3奈米零价铁除水污染.pptx

鐵靛鐵靛 一一無色無色-奈米零價鐵除水污染奈米零價鐵除水污染 路竹高中路竹高中鍾志輝鍾志輝地球資源分類目前人類使用的各種能源非再生能源非再生能源可再生能源可再生能源水力經由興建大壩攔截河水，利用水位落差來發電。優點發電技術成熟，價格低廉。水庫更具有防洪、供水、航運等功能。缺點水力發電有地理、氣候條件的限制。水庫興建費用高昂。水庫對生態環境會造成影響。水質汙染導因於河流、湖泊或地下水遭受到工廠廢水、市 鎮汙水、醫院畜牧汙水、農藥肥料等所汙染，尤其是放射性或有毒廢水對環境破壞尤其嚴重。臺灣50 條重要河川，有三分之一的公里數已受到汙染，惡臭、重金屬汙染、優養化等時有所聞，嚴重危害水中生物及周圍環境。高雄縣、臺南縣、臺南市的界河高雄縣、臺南縣、臺南市的界河二仁溪二仁溪攝影：黃煥彰、晁瑞光攝影：黃煥彰、晁瑞光土壤汙染來源廢水、空氣落塵、廢棄物、農藥肥料、酸雨等的汙染。土壤遭受汙染，不僅土壤品質惡化，根著其上的作物亦受波及，甚至影響到地下水源，威脅到飲用水的安全。其中，最為嚴重的，當屬工業廢水中所含的鉛、鎘、砷等重金屬沉積在土壤中，經食物鏈進入人體，當累積到一定限量後，就會產生中毒。鐵物性與化性銀白色金屬，硬而有延展性，熔點為1538，沸點為 2750。有很強的鐵磁性，有良好的可塑性和導熱性。日常中，鐵通常含有碳因而暴露在空氣中容易發生電化學腐 蝕（與氧及水），而純度較高的鐵則不易腐蝕。具有金屬通性，能與非金屬單質、酸、鹽等反應。在氧氣中燃燒後生成四氧化三鐵。在高溫下鐵可以與水蒸氣 反應，生成四氧化三鐵和氫氣。可以形成3種氧化物，分別是氧化亞鐵（FeO），氧化鐵（Fe2O3）和四氧化三鐵（Fe3O4）（FeO Fe2O3）。鐵的冶煉冶煉製備單質鐵一般採用冶煉法冶煉法。以赤鐵礦（Fe2O3）和磁鐵礦（Fe3O4）為原料與焦炭和助溶劑在熔礦爐內反應。C+O2 CO2 CO2+C 2 CO Fe2O3+3 CO 2Fe+3 CO2 Fe3O4+4 CO 3Fe+4 CO2 Fe O+CO Fe+CO2 （以上反應都是可逆反應）上述反應一氧化碳濃度越大越好，要使反應進行完全必須在800度以上進行。化學上純的鐵是用氫氣還原純氧化鐵來製取，也可由五羰基鐵五羰基鐵（鐵與羰基化合物Fe(CO)5）來製取，通過其熱分解來得到純鐵。小尺寸效應小尺寸效應當顆粒變小時所導致的光、聲、電、磁、熱等性當顆粒變小時所導致的光、聲、電、磁、熱等性質變化。譬如：特別強韌、超耐熱或導電性超強。質變化。譬如：特別強韌、超耐熱或導電性超強。金，顏色會改變且變成觸媒。金，顏色會改變且變成觸媒。原子無色埃原子無色埃小於小於1 1奈米，澄色奈米，澄色小於小於1010奈米，黑色。奈米，黑色。3030奈米，紅色奈米，紅色5050奈米，綠色。奈米，綠色。大於大於100nm100nm，金黃色，金黃色鐵粉無去污力，But 奈米鐵？奈米粒子製備的途徑 由上往下：機械研磨法如何把鐵磨成像墨水一樣的漿?研缽（承磨器）與杵（磨頭）硬度夠？缺點：1.極限大約在100 nm 2.粒徑分布不均勻 奈米特性不穩定 由下往上：化學還原法、共沈澱法或含浸法等Fe 3+3e-Fe 成核 成長 奈米鐵優點：粒徑分布均勻（加分散劑）硼氫化鈉硼氫化鈉是一種無機化合物，分子式NaBH4。硼氫化鈉為白色粉末，容易吸水潮解，可溶於水和低級醇，在室溫下與甲醇迅速反應生成氫氣氫氣。在無機合成和有機合成中硼氫化鈉常用做還原劑。硼氫化鈉是由 H.C.Brown 和他的導師Schlesinger 於1942 在芝加哥大學發現的。強還原劑-硼氫化鈉實驗(一一)製作製作0.25 M硼氫化鈉水溶液硼氫化鈉水溶液小組長小組長1.將將100ml蒸餾水加入蒸餾水加入250ml玻璃瓶玻璃瓶2.秤取秤取0.25克硼氫化鈉克硼氫化鈉3.將將0.25克硼氫化鈉加入玻璃瓶搖晃幾下即克硼氫化鈉加入玻璃瓶搖晃幾下即製得製得0.25 M硼氫化鈉水溶液硼氫化鈉水溶液(二二)製作奈米零價鐵製作奈米零價鐵每一學員每一學員 1.取取 5 ml之硼氫化鈉溶液。之硼氫化鈉溶液。2.將樣本瓶下墊強力磁鐵。將樣本瓶下墊強力磁鐵。3.垂直滴入垂直滴入 氯化鐵氯化鐵 溶液溶液 7-8 滴。滴。4.瓶底輕敲瓶底輕敲 將零價鐵吸於瓶底。將零價鐵吸於瓶底。(三三)奈米零價鐵除汙實驗奈米零價鐵除汙實驗每一學員每一學員1.連瓶底磁鐵一起握住。連瓶底磁鐵一起握住。2.將零價鐵上的無色液體倒出。將零價鐵上的無色液體倒出。3.加入蒸餾水加入蒸餾水20ml於式樣於式樣瓶，搖晃瓶，搖晃10次次4.重複步驟重複步驟1-25.再次重複步驟再次重複步驟1-36.將將 5ml的污水倒入零價鐵樣本瓶中。的污水倒入零價鐵樣本瓶中。7.旋緊瓶蓋，搖晃旋緊瓶蓋，搖晃20次。次。8.將樣本瓶置於強力磁鐵上。將樣本瓶置於強力磁鐵上。9.觀察實驗結果觀察實驗結果(四四)老師實驗對照組老師實驗對照組將細鐵粉至於樣本瓶中，加入汙水觀察將細鐵粉至於樣本瓶中，加入汙水觀察除汙能力除汙能力請同學對照不同處請同學對照不同處討論、發想與結論討論、發想與結論老師引導同學老師引導同學有發表的同學將贈送實用奈米禮物一份有發表的同學將贈送實用奈米禮物一份對照實驗對照實驗 1.樣本瓶內加約樣本瓶內加約1cc的鐵粉的鐵粉 2.將將 5ml的污水倒入鐵粉樣本瓶中。的污水倒入鐵粉樣本瓶中。3.旋緊瓶蓋，搖晃旋緊瓶蓋，搖晃20次次。4.將樣本瓶置於強力磁鐵上。將樣本瓶置於強力磁鐵上。待答問題待答問題？1.零價鐵的去汚力須在微奈米才展現，零價鐵的去汚力須在微奈米才展現，（一般鐵粉並無去汙力）（一般鐵粉並無去汙力）。我們如何以還原法得到微奈米我們如何以還原法得到微奈米0價鐵？價鐵？2.零價鐵去汙之化學機制為何？零價鐵去汙之化學機制為何？氧化還原化學合成米價鐵原理：用硼氫化鈉（原理：用硼氫化鈉（NaBH4）使氯化鐵（）使氯化鐵（FeCl36H2O）還原成價鐵顆。）還原成價鐵顆。步驟步驟1.製作製作0.25 M的硼氫化鈉：的硼氫化鈉：100ml水加入水加入0.25克硼氫化克硼氫化鈉鈉2.取取5ml0.25 M的硼氫化鈉加入的硼氫化鈉加入0.045 M的氯化鐵之水的氯化鐵之水溶液中溶液中3.加入時以快速攪拌溶液以生成米價鐵顆。加入時以快速攪拌溶液以生成米價鐵顆。每一批次以每一批次以100 ml 硼氫化鈉與硼氫化鈉與100 ml氯化鐵，可合成氯化鐵，可合成之米價鐵為之米價鐵為0.25 g。原理：用硼氫化鈉（原理：用硼氫化鈉（NaBH4）使氯化鐵）使氯化鐵（FeCl36H2O）還原成價鐵顆。）還原成價鐵顆。製作過程：製作過程：1.製作體積比製作體積比1:1之之0.25 M的硼氫化鈉的硼氫化鈉(100ml水水+0.25克硼氫化鈉克硼氫化鈉)2.將將0.045 M的氯化鐵之水溶液中的氯化鐵之水溶液中3.加入時快速攪拌溶液，生成米價鐵顆加入時快速攪拌溶液，生成米價鐵顆氧化還原化學合成米價鐵 4 Fe3+3NaBH4+9 H2O 4Fe0+3H2BO3-+12 H+6 H20 價鐵 反應方程式 Fe3（氧化劑）被還原成 Fe 利用 NaBH4-作為 還原劑 具有核殼結構的奈米零價鐵（簡稱奈米鐵）粒子(100nm)，核心內層為金屬鐵)，外層為氧化鐵，具有吸附與反應的雙重能力反應機制與環保具具奈米鐵不會汙染環境；實驗証實，奈米零價鐵最終主要轉化為Fe3O4與Fe2O3形態，二者為地球富藏的物質。檢測檢測 1 奈米奈米？掃描式電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope，SEM）觀察米價鐵表面型態及顆尺寸大小；檢測檢測 2 鐵鐵？EDS 做全能譜的定性分析，測定合成之米 價鐵表面元素成份 及其相對含。Fe 活性較重金屬大？價鐵是否 可吸附重金屬利用於環境工程上。延伸思考 如果能以微米級鐵粉，取代價鐵在實 用上可能會比較方便？價鐵粒徑多少有最佳的去污力 想想看，我們如何控制？祈願未來，不僅是能生存，還要有良好的生活品質，就從現在做起！