中原大學化學工程學系學位論文
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本研究使用塗佈式製備液晶型相位差膜，先利用絨毛布摩刷聚亞醯胺(PI 配向膜)，再將液晶塗佈於聚亞醯胺上達到配向目的，進行加熱與UV固化，製備成液晶型塗佈式相位差膜。改變配向膜種類及配向製程條件，探討其對液晶型相位差膜之相位差值、β值及正負50度視角相位差值的差異等影響。 由實驗結果得知，使用相同液晶製備相位差膜，不同類型的配向膜不影響相位差值，但β值及正負50度視角相位差值卻受不同類型的配向膜所能提供的預傾角影響，配向膜的預傾角愈大，β值及正負50度視角相位差值的差異也愈大，在摩擦配向製程時，塗佈式相位差膜使用主鏈型配向膜來配向液晶可獲得較低β值及降低正負50度視角相位差值的差異；在離子束配向製程時，不管是主鏈型或側鏈型配向膜配向液晶製備相位差膜，均能達到降低β值及正負50度視角相位差值的差異目的，達到與拉伸式相位差膜相同水平。
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本研究以光致色變機能性染料螺吡喃和高分子聚合物混合摻雜，利用高分子相分離法結晶製程，製造自組裝螺吡喃高分子結晶性薄膜。經紫外光照射光反應，化合物結構及表面形貌產生變化。化合物結構改變因在環 C - O鍵產生化學裂解開環，形成弱親水性。經530nm波長的綠光再次照射又能恢復到原來的閉環結構，致使光致色變機能性染料回復為較疏水性狀態。分別以高分子媒體效應、溶劑退火(Solvent Annealing)效能、染料固含量及紫外光照光等變因，進行探討膜面親/疏水受這些因素影響的變化。光變致親/疏水性的變化主要係受到表面結晶型態及粗糙度的影響。膜面的結晶越多，紫外光曝光前後親/疏水性差異就愈大。其關鍵在於自組裝結晶時，採用溶劑退火(Solvent Annealing)法。將螺吡喃摻雜於不同高分子所製成的膜，給予不同退火(Annealing)條件， 對不同高分子材料摻雜之螺吡喃形成表面結晶型態不同，探討其對親/疏水性的影響。結果顯示，利用溶劑退火(Solvent Annealing)導致螺吡喃高分子膜產生自組裝結晶型態，形成粗糙表面，導致親/疏水性有較大的差異。利用此法可在高分子薄膜表面形成親/疏水性互換的表面性質，其水接觸角差異可達70度以上。
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摘要 全球工業化的過度發展，能源消耗日益增大，而目前能源供給主要來源的石油、煤及天然氣產量正逐漸跟不上消耗的腳步，這些能源在使用過程中易造成溫室效應，因此找尋環保的替代能源已成為全球的共識。生質柴油因具有再生性及良好環保特性成為熱門的替代能源之一。 本研究旨在解決轉酯化過程中後處理蒸餾耗能的問題，因為轉酯化反應在過去通常是利用CSTR反應器大量生產，因此首先建立在CSTR下的一個同時具備反應動力學與相平衡關係的模式，並了解整個轉酯化過程。接著對近年來在轉酯化過程中熱門的膜反應器提出一個膜管模式，利用膜反應器同時進行反應與分離物質，使經過膜反應器的產物純度提升，這樣可降低後處理蒸餾耗能。此外，對膜管反應器模式微觀面也進行分析，並將CSTR與膜反應器的優點加以整合與設計，改進MEOH用量，以降低原料成本及蒸餾耗能等問題。
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由於全球經濟的蓬勃發展，使人類面臨了地球暖化與石油危機兩大問題，而利用藻類來吸收二氧化碳並轉換成生質柴油是目前最受矚目的方法。但藻類細胞相當微小，且比重與水接近，因此如何有效的回收藻類也成為一門值得研究的課題。 薄膜過濾為單純的物理性分離，較不會破壞被分離物質，因此已廣泛的應用於化工、食品、生化、水處理等程序中的濃縮分離。直接以薄膜過濾法處理微藻溶液阻擋率可達98%以上，但培養液中的微小顆粒、細胞代謝產生的大分子及細胞碎片容易造成膜阻塞，膜結垢是導致濾速大幅下降的主因，而形成結垢的因素眾多，包含了薄膜的材質與操作參數等。 本研究分別以0.22μm MCE、0.2μm PC及0.2μm PTFE三種不同材質與特性的薄膜來對擬球藻懸浮液進行掃流過濾實驗，不僅針對顆粒與薄膜之間的作用力，也藉由改變掃流速度、壓力等參數及外加電場產生的作用，分別對其通量及膜結垢的影響做一探討，並進行膜阻力、濾餅阻力等分析，以了解膜阻塞情形。實驗結果顯示，三種膜中MCE微濾膜有較大的通量，且當掃流速度從0.004m/s提高至0.052m/s時可使濾速明顯提高，且高掃流速度之擬穩態濾速也較高。過濾前後膜阻之變化率以流速0.017m/s疏水性PTFE膜865.1%為最高。而透膜壓力的改變並不會對濾速造成明顯之影響，但壓力的提高會降低膜阻的變化率、提升濾餅阻力。於所有過濾過濾實驗中，濾餅是主要的過濾阻力。 離心後、自由沉降及原始之微藻懸浮液等三種不同進料條件，其濾速及擬穩態濾速以離心後之溶液1.88 10-5 m/s為最高，而原始培養液及自由沉降之微藻懸浮液，其雜質、EOM含量較高，濾餅堆積較緻密，αav為1.93 1014 m/kg，約為離心後的6倍。 在過濾系統施加一外加電場，與無電場相比，電場的施加有效的提升了起始通量，但由於溶液的電導度很高及電極電解產生的氣泡影響了有效電場，因此操作50分鐘後，電場的效應則變的較不明顯。離心後之微藻懸浮液，其電導度降低，顆粒界達電位提高至 -39.5 mV，當外加電場強度為4900V/m時，其初始通量約為無電場的兩倍，因此利用外加電場提升過濾效能的效果非常顯著。
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本研究利用水熱法製備固態氧化物燃料電解質層，並探討不同組成之摻雜物摻雜於二氧化鋯基底以及其摻雜導電粒子對其氧離子導電度之影響，用以獲得高效率之燃料電池。 研究結果發現，水熱法可以製作出奈米電解質，並以 TEM、HRTEM 以及選區電子繞射影像分析其粉體為單晶之奈米粉體。由 EDS 元素分析指出，不同成份之電解質都有成功參雜於其中，而比例及晶相由 XRD 之標準圖譜交叉比對分析，製備出立方相之電解質。電解質以不同之打錠壓力以及不同燒結溫度進行討論，從 SEM 觀察電解質表面燒結情形可以發現，打錠壓力越大以及燒結溫度越高可改善電解質膜面之孔洞，使其緻密化。在阻抗量測方面，以 YSZ 的阻抗值最大，ScYSZ 的阻抗值次之，ScSZ 的阻抗值最小。改變操作溫度後得到，效能隨溫度上升，離子導電度以 ScSZ 為最佳，而以長時間高溫操作下，以 YSZ 最為穩定，以 ScSZ 衰退最嚴重，而 ScYSZ 能夠抑制 Sc 所產生的衰退情形且提高 Y 所降低之導電度。混摻導電粒子之 ITO-ScYSZ，於操作溫度 900℃ 下比 ScSZ 之離子導電度還高，而以長時間連續以 900℃高溫操作，ITO-ScYSZ 與 ScYSZ 之穩定度相似，證明混摻 ITO 既可以提升電解質之效能又不會影響電解質之穩定度。 綜合上述結果，得知以水熱法製成可以簡單的製造出奈米顆粒之電解質，同時摻雜 Sc 以及 Y 之電解質可以抑制 Sc 所產生的衰退情形且提高 Y 所降低之導電度，並且將其混摻 ITO 更能提高其效能，並不影響其穩定度。
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1 摘要 全球石油蘊藏量目前正以飛快的速度在減少中，主要是因為石化燃料的使用量與日俱增，同時產生了大量的廢氣排放到大氣中，造成了溫室效應。因此尋找一種全新的替代型能源就變的十分的重要，也是近來各國科學家所研究的重點之一。在各種替代型能源中，其中又以生質燃料最受到重視。生質丁醇在生質燃料中是很重要的議題之一，可經由發酵的方式得到。丁醇可用來製造丁二烯，並應用在合成橡膠產業，然而在發酵的過程中同時會產生丙酮(Acetone)、丁醇(Butanol)和乙醇(Ethanol)，也就是俗稱的ABE溶液。為了提高丁醇的純度，丙酮和乙醇勢必是要去除。 本篇研究主要是利用商業化高矽鋁(Si/Al)比的分子篩(Zeolite, ZSM-5)及自製固定化馬鈴薯澱粉吸附材，配合重力吸附平衡設備及動力吸附平衡系統來計算出ABE溶液中三種溶液分別之吸附行為，此結果有助於未來系統放大或工業化應用。此論文的重點是希望能建立一套單一步驟或是兩步驟式的吸附程序，將丁醇從ABE溶液中分離出來。 結果發現，顆粒大小及飽和蒸汽壓對於出口端濃度具有明顯的影響，從重力吸附平衡設備及氣相層析儀分別可得到ABE溶液在氣相及液相中的等溫吸附曲線，並利用Langmuir model 可求得其吸附常數及回歸值。這些數據對於未來工業化或是放大系統時，都是不可或缺的資料。 關鍵字 : 生質燃料、吸附、固定化馬鈴薯澱粉吸附材、ABE、ZSM-5
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在傳統發酵程序中，當發酵槽內酒精濃度達10~15 Wt%時，酒精產率會明顯下降，常藉由連續性的移除酒精減緩產物抑制現象，使發酵維持在高產率的狀態。另一方面，在許多農業以及工業的排放廢水中，氨(NH3)是其中主要的汙染物。近年來，政府對工業排放廢水中有機揮發性物質及氨氮濃度有逐漸嚴格規範。而薄膜蒸餾程序因單位模組體積下具有相當大之液氣接觸面積及易於操作等特性，在酒精及有機揮發物質分離程序之應用上逐漸受到注意。為進一步了解薄膜蒸餾於有機揮發物質分離之操作特性，並比較真空薄膜蒸餾(VMD)與直接接觸薄膜蒸餾(DCMD)在效能上之差異，本研究分為模擬與實驗兩個部份。模擬方面包含VMD與DCMD的模擬分析，實驗部分則是使用DCMD系統。 在VMD程序中，模擬結果顯示隨著真空端負壓的提升，有機物質之選擇率亦隨之提升，而當進料濃度與操作溫度提高，則有機物之選擇率會有下降的情形。在氨水分離程序中，使用考慮FA之模擬分析較能有效預估氨之選擇率，經模擬預估後可發現操作在氨濃度為0.016M，進料溫度為54.4℃時，溶液pH值從由9.6提升至11.1時，氨之選擇率可由5.45提升至11.84，氨的通量亦大幅提升154%，但pH達11時，進一步提高pH值對分離效能的提升則甚有限。 於DCMD酒精分離程序中，膜材孔徑、酒精濃度與進料溫度皆會影響滲透通量與酒精濃縮因子。實驗結果顯示進料溫度在40℃，酒精濃度範圍在5~15wt%下，孔徑為0.12μm之PTFE膜材其酒精濃縮因子較0.45μm孔徑之PTFE膜材高20~40%。隨著進料溫度與酒精濃度增加，酒精滲透通量隨之提升，而酒精濃縮因子則有下降之趨勢。而在濃度為15wt%時，PVDF膜材會有薄膜被潤濕之現象，導致水與酒精之滲透通量大幅上升。 由DCMD酒精移除程序的通量模擬結果顯示，對於含有揮發性物質進料的水通量預估時，可忽略分子間的相互影響，而在有機物質通量預估上，應考慮分子間的相互作用較能準確預估滲透通量。 經實驗與模擬結果得之，在進料溫度為323~333K，濃度5~15wt%範圍時，VMD程序其酒精滲透通量與濃縮因子皆較DCMD程序高，而當溫度為313K，濃度為10與15wt%時，則DCMD程序之濃縮因子較VMD高。 模擬結果顯示在DCMD操作中使用孔徑較小之薄膜，可提升酒精的選擇率。在進料溫度為60℃，濃度5wt%的條件下，孔徑為0.01μm之膜材其濃縮因子較0.2μm高約22%，而當濃度為15wt%時則高約14%。而在VMD程序中，當膜孔小於0.1μm時，隨著孔徑縮小濃縮因子則會有些微下降之趨勢。
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本研究運用一新穎的膜材-具生物活性中孔洞氣凝膠於側向流免疫層析技術上，來偵測抗體間之專一性。實驗選用goat anti-mouse IgG和mouse IgG兩株抗體，作為實驗的待測物與測試線上之捕捉物質。在實驗過程中先將具有生物活性之氣凝膠鋪在試條上，再與mouse IgG進行反應，使抗體上之氨基接於氣凝膠之環氧官能基上，接著再進行側向流試驗，最後以帶有膠體金標定之goat anti-mouse IgG讀取之信號。 本論文結果發現，使用氣凝膠AG60-GL10在37℃下反應4小時為最佳反應條件，偵測結果比硝化纖維膜佳。在相同待測物質濃度及捕捉抗體量之下；觀察得到的結果顯示，氣凝膠訊號值高於傳統快篩膜材硝化纖維膜的訊號值約一倍之多。在偵測靈敏度方面，具生物性的氣凝膠也有較佳的表現。具生物性的氣凝膠於1μg/ml的濃度之下還能以肉眼辨識訊號，但硝化纖維膜肉眼可觀察的偵測極限卻達5μg/ml。
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利用無乳化劑乳化聚合法製備出單一散度的聚苯乙烯顆粒(Polystyrene , PS)，再以靜電自組裝及水解縮合法將二氧化鈦包覆在聚苯乙烯上，最後使用還原劑NaBH4將銀粒子還原在二氧化鈦顆粒表面。添加非離子型分散劑聚乙烯基吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone, PVP)將聚苯乙烯顆粒均勻地分散，可降低二氧化鈦因水解縮合而造成自行團聚的現象。添加十六烷基三甲基溴化铵(Hexadecyl trimethyl ammonium bromide, CTAB)處理聚苯乙烯表面使帶有正電性，而二氧化鈦前驅物帶負電才能順利包覆聚苯乙烯顆粒。將硝酸銀溶液(Silver nitrate, AgNO3)加入TiO2/PS複合顆粒的溶液中，利用還原劑製備出Ag/TiO2/PS複合顆粒，藉由高溫鍛燒移除聚苯乙烯和改變二氧化鈦的晶相。將二氧化鈦複合顆粒加入亞甲基藍溶液中，並使用紫外線燈箱照射，進行光催化反應。 使用的儀器包括SEM、DLS、TGA、UV/vis等儀器，SEM，可觀察到複合顆粒的表面型態，以DLS來分析聚苯乙烯顆粒的大小，藉由TGA可分析，不同溫度下樣品的熱重損失，最後以UV/vis圖譜分析複合顆粒因降解亞甲基藍溶液而產生吸收度的變化。
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本研究以三乙氧基乙烯基矽烷為前驅物，利用溶膠凝膠法製備出表面含乙烯基之二氧化矽顆粒，並以此顆粒作為粒種。因顆粒表面帶有乙烯官能基，可利用起始劑進行自由基聚合反應，將顆粒表面的乙烯基開鍵，形成以C-C單鍵鍵結而成的啞鈴形二氧化矽顆粒。由改變起始劑種類、起始劑濃度、反應時間及抑制劑濃度，探討對顆粒型態的影響，獲得製備高產率啞鈴形二氧化矽顆粒的聚合條件，並探討顆粒之熱性質及光學性質。 由研究結果得知，兩性型起始劑VA-057擁有較好的起始和穩定效能；在適當的起始劑濃度和反應時間下，配合適當濃度的抑制劑DPPH，可獲得高產率的啞鈴形二氧化矽顆粒。由IR、TGA、DSC分析結果可證明單球二氧化矽顆粒表面的乙烯基成功地被開鍵，形成啞鈴形二氧化矽顆粒。