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本研究主要是探討零價金屬材料(nZVI、ZVAl、Fe/Al)在反應系統中 所釋出的氧化劑物種濃度,確認其氧化機制與能力。接著在實場應用性,

評估鐵鋁複合金屬對於染整廢水降解去除的成效,研究成果可作出以下 結論:

1. 在過氧化氫生成試驗中可知,鐵鋁複合金屬在 24 小時內可以生成過 氧化氫,但濃度會隨時間降低。原因為濃度過低,便會在水中自然分 解為氧氣及水。然而相較於單一零價金屬的過氧化氫生成量為低於偵 測極限,可以證實鐵鋁複合金屬具有生成過氧化氫的能力。

2. 在亞鐵離子生成試驗中,鐵鋁複合金屬的亞鐵離子濃度高達 50 mg/L 遠大於奈米零價鐵的 5 mg/L,且持續性的維持在高濃度的釋出亞鐵 離子。如此一來,在系統中對於氧化能力是呈現正比關係。因此可確 認鐵鋁複合金屬在氧化能力試驗會具有其佳的氧化效果。然而在不同 重量配比的鐵鋁複合金屬比較亞鐵離子生成量時,是以 15%的配比 為最佳化設計。

3. 單一零價金屬與鐵鋁複合金屬皆使甲醇氧化生成甲醛,確認零價金屬 具有其氧化能力。而在 24 小時內的批次實驗,鐵鋁複合金屬對甲醇 有效轉化成甲醛效率的遠高於單一零價金屬。所以證實鐵鋁複合金屬

擁有長效性的氧化能力,主要原因為其生成的過氧化氫與亞鐵離子的 濃度及持續時間是具有高效能。

4. 在探針式化合物(甲酸)的氧化去除試驗中,可以發現鐵鋁複合金屬對 於去除甲酸以及其造成的總有機碳都呈現極佳的效果。在甲酸去除試 驗中,可以得到接近百分百的去除結果,遠比奈米零價鐵的低效率還 要來得好;而在總有機碳方面,則是會依添加的鐵鋁複合金屬劑量,

得到不同的去除效率。其中,5 g 的鐵鋁複合金屬在 24 小時反應後,

總有機碳去除率達 90%以上。

5. 鐵鋁複合金屬在電子順磁共振光譜儀(EPR)量測下,可以觀察出有二 種自由基的產生。氫氧自由基(OH·)是透過 Fenton-like 反應生成的,

而甲基自由基(CH3·)則是二氧化碳接受鐵鋁複合金屬提供的電子,在 產生碳氫氧化合物過程中所生成的。其中,以甲基自由基為主要產生 氧化劑物種,而氫氧自由基則是比較偏低的生成濃度。另外,一般自 由基活性大,極不穩定,因此存在壽命短。但鐵鋁複合金屬所釋出的 自由基在 EPR 的量測下,可以維持 120 分鐘長時效性的自由基螯合 物(DMPO-CH3)生成。

6. 鐵鋁複合金屬的氧化技術應用於實驗室染料廢水之 COD 及真色色度 降解去除與廢水脫色效果極佳。主要是自發性的釋出過氧化氫及亞鐵 離子,並透過 Fenton 程序形成自由基去氧化降解整料廢水。相較於

其他氧化技術,不需要額外添加藥劑與限制其操作環境,便有明顯的 去除成效。鐵鋁複合金屬的運用將是一項低操作成本、低環境衝擊的 廢水處理技術。

7. 本研究將廢棄鋁渣回收再利用於製備出鐵鋁複合金屬,並經由 X 光粉 末繞射儀確認其金屬材料有複合成功。也測定其比表面積,在相較之 下得知其數值比鋁粉製備的材料還要來得高,接著應用於實驗室染料 廢水及染整實場廢水的 COD 去除試驗以及脫色效果。而實驗結果與 鋁粉配製的鐵鋁複合金屬相比起來較佳,主要原因為廢棄鋁渣製備的 鐵鋁複合金屬之比表面積為 140 m2/g 比鋁粉材料的 20 m2/g 要來得高 出 7 倍,因此表面反應位址增加,其反應效率也提升。

8. 管柱試驗則是模擬本研究之材料的連續去除染整廢水,製備出大量的 廢棄鋁渣之鐵鋁複合金屬,填充材料於玻璃管柱。在單一管柱,流速 1.3 mL/min,停留時間 80 分鐘進行了 123 小時,9.6 L 的處理時間及 水量,平均去除率只有 40%,且只有前 10 小時的 COD 去除達法規標 準。接著製備二支管柱並串聯,流速減少為 0.7 mL/min,停留時間則 是拉長到 150 分鐘,這個試驗進行了 522 小時終止,總處理水樣體積 為 20 L。在第一支管柱的結果依舊為 38%的 COD 去除率,而也未降 至環保署放流水標準,但在第二支管柱的串聯下,平均去除率提高至 44%,而經串聯後管柱處理過的染整廢水其 COD 值降至 150 mg/L 以 下,並符合放流水標準。