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第1741期
2020-12-23
新知

研究解密釩酸鉍催化效果　創廢棄甘油經濟價值

【記者陳卓希綜合報導】生質柴油雖屬環保可再生能源，然其產製過程仍會產生大量甘油廢棄物。有鑑於此，國立中山大學化學系助理教授邱政超，與國立臺灣科技大學化學工程系副教授江佳穎團隊合作，發現光觸媒（註1）「釩酸鉍」可使甘油轉換成高經濟價值產物，並提出釩酸鉍催化反應的新觀點。此研究於5日刊登於國際期刊《應用催化B：環境》（Applied Catalysis B: Environmental）。 

註1：光觸媒又稱光催化劑，可利用光能催化反應物進行氧化還原反應。因作用媒介為自然光，所以具環保的優點。

光觸媒「釩酸鉍」可讓廢甘油轉換成高經濟價值產物，還可連帶產生乾淨能源氫氣，改善原本生質柴油問題。　圖／臺科大提供


全球暖化日趨嚴重，為降低環境污染，各國皆積極開發可替代石化燃料的再生能源，其中氫氣與生質柴油被視為發展關鍵。團隊成員、臺科大化工系博士後研究員武長江表示，團隊將製造生質柴油時產生的大量甘油轉化為「二羥基丙酮」，其可作為化妝品、醫療用品中的多功能添加劑。他補充，轉換過程還可分解出乾淨能源氫氣，大幅提升生質柴油產業發展效益。

團隊首度分析不同晶體結構的釩酸鉍作用於甘油氧化反應的差異，發現不同結構的釩酸鉍會使催化結果不同。邱政超說明，團隊在釩酸鉍晶面進行光電催化反應（註2），並透過量子力學計算，模擬不同晶面的釩酸鉍與甘油的作用情形，發現甘油傾向吸附於釩酸鉍的（010）晶面。他說：「大部分催化劑要發揮作用的一個重要前提，就是反應物需要跟催化劑有接觸。」而（010）面的釩酸鉍與甘油作用可達最佳轉化效率。 
註2：光電催化反應是利用光電極材料等方式加速光電化學反應的作用。

製造生質柴油的過程，會連帶產生大量甘油，因產量過多而成廢棄物，需以蒸餾設備進行回收。圖為示意圖。　圖／陳卓希攝


「全球化學工業有九成的產品是由催化反應製成的。」江佳穎強調催化物的重要性。他提到，過去團隊曾與他校合作，使用「氧化銅」作為催化物，將甘油轉換成二羥基丙酮。但此次使用釩酸鉍，不僅成功轉換，過程中還能製造具替代能源潛力的氫氣。同時因釩酸鉍本身具有可吸光特性，更能減少反應過程所需的用電量，使製造成本降低。

邱政超提出，甘油轉化成的二羥基丙酮，不僅對人體和環境無害，也提供生質柴油產業新的發展方向。「這個研究算是讓光觸媒的應用更有發展性。」國立臺灣大學化工系教授吳紀聖認為，目前光觸媒多用於淨化空氣和水質，可消除空氣中的異味和黴菌，也能替飲用水消毒，可見光觸媒應用廣泛。

團隊的研究能提供生質柴油業發展方向，讓原先的廢棄物成高經濟價值產物，希望找到可再生的替代能源，持續重視環境及資源永續利用的課題。圖為示意圖。　圖／陳卓希攝


團隊研究不僅證實釩酸鉍具轉化甘油的功能，更發現催化活性最高的晶體結構，「最重要就是找出催化活性的不同。」邱政超談到，期待研究能成為催化劑發展的基礎，以便製造更多可再生的替代能源，緩解能源耗盡及環境污染的問題。

標籤：臺科大 , 光觸媒 , 釩酸鉍 , 甘油 , 生質柴油 , 替代能源 , 化工 , 催化劑

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