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化學科

來電用「絲絲」---絲藻在微生物燃料電池之應用

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。

炸開壁癌,攻堅水泥!

白華是生長於混凝土中孔隙的鹽類晶體,但確切影響其生成量及速率的機制仍未可知。為探討及分析不同因素影響晶析與實際上壁癌的晶體結構,我們以混凝土試片浸泡於漆料中常含的有機溶劑中,並測試市面上販售之多種防壁癌之漆料塗抹於混凝土試片上之效果。除此之外,更蒐集現實生活中所產生之壁癌,且針對上述有鹽類晶體生長之試片採集之壁癌進行顯微照相以及成分分析。結果發現,水泥比例造成的裂隙大小、有機溶劑的黏性會影響毛細作用與水泥析出,而防水漆料則能在短時間內抑制水分滲入。顯微照相顯示,在各種鹽類中,硫酸鹽的小顆粒較易析出至表面,是現實生活中的主要成分。我們期望將控制上述有利於白華生長之因素,應用於有效抑止壁癌的生長。

『蔗』麼『C』力-利用甘蔗渣-碳粉吸附重金屬離子

甘蔗渣中含有豐富的木質纖維素,其上的官能基可以吸附重金屬離子,我們在此研究中找到適合甘蔗渣吸附Cu2+的最佳條件。在一次實驗中,我們偶然發現甘蔗渣溶液中的有機物能吸附Cu2+,而碳粉能將有機物吸附,利用這點特性,能大幅提升Cu2+的吸附率。在經過兩道程序的吸附之後,20ppm Cu2+(aq)中Cu2+的吸附率大於99%。

簡易測定法拉第常數及氧化數之方法及自製教具之研究

(一)我們的化學課本第三冊第十四章第一節實驗14-1中,要我們”用定量的方怯來電解時,所生成物質的重量與電量間的關係,進而求得法拉第常數及離子的氧化數。實驗過程必須經過 L 配製電解液( CuSO45H20 及 AgNO3), 2.試裝電路,調整電阻器使安培計指在 0.1A 上,3.取下陰極片( cu , Ag )。依次用稀硫酸、蒸餾水、乙醇及丙酮清洗。4.夾取洗淨之陰極片在烘箱內烘乾。5.夾取乾燥之陰極片分別”用天平精確稱重”,並紀錄之。6.掛陰極片於電解槽內,接通電路,”電解約 l 小時” 其時間之調整電阻器,保持 0.1A。7.1小時後夾取 1 陰極片依次用蒸餾水、乙醇及丙銅洗淨,且要以不可將晶體烘失。8.再入烘箱乾燥。 9.再用天平精確稱重,紀錄下來。10.依據實驗數據,計算法拉第常數及離子的液化數。以上是課本上的指導手續,我們也曾照著做過,不過做一次前後需要兩小時。由於第一次做這樣複雜的實驗,一切都是亂糟糟的。最後計算完畢,其誤差之大,實在叫我們臉紅,自信心完全喪失了!(二)我們的物理課木第一冊第二章第四節中,曾要我們自製微量天平。我們也按照課本做了,而且很好用。如果能把微最天平用在上述的化學實驗中,不僅可以節省時間,而且也因為是用微量天平來測量,結果一定比較準確。經過老師的同意和指導,我們就幹起來了。

綠色化學-尿布變黃金的真相探索

聚丙烯酸(PAA)是尿布中吸水成份,我們發現其結構上的羧基能螯合Ag+,並成功利用甲醛將Ag+還原成奈米銀。但我們意外發現螯合Ag+的PAA白色粉末在沒有其他還原劑存在下也會漸漸變成黃色,與「利用甲醛還原製得的奈米銀」顏色十分相似。本實驗即揭開此粉末變色真相,希望能在不使用額外還原劑下,直接以PAA將螯合的Ag+製成奈米銀,不僅具環保與實用價值,更能使奈米銀製程朝向綠色化學。我們透過水溶性聚丙烯酸鈉(SPA)在均相中進行變色機制探討及影響變因的研究,找出有利的反應條件,再應用於PAA。研究證實PAA能將螯合的Ag+同步還原成奈米銀,反應機制與檸檬酸鈉作用模式相似,而提升濃度、溫度或照光有利於反應,酸性條件則不利,照各種色光也有所差異。

洋洋得益--以洋菜冷凍鍍膜製作防水紙吸管

我們用環保的「紙」來製作環保紙吸管,使用洋菜液體浸泡後冷凍與冷藏,讓紙吸管具備防水功能,也增強耐用性。我們用道林紙和粉彩紙製做紙吸管的主體,和市面上的塑膠吸管比較,在掩埋實驗中,自製的洋菜紙吸管明顯在土壤中分解;而塑膠吸管完全沒有分解;耐折實驗中,洋菜紙吸管每個都超過140個華司,塑膠吸管平均只能耐97個;在垂直耐壓實驗中,洋菜紙吸管每個都能承受15kg以上的重量,而塑膠吸管只承受不到10 kg重量;在燃燒實驗中,塑膠吸管在燃燒時,會發出難聞的惡臭,但洋菜紙吸管不會;戳洞實驗裡,道林紙有洋菜冷凍的,刺破飲料杯保護膜的效果最好,其他,用來吸取珍珠、吸水和耐輾壓等實驗中,自製的洋菜防水吸管都不輸市售的塑膠吸管。

膜力奇蹟–以蛋殼膜粉吸附重金屬離子與色素之研究

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。

「茶顏」觀色妙趣多

同樣是茶,為什麼茶的顏色、味道、香氣皆異?為何茶水顏色會變?於是我們實地參觀台大茶園及凍頂工作站,採集、試驗、觀察、探討茶樹的栽培與製造技術,認識茶葉種類與發現其成分,透過實驗了解不同溫度茶水變化;又將泡好的茶水置於不同溫度之恆溫箱,比較茶水顏色,並用光電比色計測得吸光值數據,探尋茶水變色因素與原理;最後試製紅茶菇,老師試飲、敷臉,黑斑略減,我們覺得好玩又有趣,對「茶」也有一番新認識。

醬油製造方法與蛋白質利用率之研究

醬油為國民用活所不能缺乏之調味品,具有歷史淵源;周禮天官篇:「膳夫掌王饒、食醬百有二十甕。」史記;「通都大邑,醢醬千甕,此干乘三家。」1 今隨生活水準的日漸提高對調味料之選擇亦愈精細,不但要滿足色香味必要的物理條件外,尚需注軍營養素的質、量等化學醫療。據目前製造醬油後之醬渣,經分析結果;殘留蛋白質甚多棄之可惜。若作為飼料有過鹹才嫌。用於肥料,影響上壤pH 值。背時,曾使之灰化後,收回盒鹽。無論如何,在經濟價值上,殊堪可惜。若能改善製造方法,使蛋白質利用率折高,當可降低成本,增加生產。此為當前工商業所重視的問題。本研究即針對對問題,以不同方法製造醬油,再分析成品及醬渣中蛋白質的含量情形,以明瞭何種製造方法最為有利。

裝『蒜』

本實驗探討大蒜各部位的抑菌及抗氧化的效果,並與薑、蔥和維他命C比較,研究發現對黴菌的抑制以蒜頭最強;大蒜葉最小;實驗發現,蒜頭抗氧化濃度22200(ppm)及蒜葉22200(ppm)的效果最好,蒜莖6660(ppm)的效果最差;在pH=11的環境下,各組抗氧化的效果都增強,而在pH=2的環境下,各組的效果則明顯減弱;溫度對抗氧化影響: 溫度上升後,對大部分實驗組影響不大;添加鹽水、蘇打水與辣椒水對蒜頭、蔥根、老薑的抗氧化效果皆有提升,添加10%米酒對蔥根的抗氧化提升12.4%,白醋對蒜頭、蔥根與老薑的抗氧化效果下降,添加10%葡萄酒對大蒜、蔥根與老薑的抗氧化效果提升40.0~76.2%,10%啤酒對對大蒜、蔥根與老薑的抗氧化效果提升16.7~44.8%。蒜頭和蒜莖的食品防腐效果最佳,可持續10小時不變色,蔥根和南薑二年生的效果最差,4小時就變色;蒜頭、蒜根、蒜莖和蒜葉的效果有明顯不同,而蔥根、蔥莖和蔥葉的效果也有不同,可見同一植物中,不同部位的抗腐壞效果也有所不同。本實驗成功做出蒜頭、蔥根、老薑及維他命C的抗氧化濃度檢測線,蒜頭汁的檢量線 y=0.002x-0.010;老薑汁的檢量線 y=0.008x-0.034;蔥根汁的檢量線 y=0.008x+0.028 ;維他命C的檢量線 y=0.002x-0.049 ,並以分光光度計校正碘液滴定量,減少人為實驗誤差,將老人家的智慧用科學加以驗證,證明蒜頭、蔥與薑都有良好的抗氧化效果。