過氯酸鹽去除實驗

由上述研究已知零價鋁金屬之反應特性，而本章節欲探討在不同pH 值(pH＝4.0、7.0、10.0)、金屬劑量(5、17.5、35 g/L)以及溫度(40、60、

80 °C)等條件，是否影響零價鋁金屬對過氯酸鹽之去除效果。

在不同pH 值條件下，觀察零價鋁對過氯酸鹽去除之影響，如圖 4-9 所示。實驗發現，在酸性環境下，零價鋁金屬去除 10 mg/L 過氯酸鹽，

近乎80 %的去除率，反之中性環境下，零價鋁金屬去除過氯酸鹽之成效 不佳，只有15 %之去除率。在鹼性環境下的去除成效僅略為提升，約有 30 %的去除率。由本章節實驗可知，在酸性環境下去除過氯酸鹽成效最

Temp (°C)

佳，此結果與文獻相符(Moore et al., 2003)。此外，從圖 4-9 可看出，當 氯酸鹽，此與前人文獻中所提及之去除成效相符合(Moore et al., 2003；

Oh et al., 2006)。

Time (hr)

0 5 10 15 20 25 30

Perchlorate (C/C0 )

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Fe 5 g Al 5 g blank

圖4-10 零價鐵與鋁金屬去除 10 mg/L 過氯酸鹽(25 °C、pH 值＝4.5)

由前面實驗已知零價鋁在酸性條件下，去除過氯酸鹽有顯著的效 果。進一步探討金屬劑量去除過氯酸鹽之影響，不同零價鋁金屬含量(5/3 g、5 g、10 g)對10 mg/L過氯酸鹽反應之情形，如圖4-11所示。實驗發現，

使用鋁金屬劑量不同而有所差異，反應4小時後，不同劑量之去除效果不 一。

當低劑量(5/3 g)時，去除過氯酸鹽鋁只有50%左右，可說明在反應過 程中，鋁已形成氧化層，反應無持續進行。而鋁劑量為5 g時，其去除過 氯酸鹽效果可達80%，然而當劑量為10 g時，並沒有增加過氯酸鹽之去除 效果，其去除率70%左右。其推測原因為，反應速率雖然會隨劑量增加

而增加，但當劑量高達一定值時，再增加劑量顯然對反應速率提升不 提高到80 °C，零價鋁金屬去除10 mg/L過氯酸鹽，在4小時內可達去除率 80%左右。當10 mg/L過氯酸鹽被還原後，可生成約3.5 mg/L之氯離子。

但是，隨反應時間可逐漸看到氯離子並沒有生成反而減少，初步研判應 是過氯酸鹽隨時間反應後，生成之部份氯離子被吸附於零價鋁表面上。

Time (hr)

0 5 10 15 20 25 30

Conc (mg/L)

0 2 4 6 8 10 12

ClO₄ -Cl

-圖4-12 零價鋁去除10 mg/L過氯酸鹽 (pH＝4.5、溫度80 °C)

零價鋁金屬去除過氯酸鹽之反應，透過產物的生成來探討過氯酸鹽 之去除機制。在酸性條件下，零價鋁金屬去除10 mg/L過氯酸鹽，於室溫 (25 °C)下反應，如圖4-13所示。實驗發現，過氯酸鹽在4小時內就可去除 至2 mg/L，而氯離子的生成隨反應時間開始減少，導致本章節無法透過 產物生成，證實過氯酸鹽去除機制是否為還原反應。

經反應24小時後觀察，初步推測氯離子消失為零價鋁表面吸附所造 成，故進行脫附實驗。文獻指出，硫酸根對鋁金屬表面之吸附能力較氯 離子與過氯酸鹽強，針對氯離子濃度降低之情形，試圖添加硫酸根即可 競爭表面位址而把氯離子給置換出來(Zhang et al., 2007)。

添加0.5 mL 1N硫酸鎂進行脫附試驗，觀察是否能把過氯酸鹽與氯離 子脫附至水溶液，如圖4-13所示。實驗發現，可明顯看到看到水中氯離 子從2 mg/L回升到 20 mg/L，更證明氯離子的減少為吸附作用所致。而 過氯酸鹽從2 mg/L回升到7 mg/L左右。故可證實本研究零價鋁去除過氯 酸鹽主要機制為吸附作用。

Time (hr)

0 5 10 15 20 25 30 35

Conc (mg/L)

0 5 10 15 20 25

ClO₄ -Cl

-圖4-13 零價鋁去除10 mg/L過氯酸鹽後進行脫附試驗 (pH＝4.5、25 °C) 添加0.5 mL 1N 硫酸鎂