水中的氮氧化物是造成水體優養化的重要因素之一，而台灣自來水水質不佳的問題，絕大部分也都是起因於水源遭受氨氮污染。本研究以二氧化錳為催化劑來降解水中氨氮濃度。研究中的控制因子包括：基礎試驗、最適反應條件試驗、反應動力學，並以實際環境水樣進行催化效果測試，而後再與現今流行之二氧化鈦光觸媒比較。
研究結果顯示：(一)水中含2 %二氧化錳時，紫外光及無光線照射下，水中氨氮的去除率分別31.80 %、22.21 %；(二)在紫外光下，二氧化錳並不會因pH值不同而影響催化效果；(三)水中的矽酸鹽具有加成催化之效果，而硫酸鹽、磷酸鹽和硝酸鹽則會抑制催化反應；(四)二氧化錳在海水中仍具有光催化的效果，但是去除效率會隨著鹽度的增加而遞減。(五)水溫增加，有助於此催化反應之去除效果；(六)二氧化錳對於處理愛河河水確實具有催化效果，氨氮去除率最高可達89.50 %；(七)生物試驗中，二氧化錳可有效降解水中氨氮含量，進而提高幼蝦的活存率；(八)與二氧化鈦比較，二氧化錳具有較低花費、無光線下仍可使用及海水、淡水均具催化效果等二氧化鈦所不具備之優點，因此二氧化錳確實相當具有研究發展的潛力。
本研究未來將對二氧化錳催化降解水中氨氮之反應動力學加以更深入的探討，以及研究如何設計適合水體使用之觸媒反應器，使其真正運用於環境污染之整治上。另一方面，研發各種含二氧化錳觸媒之相關產品，如觸媒噴劑、觸媒塗料、燈管、空氣清淨機、觸媒風扇…等物品，可使二氧化錳繼二氧化鈦之後，而成為光觸媒產品的明日之星。

Nitrogen oxide in water was a critical factor of eutrophication. The poor tap-water quality in Taiwan was the result of ammonia nitrogen pollution. This research used manganese dioxide as the catalyst to degrade ammonia nitrogen content in water. Controlled factors in our experiment include basic test, optimal reaction condition test, and kinetics. Real water sample was drawn from the Love River for catalysis effect test. Results were then compared with the popularly used titanium dioxide.
Significant findings in this research include: 1) when the manganese dioxide content in water was 2%, the ammonia nitrogen removal rates were 31.80% under UV irradiation, and 22.21 % without light interference; 2) under UV irradiation, manganese dioxide would not affect the catalysis effect due to pH changes; 3) silicate in the water had catalysis effect, while sulfate, phosphate, and nitrate had inhibition effect; 4) manganese dioxide had catalysis effect in seawater, yet the removal rate would decrease as the salt content increases; 5) the rise of water temperature would enhance the ammonia nitrogen removal rate; 6) manganese dioxide had catalysis effect on the treatment of the Love River water, and the ammonia nitrogen removal rate reached 89.50 %; 7) in the biological test, manganese dioxide could effectively degrade the ammonia nitrogen content in water, and improve the survival rate of larval shrimp; 8) comparing to titanium dioxide, manganese dioxide had advantages of low cost, with catalysis effect in both seawater and fresh water under no light condition. As a result, manganese dioxide has significant future application potentials.
In the future, this research will conduct in-depth study on kinetics of degradability of manganese dioxide catalysis on ammonia nitrogen, and to design suitable catalytic reactor for water treatment. Moreover, it is of value to broadly research manganese dioxide related catalytic products, such as catalytic spray, catalytic paint, fluorescent tube, air filter, and catalytic fan...etc.

摘要

第一章 前言 1-1
1-1 研究緣起 1-1
1-2 研究目的 1-2
1-3 研究內容 1-2

第二章 文獻回顧 2-1
2-1 催化 2-1
2-1.1 原理 2-1
2-1.2 分類 2-5
2-1.3 催化反應動力學 2-7
2-2 二氧化錳 2-14
2-2.1 來源 2-14
2-2.2 性質 2-14
2-2.3 用途 2-15
2-2.4二氧化錳之催化反應 2-16
2-3 光化學反應 2-18
2-4 水中的氨氮 2-21
2-4.1氮循環 2-21
2-4.2 水中氨氮來源 2-23
2-4.3 水中氨氮的型態 2-24
2-4.4 氨氮的危害 2-25
2-4.5 氨氮的去除方式 2-26

第三章 材料與方法 3-1
3-1 實驗藥品與器材 3-1
3-1.1實驗藥品 3-1
3-1.2 實驗器材 3-2
3-1.3 生物試驗用光催化劑反應器 3-3
3-2 實驗步驟及流程 3-6
3-2.1 基礎試驗 3-6
3-2.1.1 二氧化錳之催化氨氮之可行性試驗 3-6
3-2.1.2 不同二氧化錳用量試驗 3-7
3-2.1.3 不同催化光源試驗 3-7
3-2.2 最適反應條件試驗 3-7
3-2.2.1 pH值 3-7
3-2.2.2 陰離子 3-8
3-2.2.3 鹽度 3-8
3-2.2.4 溫度 3-9
3-2.3 反應動力學 3-9
3-2.4 實際樣品試驗 3-10
3-2.4.1環境水樣試驗 3-10
3-2.4.2 生物試驗 3-10
3-2.5 與二氧化鈦比較 3-11

第四章 結果與討論 4-1
4-1 基礎試驗 4-1
4-1.1 二氧化錳之催化氨氮之可行性試驗 4-1
4-1.2 不同二氧化錳用量試驗 4-2
4-1.3 不同催化光源試驗 4-3
4-2 最適反應條件試驗 4-9
4-2.1 pH值 4-9
4-2.2 陰離子 4-10
4-2.3 鹽度 4-11
4-2.4 溫度 4-12
4-3 反應動力學 4-22
4-3.1 反應速率 4-22
4-3.2 反應級數 4-23
4-3.3 反應機制 4-23
4-4 實際樣品試驗 4-27
4-4.1環境水樣試驗 4-27
4-4.2 生物試驗 4-30
4-5 與二氧化鈦比較 4-35

第五章 結論 5-1

參考資料

附件一 水中氨氮的檢測方法 附件-1
附件二 水中硝酸鹽/亞硝酸鹽的檢測方法 附件-8

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