化學科

家鄉河川受到重金屬汙染的消息引發我對於改善重金屬汙染水進行研究的興趣。在這個實驗中，利用乾燥的橘子皮、檸檬皮、香蕉皮和花生殼作為吸附水中重金屬的物質，利用綠豆發芽率作為檢測水中重金屬離子是否減少的指標。結果發現受到重金屬汙染的水使綠豆發芽率降低。以果皮處理受污染的水一段時間後，發現果皮對於某些重金屬具有吸附的作用。其中，橘子皮對於鈷離子和鎳離子的吸附效果最佳；檸檬皮對於鈷離子、鉛離子和鎳離子的吸附效果較佳。香蕉皮對於鉛離子、鎳離子和鋅離子的吸附效果最好；花生殼對於銅離子的吸附效果最佳。但是，儘管果皮可以吸附重金屬，但大部份以果皮處理過後仍然無法使受污染的水恢復到未汙染前的狀況，所以避免人為汙染，才是解決汙染問題的根本之道。

本實驗針對布丁的吸水敏感性進行探討，並加入交聯劑改良布丁的穩定性。實驗發現布丁的吸水行為對於環境變化具高敏感性：交聯濃度越高，其吸水率越低；溶液越酸或越鹼，其吸水率越高；磁場強度越強，其吸水率有減小的趨勢。我們先後以「重量增加率」→「溶質滲透率」→「溶質釋放率」曲線討論布丁的吸水模型，並以水合離子團解釋布丁、離子與磁場的交互作用。由於布丁具有「可調控」的吸水性質，因此可以藉由酸鹼值或外加磁場的變化，達到特定區域、特定時間釋放溶質的目的，應用於肥料施放、藥物膠囊、痠痛貼布等，能增加溶質釋放的精確性與使用效率。

本實驗中採用自製的甲殼素吸附金屬離子，發現在0.04M、pH4、25℃、45分鐘時添加了戊二醛的甲殼素對銅離子有最好吸附效果。其中甲殼素在不同濃度的銅離子中，濃度越低對銅離子的吸附量會越少。而在添加戊二醛改質甲殼素以形成網絡型結構方面，隨著戊二醛添加量的增加，甲殼素對銅離子吸附量隨之增加。時間對銅離子吸附量的影響發現，GA2在10到40分時吸附最快速，約在45分時達平衡。在甲殼素克數對銅離子的吸附量影響發現，大約在0.8克時吸附可達平衡。甲殼素在不同pH對銅離子吸附量的影響方面在越偏酸性的環境下吸附效果最佳。

台灣氣候潮濕，黴菌及細菌無所不在，對健康及環境均造成污染，如何找出有效又經濟的殺菌方法？本實驗緣自2003 年科展成果後續探討，是不是除了在清潔力之外，能找到可以清潔又可殺菌的肥皂配方，一舉二得，給於更深入的延伸目的及發現，進而能做出更有深度的科學研究。本實驗是以天然素材、具環保、成本低且具殺菌力的肥皂為標的。為了使實驗結果更客觀，我們徵求班上同學的意見，選出外觀顏色最討喜的肥皂。綜合本次研究目的及實驗內容如下：(一) 回鍋油皂基添加哪些添加物可增加殺黴菌能力及殺細菌能力？哪一種效果最佳？(二) 把最好的三種殺菌添加物混合，殺黴菌能力及殺細菌能力如何？與沒有混合的比較？(三) 跟市面上印象中具清潔且殺菌品比較，殺黴菌能力及殺細菌能力如何？成本是否經濟？(四) 肥皂裡加入天然色素，能否改變顏色？顏色是否可變得漂亮？對殺黴菌能力及殺細菌能力有沒有影響？歷經十個月的實驗後，本組實驗得到結論摘要如下：(一) 本實驗所有添加物以「回鍋油+蜂蜜+抹茶皂」(以下簡稱蜂蜜抹茶皂)，不論殺黴菌、殺細菌上及使用成本表現最佳。(二) 本實驗自製肥皂，殺細菌能力平均比殺黴菌的能力好，以蜂蜜抹茶皂為例，殺細菌能力是100%，殺黴菌能力是62%。(三) 在殺黴菌能力及殺細菌能力上，比起市面上銷售的清潔殺菌品，本實驗成果(除酒精外)最佳。(四) 給廠商的建議：蜂蜜皂是一個很好的殺菌肥皂(殺黴菌效果50%，殺細菌效果100%)，成本低，顏色也很漂亮，但蜂蜜抹茶皂殺黴菌能力及殺細菌能力最佳(殺黴菌效果62%，殺細菌效果100%)。(五) 用黴菌或細菌作實驗不能涵蓋其他菌種的殺菌力，但因其他菌種取得困難或有危險，如SARS 的冠狀病毒、如禽流感病毒，都無法當成小學生的實驗，但我們可用同樣的科學精神，探討未來更多的研究主題，作更有價值的發現。

整體而言，今年之水準較去年高出甚多，尤其高中組，取材也相當生活化，但是，仍有些 缺點宜待改進： 一、國小組： 二、有些作品之結論，祗展示數據，沒有作簡略說明。

去年我們發現洋菜在理化實瞼上有許多妙用，經過研究後，所提出的報告，「洋菜的妙用」獲得全國科展佳作獎，一年來我們又陸續發現洋菜製成的活塞還可以有很多廣泛的用途，所以今年我們的作品是「洋菜活塞與氣體的P.V.n.T.及O2、呼出氣體、CO2 含量的探討」。

從國中開始，我們做過許多電解實驗。我們發現一些電解質水熔液電解僅靠電解質導電致使水電解；而有的卻能連電解質本身都氣化還原，而水亦電解。 然草酸水熔液電解又會產生什麼呢？於是便自行動手做；又發現以鋁為電極電解會發光，更值得加以研究探討。 人才、知識、技術、設備的缺乏，使此次研究分外艱辛，不過仍希望藉科學展覽達到研究相互交流的目的。

蛋殼膜的主要成份是蛋白質，含有豐富的胺基酸，其結構上的特殊官能基胺基（─NH2 ）和羧基（─COOH）對金屬離子具有螯合作用，而且難溶於水。實驗結果顯示蛋殼膜粉對於帶正電的金屬離子(包括H+離子)以及食用色素，皆能有良好的吸附效果。此外我們發現H+離子與金屬離子存在著競爭關係，在較酸的環境下，即使銅離子濃度比氫離子濃度大100倍時，蛋殼膜粉仍優先吸附氫離子。蛋殼膜粉對離子的螯合能力比較為H+＞Cu2+＞Co2+＞Ni2+。以蛋殼膜粉螯合Cu2+離子而言，最小偵測極限可達10-4M。蛋殼膜粉螯合金屬離子與吸附色素的過程為一個可逆反應，利用較高濃度的酸性水溶液，使反應逆向進行達到再生，再生的蛋殼膜粉仍然具有螯合銅離子與吸附色素的能力。

在養殖池中絲藻的增長速度非常快，會影響魚苗的生長，造成漁民的困擾。若將其當作再生能源利用，不也是一種廢物利用的做法嗎？\r 本實驗利用絲藻培養的新菌種「YMJH 一號」，以自製微型雙槽式研究微生物燃料電池的產電效能。以8cm×8cm 半透膜取代價格而貴的質子交換膜、陽極置入台製生化棉及0.005M 葡萄糖當燃料，在陰極12mL/s 曝氣速率、陽極6 小時水力停留時間，在500Ω電阻下最大功率密為34.87 mW2/m2，超越參考文獻中最大功率密度。\r 在不同電極種類下，100cm2 碳織布當陽極、10cm×10cm 打洞碳串當陰極使內電阻大幅降低，因此得到最大電壓為0.63V 而最大功率密度提升至79.38 mW2/m2，超越歷屆科展作品的最大電壓0.09936V、最大功率密度1.9745 mW2/m2 ，甚至是參考文獻最大電壓0.416V、最大功率密度32.9 mW2/m2的2 倍產量。

市售螢光棒琳瑯滿目，其棒身主體分有內、外兩管：內管裝填強氧化劑，外管則有螢光發光物種及染料，而螢光棒的色彩多是由染料顏色所決定。利用氧化劑將螢光物種激發而放出能量，此能量以光的形式放出即是螢光棒的發光原理。為求螢光發光效益增加，添加不同金屬離子於螢光溶液中，發現A 族金屬離子、鹽類溶液中的陰離子對於螢光放射沒有直接的影響，而B 族過渡金屬離子在具有成對電子、反磁性質的條件時，能增強螢光強度；此外，純粹添加氨水亦可得到一強烈的螢光效果，此應與螢光物種結構剛硬化使強度增強有關。