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臺灣

阿摩尼亞__拜拜!——以電化學氧化法去除廢水中的氨氮

本實驗研究目的是以電化學氧化法降低廢水中的氨氮濃度,藉由使用石墨導電塗層/壓克力電極,改善石墨機械強度低的問題。我們使用導電度計法測量水溶液導電度並計算其氨氮濃度,處理後的廢水濃度符合台北市放流標準,且去除率皆高於75 %,比配置的氨氮溶液高,可知電化學直接氧化法更適合應用於處理實際廢水。本研究的副產物硝酸鹽濃度皆低於1.19 ppb,對實驗影響極小。實際處理廢水時,使用石墨導電塗層/壓克力電極所需的電耗能相較於使用石墨電極減少約93 %,但能和使用石墨電極達到相同的去除率。

面面俱到-利用震源分布建立斷層面

為了降低鑽探所耗費的資源和資金,我們開始思考如何運用低成本的方式去呈現地底下的世界,發現可透過地震震源迴歸出板塊隱沒帶,萌生出運用地震震源計算斷層平面的方法,因此我們用「2018/02/08吉安地震」、「2022/09/17關山地震」、「2022/09/18池上地震」、「2022/09/18富里地震」、「2022/06/25 光復地震」、「2018/02/06花蓮地震」這六個地震為參考資料,並且使用Python-sklearn中的LinearRegression函數建立線性迴歸模型且使用 fit 函數對模型進行訓練,最後用3D列印的方式呈現出花東縱谷與中央山脈斷層的差異,可發現兩斷層皆為南北走向,花東縱谷斷層的角度為68-54度,且由北到南傾斜角度漸漸趨緩,但皆為東傾,而中央山脈斷層則為西傾,角度皆在60度左右。

以離子推進系統為例-探討電暈反應在離子通路中推力、性質變動之研究

本研究由高壓電和火箭得到靈感,嘗試自製一離子推進器模型。本組亦嘗試以不同金屬針、間距、金屬針種類及銅管長度、數量來觀察其離子推進器推力大小,找出推力最佳的組別和其狀態,並試圖探討高壓離子通路間距不同之電暈性質。實驗後發現,離子引擎推力最佳設計為正極為6.5公分長不鏽鋼針、負極為3.5公分長銅管七根、間距0.3、0.5、0.6公分較佳,推測是由於離子通路反應方式、氧化面光潔程度及極端表面積影響推力變化。亦發現部分金屬針有氧化情形,希望能找出不易氧化的方式。為探討推力與通路電學性質,本研究亦設計一套電路,了解高壓離子通路電阻、電壓、電流關係,並和推力實驗比對。未來我們將探討不同種金屬針離子通路性質。

構造、力學與能耗比較淡水螺的仰泳機制

我們發現扁捲總科的囊螺(Physella acuta)與椎實螺科的台灣椎實螺 (Lymnaea swinhoei)親緣關係稍遠,但卻擁有相似的外型並具有奇特仰泳動作,推測兩者應適應相似環境而演化出相似構造與行為模式。研究顯示,囊螺比起台灣椎實螺擁有較佳的翻身仰泳能力,其螺殼質量不均的特性使其產生比椎實螺大1.7倍的力矩助其翻身仰泳,另外囊螺氣囊有著比椎實螺更大的儲質比助其浮沉調節。漂浮方面,囊螺腹部一半浮於水面所產生的表面張力即可支撐其漂浮,而椎實螺的漂浮仍需氣囊協助,無法單靠表面張力。能量耗損上,仰泳比水中爬行擁有近百倍的節能效益,使兩種螺類皆願意承擔被掠食者發現的風險執行仰泳。未來期待以仿生概念將仰泳的運動模式延伸結合,打造出更節能省電的水中移動設施。

別慌「蟑」-IoT結合綠能清理之探究

在台灣這種潮濕的氣候裡,蟑螂是每個家庭頭號公敵,多數人看到牠都會聞之色變,為了解決問題設計一個可讓大眾方便的滅蟑工具,參考市售滅蟑相關產品列出缺點並加以改善。作品利用中間設置誘餌區吸引蟑螂進入,一旦被偵測到再採取高壓電擊,緊接著啟動刷子將牠推入後方回收盒中。清除時拉開回收門就可倒入垃圾筒中清理掉。此外作品供電來自太陽能蓄電及運用IoT物聯網技術,開機、電力不足、電力充飽或已捕獲,行動載具均會收到 LINE通知訊息且同步記錄到Google試算表,還可以透過LINE訊息欄輸入V或C文字,反查捕蟑數與目前電量狀況,作為未來環境除害監控參考。

烈日當頭「糟」亮你我-探討金門高粱酒糟萃取物作為防曬品之可能性

金門高粱酒糟年平均產量約7.2萬噸,目前多數以廢棄物方式送台處理,因此,我們希望以環保角度思考,試圖找出酒糟其他應用的可能性。過去研究曾發現酒糟萃取在紫外線波段有較高的吸光值,我們推測其具有防曬的潛能。因此以水、甲醇、丙酮、乙酸乙酯、甘油等溶劑在不同溫度中萃取酒糟,並進行紫外線阻隔實驗,結果顯示,當厚度足夠時,以甲醇70℃、甘油50℃、70℃及丙酮70℃萃得樣品對於紫外線A及紫外線B能有100%的阻隔;而在陽光下,以甲醇70℃萃取樣品以1:1比例混合護膚乳時,可達71%的阻隔效果;塗抹人工皮的實驗中,也以甲醇70℃樣品混合絲瓜水的效果最佳。本實驗初探得酒糟應用於防曬之可能性,希望能創造環保再生又高經濟價值的酒糟利用模式。

Do It Myself – 智能射箭訓練系統

為了精進射箭的能力,我們開始研發「智能射箭訓練系統」,並透過該裝置判斷舉弓、拉弓、放箭速度等數值,讓使用者能清楚地知道現在的姿勢是否有達到射箭時的標準動作。本實驗分為四個大方向進行操作:穩定、力量、精準度、以及計分靶。為了找出符合選手最合適的射箭動作,我們另外以一名選手的舉弓高度(130cm)及拉弓距離(57cm),做出固定射箭模擬器。透過該裝置發現:該選手於10公尺距離時,傾角 -1.2 ~ - 0.2度能夠命中九分的範圍。除此之外,我們用紅外線感應框、投影機與scratch程式製做出互動計分靶。透過裝置,便可以快速紀錄下射箭時的分數和落點。我們將整個設備整合為成完整的智能射箭訓練系統,供使用者能夠快速且精確的矯正自己錯誤的射箭姿勢及方向。

「睡睡」平安-扁蝸牛的休眠行為之探討

我們探討扁蝸牛休眠行為發現:一、休眠時殼口有透明或白色薄膜;休眠以垂掛黏壁、倒掛黏壁、殼口向下及殼口向上;攝氏27度相對溼度50%開始休眠,相對溼度75%時沒有休眠;偏好向光源於深色及光滑面休眠。二、休眠後醒來伸出先以腹足推開薄膜;殼口透膜比白膜先醒來伸出;相對溼度提高與同伴喚醒是影響醒來伸出的要素。三、喚醒行為以接觸薄膜,或爬過螺殼;喚醒行為對同伴影響有薄膜破洞、薄膜變透或伸出爬行;喚醒同伴1隻的比例最高;飢餓及飽食組在菜園對同伴都有喚醒行為。四、只有成蝸對成蝸有接觸膜的喚醒行為;距離小於2cm時會接觸膜喚醒同伴的比例較高;推測喚醒行為不是為了吃薄膜,可能是為利於族群生存繁殖的利他行為值得進一步研究。

「葉」!「螢」在起跑點!~葉綠素的螢光強度與抗氧化力強弱的研究(以地瓜葉為例)

上自然課時提到葉綠素使我們產生好奇,我們改進前人拍攝激發光譜的儀器開始做探究,結果成功組裝出讓激發光譜可直接拍攝的儀器,而不需長時間曝光 60 秒以上, 改良了研究上的方便性,我們以酒精萃取地瓜葉的葉綠素,透過臭氧氧化葉綠素與碘滴 定的方式,驗證葉綠素具有抗氧化力,並在所拍攝的穿透光譜與激發光譜中看到葉綠素 濃度與螢光強度的變化,發現葉綠素具有螢光自體吸收的現象,而使螢光強度並不見得濃度越高而螢光強度就越大。最後我們綜合穿透光譜、激發光譜及碘滴定的方式發現葉綠素遇到酸、鹼、加熱和照射紫外光時都會影響葉綠素螢光強度與抗氧化力強弱。 (相關單元:自然與生活科技,康軒版,5 上第二單元,植物世界面面觀)

3D紙片離心機在混合物分離的應用

準備科展題目時,搜尋到紙片離心機,該設備利用旋轉紙張圓盤達到高速的分離效果,以此裝置協助非洲疾病盛行地區進行血液離心及分析。 以紙片離心機為主題,實驗設計探討紙張材質,尺寸及重量;線的材質及長度;孔的數量及距離,採取不同方式組合測量紙張圓盤轉速,實驗結果以西卡紙為材質,半徑4或5公分,重量約10.0公克,孔的數量為2或3孔,孔距1.0公分,轉速較高效果較好。 西卡紙裁剪後規格無法一致,決定採3D列印製作出圓盤,以手動方式轉動毛細管吸入之不同澱粉或鴨趾草混合液,進行離心分離及分析。 實驗結果顯示,3D列印圓盤高速轉動後可將混合液中固相與液相分離,未來希望可以比較3D列印圓盤結合毛細管,在分析化學上進行更廣泛的應用。