背景實驗

除了紫外光催化二氧化鈦分解以外，其他可能造成分解的原因包括熱分 解、紫外光直接分解與二氧化鈦暗反應。為了釐清含氧有機物分解之原因，

所以我們分成三部份進行背景實驗，首先進行無觸媒不照光實驗，接下來為 無觸媒照光實驗，最後為有觸媒不照光實驗。

4.1.1 熱分解

將沒有塗佈二氧化鈦的玻璃圓管，置於反應器中間，反應器溫度以溫控 器控制於100℃，以微量注射器將含氧有機物緩緩注入管線中，再以含 20%

氧氣與80%氮氣的氣流帶入反應器，直到反應器出流濃度穩定後，再將反應 器兩端的閥關閉，形成一密閉系統，定時分析反應器內氣相反應物的濃度。

經實驗發現，無二氧化鈦與紫外光存在下，反應器溫度維持在100℃，正丙 醇、異丙醇、丙醛、丙酮與DMF 並無明顯熱分解的現象發生(見圖 4-1 至 4-5)。

4.1.2 直接光解

將沒有塗佈二氧化鈦的玻璃圓管，置於反應器中間，紫外燈管置於反 應器內管中間(光照強度為 3.0 mW/cm²)，反應器溫度以溫控器控制於 100

℃，以微量注射器將含氧有機物緩緩注入管線中，再以含 20%氧氣與 80%

氮氣的氣流帶入反應器，直到反應器出流濃度穩定後，再將反應器兩端的閥 關閉，形成一密閉系統，開紫外燈，然後關閉紫外燈，待反應器內的氣體充 分混合，分析反應器內氣相反應物的濃度。重複開燈關燈分析的步驟直到總

照光時間結束。結果顯示，在二氧化鈦尚未塗抹的情況下，以紫外光直接照 射；五種含氧有機物隨照光時間的增加，濃度並沒有降低，因此紫外光無法 直接分解含氧有機物(見圖 4-1 至 4-5)。正丙醇與異丙醇分子結構為 7 個 C-H 鍵、2 個 C-C 鍵、1 個 C-O 鍵與一個 O-H 鍵所組成；而丙醛與丙酮分子結構 為6 個 C-H 鍵、2 個 C-C 鍵與 1 個 C=O 鍵所組成；DMF 分子結構為 7 個 C-H 鍵、3 個 C-N 鍵與 1 個 C=O 鍵所組成。根據表 2-6 可以知道：C-H 的鍵 能為98.7 kcal/mol，換算為打斷鍵之最大波長為 289.7 nm；C-C 的鍵能為 82.6 kcal/mol，換算為打斷鍵之最大波長為 346.1 nm；C-O 的鍵能為 85.5 kcal/mol，換算為打斷鍵之最大波長為 334.4 nm；O-H 的鍵能為 117.5 kcal/mol，換算為打斷鍵之最大波長為 243.3 nm；C=O 的鍵能為 179.0 kcal/mol，換算為打斷鍵之最大波長為 159.7 nm；C-N 的鍵能為 72.8 kcal/mol，換算為打斷鍵之最大波長為 392.7 nm [17]。而本研究所使用的光 源為365 nm 波長之紫外燈，僅能打斷 C-N 鍵，但從圖 4-5 看出 DMF 照光 30 分鐘，濃度幾乎沒有降低，表示 C-N 鍵並未打斷。所以本研究所使用的 紫外燈，造成直接光解的可行性十分微小。

4.1.3 二氧化鈦的暗反應

將塗佈二氧化鈦的玻璃圓管(二氧化鈦面積為 70 cm²，總重為6.3 mg)，置於 反應器中間，紫外燈管置於反應器內管中間，反應器溫度以溫控器控制於 100℃，以微量注射器將含氧有機物緩緩注入管線中，再以含 20%氧氣與 80%

氮氣的氣流帶入反應器，直到反應器出流濃度穩定後，再將反應器兩端的閥 關閉，形成一密閉系統，取樣分析反應物初始濃度。然後在不同的反應時間，

取樣分析反應器內氣相反應物的濃度。因為在照光反應進行之前，二氧化鈦 吸附含氧有機物的量已達一平衡狀態，所以不會因二氧化鈦吸附導致反應物 濃度降低。由圖4-1 至 4-5 可看出批次實驗中，若沒有紫外光的存在，正丙

醇、異丙醇、丙醛、丙酮與DMF 的濃度並沒有隨著反應時間的增加而降低，

表示二氧化鈦無法自行將正丙醇、異丙醇、丙醛、丙酮與DMF 催化分解。

0 10 20 30 40 50 60

0 20 40 60 80 100

Conc. of 1-propanol

R eaction tim e (sec) U V /T iO₂free

TiO₂free U V free

圖4-1 正丙醇的背景實驗

0 10 20 30 40 50 60

0 10 20 30 40 50 60

Conc. of 2-propanol(

µ

R ection tim e (sec)

U V /T iO₂fre e T iO₂free U V fre e

圖4-2 異丙醇的背景實驗

0 10 20 30 40 50 60 0

10 20 30 40 50

Conc. of propanal (

µ

Reaction time (sec)

UV/TiO₂free TiO₂free UV free

圖4-3 丙醛的背景實驗

0 1 2 3 4 5 6

0 5 10 15 20 25 30

Conc. of acetone (µM)

Reaction time (min)

UV, TiO₂ free TiO₂ free UV free

圖4-4 丙酮的背景實驗

0 5 10 15 20 25 30 0

5 10 15 20

Conc. of DMF (

M)

Reaction time (min)

UV/TiO

2

free TiO

free UV free

圖4-5 DMF 的背景實驗