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系統識別號 U0002-1806201213002300
中文論文名稱 染料的化學結構與溶解度對其電化學氧化降解的影響
英文論文名稱 The effect of dye’s chemical structure and solubility on electrochemical oxidation for dye degradation
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 水資源及環境工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Water Resources and Environmental Engineering
學年度 100
學期 2
出版年 101
研究生中文姓名 鄧文俊
研究生英文姓名 Wen-Chun Teng
學號 699480785
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2012-05-30
論文頁數 108頁
口試委員 指導教授-陳俊成
委員-鄭耀文
委員-李奇旺
委員-陳俊成
中文關鍵字 電氧化  廢水  溶解度  化學結構  染料 
英文關鍵字 Electrochemical oxidation  Waster water  Solubility  Chemical Structure  Dye 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 研究主要是利用電化學氧化處理程序對染料進行降解的處理,並找出染料的溶解度及化學結構對其此程序的影響。找出此影響後,未來以電化學法處理染料廢水時,可以針對染料的溶解性及其化學結構找出最佳的處理方法。在本研究中,將以電化學氧化法對10種不同染料進行色度降解,染料溶解度不同且分為偶氮、雙偶氮、蒽醌三種化學結構。實驗方法包含對染料進行直接與間接電化氧化法來去除色度,本研究同時也會對一些特定染料進行COD的去除,進而解釋研究中所提及的理論,即為染料溶解度的影響會大於其化學結構的影響。本研究判斷電化學氧化程序降解染料的過程中,染料溶解度的影響會比化學結構所帶來的影響來得多。當比較不同化學結構對染料降解的影響時,偶氮染料的降解速度會比雙偶氮染料還要快,且蒽醌型染料是最難降解的染料。對高溶解度的染料來說無法觀察出化學結構對其降解的影響,因此,為了分辨出高溶解度染料的降解速度,會對不同化學結構的染料進行反應動力常數的比較,而這項比較結果得出與前述相同的順序,即偶氮染料比雙偶氮染料還要好處理,而蒽醌染料則依然是最難處理的染料。
英文摘要 The objective of this study is to find the effect of dye solubility and chemical structure on its degradation with electrochemical oxidation process. To find this effect can provide guideline for the choice of electrochemical process in the treatment of various dyes according to their solubility and chemical structure. In this study, the color degradation of ten dyes with various solubility and three different chemical structures, namely azo, disazo and anthraquinone were tested in electrochemical oxidation process. The tests include direct and indirect electrochemical oxidation for dye color degradation. Some COD degradation was also tested for specific dyes to explain the discrepancy in solubility dominant over chemical structure effect on dye degradation theory proposed in this study. This study concluded that the electrochemical oxidation process in the degradation of dyes is affected by its solubility more than by its chemical structure. When compared the degradation of dye with different chemical structure, the azo dye is degraded quicker than the disazo dye does, and the anthraquinone dye is the most difficult to be degraded. For those dyes with high solubility, there is no obvious difference in their degradation efficiency for all types of chemical structures. To discern the degradation variation for dyes with high solubility, the reaction kinematic constants for dyes with different chemical structures were compared. The comparison concludes that similar degradation efficiency sequence that the azo dye is quicker than disazo dye and then anthraquinone dye was found as before.
論文目次 目錄 I
圖目錄 IV
表目錄 VIII
第一章 前言 1
1-1 研究源起 1
1-2 研究動機 1
1-3 研究目的 2
1-4 研究內容 2
第二章 文獻回顧 4
2-1 染料性質 4
2-1-1 分散性染料的溶解行為 4
2-2 染料結構 4
2-2-1 染料官能基 6
2-3 染整廢水問題 8
2-3-1 傳統處理染料廢水方法 8
2-3-2 先進處理染整廢水方法 9
2-4 溶解度對染料廢水處理的影響 11
2-5 染料結構對染料廢水處理的影響 13
第三章 實驗研究方法 14
3-1 實驗藥品與材料、設備 14
3-1-1 實驗藥品 15
3-2 實驗步驟 31
3-2-1 前置作業 31
3-3 電化學氧化裂解實驗方法 32
3-3-1 直接電化學氧化實驗方法 33
3-3-2 間接電化學氧化實驗方法 36
3-3-3 間接電化學氧化反應動力實驗方法 39
第四章 結果與討論 42
4-1 實驗參數 45
4-1-1 通電時間與pH及ORP變化 46
4-1-2 通電時間與導電度及電流密度變化 49
4-1-3 通電時間與次氯酸根產生量 51
4-2 比較化學結構與溶解度對染料降解影響 54
4-2-1 相同化學結構不同水溶解度染料之降解比較 54
4-2-2 相同水溶解度不同化學結構染料之降解比較 57
4-3 反應期間色度變化觀察 61
4-4 以化學反應動力常數比較高水溶性不同化學結構染料降解 64
4-5 化學需氧量的降解試驗 70
4-6 相關研究比較分析 72
第五章 結論與建議 84
5-1 結論 84
5-2 建議 84
參考文獻 86
附錄 91

圖目錄
圖2-1 偶氮染料主體結構 5
圖2-2 蒽醌染料主體結構 5
圖3-1 Disperse Blue 79 Dye樣本 15
圖3-2 Disperse Blue 79 Dye化學結構 15
圖3-3 Disperse Red 60 Dye樣本 16
圖3-4 Disperse Red 60 Dye化學結構 16
圖3-5 Reactive Blue 19 Dye樣本 17
圖3-6 Reactive Blue 19 Dye化學結構 17
圖3-7 Reactive Yellow 17 Dye樣本 18
圖3-8 Reactive Yellow 17 Dye化學結構 18
圖3-9 Reactive Black 5 Dye樣本 19
圖3-10 Reactive Black 5 Dye化學結構 19
圖3-11 Direct Red 81 Dye樣本 20
圖3-12 Direct Red 81 Dye化學結構 20
圖3-13 Acid Red 266 Dye樣本 21
圖3-14 Acid Red 266 Dye化學結構 21
圖3-15 Acid Yellow 119 Dye樣本 22
圖3-16 Acid Yellow 119 Dye化學結構 22
圖3-17 Acid Blue 113 Dye樣本 23
圖3-18 Acid Blue 113 Dye化學結構 23
圖3-19 Acid Blue 40 Dye樣本 24
圖3-20 Acid Blue 40 Dye化學結構 24
圖3-21電解質:氯化鈉 25
圖3-22極板材料:鈦鍍上氧化釕極板(a)鈦極板(b) 26
圖3-23電化學壓克力反應槽 26
圖3-24電源供應器 27
圖3-25數位型萬用電錶 28
圖3-26氧化還原電位偵測計 28
圖3-27酸鹼度計 29
圖3-28導電度計 30
圖3-29分光光度計 30
圖3-30實驗步驟圖 31
圖3-31電氧化直接法流程示意圖 35
圖3-32電氧化間接法流程示意圖 38
圖3-33電氧化間接法反應動力實驗流程示意圖 41
圖 4-1 不同濃度有機染料DB-79之吸收光譜 43
圖 4-2 吸收值與有機染料DB-79濃度迴歸關係 44
圖 4-3 分光光度計吸收值與OCl-濃度迴歸關係 45
圖 4-4 不同電壓與通電時間之溶液pH變化 47
圖 4-5 不同電壓與通電時間之氧化還原電位變化 48
圖 4-6 不同電壓與通電時間之導電度變化 49
圖 4-7 不同電壓與通電時間之電流密度變化 51
圖 4-8 不同pH值Cl2/HOCl/OCl-存在百分比變化 52
圖 4-9 不同通電時間之OCl-氧化劑產生量 53
圖 4-10 相同化學結構(Aoz)對不同溶解度(難溶,易溶)染料色度去除率比較 55
圖 4-11 相同化學結構(Anthraquinone)對不同溶解度(難溶,易溶)染料色度去除率比較 57
圖 4-12 相同溶解度(難溶)對不同化學結構(Azo、Anthraquinone)染料色度去除率比較 59
圖 4-13 相同溶解度(易溶)對不同化學結構(Azo、Anthraquinone)染料色度去除率比較 61
圖 4-14 直接法處理有機染料AB-40分光光度計全波長掃描圖 63
圖 4-15 有機染料AB-40雙色度波峰比較 64
圖 4-16 電化學氧化裂解有機染料色度去除率比較 67
圖 4-17 Acid Blue 40與Reactive Blue 19化學需氧量去除率比較 71
圖 4-18 八種染料色度降解比較 73
圖 4-19 Basic Blue 3與Acid Green 25染料化學結構特性 75
圖 4-20 染料化學結構示意圖 77
圖 4-21 Reactive Orange 4化學結構 78
圖 4-22 萘之相似副產物結構 78
圖 4-23 Acid Orange 7(a)與Reactive Black 5(b)化學結構 80
圖 4-24 Acid Orange 7(a)與Reactive Black 5(b)色度去除率 81
圖 4-25 Acid Blue 120與Basic Brown 4染料化學結構式 82
圖 4-26 Acid Blue 120與Basic Brown 4染料剩餘濃度與COD比較 83

表目錄
表1-1 染料結構與溶解度 3
表2-2 染料常見官能基團 7
表3-1 有機染料名稱與基本性質 14
表3-2 染料水溶解度定義範圍 32
表4-1 有機染料名稱與最大吸收波峰之波長 42
表4-2 四種所選用不同化學結構與水溶解度染料 54
表4-3染料化學結構與顏色變化 62
表4-4 高水溶性染料名稱與基本性質 65
表4-5 不同化學結構與水溶解度染料之電氧化降解反應常數 70
表4-6 八種染料化學結構與水溶解度比較 73
表4-7 兩種染料化學結構與水溶解度比較 75
表4-8 四種染料化學結構與溶解度比較 76
表4-9 電化學處理四種染料去色率比較 77
表4-10 Acid Orange 7與 Reactive Black 5化學結構與溶解度 80
表4-11 Acid Blue 120與Basic Brown 4染料化學結構與溶解度 82
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