觸媒重複使用對 RB5 降解及礦化速率之影響

當磁性觸媒(SiO2/Fe3O4)在實場應用時，觸媒重複使用的效率變化與回收 性是非常重要的，利用重複試驗評估觸媒活性的穩定性，在臭氧程序反應 100 分鐘後，利用外加磁場收集懸浮顆粒，而在本實驗中為確定混合方式對 反應的影響，故額外增加磁石攪拌的混合方式來加以確定。

圖 4-30 與圖 4-31 分別是馬達攪拌與磁石攪拌兩種混合方式，由圖中可 以明顯看出重複使用觸媒降解RB5，不論混合方式為何，重複數次後其降解 趨勢均是相同，但是在FT-IR 圖譜中，可以明顯看出利用磁石攪拌之觸媒，

其表面所具有之≣Si－O－Si≣鍵已被磁石消磨殆盡，但還會有如此優異的 降解能力，這剛好與前幾節相驗證，因臭氧分子與特定關能基有優異的反應 速率，故導致此現象。

Reaction time (min)

0 2 4 6 8 10 12

RB5 concentr ation (mg/L)

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8

1.0 First - use (magnetism)

Second - use (magnetism) Third - use (magnetism) First - use (motor) Second - use (motor) Third - use (motor)

圖4-30 觸媒使用次數之 RB5 降解速率圖 (RB5 = 50 mg/L，SiO2/Fe3O4 = 0.1 g/L，T = 293 K，

pH value=3，dC(O3)/dt = 3.0×10^-4 mol/min，dC(H2O2)/dt = 0.6×10^-4 mol/min。)

在重覆使用試驗中，圖 4-31 是使用馬達攪拌的混合方式，可明顯看出 其觸媒其催化能力，並未因重複使用而出現明顯衰退，為更加精確得知其反 應速率常數變化，利用動力模式進行探討，分別於圖4-32 與表 4-8 表達，經 計算後發現其反應速率常數均是相近。

由此我們可以推斷，本實驗所合成之觸媒具有良好的重覆使用性，而在 回收方面，利用外部磁場加以回收，經計算每次使用約可回收>90%，而將 反應後水溶液進行火焰式原子吸收光譜儀分析，水樣中所偵測的鐵離子的濃 度低於偵測極限(偵測極限 0.027 mg/L)，因此觸媒的鐵離子溶出可以忽略，

但損失的部份經推測可能是因為懸浮於分析的水樣中所導致的，經過再利用 與回收的試驗後，磁性觸媒(SiO2/Fe3O4)顯示出，使用於廢水處理的可行性。

圖4-33是使用磁石攪拌進行混合的實驗，由圖中可以明顯看出經過3次 的使用後其催化效果會大幅度的下降，在FT-IR分析中，也發現經過長時磨 耗的觸媒，其表面的≡Si－O－Si≡會被磨掉，而Valdes等人在2009年的時候，

發現天然沸石中的≡Si－O－Si≡會對臭氧有優異的催化效果，但是經過長時 間的磨耗，導致≡Si－O－Si≡鍵結消失，也導致了礦化率的下降，而透過反 應常數來觀察，如圖4-35與表4-9所示，可以更清楚明瞭的判斷，其礦化能力 的大幅下降，如此一來便可以知道，本實驗所合成之觸媒SiO2/Fe3O4並不適 用於長期磨耗之反應系統。

Muruganandham 等人(2007)利用觸媒(α-FeOOH)催化臭氧，在重覆使用 的實驗中，觸媒重覆使用5 次後，其催化效率與前面幾次之催化速率非常相 近，如此一來可以得知觸媒在使用過後，其催化效果明顯並未有大幅度之衰 退。

Reaction time (min)

0 20 40 60 80 100 120

[T OC] /[T OC]

0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

First - use Second - use Third - use

圖4-31 觸媒使用次數之 RB5 礦化速率圖(馬達攪拌) (RB5 = 100 mg/L，SiO2/Fe3O4 = 0.1 g/L，T = 293 K，

pH value=3，dC(O3)/dt = 3.0×10^-4 mol/min，dC(H2O2)/dt = 0.6×10^-4 mol/min。)

Reaction time (min)

0 20 40 60 80 100 120

-L n([TOC ]/ [TOC

] 0 )

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

First - use Second - use Third - use

圖4-32 觸媒使用次數之 RB5 礦化動力模式圖(馬達攪拌)

表4-8 觸媒使用次數對礦化速率常數之影響(馬達攪拌)

重覆使用次數 總有機碳移除速率常數, k_toc

(min

^-1

)

相關係數, R²

First-use 0.0255 0.983 Second-use 0.0239 0.996

Third-use 0.0244 0.993

(RB5 = 100 mg/L，SiO2/Fe3O4 = 0.1 g/L，T = 293 K，

pH value=3，dC(O3)/dt = 3.0×10^-4 mol/min，dC(H2O2)/dt = 0.6×10^-4 mol/min。)

Reaction time (min)

0 20 40 60 80 100 120

[TOC]/[TOC] 0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

First - use Second - use Third - use

圖4-33 觸媒使用次數之 RB5 礦化速率圖(磁石攪拌) (RB5 = 100 mg/L，SiO2/Fe3O4 = 0.1 g/L，T = 293 K，

pH value=3，dC(O3)/dt = 3.0×10^-4 mol/min，dC(H2O2)/dt = 0.6×10^-4 mol/min。)

Reaction time (min)

0 20 40 60 80 100 120

-Ln([TOC ]/[TOC] 0 )

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

First - use Second - use Third - use

圖4-34 觸媒使用次數之 RB5 礦化動力模式圖(磁石攪拌)

表4-9 觸媒使用次數對礦化速率常數之影響(磁石攪拌)

重覆使用次數 總有機碳移除速率常數, ktoc

(min

^-1

)

相關係數, R²

First-use 0.0232 0.993 Second-use 0.0210 0.989

Third-use 0.0141 0.948

(RB5 = 100 mg/L，SiO2/Fe3O4 = 0.1 g/L，T = 293 K，

pH value=3，dC(O3)/dt = 3.0×10^-4 mol/min，dC(H2O2)/dt = 0.6×10^-4 mol/min。)

在文檔中 國立宜蘭大學環境工程學系 碩士論文 (頁 133-140)