崑山科技大學 環境工程系

專題研究報告

水中染料之脫色研究

指導老師：林文崇

班 級：四環四 A

學 生：張旭陞、劉建宏、羅靖閔、陳笙洧

中華民國九十九年五月

I

目 錄

目錄.......................................................................................................... I

表目錄......................................................................................................III

圖目錄..................................................................................................... IV

第一章 緒論.....................................................................................1

1-1 研究背景.............................................................................................1

1-2 研究目的.............................................................................................1

1-3 研究流程.............................................................................................2

第二章 文獻回顧.........................................................................3

2-1電化學技術原理...................................................................................3

2-1-1高壓脈衝電凝技術.........................................................................3

2-1-2量子電凝技術.................................................................................3

2-1-3電化浮除技術.................................................................................4

2-1-4電化學高級氧化處理技術.............................................................4

2-2電化學分析原理..................................................................................5

2-2-1線性掃瞄伏特安培法.....................................................................5

2-2-2 循環伏特安培法...........................................................................5

2-3 染料性質.............................................................................................5

2-3-1 染料種類.......................................................................................6

II

2-3-2 染料發色原理..............................................................................6

2-3-3 研究染料之基本性質...................................................................7

a. Alizarin yellow R...........................................................................7

b. Congon red ....................................................................................7

c. Mehyl green....................................................................................8

第三章 實驗方法與步驟........................................................9

3-1 實驗藥品.............................................................................................9

3-2 實驗儀器.............................................................................................9

3-3 實驗裝置.............................................................................................9

3-4 實驗方法.............................................................................................9

3-4-1 伏特安培法...................................................................................9

3-4-2 定電位法.....................................................................................10

3-4-3 紫外光/可見光吸收光譜............................................................10

3-4-4 電解實驗流程.............................................................................10

第四章 結果與討論..................................................................12

4-1 C.V.測試結果....................................................................................12

4-2 電解染料脫色實驗..........................................................................14

4-2-1 不同電極材料對染料脫色影響.................................................16

4-2-2 染料脫色結果.............................................................................17

第五章 結論...................................................................................21

參考文獻...........................................................................................22

III

表 目 錄

表 1 應用上常見之染料.........................................................................6

表 2 以白金為工作電極電解茜素黃R染料脫色結果.........................15

表 3 以石墨為工作電極電解茜素黃R染料脫色結果.........................15

表 4 以白金為工作電極電解剛果紅染料脫色結果............................15

表 5 以石墨為工作電極電解剛果紅染料脫色結果............................16

表 6 以白金為工作電極電解甲基綠染料脫色結果............................16

表 7 以石墨為工作電極電解甲基綠染料脫色結果............................16

表 8 以白金為工作電極耗電20庫侖後脫色結果................................17

表 9 以石墨為工作電極耗電 20 庫侖後脫色結果..............................17

IV

圖 目 錄

圖 1 研究實驗流程圖.............................................................................2

圖 2 電解實驗裝置圖.............................................................................9

圖 3 實驗流程圖....................................................................................11

圖 4 C.V.測試20 ppm茜素黃R＋0.1M KCl電壓（白金）....................12

圖 5 C.V.測試20 ppm茜素黃R＋0.1M KCl電壓（石墨）....................12

圖 6 C.V.測試20 ppm剛果紅＋0.1M KCl電壓（白金）.......................13

圖 7 C.V.測試20 ppm剛果紅＋0.1M KCl電壓（石墨）......................13

圖 8 C.V.測試20 ppm甲基綠＋0.1M KCl電壓（白金）......................14

圖 9 C.V.測試20 ppm甲基綠＋0.1M KCl 電壓（石墨）…………....14

圖 10白金為工作電極時電解茜素黃R染料.........................................18

圖 11石墨為工作電極時電解茜素黃R染料.........................................18

圖 12白金為工作電極時電解剛果紅染料…………………................19

圖 13石墨為工作電極時電解解剛果紅染料........................................19

圖 14白金為工作電極時電解甲基綠染料…………………................20

圖 15石墨為工作電極時電解解甲基綠染料........................................20

摘要

本研究係以剛果紅（Congo red）、茜素黃R（Alizarin yellow R）、

甲基綠（Methyl green）為代表性染料，採用陽極氧化法電解處理染

料以達到脫色之目的，並探討其電極電位等較佳的反應條件，將水中

染料予以有效破壞。實驗在一恆溫電解槽中進行，以白金或石墨為陽

極工作電極，在相對於Ag/AgCl電極電壓的條件下，添加0.1 M氯化鉀

支持電解質做循環伏特安培（Cyclic voltammetry）分析，以藉此找出

適當的電解電壓。

在 1.35～1.80V 電壓下通以直流電流電解染料，在消耗相同電量

(20 庫侖)下比較脫色效果，結果以電解 Methyl green 染料效果最佳，

以石墨為工作電極時脫色率可達 93.8％，而以白金為工作電極時脫色

可達 94.6％；其次為 Alizarin yellow R 染料，以石墨為工作電極時脫

色率可達 86.4％，而以白金為工作電極時脫色可達 89.7％；脫色效果

最差者為 Congo red 染料，以石墨為工作電極時脫色率可達 84.3％，

而以白金為工作電極時脫色可達 85.1％。

1

一、緒論

1.1 研究背景

染整工業是將紡織品經過退漿、精練、漂白、染色、印花、整理

等處理過程，以提高紡織品的附加價值的紡織中游工業~目前台灣紡

織工業正面臨轉型期，提升染整工業的技術層次，由勞力密集走向技

術是未來產業的趨勢，但是染整業卻因其用水量大且廢水含染、顏料

等，使得廢水外觀顏色多且醒目，一旦排入水體很容易引起視覺上的

不悅，加以所使用的染整化學品種類繁多且部分結構複雜。

廢水中的有機組分大多以芳烴及雜環化合物為母體，并帶有顯色

基團（如-N=N-、-N=O）及極性基團（如-SO3Na、-OH、-NH2）。廢

水中還含有較多的原料和副產品，如鹵化物、硝基物、苯胺、酚類等，

以及無機鹽如NaCl、Na2SO4、Na2S等。由于染料生產品種多，並朝

著抗光解、抗氧化、抗生物氧化方向發展，使染料廢水處理難度加大。

多數處理染料廢水效果有限，且部份會衍生後續污染或者處理成本相

對為高，故尋求成效更佳的處理方法為目前所迫切需要。目前染料廢

水處理方法之一有電化學處理法，採用電化學處理法具有較傳統處理

方法更多之優點，包括以下十點（程淑芬，2004）：

1. 設備簡單易操作，且維修容易，故障率低。

2. 處理水質佳、無色、無味，可以達到飲用水之標準。

3. 污泥產生量少，易沉降及脫水。

4. 形成較大之膠羽，含水量少且易過濾。

5. 處理水之總溶解固體含量少，可作再利用。

6. 電場作用有助於微小懸浮微粒之去除。

7. 不需使用化學藥劑，沒有殘留及二次污染之疑慮。

8. 藉由電解過程所產生之氣體，具有浮除作用，有助於污染物之

濃縮及去除。

9. 可去除污染物質種類廣泛，除一般常見的污染物質如重金屬、

懸浮微粒、油脂、微生物外，亦可去除溶解性的有機物、鹵化

物、硝酸鹽、合成清潔劑。

10. 產業應用廣泛，造紙業、礦業、金屬工業、電鍍業、食品業、

染整業等皆可採用。

1.2 研究目的

本研究係以剛果紅（Congo red）、茜素黃R（Alizarin yellow R）、

甲基綠（Methyl green）為代表性染料，採用陽極氧化法電解處理染

料以達到脫色之目的，並探討其電極電位等較佳的反應條件，將水中

2

染料予以有效破壞。

1.3 研究流程

圖1 研究實驗流程圖

3

二、文獻回顧

2.1 電化學技術原理

2.1.1 高壓脈衝電凝技術

高壓脈衝電凝技術乃利用電化學原理，藉助電流作用產生電化

學 反應，把電能轉為化學能，並對廢水中之有機物及無機物質進行

氧化、還原反應，再經由混凝、浮除作用將污染物去除、分離。高

壓脈衝設備係以可溶解性金屬(鋁或鐵)電極板，操作時在電解槽中通

以高電壓、低電流的直流電，藉廢水中電解質的電子傳導產生一系

列的氧化、還原、混凝及浮除作用:

1.氧化反應

電解時，染料分子會移至陽極處釋放電子，發色團被破壞，達

到降解脫色的目的。

2.還原反應

在電解的同時，陰極極板產生還原作用對於許多以氧化態成分

為主的色素染料，可產生初生態的氫，其具有很強的還原能力

其還原成無色物質，進而降低廢水中之色度。

3.混凝作用

陽極板使用可溶性鐵板或鋁板，電解時可以解離出離子狀態之

Al+3或Fe+2，並與水溶液中之OH-產生Al(OH)3、Fe(OH)3、Al(OH)3

或Fe(OH)3活性比鋁鹽或鐵鹽之混凝劑凝聚效果更強，能與水

中有機物和無機物產生膠羽。

4.浮除作用

在電解過程中，陽極和陰極表面不斷產生氧氣和氫氣，並以微

小氣泡逸出，能黏附在膠羽上使其上浮至水面而去除。

2.1.2 量子電凝技術

量子電凝技術主要利用量子電化學之原理，並應用法拉第定律

及歐姆定律達到電荷之轉移，對於廢水中之污染分子與電子及金屬

離子作用，產生沉澱物及非污染性分子和H2，然後再進一步用微泡

沫浮除法(或其他過濾法)-予以澄清過濾。量子電凝技術之原理如下:

1.質傳

廢水中之有機物，以擴散、對流、移動之方式(即質傳)至電極

板表面，此時電極反應才開始進行。

2.電壓與電流分佈

電壓影響電子轉移運動，故電極反應速率、電極反應選擇亦受

電壓影響。均勻的電壓分佈受廢水濃度、電極表面平滑度二因

4

素影響。

2.1.3 電化浮除技術

電化浮除技術是利用電子學、流體力學、電化學等相關技術結

合而成的處理技術。主要處原理如下：

1.電場的建立

利用極板與極板間不同的正負電荷，由外界提供直流電壓，在

極皮包圍的矩形範圍內產生所需要的電場；產生所需要的電場;

電場強度決定於電壓的高低以及極板距離的大小，藉隔板的區

隔及流道的設計，使流體中的雜質在一密閉的電場下被誘導而

產生作用。

2.雜質偶極化

在適度的電場強度下，廢水中之雜質受到電場影響，本身產生

內部電荷的重新分配，“十”電荷偏向負極板，“一”電荷偏

向正極板，新分佈電荷的大小決定於雜質本身的特性;同時包圍

雜質的水合力減弱，雜質本身具有較高的自由度，有利於後續

作用發生。

3.雜質的聚合

帶電荷的雜質，在流動的過程中、A 雜質的“十”電荷，與B

雜質的“一”電荷有可能彼此接近，此時十、一向的磁場彼此

產生相吸，使雜質A、B 瞬間碰撞結合，成為一顆新的雜質。

此新的雜質乃在電場中重新被誘導，此種結合屬於自凝行為。

4.膠羽的形成

當雜質與四周圍的雜質碰撞完畢後，由於流體在穩流狀態，不

容易再與其他雜質碰撞形成更大的雜質。藉流道的特殊設計。

使流體產生擾流狀態，雜質有機會與不同層流的雜質產生碰

撞，其粒徑才能繼續成長，當經過反復碰撞拾次後，許多雜質

可以成長103~104倍，可由100A、1000A的粒徑，聚合成0.1mm、

1mm的膠羽。由於膠羽中充滿了氣泡，膠羽的比重遠小於水，

可在極短的時間內，藉浮力使其迅速上浮而與水完全分離。

2.1.4 電化學高級氧化處理技術

電化學高級氧化處理法主要係利用Fenton 反應原理，並配合電

化學作用，以鐵離子及過氧化氫反應生成OH〃自由基以氧化有機污

染物，同時利用鐵的氫氧化物共沉其他有機物與重金屬，其後再經

混凝、過濾等處理程序。

1.Fenton 反應

Fenton 方法係以過氧化氫為氧化劑，在亞鐵離子存在下進行之

化學氧化法。當氧化反應發生時，OH〃自由基迅速生成，此

5

自由基之氧化力甚高，可使廢水中大分子有機物分解為小分

子，此時如有毒化合物等可被氧化為無毒性物質或其他易為微

生物分解的化合物，並可使染料中具發色團之鍵結斷裂。同

時，亞鐵離子氧化生成三價鐵離子並形成氫氧化鐵(Fe(OH)3)。

從而發生混凝、吸附作用、去除有機物及其他重金屬，過氧化

氫本身則分解成水與氧氣。

2.電化學反應

在電解程序上，鐵離子可有二個不同的來源：即硫酸亞鐵

(FeSO4)之水解或電解鐵板產生正二價鐵離子；陽極形成的Fe+2

與陰極形成的OH-結合產生氫氧化鐵的沉澱，此沉澱具有活性

表面，可吸附重金屬及有機化合物後，再加入少量的離子性聚

合物經作用以固液分離。

2.2 電化學分析原理

2.2.1 線性掃瞄伏特安培法

線性掃瞄伏安法即為掃瞄電位隨時間呈線性改變的電化學分析

方法，在一定的電極面積及分析物濃度的分析條件下，信號強度可

藉由增加電位掃瞄的速率而提高，由於分析時所得到的信號越大就

越有利於分析使用，故理論上應該提高掃瞄速率。但實際操作時，

高掃瞄速率會提高峰值信號的大小，卻會降低訊號雜訊，因此對於

提高分析訊號的電流淨值並無助益。

2.2.2 循環伏特安培法

循環伏特安培法主要是用來探討物質在溶液環境中之電化學行

為，藉由還原掃瞄及氧化掃瞄所表現出來的峰值電位、電流值及形

狀等，可以藉由以上資料判斷出分析物的電化學特性，通常在幾分

鐘內的實驗可完成迅速得到數據。一般使用循環伏安法是在一靜止

的溶液中，使用一固定的工作電極進行。在此工作電極施加電位以

線性方式掃瞄，即電位隨時間成線性增加或減少，記錄隨電位掃瞄

而產生的電流，並由這些資料作圖，而呈現出電流與電位的曲線圖。

在循環伏安法圖上可以獲得各種不同的資訊，如峰的電流(ip)、峰的

電位(Ep)等等，這些數值對不同的分析物具有代表性，所以應用於

定性上的分析較定量上的分析來的好。

2.3 染料性質

染料（Dyestuff）為色素之一種，於染色過程中著色，與顏料

（Pigment）等有色之物質總稱為色料（Colorant）。通常以其溶解性

6

及與纖維之親和力區分染料與顏料，能溶解或高度分散於水中，與纖

維有親和力而使纖維均勻上色為染料，而顏料則指不溶於水，與纖維

無親和力，需藉其他藥劑如接著劑（Binder）而使纖維上色者如油墨、

塗料等。

2.3.1 染料種類

染料依其來源別又可分作天然與人工合成兩大類，1856 年英國

化學家W.H. Perkin發現苯胺紫（鹽基性染料）後，人工合成染料發

展至為迅速，幾已全部取代天然染料，茲將表列概述應用上常見之

染料（表 1）。

表 1 應用上常見之染料

鹽基性染料 可溶於水，在水溶液中染料離子呈陽離子

性的染料稱為鹽基性染料。

酸性染料 可溶於水溶液中，染料溶液顯示為陰離子

性染料，其分子量小，對聚绔胺纖維具有

親和性，而對纖維素纖維的親和力較無。

酸性媒染染料（鉻媒染料） 具有酸性染料的性質，且具有可與金屬原

子（主要是鉻）配位結合之官能基的染料。

直接染料 指具有磺酸基或羧酸基等水溶性基團，對

纖維素纖維具有較大親和力。

還原染料 屬於水不溶性之染料，對纖維之親和性

低，但可在纎性還原浴中還原而獲得水溶

性隱色體，其對纖維具有親和性而染著，

再藉由氧化回復成水不溶性染料。

硫化染料 染料分子內含有很多硫黃結合之水不溶性

染料，於染浴中經還原劑（通常使用硫化

鈉）加以還原，形成隱色鹽染料後被纖維

所吸著，再藉由氧化轉換為水不溶性染料

而完成染色。

甕染料 本身不溶性，需以鹼性之亞硫酸氫鹽還原

成為溶解性狀態而被纖維吸收染色，而製

成還原液之過程稱甕化（Vatting）。

2.3.2 染料發色原理

染料的顏色取決于其分子結構。按Wiff 發色基團學說，染料分

7

子的發色體中不飽和共軛鏈的一端與含有供電子基或吸收電子基的

基團相連，另一端與電性相反的基團相連，化合物分子吸收了一定

波長的光量子的能量後，發生極化並產生偶極矩，使價電子在不同

能級間躍遷而形成不同的顏色。一般來說，染料分子結構中共軛鏈

越長顏色越深；苯環增加顏色加深；分子量增加，特別是共軛雙鍵

數增加，顏色加深。染料的相對分子質量一般在700～1500之間，帶

有水溶性基團的染料分子水溶性好，帶有非水溶性基團染料分子則

表現出憎水性。染料廢水中膠體粒子通常帶負電荷，_電位在-7~-20

mV之間（張林生、蔣嵐嵐，2000）。

2.3.3 研究染料之基本性質

a. Alizarin yellow R:

化學式:C13H9N3O5

經實驗測試Alizarin yellow R最佳吸收坡長為368nm

Alizarin yellow R的結構式:

b. Congo red:

分子式：C32H22N6Na2O6S2

性質：剛果紅是酸性染料，呈棗紅色粉末狀，能溶於水喝酒精，

遇酸呈藍色。它能作染料，也用作指示劑。它在植物製

片中常作為蘇木精或其他細胞染料的襯墊劑。用來染 細

胞質時，能把膠制或纖維素染成紅色。在動物組織製片

中用來染神經軸、彈性纖維、胚胎材料等。剛果紅可以

跟蘇木靜作二重染色，也可用作類澱粉染色，由於它能

溶於水和酒精，所以洗滌和脫水處理要迅速棕紅色粉末。

溶于水呈黄红色；溶於醇呈橙色；極微溶於丙酮。

經實驗測試Congo red最佳吸收坡長為500nm

Congo red的結構式:

8

C. Methyl green:

分子式: C27H35BrClN3·ZnCl2

性質:甲基綠是鹼性染料。它是綠色粉末狀，能溶於水（溶解

度8%）和酒精（溶解度3%）。甲基綠是最有價值的細胞

和染色劑，細胞學上常用來染染色質，跟酸性品紅一起

可作植物木質部的染色是具有金屬光澤的綠色微結晶或

亮綠色粉末。溶於水，顯藍綠色。稍溶於乙醇，不溶於

戊醇。鹽酸中顯紅黃色，在氫氧化鈉中無色。

經實驗測試最佳吸收坡長為632nm

Methyl green的結構式:

http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E5%BE%AE%E7%BB%93%E6%99%B6&action=edit&redlink=1http://zh.wikipedia.org/zh-hk/%E4%B9%99%E9%86%87http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E6%88%8A%E9%86%87&action=edit&redlink=1http://zh.wikipedia.org/zh-hk/%E7%9B%90%E9%85%B8http://zh.wikipedia.org/zh-hk/%E6%B0%A2%E6%B0%A7%E5%8C%96%E9%92%A0

9

三、實驗方法與步驟

3.1 實驗藥品

1.茜素黃R（Alizarin yellow R）

2.剛果紅（Congo red）

3.甲基綠（Methyl green）

4.氯化鉀：KCl ,島久藥品株式會社

3.2 實驗儀器

1.電化學頻譜分析儀（Electrochemical Analyzer）：CH Instruments

2.紫外光可見光光譜儀（UV-Visible）：Hitachi

3.3 實驗裝置

圖2 電解實驗裝置圖

3.4 實驗方法

3.4.1 伏特安培法

伏特安培法（Cyclic voltammetry）簡稱伏安法，是一種含有微

電解的技術，工作電極電位由外部儀器連接一已知電位（E）－時間

（t）函數，因而產生電流（I）對電位（E）和電流（I）對時間（t）

的曲線來分析，其中包含了數種電化學分析法，以獲得溶液組成的

資訊。循環伏安法其電池是由三個浸於溶液中的電極所組成，此浸

10

泡溶液中包含待測物質和過量的支持電解質（ Supporting

electrolyte），三個電極之一為微電極，或是工作電極（Working

electrode），其電位隨時間成線性變化。第二個電極為參考電極

（Reference electrode），其電位在實驗進行的過程中始終保持一定。

第三個電極是相對電極（Counter electrode），其目的是將電流由電

源經由溶液傳導至微電極上（莊政憲，2004）。

3.4.2 定電位法

所謂的定電位法，是將外加電壓維持在可以使待測物反應之固

定值，隨著待測物種之加入，其於電極上之反應量會表現在電流的

變化上，通常電流變化量會與加入待測物濃度成比例關係。因此，

於實際量測上，當偵測體系為一攪拌狀態下例如旋轉電極系統中，

則可藉由記錄到時間-電流的響應曲線，對待測物種進行定量（莊政

憲，2004）。

3.4.3 紫外光/可見光吸收光譜

主要是應用在波長200~800nm範圍的電磁輻射為基礎的吸收光

譜學，可廣泛應用於多種有機與無機物種的定量。根據比爾定律

（Beer’s law），將待測溶液置於光徑為b厘米的石英容槽中，因而

測得的穿透率T或吸收度A，通常吸收分析物的濃度c與吸收度A成線

性關係，可表示為下式：

A=-logT=log P0/P=bc (3- 1)

其中0 P和P是指光通過含溶劑與分析物之後的輻射功率，穿透

率T為P和0 P之比值，為莫耳吸光係數，b為輻射路徑長，c為分析物

濃度（莊政憲，2004）。

3.4.4 電解實驗流程

1.以砂紙將白金及石墨表面分別磨光後，先以6 N硝酸浸泡，經水

洗後再以丙酮清洗之，最後用二段水洗淨後立即使用。

2.以白金或石墨電極為陽極、陰極及參考電極分別使用石墨與

(Ag/ AgCl)裝置於恆溫電解槽中，並連接上電化學頻譜分析儀

（Electrochemical Analyzer），如圖2。

3.分別配製1 L濃度20ppm的茜素黃R、剛果紅、甲基綠溶液，作

為脫色處理之原始染料溶液，再添加0.1M的KCl支持電解質，

置於恆溫電解槽中。

4.以循環伏安法（Cyclic Voltammetry）測試電極電位與電流之關

係，藉此判斷出適當的電解電位。

5.在定電壓下通以直流電流進行電解脫色，於染料消耗一定庫侖

電量時，取約5 mL的陽極溶液進行染料殘餘濃度分析。

11

6.以UV-Visible分析結果計算出染料之脫色率。

實驗流程如圖3所示。

圖3 實驗流程圖

12

四、結果與討論

4.1 C.V.測試結果

經循環伏安法測試，在添加0.1M的KCl電解質狀態下，使用白金

工作電極測得三種染料之分解電壓1.3~1.5 V，而使用石墨工作電極測

得分解電壓約在1.4~1.7V（如圖4至圖9）。

圖4 C.V.測試20 ppm茜素黃R＋0.1M KCl 電壓（白金）

圖5 C.V.測試20 ppm茜素黃R＋0.1M KCl 電壓（石墨）

13

圖6 C.V.測試20ppm剛果紅＋0.1M KCl電壓（白金）

圖7 C.V.測試20ppm剛果紅＋0.1M KCl電壓（石墨）

14

圖8 C.V.測試20 ppm甲基綠＋0.1M KCl電壓（白金）

圖9 C.V.測試20 ppm甲基綠＋0.1M KCl 電壓（石墨）

4.2 電解染料脫色實驗

配製1 L濃度20 ppm的茜素黃R、剛果紅及甲基綠待脫色溶液，在

添加0.1M的KCl電解質狀態下分別以白金、石墨為工作電極電解，皆

可將三種染料予以破壞脫色，脫色情形如表2至表7所示。

15

表2 以白金為工作電極電解茜素黃R染料脫色結果

累積電量

（庫侖） 吸光度 C/Co 脫色（%)

0

4

8

12

16

20

0.43

0.243

0.151

0.096

0.069

0.055

1.000000 0.0

0.68552 49.6

0.50905 72.7

0.291855 81.4

0.226244 85.8

0.135747 89.7

表3 以石墨為工作電極電解茜素黃R染料脫色結果

累積電量

（庫侖） 吸光度 C/Co 脫色（%)

0

4

8

12

16

20

0.312

0.157

0.085

0.058

0.044

0.032

1.000000 0.0

0.503205 49.6

0.272436 72.7

0.185897 81.4

0.141026 85.8

0.102564 89.7

表4 以白金為工作電極電解剛果紅染料脫色結果

累積電量

（庫侖） 吸光度 C/Co 脫色（%)

0

4

8

12

16

20

0.597

0.127

0.108

0.1

0.094

0.089

1.000000 0.0

0.21273 78.1

0.180905 81.9

0.167504 83.2

0.157454 84.2

0.149079 85.1

16

表5 以石墨為工作電極電解剛果紅染料脫色結果

累積電量

（庫侖） 吸光度 C/Co 脫色（%)

0

4

8

12

16

20

0.617

0.318

0.147

0.095

0.085

0.08

1.000000 0.0

0.0.563272 43.6

0.225309 77.4

0.174283 82.5

0.162307 83.7

0.157407 84.3

表6 以白金為工作電極電解甲基綠染料脫色結果

累積電量

（庫侖） 吸光度 C/Co 脫色（%)

0

4

8

12

16

20

1.154

0.076

0.064

0.061

0.058

0.057

1.000000 0.0

0.069307 93.1

0.060306 93.9

0.058506 94.1

0.054905 94.5

0.054005 94.6

表7 以石墨為工作電極電解甲基綠染料脫色結果

累積電量

（庫侖） 吸光度 C/Co 脫色（%)

0

4

8

12

16

20

1.082

0.551

0.079

0.053

0.05

0.049

1.000000 0.0

0.183024 81.6

0.072502 92.7

0.064545 93.5

0.06366 93.6

0.061892 93.8

4.2.1 不同電極材料對染料脫色影響

實驗結果顯示，以白金為工作電極、支持電解質為0.1M的KCl，

17

在1.6 V（vs.Ag/ AgCl）之定電位下進行電解脫色操作，經耗電20庫

侖後可將茜素黃R染料去除89.7%的色度；在1.75 V（vs.Ag/ AgCl）

之定電位下進行電解脫色操作，經耗電20 庫侖後可將剛果紅藍染料

去除85.1%的色度；在1.8V（vs.Ag/ AgCl）之定電位下進行電解脫色

操作，經耗電20庫侖後可將甲基綠去除94.6%的色度（表 8）。

以石墨為工作電極、支持電解質為0.1M的KCl，在1.65 V（vs.Ag/

AgCl）之定電位下進行電解脫色操作，經耗電20 庫侖後可將茜素黃

紫染料去除86.4%的色度；在1.65 V（vs.Ag/ AgCl）之定電位下進行

電解脫色操作，經耗電20庫侖後可將剛果紅染料去除84.3%的色度；

在1.45 V（vs.Ag/ AgCl）之定電位下進行電解脫色操作，經耗電20

庫侖後可將甲基綠染料去除93.8%的色度（表 9）。

表8 以白金為工作電極耗電20庫侖後脫色結果

染料 庫侖 極電位(vs. Ag/AgCl)，V 脫色率

(％)

Methyl Green

Alizarin Yellow R

Congo Red

20

20

20

1.8

1.6

1.75

94.6

89.7

85.1

表9 以石墨為工作電極耗電20庫侖後脫色結果

染料 庫侖 極電位(vs. Ag/AgCl)，V 脫色率

(％)

Methyl Green

Alizarin Yellow R

Congo Red

20

20

20

1.45

1.65

1.65

93.8

86.4

84.3

比較電解效果，電解茜素黃R染料及剛果紅紅染料皆以白金為工

作電極較以石墨為工作電極為佳；電解甲基綠藍染料也是以白金為

工作電極較以石墨為工作電極為佳。

4.2.2 染料脫色結果

電解茜素黃R染料（圖10—圖11），以白金為工作電極電解染料，

電解效果較以石墨為工作電極為佳。以白金為工作電極時，耗電20

18

庫侖脫色率可達89.7%。若以石墨為工作電極，耗電20 庫侖脫色率

可達86.4%。

圖10 白金為工作電極時電解茜素黃R染料

圖11 石墨為工作電極時電解茜素黃R染料

白金1.6v

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 5 10 15 20 25

庫侖

C/C0

石墨1.65v

00.20.40.60.8

11.2

0 5 10 15 20 25

庫侖

C/C0

19

電解剛果紅染料(圖12—圖13)，以白金為工作電極電解染料，電

解效果較以石墨為工作電極為佳。以白金為工作電極時，耗電20 庫

侖脫色率可達85.1%。若以石墨為工作電極，耗電20 庫侖脫色率可

達84.3%。

圖12 分別以白金為工作電極時電解剛果紅染料

圖13 分別以石墨為工作電極時電解剛果紅染料

白金1.75v

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 4 8 12 16 20

庫侖

C/C0

石墨1.65v

00.20.40.60.811.2

0 4 8 12 16 20

庫侖

C/C0

20

電解甲基綠染料（圖14—圖15），以白金為工作電極電解染料，

電解效果較以石墨為工作電極為佳。以白金為工作電極時，耗電20

庫侖脫色率可達94.6%。若以石墨為工作電極，脫色率達93.8%。

圖14 分別以白金為工作電極時電解甲基綠染料

圖15 分別以石墨為工作電極時電解甲基綠染料

白金1.8v

00.20.40.60.811.2

0 4 8 12 16 20

庫侖

C/C0

石墨1.45v

00.20.40.60.811.2

0 4 8 12 16 20

庫侖

C/C0

21

五、結論

1. 經循環伏安法測試，在添加 0.1M 的 KCl 電解質狀態下，使用白金

測得三種染料之分解電壓值各為 1.6、1.7 及 1.7V，而使用石墨為

工作電極測得分解電壓值各為 1.5、1.6 及 1.6V。

2. 電解 Methyl Green 染料，以白金為工作電極脫色率可達 94.6%，

若以石墨為工作電極其脫色率可達 93.8％。

3. 電解 Alizarin Yellow R 染料，以白金為工作電極脫色率可達

89.7%，若以石墨為工作電極其脫色率可達 86.4％。

4. 電解 Congo Red 染料，以白金為工作電極脫色率可達 85.1%，若以

石墨為工作電極其脫色率可達 84.3％。

5. 比較電解效果，電解 Methyl Green 染料、Alizarin Yellow R 染料及

Congo Red 染料皆以白金為工作電極為佳。

22

六、參考文獻

1.宋柏葦、劉宛宜、孫崇賓，“以電解氧化法將水中染料脫色之研

究”，崑山科技大學環境工程系專題研究報告，2007。

2.陳書毅、張哲瑋、徐盛松、陳炫璁”以電化學方法將染料污水脫色

之研究” 崑山科技大學環境工程系專題研究報告，2008。

3.居明、李曉宣，“處理苯胺廢水的電化學研究”，環境污染治理技

術與設備，第3卷，第9期，28-30頁，2002。

4.張林生、蔣嵐嵐，“染料廢水的脫色方法”，化工環保，第20 期，

14-18頁，2000。

5.張博荀，“H2O2/Fe2+化學氧化法處理反應性染料-Black B之研

究”，國立成功大學化學工程學系碩士論文，2004。

6.莊政憲，“酸性品紅與甲苯胺藍薄膜修飾電極的電聚合製備以及其

與DNA和Nafion的交互作用”，國立台北科技大學化學工程系碩

士班碩士論文，2004。

7.陳日耀、鄭曦、陳曉、林智紅、陳震，“電化學方法生成羥基自由

基及其在染料降解脫色中的應用——電解槽中的能量分析”，吉

林化工學院學報，第18卷，第3期，1-4頁，2001。

8.陳薇、鄧冰蔥，“電化學在環境工程領域中的應用”，化學與黏合，

第4期，226-229頁，2004。

9.黃仕偉、林汀山、吳志賢，“水中染料之電解脫色研究”，崑山科

技大學環境工程系專題研究報告，2006。

10.黃順興，“電聚浮除法處理氯苯之探討”，淡江大學水資源及環

境工程學系碩士論文，2000。

11.葛建團、曲久輝、徐敏，“電化學方法用于酸性紅B模擬廢水脫色

試驗研究”，環境污染治理技術與設備，第3 卷，第5 期，12-14

頁，2002。

12.劉世澐，“電聚浮除法處理受污染感潮河段河水之能力”，淡江

大學水資源及環境工程學系碩士論文，2000。

13.餘瓊衛、周元全，“直接電解法處理染料廢水的研究”，環境污

染治理技術與設備，第5卷，第7期，64-69頁，2004。

14.生命科學線上網站

http://blog.lifescienceonline.net/search/label/%E6%9F%93%E8%89

%B2

15.染整廢水防治技術經濟部工業局網站

http://proj.moeaidb.gov.tw/eta/epaper/epaper/Eco-030.htm#law-2

16. Bockris, J.O., Electrochemistry of cleaner environments. Plenum

23

Press,1972: p. 98-130。