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化學科

吸「金」「膜」法

許多文獻中提到,交聯作用後的海藻酸鈉薄膜具有吸附重金屬的效果,本研究探討海藻酸鈉薄膜在不同時間、不同溫度、不同磁場下對鎳、鐵、銅離子的吸附效能。研究結果發現,海藻酸鈉對不同金屬離子之吸附效果整體而言為鐵>鎳>銅;溫度上升使海藻酸鈉對鎳、鐵、銅離子的吸附率更快達成平衡,且使達動態平衡後的吸附率震盪幅度更大,此外,鎳、鐵、銅離子在45℃的環境中的吸附效果最佳;磁場強度亦會影響海藻酸鈉對鎳、鐵離子之吸附效果,銅離子則無明顯差異。

染出奇蹟-自製奈米銀提升DSSC效率

有關於染料敏化太陽能電池(DSSC)的優化。首先使用平整的刮刀器均勻地塗抹400um的石墨膠在DSSC的電極上可以提高導電性。而0.5M的I-/IO3-電解液可以獲得最佳的填充因子和高轉換率。染料方面混合梔子紫、梔子綠和梔子藍色素可以增加吸收可見光波段並提高吸收度。ITO導電玻璃的耐受溫度約為300℃左右,超過此溫度電阻逐漸增加。負極之奈米粒子所製備之TiO2薄膜的最佳厚度為5-10um,且30nm的粒徑比25nm和常規粒徑表現較好。使用Ti(Cl)4乙醇溶液進行電解沉積時,最佳的電解沉積電位在-1.025~-1.1V區間內且其DSSC的轉換率可達0.5%。加入奈米銀到DSSC的染料中可以有效提高吸收度,比例為奈米銀:混合染料=1:30時可以有效提高DSSC的效能。

「膜」力淨水---探討包蚵殼粉的晶球化膠膜在清除磷酸鹽的研究

本研究探討利用含蚵殼粉的海藻酸鈣晶球去除水中磷酸鹽的可行性。我們設計正向與反向晶球,加入不同重量蚵殼粉,觀察其對磷酸根的去除效果。實驗使用RGB比色法建立檢量線判讀磷酸鹽濃度,自製Arduino微型電導度計,追蹤即時離子變化,數據與EDTA滴定一致。反向晶球(4克蚵殼粉)於50分鐘內達80.8%去除率,優於其他組。Ca²⁺濃度變化為磷酸鹽反應指標,呈先降後升趨勢,初期與磷酸根結合沉澱,後期因磷酸根減少而釋放量累積。推估晶球在1至12小時期間可去除約0.007 mmol/L磷酸根,具後續吸附潛力。另外,透過煅燒法與CO₂排水集氣法反推分析蚵殼粉中CaCO₃純度,約為81.8%。證實晶球具化學沉澱與物理滲透雙重機制,具水質淨化與教學應用價值。

「愛」的「膜」力轉圈圈~可食性愛玉薄膜素材的研究

減塑是必行的工作, 由2021年消耗28億杯咖啡紙杯資料中,我們計算出每年消耗約2000公噸的PE,我們以愛 玉子:水 =1g:80ml的比例,以20℃的水用果汁機攪打90秒萃取愛玉凍,透過蔬果烘乾機以50℃烘乾8小時製成愛玉薄膜,以自製的測量薄膜的張力,找出較堅固的薄膜,薄膜厚度經測量為0.004cm。愛玉薄膜具有防水、在100℃熱水煮1小時也不溶化,在烤箱140℃烘烤20分鐘不被破壞、不溶於99%酒精、丙酮、飽和檸檬酸、99%醋酸、飽和小蘇打溶液中,化學性質穩定等特性。透過將高熔點起司煮成起司糊當黏著劑,成功將愛玉薄膜鍍於塔模餅乾上, 在裝熱水的測試中,成功的在1小時後都不滲水,並透過咖啡測試,發現對於熱飲味道的影響頗低,可以成為取代PE膜的環保替代方案。

二硫化合物交聯核酸在癌症藥物的應用

化療為癌症主要的治療方式,對正常細胞常造成副作用。為了讓化療藥對癌細胞具選擇性,利用希夫反應的原理,將核酸的醛基和二硫化物的一級胺形成共價鍵結,來設計本實驗。先用鹽酸讓核酸露出醛基,再和二硫化物的一級胺進行交聯。因為癌症細胞內的穀胱甘肽量高於正常細胞,可催化二硫化物的雙硫鍵,使其斷鍵,而釋放出裡面包覆的化療藥。搭配乳化反應,藥物載體在電子顯微鏡下為球型,粒徑是 55.89~115.7奈米,界面電位呈現負電。隨著 pH 值 3 往 10 變化,粒徑有變小和電位變更負的趨勢。載體在與兩種正常細胞共同培養後,呈現高存活率,顯示對生物體無毒。在模擬癌症的微酸環境中,二硫化物載體,相較於對照組,可釋放較多的化療藥。

水乳蕉融~ 探討香蕉皮萃取物對烘焙麵團性質之影響

本研究由香蕉皮在檸檬酸溶液中微波萃取出果膠,希望此果膠可改善烘焙麵團性質,取代人工乳化劑。研究發現以微波萃取法可提高產率約至17.7%;此萃取物被證實具有果膠特質(乳化能力及凝膠特性)。應用在烘焙麵團時,具有調整麵團發酵速度的能力,可加速高糖酵母麵團的發酵速度,節省製作吐司的時間;但對低糖酵母麵團的影響則是延緩發酵速度,適合用在需要長時間發酵的麵團中;萃取物的乳化特性,可強化麵筋結構,使麵團延展性佳,有利保存氣體進而增加吐司體積,也可讓麵團在烘烤過程及吐司保存過程,水分流失較少。總結,添加香蕉皮萃取物可以得到燒減率小,老化速度慢的膨鬆吐司,以香蕉皮萃取出的果膠來取代麵包中的人工乳化劑是可行的。

不要「碳」氣!自製氣瓶探究碳捕捉材料的吸附效能

工業革命後,人類排放至大氣中的二氧化碳(化學式CO2)逐漸增加,若不及時控制將會導致全球氣候變遷。但我們認為僅減少CO2排放量是不夠的,應該更有效率的捕捉它,於是我們設計了一系列實驗來驗證我們的想法。為了有穩定的CO2供氣來源,我們成功自製了CO2氣瓶,經過改良後以排水集氣法得到時間和體積變化有很好的線性關係,能替代笨重的鋼瓶。接下來CO2多寡的測量是選用碳酸氫鹽指示劑的顏色變化來量化,方法是通入不同時間的CO2到指示劑後再用分光光度計測量其穿透率,再利用此穿透率區間回推每公克矽膠乾燥劑能吸附多少毫升的CO2,建立一個科學實驗模式後應用到其他生活中具孔洞的材料中,並進一步探討不同材料間吸脫附重複率的效能。

解黏去縛—探究蛋白質的結著與降解

本研究從文獻中選出十種物質,測定其蛋白質的含量,選取其中含量最多的4種蛋白質萃取液,進行其黏性、承載拉力及解離效果的比較實驗。 在「蛋白質萃取液」的黏性實驗中,以加入酸性物質,比例為「3:1」、加入鹼性物質,比例為「10:1」、加入有機溶劑,比例為「1:1」、溫度在「50°C」的條件下,其黏性的強弱,為虱目魚皮魚鱗>豬皮>脫脂奶粉>全脂奶粉。 用相同於黏性的實驗條件,在黏性承載拉力實驗中,其黏性承載拉力大小,為虱目魚皮魚鱗>豬皮>脫脂奶粉>全脂奶粉。 用相同於黏性的實驗條件,在解離效果的實驗中,以浸泡在溫度「50°C」的水中,其解離效果,為全脂奶粉>脫脂奶粉>豬皮>虱目魚皮魚鱗。

吲哚衍生物的合成及阻轉異構物的探討

阻轉異構現象是一個經常被忽略的手性來源,是軸(axial)受空間中的立體阻礙而緩慢旋轉,導致不同手性的構形產生。這種隨時間變化的手性對藥物格外重要,因為在生物系統中,雙分子的作用深受配體和受體影響,其手性差異可能導致截然不同的結果。因此,我們決定設計一系列實驗探討阻轉異構物,以兩種方法測量構形轉換的能量障礙。 首先,我們合成了擁有不同大小基團的吲哚衍生物,接著藉由1HNMR判斷是否有阻轉異構物產生,再以變溫NMR分析阻轉異構物,並利用公式計算軸(C-N鍵)旋轉的能量障礙。另一方面,我們透過QM Torsion Profile Calculations模擬目標物旋轉的能量變化,求出其旋轉的能量障礙理論值,最後再配合文獻中的相關數據,得到阻轉異構物之間相互轉換的週期。

藍曬變變變-發展藍曬色彩變化應用於文創作品

以藍曬為主題,利用掃瞄器檢測標準普魯士藍(Pantone色票2196U),並搭配PS軟體取得平均值進行色彩分析,成功找到感光液比例50:50(檸檬酸鐵銨:鐵氰化鉀)、感光50秒時,在素描紙上可製作顏色RGB:R21 / G80 / B133、HSV:H208 / S84 / V52的標準普魯士藍。 為了增加色彩,我們利用不同的感光時間製作漸層普魯士藍,並進一步將其浸泡於不同酸鹼pH值溶液,結果成功發現: ①浸泡於檸檬酸、雙氧水、氯化鈉時,顏色維持藍色,但因浸泡時間、pH值不同,顏色有明顯的亮度、深淺差異 ②浸泡於碳酸鈉、磷酸三鈉時,顏色為黃棕色系 ③浸泡於單寧酸時,顏色呈現藍黑色系。 最後,我們將結果應用在不同材質中,成功製作色彩豐富的藍曬作品,讓「古代攝影工藝」有新發現,符合SDGs11永續城市之目標!