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環境學科

土壤液化好發區對地震加速度歷時圖和PGA的影響

2016年2月6日高雄發生芮氏規模6.4的地震,引發土壤液化造成嚴重災情,引起我們關注。我們以五次規模6.0以上的地震作為研究對象,進行大數據分析,繪製各測站之震波和最大地動加速度(Peak Ground Acceleration,PGA)隨震央距遠近衰減圖,以探討土壤液化對加速度的影響。根據我們的研究,得到以下結論:(1)測站若為砂性土壤,在震度大於3時容易出現雙峰波形,即代表土壤液化;(2)土壤液化好發區會使震波呈雙峰型、PGA變大,對環境造成更嚴重的破壞;(3)在PGA隨震央距遠近衰減圖中,出現雙峰波形的測站通常會高於趨勢線,且圖中其他高於趨勢線的非目標測站的震波也容易呈雙峰波形;(4)綜整上述三點,本研究建立一套台灣環境與土壤保護機制,未來將大幅提升國內居住品質。

「蚯」山之功,「蚓」以為榮

本研究以自行設計的蚯蚓飼養箱,配合箱養法與廢棄羊舍分層堆肥法,將雲林縣的工、農業廢棄物,包含紙污泥、牛糞、雞糞、蔗渣、稻梗與太空包,以微生物EM菌、木黴菌(Trichoderma)發酵,再加入安卓愛勝蚓(Eisenia andrei)、尤金真蚓(Eudrilus eugeniae)分解,之後以自行改良之滾筒式蚯蚓分離器,將蚓糞、蚯蚓與卵繭分離;蚓糞再處理成有機肥料,種植豆類與蔬菜,其結果顯示,廢棄物分解成蚓糞後,微生物與酵素量增加,對於農作物成長助益良多。

捕光捉影—自製光譜儀的分析與應用

市售光譜儀已搭配整合電腦分析軟體以及較小型之實驗觀測槽,確實可應用在高中課程上,例如定量未知濃度之溶液濃度以及充當秒錶反應之反應終止判斷依據,而如要測定難溶性鹽類之沉澱速率發現沉澱太快且難定義沉澱速率,但是此裝置仍可以測量沉降速率。而自製幾種光譜儀確實亦都可以拍出各光源之光譜圖,但自製目鏡光譜儀模組更可輕易拍出光譜圖,此實驗測量模組實際應用上只要搭配相機、固定光源以及電腦軟體如Tracker、Excel等,即可成功定量在不同環境下可見光光譜各波長之相對強度,進而應用於環境光譜之監測,讓我們可以盡量避免空氣中細懸浮微粒之危害。

吸附金「薯」—馬鈴薯吸附重金屬

本實驗我們以馬鈴薯渣做吸附,馬鈴薯中含有澱粉、纖維素、蛋白質註1,這些成分具有可與金屬結合的活性官能基如羧基、氫氧基、胺基註2。 實驗中,我們不做化學修飾,以最簡單的方式吸附,在吸附法中,吸附的金屬種類、濃度、溫度、馬鈴薯使用的量和吸附時間,都會影響到吸附效果,所以我們以上述的條件做為實驗的變因,測量馬鈴薯渣的吸附效果,和以恆溫吸附方程式探討吸附原理。恆溫吸附法中我們以基礎化工課程內所提到的Langmuir方程式及Freundlich方程式推算出吸附原理。 在廢渣處理方面我們將廢渣放入高溫灰化爐中進行灰化後,取部分灰分在進行二次吸附以達到廢棄物再利用的目地且灰化過之灰渣不易脫附。

臺灣常見菊科植物之應用

有許多昆蟲是人類或動物疾病攜帶者的主要或中間宿主。大多數的化學驅蟲劑對環境造成嚴重損害。因此,迫切需要開發新的無污染驅蟲劑和抗微生物劑。在本次研究,我們從臺灣常見六種菊科植物中,使用蒸餾水與絕對酒精來萃取花朵和葉子的二次代謝物,並針對原核生物種:大腸桿菌(Escherichia coli-DH5α)與枯草桿菌(Bacillus subtilis)及真核生物種:果蠅分別進行抑菌實驗及驅避實驗。結果顯示本實驗挑選之菊科植物:孔雀菊、長柄菊、南美蟛蜞菊、大黃菊(壽菊)的二次代謝物確實有殺菌及驅蟲之功效。研究目的是為人類開發以植物為主的抗菌與驅蟲物質以提供健康與環保無污染的新選擇。

校園雲端PM2.5監測系統開發及環境綠帶對於PM2.5之影響分析

本研究為研究校園中綠帶對於PM2.5改善的程度,透過自行開發的PM2.5檢測器架設在校園各個不同的位置,經由雲端收集資料與鄰近大發工業區的PM2.5數值比較來探討綠帶的厚度是否會影響空氣品質,並且配合當時的風向,來驗證校園樹木的種植可以改善PM2.5數值。

廢棄香灰的環境污染與再利用之研究

廢棄香灰最常見的處理方法就是未經處理就直接丟棄或倒入水溝、河川之中,本研究實驗得知,廢棄香灰導致環境水質或土壤受到污染情形嚴重,並造成植物生長遲緩甚至枯萎死亡,對環境影響極大。對於廢棄香灰的再利用,本研究分析香灰成分,經過三角座標試驗及賽格式分析,成功將廢棄香灰使用於陶瓷釉藥中,並研究成功發展出青瓷釉藥,並與宋代釉色做比較,創造經濟及藝術效益,另外,香灰釉藥的生活陶瓷用具不僅有環保意識,心靈層面上更兼具神明保佑的作用。

雞糞採礦—磷回收最佳化

磷在生活中不可或缺,而磷礦只剩下90年的含量,磷的回收對於環境的永續性有其必要。 本研究先以王水加入日本與臺灣的堆肥雞糞(CCM),使用感應耦合電漿原子發射光譜儀(ICP)測定CCM中的磷含量。以不同濃度及種類的酸進行酸溶鹼沉法的酸溶部分,將磷溶解並以ICP測定其含量,挑出最適合的酸種類及濃度。之後調整溶液pH值使磷酸鹽沉澱,找出最適合的pH值,讓Ca5(PO4)3OH的產量達到最高。 比較後,發現兩種CCM的組成元素含量不同,但費時差距不大,代表未來廠商能多方收購雞糞。酸溶實驗中,考慮HNO3(aq)帶來的氮汙染問題,最終決定以HCl(aq)為溶解用的酸。鹼沉澱的實驗中,本實驗將濾液加入CaCl2(s)使其沉澱,再溶解結晶並用ICP測其磷含量,最終日本CCM可回收92%的磷;台灣CCM回收90%的磷。

霍夫曼的綠色奇航-電解探究與環境上的應用

「減量是王道」─利用雷射切割機、壓克力板、螺絲、針筒等器材,設計並製作微型電解水器,除完成各種電解質測試外,並探究電解變因,精確量測法拉第常數。「回收是責任」─善用電解原理,探究銅離子的回收率成因;最後回收科展實驗的所有廢液,減低科展實驗對環境的衝擊。 最耐腐蝕的電極實驗發現,黑化處理的鎳鈦合金電極電解NaOH溶液時,其氫氧體積比最接近理論值2.02,SEM圖亦顯示其材質抗腐蝕能力強。回收率的探究發現通入的電流強度越高、越酸或添加螯合劑,會造成回收率下滑。 利用電解法可完全清除實驗廢液中的銅離子,免去強鹼的使用;整個回收過程約損耗216瓦‧小時,折合0.216度電。

賣油翁

現在大量運用化石燃料,易造成大量環境汙染且其存量有限,所以引發我們對生質柴油的好奇。查資料發現:其可以大幅降低柴油引擎所排放的黑煙、未燃碳氫化合物、一氧化碳、以及多環芳香烴等毒性物質。生質能符合永續經營的理念,並非僅以處理為滿足,而是把生質物資源化與能源化,兼具能源與環保雙重貢獻。因此我們設計了幾個實驗想對生質能源有進一步了解。我們利用日常生活中易取得的油品,試著用其製造生質柴油,並尋找一個比例使反應最有效率轉換,使反應能有最明顯的轉酯化效果。接著依不同油種燃燒找出最好效能的油,再改變醇與油的比,提升反應產率,並測量產出的生質柴油熱值與價格,以方便我們未來可以運用。