0 1 2 3 4
R e duc ti o n r a ti o ( % )
-100
residue wet volume residue dry volume residue dry weight
圖 16 Fenton 樹脂減容實驗
體積或重量減少率對消泡劑添加量之關係圖
樹脂體積各半，50 wt% H2O2 = 20 mL，FeSO4•7H2O = 0.05 g，
水浴溫度 = 60℃
接下來將前面做過的以 Fenton 法進行的離子交換樹脂比
R e duc ti o n r a ti o ( % )
-140
residue wet volume residue dry volume residue dry weight
圖 17 Fenton 樹脂減容實驗(有添加消泡劑) 體積或重量減少率對樹脂混摻體積比例之關係圖
(X =陽離子交換樹脂所佔之體積百分比) 50 wt% H2O2 = 20 mL，FeSO4•7H2O = 0.05 g，
水浴溫度 = 60℃，消泡劑 = 1 滴
五、後續處理測試及副產物分析
針對先前實驗後產生的廢液及殘餘固體，本研究對其也做 了進一步的分析探討。首先是廢液的後續處理部分，由於殘留 廢液量不是很多，因此以稀釋後廢液進行 UV/過硫酸鹽/曝氣系 統的礦化實驗(曝氣氣體為空氣)，而廢液內容包含陰陽離子分 解後產物，圖 18 為實驗結果，由圖可知，此系統對於廢液的處 理相當有效，雖然因為反應時間不夠長而沒有看到其最終平衡 結果，但至少礦化率已達 80 %，已可證明此系統可有效處理樹 脂分解廢液，若要加快反應速度，藉由增加過硫酸鹽用量應該 便可達到。而且此系統之優點在於不會增加廢液體積，因為反 應所需的僅有少量過硫酸鹽固體、254 nm UV 燈管和曝氣幫浦。
time (hr)
0 1 2 3 4 5 6 7 8
T O C ( ppm )
0 100 200 300 400 500 600 700
圖 18 UV/過硫酸鹽/曝氣系統處理樹脂分解廢液實驗 TOC 濃度對時間之關係圖
UV：254 nm；Na2S2O8濃度：0.05 M；曝氣量：1 LPM
再來是對殘餘固體進行分析鑑定，首先是 SEM 部分，圖 19 為 Fenton 反應前後的樹脂外觀變化，由圖可以看出陰陽離 子交換樹脂雖然同樣都是被分解破壞，但在分解的方式似乎是 存在著相當大的差異，首先陽離子交換樹脂感覺上比較接近從 外部被慢慢腐蝕一樣，且反應後顆粒具有黏性，很容易黏成一 大塊；與此相對的，陰離子交換樹脂感覺像是被用爆破的方式 破壞一樣，表面變得坑坑洞洞的，推測這應該跟陰離子交換樹 脂本身比較難被 Fenton 反應分解有關，使得只有在因為混合樹 脂實驗中會發生比單一樹脂實驗更加劇烈反應的情況下，才有 足夠能量可讓陰離子樹脂被有效分解破壞。
圖 19 (A) 反應前陽離子樹脂，(B) 反應後陽離子樹脂，
(C) 反應前陰離子樹脂，(D) 反應後陰離子樹脂
最後是對廢液中的成分進行 GC-MS 的分析，根據資料庫 所比對的結果，本研究中經過 Fenton 反應的樹脂廢液，可能包
(A) (B)
(C) (D)
含如圖 20 所示之物質，看來大多是胺類、六碳環狀物及其他 小分子有機物。
圖 20 樹脂分解可能產生之中間產物
六、樹脂前處理的影響
前面做了許多實驗，雖已可達到樹脂減容率 20 %的效果，
但是若要包含反應溶液，則反應後體積仍是明顯增加的，針對 此問題本研究最終有找到一個可再進一步減少反應溶液體積的 可行方法，即是對離子交換樹脂進行前處理。該前處理的方式 為先將脫水後之樹脂浸泡於硫酸亞鐵溶液或是硫酸銅溶液中，
待溶液被吸附至樹脂內部後，再將樹脂拿去二次脫水，如此一 來便可將硫酸亞鐵或是硫酸銅留在樹脂內部，之後只要將 H2O2
加入便可進行反應，而且相較於前面的實驗都是從樹脂外部開 始進行分解反應，此法由於是直接在樹脂內部進行反應，所以 理論上其反應效率會比起以往要高得多。
而前處理時所浸泡的溶液有 3 種，配製方法分別如下：
①. 1 g FeSO4•7H2O 溶於 100 mL 稀硫酸(1 M)溶液
②. 1 g CuSO4•5H2O 溶於 100 mL 去離子水
③. 0.5 g FeSO4•7H2O 和 0.5 g CuSO4•5H2O 溶於 100 mL 稀硫酸(1 M)溶液
具體的前處理步驟為將單一種類樹脂或是混合樹脂浸泡於 上述 3 種溶液的其中之一中，然後浸泡至少 3 小時後，將多餘 的溶液倒掉(這些溶液應該是可以重複利用)，最後將浸泡後的 樹脂置於 60℃烘箱中進行脫水至少 3 天後再拿出來進行實驗。
再來是對經過前處理的樹脂進行實際測試，實驗步驟很簡 單，首先視實驗需求看是否要用熱水浴，若要的話就將反應器 置於熱水浴中，再來將欲處理之樹脂丟入反應器中，然後加入 3 滴消泡劑，最後再加入 H2O2進行反應即可。不過因為 H2O2
加藥量少，所以要注意的是在加藥過程中一定要進行一定程度 的攪拌(本實驗為手動用玻棒攪拌)，否則反應狀況會不均勻，
會有部分樹脂無法發生反應從而造成處理效果低下。
實驗結果如表 4～6 及圖 21～23 所示，不過礙於處理後的 產物有些呈現如麥芽糖似的的黏稠狀態，不易測量體積，所以 實驗結果以重量減少率及照片來呈現。從這些結果可以看出幾 個現象，首先是不論是單一種類樹脂或是混合樹脂的實驗，在 經過前處理的情況下，都可以達到不錯的處理效率，陽離子樹 脂處理後有接近 20 %之重量減少率，陰離子樹脂和混合樹脂處 理後則有約 35 %之重量減少率。看來 Fenton 反應適合處理陽 離子樹脂，Fenton-like 反應則適合處理陰離子樹脂，若要處理 混合樹脂的話，最好是兩種反應同時進行。不過要達到最佳處 理效率的話建議還是將樹脂進行分類處理，雖然看起來陽離子 樹脂的最佳處理效果並不比混合樹脂好，但這是因為陽離子樹 脂處理後很容易變成近似熔融態的狀態，在此情況下會使產物 內部水分變得不易脫除，導致重量減少率會有被低估的情況發
生，有些樹脂分解不夠多的情況甚至會因此導致重量減少率呈 現負值。不過有別於以往處理後的產物皆呈現明顯的顆粒樣 貌，經過前處理的樹脂若是反應條件正確的話，皆能變成近似 熔融態的狀態，代表樹脂的結構能被破壞得更徹底。
至於獲得最佳處理效果的條件為何，本研究以前處理的方 式及加藥的方式作為變因進行測試。前處理的方式影響的是樹 脂進行何種反應，正如前面所提過的，Fenton 反應適合處理陽 離子樹脂，Fenton-like 反應則適合處理陰離子樹脂，因此，脫 水陽離子樹脂在處理前要先拿去浸泡硫酸亞鐵溶液，陰離子樹 脂則是要先拿去浸泡硫酸銅溶液，之後再次進行脫水便可以更 加有效率的方式對樹脂進行處理。另外就是由於反應強度的問 題，導致加藥方式對處理效果的影響也很大，本研究發現 Fenton-like 法在處理陰離子樹脂時其反應會比 Fenton 法處理陽 離子樹脂時要快速且強烈許多，這使得在以 Fenton-like 處理陰 離子樹脂時，若是一次的加藥量太多，則會導致放出的熱量太 大，使許多 H2O2在反應前便被蒸發，造成藥劑浪費及處理效率 低下，同理此系統也因此不適合在熱水浴中進行實驗。就目前 看來是以在常溫下每次加藥 0.5 mL 的方式效果最好。相較之下 由於 Fenton 處理陽離子樹脂的反應較為溫和，所以若要有最佳 處理效果，則會需要搭配熱水浴以及一次加藥來提供其具有足 夠的能量幫助分解樹脂。
不過不論是哪種方法，H2O2用量皆只剩原本的 1/4(5 mL) 甚至是更少，反應時間也進一步縮短了不少，不到 10 分鐘便可 完成，可見經過前處理的樹脂確實能夠大幅度提高處理效率。
表 4 泡過硫酸亞鐵溶液之陽離子樹脂處理實驗結果
H
2O
2加藥方式 實驗前重量(g)
實驗後重量
(烘乾後) (g)
重量減少率
(%)
A
一次加 5 mL
(90℃水浴) 4.532 3.697 18.43
B
每次加 0.5 mL，共 5 mL
(90℃水浴) 4.243 4.621 -8.90
C
一滴一滴加，共 5 mL
(90℃水浴) 4.174 4.237 -1.52
D
一滴一滴加，共 5 mL
(無水浴) 4.190 3.791 9.53
註：一滴一滴加藥流速約 1~1.5 mL/min。
每次加藥 0.5 mL 的時間間隔約 1 分鐘。
圖 21 表 4 之實驗後樹脂產物(乾燥後)
A B
C D
表 5 泡過硫酸銅溶液之陰離子樹脂處理實驗結果
H
2O
2加藥方式 實驗前重量(g)
實驗後重量
(烘乾後) (g)
重量減少率
(%)
A
每次加 0.5 mL，共 4 mL
(90℃水浴) 3.498 3.348 4.30
B
每次加 0.5 mL，共 4 mL
(無水浴) 3.613 2.315 35.92
C
一滴一滴加，共 4 mL
(無水浴) 3.558 3.560 -0.04
註：一滴一滴加藥流速約 1~1.5 mL/min。
每次加藥 0.5 mL 的時間間隔約 1 分鐘。
圖 22 表 5 之實驗後樹脂產物(乾燥後)
A B C
表 6 前處理過後之混合樹脂處理實驗結果 (樹脂體積比 1：1，H2O2總加藥量：5mL，90℃水浴)
前處理方式 實驗前重量
(g)
實驗後重量
(烘乾後) (g)
重量減少率
(%)
A
泡硫酸亞鐵溶液
(一次加 5 mL) 4.056 3.582 11.68
B
泡硫酸銅溶液
(一次加 5 mL) 4.052 2.554 36.97
C
泡過硫酸亞鐵及硫酸銅
混合溶液(一次加 5 mL) 3.994 4.071 -1.92
D
泡過硫酸亞鐵及硫酸銅
混合溶液(一滴一滴加) 3.819 2.965 22.38
註：一滴一滴加藥流速約 1~1.5 mL/min。
每次加藥 0.5 mL 的時間間隔約 1 分鐘。
圖 23 表 6 之實驗後樹脂產物(乾燥後)
註：B 原本也是如 A 一樣為一大塊，為方便取出反應器而弄碎
A B
C D
七、結論
以 20 mL 50 wt% H2O2加上 0.05 g 的硫酸亞鐵粉末並置於 60℃的水浴中進行反應處理總體積為 5 mL 之陰陽離子交換樹 脂(所佔體積各半) ，可達到最佳的處理效果，反應後殘餘固體 的未乾燥體積減少率可達到 50 %，乾燥後體積減少率達 60 %，
乾燥後重量減少率更是達到約 70 %的效果。
但其實不論是 Fenton 或是 Fenton-like 反應對於樹脂的分解 都是有效的，只不過 Fenton 是針對陽離子樹脂比較有效，
Fenton-like 則是針對陰離子樹脂比較有效，因此要最有效處理 樹脂可能還是得先將樹脂進行分離後再處理會比較有效率。
再來就是進行過前處理的樹脂可以被更有效率的分解，因 為可以讓 H2O2直接在樹脂內部進行反應，所以反應效率會高得 多，不僅可縮短反應時間，同時也可以有效減少 H2O2用量，將 反應溶液體積降至最低。不過，要達到最佳處理效果還需要幾 個條件，首先是要加入足量的消泡劑，否則反應過程中產生的 泡沫會相當驚人；再來就是要不斷對樹脂進行攪拌，因為 H2O2
用量不多，所以若是沒進行攪拌，則反應狀況會相當不均勻，
會有樹脂都無法跟 H2O2 進行反應。此外加藥方式也是一個重 點，由於反應的強度不同，因此兩種樹脂適合的加藥方式也有 所差異，使用 Fenton-like 處理陰離子樹脂時，以在常溫下每次 加藥 0.5 mL 的方式效果最好。至於使用 Fenton 處理陽離子樹 脂時則以一次加藥並搭配 90℃熱水浴的方式效果最好，陽離子 樹脂處理後有接近 20 %之重量減少率，陰離子樹脂處理後則有 約 35 %之重量減少率。
最後是關於反應器的部分，在本研究中其實有發現現行的
最後是關於反應器的部分，在本研究中其實有發現現行的