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材料 與 環保

材料 與 環保. 第六組 組長：黃慈盈 組員：林欣蓉 鍾興雅 洪雅倩 李丹寧 陳羿如 楊志豪 黃詩茵 黃智麟 廖文軒 江志峰 指導老師：劉如熹 老師. 前言. 以化學原理的角度出發，探討現今科技對環境保護所做的貢獻，並與日常生活做結合，以期能夠將化學環保的概念與大家分享。 (1) 各式污染：空氣、水、垃圾污染 (2) 綠色化學 (3) 環保與生活. 廢氣終結者 — 觸媒轉化器. 光觸媒 金觸媒. 化學三 洪雅倩. 我們的生活？ 嚴重的空氣污染 !!!. 汽車觸媒轉化器. CO 、 CH x →.

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材料 與 環保

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Presentation Transcript

  1. 材料與環保 第六組 組長：黃慈盈 組員：林欣蓉 鍾興雅 洪雅倩 李丹寧 陳羿如 楊志豪 黃詩茵 黃智麟 廖文軒 江志峰 指導老師：劉如熹 老師

  2. 前言 以化學原理的角度出發，探討現今科技對環境保護所做的貢獻，並與日常生活做結合，以期能夠將化學環保的概念與大家分享。 (1)各式污染：空氣、水、垃圾污染 (2)綠色化學 (3)環保與生活

  3. 廢氣終結者—觸媒轉化器 光觸媒 金觸媒 化學三 洪雅倩

  4. 我們的生活？嚴重的空氣污染!!!

  5. 汽車觸媒轉化器 CO、CHx → CO2、H2O NOx → N2

  6. 什麼是光觸媒

  7. 奈米金觸媒

  8. 奈米金觸媒的製備 • 含浸法 • 共沈澱法 • 析出沈澱法

  9. 擔體 • 負載奈米金粒子。 • 加強活性金的穩定性，亦能同時參與反應。 • 二氧化鈦、氧化鐵及氧化鈷。

  10. 反應機制 (1) 在擔體上。CO從金上移過去，氧以解離狀態呈現。 (3)在金的邊緣。 (2)在金粒子上。CO直接吸附在金上，氧原子由擔體提供。

  11. 金觸媒 vs. 鉑觸媒 • 室溫活性 vs. 高溫作用 • 不怕H2O及CO2 vs.因H2O(g)及CO2降低活性 • 產量相對多 vs. 產量相對少 • 價格比約 2：3

  12. 奈米金應用與發展 • 廢氣觸媒轉化器 • 防毒口罩 • 熱水器的排氣管 • 添加於高粱酒：金釀高粱酒 • 添加於茶葉：奈米金水 • 添加於化妝品 • etc.

  13. 結語： • 提升引擎燃燒效率 • 降低引擎溫度 • 汽油可完全燃燒 • 節省油料 • 降低廢氣 • 減少積碳 • 延長機油潤滑里程數 • 延長引擎及觸媒轉換器使用壽命 • 未來應用更廣泛！！！ 環保，能源，化學工業！

  14. 化學三 陳羿如 觸媒轉換器

  15. 市面上三元觸媒轉換器 鉑銠金屬

  16. 實驗室之觸媒轉換器

  17. 圖一 氧化鈷及氧化銅與氧化鈰分別修飾的氧化鈷觸媒XRD 光譜圖 • Co3O4 • Cu5/ Co3O4 • (c)Ce20/ Co3O4 • (d)Cu5Ce20/ Co3O4

  18. 圖二 氧化鈷及氧化銅與氧化鈰分別修飾的氧化鈷觸媒氮氣等溫吸附與脫附圖譜 • Co3O4 • (b)Cu5/Co3O4 • (c)Ce20/Co3O • (d)Cu5Ce20/Co3O4

  19. (1)CuO 與Co3O4 之間有作用力 (2)Co3O4與CeO2有結合效應(CombinedEffect) (3)CeO2與CuO有協同效應(synergetic Effect) 可提升觸媒表面積，減弱Co-O 的鍵結 使Co3O4上的氧較容易脫附， 代表易還原，故易催化一氧化碳氧化反應。 • 圖三 氧化鈷及氧化銅與氧化鈰分別修飾 • 的氧化鈷觸媒TPR 圖譜 • Co3O4 • (b) Cu5/Co3O4 • (c) Ce20/Co3O4 • (d) Cu5Ce20/Co3O4

  20. 50 % CO 轉化成為二氧化碳所需溫度（T50）比較各氧化鈷觸媒活性。T50 越低，代表催化效果越好。 活性大小為：Cu5Ce20/Co3O4＞ Ce20/Co3O4＞Cu5/Co3O4 ＞Co3O4。 圖四 氧化鈷及氧化銅與氧化鈰分別修飾的氧化鈷觸媒一氧化碳氧化圖譜 (a)Co3O4 (b) Cu5/Co3O4 (c) Ce20/Co3O4 (d) Cu5Ce20/Co3O4

  21. 由於市面上常見的觸媒轉換器所使用的觸媒為鉑、銠等金屬過於昂貴，故現在各研究希望能找到廉價又實用的觸媒，使觸媒轉換器往更好的層次推進。由於市面上常見的觸媒轉換器所使用的觸媒為鉑、銠等金屬過於昂貴，故現在各研究希望能找到廉價又實用的觸媒，使觸媒轉換器往更好的層次推進。 金觸媒 光觸媒 Cu5Ce20/ Co3O4觸媒 好羨慕猴子喔~~~~~ 便宜又很拉風優~~~~ 我也想要吃香蕉...... 我也好想開寶珠的 蝙蝠車喔~~~

  22. 超臨界流體技術 ─現代的綠色化學 B95203046 林欣蓉

  23. 超臨界二氧化碳萃取實例

  24. 為什麼我們要這麼做? 化學家做科學研究的同時也必須愛護地球、做環保

  25. 綠色化學 • 定義 採用最少的資源和能源消耗，並產生最小污染排放的化學技術。

  26. 綠色化學的12項基本法則 ◇預防廢棄物的產生。 ◇充分利用反應物的所有原子。 ◇設計合成方法時，儘量考慮反應物與生成物的毒性。 ◇設計低毒性的化學品。 ◇少用或使用安全的溶劑與輔助物。 ◇為節省能源、降低環境衝擊，反應條件以常溫常壓狀態為主。 ◇使用永續資源為原料。 ◇簡化反應步驟，減少非必要性衍生物的產生。 ◇盡可能使用高選擇性的催化劑。 ◇設計可分解的化學品。 ◇污染物的及時偵測。 ◇慎選製程中的化學物質，以減少意外災害的發生。

  27. 綠色化學的範圍

  28. 除了技術層面，我們還能做什麼?

  29. 生物可分解塑膠 化學三 鍾興雅

  30. 何謂「生物可分解塑膠」？ • 生物可分解塑膠(Biodegradable Plastics)，又稱綠色塑膠(Green Plastics)、生物可分解材料(Biodegradable Materials)、或生物高分子聚合物(Bio-Polymer)。

  31. 由可不斷重複取得的天然資源，如微生物、植物、動物，所製成的聚合物。由可不斷重複取得的天然資源，如微生物、植物、動物，所製成的聚合物。 • 具生物可分解的能力，製造時無毒性物質產生。 • 可替代以往石化原料為基質的傳統塑膠，且可利用傳統塑膠的生產機器加工。 • 以ISO14855檢測，並取得可堆肥化的標準，為環境最友善的熱可塑性塑膠材料。 資料來源：台灣中華民國環保生物可分解材料協會

  32. 由農作物及發酵過程生產生物可分解塑膠之循環圖由農作物及發酵過程生產生物可分解塑膠之循環圖 圖片來源：Richard A. Gross, Bhanu Kalra. Science, vol.297, 2002.

  33. 可分解塑膠的種類 一、澱粉、纖維素合成 以澱粉與其他熱可塑性高分子混煉而成的一種膠粒，添加澱粉的主要原因是要降低成本與加強聚合物的生物可分解的能力。

  34. 二、聚酯類合成 • 脂肪族─芳香族聚酯的異量分子聚合物(Aliphatic-Aromatic Polyester Copolymers) • 脂肪族聚酯(Aliphatic Polyesters) • 聚乳酸─脂肪族聚酯的異量分子聚合物(CPLA, Polylactide Aliphatic Polyester Copolymers) • 聚己內酯(PCL, Polycaprolactone) • 聚羥基羧酸酯(PHA,Polyhydroxyalkanoates) • 聚乳酸(PLA, Polylactide)

  35. 生物可分解塑膠的分解機制 一、在不分解的塑膠材質中摻添可生物分解物質（如澱粉）： 澱粉顆粒被微生物分解吞噬，使高分子基質組織變成多孔性而弱化。

  36. 二、本身容易遭受酵素分解的高分子： 脂肪或脂肪酸自氧化劑與土壤或水中的金屬鹽類接觸而反應，產生了過氧化物。高分子鏈受到反應性強的過氧化物攻擊而斷裂。

  37. 生物可分解塑膠之應用 • 包裝材：包括垃圾袋，緩衝材及發泡容器。 • 衛生器材：包括尿褲(片)、衛生棉等個人衛生用品。 • 農產用資材：包括敷蓋膜、育苗罐(移植罐)，套袋、堆肥袋及捆紮繩帶等。 • 生物醫學領域：植入性醫材及手術用縫線等。 • 消費性產品：棄式之消費性用品均是。

  38. 敷蓋膜 六罐裝飲料的繫圈

  39. Babies!? Diapers

  40. 由生物可分解塑膠所製的餐具 圖片來源：Wikipedia

  41. Within 20s 40 ℃ 圖片來源：Andreas Lendlein, Robert Langer. Science, vol. 296, 2002.

  42. 生物可分解塑膠的檢測、標準與認證 圖片來源：中華民國環保生物可分解材料協會網頁

  43. 水相反應 On Water Reaction 化學三 黃智麟

  44. 何謂水相反應 “On water reactions are a group of organic reactions that take place as an emulsion in water and that exhibit an unusual reaction rate acceleration compared to the same reaction in an organic solvent or compared to the corresponding dry media reaction. “

  45. 克萊森重排反應(Claisen Rearrangement) Increased Yield

  46. 環加成反應(Cycloaddition) Rate acceleration

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