咖啡渣的吸附作用

全國高職學生103年度專題暨創意競賽

「專題組」複賽說明書

群別：化工群

參賽作品名稱：好『吸』力–咖啡渣的吸附作用

關鍵詞：咖啡渣、活性碳的吸附作用

目錄:

壹、摘要-------------------------------------------1 貳、研究動機---------------------------------------1 參、研究方法(過程)---------------------------------1 肆、研究結果---------------------------------------1 伍、討論-------------------------------------------5 陸、結論------------------------------------------15 柒、參考資料--------------------------------------18

壹、摘要

本研究探討廢棄物如咖啡渣、甘蔗渣和稻桿等，對水溶液中有機物和重金屬離子屬(Cu2+、Co2+)的吸附程度。

由實驗發現，1.在室溫下，咖啡渣對金屬離子(Cu2+、Co2+)的吸收＞＞對有機物(甲基藍、甲基紫和甲基紅)的吸收；而且吸收量大又迅速。2.對甲基藍的吸收效果(實際吸收度)：咖啡渣＞碳化的甘蔗渣和稻稈＞未碳化的甘蔗渣和稻稈。 3.我們設計的淨水裝置(加入咖啡渣)優點多，(1)簡單易做。 (2).咖啡渣吸附水中金屬離子和有機物，效果好又省錢。建議推廣使用我們設計的裝置來淨化水質。

貳、研究動機

地球正面臨「暖化」危機，政府單位與民間機構也都呼籲「日常落實環保」。我們想要廢物利用，聯想到很多人愛喝咖啡，表示有非常大量的咖啡渣。研究利用廢棄的咖啡渣來吸附一些傷害人體物質的重金屬或是有機物質。期盼以簡單的方法使地球的環境不再惡化下去，創造出更舒適的生活環境。

參、研究方法(過程)

一、原理

(一)活性碳

活性碳是一種多孔性的含碳物質，具有高度發展的孔隙構造，是一種極優良的吸附劑。每克活性碳的吸附面積更相當於八個網球場之多，而其吸附作用是藉由物理性吸附力與化學性吸附力達成。可以去除臭味、色度及毒性有機物質。

(二)吸附

1.吸附(adsorption)是利用吸附劑(Adsorbent)的吸附容量將溶液中之吸附質(Adsorbate)結合於吸附劑表面的現象。

2.吸附作用可以區分為物理性吸附(Physical Adsorption)及化學性吸附(Chemical Adsorption)。

3.物理性吸附其吸附能小於10 Kcal/mole，主要的親和作用力為凡得瓦力(Van der Waals)，為一種可逆反應。較常被用在環境工程上。

4.化學性吸附的吸附能大於10 Kcal/mole，其親和作用力是利用吸附質與吸附

劑之活性位置間所形成的化學鍵結，是不可逆反應。較少被用在環境工程上。

二、有機物

1.甲基藍C16H18N3ClS

2.甲基紅C15H15N3O2

3.甲基紫c24H28CIN3

(分子量 799.80)(分子量269.30)(分子量 408.03)

圖1、有機物(甲基藍、甲基紅、甲基紫之結構式) 三、研究設備與器材

表1、研究設備與器材及藥品

四、研究流程圖

圖2、研究流程圖

五、配製溶液與測吸收度，找出溶液的最大吸收波長並製作檢量線：

(一)、硫酸銅水溶液/氯化亞鈷水溶液：

1、配製溶液：

(1)、稱取31.2112克的硫酸銅/(29.4875克的氯化亞鈷)，配製0.5M的銅離子/

亞鈷離子溶液，將硫酸銅/(氯化亞鈷)加入燒杯再加入蒸餾水，倒入250ml 的量瓶中，倒水至標線，搖晃使其均勻。

(2)、按下列表格取0.5M硫酸銅/(氯化亞鈷)儲備溶液，倒入50ml 量瓶中並加

水至標線，配製成0.01M、0.03M、0.05M、0.07M、0.09M、0.1M，共六種不同銅離子/亞鈷離子標準溶液。

2、使用分光光度計，

(1)、找出硫酸銅/氯化亞鈷水溶液的最大吸收波長:約每10 nm，測一次吸收度。

(2)、製作硫酸銅/氯化亞鈷標準溶液之檢量線：以硫酸銅/氯化亞鈷水溶液的最大吸收波長，來測各個濃度的吸收度，製作硫酸銅/氯化亞鈷標準溶液之檢量線。

(二)、甲基藍水溶液/甲基紫水溶液/甲基紅水溶液：

1、配製溶液：

(1)、稱取0.0265克的甲基藍/(0.0398克的甲基紫)/(0.01346克的甲基紅)，配製2×10-4M的甲基藍/甲基紫/甲基紅水溶液，將甲基藍/甲基紫/甲基紅加入燒杯再加入蒸餾水，倒入250ml的量瓶中，倒水至標線，搖晃使其均勻。

(2)、取2×10-4M甲基藍/甲基紫/甲基紅儲備溶液，倒入50ml 量瓶中並加水至標線，配成2×10-6M、4×10-6M、6×10-6M 、8×10-6M、 2×10-5M、4×10-5M，共六種不同甲基藍/甲基紫/甲基紅標準溶液。

2、使用分光光度計，

(1)、找出甲基藍/甲基紫/甲基紅水溶液的最大吸收波長:約每10nm，測一次吸收度。

(2)、製作甲基藍/甲基紫/甲基紅標準溶液之檢量線：以甲基藍/甲基紫/甲基紅溶液的最大吸收波長，來測各個濃度的吸收度，製作甲基藍/甲基紫/甲基紅標準溶液之檢量線。

六、咖啡渣吸附各種溶液的情形:

1、以0.1克的咖啡渣置入不同濃度的水溶液中，一週後，再以最大吸收波長，測量其吸收度的變化。

(一)、硫酸銅水溶液/亞鈷離子水溶液：

(1)、硫酸銅/亞鈷離子水溶液(0.01、0.03、0.05、0.07、0.09和0.1M)25ml 加上0.1克咖啡渣放置一週後，以最大吸收波長819nm/515nm，測其吸收度。因為溶液加入咖啡渣後的顏色會變深，故使用空白試驗來校正。 (註:空白試樣為25ml蒸餾水加0.1克咖啡渣放置一週)

(二)、甲基藍水溶液/甲基紫水溶液/甲基紅酒精溶液：

(1)、甲基藍水溶液/甲基紫水溶液/甲基紅酒精溶液(2×10-6、4×10-6、6×10-6、8×10-6、2×10-5和4×10-5)25ml加上0.1克的咖啡渣放置一週後，以最大吸收波長665nm/580nm/410nm，測其吸收度。因為溶液加入咖啡渣後的顏色會變深，故使用空白試驗來校正。

七、固定時間下，以不同克數的咖啡渣對甲基藍的吸收量：

1、以不同克數的咖啡渣，固定時間3hr，以2×10-5 M的甲基藍來測。

註:空白試樣為0.1、0.5、1、1.5和2克的咖啡渣，各別加入25ml蒸餾水放置3hr。