奈米零價鐵除水污染課件

鐵靛ㄉ一ㄥˋ無色--奈米零價鐵除水污染路竹高中鍾志輝鐵靛ㄉ一ㄥˋ無色路竹高中地球資源分類地球資源分類目前人類使用的各種能源非再生能源可再生能源目前人類使用的各種能源非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(fā)電。優(yōu)點發(fā)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(fā)電有地理、氣候條件的限制。水庫興建費用高昂。水庫對生態(tài)環(huán)境會造成影響。水力經由興建大壩攔截河水，利用水位落差來發(fā)電。水質汙染導因於河流、湖泊或地下水遭受到工廠廢水、市 鎮(zhèn)汙水、醫(yī)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(huán)境破壞尤其嚴重。臺灣50條重要河川，有三分之一的公里數(shù)已受 到汙染，惡臭、重金屬汙染、優(yōu)養(yǎng)化等時有所聞，嚴重危害水中生物及周圍環(huán)境。高雄縣、臺南縣、臺南市的界河—二仁溪攝影：黃煥彰、晁瑞光水質汙染導因於河流、湖泊或地下水遭受到工廠廢水、市 鎮(zhèn)汙水、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(yè)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。土壤汙染來源鐵－－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(fā)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－－物性與化性◎銀白色金屬，硬而有延展性，熔點為1538℃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

CO2CO2+C2COFe2O3+3CO2Fe+3CO2

Fe3O4+4CO3Fe+4CO2

FeO+COFe+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?；瘜W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鐵。[鐵的冶煉製備單質鐵一般採用冶煉法。以赤鐵礦（Fe2O3）和磁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１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？？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。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100nm2.粒徑分布不均勻奈米特性不穩(wěn)定◎由下往上：化學還原法、共沈澱法或含浸法等Fe3++3e-Fe

成核成長奈米鐵優(yōu)點：粒徑分布均勻（加分散劑）奈米粒子製備的途徑◎由上往下：機械研磨法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。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(fā)現(xiàn)的。

強還原劑-硼氫化鈉硼氫化鈉是一種無機化合物，分子式NaBH4。硼氫化鈉為白色粉實驗實驗(一)製作0.25M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0.25M硼氫化鈉水溶液(一)製作0.25M硼氫化鈉水溶液

小組長1.將100m(二)製作奈米零價鐵每一學員

1.取5ml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。(二)製作奈米零價鐵每一學員1.取5ml之硼氫化鈉溶(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(三)奈米零價鐵除汙實驗每一學員1.連瓶底磁鐵一起握住。(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(四)老師實驗對照組將細鐵粉至於樣本瓶中，加入汙水觀察除汙討論、發(fā)想與結論老師引導同學有發(fā)表的同學將贈送實用奈米禮物一份討論、發(fā)想與結論老師引導同學對照實驗

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。對照實驗1.樣本瓶內加約1cc的鐵粉待答問題

？？？

1.零價鐵的去汚力須在微奈米才展現(xiàn)，

（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？待答問題？？？1.零價鐵的去汚力須在微奈米才展現(xiàn)，氧化還原化學合成奈米零價鐵原理：利用硼氫化鈉（NaBH4）使氯化鐵（FeCl3．6H2O）還原成零價鐵顆粒。步驟1.製作0.25M的硼氫化鈉：100ml水加入0.25克硼氫化鈉2.取5ml0.25M的硼氫化鈉加入0.045M的氯化鐵之水溶液中3.加入時以快速攪拌溶液以生成奈米零價鐵顆粒。每一批次以100ml硼氫化鈉與100ml氯化鐵，可合成之奈米零價鐵量為0.25g。氧化還原化學合成奈米零價鐵原理：利用硼氫化鈉（NaBH4）使原理：利用硼氫化鈉（NaBH4）使氯化鐵（FeCl3．6H2O）還原成零價鐵顆粒。製作過程：1.製作體積比1:1之0.25M的硼氫化鈉(100ml水+0.25克硼氫化鈉)2.將0.045M的氯化鐵之水溶液中3.加入時快速攪拌溶液，生成奈米零價鐵顆粒氧化還原化學合成奈米零價鐵原理：利用硼氫化鈉（NaBH4）使氯化鐵（FeCl3．6H24Fe3++3NaBH4+9H2O→4Fe0+3H2BO3-+12H++6H20價鐵

反應方程式Fe3＋

（氧化劑）

被還原成

Fe

利用NaBH4-作為還原劑4Fe3++3NaBH4+9H2O→0價鐵◎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(huán)保具具奈米鐵不會汙染環(huán)境；實驗証實，奈米零價鐵最終主要轉化為Fe3O4與Fe2O3形態(tài)，二者為地球富藏的物質。◎具有核殼結構的奈米零價鐵（簡稱奈米鐵）粒子(<100nm)檢測1

－

奈米

？

掃描式電子顯微鏡（ScanningElectronMicroscope，SEM）觀察奈米零價鐵表面型態(tài)及顆粒尺寸大小；檢測1－奈米？掃描式電子顯微鏡（Scanning檢測2

－

鐵？

EDS做全能譜的定性分析，測定合成之奈米零價鐵表面元素成份及其相對含量。檢測2－鐵？EDS做全能譜的定性分析，測定合成之

Fe活性較重金屬大？零價鐵是否可吸附重金屬利用於環(huán)境工程上。延伸思考

如果能以微米級鐵粉，取代零價鐵在實用上可能會比較方便？零價鐵粒徑多少有最佳的去污力想想看，我們如何控制？Fe活性較重金屬大？零價鐵是否延伸思考如果能以微米級祈願未來，不僅是能生存，還要有良好的生活品質，就從現(xiàn)在做起！祈願未來，不僅是能生存，還要有良好的生活品質，就從現(xiàn)在做起！鐵靛ㄉ一ㄥˋ無色--奈米零價鐵除水污染路竹高中鍾志輝鐵靛ㄉ一ㄥˋ無色路竹高中地球資源分類地球資源分類目前人類使用的各種能源非再生能源可再生能源目前人類使用的各種能源非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(fā)電。優(yōu)點發(fā)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(fā)電有地理、氣候條件的限制。水庫興建費用高昂。水庫對生態(tài)環(huán)境會造成影響。水力經由興建大壩攔截河水，利用水位落差來發(fā)電。水質汙染導因於河流、湖泊或地下水遭受到工廠廢水、市 鎮(zhèn)汙水、醫(yī)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(huán)境破壞尤其嚴重。臺灣50條重要河川，有三分之一的公里數(shù)已受 到汙染，惡臭、重金屬汙染、優(yōu)養(yǎng)化等時有所聞，嚴重危害水中生物及周圍環(huán)境。高雄縣、臺南縣、臺南市的界河—二仁溪攝影：黃煥彰、晁瑞光水質汙染導因於河流、湖泊或地下水遭受到工廠廢水、市 鎮(zhèn)汙水、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(yè)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。土壤汙染來源鐵－－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?！蛉粘Ｖ?，鐵通常含有碳因而暴露在空氣中容易發(fā)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?！蛟谘鯕庵腥紵嵘伤难趸F。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－－物性與化性◎銀白色金屬，硬而有延展性，熔點為1538℃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

CO2CO2+C2COFe2O3+3CO2Fe+3CO2

Fe3O4+4CO3Fe+4CO2

FeO+COFe+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?；瘜W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鐵。[鐵的冶煉製備單質鐵一般採用冶煉法。以赤鐵礦（Fe2O3）和磁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?！附稹?，顏色會改變且變成觸媒。原子無色１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？？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。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100nm2.粒徑分布不均勻奈米特性不穩(wěn)定◎由下往上：化學還原法、共沈澱法或含浸法等Fe3++3e-Fe

成核成長奈米鐵優(yōu)點：粒徑分布均勻（加分散劑）奈米粒子製備的途徑◎由上往下：機械研磨法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。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(fā)現(xiàn)的。

強還原劑-硼氫化鈉硼氫化鈉是一種無機化合物，分子式NaBH4。硼氫化鈉為白色粉實驗實驗(一)製作0.25M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0.25M硼氫化鈉水溶液(一)製作0.25M硼氫化鈉水溶液

小組長1.將100m(二)製作奈米零價鐵每一學員

1.取5ml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。(二)製作奈米零價鐵每一學員1.取5ml之硼氫化鈉溶(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(三)奈米零價鐵除汙實驗每一學員1.連瓶底磁鐵一起握住。(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(四)老師實驗對照組將細鐵粉至於樣本瓶中，加入汙水觀察除汙討論、發(fā)想與結論老師引導同學有發(fā)表的同學將贈送實用奈米禮物一份討論、發(fā)想與結論老師引導同學對照實驗

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。對照實驗1.樣本瓶內加約1cc的鐵粉待答問題

？？？

1.零價鐵的去汚力須在微奈米才展現(xiàn)，

（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？待答問題？？？1.零價鐵的去汚力須在微奈米才展現(xiàn)，氧化還原化學合成奈米零價鐵原理：利用硼氫化鈉（NaBH4）使氯化鐵（FeCl3．6H2O）還原成零價鐵顆粒。步驟1.製作0.25M的硼氫化鈉：100ml水加入0.25克硼氫化鈉2.取5ml0.25M的硼氫化鈉加入0.045M的氯化鐵之水溶液中3.加入時以快速攪拌溶液以生成奈米零價鐵顆粒。每一批次以100ml硼氫化鈉與100ml氯化鐵，可合成之奈米零價鐵量為0.25g。氧化還原化學合成奈米零價鐵原理：利用硼氫化鈉（NaBH4）使原理：利用硼氫化鈉（NaBH4）使氯化鐵（FeCl3．6H2O）還原成零價鐵顆粒。製作過程：1.製作體積比1:1之0.25M的硼氫化鈉(100ml水+0.25克硼氫化鈉)2.將0.045M的氯化鐵之水溶液中3.加入時快速攪拌溶液，生成奈米零價鐵顆粒氧化還原化學合成奈米零價鐵原