Calcined 450℃
for 6 hrs
Composites
表3-1 複合材料樣品中光觸媒與MSP含量比較 (總重量皆使用0.1 ± 0.01g)
樣品名稱 N-doped TiO2 (wt.%) MSP (wt.%)
MSP 0 100
N-TiO
2(40)/MSP 40 60
N-TiO
2(60)/MSP 60 40
N-TiO
2(80)/MSP 80 20
N-TiO
2100 0
表3-2 不同複合材料樣品中光觸媒與吸附材含量 (總重量皆使用0.1 ± 0.01g)
樣品名稱 光觸媒光觸媒光觸媒光觸媒(wt.%) 吸附材吸附材吸附材吸附材(wt.%)
N-TiO
2(60)/MSP 60 40
N-TiO
2(60)/Zeo 60 40
ST-01(60)/MSP 60 40
ST-01(60)/Zeo 60 40
3.3.3 材料之材料之材料之特性分析材料之特性分析特性分析特性分析
3.3.3.1 X 光光光粉末光粉末粉末繞射分析粉末繞射分析繞射分析繞射分析(X-Ray Powder Diffraction；；；；PXRD)
本研究使用清華大學貴儀中心之 Rigaku X-ray diffractometer 進 行樣品的結構分析；以 Cu Kα(λ=1.5405 Å) 為放射源，操作電壓為 30KV，電流為 20mA，掃描範圍 2~300，掃瞄速度 40/min。
X 光繞射儀的原理，即是當 X 光照射於一物體的表面時，除了 會產生反射光以外，並會透過物體表面，在下層的各層結晶面位置產 生反射光，因為下層之反射光比上一層的反射光多走一段 CB-BD 距 離(見圖 3-6)，因為反射光的行走距離不同，而使的光線產生布拉格 繞射現象，其公式如下：
θ λ
2dsinn =
其中當做為布拉格繞射計算時 n=1 λ：入射光波長
d：晶格距(如圖 3-6) θ：入射角
X 光粉末繞射儀光譜之所以可以鑑定結晶性物質的存在，是因為 粉末的某些角度之表面的結晶結構若是規律的成某平面排列，當 X 光照射後則會產生繞射現象。粉末內部的晶格排列情況皆會影響到會 產生繞射的角度及其強度，因此可觀察出不同樣品其中的晶格差異，
並鑑定出某一結晶物質的存在。為瞭解複合材料之孔洞結構上的差 異，故本篇研究以角度(2θ=2~30°)的繞射角分析複合材料之孔洞晶格 排列。
圖3-6 X-射線在結晶面間的繞射示意圖(林怡君，2006)
3.3.3.2 紫外光紫外光紫外光紫外光/可見光可見光可見光可見光 分光光譜儀分析分光光譜儀分析分光光譜儀分析(UV-Vis spectrophotometer) 分光光譜儀分析 本研究利用 HITACHI U3010 spectrophotometer 進行樣品之光學 特性分析並以氧化鋁(Al2O3 oxide)作為參考物，在室溫下進行分析。
光譜掃描範圍由 800 至 190 nm，掃描速度為 60 nm/min。
紫外與可見光譜術(ultraviolet and visible spectroscopy)是用來偵 測分子的電子躍遷能量(或頻率)的技術，此技術利用紫外與可見光和 分子作用所產生的電子躍遷(electronic transition)的原理，分子處於基 態時受電磁波擾動(被激發)，使得電子自能量較低(基態)的分子軌域 躍遷到另一個能量較高(激發態)的分子軌域，來記錄分子吸收光之後 所呈在電子激發態時的振動模式(vibronic modes)，記錄吸收光的強度 對波長(λ)所得的圖，即稱為紫外與可見光譜，可作為鑑定分子之用。
一般說來，可見光的波長範圍指的是 λ = 400-800 nm，紫外(UV) 光的波長範圍指的是 λ = 200-400 nm，也有人將紫外(UV)光進一步細
分子，若吸收了光則可能造成 d 軌域的電子躍遷，因電子基態和激發 態的能階差較小，光的波長常落在可見光的波長範圍。
電子躍遷的過程，除了分子結構會改變之外，也會伴隨著分子振 動，所以紫外與可見光譜也包括了電子激發態時的分子振動的訊息。
當分子在激發態或基態時，多數振動模式的頻率只有些微差距，但有 些振動模式的頻率也有明顯不同，在標定紫外與可見光譜線時，常可 參考紅外光譜所測得的分子振動頻率數據。
3.3.3.3 掃描式電子顯微掃描式電子顯微掃描式電子顯微掃描式電子顯微分析分析分析 (Scanning Electron Microscopy, SEM) 分析 本研究利用交通大學貴儀中心之 Hitachi S-4700I 高解析度場射 掃瞄顯微鏡(HR-SEM)進行樣品分析。SEM 利用加熱燈絲發射之電子 束，經柵極聚焦後興成約幾十毫米大小之點光源，在陽極加速電壓作 用下，經過 2 至 3 個電磁透鏡所組成之電子光學系統，匯聚成一細小 約幾個奈米之電子束在聚焦至試樣表面， 在末端透鏡上之掃瞄線圈 使電子束在試樣上掃瞄，並透過高能電子束與物質交換作用產生各種 電子訊號，訊號經檢測器(detector)接收並透過放大器放大後，傳送至 顯像管成像，觀察試樣表面型態。
3.3.3.4 穿 透 式 電子 顯 微 分析穿透式電子顯微分析穿透式電子顯微分析 (Transmission electron microscopy, 穿透式電子顯微分析 TEM)
本研究利用中興大學奈米科技中心之 JEOL JEM 1210 高解析穿 透式電子顯微鏡(HR-TEM)進行樣品之分析。取 5-10 毫克樣品置於乙 醇之中以超音波震盪分散均勻，再以針筒取一到兩滴溶液低於銅網 上。待樣品乾燥後，進行樣品型態分析，操作時之加速電壓為 120kV。
高 解 析 穿 透 式 電 子 顯 微 鏡 的 基 本 構 造 分 為 電 子 槍 、 真 空 柱 (vacuumcolumn)及攝影室(camera chamber)三個主要部分。其基本原理 是利用電子槍提供陰離子電子束，經過高電壓加速後，在真空柱中形 成一條電子束並經過兩個電磁透鏡聚焦，減小電子束之直徑，使得電 子撞擊材料，產生穿透電子束與彈性散射電子束，這些電子束再經過 電磁透鏡，放大聚焦後在螢光版上形成影像。
3.3.3.5 傅立葉紅外線光譜分析傅立葉紅外線光譜分析傅立葉紅外線光譜分析傅立葉紅外線光譜分析(Fourier transform infrared, FTIR) 將樣品與 KBr 以 1:10 的比例均勻混合，置於壓片槽中壓成原形 片狀，其後再置於傅立葉紅外線光譜儀樣品槽中進行分析，掃描波數 由 400 至 4000 cm-1。
整個輻射電磁波涵蓋的範圍非常的廣，光子所具有的能量也不同，對 於不同能量光子在與物質反應時則會有不同的躍遷情形。所謂紅外 光，一般定義是指波長在可見光（0.78µm）和微波（1000µm）間的 電磁波。從微觀的角度來看，分子是隨時保持著振動或轉動，若吸收 適當頻率的紅外光，會使躍升為激發態的分子，所以我們可以透過紅 外光譜來瞭解分子的結構，作為鑑定分子結構的工具。我們所研究的 是屬於固體樣品，分子和分子間彼此會束縛，所以看不到轉動譜峰，
只有振動譜峰。紅外光檢測對於樣品來說，是屬於一種非破壞性的分 析，樣品在進行紅外光譜量測之後，並不會造成原本結構的破壞或改 變。
3.3.4 氣體分析氣體分析氣體分析 氣體分析 3.3.4.1 氣氣氣相氣相相層析儀相層析儀層析儀 層析儀
本 研 究 以 氣 相 層 析 儀 (Gas Chromatography GC-FID ， SRI 8610C)，作為定量分析之儀器，分析反應前後氣體中之VOC濃度，進 而計算出該VOC 之去除率。每次以氣密式注射針抽取1 mL 之出流 氣體注入GC的注射端，利用不同物種在毛細層析管柱 (60 m × 0.32 mm I.D., Stabilwax) 中停留時間不同之特性，將物種分離。之後FID 將VOC燃燒離子化後得到電流訊號大小，經積分計算出積分值再對照 檢量線，即可得知VOC 之濃度。
3.2.4.2 NO/NO2化學激光分析儀化學激光分析儀化學激光分析儀化學激光分析儀
研究以 NO/NO2 化學激光分析儀(NO/NO2 analyzer，SIR S5012) 分析反應前後氣體中之 NO 與 NO2濃度；其抽取流量為 200 cc/min，
偵測極限為 0-20 ppmv。
化學激光為某特定化學反應所引發之輻射光，這種現象是在 1960 年代末期有人發現 NO 和 O3反應後發出波長由 600 至 2400nm 之激 發光。其反應如下：
NO+O3→NO2*+O2
NO2*→NO2+hν
以 這 種 原 理 設 計 之 NO 監 測 儀 只 選 定 一 濾 光 鏡 使 波 長 在 600-900nm 之光譜能作用而偵測出 NO 之濃度。
NOX通常包括 NO 及 NO2兩部份，NO2本身和 O3不會有這種反 應，必須先還原成 NO 後再經過上述步驟被量測出來。大多數之商用 監測儀都含有一套觸媒轉換設備，使 NO2還原 NO，其反應如下：
NO2→NO+1/2O2 (經高溫下觸媒轉化)
圖3-7即顯示此種NOX監測儀之操作概念，臭氧是由石英管所發出之 紫外線使O2氧化生成，並使臭氧過量供應以確保NO氧化之反應完全 並避免驟冷現象。因為光信號放大器之感應程度與NO分子之數量成 正比而非與NO之濃度成正比，所以煙道氣之流量必須非常小心控 制。而NO2轉化成NO之觸媒轉化器通常以不銹鋼或鉬(Mo)為觸媒，
此外本研究所使用之NOX監測儀備有自動切換系統，可以同時且連續 地顯示NO及NO2之濃度。
3.4 樣品塗敷樣品塗敷樣品塗敷樣品塗敷之方法之方法之方法之方法
在光催化實驗開始前先將樣品均勻塗敷於玻璃基材(50 mm × 300 mm × 1 mm)上，進行後續效率測試。首先將玻璃基材放置110℃
烘箱內1小時後取出，待其降溫後量測玻璃基材初始重量，並紀錄之。
同時我們取0.1g樣品於100ml去離子水中，經超音波震盪20分鐘使其 均勻分散之後，利用霧化器噴槍將均勻分散的樣品混合液噴灑在玻璃 基材上，而此時的玻璃基材需要在加熱板上操作(加熱板上的溫度需 低於200℃)。噴灑完畢後待基材冷卻再秤重，以前後玻璃基材重量差 異決定披覆樣品的重量，若不足0.1g則必須再重複噴灑，使最後玻璃 基材上披覆的樣品重量皆相同(± 0.01g)。
3.5 NO與與與VOCs觸媒反應之實驗流程與 觸媒反應之實驗流程觸媒反應之實驗流程 觸媒反應之實驗流程
本研究之測試方式，是採以連續流式反應器作為效率測試方法，
反應系統的配置如圖 3-8 所示，本研究採用 Acetone 作為 VOCs 的來 源。於實驗進行前，使用光強度計(USB2000，Ocean optics)測定可見 光強度，而實驗所需之 Acetone 與 NO 流量經由質量流量控制器控制 一定流量後均勻混合進入反應器中，並控制 Acetone 及 NO 初始濃度 之基本條件值分別在 110 ± 10 ppm 與 17 ± 1ppm，相對濕度則固定 在 53 ± 5%RH，如表 3-3 所示。
實驗的進行控制在恆溫箱中(溫度設定 25℃)，氣體在觸媒上方停 留時間為 27 秒(於 25℃下，氣體總流量使用 500ccm)，反應氣流通過 總長度為 30 公分×5 公分之玻璃基材，其上方均勻披覆所需測試之樣 品。反應系統所使用的光源分別為可見光(日光燈管)，並分別利用氣 相層析儀與 NO/NO2分析儀量測 Acetone 與 NO/NO2的濃度變化分析。
在實驗開始前必須先等待前端的NO與VOCs濃度穩定後，再將氣 體通入反應器中，此時便開始進行反應計時，並且在通入反應氣體前 即開啟燈源，實驗過程中不中斷光源之供給。
為了探討不同前驅物體積流率比之N-TiO2光觸媒對於Acetone、
NO轉化率及NO2副產物選擇性之影響，分別改變前驅物體積流率比
NO轉化率及NO2副產物選擇性之影響，分別改變前驅物體積流率比