还给鸟乾净的羽毛.doc

1 中華民國第 四十二 屆中小學科學展覽會 作品說明書 科 別 生活與應用科學科 組 別 國中組 作品名稱 還給鳥乾淨的羽毛 關 鍵 詞 清潔 油污 羽毛 最多三個 編 號 2 還給鳥乾淨的羽毛 壹 研究動機 看到電視上有報導過海上被油污污染造成生態的危機 並且使得海鳥的羽毛都沾上了油 污 使得鳥類瀕臨死亡 我們因此感覺很好奇 為什麼鳥類沾了油污之後會死亡 所以 我們去找有關鳥類的資料 才知道鳥類的羽毛上都有一層油脂可保護它們浮在水面上以 及使它們能夠飛行 所以我們請教老師有關油污的處理方法 想找出能夠去除羽毛油污 但又不傷害鳥類的方法 貳 研究目的 為了要測試各種物質來去除油污及不傷害鳥類的前提下 於是我們利用廢機油來模擬油 污 而利用豬油來模擬鳥類羽毛上的油脂 同樣是動物性油脂 A 測試各種物質的除油污的能力 找出能去除廢機油 但不會去除油脂的物質 欲瞭解的問題 PART1 利用介面活性物質物質 有機溶劑 顆粒物質以及酸 鹼和加熱的方法來測 試是否能夠將廢機油給去除 PART2 用界面活性物質物質 有機溶劑 顆粒物質以及酸 鹼和加熱的方法來測試 是否能夠將豬油給去除 B 將鴨毛 鵝毛沾上廢機油 然後利用各種物質來除去羽毛上的油污 測試是否與 A 實驗 的結果相符 C 利用磁鐵吸鐵粉的性質 測試在沾滿油污的羽毛上灑上鐵粉後用磁鐵吸鐵粉時 同時將 油污清除的可能性 參 實驗器材 試管 10 支 1000ml 燒杯 1 個 250ml 燒杯 2 個 量筒 2 個 數位相機 1 台 高倍率顯微鏡 1 台 含放大營幕 1 個 酒精燈 1 個 三角架 1 個 石棉心網 1 個 洗髮精 洗衣精 洗碗精 汽油 肥皂水 酒精 去漬油 丙酮 醋酸 碳酸鈣 硫粉 鐵粉 可樂 磷酸鈉 鹽 炭 粉 乙酸乙脂 鴨毛 鵝毛 肆 研究步驟 A 找出能夠去除油污的物質 part1 先找出能夠除廢機油廢機油的方法或物質 1 取廢機油 5c c 放入試管中 並加水 10c c 取 1 直尺量其油污的高度並記錄下來 並用 數位相機拍攝下來 甲類 利用界面活性物質與有機物質清除 2 取用洗髮精 5c c 放入 1 中的試管中 用塞子塞住 搖晃 5 分鐘後 靜置 5 分鐘 在用直尺量其最後油污高度 紀錄下來 3 觀察是否有分層的介面 紀錄下來 並用數位相機 拍攝下來 4 用藍和紅色石蕊試紙 放入試管中 拿出來觀察其顏色變化 測其酸鹼性 3 5 另取洗衣精 洗碗精 肥皂水 汽油 酒精 去漬油 丙酮分別按照上述 1 4 步驟各作一次 6 取一大燒杯裝約半杯水 將試管貼上標籤放入燒杯中隔水加熱 在 20 度 c 30 度 c 40 度 c 時拿出測其油污高度 並記錄下來 7 將上述試管放冷後 各加入酚酞 2 滴 觀察試管內液體顏色變化 測其酸鹼性 紀錄 下來 乙類 利用化學方法 物理方法清除 8 另取醋酸 碳酸鈣 硫粉 鐵粉 食鹽 可樂 碳粉 磷酸鈉等物質 亦按照上述步 驟 分別放入含廢機油和水的試管中 觀察其變化 Part2 找出能夠除油脂 豬油 油脂 豬油 的物質 1 取豬油 5c c 若為固體 則用熱水隔水加熱至溶解 放入試管中 並加水 10c c 其餘步驟如 part 1 B 將羽毛附著油污 使用以上物質來清除油污 Part1 鴨毛附著油污的去除 9 取一乾淨 乾燥的鴨毛 沾上廢機油 以數位相機拍攝下來 10 為了仔細觀察羽毛上的油污附著情形 用數位相機接顯微鏡 將結果拍攝下來 11 將沾滿油污的羽毛放入水中 觀察是否沈入水中及油污是否被水溶解 記錄下來 甲類 利用介面活性物質和有機物質清除 12 將沾滿油污的羽毛 浸泡於洗髮精中 5 分鐘 然後拿起來 以水沖乾淨 將水甩 乾 觀察油污附著情形 再放在顯微鏡下觀察 並用數位相機拍攝下來 13 另取洗衣精 洗碗精 肥皂水 汽油 酒精 去漬油 丙酮分別按照上述 1 4 步驟各做一次 乙類 利用化學方法 物理方法清除 14 取醋酸 碳酸鈣 硫粉 鐵粉 食鹽 可樂 炭粉 磷酸鈉等物質 亦按照上述 步驟分別用來清除羽毛上的油污 觀察其效果 Part2 鵝毛附著油污的去除 1 換取鵝毛 按照 part1 之所有步驟再做一次 觀察和鴨毛不同之處 亦用數位相機 拍攝其結果 C 利用磁鐵吸引鐵粉的性質 去除羽毛上的油污之可能性 1 將鵝毛沾廢機油 圖一 四 2 在沾滿油污的羽毛上灑滿鐵粉 圖二 3 用一強力磁鐵吸引羽毛上的鐵粉 觀察油污是否和鐵粉一起被帶走 圖三 五 4 伍 實驗結果 A 找出能夠去除油污的物質 part1 去除廢機油廢機油的結果 第一步 界面活性物質與有機物質 實驗結果不明顯的記錄 不將圖列在附錄中 洗髮精洗衣精洗碗精 肥皂水 汽油酒精去漬油丙酮 起初油 污高度 1 6cm1 6cm1 6cm1 6cm1 6cm1 6cm1 6cm1 6cm 最後油 污高度 1 4cm 附 1 1 1 4cm 附 1 2 1 5cm 附 1 3 1 3cm 附 1 5 2 2cm 附 1 4 1 3cm 附 1 6 2 1cm 附 1 7 1 4cm 附 1 8 是否有 分層的 介面 是是是是是是是是 石蕊 顏色 紅藍無變化 無變化 無變化 無變化 無變化無變化 酚酞 顏色 無紅無無無無無無 加熱到 20 度 油污高 度 1 4cm1 2cm1 5cm1 3cm2 3cm1 1cm2 2cm1 3cm 加熱到 30 度 油污高 度 1 4cm1 1cm1 5cm1 3cm2 2cm1 0cm2 2cm1 3cm 加熱到 40 度 油污高 度 1 4cm1 1cm1 5cm1 3cm2 2cm1 0cm2 2cm1 3cm 5 第二步 化學方法 物理方法 實驗結果不明顯的記錄 不將圖列在附錄中 醋酸碳酸鈣硫粉鐵粉食鹽可樂炭粉磷酸鈉 起初油 污高度 1 6cm1 6cm1 6cm1 6cm1 6cm1 6cm1 6cm1 6cm 最後油 污高度 1 5cm 附 1 10 0 8cm 附 1 11 形成混濁狀 附 1 12 1 2cm 附 1 13 1 2cm 附 1 14 1 1cm 附 1 15 形成混 濁狀 附 1 16 1 1cm 附 1 9 是否有 分層的 介面 是是否是是是否是 石蕊 顏色 紅藍無變化無變化無變化無變化無變化無變化 酚酞 顏色 無紫無變化無變化無變化無變化無變化無變化 加熱到 20 度 油污高 度 1 4cm0 9cm無1 1cm1 1cm1cm無1 1cm 加熱到 30 度 油污高 度 1 3cm0 8cm無1 1cm0 9cm1cm無1 1cm 加熱到 40 度 油污高 度 1 3cm0 7cm無1 1cm0 8cm1cm無1 1cm 6 Part2 去除油脂 豬油 油脂 豬油 的結果 第一步 界面活性物質與有機物質 實驗結果不明顯的記錄 不將圖列在附錄中 洗髮精洗衣精 洗碗精肥皂水汽油酒精去漬油丙酮 起初油脂 高度 1 1cm1 1cm1 1cm1 1cm1 1cm1 1cm1 1cm1 1cm 最後油脂 高度 溶於洗髮 精中 附 2 1 形成混 濁狀 附 2 2 形成混濁 狀 附 2 3 溶於肥皂 水中 附 2 5 溶於汽油 中 附 2 4 溶於酒精 中 附 2 6 溶於去漬 油中 附 2 7 溶於丙酮 中 附 2 8 是否有分 層的介面 是是否是是是是是 石蕊 顏色 無藍無變化無變化無變化無變化無變化無變化 酚酞 顏色 無紫無無無無無無 加熱到 20 度 油脂高度 1 7cm0 8cm2 0cm0 9cm2cm1 5cm 加熱到 30 度 油脂高度 1 7cm0 8cm1 9cm1cm2cm1 5cm 加熱到 40 度 油脂高度 1 8cm0 8cm1 8cm1 1cm2cm1 5cm 7 第二步 化學方法 物理方法 實驗結果不明顯的記錄 不將圖列在附錄中 醋酸碳酸鈣 硫粉鐵粉食鹽可樂炭粉磷酸鈉 起初油脂 高度 1 1cm1 1cm1 1cm1 1cm1 1cm1 1cm1 1cm1 1cm 最後油脂 高度 1cm 附 2 10 1cm 附 2 11 形成混 狀 附 2 12 形成混 濁狀 附 2 13 和食鹽產 生沈澱 附 2 14 1 6cm 附 2 15 形成混濁 狀 附 2 16 0 9cm 附 2 9 是否有分 層的介面 是是無法目 測 無法目 測 是是無法目測是 石蕊 顏色 紅藍無變化 無變化無變化無變化 無變化藍 酚酞 顏色 無紅無無無無無紅 加熱到 20 度 油脂高度 1cm0 8cm0 4cm1 6cm0 9cm 加熱到 30 度 油脂高度 1cm0 8cm0 4cm1 5cm0 8cm 加熱到 40 度 油脂高度 1cm0 8cm0 4cm1 4cm0 8cm 8 B 將羽毛附著油污 然後使用以上物質來清除油污 因為鴨毛與鵝毛的實驗結果非常近似 因此我們只以鵝毛的數據來分析 捨去鴨毛的記 錄 第一步 界面活性物質與有機物質 實驗結果不明顯的記錄 不將圖列在附錄中 結果 洗髮精洗衣精洗碗精汽油肥皂水酒精去漬油 丙酮 相機 沾了油污的像 附錄 4 1附錄 4 2 不附圖 附錄 4 4 不附圖不附圖 附錄 4 5 不附圖 是否會沈入水中 否否否否否否否否 清洗後的圖 附錄 4 1附錄 4 2 不附圖 附錄 4 4 不附圖不附圖 附錄 4 5 不附圖 相機加顯微鏡 沾了油污的像 附錄 3 1附錄 3 2 不附圖 附錄 3 3 不附圖不附圖 附錄 3 4 不附圖 是否會沈入水中 否否否否否否否否 清洗後的圖 附錄 3 1附錄 3 2 不附圖 附錄 3 3 不附圖不附圖 附錄 3 4 不附圖 第二步 物理方法 化學方法 實驗結果不明顯的記錄 不將圖列在附錄中 結果 弱酸碳酸鈣硫粉鐵粉鹽乙酸乙脂 可樂或 磷酸鈉 炭粉 相機 沾了油污的像不附圖 附錄 4 3附錄 4 7附錄 4 10附錄 4 11 附錄 4 9附錄 4 12 附錄 4 8 是否會沈入水中 否否否否否否否否 清洗後的圖不附圖 附錄 4 3附錄 4 7附錄 4 10附錄 4 11 附錄 4 9附錄 4 12 附錄 4 8 相機加顯微鏡 沾了油污的像不附圖 不附圖 附錄 3 5附錄 3 7附錄 3 8附錄 3 10附錄 3 6附錄 3 9 是否會沈入水中 否否否否否否否否 清洗後的圖不附圖 不附圖 附錄 3 5附錄 3 7附錄 3 8附錄 3 10附錄 3 6附錄 3 9 9 C 利用磁鐵吸引鐵粉的性質 去除羽毛上的油污之結果 圖一 羽毛沾廢機油 圖二 在沾油污的羽毛灑鐵粉 圖三 磁鐵吸引羽毛上鐵粉 圖四 圖五 沾油污 磁鐵吸引鐵 的羽毛 粉後的羽毛 陸 數據分析 A 去除廢機油的結果 一 界面活性物質 洗髮精 洗衣精 洗碗精 肥皂水 選用原因 實驗看看是否能利用界面活性物質使廢機油溶於水中 而達到清洗的效果 結果 洗衣精使用後 機油高度由 1 6cm 1 4cm 效果不明顯 附 1 2 洗碗精使用後 機油高度由 1 6cm 1 5cm 效果不明顯 附 1 3 肥皂水使用後 機油高度由 1 6cm 1 6cm 無效 附 1 5 洗髮精使用後 機油高度由 1 6cm 1 4cm 部分溶於洗髮精中 效果不錯 附 1 1 分析 由此可見 洗髮精是清洗機油比較有效果的界面活性物質 探討 洗髮精有何種成份 為什麼它的清洗機油的效果比其他種界面活性物質還要好 解答 洗衣精成份 苯磺酸鈉 界面活性劑 BLO 去汙酵素 去汙離子交換劑 洗髮精成份 界面活性劑 醋酸鹽 香料 異亮氨酸 氨基酸之類 洗碗精成份 界面活性劑 抗菌素 肥皂成份 香料 皂類 a 多數清潔劑的成份為界面活性物質 可用來清洗汙漬 因此所有清潔劑都有此成 份 b 少數清潔劑則含有陰離子或陽離子之成份 比如說洗髮精 洗衣粉之類就含有此 成份 在數據中 我們可以發現洗衣粉含有苯磺酸鈉 洗髮精當中的醋酸鹽類均 屬於陰離子型清潔劑的成份 c 而洗髮精即然與多數清潔劑成份相同 為何他可以與廢機油混合而無介面的產生 呢 最大的因素在於它含有助溶劑的成份 助溶劑可將油污與水混合在一起 因 此洗髮精最大的不同 在於它含有助溶劑 10 d 有些洗髮精含有蛋白質之類物質 如數據中的異亮基酸 他們本身並沒有清洗效 果 不過 因為我們頭髮是蛋白質 因此含有蛋白質之類的物質只是能將頭髮的 損害部份將它補起來 使頭髮不會有分叉 二 有機物質 汽油 去漬油 丙酮 酒精 選用原因 機油也屬於有機物質 因此利用同樣為有機物質的東西 來試試看是否可以溶解在 一起 以達到清洗的效果 成果 汽油使用後 機油高度 1 6cm 2 2cm 可使機油溶解於汽油之中 但與水會有分層 的介面產生 附 1 4 去漬油使用後 機油高度 1 6cm 2 1cm 可使機油溶解於去漬油之中 但與水會有分 層的界面產生 附 1 7 丙酮使用後 機油高度 1 6cm 1 4cm 效果不明顯 附 1 8 酒精 機油高度 1 6cm 1 6cm 無效 附 1 6 分析 由此可見汽油 去漬油是去除機油比較好 比較有用的有機物 探討 為什麼去漬油與汽油的去漬效果比較好 同樣是有機物質 為什麼效果有差別 解答 a 有機化合物中 汽油 去漬油 機油 丙酮 乙醇皆可由石油中裂解 分餾而 得到 他們皆屬於同一種類的物質 但是有些物質經多次裂解反應 因此對 於機油除汙效果有限 石油化學產物關係圖如下 丙烯 裂 解 丙酮 汽油 裂 解 乙烯 裂 解 乙醇 石油分餾 去漬油 機油 由上圖可知 丙酮 乙醇乃是汽油再次裂解的成品 與去漬油 廢機油是分屬 不同層面的產物 因此去汙效果有限 b 而汽油 去漬油 廢機油只是沸點不同而分餾出來的混合物 因此皆屬於同 一種物質 所以他們可以溶合在一起 三 物理化學方法 磷酸鈉 醋酸 碳酸鈣 硫粉 食鹽 可樂 炭粉 選用原因 a 化學變化 使機油起化學變化 來試看看是否可以促使機油的性質產生變化 而達到清洗效果 b 物理變化 因為機油有粘性 因此利用我們固態物質 使機油附著在固態物 質上 來試看看是否能因此使油產生沈澱 而產生清洗的效果 C 其他 曾經看過報導說磷酸鹽類有良好的清洗效果 因此選用磷酸鈉 可樂 含磷酸鹽 來試看看清洗的效果如何 結果 醋酸使用後 機油高度 1 6cm 1 5cm 效果不明顯 附 1 10 可樂使用後 機油高度 1 6cm 1 1cm 部分機油溶於水中 附 1 15 磷酸鈉使用後 機油高度 1 6cm 1 1cm 部分沈澱 附 1 9 碳酸鈣使用後 機油高度 1 6cm 0 8cm 部分沈澱 部分溶於水 附 1 11 11 硫粉使用後 機油高度 1 6cm 與水混合形成混濁狀 附 1 12 鐵粉使用後 機油高度 1 6cm 1 2cm 部分沈澱 附 1 13 食鹽使用後 機油高度 1 6cm 1 2cm 部分沈澱 附 1 14 炭粉使用後 機油高度 1 6cm 形成黑色混濁狀 附 1 16 分析 a 由此可見固態顆粒物質可有效的使部分機油沈澱 b 以醋酸與可樂來比較 含有磷酸鹽類的可有效的去除機油 達到清洗的效果 探討 1 固態物質為何可以有效的除去機油 解答 顆粒物質大多不溶於機油之中 但是於機油有黏度 因此機油分子會吸附在顆 粒上而使顆粒變重因此產生沈澱 由於機油吸附在顆粒上面 因此顆粒無法 溶於水因此產生沈澱物質 進而達到去除油污的效果 2 磷酸鹽類的物質為什麼有比較好的除汙效果 解答 以前的洗衣粉大多含磷 也就是含有磷酸鹽類 而現在的洗衣粉大多標示不含磷 成份 而磷酸鹽的功效為何呢 磷酸鹽是清潔劑中的助洗劑 也就是可幫助洗滌的效果 最主要的原因是它可以 減少污垢再次附著在物體上 而且不受硬水的影響 它可以軟化硬水 增加洗 滌的效果 硬水 水中含有鎂離子 鈣離子就稱為硬水 清潔劑大多在硬水 中的洗滌效果比較差 B 去除動物性油 豬油 的結果 一 界面活性物質 洗髮精 洗衣精 洗碗精 肥皂水 選用原因 實驗看看是否能利用介面活性物質使豬油溶於水中 而達到清洗的效果 結果 洗衣精使用後 豬油高度由 1 1cm 1 5cm 全部溶於水成混濁狀 附 2 2 洗碗精使用後 豬油高度由 1 1cm 1 5cm 全部溶於水成混濁狀 附 2 3 肥皂水使用後 豬油高度由 1 1cm 0 8cm 部分溶解於肥皂水中 附 2 5 洗髮精使用後 豬油高度由 1 1cm 1 8cm 全部溶於洗髮精成混濁狀 附 2 1 分析 上述可使豬油與水混合在一起 除了肥皂只能部分溶解 探討 清潔劑中的界面活性劑及溶劑皆能有效地將豬油溶於水中 而且有洗滌效果 而肥皂也是如此 不過比起石油化學製品的清潔劑 肥皂的洗滌效果差多了 二 有機物質 汽油 去漬油 丙酮 酒精 選用原因 利用有機物質的東西 來試試看是否可以使豬油溶解在一起 而達到清洗的效果 成果 汽油使用後 豬油高度 1 1cm 1 8cm 可使豬油在汽油溶解 與水會有分層的介面 產生 附 2 4 去漬油使用後 豬油高度 1 1cm 2 0cm 可使豬油溶解在去漬油中 與水會有分層的介 面產生 附 2 7 丙酮使用後 豬油高度 1 1cm 1 4cm 效果不明顯 附 2 8 酒精使用後 豬油高度 1 1cm 1 1cm 無效 附 2 6 12 分析 由此可見汽油 去漬油可以有效的使豬油溶解 而丙酮也可以 但效果比較不好 探討 1 豬油特性為何 解答 含有飽和脂肪酸及部分不飽和脂肪酸 皆很容易與外界物質形成化學反應 而 破壞原有成份 尤其是不飽和脂肪酸更容易氧化 所以如果油放久了 也會產生氧化 老化的現象 2 為什麼豬油會被有機物質溶解 解答 因為豬油本質含有不飽和脂肪酸 很容易與外界反應 也因此有機物質能 夠很容易與豬油反應 而破壞豬油的成份 三 物理化學方法 磷酸鈉 醋酸 碳酸鈣 硫粉 食鹽 可樂 炭粉 選用原因 a 化學變化 使豬油起化學變化 來試看看是否可以促使豬油的性質產生變 化而達到清洗效果 b 物理變化 因為豬油有粘性 因此利用我們固態物質 使豬油附著在固態 物質上 來試看看是否能因此使油產生沈澱 而產生清洗的效 果 C 其他 曾經看過報導說磷酸鹽類有良好的清洗效果 因此選用磷酸鈉 可樂 磷酸 來試看看清洗的效果如何 結果 醋酸使用後 豬油高度 1 1cm 1 0cm 效果不明顯 附 2 10 可樂使用後 豬油高度 1 1cm 1 6cm 部分豬油溶於可樂中 附 2 15 磷酸鈉使用後 豬油高度 1 1cm 部分溶解於磷酸鈉之中 附 2 9 碳酸鈣使用後 豬油高度 1 1cm 1 0cm 部分沈澱 部分溶於水 附 2 11 硫粉使用後 豬油高度 1 1cm 與水混合形成混濁狀 附 2 12 鐵粉使用後 豬油高度 1 1cm 全部沈澱 附 2 13 鹽使用後 豬油高度 1 1cm 食鹽產生沈澱 附 2 14 炭粉使用後 豬油高度 1 1cm 形成黑色混濁狀 附 2 16 分析 由此可見 我們可用大部分的物質使豬油溶解 除了醋酸 碳酸鈣看不出效果 探討 為什麼醋酸 碳酸鈣的清洗效果不佳 解答 醋酸為弱酸 而碳酸鈣為弱鹼 但對豬油發揮不了多大的效果 由此可見豬 油不太受酸鹼的影響 而破壞豬油原有的成份 C 利用磁鐵吸引鐵粉的性質 去除羽毛上的油污之可能性 1 我們利用鐵粉會被磁鐵吸引的特性 試著將沾了油污的羽毛沾上鐵粉然後磁鐵吸引來 測試去汙的能力是否良好 過程見圖一 二 三 結果我們由以上的圖片來觀察 可 以發現利用鐵粉的磁性來去汙的效果非常好 見圖四及圖五 而且不會傷害鳥類 因 此如果要以顆粒物質來去汙 我們建議用鐵粉去汙可以達到不錯的效果 柒 結論 2 由羽毛附著油污 然後使用各種物質來清除油污的效果