鈦酸鍶觸媒於光催化水分解之探討與其在雙胞反應器之應用

Abstract

本研究旨在探討Rh-CrOx核殼結構共觸媒負載於鋁摻雜鈦酸鍶觸媒之光催化水分解表現。並透過與異丙醇降解反應搭配，於特殊設計雙胞反應器實現光催化降解異丙醇廢水並同步水分解產生氫氣。隨著全球暖化與氣候變遷，綠色能源與水資源的需求與日俱增。氫氣作為再生能源，除了具有高能量儲存密度，同時於燃燒後不產生溫室氣體與廢棄物;臺灣的半導體業消耗大量的工業用水，其中異丙醇作為半導體業之清洗用水成分可透過光催化氧化反應移除，有助於水資源的重複利用，為解決台灣近年水資源不穩定的方法之一。 在產氫光觸媒是透過熔鹽法機制合成具高結晶性之鋁摻雜鈦酸鍶光觸媒。其產氫活性於5小時模擬太陽光源照射之純水分解下已可得約1200 μmole/g之高氫氣產量。隨後透過I-的引入進行選擇性水分解，將氫氣產量再次提升9.8%，也同時避免因水分解氧氣的生成造成逆反應的發生。在光催化降解異丙醇是選擇使用白金負載氧化鎢，並用於降解目標濃度為100 ppm之異丙醇廢水。於觸媒鑑定方面，XRD、UV-vis、SEM、TEM、BET與XPS等儀器皆被使用於觸媒之性質探討與對活性測試結果之闡釋。 本研究之雙胞反應器使用上述兩種光觸媒與I-/IO3-作為電子傳遞媒介，搭配Neosepta陰離子交換膜。於反應參數測試與調整後，確立於產氫端與降解端分別使用pH=12與pH=10進行Z-scheme系統。結果顯示於五小時模擬太陽光照射條件下，氫氣產量與降解端之異丙醇降解率分別達到1102 μmole/g與10.1 %的高活性。本研究亦透過之I-/IO3-的反應與擴散速率評估雙胞反應器內之反應動力學，並確立光催化反應為本系統之速率決定步驟。最後亦透過光量子效率計算得產氫端與降解端分別達到0.102 %與0.123 %的高光量子效率。