全國中小學科展

環境工程

研究以微生物分解廢食用油降低其對環境汙染

本研究從餐廳截油槽中採菌,並以含Tween80及Ca2+培養基篩選出具lipase的五種菌。進一步在大豆沙拉油與豬油中培養,發現一號菌及二號菌有較佳的分解能力,二號菌最佳,且二號菌在分解沙拉油(6.0%)的能力大於豬油(4.9%)。將此兩種菌進行深入探討,發現二號菌在處理截油槽中的廢油效能上優於一號菌,且當一、二號菌混合時更佳;於不同油脂Nutrient Broth 培養基的生長情況,二號菌表現比一號菌好。經定序後比對序列後,推斷一號菌接近Serratia marcescens,二號菌較接近Serratia grimesii。總結一、二號菌是具備油脂分解潛力的菌種。 未來規劃,將菌加入自行設計的油脂分解截油槽,比較計算其分解能力,運用於含油脂的廢水處理,減少環境汙染。

探討溫度和碳源對Pantoea sp.處理養殖廢水之影響及應用

本研究探討改善冬季養殖廢水中亞硝酸降解不良的問題。潘朵拉菌Pantoea sp.可在冬天生長並降解水體亞硝酸,不同於其他菌其在低溫時生長較好但降解較差,顯示兩者非正相關。進一步得知溫度會影響Pantoea sp.細胞內代謝機制,也發現氨濃度降低時降解能力上升,西方墨點法及酵素活性實驗得知MDH表現量和活性在低溫較高。水體中添加葡萄糖可使冬季亞硝酸降解能力提升6倍,且不影響其生長,與文獻添加碳源會促進益生菌生長不同。比較各式糖類後得知單醣和雙醣皆可提升降解能力,其中單醣較雙醣好,且此做法適用各鹽度環境,而碳源可提升降解能力,推測因其影響細胞內TCA cycle運作。最後實際到戶外採集養殖池水研究,結果顯示成本低的擴培方式可有效降解亞硝酸,對改善台灣冬季養殖廢水水質有高度應用價值。

Generating Conditioned Air in an Open Space in Accordance with Sustainable Architecture Criteria (Based on Wind-Catchers)

Nowadays, cooling open spaces in hot seasons without using fossil fuels has gained a lot of attention. In this regard, natural air conditioning is a great method for conserving energy that can be used for reducing energy consumption and environmental pollution. Structures like windcatchers are used for natural air conditioning as a building component in warm climates since they are placed in the path of the wind and direct the wind to play a significant role in reducing the temperature. The main objective of the current study is to explore air conditioning in open spaces based on sustainable architecture. The current study reviews the relevant literature from credible journals, and it includes studies with relevant subjects published from 1851 to 2021. The findings show that implementing this design project can result in significant advances in terms of reducing humidity, removing dust and insects from the air, conserving energy, reducing the global temperature, using renewable energies, and producing conditioned air for the area

「塑」戰「塑」決────Aspergillus屬分解塑膠能力測試

本研究選用Aspergillus tubingensis、Aspergillus oryzae、Aspergillus japonicus 三種真菌作為研究對象,將實驗分為兩個部分,一為三種真菌是否能降解PU、PE、PLA三種塑膠,結果發現Aspergillus tubingensis在黑暗中皆能降解塑膠而效果為PU、PE>PLA,Aspergillus oryzae 與Aspergillus japonicus則有降解PU與PLA之能力。二為探討Aspergillus tubingensis在不同色光及不同pH值下降解塑膠的效果,結果發現Aspergillus tubingensis 在相同色光不同瓦數情況下,降解PLA的能力為3W>1W,降解PU則是1W>3W;相同瓦數的情況,降解PU能力為白光>紅光>藍光,降解PLA能力為紅光>白光>藍光;在pH=4及pH=9環境中皆無明顯降解塑膠之能力。

以磁性Fe3O4分離微塑膠的成效與機制探討

微塑膠因為其密度小、表面積大之特性可吸附有害物質,並傳播至各地,而對人體和環境造成危害,故回收微塑膠是科學家研究的重要主題。本實驗發現:在中性50 mL水樣品中回收以砂紙磨製的微塑膠時,加入0.050克的Fe3O4和1~2 mL乙酸乙酯或正己烷後,微塑膠、有機溶劑和Fe3O4可互相吸附,再用磁鐵將三者同時吸出而與水分離,可達到清除微塑膠的效果,不同微塑膠(PP、PET、HDPE和PETG)的清除效果皆可高於89%以上。 而在中性的50 mL水樣品中,回收較大顆粒之微塑膠(顆粒大小介於0.500 mm~2.380 mm)時,加入微塑膠0.5克、水50 mL、0.5克Fe3O4¬和不等量正己烷時,會有不同回收效果,但普遍以不加入正己烷,微塑膠(PP、HDPE、LDPE和PS)回收效果最佳,皆約85%以上。 推測此清除機制為微塑膠可吸附有機溶劑,有機溶劑可吸附Fe3O4,三者混合後即可用磁鐵以磁力將此混合物和水樣分離,達到清除微塑膠的效果。但當為塑膠顆粒較大、重量較大時,則會停留在有機層中,反而難以用磁鐵分開,故以Fe3O4即可達到回收微塑膠的效果。

以β相氫氧化鐵奈米顆粒修飾三氧化鎢奈米片以應用於高效能光電化學水分解產氫

隨著人們對綠色能源的日益重視,具有乾淨、無污染優勢的氫能源被寄予厚望。光電化學水分解被認為是一種新穎且有前景的產氫策略。然而,光電化學水分解受到載流子分離效率低、載流子界面傳輸速度慢和可見光吸收差等因素限制。FeOOH曾被報導能有效進行表面改質,並提升活性位點的手段,尤其β-FeOOH具更優秀的電化學表現,且具豐富的氧空缺,其可以輔助電洞轉移並與Fe2+結合[1],因此本研究使用β-FeOOH奈米粒子修飾WO3奈米板的表面,且因為它具有較低的能隙,可有效提高其在可見光區域的光吸收。光電流密度在1.23 V vs. RHE(可逆氫電極) 時可顯著提高至1.41 mA /cm2,比純WO3奈米板高約2.3倍。特別是FeOOH @WO3奈米板的雙電層電容值更是提升至472 μF/cm2,並且在太陽光的吸收比純WO3奈米板都更有優勢。未來,我們將結合儲氫技術開發成套供能裝置,不斷提高太陽能製氫系統的效率。

「微」電救地球——篩選優勢菌製成新式微生物電池充入手機

本研究研發出「能用池塘等高氨氮廢水來發電的新式微生物電池行動循環系統,搭配程式進行智能監控」。為了達成減碳的能源目標,我們設計了一個新式小型微生物電池。利用塑膠針筒連接常見的中藥塑膠罐,配合石墨棒加以改良,中間使用質子交換膜當鹽橋。串聯第14個微生物電池,電壓可達到7.53V,配合USB降壓板模塊,將放出的電能順利充入手機及行動電源儲存。首先將學校池塘水中的菌加以篩選出適合高氨氮環境中生存之菌種當成陽極微生物,能將含氨氮廢水以及葡萄糖氧化,配合傳統的魚菜共生形成新式微生物電池行動裝置,不僅達到綠能環保,還能行動自如地移動到不同水域進行發電。最後結合Arduino Uno程式監控水質,利用Arduino Uno程式搭配TDS感應器及繼電器,可以監測魚池中TDS雜質並啟動馬達抽水循環,Python程式回報水質。 本研究可解決環境汙染與能源缺乏的問題,期望達成水資源循環利用、永續發展。

利用qRT-PCR探討塑膠微粒對中華擬同型蚤生長和生殖機制的影響

隨著科技的進步,塑膠產品逐漸在全球遍布,甚至造成許多的環境汙染,其中看似消失的塑膠,其實已被分解為非肉眼可見的塑膠微粒,並且正在影響整個生態,並且在最底層的生物體內累積,透過生物放大作用不停的向生物鏈頂層增加。 探討塑膠微粒與中華擬同型蚤生長和生殖機制的影響。延伸對生殖機制、內分泌系統的影響,產生冬卵的特性,以及與體長、生長抑制、延後抱卵的關係。期望可以透過研究成果類推至生態系中的其他生物,例如魚類、鳥類和人類,進而發展成生物鏈之累積和影響。

昆蟲翅膀3D仿生結構應用SERS檢測水污染分子

大家好,我是國立臺灣師範大學附屬高級中學的呂宸昕,目前是高二,在2022醫療科技展中認識了明志科大劉定宇教授,並進入材料工程系的實驗室開始做實驗,看到學長姊處理基材結構的時候,就也決定投入SERS的研究,而我是選用昆蟲翅膀的仿生結構去做實驗,也將初步結果投稿到了國際期刊Polymers並且被接受刊登出來,非常感謝老師和教授協助。

CREATION AND RESEARCH OF ECOLOGICAL MATERIALS AS AN ALTERNATIVE TO SYNTHETIC POLYMERS

The research work is dedicated to analyzing the impact of disposable tableware and packages made from synthetic polymers on people and the environment, and the search for ecological alternatives to synthetic polymers used in their production. Various types of disposable tableware and packages, their composition, production technology, harmful effects on the human body, environmental pollution, processing and recycling were studied. The statistics of the use of disposable tableware and packages in Ukraine and the world as a whole, the places of their use were analyzed. Ecological alternatives to disposable tableware and packages made from various natural materials have been studied. A practical study of the use of organic waste and wastepaper for the production of ecological disposable dishes and packages was carried out.