全國中小學科展

環境學科

水俁退散-自製有害無機汞快篩器應用於放流水之檢測

本研究先合成出奈米金溶液,改變不同碳數(3,11,12)的硫醇與奈米金結合,再利用羧酸根抓取水中的無機汞。觀察其溶液顏色的改變,自製Arduino快篩器,預警偵測放流水中汞離子濃度。 本研究發現奈米金溶液接上3-硫醇丙酸(MPA),配製標準汞離子溶液0、2、4、6、8 ppm,並加入對Hg2+有較強作用力的2 6-吡啶二甲酸(PDCA)試劑,用以提升快篩器的靈敏度。將分光光度計測量吸收度與濃度檢量線關係(R^2=0.99),與自製快篩器(R2=0.96±0.01)比較,具有一定的可信度,並實際應用於放流水的快速檢驗。本研究的汞離子檢測方式,具有特殊選擇性,結合IoT的快篩器,可迅速得知自然水體中Hg2+濃度,大幅降低傳統檢測的成本。

花生殼洗面乳-廢物利用

全球性塑膠汙染議題,是現今各國所需面對的首衝問題,這些塑膠微粒除了會對海洋生物造成傷害外,透過許多文獻指出,這也會對環境造成破壞,亦能運用顆粒小的特性,被人體吸收,進入到血液循環系統。因此本研究旨在尋找能夠替代塑膠微粒,且又能自然分解的廢棄物,實驗中選用了花生殼以及蛋殼,其中,花生殼洗面乳達成與含塑膠微粒洗面乳相同效果,能夠完全取代含塑膠微粒的洗面乳;蛋殼洗面乳效果最佳,不過在於人體皮膚上清潔時,卻會有不適感。藉由研究問卷分析,發現大眾對於塑膠微粒具有一定程度的了解,接近五成的人都使用過含塑膠微粒之產品,約七成的人對於花生殼洗面乳有興趣。

製備自組裝單分子層修飾電極檢測水中銅離子之研究

本研究開發一種檢測水質之創新技術,利用電化學阻抗分析 (Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS)檢測水樣中微量銅離子。我們將檢測出的阻抗頻譜圖形套入對應的等效電路模型中,可得到溶液與電極表面之電荷轉移電阻 (Rct),並藉此推估溶液離子的濃度。本實驗研究確知:當銅離子濃度( [Cu2+] )愈低,溶液的Rct值越大,-log[Cu2+]與Rct 呈二次函數且與√(Rct )呈線性關係。溫度越高,溶液的電阻值越小,兩者呈線性關係。我們進一步採用平面 (2-TBA)、長鏈 (11-MUA) 及短鏈 (3-MPA) 三種硫醇分子進行電極表面改質,實驗結果顯示11-MUA與3-MPA硫醇分子皆對銅離子具有高度選擇性,其中11-MUA改質電極的量測極限可達0.0019 mg/L,且靈敏度較佳。本實驗研究量測模組具有優異的離子辨識能力,可實際應用於環境水質中銅離子之檢測。

廢棄柿皮與汙泥發酵產氫之研究

本研究旨在探討廢棄柿皮與汙泥發酵產氫之可行性及最佳發酵條件。結果指出石柿(Diospyros kaki cv. Stone)與汙泥分別預加熱後依1:2比例混合,加入改良培養基,調整pH值為8並於環境溫度35°C下發酵為最佳條件。修正岡珀茲方程式擬合結果指出每公克柿皮可產生24.32毫升氫氣(R2=0.9990)。此外,等比例放大之發酵規模倍率與產氫能力呈正相關,若以足量柿皮發酵量產氫氣,可以相近效率大規模產生氫氣。本研究亦根據全臺每年廢棄柿皮量推估氫氣產量,並探討計算成本的方法,結果皆顯示廢棄柿皮發酵產氫具一定可行性。此方法可有效轉換大量廢棄柿皮為再生能源,具高度發展潛力。

「藻」出不「塑」之客─狸藻捕蟲囊吸收塑膠微粒之探討

本研究主要是觀察狸藻葉子特化的捕蟲囊。以染色及褪色的方法,來了解是否因吸收聚氯乙烯(PVC),而改變其觸發速率,發現含有PVC的捕蟲囊,其觸發及排出色素的速率皆比未含有的慢。另外,也發現浸泡在不同PVC濃度下的捕蟲囊,其觸發及排出速率也不同,浸泡在濃度較低溶液中的捕蟲囊,其觸發、排出速率皆比濃度較高的還快。顯示水中不同濃度的物理性微粒對狸藻捕蟲囊觸發、排出作用有不同程度的影響。此外我們透過抗氧化酵素過氧化酶POD活性檢測浸泡PVC溶液不同時間的狸藻其生長狀況,發現有PVC的組別,體內POD含量皆較高且浸泡一天的組別含量最高,顯示PVC的確會對狸藻狀況造成明顯氧化壓力。

「霾」在校園中的秘密—PM2.5對植物光合作用的影響

分析雲林四地區PM2.5濃度變化,發現在夏季最低,主要原因是西南季風擾動。而斗六地區明顯高於其他三鄉鎮,推測其原因為夏、冬盛行風向不同而導致PM2.5沉降於本身為丘陵地的斗六。再加上海風將麥寮五輕、六輕PM2.5細懸微粒吹向本身為畚箕地形所致。 在利用碘液變色法觀測PM2.5對植物光合速率之影響實驗發現,因 要剪下葉片影響植物生長,且裝置無法控制PM2.5濃度,加上用澱粉含量的變化來代表光合效率不易準確掌控;而利用氧氣生成和二氧化碳消耗較為直接,因而自製可換氣、控制PM2.5濃度、紀錄O2、CO2濃度。 在測定日日春和虎尾蘭兩種植物的實驗中發現: 植物會因為短期內處在含較高濃度的PM2.5 逆境,而改變其光合效率以「求生存」。比較兩種植物受PM2.5 影響光合速率結果發現,日日春受到的影響比虎尾蘭來得明顯,推測其主要的原因可能是PM2.5 會阻礙光照量,而虎尾蘭是室外耐陰植物所以受影響較小。

「油」刃有「餘」-新型環保剩食電池

環保剩食電池的成分為剩食、硫酸銅溶液、海藻酸鈉溶液,一般未經處理的剩食易含有油份,容易使電流無法持續,放入盆栽會使植物的毛孔被油脂堵塞導致植物死亡。本組利用磁性化的花生殼粉將存在於剩食中的油份吸附後,再以磁鐵棒去除。如此一來,剩食電池的內部就不會含有油份,吸完油份的磁性花生殼粉亦可以洗淨後重複使用,吸附的油份可另做生質能源使用。剩食電池的電壓及電流不會受到不同種類的剩食影響,剩食電池在接上LED燈泡三星期後,電壓仍有2.0伏特以上、電流下降呈現穩定的0級反應且這樣的電量可以點亮10顆0.02瓦的LED燈泡長達21天,使用完的剩食電池亦可放進盆栽中,做為植物的肥料及養分,充分做到綠色化學原則中的再生、物盡原則。

氣•塑 -- 氣泡牆對塑膠微粒攔截機制的探究

人類文明高速發展下,對石化產品的依賴導致塑膠垃圾激增。若垃圾未能有效回收處理,而在自然環境中降解、產生的大小不一的塑膠微粒,將提高回收難度,對自然環境各層面也造成巨量的傷害。為了解決這個問題,我們參考荷蘭的河道氣泡牆設計,建立一循環水箱並搭配出氣管,藉由調整出氣管參數以產生不同性質的氣泡牆,以探討對微小保麗龍球(<5mm)的攔截效果與微觀機制。由本研究發現,氣泡牆愈緻密能攔截到的微粒粒徑愈小,且整體攔截率落於65%至100%間。最後,我們比較氣泡牆攔截設計與淨水廠的汙水處理流程,此系統能減少過濾材料耗損與水頭損失,且可由動態調整氣泡牆性質來調控攔截微粒的粒徑範圍,使後續之淨水流程得以更精密化。

「地」時炸「氮」,「酚」秒必爭―利用地毯草多酚降解硝酸鹽與亞硝酸鹽

氮污染無所不在,水源硝酸鹽污染是農業發達地區居民長期面對的問題,且脫硝作用中間產物亞硝酸鹽,對人體危害甚大。因此我們透過測量天然雜草(地毯草)溶液的氧化還原電位、還原力、自由基清除能力,證明地毯草具有強抗氧化力與還原力。藉由田口式實驗法規劃探討影響地毯草還原降解硝酸鹽之可能參數,由統計分析結果確認使用乾燥地毯草劑量18.75 g/L與硝酸鹽濃度50 mg/L的水體反應24小時,為地毯草降解硝酸鹽的最佳操作條件,而持續反應48小時則可完全降解亞硝酸鹽副產物。反應過程中總酚濃度介於100~200 mg/L,並且利用光譜全波段掃描反應溶液得知,250~325 nm區間有明顯吸光程度,代表多酚成分兒茶素之存在。經由本研究成果證實地毯草可釋出多酚物質有效降解硝酸鹽。

防曬乳好蝦—探討防曬乳進入水體對黑殼蝦生長之影響

本研究主要探討人類使用防曬乳進入水體後,對水生生物的影響。我們將防曬乳分為物理性和化學性防曬乳,依據不同濃度加入水體之中,觀察黑殼蝦成長和存活率變化,同時也觀察魚缸水體的改變,藉此初估探討不同種類防曬乳對環境和水生生物的影響。實驗進行一共七週,我們發現化學性防曬乳成分可以誘發綠藻大量生長,而物理性防曬乳可以促使矽藻生長。黑殼蝦在1ppm化學性防曬乳存在的環境中,生長和存活率不受影響,但濃度太高仍然會抑制其生存。物理性防曬乳則不論濃度多少,對黑殼蝦的影響相較於化學性防曬乳都較大。所以我們建議如果要進行水上活動,最好可以是用化學性防曬乳產品,減低對水域生態的危害和影響。