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TiO2-PVDF複合薄膜光觸媒之製備與光催化活性研究

為了解決崔宇植ig的問題，作者黃裕琦 這樣論述：

本研究應用浸漬-沈澱法(immersion precipitation method)，製備複合聚偏二氟乙烯之二氧化鈦(TiO2-PVDF)光觸媒薄膜二氧化鈦及聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride, PVDF)。由於PVDF具有可塑性高、機械性阻抗低、可撓性高等特性，故可依照需求選擇不同厚度的薄膜，裁切成各種大小及形狀。同時，PVDF也具有良好的耐化學腐蝕性、耐高溫性、耐氧化性、耐候性、耐輻射等優點。另外，除了光觸媒本身外，若可摻雜不同比例之奈米碳材料(如：奈米碳管(Carbon nanotubes, CNTs)及石墨烯(Graphene, GR))，可提昇光觸媒

的活性。本研究製備摻雜奈米碳材料之TiO2-PVDF複合薄膜光觸媒，並利用特定關切污染物分解速率之檢測，藉以確認所製備膜光觸媒的光催化。本研究以磺胺嘧啶(sulfadiazine, SDZ)為目標污染物，以其分解速率作為本研究所製備光觸媒薄膜之活性指標。SDZ為一種泛用的抗生素，廣泛應用於疾病治療、細菌、原生動物感染等，但也因此在環境水體中常可發現SDZ的身影。SDZ已被列為“新興污染物(emerging pollutants)”，對於環境生態與人體健康有潛在的危害性。本研究以製備的TiO2-PVDF複合薄膜光觸媒，在批次式光催化分解反應器中，分別於近紫外光(UV, λ= 365 nm)與可見

光藍光(LED, λ= 470 nm)等光源下，進行SDZ的光催化分解測試。水中SDZ濃度的測定，則採用HPLC/UV定量之；另外，基於單純TiO2的電子-電洞對再結合速率較快，導致量子效率不高，本研究藉由摻雜以奈米碳材料來進行觸媒改質，以二氧化鈦與聚偏二氟乙烯為主體之光觸媒及摻雜石墨烯或奈米碳管之系列光觸媒(TiO2-PVDF、TP-G、TP-C)，並分別在不同酸鹼度環境條件下(pH= 3、7、11)，進行SDZ之催化分解實驗；最後，本研究除了進行污染物的分解實驗外，同時也藉由SEM、XRD等精密儀器，測定光觸媒表面形貌、成份、晶相等性質，藉以探討光觸媒物化特性與污染物分解速率之間相關性。研

究結果顯示：本實驗驗證所製備的多孔性 (TiO2-PVDF、TP-G、TP-C) 複合薄膜光觸媒，對SDZ具有不錯的催化分解效果；在近紫外光及可見光下，水中SDZ光催化分解反應，皆呈“一階”反應動力關係；在所製備之 TiO2-PVDF 試片與 TP-G、TP-C 系列試片中，在不同 pH環境，兩種光源 UV 及 LED 光下，均以摻雜 2.0% 石墨烯之二氧化鈦光觸媒在 pH= 3 具有較高的光催化活性 (kUV= 0.354 hr-1、kLED= 0.042 hr-1)，其次則為摻雜 2.0% 奈米碳管之觸媒在 pH= 3 下 (kUV= 0.348 hr-1、kLED= 0.040 hr-

1)，最慢則為 TiO2-PVDF在 pH= 11 時 (kUV= 0.252 hr-1、kLED= 0.018 hr-1)。在酸性 (pH= 3) 環境中，對於SDZ具有較高的催化分解活性；另外，當摻雜奈米碳管或石墨烯等奈米材於光觸媒薄膜，不僅可增加原TiO2的活性，同時促進污染物在可見光光源下，進行分解反應。