全國中小學科展

高職組

鎘鎘不入-妙用豆渣吸附重金屬鎘

實驗室或化學工業製程所產生的廢水中常含有有毒物質,若未經處理直接排放而使河川的自淨能力無法負荷時,將對環境產生嚴重的危害。這些有毒物質包括強酸、強鹼、酚、氰化物及各種重金屬,依其污染物性質的不同,需利用各種不同的去除方法來達到預期的處理效果。近年來高分子合成技術的創新,使具有選擇性吸附的高分子型吸附劑,在去除水中有機物和重金屬上,已有突破性的發展。但此種吸附劑的價格過高,不符合經濟效益。因此,如何選擇一個適合的吸附劑,是一個值得深入研究的課題。常用的吸附劑有活性碳、粘土、矽石、兩性澱粉等。對於去除低濃度有機物或重金屬離子時,用一般處理方法較不經濟,且不易達到理想的去除效率,此時可利用吸附劑如界面活性劑或雜環族有機物等,以達到較高的去除效果。而吸附劑的選擇不但需考量吸附效果的優劣,吸附劑的來源是否容易取得,吸附反應時間的長短、飽和吸附量及吸附後廢棄物的後續處理問題等,都是必須考慮的因素。本研究利用豆渣作為吸附水溶液中重金屬的吸附劑,來探討豆渣在不同時間、不同粒徑下對水中重金屬鎘的吸附能力和去除效果。實驗結果發現:豆渣吸附時間在短時間即可達到吸附平衡,去除率在 60﹪至 75﹪左右;豆渣粒徑的大小會影響吸附能力,以 D4(0.250mm~0.061mm)效果最好,當粒徑較小時,其表面積較大所以吸附效果較好。另外,藉由 Langmuir 等溫吸附曲線可決定豆渣對鎘的最大吸附量。實驗中所使用之吸附劑(豆渣)與吸附質(重金屬-鎘)之吸附行為符合 Langmuir sorption isotherm equation,可得到一最大吸附量。

螺絲頭定位檢驗器

台灣從早期的農業社會轉型為工業社會後,螺絲產業就扮演著重要角色,為台灣賺取大量外匯並建立起「螺絲王國」美譽,至今產量依舊屢創新高。傳統產業在在3C 產業發達後已漸勢微, 但螺絲產業卻能屹立不搖, 可見該產業在台灣極具競爭優勢。螺絲工廠的螺絲製作過程中,螺絲頭部十字穴的成型,傳統的技術是靠老師傅的經驗來校正模具,耗費時間且不科學,新手更是靠摸索來達成模具的校正,本研究是藉此儀器讓模具校正時能精確找出螺絲頭部十字穴的偏心位置與偏心量, 藉此調整模具, 達到快速定位的要求, 節省工時。

藻生「電」子,百年好「荷」

從台灣東北角海岸中採取日本石花菜等13種大型海藻,萃取其濾液做為染料敏化太陽能電池(DSSC)的染料來源,結果顯示,紅藻萃取液的太陽能光電轉換效率較綠藻為高,其中又以日本石花菜最高,在490 nm可達65.8%,綠藻則多在30~40%。產生電壓方面,則是以孔石蓴(綠藻)與蜈蚣藻(紅藻)萃取液DSSC效果最好,可達標準太陽能板(產生電壓1.33V)的24.6~25.4%。產生電流方面,日本石花菜DSSC在490 nm下可產生0.91uA/cm2。放置五天後,所有各組的電壓都下降,最好的蜈蚣藻也下降了50%以上。與商用太陽能板比較,石花菜DSSC產生電壓約為3.5%(24.63 uV/cm2) ,本研究的結果顯示,大型海藻萃取液中的不同葉綠素異構物可以做為DSSC的良好染料來源。

一線生機-智慧型災難逃生引導系統

本科展探討及製作智慧型災難逃生系統,為解決目前市面上的逃生系統或指示方式的缺點,我們以一個複雜的平面樓層為模擬對象,並以LED串接成引導線形成智慧型的動態導引,主機與導引線之間採無線通訊方式,在樓層各通道及出口處佈線及安裝偵測裝置,依偵測情形分析計算出最佳逃生路線,功能特色如下:(1)建立完整逃生網路。(2)能分析最短且最安全離場路線。 (3)人們在火場中因慌亂容易失去判斷力,因而設計出能提高安全感及逃生速度的導引方式。(4)逃生路線百分百不中斷特性。(5)災情嚴重時,警示原地等待救援指示。(6)資訊中心呈現起火位置、溫度及氣體濃度,幫助救災人員迅速救災的目的。(6)停電照明。

大地口渴了-舖面透水性研究

近年來由於都市開發密度增加,都市不透水表面率因而提升,地表逕流及洪水頻率相對增加,此為近年來台灣地區洪水屢創新高眾多成因之一。且每當發生持續大雨時,我們學校就會有積水的狀況,造成師生許多的不便。鑒此,如何有效增加都市透水面積儼然成為當前重要課題之一,而透水性舖面之廣泛鋪築正是解決此問題有效方法之一。整個實驗可分為參個階段:第一階段(校內參賽):本研究為符合綠建築中地基保水之項目,分別使用三個塑膠整理箱,在箱子底層舖設卵石,再放置一般土壤層及細砂層,以模擬真實土壤結構,三個整理箱各用以植草磚種植草皮,連鎖磚整齊排放,水泥拌和骨材成無細骨材混凝土。結論為:一、無細骨材混凝土滲透量較佳。二、連鎖磚僅靠磚間縫隙導水,其滲透量有限。第二階段(中區複賽):本次實驗添加兩種環保材料作為舖面,分別為鋁罐舖面以及玻璃舖面。此次實驗更將無細骨材混凝土改良,改良其細度模數FM 值,使舖面更加均勻,不會因孔隙過大而出現行走不便的狀況。在第二次實驗裡,所得到的實驗結果如下:一、本次實驗由資源回收場收集鋁罐,因鐵罐易生鏽而不採用。二、本次實驗以鋁罐舖面為最佳。三、玻璃舖面利用彈珠模擬再生玻璃,以符合綠建築中再生資源。第三階段(全國比賽):經過中區複賽評審評定後,我們針對其缺點進行修正,並且增設新研發舖面。一、此次實驗將鋁罐舖面使用水泥砂漿予以膠結,以增加承壓能力。二、此次實驗新增植草磚+鋁罐,作為自製研發舖面,將鋁罐高透水性之優點,結合於現行舖面狀況。

果香四溢-植物香精萃取方式探討

酯類化合物一般都帶有令人愉悅的氣味,香水、精油中通常含有酯類;水果的香氣也是由酯類造成。 水果精油日漸被廣泛的使用在食品、醫藥等產品,本研究利用浸泡法、萃取法及蒸餾法提取果皮及香草植物中的酯類,並以酒精濃度不同的白酒作為萃取溶劑,比較其萃取效果的優劣;使用水當萃取溶劑因易滋生黴菌而酒精有殺菌的效果,所以本研究溶劑以酒精溶液為主;其有效力約為水溶液萃取法的2~5倍。結果顯示:萃取法中酒精成分越高的溶劑萃取出來的天然水果精油成分濃度越高、香味越濃,依序為;柳丁皮>檸檬皮>鳳梨皮>百香果皮,推論原因為柑橘類果皮所含的酯類較其他種類水果高出約20%;而香草類則為:薄荷>香茅>九層塔>迷迭香。

校園B.B.Call廣播系統

在學校上課時每當下課鐘響要休息或看書時,學校各處室突然連續地廣播`某某某`到指定地方集合,害我總是被廣播聲吵到無法休息和自習。在現今科技發達的時代,有很多你從未想到過的生活用品,但在使用的過程中,始終會帶來一些副作用,我們的作品就是針對學校廣播所產生的噪音問題來進行改善,成品名稱為「校園B.B.Call廣播系統」,此系統主要是讓教師或行政人員能透過電腦輸入廣播訊息和班級代碼,藉由RS-232傳送至無線電傳輸模組,並將訊息發送至「校園B.B. Call廣播系統」顯示傳輸的訊息。雖然市面上有些產品可以取代我們所設計的廣播系統,例如:電視牆、LED跑馬燈字幕機等,只不過相對成本考量來講比我們的「校園B.B. Call廣播系統」還要來的高很多,而且它們只能固定在某些顯眼的地方使用,但是我們的「校園B.B. Call廣播系統」卻能隨身攜帶著走。這就是我們「校園B.B. Call廣播系統」與電視牆、LED跑馬字幕機主要差異,成本低且使用便利,相信能有效地改善廣播所造成的噪音污染。

不同色光對海蘭蛋雞產蛋性狀之影響

本試驗旨在探討色光對海蘭蛋雞產蛋數、蛋重與蛋殼硬度之影響並比較以玻璃紙與軟條燈照射對前述性狀之差異。結果顯示,蛋重方面,以軟燈條所進行試驗之結果(綠>紅>黃>藍)與玻璃紙試驗(藍>黃>紅>綠)結果完全相反。產蛋數方面,軟燈條進行試驗之結果(綠>紅>黃>藍)與玻璃紙試驗(黃>紅>綠>藍)結果略有不同,除了藍光組外,其餘組別之產蛋數差異不大。蛋殼硬度方面,無論以玻璃紙或軟燈條所進行試驗,其蛋殼硬度皆以藍光組之蛋殼最硬,其次黃光組、紅光組,綠光組之蛋殼最薄。因此,綜合試驗結果建議若要提升蛋重、產蛋數與蛋殼硬度品質則建議選擇紅光和黃光組為佳。

波霸珍珠神秘的外衣

傳統的粉圓煮法相當耗費能源,因此我們針對粉圓烹煮方法進行探討。生粉圓之澱粉粒大部分未糊化,彼此間結著力弱,粉圓放入冷水時會散裂。若經78℃熱水處理1min後,粉圓表面澱粉糊化,此層結構較疏鬆,水分子較易進入粉圓內部,經掃描式電子顯微鏡拍攝粉圓之澱粉結構,驗證我們所提出的假說。實驗結果顯示,粉圓烹煮前最適處理條件:粉圓烹煮前以78℃熱水處理1min,再浸漬冷水4小時。熱水煮滾後,放入處理過的粉圓,間歇式加熱循環10次 (每次加熱循環:加熱1min、悶1min),可大幅縮短粉圓烹煮加熱時間。此外,利用PLC連結加熱器,有效控制粉圓間歇式加熱循環,並透過電能消耗測試,發現改良後烹煮方式與傳統粉圓烹煮方式比較,可大幅節省耗費之電能。

環保小園丁

陽光、空氣、水是構成生命的三要素,人們以萬物的主宰自居,為追求生活的舒適,不斷的破壞生態,大自然在面對人類的無情也開始反撲,如:氣候異常,發生所謂的聖嬰現象。為延續後代子孫的生存空間,人類必須自我反省,珍惜有限的資源。其中水資源是我們研究探討的重點,人們飲用水早期取得於山泉水、井水,但隨著工業的發展,污染的問題越來越嚴重,廠商也發展出各類的飲水設備,其中逆滲透過濾(R0)飲水機是學校最喜歡安裝的機種,希望獲得最乾淨的飲用水。當同學們補充大量的飲用水時,那飲水機將排放掉大量的廢水,若能加以回收,應用於澆花、沖廁所....等,這樣不就更加環保嗎?因此開始規劃研究太陽能驅動飲水機及其排放廢水的再生應用。