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1、鐵靛 一無色-奈米零價鐵除水污染,路竹高中鍾志輝,地球資源分類,目前人類使用的各種能源,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、臺南市的界河二仁溪攝影：黃煥彰、晁瑞光,土壤汙染,來
2、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
3、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,製備單質鐵一般採用冶煉法。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（鐵與羰基化合物Fe(CO)5）來製取，通過其熱分解來得到純
4、鐵。,小尺寸效應,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。金，顏色會改變且變成觸媒。,原子無色埃小於1奈米，澄色小於10奈米，黑色。30奈米，紅色50奈米，綠色。大於100nm，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）,硼氫化鈉是一種無機化合物，分子式NaBH4。硼氫化鈉
5、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。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)製作0.25 M硼氫化鈉水溶液小組長,1.將100ml蒸餾水加入250ml玻璃瓶2.秤取0.25克硼氫化鈉3.將0.25克硼氫化鈉加入玻璃瓶搖晃幾下即製得0.25 M硼氫化鈉水溶液,(二)製作奈米零價鐵每一學員,1.取 5 ml之硼氫化鈉溶液。2.將樣本瓶下墊強力磁鐵。3.垂直滴入 氯化鐵 溶液 7-8 滴。4.瓶底輕敲 將零價鐵吸於瓶底。,(
6、三)奈米零價鐵除汙實驗每一學員,1.連瓶底磁鐵一起握住。2.將零價鐵上的無色液體倒出。3.加入蒸餾水20ml於式樣瓶，搖晃10次4.重複步驟1-25.再次重複步驟1-36.將 5ml的污水倒入零價鐵樣本瓶中。7.旋緊瓶蓋，搖晃20次。8.將樣本瓶置於強力磁鐵上。9.觀察實驗結果,(四)老師實驗對照組,將細鐵粉至於樣本瓶中，加入汙水觀察除汙能力請同學對照不同處,討論、發想與結論,老師引導同學有發表的同學將贈送實用奈米禮物一份,對照實驗,1.樣本瓶內加約1cc的鐵粉 2.將 5ml的污水倒入鐵粉樣本瓶中。3.旋緊瓶蓋，搖晃20次。4.將樣本瓶置於強力磁鐵上。,待答問題？,1.零價鐵的去汚力須在微奈
7、米才展現，（一般鐵粉並無去汙力）。我們如何以還原法得到微奈米0價鐵？2.零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（NaBH4）使氯化鐵（FeCl36H2O）還原成價鐵顆。步驟1.製作0.25 M的硼氫化鈉：100ml水加入0.25克硼氫化鈉2.取5ml0.25 M的硼氫化鈉加入0.045 M的氯化鐵之水溶液中3.加入時以快速攪拌溶液以生成米價鐵顆。每一批次以100 ml 硼氫化鈉與100 ml氯化鐵，可合成之米價鐵為0.25 g。,原理：用硼氫化鈉（NaBH4）使氯化鐵（FeCl36H2O）還原成價鐵顆。製作過程：1.製作體積比1:1之0.25 M的硼氫化鈉(100
8、ml水+0.25克硼氫化鈉)2.將0.045 M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,氧化還原化學合成米價鐵,4 Fe3+3NaBH4+9 H2O 4Fe0+3H2BO3-+12 H+6 H2,0 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 1 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 2 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！,
