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化學科

「果」然「塑」這樣-農業廢棄物回收自製果膠保鮮膜之探究

目前正值疫情後時代食安及衛生與大眾的生活密不可分,日常所用之難以生物降解塑膠因環保及限塑法令應設法減量,故本研究冀望能實驗出市售保鮮膜之替代品。 研究使用醇沉澱法將回收之農業廢棄物過濾出果膠,再將果膠、海藻酸鈉、甘油、純水以比例1:1:4:100混合,可得不沾黏且易脫模之自製保鮮膜,再將其進行物理、化學性質、生物降解等測試,試驗其能於空氣中耐熱至少122 oC,會於85oC熱水中部份溶解;經黴菌生長測試13日發現其不會於空氣中生長黴菌;經拉力測試發現添加橘子保鮮膜拉力佳且優於PVC保鮮膜;經滲水實驗發現柚子果膠保鮮膜的滲水速度最慢;經掩埋測試三週後可完全降解,證明果膠保鮮膜可生物降解,對環境無害。

「鋅」「錳」相傳─可逆電化學沉積溶解的水系鋅錳無隔膜液流電池

使用醋酸鋅及醋酸錳的金屬離子電解液建立自製的鋅錳液流電池循環系統,透過負極Zn/Zn2+及正極Mn2+/MnO2的氧化還原反應,成功實現無隔膜的可充式鋅錳液流電池。在電解液濃度實驗中,觀察到較濃的Mn2+濃度會增加MnO2的沉積,有較好的充放電效率。在不同pH值的實驗中,發現pH= 6~6.5的醋酸根電解液,有最佳的鋅錳液流電池充放電庫倫效率及能量效率,分別達80%及40%以上。使用加入更多硫酸根離子pH< 5的酸性電解液,雖有稍高的放電電流,但會提早耗盡MnO2使充放電效率降低。電極擺放方向的實驗結果,顯示平行水流有較佳的充放電效率,此外重複充放電實驗也證明醋酸鋅錳電池可保持極佳的庫倫效率,有很好的再現和穩定性,實驗結果將有助於未來鋅錳液流電池的進一步研究。

淨「塑」撤離 「鐵」定「油」效

水中塑膠微粒嚴重危害生物的生存,本研究擬探討清除水中塑膠微粒的方法與原理,以制定清除的參考流程。先用油料吸附水中塑膠微粒,再利用鐵磁性吸油劑吸附含塑油料,最後用磁鐵吸起清除。研究分為兩部分探討,一、油料與塑膠吸附的情形與影響因素;二、吸油劑與油料的吸附效果。為了放大觀察塑膠微粒與油吸附的情形,用塑膠小圓片模擬塑膠微粒,並作為吸附效果的量化數據;用油層高度比例法來量化吸油劑的吸油效果;以燃燒法和促鏽法自製鐵磁性吸油劑,與市售鐵氧化物比較。結果發現,塑膠種類、油酸價、水溶液種類會影響塑膠與油料的吸附。以燃燒的鋼棉、鐵粉、四氧化三鐵作為吸油劑,進行三階段多層次處理可以節省成本,也減低水汙染。

廢木屑的春天~探討前處理提升木質纖維醣化效率

本研究找出木質纖維廢棄物更環保的前置處理方式:木屑過篩縮小粒徑再利用低濃度硫酸、鹼性過氧化氫溶液二次處理,可以提高酵素水解木質纖維效率,且有效抑制不利於酒精醱酵的「羥甲基糠醛」產生。本研究控溫在100℃以下,酵素水解48小時最高達到84%的纖維分解率與57.2%還原醣產率。實驗設計可以大幅減少金屬離子廢液產生與耗能,也能提升目前業界常用酸處理的產醣效率。實驗發現複合式前處理藥劑的濃度最高只需3%且處理時間一~兩小時,可使還原醣產率比酸前處理增加30%。研究中的前處理用於鉛筆木屑和乾燥的果菜廚餘粉末,也都能達到73~83%左右的纖維素水解率,證明研究設計的複合處理木質纖維高效且節能環保。

「分」散,「離」散,好聚好散

本研究主要探討分子與離子在不同溶液中散布情形的差異,將紅墨水與過錳酸鉀滴入不同溶液中,藉由即時錄影的質性分析觀察不同變因下的散布情形,再利用自製感光裝置的量化分析進一步測得散布速率的差異。 研究發現,紅墨水滴入水中的散布情形與容器的截面積大小、落下高度和水溫有關;滴入不同水溶液時,水溶液的密度是影響其前半段時間散布情形的關鍵。研究亦發現,當水溫在40℃以上時,過錳酸根離子的散布速率會明顯大於紅墨水色素分子;當紅墨水與過錳酸鉀滴入相同濃度的氯化鈉水溶液時,過錳酸根離子的散布效果也會優於紅墨水分子。

「瓜」熟酵弱 – 木瓜蛋白酵素天然美白牙膏

研究木瓜樹的木瓜蛋白酵素活性及萃取、純化方法製成的自製木瓜蛋白酵素牙膏。以氫氧化鈉滴定法測量酵素的活性,本研究發現,木瓜樹未成熟的果實,木瓜蛋白酵素活性最高:氫氧化鈉平均滴定體積 3.93 (mL)。以純水萃取後再過濾的上清液,經超音波震盪、pH 7緩衝溶液浸泡、烘箱50 ℃ 乾燥,活性是置於室溫25 ℃ 的2.11倍。以硫酸銨純化,活性為未經純化酵素的1.63倍,最後以豬腸膜分離硫酸銨。自製木瓜蛋白酵素牙膏,能分解口腔內的蛋白質表膜層,除去最難去色的咖哩粉色素,增加自製木瓜蛋白酵素牙膏與咖哩粉唾液混合液間的反應時間為5 分鐘,以自製木瓜蛋白酵素牙膏0.5 g添加市售木瓜蛋白酵素牙膏0.5 g,潔牙後的色差值ΔE 1.49最小,優於市售木瓜蛋白酵素牙膏ΔE 2.05。

「囊囊」上口-新型水膠囊之研發

本研究首創「新型真雙層膜水膠囊」製法:「先製膜再裝水」改良舊式「冰式水膠囊」的限制和缺點,並發現最佳製作濃度為3.0%海藻酸鈉與1.0%氯化鈣溶液組合。此組合製成的水膠囊耐重力為1830gw,是冰式水膠囊的 4 倍之多,耐拉力755.8gw、耐摔力188cm,都遠優於舊式水膠囊,TDS 總溶解固體量19.6mg/L,符合飲用水標準,且其抗穿刺力測試明顯優於市售手搖杯的封膜。至於耐冷熱測試,可耐冷至-18oC、耐熱至100 oC,非常適合冷熱飲之應用。尤其是國內首創之「創意形體膠囊」–三角體膠囊及方形體膠囊的開發,成功包裹各種飲料、佐料與防疫用品。我們的新型水膠囊,無論在雙層膜的創意設計、性質、形體及應用各方面,都提供食品「囊囊上口」、生活環保減塑新契機。

自製天然漢方賦活洗髮液—探討洗髮精製作

天然中草藥是東方人崇尚的健康養髮方式,於是我們萌發了自製漢方洗髮精的念頭。我們先以市售洗髮產品訂定檢測洗髮精的標準,再以胺基酸起泡劑做為基底混合椰子油或弱酸性起泡劑測試不同比例洗髮精基底的清潔效果;結果顯示出:添加椰子油起泡劑比例越高時,去油力與去汙力都會增加,但沖洗的時間也越長,需耗費更多的清水才能洗乾淨。添加弱酸性起泡劑可增加起泡力,而去油及去汙力,則在添加比例至5%時,清潔的效果最佳。我們於是決定用胺基酸起泡劑25%搭配弱酸性起泡劑5%的比例,做出洗髮液基底,並用皂莢、何首烏、當歸及乾薑熬煮出來的萃取液取代原本的水,再利用食鹽來增加洗髮液的稠度,調和精油來滋潤髮絲,便製成了天然漢方賦活洗髮液。

咖啡濃度的密碼

想藉科展來自製方便準確的濃度咖啡機。 市售即溶咖啡粉經本研究顯示:(1)咖啡濃度越高測紙殘留色越深。濃度>6.542%達飽和。(2)咖啡溶水呈弱酸,pH與咖啡濃度呈負相關。廠建議濃度1.32%其pH為4.94。pH<4.57時不易判別濃度為不全面的濃度測法。(3)電導度與咖啡濃度呈正相關。建議濃度1.32%其電導度為110mho/cm。電導度在中高水溫時不穩定且無法判斷飽和為不優濃度測法。(4)TDS與咖啡濃度呈正相關。建議濃度1.32%其TDS為600 PPM為可行濃度測法。(5)光敏電阻反應電壓與咖啡濃度呈負相關。建議濃度1.32%其反應電壓為0.32V為可行濃度測法。(6)TDS與水溫呈正相關、光敏電阻反應電壓與水溫呈負相關。(7)運用光敏電阻反應電壓來自製咖啡濃度控制器是可行,準確率約為82~97%。

有機金屬骨架吸附水中之汙染物探討

現今的水資源充滿各式汙染物,不僅威脅地球環境更對人類造成巨大的危機。本研究探討多種材料吸附染料及重金屬離子的效果差異。 首先將時間和材料質量固定,觀察、比較六種材料(含自行合成的四種材料和現成的ZIF-90, A520) 吸附染料的功效,實驗後得出Zn-MOF-74之能力明顯優於其餘材料。延續使用Zn-MOF-74為反應材料,可明確得知其吸附染料效率隨時間變化有下降的趨勢。我們想比較相同材料吸附染料及重金屬離子的效果差異,故我們使用Zn-MOF-74吸附鉛離子,間隔固定時間取出並秤量PbSO4沉澱之重量,即可推出Pb2+在水中含量的變化。由實驗結果可發現Pb2+含量亦有顯著的減少。由以上實驗可知Zn-MOF-74在吸附染料和重金屬皆有不錯的成果。期許在未來能夠實際應用並解決日益嚴重的水汙染議題。