零价铁比表面积结果零价铁制备方法BET比表面积m朝阳科技大学PPT课件

-,1,利用超臨界流體搭配CMC分散劑製備奈米零價鐵及複合雙金屬降解水中六價鉻之研究,指導教授：1劉敏信博士簡報者：2湯世亨,中華民國101年5月8日,1朝陽科技大學環境工程與管理系副教授2朝陽科技大學環境工程與管理系研究生,-,2,簡報大綱,前言文獻回顧材料與方法實驗設備與方法結果與討論結論未來工作,-,3,前言研究緣起(1/2),鉻是一種在工業上極為常見的原料，舉凡電鍍、鞣革、油漆、石油冶煉、染料、製藥等工業都會產生含鉻之廢水，故在這些工廠附近的廢水及地下水中，鉻是常見的污染物。價屬包括鐵、鎳、鋅等因具有強還原能，已被廣泛應用於整治，其中又以價鐵最被廣泛應用。,-,4,前言研究緣起(2/2),超臨界流體具有高度的萃取能力、低表面張力、低污染、高傳達、高擴散性的特性，近年來常用於食品成分萃取、中藥萃取、廢棄物處理及奈米材料之製備。,-,5,前言研究目的,本研究首先探討市售零價鐵降解水中Cr6+，控制主要參數(pH、濃度、時間、鐵粉添加量等)對Cr6+降解之影響。利用濕式合成法及超臨界合成法製備奈米級零價鐵搭配上述參數降解水中Cr6+。添加不同劑量CMC分散劑(1%、5%、15%、30%)於兩種合成法中。,-,6,-,7,-,8,文獻回顧六價鉻,在自然然界中，鉻以許多不同種之氧化態存在於不同化合物中，包含Cr(II)、Cr(III)、Cr(IV)、Cr(V)、Cr(VI)，但在這些氧化態中以六價和三價最為常見。食入大量鉻時會導致胃潰瘍、抽筋、腎臟和肝臟的疾病，甚至會導致死亡。如果吸入高劑量的六價鉻時，將會導致鼻子、肺、胃、腸等部位的傷害和發炎。(Langard,1980),-,9,文獻回顧超臨界流體,純物質通常具有眾所皆知的固、液、氣三相，在一個大氣壓力下，沸點以下的流體稱為液體，沸點以上稱為氣體，如圖物質之三相圖所示。(Canselletal.,2003),物質之三相圖,-,10,文獻回顧超臨界流體,超臨界流體應用在工業上，以下4種超臨界流體來製備超微細粒子的流程：超界溶液快速擴散程序(RapidExpansionofSupercriticalSolutionProcess,RESS)氣相飽合溶液結晶程序(ParticlesfromGasSaturatedSolutionProcess,PGSS)超界抗溶劑程序(SupercriticalAntiSolventProcess,SAS)(Marr&Gamse,2000),-,11,文獻回顧超臨界流體-GAS,超臨界抗溶劑程序(SupercriticalAnti-Solvent,SAS)(Marr&Gamse,2000),-,12,文獻回顧超臨界流體,用超臨界-抗溶劑(SAS)法製得之微red177顆為球形，平均徑最小可至46nm；green36顆為球形，平均徑最小可至40nm。(吳弦聰，2006)超臨界-抗溶劑(SAS)程序，製備出奈米二氧化鈦，並且以適當的條件：66,317bar反應8小時，製備出1nm的非結晶態二氧化鈦。(吳建儀，2002),-,13,文獻回顧分散劑,CMC、PAA、Sodiumalginate及PSS表面修飾劑有穩定分散零價鐵顆粒效果，使合成零價鐵顆粒粒徑分別達到奈米級尺寸6.3、5、6及20.8nm。(張文奇，2010)採用410-6MCMC1.2610-3%PAA混合表面修飾劑可使零價鐵顆粒數量比平均粒徑達16.1nm。(張文奇，2010),-,14,文獻回顧零價鐵,研究結果顯示當六價鉻中含有氯離子和硫酸根時能增加市售鐵粉對六價鉻的去除效果。(駱等人，2004)用價鐵強大的還原能，處受重屬污染之酸礦廢水，實驗結果顯示在酸性環境下價鐵能有效的去除重屬。(ShokeandMoller,1999),-,15,文獻回顧複合金屬,利用3g/L新合成及一年貯存之Nano-Fe0/Ni0粒子可以讓150mg/LAzo染料在10分鐘內分解完畢。(Bokare,2007)Nano-Fe0/Ni0對五氯酚（PCP）之去氯還原效果比Nano-Fe0及micro-Fe好得多，其反應速常比起Nano-Fe0約高出30%。(賴等人，2005),-,16,材料與方法CMC,別名：乙酸鈉纖維素(Sodiumcelluloseglycolate)、NaCMC、CMC、纖維膠(CelluloseGum)、INSNo.466、C.A.Snumber9004-32-4。純度：含羧甲基纖維素鈉99.5%以上(以乾重計)。外觀：白色或淡黃色，為幾乎沒臭味的易吸溼性顆粒，粉粒或細纖維狀。溶解度：可溶於而形成膠黏狀液，不溶於乙醇。(食品添加物規格標準),-,17,材料與方法濕式合成法,將1.6MNaBH4硼氫化鈉(98%,Aldrich)水溶液置入1.0MFeCl36H2O(98%,Aldrich)水溶液中形成還原反應成奈米零價鐵(需注意產生高溫)，製備後以氮氣收集保存。(Zhang,1997)2Fe(H2O)63+6BH4-+6H2O2Fe0+6B(OH)3+21H22Fe(Ni)(H2O)63+6BH4-+6H2O2Fe0(Ni0)(s)+6B(OH)3+21H2(g),-,18,材料與方法超臨界合成法,以FeCl36(H2O)及NaBH4水溶液配製，並以二氧化碳作為超臨界的流體，在特定壓力及溫度的超臨界狀態下，製備出零價鐵。並利用不同溫度及壓力(40,100bar)、(50,100bar)、(50,150bar)、(60,150bar)合成零價鐵。,-,19,實驗設備與方法濕式合成法,FeCl36H2O濃度1M體積20ml,NaBH4濃度2M體積20ml,轉速200rpm,-,20,實驗設備與方法濕式合成法添加CMC,-,21,實驗設備與方法濕式合成法添加CMC,-,22,實驗設備與方法超臨界合成法,CO2,FeCl36H2O濃度1M,NaBH4濃度2M,-,23,實驗設備與方法,本研究是利用化學還原法降解水中Cr(VI)，即是藉由電子轉移及氧化還原作用。反應式如下。Cr2O72-+2Fe0+14H+2Cr3+2Fe3+7H2OFe0+2H+Fe2+H26Fe2+Cr2O72-+14H+2Cr3+6Fe3+7H2O,-,24,實驗設備與方法,水中Cr6+檢測方法是利用環檢所公告之方法-水中Cr6+檢測方法比色法(NIEAW320.52A)。利用貴重儀器中心之場發射掃描式電子顯微鏡分析零價鐵粒徑。利用比表面積測定儀(BET)分析零價鐵表面積。,-,25,結果與討論比表面積(1/2),零價鐵比表面積結果,-,26,結果與討論比表面積(2/2),添加CMC分散劑零價鐵之製備方法及其比表面積結果,-,27,結果與討論市售鐵粉(1/8),添加NaCl對Cr6+降解效率影響結果,Cr6+(10mg/L)，水樣體積100mL，添加鐵粉0.8g，(NaCl:0.5M),-,28,結果與討論市售鐵粉(2/8),Cr6+(10mg/L)，水樣體積50mL，反應時間30min，添加鐵粉0.4g,不同HCl及H2SO4莫爾濃度對Cr6+降解率之結果,-,29,結果與討論市售鐵粉(3/8),Cr6+(10mg/L)，水樣體積50mL，反應時間30min，添加鐵粉0.4g,不同HCl莫爾濃度對Cr6+降解率之影響,-,30,結果與討論市售鐵粉(4/8),Cr6+(100mg/L)，pH:3，添加鐵粉0.2g，時間:30分鐘,不同水樣體積對Cr6+降解率之影響,-,31,結果與討論市售鐵粉(5/8),Cr6+(100mg/L)，pH:3，添加鐵粉0.2g，時間:30分鐘,不同水樣體積對Cr6+去除量之結果,-,32,結果與討論市售鐵粉(6/8),不同Cr6+濃度，水樣體積50mL，pH3，添加鐵粉0.2g，反應時間30min,不同Cr6+濃度之反應效率圖,-,33,結果與討論市售鐵粉(7/8),不同Cr6+濃度，水樣體積50mL，pH3，添加鐵粉0.2g，反應時間30min,不同Cr6+濃度之去除量結果,-,34,結果與討論市售鐵粉(8/8),Cr6+(100mg/L)，水樣體積100mL，pH3,不同鐵粉添加量對Cr6+降解率之變化,-,35,結果與討論濕式合成法自製鐵粉,Cr6+(100mg/L)，水樣體積(100ml)，pH3,不同鐵粉添加量對Cr6+降解率之影響結果,-,36,結果與討論濕式合成法添加CMC自製鐵粉,Cr6+(100mg/L)，水樣體積(100ml)，pH3，鐵粉0.05g,添加不同百分比CMC對Cr6+降解率之影響結果,-,37,結果與討論濕式合成法添加CMC自製鐵粉,Cr6+(100mg/L)，水樣體積(100ml)，pH3，鐵粉0.05g,添加不同百分比CMC對Cr6+降解率之影響結果,-,38,結果與討論超臨界合成法添加CMC自製鐵粉,Cr6+(100mg/L)，水樣體積(100ml)，pH3，鐵粉0.05g,不同溫度及壓力對Cr6+降解率之影響結果,-,39,結果與討論超臨界合成法添加CMC自製鐵粉,Cr6+(100mg/L)，水樣體積(100ml)，pH3，鐵粉0.05g,不同溫度及壓力對Cr6+降解率之影響結果,-,40,結果與討論濕式合成法自製鐵鎳複合雙金屬,不同時機添加1%CMC對Cr6+降解率之影響結果,Cr6+(100mg/L)，水樣體積(100ml)，pH3，Fe/Ni0.05g,-,41,結果與討論SEM(1/2),合成前添加CMC1%圖,合成前添加CMC30%圖,合成後添加CMC1%圖,合成後添加CMC30%圖,-,42,結果與討論SEM(2/2),合成前添加CMC1%圖,超臨界合成法50,100bar,合成後添加CMC1%圖,-,43,結論(1/2),本實驗利用濕式沉澱法合成之值為39.9m2/g與文獻中所測得之值33.5m2/g大致相同，而超臨界流體法合成產物44.9m2/g則明顯大於濕式沉澱合成法所測得之值。分散劑運用於兩種合成法中有效的將比表面積提升57倍，有利於還原地下水中六價鉻。濕式沉澱合成法合成後添加不同濃度之CMC分散劑以30%濃度，對六價鉻還原效果較佳。,-,44,結論(2/2),超臨界流體合成法，合成過程中控制參數都高於CO2的超臨界點，所以對本實驗合成所產生的粒子較為平