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以真空加熱法提高金屬的催化效果

 
 

醫院內有許多實驗室會產生不利人體的揮發性有機氣體,陳敬勳教授的研究結果能應用於降低院內甲醛濃度,維護工作人員健康。
▲醫院內有許多實驗室會產生不利人體的揮發性有機氣體,陳敬勳教授的研究結果能應用於降低院內甲醛濃度,維護工作人員健康。

 

甲醛致癌的訊息時有所聞,因此一般民眾都知道剛裝潢好的新家應打開窗戶通風以降低甲醛濃度,這已成為重要的生活常識。不過,對於較密閉的空間,如醫院的解剖室或病理實驗室,實難用這方式處理,必須採用其他方法。因此,專以開發環境類金屬催化反應的長庚大學通識教育中心觸媒與奈米材料實驗室陳敬勳教授,把白金金屬催化劑放置在真空系統內加熱,以提高白金的金屬分散效率,成功降低室內的甲醛濃度,並解決了貴重金屬催化劑成本過高的困擾。

 

催化劑可分為固相或液相的金屬催化劑,其功用是加速化學反應速率,縮短反應時間。生活中有許多應用,如汽車或摩托車就裝置有觸媒轉化器,由於汽油燃燒會產生一氧化碳、一氧化氮或碳氫化合物等造成大氣汙染,若經由觸媒轉化器轉換就能變為較無害的氣體,因此環境類的催化劑多半應用在石化、能源與環保領域中。

 

陳教授的研究早已發表在知名期刊《催化期刊》(Journal of Catalysis)上,同時是執行科技部補助的「次奈米貴重金屬製備並用於芳香族有機分子氧化催化反應」計畫的主軸。陳教授說:「甲醛氧化的研究很多,而以金屬或白金做催化劑的研究也比比皆是,但因貴重金屬的成本實在太高,所以使用時的重量百分比通常低於1%,效果也打了折扣。於是著眼於研究如何在維持原效果的前提下,降低貴重金屬在催化劑中的含量,以提升貴金屬在催化上的使用率。」

 

另外,以金屬做為催化劑還有一個問題要解決,就是:由於金屬會聚集成顆粒態,能進行催化反應的只有表面,表面以下的金屬易被浪費。這是從事金屬催化劑研究者常遇到的困境,因此提高金屬表面的使用率也是研究的一大重點。

 

在處理金屬觸媒時,傳統上大多使用金屬離子和擔體(普遍用二氧化矽)結合後進行熱處理,例如在攝氏400度下處理,以空氣先把金屬上的雜質移除,再加入還原劑(例如氫氣)讓它重回還原態,才能當做觸媒使用。然而,經過兩次的加熱後,金屬會聚集成較大的顆粒,分散效果也變差了。對於這個困擾,陳教授的解決之道是:避開空氣升溫的方式,而把金屬放在真空系統內加熱,使金屬的分散效率得以提高,整個催化效果也較傳統方法改善很多,且能維持甲醛移除的效率。

 

這項研究是與長庚醫院合作的成果,「因為醫院內有許多實驗室經常使用溶劑,所以環境中會產生大量的揮發性有機氣體(VOCs),例如病理解剖科常會用到福馬林,其釋出的甲醛若只靠抽風機回收是不足的,長久之後必定會對院內人員產生危害。因此這個研究成果應可用於醫院內部來降低甲醛的危害。」他說。

 

由於陳教授實驗室完成的白金催化劑是粉末狀,應用時需要一個載體。陳教授初步的想法是設計一套室內空氣循環系統,比如把觸媒裝設於空氣清淨機內,或置於風扇內,藉由氣流把甲醛移除。因此陳教授也與其他實驗室合作,希望可完整應用這項研究成果。

 

這項金屬催化劑的研究除了可用以移除甲醛外,陳教授希望未來也能應用在如甲苯、苯、二甲苯等其他芳香族類的汙染性氣體上,讓這項研究發展出更多的應用。

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