1.1 研究緣起
自1970年代世界各國陸續採用無鉛汽油以來，為提昇汽油的燃燒效 率，降低燃燒未完全空氣污染物的排放，各類的汽油添加劑也被大量地 採用[環保署，2004]。在所使用的各種汽油添加劑中，甲基第三丁基醚 (Methyl tert-butyl ether, MtBE)為目前使用最為廣泛的汽油添加劑，MtBE 具有製造及運輸儲存容易、製造成本低、摻配於汽油中簡易等特性，對 於降低汽機車尾氣一氧化碳及碳氫化合物排放，有顯著的助益。不過，
也由於MtBE廣泛地使用，尤其在不當的儲存與運作下，雖然解決了早期 汽車尾氣含鉛的問題，但MtBE在環境中流佈的現象，衍生另一個環境危 害 的 問 題 ，MtBE 已 成 為 除 了 苯 (benzene) 、 甲 苯 (toluene) 、 乙 苯 (ethylbenzene)、二甲苯(xylene)等揮發性空氣污染物外，另一個因汽機車 所導致危害空氣品質的有害空氣污染物(hazardous air pollutants, HAPs)。
由於MtBE常因為地下儲油庫或貯油槽破裂而滲漏至環境中，因其高水溶 性，MtBE容易隨著地下水流動而污染地下水源，衍生出飲用水污染的問 題。
MtBE在室溫下為無色之低黏度液體，具高揮發性有機物，在高溫環 境下有刺鼻味，且具有高水溶解度。高濃度暴露可能造成頭痛、噁心、
頭昏眼花等症狀[物質安全資料表，2007]。美國EPA將MtBE列對一般動 物具有致癌危害性，導致肝細胞線瘤、腎小管細胞瘤、睪丸癌、血癌或 淋巴腫瘤等癌症的發生[USEPA, 1999]。至於對人體健康之影響，吸入或 接觸MtBE時，除了可能造成刺激或導致眼睛和皮膚灼傷外，MtBE蒸氣
也可能會導致暈眩或窒息。MtBE已被證實對動物確實具有致癌性，對於 人體的健康也疑似具危害性。許多國家已陸續訂定相關法規，以減少 MtBE汽油添加劑的使用，例如：美國許多大城市於2001年起，陸續宣佈 限制在汽油中添加MtBE，但是MtBE目前在台灣地區，仍持續被使用中。
如前述，由於 MtBE 具有高揮發性，其可能經由製造、輸送、儲存、
使用等過程中，逸散至大氣環境中，而危害環境，MtBE 的防治技術逐漸 受到重視。由於 MtBE 的生物分解性不高，且不易被吸附所去除，故應 用高級氧化程序來去除MtBE，被認為較具可行性的控制技術[Carp et al., 2004] 。 在 近 年 來 研 究 中 ， 結 合 紫 外 光 照 射 之 光 催 化 氧 化 技 術 (photocatalytic oxidation process)，受到普遍的重視，其對於去除中、低濃 度的揮發性有機物，具有不錯的成效。基於此，本研究中探討應用光催 化氧化技術於 MtBE 的可行性並探討其相關的反應特性。
光催化氧化程序係一種利用在特定光源照射，伴隨固體光觸媒下的 氧化程序[Fujishima and Honda, 1972]。所謂光觸媒，其本質上屬於半導體 金屬氧化物，其具有在適當的光能量照射下，可在觸媒表面產生電子和 電洞對(electron-hole pairs)的特性，除了可以直接與吸附於觸媒上的污染 物進行反應外，也可能衍生具高氧化能力的自由基(如：OH·)，來破壞分 解有機污染物。
在各種半導體氧化物中，由於二氧化鈦(titanium dioxide, TiO2)具有穩 定性高、活性適合、能階距適當、價格便宜、毒性低等特性，為目前在 光催化反應的相關研究中，最常使用之光觸媒。不過，由於單純TiO2的 電子-電洞能階距介於3.0~3.2間，故必須在近紫外燈光源下，才能夠被激
發而產生電子-電洞對。因此，許多學者致力於研究改良TiO2的光吸收波 長，希望能夠將可激發TiO2的光源，從紫外光紅移至可見光。相關文獻 中除了添加其它無機離子(如：金屬、氮原子等)於TiO2結晶物中外[Arana et al., 2003；Piera et al., 2003；Di et al., 2002；Bahnemann et al., 2002；
Liqiang et al., 2006]，結合奈米碳管(carbon neon tubes)的使用，也可能可 行的方式之ㄧ[Vincent et al., 2002]。
由於奈米碳管已被證實具備許多優異之特質，如：機械特性、電極 特性、高度化學及熱穩定性、大比表面積，常應用於複合材料的補強、
電場放射、奈米設備、氣體吸附等用途，也常作為觸媒的載體 [Serp et al., 2003]。基於此，本研究擬利用奈米碳管為TiO2的載體，製備成含奈米碳 管之TiO2複合光觸媒(TiO2/CNTs)，期能提高TiO2光觸媒分解有機污染物 的活性。
1.2 研究目的
本研究以 MtBE 為目標污染物，探討 TiO2/CNTs 複合觸媒催化分解 MtBE 之效能，並測試觸媒配比、溫度、水氣含量等反應參數對 MtBE 分 解效能之影響。另外，研究中也分析光催化分解反應過程中，所衍生的 分解產物，藉此解析其可能的分解途徑。針對本研究之主要研究目的，
彙整如下：
1. 製備與篩選出反應速率較高之 TiO2/CNTs 複合光觸媒。
2. 探討 TiO2/CNTs 複合光觸媒之表面結構特性與 MtBE 光催化分解反應 速率之關係。
3. 測試不同複合觸媒配比之光觸媒，反應溫度、溼度等反應參數，對 MtBE 光催化氧化速率之影響。
4. 鑑定與分析 MtBE 光催化分解反應產物，並藉以探討分解途徑與分解 產物之選擇性。