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微奈米桿狀分子篩之光電特性及光熱催化效率研究

為了解決uvled燈的問題，作者黎龑 這樣論述：

本研究主要為製備低溫型微奈米桿狀材料，於中低溫環境下之熱電子電流增進效益，主要目的係藉由奈米桿狀材料表面植入金屬離子，測試其熱光電電池電流電壓特性、氣狀污染物氧化催化/重組效能及選擇率提升等效益。進行相關性指標建立、系統程序與實用化設計。期望可以獲得奈米觸媒材料的技術突破。研究成果包含完成植入鉀離子之八面體錳礦材料(K-OMS-2)、製備中孔洞分子篩(SBA-15)光電化學太陽能電池(SPECSC)及中孔洞分子篩摻入錳礦及鉀錳礦八面體材料(OMS-2、K-OMS-2)之光電化學太陽能電池(SOPECSC、SKOPECSC)後進行微奈米桿狀材料的特性分析、光電測試及產電特性分析。另製備 K-O

MS-2/ Al2O3 觸媒以熱光催化降解連續流之工業 VOC 污染物甲苯，進行光降解效率分析。同時利用熱光催化反應系統在不同的空間流速、光源、鍛燒溫度及加熱溫度條件下，進行 VOCs 降解反應測試及操作參數比較。研究結果顯示， TEM-EDS 測量譜線驗證 K-OMS-2 確實有披覆 K。由 SE M 及T EM 可 知 SBA-15 排列方式為條列狀排列，並出現明顯細毛現象；OMS-2 及 K-OMS-2的特徵為奈米桿狀形態。經 XRD 繞射圖譜可知 SBA-15 為中孔材料，而 OMS-2 及K-OMS-2 顯示之晶像與鉀錳礦合成材料 K1.49(NH4)0.51Mn2(SO4)3 相同

，可知本研究合成之材料確實為鉀錳礦晶體。 XPS圖譜顯示SBA-15存在Si與 O峰值，K-OMS-2 及OMS-2之 S、C、N、O、Mn、K 之峰值，與元素分析可相互對照。 SBA-15 之峰值約出現在540 及 110 ev，兩峰是來自於 SiO2之貢獻。K-OMS-2 及 OMS-2 之 Mn2p 光譜顯示兩峰，分別為 Mn3+及 Mn4+。由 FT-IR 圖譜可得知 SBA-15 存在 Primary aliphatic alcohols(R-CH2-OH) 官能基雙鍵鍵結；OMS-2 有高嶺土/鋁矽酸鹽鍵結及-OH 鍵結；添加 K 之鉀錳礦材料會產生對位取代芳烴官能基。微奈米桿狀材

料於不同光源下之開路電壓特性分析結果顯示，SPECSC 添加K-OMS-2 後，在 WLED 及 UVL 燈源下對 Voc產值增加皆有幫助，但添加 OMS-2 後之SOPECSC，不論在 WLED、UVLED 及 UVL 光下，產值相對減少，由結果可知添加K-OMS-2 於 SPECSC 中較 OMS-2 增加 Voc 產值。由 TEM 分析可知，K-OMS-2 纖維的帄均長度大於 OMS-2，其纖維連續性較高，此因素可能為 K-OMS-2 光化學太陽能電池較 OMS-2 光化學太陽能電池光產電效果較佳之因素。由微奈米桿狀材料開路電壓閉路電流分析可知，SPECSC、SOPECSC 及 SKOP

ECSC 於不同光源下之 Isc皆為 SPECSC 產值最佳，於 WLED、UVLED、UV 光源下分別達到 0.10、0.09 及 0.12 µA/g。而 SOPECSC則為 0.02、0.03 及 0.03 µA/g。SKOPECSC 則皆為 0.03 µA/g。其中光化學太陽能電池於不同光源下 Isc產值之標準差，皆不高於 0.01，由此可知不同光源對於 SPECSC、SOPECSC 及 SKOPECSC 之 Isc 影響並不顯著。由最大輸出功率分析可知，若將 UVLED及UV之提升至與WLED相同光照度下，可得知觸媒於UVLED燈源下產電效果較顯著，UVLED 燈源下為 SPECSC

(2.48μW/g) > SKOPECSC (1.10μW/g) > SOPECSC (0.77μW/g)，SPECSC 產電效果較為優異，而錳礦電池為 SKOPECSC> SOPECSC。K-OMS-2/ Al2O3 觸媒於不同空間流速下，甲苯去除率(η)依序為 633 > 1030 >2026hr-1。而 SV 在 633 hr-1 情況下，達到最佳之去除效率，維持於 87~94.02%之間。K-OMS-2/IIIAl2O3 觸媒於不同 LED 光源下其去除效率為 UVLED >WLED> BLED，最適化光源為UVLED，其帄均值為 93.86 %。最適化鍛燒溫度為 523 K，其去除率

帄均值為 95.56%，由此可知 K-OMS-2/ Al2O3 觸媒經鍛燒 523 K 後催化能力提升 1.7%。主要因此鍛燒溫度下其 UV 波段吸光值提升，推測因為吸光值增加進而造成觸媒催化能力上升。同時進行熱與光催化反應時，K-OMS-2/ Al2O3 觸媒最佳化熱源溫度為 873 K，CO2 礦化率達到 95%，同時 C7H8去除率亦達到 95.25%。較高的熱源溫度如 973 及 1073 K ，CO2 礦化率下降，可能於更高溫環境下 CO2 又被還原成 CO 及 C，造成 CO2轉化率降低。觸媒於不同光源下提升之溫度為 WLED>BLED>UVLED>未開光，分別是 309.27、3

08.23、306.31 及 297.61 K。可知單獨照光，光源對觸媒表面所造成的加熱效果影響差距不大，催化效益差別主因還是為光源波長之影響為主。若以 673K 前段加熱及後段UVLED 光照下，後段之觸媒溫度增加了 3.03K，與未前段加熱時之 WLED 光照受熱溫度 309.37 K 相近。而前段 873K 加熱時，後段觸媒溫度增加 6.91 K。綜合以上研究結果，歸納出本研究最適化之熱光催化條件為 SV = 633 hr-1、光源為 UVLED、 K-OMS-2/ Al2O3觸媒經 523K 鍛燒後於 873K 的前段熱源環境中進行熱光催化反應，可達到 CO2礦化率95%，同時 C7H

8 去除率達到 95.25%之熱光催化效果。