第一章 緒論
1.1 研究動機
染料的使用在近數十年台灣紡織與染整業中佔有相當重要的角色[1]。同
時伴隨著能源與生醫等近代科技的發展，染料的應用也橫跨了太陽能電池及 生物分子感測元件等相關研究[2, 3]。因此染料對於國家整體經濟發展與豐富
的民眾物質生活品質皆有相當密切的關聯。然而如今這些相關的染料工業所 產生的染料廢水卻成為相當嚴重的環境汙染來源，其中偶氮型染料（azo dyes）
是最被廣泛使用之一[1, 4]。
染料工業中紡織與染整業每年都有大量的染料廢水的產生，而廢水中除 了染料主體所具有的毒性會造成環境汙染外，染料主體在環境中自然分解所 形成的中間產物也可能會具有毒性及致癌的可能。由於染料廢水會由水循環 進入生態系統中，因此染料的汙染可能會造成全球性的環境危害[5]。各國對 於工業廢水皆有明訂排放的標準，如台灣環境保護局(EPA)亦對於染整廢水
的汙染物脫色與消除訂定嚴格的標準。而如何有效去除廢水的汙染物則是染 料工業所要面臨的一大難題。
而除了染料等工業廢水外，醫藥廢水亦是環境廢水中一大問題，其中具 有藥物活性的抗生素等是主要的汙染源。由1928年起第一種抗生素盤尼西林 被發現至今已有許多抗生素陸續被發現，而氯黴素是使用最多之一。雖然氯
2
黴素具有廣效的特性對於許多細菌都有強效，然而也因為其使用氾濫而造成 嚴重的抗藥性菌種的產生，重要的是，氯黴素會造成全身性的副作用。而除 了在食用動物上因獸醫用藥而發現的氯黴素殘留外，有大部分的氯黴素等抗 生素會經由廢水系統排至環境水體中，再經由水體循環而回到食用動物或人 體中造成毒害，同時也會使抗藥性菌種增加。因此處理含氯黴素等抗生素的 廢水，是廢水處理中重要的一環。
目 前 產 業 與 學 界 研 究 主 要 以 高 級 氧 化 法 程 序(Advanced Oxidation Processes，AOPs)作為化學處理廢水的主要程序，由於AOPs能夠產生大量的 氫氧自由基(•OH)並與汙染物進行氧化還原反應進而降解汙染物，因此AOPs
具有反應速度快、不受污染物濃度影響、不受生物活性影響等優點。常見 AOPs 的 技 術 如 ： Ozonation 、 Peroxone 、 Non-thermal plasma 、 Fenton 、 Photo-Fenton、UV/O3、UV/H2O2、UV/TiO2、UV/ZnO，對於不同的廢水的 特性選擇合宜的處理方法，以期有效的除去汙染物進而改善水質。
AOPs中利用半導體進行光催化降解反應是常見的研究主題，主要藉由 光能的驅動使光催化劑的表面產生氧化還原反應，常見光催化劑如TiO2、 ZnO、CdS、Fe2O3等無機化合物[6, 7]，其中TiO2、ZnO是目前最被廣為使用 的半導體光催化劑，具有光催化效率高與價格便宜等優點，而在紫外光的驅 動下氧化鋅相對於二氧化鈦有更佳的光催化效率[8]。相關研究指出這類的半
3
導體光催化劑能夠礦化有害的有機汙染物質，降解成無害的CO2、H2O或N2
等物質。半導體材料大都具有此類的光敏化性質，所以有許多的研究進而探 討既有的半導體材料是否能應用於光催化降解，亦或者將目前常用的光催化 劑進行改質以提升光催化效率。然而無論是使用新式半導體材料或是進行材 料改質，目的都在於提升光降解效率進而降低廢水處理成本。
因此本研究主要計畫合成ZnO2/ZnO以及Pt-ZnO2的複合材料，並利用合 成的ZnO2/ZnO以及Pt-ZnO2降解工業常用的結晶紫染料(CV)以及氯黴素 (CAP)，進而探討其降解效率與機制。CV染料為三苯基甲烷系列染料 Triphenylmethane(TPM)中的一種，TPM被常使用於紡織工業、養殖漁業的疾 病預防、細胞的著色劑等[9, 10]。由於TPM具有芳香環的結構，因此這類的
化合物被歸於可能致癌的物質，已經有文獻指出結晶紫染料會誘發老鼠產生 肝腫瘤[11]。因此適當的處理此類化合物的染料廢水以及氯黴素等醫療廢水，
進而改善排放水的品質是相當重要的。
1.2 研究目的
一、探討用醋酸鋅與過氧化氫為前驅物，以溶膠凝膠法經光化學反應程 序產生ZnO2粉體，將ZnO2通過高壓低溫水熱法合成ZnO2/ZnO粉體[12]。以 不同條件合成的ZnO2/ZnO個別對CV染料進行光催化降解效率測試。由光催 化降解之效率變化，以調整材料合成條件，至最佳光催化降解效率的材料合
4 成條件。
二、經光化學反應程序使Pt負載於市售ZnO粉體表面形成Pt/ZnO。以不 同的負載合成條件個別對CV染料進行光催化降解效率的測試。由光催化降 解之效率變化，以調整材料合成條件，至有最佳光催化降解效率的材料合成 條件。
三、以XRD、XPS、SEM-EDS、DRS UV Vis、ATR FTIR對Pt/ZnO與 ZnO2/ZnO進行材料特性分析，探討合成材料特性的變化與光催化降解效率 的關係。
四、藉由HPLC-UV-ESI/MS 分離鑑定CV染料降解中間產物，提出可能 降解路徑，作為Pt/ZnO與ZnO2/ZnO處理TPM型染料污染物的應用基礎。
五、藉由HPLC-UV-ESI/MS 分離鑑定CAP降解中間產物，提出可能降 解路徑，作為ZnO2/ZnO處理抗生素等污染物的應用基礎。
5