化學科

電化學單元在化學領域佔有重要的地位，本研究利用氧化還原反應析出金屬樹，將本單元內容趣味化、實驗試藥減量及操作簡化，符合當今環保生活之要求，更開拓學習視野，在未涉及艱深或精密儀器之使用下，將學習領域深入碎形理論及實作的探討。

去年奉派到師大參加實驗室管理講習，化研所蕭所長介紹一種簡易的「水的電解與合成裝置」。蕭所長鬆愉快的解說，啟發了每一位學有的濃厚興趣，作者也深深覺得具有完美的實驗性能-可分解水成氫及氧，再借高壓點火合成水-在教學上極具有價值。惟於詳細分析之後，發覺有幾點可以再改良的地方，為求更能達到教學效果，返校後立即著手研究。

本研究探討重點有二：一、以市售沙拉油及營養午餐業者之廢食用油為原料，個別添加不同比例之甲醇鈉溶液，探討其轉脂化之最佳條件。經實驗顯示，沙拉油製造生質柴油以沙拉油1000ml、甲醇150ml及氫氧化鈉5g進行轉脂化反應最佳；而廢食用油製造生質柴油則以廢食用油1000 ml、甲醇180ml及氫氧化鈉3.5g之條件最佳。二、在市售柴油中加入一定比例之自製生質柴油，進行引擎廢氣排放檢測。結果顯示，其廢氣中碳微粒、碳氫化合物及氮氧化物等有毒廢氣之排放量，均較市售柴油為低，而一氧化碳之排放量於引擎高轉速時亦較市售柴油為低。本研究之實驗過程與成果，可做為教學之重要參考範本，並提供交通與環保主管機關做為制訂與修改法令之參考依據。

我們知道催化劑在今日工業上可說是應用的非常廣；尤其在有機化學方面，更可說是很重要的一環。就一個反應而言，催化劑往往不只一種，若我們能尋求得一途徑，以對某反應之催化劑加以探討，並求出其活化能，則必可求得一最實用，最經濟之催化劑，深信這在工業上將會有很大的助益。

我們嘗試用乾電池裡的材料來製作方便攜帶又環保的電池漆與電池紙，先嘗試測量各物質的電阻以及其適合的溶劑，最後決定碳+松香水，電解質+水，鋅+膠水。用宣紙當鹽橋，觀察電壓、電流，雖然在A部分電流是測不太到的，但在B部分中加強了接觸面積後，電流也有明顯的提升我們嘗試用2B筆塗的碳紙當碳極，來接出正極二氧化錳所產生的電，並用氯化銨水溶液滴入濾紙來取代宣紙作為鹽橋，負極則用鋅片來代替電阻大的鋅粉，製成了新的電池紙，在碳紙部分也嘗試用了各種不同種類的碳紙來做比較，發現在2B 4B 6B筆塗碳紙中2B碳紙電壓最高，目前電流及電壓值在應用方面可以驅動小型電池錶以及小型電子車，未來將嘗試更多日常生活電子用品上。

本研究以綠能概念出發，嘗試將各類富含纖維素的廢棄物先行回收，經水解處理產生葡萄糖，再以葡萄糖為養分供應微生物繁殖。微生物分解葡萄糖之機制為氧化還原反應，經由電池裝置而產生電流，順利完成廢棄物轉換為能源的目的。在水解條件中，硫酸水解效果較鹽酸佳，硫酸水解效果為8M>9M>10M>11M；而就葡萄糖產量而言，木屑相較於舊棉質品、白紙產量較低，而在30~40分鐘是三者之最佳水解時間。比較白紙及舊棉質品葡萄糖產量，舊棉質品和白紙平均濃度約相等。最初所設計的第一代微生物電池，所產生之最大電壓可高達60mV，且持續放電時間長達5小時；而改良第二代燃料電池所得其最大電壓為125mV，且電壓在100mV以上持續時間72小時，十分穩定。本研究藉由廢棄物水解所產生之葡萄糖而供應微生物發電，是綠能觀念的延伸，應用上的創新，希望往後再改良、測試電池裝置，持續提高電壓及發電時間，製作出未來的替代能源。

在台灣化學教育網路期刊裡面有一篇題目為「使用鋅-空氣電池教學實驗驗證法拉第電解定律」，使用鋅-空氣PR44電池（zinc-air PR44 batteries）簡易組合裝置來檢驗法拉第定律，我們重複這個實驗得到更有效的結果。我們運用「勒沙特列原理」，探討鋅-空氣電池電壓與氧氣濃度之間改變的關係，研究是否能利用鋅-空氣電池設計出低濃度氧氣警報器。經由電壓計與氧氣濃度偵測儀，測量出氧氣濃度變化與鋅-空氣電池的電壓變化之檢量線，且自行設計出可調式氧氣濃度警報器，材料花費大約600元，成功建立鋅-空氣電池的電壓與空氣中氧氣所佔百分比的變化關係，可以使用於生活中需要氧氣濃度監控的情境，未來還有許多延伸的利用方式，並進一步將本研究成果申請台灣專利。

近十幾年因為工業化後，河川及海洋常遭受工廠排放的廢水所污染，因此本實驗擬將奈米光觸媒照射紫外光後會產生氫氧自由基(OH‧)攻擊（氧化）有機物的特性應用於染整業廢水之脫色及曠化處理上。研究中採用染整業者常用的黑色偶氮性染料(Reactive Black 5)作為模擬染整業的廢水；光觸媒反應器中的奈米二氧化鈦(TiO2)光觸媒則採用台灣光觸媒公司所生產的光觸媒水溶液；照光方面則選用波長最接近可見光的UV-A(365nm)的燈管來模擬太陽光。實驗結果顯示在酸性環境下的處理效果較中性及鹼性佳，在pH=3 時，總有機碳（TOC）移除率可達到80%，且色度移除率接近100%。

在這近13. 年無當中作者在指導學生實驗時，發現有幾個實驗具危險性，也曾聽聞國中學生因實驗課不慎引起爆炸受傷而殘廢，或實驗時產生的氣體有惡臭或有毒危害人體健康的。及有些實驗效果欠佳、或有待改善的等，這些實驗嚴重影響學生及教師在實驗時的生命安全及健康，同時也大大的降低了同學學習的興趣及教學效果。但實驗乃發展科學教育所不可缺少的必要過程，我們不能為了安全或做不出來而不做實驗，作者經多年累積教學上的經驗，以克雖簡便的方法加以研究改良，實施以來教學效果增加，同學學習興趣大為提高 ·

本實驗先從蝦殼中萃取幾丁質，對Cu2+、Cr3+進行吸附，發現效果和實驗室的藥品級幾丁質並無明顯差異，接下來的實驗都以蝦殼中所萃取的幾丁質進行，由於表面帶電的影響，在pH值接近中性時對Cu2+及Cr3+有最好的吸附效果，溫度越高，吸附的速率越差，因此在常溫的吸附效果最佳，因為電荷密度的影響，對 Cr3＋較Cu2＋好，幾丁質經過去乙醯化反應後的幾丁聚醣可溶於弱酸中，再由鍵結反應和包覆過鐵粉的二氧化矽產生共價鍵結，形成幾丁聚醣顆粒，在pH=值6至7時，幾丁聚醣顆粒對Cu2+及Cr3+有最好的吸附效果，溫度越高，吸附的速率越差，在特定的情況下，幾乎可以將溶液中Cr3＋完全移除，因為幾丁聚醣顆粒表面具有胺基(-NH2)，且附著於奈米大小的鐵粉上，顆粒變小反應面積增加，故吸附的效果及速率較幾丁質明顯提升。