物也漸漸分解。

Song 等人(2009)利用臭氧/UV 氧化 4-chloro-3,5-dimethylphenol，並探討 其操作條件的影響和機制，在試驗程序中，利用GC/MS 分析中減產物，發 現當反應進行10~15 分鐘時，產生大量的甲酸、乙酸、乙二酸與順丁烯二酸，

反應45 分鐘後去除率高達 80 %。

Reaction time (min)

0 20 40 60 80 100 120

Intermediates conc entr ation (mg/L)

0 5 10 15 20 25 30

25 mg/L 50 mg/L 75 mg/L 100 mg/L 200 mg/L

圖4-22 不同起始濃度之中間產物濃度圖 (SiO2/Fe3O4 = 0.1 g/L，pH value=3，T = 293 K，

dC(O3)/dt 4 = 3.0×10^-4 mol/min，dC(H2O2)/dt = 0.6×10^-4 mol/min。)

4.2.5.4 染料 RB5 濃度對 H

O

濃度累積之影響

Reaction time (min)

0 20 40 60 80 100 120

H2O2 concentration (mg/L)

0