製備Electro-Fenton法之Au/TiO2奈米洞電極降解水中乙醯氨酚

Abstract

本實驗利用價格便宜、製程方便、化學穩定、無毒、且具有良好的光催化效果的二氧化鈦半導體進行電極的製備，首先製備高表面積二氧化鈦電極，並以二氧化鈦本身良好的光催化能力進行光沉積，使金顆粒附著於二氧化鈦電極表面，希望能取代原本昂貴的金電極，也希望藉由二氧化鈦高表面積的特性使反應效率提高。製備電極方面，將鈦板置入含水率3%且含氟離子的電解液中，以電化學的方法電壓60 V、時間0.5 h製備；通入電流的同時，氟離子便會於鈦表面鑽洞形成奈米鈦管，製備完成後去除上部奈米鈦管，則可得到底部直徑約100 nm規則排列之鈦奈米孔洞 (Titanium Nano Hole)，大幅提高鈦板表面積；再以500 oC高溫鍛燒2 h，使鈦奈米洞轉變為二氧化鈦奈米洞(Titanium Dioxide Nano Hole, nh-TiO2)，製備成的二氧化鈦奈米洞不僅擁有較高表面積，且為具備光催化能力的半導體；將二氧化鈦電極浸泡於含金離子濃度10-3 M之溶液中，照射300 nm紫外光180 s，以光沉積法製備成金/二氧化鈦奈米洞電極(Au/nh-TiO2)。 以此電極作為Electro-Fenton法的反應陰極，陽極放置白金板，反應面積陰極比陽極為4：1，並於酸性溶液中通入400 ml/min的氧氣及適當電流，來降解水中汙染物乙醯氨酚(Acetaminophen, APAP)，50 ppm乙醯氨酚可在3 h內被降解完全，反應常數kobs為0.028 min-1，反應較金及石墨電極反應來的佳；可知在Electro-Fenton法反應中Au/nh-TiO2電極產生過氧化氫的效率高於其餘電極，在與亞鐵離子反應後，才可分解出較多的氫氧自由基(OH•)來降解汙染物；而當Electro-Fenton法的降解條件，在反應電流45 mA、亞鐵離子10 ppm、反應溫度20 oC時，反應可縮短至2 h便降解完乙醯氨酚，其反應常數kobs為0.058 min-1。 本實驗製備高表面積Au/nh-TiO2電極，並以Electro-Fenton降解水中汙染物乙醯氨酚，不僅節省實驗成本，還能提高反應效率，更能達到淨化水質目的。