以微波強化高級氧化處理異丙醇廢水

Abstract

"異丙醇(Isopropyl alcohol, IPA)為半導體製程廠廢水中廣泛常見的污染物，因此本研究利用微波強化高級氧化處理(Microwave-enhanced advanced oxidation processes, MW-enhanced AOPs)並結合過氧化氫(H2O2)，比較在微波催化劑對異丙醇降解效率的影響。在 MW/H2O2 系統中反應90 分鐘內可將IPA完全降解，相較之下，單獨使用微波照射、單獨使用H2O2氧化，或以加熱(Thermal, TH)合併H2O2的系統，其去除IPA的效率分別為4.8%、6.1%和68.2%。IPA降解動力學在MW/H2O2和TH/H2O2系統中遵循擬一階動力反應，而其他系統為擬零階動力反應。在特定H2O2劑量下，降解效率隨著H2O2劑量增加而上升，過量的過氧化氫會捕捉氫氧自由基 而抑制IPA的氧化。MW/H2O2系統降解IPA的中間產物包含丙酮與短鏈有機酸等分別進行定性與定量分析，並以總有機碳的質量平衡來進行確認降解途徑。 對於此微波異相催化氧化系統，H2O2和活性碳(AC)的角色分別為氧化劑和微波吸收劑。本研究另外對於操作參數(過氧化氫濃度-[H2O2]、IPA初始濃度-[IPA]i、催化劑量- AC dosage)對 IPA 礦化的影響以Design-Expert® software version 12設計最佳化操作並以反應曲面方法論（Response surface methodology, RSM）進行優化。本研究所獲得最佳設計條件為：[H2O2] = 0.132 M, 活性碳劑量 = 108 - 123 g/L, [IPA]i = 36.82 - 100 mM, 照射時間= 4 min和照射溫度= 80°C，結果顯示活性碳劑量和初始 IPA濃度為主要去除IPA的影響因子。反應變化曲線中回歸線的R2 = 0.9948 和調整後的R2 = 0.9902顯示模式符合二次式適配。以MW/AC/H2O2組合反應系統相較於其他組合系統去除IPA效率最高和最快。最後，本研究針對高濃度IPA污水設計一上流式連續流微波催化反應器。"