研究緣起

零價金屬(Zero-valent metal)可廣泛整治各種水中污染物，包括重金屬 及含氯脂肪族化合物、含氯芳香族化合物、及營養鹽等(Arnold and Roberts, 2000；Chen and Souhail, 2001)。而其中以零價鐵金屬被廣泛作為有效的 還原劑去除環境中的汙染物。然而，近來的研究發現，零價鐵金屬亦具 有氧化分解有機污染物的能力(Joo et al., 2004)。

零價鐵金屬的還原電位值為-0.44 V，如式子1.1所示，因此零價鐵是 屬於中等強度的還原劑。此材料運用於還原降解去除污染物的能力強，

因此在近年來受到重視，對有機污染化合物催化分解反應原理是屬還原 脫除。

Fe⁰ → Fe²⁺ + 2e^- △E = -0.44 V (1.1)

一般零價鐵的運用中，多數都是利用零價鐵的還原能力。方程式 1.2 為含氯有機物(RX)被零價鐵還原脫氯成碳氫化合物(RH)，為零價鐵的還 原降解機制。

RX + Fe⁰ + H⁺ → RH + Fe²⁺ + X^- (1.2)

近幾年，在文獻中發現，零價鐵金屬去除污染物不僅用還原反應，且 還有氧化的機制存在(Joo et al., 2004)。這個原理與原本認知零價鐵金屬的 應用原理不同。一般認為，此能力是透過零價鐵氧化過程中生成之亞鐵 離子與過氧化氫配合Fenton程序所致，是一種Fenton-like反應。然而受限 於零價鐵本身以還原為主的特性，其氧化能力極其有限。理論上，如果 能在零價鐵系統中持續提供較高濃度之亞鐵離子，將有助於提升零價鐵 金屬之氧化能力。

為克服前述零價鐵金屬之問題，連興隆等學者應用複合金屬的觀念，

將利用鐵金屬與另一金屬複合成雙金屬。以應用零價鐵的角度而言，能 保持內部電子源源不斷的供應，就可以使零價鐵表面隨時維持於元素狀 態，避免沉澱物生成。而鋁元素的還原電位為-1.66 V，遠高於鐵金屬的 -0.44 V，因此以鋁金屬做為電子供應來源之鐵鋁複合金屬，是一種可以 保有零價鐵金屬之優點且可克服其表面生成沉澱物之缺點的設計(李與 連, 2004；Lien and Lee, 2006)。因此本研究將使用鐵鋁複合金屬的長效能 優點，去探討此材料應用於氧化技術的可行性。

染整工業製程在生產過程中需使用大量的水、蒸氣、各種染料及化學 助 劑 ， 故 一 般 染 整 廢 水 特 性 具 高 溫 度 、 高 色 度 及 生 物 難 分 解 COD (Venceslau et al.,1994)。我國現行染整業放流水標準依照民國87年公布之 標準BOD = 30 mg/L、COD = 100~150 mg/L及色度550 ADMI單位。染整 廢水處理為顧及經濟效益，處理方法選擇大多併用生物處理及化學混凝

程序。但由於這些廢水在化學組成上可能含有高不飽和鍵等造成化學性 質安定、不易被破壞分解或含有具生物毒性特殊取代基，造成傳統的處 理技術無法達到放流水的法規標準(Chun and Yizhong,1999；Vendevivere et al., 1998；康等, 1999b)。因此近年來，國內外研究人員對於處理染料廢 水，目標已由「相轉移」之作法，逐漸向「破壞」污染物的方向發展，

且大多致力於高級氧化程序(advanced oxidation processes，AOPs) 之研 究。

高級氧化處理程序(Advanced Oxidation Processes, AOPs)為廢水高級 處理程序之一，因衍生氫氧自由基(OH·)對毒性或生物難分解性廢水具有 效 的 破 壞 或 分 解 能 力 。 AOPs 程 序 最 普 遍 採 用 之 氧 化 劑 為 過 氧 化 氫 (H2O2) ， 與 各 種 催 化 劑 或 氧 化 劑 結 合 可 分 別 形 成 不 同 AOPs 程 序 如 H2O2/Fe²⁺ (Fenton)、H2O2/UV/Fe²⁺ (Photo-Fenton)、TiO2/H2O2或O₃/UV等 (Gulays, 1997；Kang and Hwang, 2000)，其中Fenton 程序為異相反應，不 受質傳限制及反應槽簡易，故於工業廢水之應用漸受重視(Huang et al., 1993；Bigda, 1995；Zhu et al., 1996)。AOPs程序應用於染整廢水、脫色 處理之程序包含H₂O2/UV、Photo-Fenton及Fenton。可知Fenton程序於染 整廢水處理、脫色之研究最受重視。

一般Fenton化學氧化法需添加大量的過氧化氫，導致成本提高，且反 應系統需在酸性條件下較有利進行，但卻會造成環境衝擊。且以現有氧 化技術來說有些限制因素，其中之一像是Chang與Wang等學者的研究可

知，文獻發表之處理濃度(100~200 mg/L)實際上都遠低於實場(700~3,000 mg/L)的需要，也就是都以低濃度去探討其氧化技術成效，至於運用在實 場上，便不知道其效果(Chang, et al., 2009；Wang, et al., 2010)。其中之二 為在現有技術在成本考量下，COD濃度降解效果無法達到放流水法規標 準允許值。