NSC95-EPA-Z-007-001
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12. 2NO + CO 2 + 10H + + 10e - (NH 2 ) 2CO + 3H 2 O 參 考 文 獻 Kuwabata et al. (1998) 在 pH 值 的 部 份 , 當 CO 2 溶 於 水 中 時 , 會 呈 現 弱 酸 性 (pH≒5.7), 這 是 因 為 透 過 以 下 反 應 所 解 離 出 來 的 H + 所 造 成 的 影 響 : H 2 O (l) + CO 2(aq) HCO 3 - (aq) + H + (aq) (1) HCO 3 - (aq) CO 3 2- (aq) + H + (aq) (2) 另 一 方 面 , 過 量 的 CO 3 2- 會 讓 溶 液 呈 現 弱 鹼 性 (pH≒8), 這 是 因 為 透 過 以 下 反 應 所 解 離 出 來 的 OH - 所 造 成 的 影 響 : H 2 O (l) + CO 3 2- (aq) HCO 3 - (aq) + OH - (aq) (3) 文 獻 中 亦 觀 察 到 有 些 實 驗 添 加 碳 酸 鹽 控 制 pH 值 , 以 降 低 pH 值 對 反 應 的 影 響 。 另 在 表 2、3 的 機 制 探 討 中 可 發 現 CO 2 的 還 原 相 當 複 雜 , 牽 涉 到 的 競 爭 反 應 會 導 致 光 催 化 效 果 不 佳 , 所 以 有 時 候 必 須 添 加 犧 牲 劑 或 是 改 變 反 應 條 件 來 提 昇 反 應 效 能 。 3-2 影 響 反 應 選 擇 性 與 產 物 分 佈 之 因 素 以 光 觸 媒 還 原 CO 2 之 反 應 的 產 物 種 類 很 多 , 文 獻 中 (Kuwabata et al., 1998) 所 提 到 的 產 物 包 括 尿 素 、 一 氧 化 碳 、 甲 烷 、 甲 醇 、 甲 醛 、 甲 酸 、 丙 酮 … 等 等 。 若 反 應 物 中 含 有 氮 源 , 如 NO 3 - , 則 產 物 中 會 出 現 帶 有 C-N 鍵 的 尿 素 。 尿 素 是 很 有 價 值 的 化 學 品 , 一 般 傳 統 製 程 是 以 NH 3 和 CO 2 作 為 原 料 , 在 大 於 120 atm 與 大 於 150℃ 的 高 溫 高 壓 環 境 下 所 合 成 ; 若 是 以 光 觸 媒 還 原 CO 2 的 方 式 合 成 尿 素 , 反 應 只 需 在 常 溫 常 壓 下 就 能 進 行 。 綜 合 以 上 , 影 響 CO 2 還 原 反 應 之 反 應 速 率 、 產 物 選 擇 性 與 產 物 分 佈 的 因 素 包 括 有 : • 氮 源 的 種 類 • 溶 劑 的 種 類 • 犧 牲 劑 的 種 類 • 光 觸 媒 的 製 備 條 件 • 發 生 反 應 時 的 環 境 條 件 3-3 光 觸 媒 固 定 化 材 料 與 添 加 閃 爍 體 之 創 新 設 計 光 觸 媒 奈 米 粉 末 特 殊 的 表 面 結 構 , 使 奈 米 粉 末 容 易 因 為 表 面 作 用 而 團 聚 , 隨 粉 末 粒 徑 變 大 而 造 成 表 面 活 性 下 降 , 也 降 低 光 催 化 效 果 , 因 此 必 須 藉 由 其 它 分 散 劑 或 溶 劑 來 產 生 奈 米 粒 子 間 的 靜 電 排 斥 。 然 而 分 散 劑 效 果 不 一 , 每 次 光 催 化 後 表 面 的 分 散 劑 會 被 自 由 6
基 給 攻 擊 破 壞 , 且 隨 著 使 用 的 次 數 增 加 , 光 觸 媒 的 活 性 慢 慢 降 低 , 奈 米 粒 子 因 為 聚 集 而 無 法 多 次 重 覆 使 用 。 即 使 奈 米 級 TiO 2 的 分 散 問 題 解 決 , 如 何 回 收 處 理 又 是 另 一 項 問 題 。 此 外 , 雖 然 微 米 級 TiO 2 無 毒 , 但 是 有 研 究 顯 示 奈 米 級 TiO 2 可 能 會 造 成 腫 瘤 病 變 , 況 且 環 境 中 充 斥 奈 米 粒 子 也 會 刺 激 呼 吸 道 系 統 導 致 不 適 ; 因 此 如 何 避 免 奈 米 級 TiO 2 在 溶 液 中 聚 集 及 能 夠 有 效 回 收 再 利 用 等 限 制 , 實 為 目 前 應 用 上 所 面 臨 的 瓶 頸 。 目 前 各 國 積 極 開 發 以 可 見 光 (390~780 nm) 作 為 光 源 的 光 觸 媒 , 以 提 高 光 觸 媒 反 應 的 效 率 以 及 其 應 用 性 。 例 如 , 使 TiO 2 吸 收 Fe(Kato et al., 2004)、V、Mn、Cr 或 Ni 等 具 有 顏 色 的 金 屬 離 子 , 這 些 金 屬 離 子 於 吸 收 可 見 光 後 處 於 激 發 態 , 將 其 注 入 TiO 2 材 料 中 , 藉 由 電 漿 輻 射 產 生 氧 缺 陷 而 引 發 光 觸 媒 反 應 , 但 其 缺 點 為 難 以 形 成 均 勻 性 的 分 散 狀 態 , 不 僅 影 響 反 應 的 效 能 , 而 且 耗 費 相 當 高 的 成 本 。 若 以 游 離 輻 射 作 為 TiO 2 光 觸 媒 激 發 光 源 , 可 以 克 服 傳 統 利 用 UV、 可 見 光 源 穿 透 性 不 足 及 日 光 能 等 天 候 、 季 節 使 用 限 制 。 國 外 相 關 研 究 對 於 輻 射 能 於 光 催 化 技 術 應 用 , 例 如 S. Seino 等 人 利 用 γ 射 線 作 用 於 TiO 2 、Al 2 O 3 等 奈 米 粒 子 分 解 水 溶 液 中 的 酚 等 有 機 物 , 其 分 解 效 率 可 以 達 99.99%, 但 所 需 之 Co-60 活 度 產 生 劑 量 為 2000 Gy/h, 照 射 時 間 需 10 小 時 , 所 需 劑 量 在 20,000Gy。 光 觸 媒 於 高 能 游 離 輻 射 應 用 已 獲 得 初 步 成 效 , 但 關 鍵 仍 在 於 輻 射 劑 量 有 效 利 用 ; 本 研 究 最 大 的 創 新 性 及 特 點 即 在 於 結 合 游 離 輻 射 與 光 催 化 技 術 , 藉 由 無 機 閃 爍 體 之 輻 射 能 轉 化 能 力 , 如 鍶 (Sr)、 鋇 (Ba) (Schotanus et al. 1987)、 鈰 (Ce) 等 重 原 子 元 素 , 增 加 對 於 輻 射 之 吸 收 與 作 用 機 率 。 7
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基 給 攻 擊 破 壞 , 且 隨 著 使 用 的 次 數 增 加 , 光 觸 媒 的 活 性 慢 慢 降 低 , 奈 米 粒 子 因 為 聚 集 而<br />
無 法 多 次 重 覆 使 用 。 即 使 奈 米 級 TiO 2 的 分 散 問 題 解 決 , 如 何 回 收 處 理 又 是 另 一 項 問 題 。<br />
此 外 , 雖 然 微 米 級 TiO 2 無 毒 , 但 是 有 研 究 顯 示 奈 米 級 TiO 2 可 能 會 造 成 腫 瘤 病 變 , 況 且 環<br />
境 中 充 斥 奈 米 粒 子 也 會 刺 激 呼 吸 道 系 統 導 致 不 適 ; 因 此 如 何 避 免 奈 米 級 TiO 2 在 溶 液 中 聚<br />
集 及 能 夠 有 效 回 收 再 利 用 等 限 制 , 實 為 目 前 應 用 上 所 面 臨 的 瓶 頸 。<br />
目 前 各 國 積 極 開 發 以 可 見 光 (390~780 nm) 作 為 光 源 的 光 觸 媒 , 以 提 高 光 觸 媒 反 應 的<br />
效 率 以 及 其 應 用 性 。 例 如 , 使 TiO 2 吸 收 Fe(Kato et al., 2004)、V、Mn、Cr 或 Ni 等 具 有 顏<br />
色 的 金 屬 離 子 , 這 些 金 屬 離 子 於 吸 收 可 見 光 後 處 於 激 發 態 , 將 其 注 入 TiO 2 材 料 中 , 藉 由<br />
電 漿 輻 射 產 生 氧 缺 陷 而 引 發 光 觸 媒 反 應 , 但 其 缺 點 為 難 以 形 成 均 勻 性 的 分 散 狀 態 , 不 僅<br />
影 響 反 應 的 效 能 , 而 且 耗 費 相 當 高 的 成 本 。<br />
若 以 游 離 輻 射 作 為 TiO 2 光 觸 媒 激 發 光 源 , 可 以 克 服 傳 統 利 用 UV、 可 見 光 源 穿 透 性<br />
不 足 及 日 光 能 等 天 候 、 季 節 使 用 限 制 。 國 外 相 關 研 究 對 於 輻 射 能 於 光 催 化 技 術 應 用 , 例<br />
如 S. Seino 等 人 利 用 γ 射 線 作 用 於 TiO 2 、Al 2 O 3 等 奈 米 粒 子 分 解 水 溶 液 中 的 酚 等 有 機 物 , 其<br />
分 解 效 率 可 以 達 99.99%, 但 所 需 之 Co-60 活 度 產 生 劑 量 為 2000 Gy/h, 照 射 時 間 需 10 小<br />
時 , 所 需 劑 量 在 20,000Gy。<br />
光 觸 媒 於 高 能 游 離 輻 射 應 用 已 獲 得 初 步 成 效 , 但 關 鍵 仍 在 於 輻 射 劑 量 有 效 利 用 ; 本<br />
研 究 最 大 的 創 新 性 及 特 點 即 在 於 結 合 游 離 輻 射 與 光 催 化 技 術 , 藉 由 無 機 閃 爍 體 之 輻 射 能<br />
轉 化 能 力 , 如 鍶 (Sr)、 鋇 (Ba) (Schotanus et al. 1987)、 鈰 (Ce) 等 重 原 子 元 素 , 增 加 對 於 輻<br />
射 之 吸 收 與 作 用 機 率 。<br />
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