EPA-96-04-003 - è¡æ¿é¢ç°å¢ä¿è·ç½²

行政院環境保護署 

96 年度「環保科技育成中心計畫」 

「觸媒氧化技術淨化室內空氣品質設備開發」 

期末報告 ( 定稿 ) 

計畫編號 :EPA-96-04-003 

主辦單位 : 

執行單位 : 

計畫主持人 : 吳俊哲 


逢甲大學創新育成中心 

協同主持人 : 林樹榮、張立德 

合作廠商 : 凱特利斯特股份有限公司 

計畫經費 : 新台幣參佰伍拾萬元整 

( 補助經費壹佰柒拾伍萬元 ; 自籌經費壹佰 

柒拾伍萬元 ) 

計畫執行期間 :96 年 11 月至 97 年 9 月 

行政院環境保護署編印 

中華民國 97 年 9 月

統一編號 

EPA0849601491 

* 本報告僅係受託單位或個人之研究意見 , 僅供環保署施政之參考。 

* 本報告之著作財產權屬環保署所有 , 非經環保署同意 , 任何人均不 

得重製、仿製或為其他之侵害。

「觸媒氧化技術淨化室內空氣品質設備開發」期末報告基本資料表 

甲、委辦單位 


乙、執行單位逢甲大學創新育成中心 

丙、年度 96 年度計畫編號 EPA-96-04-003 

丁、研究性質 □ 基礎研究 □ 應用研究 ■ 技術發展 

戊、研究領域 

室內空氣品質設備開發 

己、計畫屬性 ■ 科技類 □ 非科技類 

庚、全程期間 

辛、本期期間 

96 年 11 月 ~ 97 年 09 月 

96 年 11 月 ~ 97 年 09 月 

3500 千元 

環保署補助款 

廠商自籌款 

壬、本期經費 

人事費 681.055 千元人事費 630 千元 

消耗性器材及原材料費 778.945 千元消耗性器材及原材料費 200 千元 

設備租用維護費 150 千元設備租用維護費 300 千元 

管理費 140 千元研發設備使用費 750 千元 

癸、摘要關鍵詞 ( 中英文各三則 ) 

甲醛 

(Formaldehyde) 

臭氧 

(Ozone) 

觸媒 

(Catalyst) 

參與計畫人力資料 :( 如僅代表簽約而未參與實際研究計畫者則免填以下資料 ) 

參與計畫 

人員姓名 

工作要項 

或撰稿章節 

現職與 

簡要學經歷 

逢甲大學環科系教授 

吳俊哲 Chapter 1-6 

美國密西根州立大學環工博士 

逢甲大學環科系副教授 

張立德 Chapter 1-6 美國哈佛大學環境科學與工程 

博士 

凱特利斯科技公司總經理 

林樹榮 Chapter 1-6 

博士 

凱特利斯科技公司經理 

李怡萱 Chapter 1-6 

碩士 

楊景盛 

Chapter 

2-6 

專任研究助理 

碩士 

備註 : 本表請置於期末報告書目錄之前 

參與時間 

( 人月 ) 

10 

10 

10 

10 

9 

聯絡電話 / 

E-mail 帳號 

04-24515332 

jjwu@fcu.edu.tw 


ltechang@fcu.edu.tw 

03-4700347 

shulin_aop@hotmail.com 

03-4700347 

I-hsuan_lee@hotmail.com 


Leaderone1019@yahoo.co 

m.tw

行政院環境保護署計畫成果中英文摘要 ( 摘要版 ) 

一、中文計畫名稱 : 觸媒氧化技術淨化室內空氣品質設備開發 

二、英文計畫名稱 :「 The Invention of New Device for the 

Improvement of Indoor Air Quality Using 

Catalytic Oxidation Technology」 

三、計畫編號 :EPA-96-04-003 

四、執行單位 : 逢甲大學創新育成中心 

五、計畫主持人 ( 包括共同主持人 ): 吳俊哲 , 張立德 , 林樹榮 

六、執行開始時間 :96 年 11 月 19 日 

七、執行結束時間 :97 年 09 月 18 日 

八、報告完成日期 :97 年 08 月 25 日 

九、報告總頁數 :122 頁 ( 本文 )+40 頁 ( 附錄 ) 

十、使用語文 : 中文、英文 

十一、報告電子檔名稱 : 觸媒氧化技術淨化室內空氣品質 

十二、報告電子檔格式 :WORD 

十三、中文摘要關鍵詞 : 甲醛 , 臭氧 , 觸媒 

十四、英文摘要關鍵詞 :Formaldehyde, Ozone, Catalyst 

十五、中文摘要 : 

由於室內空氣污染物對人體健康造成之影響已受到相當程度的重 

視 , 本計畫主要針對室內空氣污染物之甲醛及甲苯進行臭氧觸媒氧化 

之研究 , 並發展乙套可供室內循環淨化處理之實體設備。 

本計畫之執行主要分為兩個主要單元 , 第一階段為實驗室的甲醛 

及甲苯基本分析工作與臭氧觸媒程序之操作條件測試 , 以獲得最佳化 

處理之參數 , 並據以建立實際設備可應用之技術相關資料。實驗結果 

顯示 : 臭氧具單獨氧化甲醛及甲苯的能力 , 在固定氣體進流量 1500 

ml/min, 臭氧反應停留時間 48 sec, 甲醛及甲苯濃度為 5±0.2 ppm

的條件下 , 每莫耳臭氧可去除 0.25 莫耳甲醛、0.06 莫耳甲苯 , 接著 

調整臭氧不同停留時間為 96 sec 及 144 sec, 本研究發現臭氧停留時 

間延長對於甲醛 THC 去除率效果無明顯增加。然而 , 卻能提升甲苯及 

其 THC 的去除率 , 主要原因由於甲苯中間產物複雜且型態眾多 , 臭氧 

停留時間的增加相對提升臭氧分子與其中間產物能有更充分反應時 

間。針對觸媒測試方面 , 顆粒觸媒及觸媒濾網對於甲醛及甲苯吸附能 

力有限 , 而且觸媒分解臭氧能力主要由觸媒填充量而定。接著經由不 

同操作條件的測試 , 本研究發現甲醛最佳操作參數為濃度 5±0.2 ppm 

之處理程序『雙面觸媒濾網 (35g) / 臭氧劑量 60±1 ppm / 相對溼度 

72%』, 可 100% 去除甲醛及其 THC 去除率為 76% 且無殘餘之臭氧濃 

度。相對甲苯而言 , 當甲苯濃度 5±0.2 ppm 最佳處理程序為『雙面觸 

媒濾網 (35g) / 臭氧劑量 120±1 ppm / 相對溼度 72%』, 甲苯去除率為 

56% 而且其 THC 去除率為 44%, 殘餘臭氧濃度 19 ppm。整體而言 , 

臭氧可用來氧化甲醛及甲苯兩種氣體 , 且藉由添加觸媒及溼度的改變 

以催化臭氧 , 進而分解成氧化能力強之氫氧自由基加以氧化難以去除 

的甲醛及甲苯之 THC。 

本研究第二階段為實場空氣處理設備測試 , 本團隊至台中 XX 醫院 

進行勘查。經過實際調查 : 此醫院病理科之檢切室中有保存檢體的甲 

醛 ( 福馬林 ) 以及使用甲苯、二甲苯等有機溶劑 , 且背景濃度中的甲醛 

高達 1.6 ppm 及 TVOC 都在 2.5 ppm 之上 , 因此檢切室為本團隊處理 

對象。首先 , 在單獨使用空氣處理設備的風車及觸媒 , 發現不同換氣 

率對於甲醛及其 TVOC 的濃度無明顯去除效果。但是由於本研究的空 

氣處理設備有加裝 HEPA, 對於檢切室室內空氣微粒 PM 2.5 及 PM 10 可 

去除 30% 以上。接續增加臭氧程序並調整不同空氣設備操作參數 , 本 

研究經由不斷測試 , 最終發現處理檢切室室內空氣的最佳操作參數為 

『換氣率 16 ach / 觸媒量 200 g / 臭氧進流濃度 2.5 ppm』, 經過六小 

時長時間處理可去除檢切室中甲醛濃度降為 0 ppm, 而且對於 TVOC 

濃度可處理至 0.7 ppm, 皆能符合環保署室內空氣品質建議值 ( 甲醛 

0.1 ppm,TVOC 3 ppm), 其殘餘臭氧濃度為 0.08 ppm 可符合 OSHA( 美

國職業安全衛生署 ) 勞工在作業場所 8 小時所暴露的平均臭氧濃度不 

可高於 0.10 ppm 的規定。 

本研究依據實場測試結果評估健康風險之危害 : 報告中指出經由 

空氣設備系統處理後之甲醛濃度降為 0 ppm, 因此能降低此氣體對人 

體帶來的致癌風險 , 對於殘餘的臭氧濃度經由觸媒催化分解後對人體 

的急性健康風險指數是屬於偏低的 , 針對每年操作成本 (NT/year) 包括 

電力及耗材成本的估算約為 $7,633 元。就整體而言 : 本團隊所研發之 

空氣設備處理系統與市售空氣清淨機的差異性 , 主要在於揮發性有機 

氣體去除率 88.7% 及 CADR 值 2.048 m 3 /min 皆優於目前市售產品 , 

而且此設備之最大處理風量及處理對象 ( 甲醛及 TVOC) 明顯不同於一 

般市售之空氣清淨機 , 對於環保署可提供處理室內空氣污染物 ( 甲醛及 

TVOC) 另一新技術 , 加強有效改善室內空氣品質 , 方能維護人體健 

康。 

十六、英文摘要 : 

Due to the pollution of indoor air affecting on human being’s 

health has be increasingly noted. This research was conducted 

using the combination of ozone and goethite catalyst which oxidize 

indoor air contaminants, such as formaldehyde and toluene. In 

addition, it is our main target to develop a commercialized 

equipment of air purification system to deal with polluted indoor air 

quality. 

This research is divided into two phases. The first phase is to 

establish the analytical techniques for better quantifying 

formaldehyde and toluene concentrations, then use ozone plus 

goethite catalyst process to develop the best operation conditions 

as obtained in our lab work. The second phase is to build a pilot-

scale equipment employed to determine the useful information for 

future scaling up. According to the experimental results, it was 

indicated that 0.25 mole of formaldehyde and 0.06 mole of toluene 

could be completely consumed by one mole of ozone under the flow 

rate at 1500 ml/min and ozone retention time at 48 sec. After 

increasing retention time up to 96 and 144 sec, we found that THC 

decomposition from the degradation of formaldehyde was not 

obvious. However, THC removal from the degradation of toluene is 

rather significant, which indicates the oxidized byproducts from 

toluene can be effectively attacked by ozone molecules if retention 

time can be prolonged. Adsorption test was performed by passing 

those air contaminants through the catalysts bed. It was found that 

the adsorptive effect of formaldehyde and toluene onto the catalyst 

was rather minor. The combination of ozone and goethite catalyst 

can decompose 100% of formaldehyde and 76% of its THC by 

operating 60 ppm of ozone and 35 g of goethite catalyst at the 

initial formaldehyde concentration 5±0.2 ppm and relative humidity 

72%. Similarly, the removal of toluene was 56% and its THC was 

44%. Nevertheless, 19 ppm of ozone was still detected in the offgas. 

Based on this result, it is very crucial on the further design of 

pilot-scale system by increasing enough amounts of catalysts to 

substantially destroy the residual ozone to prevent any potential 

risk to indoor environment. 

Since several volatile chemicals, including formaldehyde, 

alcohols, and xylene, have been widely used in hospital, the pilot 

test was chosen to treat the indoor air in the selected medical 

center in Taichung city. According to our preliminary sampling and 

analysis, the concentrations of formaldehyde and TVOC were found 

to be 1.6 and 2.5 ppm, respectively. Without using ozone and

goethite catalysts, adjusting different average changes per hour 

(ach) as operated in the air purification system has no effect on the 

removal of formaldehyde and TVOC in the hospital. However, it can 

only remove PM 2.5 and PM 10 up to 30% due to HEPA filtration. When 

the treatment system was performed at the following condition as 

16 ach/ FeOOH 200g/ O 3 2.5 ppm for six hours, formaldehyde has 

been totally removed and TVOC concentration dropped down to 0.7 

ppm, which has complied with the suggestion values regulated by 

EPA Indoor Air Quality (0.1 ppm of formaldehyde, 3 ppm of TVOC). 

In the mean time, the residual ozone concentration was detected as 

0.08 ppm that also conform the regulations by OSHA. 

In our pilot-scale results the health risk has been significantly 

decreased according to the calculation of residual target indoor 

pollutants. In addition, the annual expense including electricity and 

accessory would cost NT$7,633. If comparing with the other air 

purification systems as used in the market, the efficiency of 

treating polluted indoor air should be superior with 88.7% TVOC 

removal and 2.048 m 3 /min CADR. Therefore, this new-developed 

purification facility would have the chance to be commercially 

applied in the future and the improvement of indoor air quality for 

some specific building could be expected.

行政院環保署委託研究計畫成果報告摘要 ( 詳細版 ) 

計畫名稱 : 觸媒氧化技術淨化室內空氣品質設備開發 

計畫編號 :EPA-96-04-003 

計畫執行單位 : 逢甲大學創新育成中心 

計畫主持人 ( 包括協同主持人 ): 吳俊哲、張立德、 

林樹榮 

計畫期程 :96 年 11 月 19 日至 97 年 9 月 18 日止 


摘要 

( 補助經費壹佰柒拾伍萬元 ; 自籌經費壹佰 

柒拾伍萬元 ) 

由於室內空氣污染物對人體健康造成之影響已受到相當程度的重 

視 , 本計畫主要針對室內空氣污染物之甲醛及甲苯進行臭氧觸媒氧化 

之研究 , 並將發展乙套可供室內循環淨化處理之實體設備。 

本計畫之執行主要分為兩個主要單元 , 第一階段為實驗室的甲醛 

及甲苯基本分析工作與臭氧觸媒程序之操作條件測試 , 以獲得最佳化 

處理之參數 , 並據以建立實際設備可應用之技術相關資料。實驗結果 

顯示 : 臭氧具單獨氧化甲醛及甲苯的能力 , 在固定氣體進流量 1500 

ml/min, 臭氧反應停留時間 48 sec, 甲醛及甲苯濃度為 5±0.2 ppm 

的條件下 , 每莫耳臭氧可去除 0.25 莫耳甲醛、0.06 莫耳甲苯 , 接著 

調整臭氧不同停留時間為 96 sec 及 144 sec, 本研究發現臭氧停留時 

間延長對於甲醛 THC 去除率效果無明顯增加。然而 , 卻能提升甲苯及 

其 THC 的去除率 , 主要原因由於甲苯中間產物複雜且型態眾多 , 臭氧 

停留時間的增加相對提升臭氧分子與其中間產物能有更充分反應時 

I

間。針對觸媒測試方面 , 顆粒觸媒及觸媒濾網對於甲醛及甲苯吸附能 

力有限 , 而且觸媒分解臭氧能力主要由觸媒填充量而定。接著經由不 

同操作條件的測試 , 本研究發現甲醛最佳操作參數為濃度 5±0.2 ppm 

之處理程序『雙面觸媒濾網 (35g) / 臭氧劑量 60±1 ppm / 相對溼度 

72%』, 可 100% 去除甲醛及其 THC 去除率為 76% 且無殘餘之臭氧濃 

度。相對甲苯而言 , 當甲苯濃度 5±0.2 ppm 最佳處理程序為『雙面觸 

媒濾網 (35g) / 臭氧劑量 120±1 ppm / 相對溼度 72%』, 甲苯去除率為 

56% 而且其 THC 去除率為 44%, 殘餘臭氧濃度 19 ppm。整體而言 , 

臭氧可用來氧化甲醛及甲苯兩種氣體 , 且藉由添加觸媒及溼度的改變 

以催化臭氧 , 進而分解成氧化能力強之氫氧自由基加以氧化難以去除 

的甲醛及甲苯之 THC。 

本研究第二階段為實場空氣處理設備測試 , 本團隊至台中 XX 醫院 

進行勘查。經過實際調查 : 此醫院病理科之檢切室中有保存檢體的甲 

醛 ( 福馬林 ) 以及使用甲苯、二甲苯等有機溶劑 , 且背景濃度中的甲醛 

高達 1.6 ppm 及 TVOC 都在 2.5 ppm 之上 , 因此檢切室為本團隊處理 

對象。首先 , 在單獨使用空氣處理設備的風車及觸媒 , 發現不同換氣 

率對於甲醛及其 TVOC 的濃度無明顯去除效果。但是由於本研究的空 

氣處理設備有加裝 HEPA, 對於檢切室室內空氣微粒 PM 2.5 及 PM 10 

可去除 30% 以上。接續增加臭氧程序並調整不同空氣設備操作參數 , 

本研究經由不斷測試 , 最終發現處理檢切室室內空氣的最佳操作參數 

為『換氣率 16 ach / 觸媒量 200 g / 臭氧進流濃度 2.5 ppm』, 經過六 

小時長時間處理可去除檢切室中甲醛濃度降為 0 ppm, 而且對於 

TVOC 濃度可處理至 0.7 ppm, 皆能符合環保署室內空氣品質建議值 

( 甲醛 0.1 ppm, TVOC 3 ppm), 其殘餘臭氧濃度為 0.08 ppm 可符合 

OSHA( 美國職業安全衛生署 ) 勞工在作業場所 8 小時所暴露的平均臭 

氧濃度不可高於 0.10 ppm 的規定。 

本研究依據實場測試結果評估健康風險之危害 : 報告中指出經由 

空氣設備系統處理後之甲醛濃度降為 0 ppm, 因此能降低此氣體對人 

體帶來的致癌風險 , 對於殘餘的臭氧濃度經由觸媒催化分解後對人體 

II

的急性健康風險指數是屬於偏低的 , 針對每年操作成本 (NT/year) 包括 

電力及耗材成本的估算約為 $7,633 元。就整體而言 : 本團隊所研發之 

空氣設備處理系統與市售空氣清淨機的差異性 , 主要在於揮發性有機 

氣體去除率 88.7% 及 CADR 值 2.048 m 3 /min 皆優於目前市售產品 , 

而且此設備之最大處理風量及處理對象 ( 甲醛及 TVOC) 明顯不同於一 

般市售之空氣清淨機 , 對於環保署可提供處理室內空氣污染物 ( 甲醛及 

TVOC) 另一新技術 , 加強有效改善室內空氣品質 , 方能維護人體健康。 

前言 

由於每人每日處於室內環境中 ( 包括在住家、辦公室或其他建築物 

內 ) 約佔 80~90% 的時間 , 故室內空氣品質的良窳可直接影響工作效率 

及生活品質。因此 , 室內空氣污染物對人體健康造成之影響受到相當 

程度的重視。在密閉的建築物內 , 如果室內通氣量不足時 , 污染物就 

容易蓄積而導致室內空氣品質惡化。目前國內室內空氣品質較嚴重的 

問題包括 : 室內通風不良造成二氧化碳濃度偏高、室內傢俱裝潢塗料 

含有機溶劑過多造成揮發性有機污染物濃度偏高 , 另因台灣係屬亞熱 

帶海島型氣候國家 , 年平均相對濕度多達 80% 以上 , 易孳生生物性污 

染物 , 其中細菌及真菌二種生物性污染物濃度偏高。故行政院環保署 

已於民國 94 年 12 月 30 日公告「室內空氣品質建議值」, 該建議值 

內容包括二氧化碳、一氧化碳、甲醛 (HCHO)、總揮發性有機化合物、 

細菌、真菌、粒徑小於 10 微米之懸浮微粒、粒徑小於 2.5 微米之懸 

浮微粒、臭氧及溫度等 10 項。 

儘管市面已推出空氣清淨機的種類相當多 , 且均標榜對室內空氣 

品質有相當之成效 , 然根據台北科技大學室內空氣品質研究團隊之研 

究顯示 , 市售空氣淨化機種評估對室內甲醛的淨化效果均未超過 

60%, 甚至僅 10~20% 之間 , 其商品標示效果皆有誇大之嫌。有鑑於 

此 , 本計畫開發新型臭氧與觸媒高級氧化處理之系統設備 , 利用網狀 

過濾做為前處理單元來處理空氣中細小之微粒與粉塵 , 後端則以臭氧 

與觸媒表面之作用產生氧化力更強之氫氧自由基予以破壞各項空氣污 

III

染物 , 並利用觸媒去除殘留之臭氧 , 以完全控制室內臭氧濃度為零 , 

並提供更多新鮮氧氣。此系統不僅將改善粒狀及氣相污染物的處理效 

果 , 更能解決上述所提到目前普遍使用設備的缺點。此外 , 本計畫除 

了針對處理系統進行開發研究之外 , 亦將針對室內空氣品質 ( 甲醛及甲 

苯 ) 進行相關健康風險評估 , 以進一步了解此技術之可用性。 

研究方法 

針對室內空氣品質項目之處理 , 本計畫開發一套裝處理系統 , 使 

用過濾單元、臭氧結合單水氧化鐵觸媒高級氧化程序的使用 , 以合併 

處理空氣中微粒成分、甲醛及甲苯氣體。整體研究分為實驗室及實場 

兩個階段來進行 ; 實驗室主要以小型的處理系統進行參數之調整與最 

佳化研究 , 並探討各程序因子 ( 臭氧濃度與劑量、觸媒型態填充率等 ) 

對甲醛及甲苯等主要影響成分的處理效率。實場部份參考實驗室結果 

進行放大 , 並於台中 XX 醫院進行現場測試 , 以調整並確認整體套裝 

處理系統之效益 , 同時進行經濟效益與健康風險的評析。 

相關文獻資料之彙整 

實驗系統之準備與建立 

試驗氣體 

人工配置氣體 

甲醛及甲苯初始濃度 

分析項目 

觸媒表面特性分析 

甲醛及甲苯定量定性分析 

THC 濃度 

實驗內容 

甲醛、甲苯的去除反應 

殘餘臭氧量 

THC 濃度變化量 

反應參數 

臭氧劑量 

不同濕度 

觸媒型態填充率 

IV 

探討反應參數影響 

探討反應機制

結論 

根據實驗室小型處理系統 , 其結論如下 : 

1. 臭氧單獨氧化甲醛及甲苯氣體 , 在固定氣體進流量 1500 ml/min( 停 

留時間 48 s), 甲醛及甲苯初始濃度配置 5±0.2 ppm, 改變不同臭 

氧進流濃度對甲醛及甲苯去除影響 , 實驗結果顯示 : 每莫耳臭氧可 

去除 0.25 莫耳甲醛及 0.06 莫耳甲苯。此外 , 由於甲苯帶有環狀結 

構 , 臭氧難以直接氧化 , 而且中間產物二甲苯、乙基苯、苯甲醛、 

苯甲酸及順丁烯二酸酣會消耗臭氧劑量 , 故相同臭氧進流濃度甲苯 

去除率不如甲醛佳。 

2. 改變臭氧停留時間對於甲醛及甲苯反應之關係 , 在固定氣體進流量 

1500 ml/min( 停留時間 48 sec), 為使臭氧停留時間增長為 96 sec 

及 144 sec, 並在實驗設備後端加裝臭氧反應槽 , 針對甲醛而言 ( 臭 

氧進流濃度為 60.3 ppm), 在不同臭氧停留時間的去除率皆為 

100%, 而且當臭氧停留時間增為 3 倍時甲醛 THC 去除率僅由 45% 

增為 58% 效果不明顯。反觀 , 甲苯於臭氧進流濃度為 120.7ppm, 

臭氧停留時間 144 sec, 則可去除甲苯 46.8% 及其 THC 35%, 故增 

加臭氧停留時間對甲苯之 THC 去除有明顯的效果。 

3. 分析觸媒之基本特性與結構 , 由 XRD 圖譜與 JCPDS 資料庫標準圖 

譜比對判斷後 , 主要成分應為 FeOOH 型態的單水氧化鐵 , 而且觀 

察觸媒 XRD 圖譜上的波峰強度強表示觸媒晶格完整。觸媒之 BET 

2.58 m2/g, 並且經由臭氧異相催化之觸媒 , 對於比表面積並無明顯 

變化。在 SEM 結果顯示 : 觸媒表面所含許多大小孔洞呈現不規則 

棉絮狀 , 而且實驗中所使用的 Iron Oxide Hydroxide 包含多種不同 

結晶相的單水氧化鐵 , 因此顆粒形狀及大小較不具一致性 , 顆粒尺 

寸約為 1~4 µm。由觸媒的 EDS 圖譜發現觸媒 Iron Oxide Hydroxide 

的主要成分為鐵和氧原子。 

4. 單一觸媒程序對甲醛及甲苯吸附能力測試 , 實驗結果發現 : 當甲醛 

V

及甲苯初始濃度為 5±0.2 ppm( 觸媒停留時間約 2 秒 ) ; 顆粒觸媒及 

觸媒濾網兩者對於甲醛及甲苯吸附能力有限 , 兩者吸附率皆為 

10~20% 之間 ; 而且其 THC 去除率介於 10~15%。此外 , 測試觸媒 

分解臭氧能力 , 其分解能力主要由觸媒填充量而定 , 其每 g 觸媒約 

可分解 1.3~2 ppm 的臭氧。 

5. 利用改變不同操作參數以獲得最佳操作條件 , 經由實驗測試發現 : 

當甲醛濃度 5±0.2 ppm 之處理組合參數為『雙面觸媒濾網 (35 g) / 

臭氧劑量 60±1 ppm / 相對溼度 72%』, 可完全去除甲醛而且其 THC 

去除率為 76%, 測試過程中殘餘臭氧濃度降為 0 ppm, 此程序為甲 

醛之最佳操作條件。相對甲苯而言 , 當甲苯濃度為 5±0.2 ppm 之處 

理組合參數為『雙面觸媒濾網 (35 g) / 臭氧劑量 120±1 ppm / 相對溼 

度 72%』, 甲苯的去除率為 56% 而且其 THC 去除率為 44%, 實驗 

過程中有殘餘臭氧濃度 19 ppm, 此程序為甲苯之最佳操作條件。 

根據實場空氣處理設備系統 , 其結論如下 : 

1. 單獨使用空氣處理設備的風車及觸媒程序 , 改變不同的換氣率 8 

ach ( 風量 0.18 m3/s) 及換氣率 16 ach ( 風量 0.36 m3/s), 並添加觸 

媒量 100g, 由實驗結果發現換氣率的增加 , 對於甲醛及甲醛之 THC 

的濃度無明顯去除之效果 , 去除率僅為 11.1~17.6%, 針對 TVOC 

而言 ; 在換氣率 16 ach 約可去除 1ppm, 而換氣率 8 ach 則無明顯 

去除效果。此外 , 病理科之檢切室 CO 本身背景濃度低 , 反應前後 

濃度無明顯差別 , 由於本研究的空氣處理設備有加裝 HEPA 在檢切 

室室內空氣微粒 PM2.5 及 PM10 可去除 30% 以上。 

2. 在實場空氣處理設備系統中 , 調整不同操作條件 ( 包括換氣率、臭氧 

進流濃度、觸媒濾網觸媒填充量 ), 發現操作參數為『換氣率 16 ach 

/ 觸媒量 200g / 臭氧進流濃度 2.5 ppm』的條件下 , 可完全去除檢切 

室中甲醛濃度降為 0 ppm, 而且對於 TVOC 濃度可處理至 0.7 ppm, 

此組處理參數為整體實場測試中之最佳操作條件。比較環保署室內 

空氣品質建議值 ( 甲醛 0.1 ppm, TVOC 3 ppm), 皆能符合環保署規 

VI

定 , 而且懸浮微粒 PM10 及 PM2.5 背景值濃度也都在室內空氣品質 

規範內。此外 , 殘餘臭氧為 0.08 ppm 可符合 OSHA( 美國職業安全 

衛生署 ) 勞工在作業場所 8 小時所暴露的平均臭氧濃度不可高於 

0.10 ppm 的規定。 

3. 評估此實場空氣設備系統處理之風險 ; 針對最佳操作測試結果 : 得 

知未處理前之甲醛的背景濃度在急性及慢性之健康風險指數是呈現 

偏高狀態 , 而且會有終身致癌風險 , 然而 , 經過本研究開發的實場 

空氣設備系統處理後之甲醛濃度降為 0 ppm, 因此能降低此氣體對 

人體帶來的致癌風險。對於處理過程中所使用進流臭氧經由氧化反 

應物及觸媒分解後 , 其殘餘臭氧對於人體的急性健康風險指數是屬 

於偏低的。 

4. 比較本團隊所研發之空氣設備處理系統與市售空氣清淨機的差異 

性 , 主要在於揮發性有機氣體去除率 88.7% 及 CADR 值 2.048 

m3/min 皆優於目前市售產品 , 而且此設備之最大處理風量及處理對 

象 ( 甲醛及 TVOC) 明顯不同於一般市售之空氣清淨機。針對每年操 

作成本 (NT/year) 包括電力及耗材成本的估算約為 $7,633 元 

VII

目錄 

第一章研究緣起 .........................................................................................1-1 

1.1 研究導論 .............................................................................................1-1 

1.2 研究目的 .............................................................................................1-3 

第二章文獻回顧 .........................................................................................2-1 

2.1 室內空氣品質概論 ...............................................................................2-1 

2.1.1 室內空氣品質現況分析 ...................................................................2-1 

2.1.2 室內空氣環境指標 PSIi...................................................................2-2 

2.1.3 室內甲醛污染 .................................................................................2-4 

2.1.4 室內甲苯污染 ...............................................................................2-10 

2.1.5 室內空氣污染物對健康之影響 ......................................................2-14 

2.2 空氣淨化設備與處理 .........................................................................2-19 

2.2.1 活性碳型空氣清淨機去除機制 ......................................................2-19 

2.2.2 光觸媒型空氣清淨機去除機制 ......................................................2-20 

2.2.3 臭氧型空氣清淨機去除機制 ..........................................................2-21 

2.2.4 負離子型空氣清淨機去除機制 ......................................................2-23 

2.3 高級氧化之原理與反應機制 ...............................................................2-24 

2.3.1 均勻相反應 ...................................................................................2-25 

2.3.2 臭氧非均勻相催化反應 .................................................................2-26 

2.3.3 觸媒的特性與反應機制 .................................................................2-26 

2.3.4 觸媒表面的臭氧催化反應機制 ......................................................2-28 

2.3.5 觸媒吸附特性 ...............................................................................2-30 

2.3.6 自由基特性 ...................................................................................2-30 

2.4 臭氧基本性質與反應機制 ..................................................................2-34 

2.4.1 臭氧的物理、化學性質 .................................................................2-34

2.4.2 臭氧與有機物的反應 ....................................................................2-38 

2.4.2.1 臭氧與有機物的反應行為特性 .................................................2-38 

2.5 國內外相關室內空氣污染管制法規 ....................................................2-40 

2.5.1 室內空氣品質管制標準 .................................................................2-41 

2.6 國內外相關研究分析 .........................................................................2-44 

第三章執行方法 .........................................................................................3-1 

3.1 研究架構 .............................................................................................3-1 

3.2 研究內容 .............................................................................................3-2 

3.2.1 實驗室氧化程序分解室內空氣 ( 甲醛及甲苯 ) ...............................3-3 

3.2.2 分析方法 ........................................................................................3-6 

3.2.3 實驗藥品及設備 ..............................................................................3-7 

3.3 觸媒來源 ...........................................................................................3-10 

3.3.1 Iron Oxide Hydroxide ...................................................................3-10 

3.3.2 掃描式電子顯微鏡及能量散佈光譜儀 ........................................... 3-11 

3.3.3 X-ray 粉末繞射儀 ......................................................................... 3-11 

3.4 實驗參數改變 .................................................................................... 3-11 

3.5 實驗流程 ...........................................................................................3-13 

3.6 試車及實際現場測試 .........................................................................3-13 

第四章執行成果 ...........................................................................................4-1 

4.1 甲醛及甲苯吸附背景實驗 ....................................................................4-1 

4.2 臭氧濃度效應 ......................................................................................4-2 

4.3 臭氧停留時間的影響 ...........................................................................4-4 

4.4 觸媒晶相結構、表面分析及特性 .........................................................4-5 

4.4.1 晶相結構 ........................................................................................4-5 

4.4.2 成分分析 ........................................................................................4-6 

4.4.3 比表面積分析 .................................................................................4-7

4.4.4 觸媒表面結構圖 .............................................................................4-8 

4.5 觸媒吸附有機物作用 ...........................................................................4-9 

4.6 觸媒降解氣相臭氧濃度實驗 ..............................................................4-10 

4.7 臭氧結合觸媒處理甲醛 / 甲苯實驗 ......................................................4-10 

4.8 實場設備基本流程及單元設計 ...........................................................4-15 

4.9 實場設備規範 ....................................................................................4-18 

4.10 設備實場測試 ....................................................................................4-21 

4.11 台中 XX 醫院背景調查 ......................................................................4-22 

4.11.1 病理科之檢切室背景濃度監測 .....................................................4-22 

4.12 檢切室背景濃度實場測試 ..................................................................4-29 

4.12.1 控制設備換氣率 8 及 16 ach 結合觸媒處理之影響 .......................4-29 

4.12.2 設備換氣率 8 ach 結合觸媒 100g 催化臭氧處理之影響 ................4-31 

4.12.3 設備換氣率 8 ach 結合觸媒 200g 催化臭氧長時間測試 ................4-34 

4.12.4 設備換氣率 16 ach 結合 100g 觸媒催化臭氧處理之影響 ..............4-35 

4.12.5 設備換氣率 16 ach 結合 200g 觸媒量催化臭氧長時間測試 ..........4-38 

4.13 實場空氣設備處理系統風險評估 .......................................................4-40 

4.14 最佳條件測試結果 V.S. 環保署室內空氣品質建議值 ........................4-40 

4.15 實場空氣設備處理系統 V.S. 市售空氣清淨機 ..................................4-41 

4.16 系統設備操作成本 ............................................................................4-44 

4.16.1 電力及耗材成本 ...........................................................................4-44 

第五章結論 ..................................................................................................5-1 

5.1 結論 ....................................................................................................5-1 

第六章參考文獻 ...........................................................................................6-1 

• 技術或設備應用推廣可行性評估報告 

附件 

附件一甲醛及甲苯定量定性分析

附件二計畫審查意見回覆表 

附件三期中審查意見回覆表 

附件四期末審查意見回覆表 

附件五 96 年度「挑戰 2008」期中 ( 末 ) 成果報告 

附件六期末報告簡報資料 

附件七計畫執行摘要 

附件八結案報告確認表

圖目綠 

圖 2.1 室內空氣污染物來源 .......................................................................2-2 

圖 2.2 pHPZC 與金屬氧化物解離常數的關係圖 .......................................2-28 

圖 2.3 臭氧在觸媒表面的催化反應機制 (1) ..........................................2-29 

圖 2.4 臭氧在觸媒表面的催化反應機制 (2) ..........................................2-29 

圖 2.5 臭氧對 o-cresol 之親電子取代反應示意圖 .....................................2-32 

圖 2.6 高壓電管產生臭氧示意圖 ..............................................................2-35 

圖 2.7 臭氧共振結構圖 .............................................................................2-36 

圖 2.8 臭氧與水中有機物之作用機制 .......................................................2-38 

圖 3.1 研究架構圖 ......................................................................................3-2 

圖 3.2 實驗流程圖 ......................................................................................3-3 

圖 3.3 實驗室小型空氣淨化反應系統 .........................................................3-5 

圖 3.4 本研究所使用之實驗設備實景圖 ......................................................3-7 

圖 3.5 粒狀與粉狀觸媒實際外觀圖 ...........................................................3-10 

圖 4.1 甲醛及甲苯背景實驗之影響 .............................................................4-2 

圖 4.2 

圖 4.3 

臭氧進流濃度對甲醛影響 (T=25℃ RH=60%)..................................4-3 

臭氧進流濃度對甲苯影響 (T=25℃ RH=60%)...................................4-4 

圖 4.4 觸媒 XRD 圖譜 ................................................................................4-6 

圖 4.5 FeOOH 之 XRD 標準圖譜 ...............................................................4-6 

圖 4.6 觸媒分析圖譜及元素組成 ................................................................4-7 

圖 4.7 觸媒表面結構圖 ...............................................................................4-8 

圖 4.8 不同觸媒型態對甲醛及甲苯吸附能力 ..............................................4-9 

圖 4.9 觸媒氧化技術淨化室內空氣處理流程圖 .........................................4-16 

圖 4.10 觸媒氧化技術淨化室內空氣處理設備示意圖 .................................4-17 

圖 4.11 觸媒氧化技術淨化室內空氣處理設備之外部尺寸圖 .......................4-20

圖 4.12 臭氧產生機控制濃度關係 ..............................................................4-21 

圖 4.13 檢切室之甲醛背景濃度一週監測 ...................................................4-26 

圖 4.14 檢切室之 TVOC 背景濃度一週監測 ...............................................4-26 

圖 4.15 檢切室之 THC 背景濃度一週監測 .................................................4-27 

圖 4.16 現場作業人員工作情形及空氣設備處理採樣實圖 ..........................4-28 

圖 4.17 設備結合觸媒處理處理 TVOC 濃度之變化 ....................................4-31 

圖 4.18 設備於一小時處理 TVOC 濃度之變化 ( 換氣率 : 8 ach) ...................4-34 

圖 4.19 設備於長時間處理 TVOC 濃度之變化 ( 換氣率 : 8 ach) ...................4-35 

圖 4.20 設備於一小時處理 TVOC 濃度之變化 ( 換氣率 : 16 ach) .................4-38 

圖 4.21 設備於長時間處理 TVOC 濃度之變化 ( 換氣率 : 16 ach) .................4-39 

圖 4.22 TVOC 之 CADR 測試變化圖 .........................................................4-41

表目綠 

表 2.1 室內空氣污染物與室內空氣環境指標 PSIi 之對照 ...........................2-3 

表 2.2 室內常見 VOCs 放源 .......................................................................2-7 

表 2.3 建築材料甲醛排放速率 ....................................................................2-8 

表 2.4 木板甲醛逸散量 ...............................................................................2-8 

表 2.5 事務機甲醛排放量 ...........................................................................2-9 

表 2.6 甲苯對人體的健康危害影響 ...........................................................2-13 

表 2.7 甲醛濃度對人體之影響 ..................................................................2-14 

表 2.8 甲醛濃度暴露對人體健康之劇烈影響 ............................................2-16 

表 2.9 甲醛濃度與暴露延時對人體健康之影響 .........................................2-17 

表 2.10 室內空氣中之揮發性有機物質對人體的危害 .................................2-18 

表 2.11 臭氧濃度對人體之影響 ..................................................................2-23 

表 2.12 常見的均勻相反應型態之反應機制 ................................................2-25 

表 2.13 臭氧的基本物化特性 .....................................................................2-36 

表 2.14 數種氧化劑之還原電位 ..................................................................2-37 

表 2.15 各國室內空氣品質標準或建議值 ...................................................2-42 

表 3.1 HPLCC 操作條件 ............................................................................3-6 

表 3.2 各設備規格說明 ...............................................................................3-8 

表 3.3 甲醛偵測儀說明 ...............................................................................3-9 

表 4.1 臭氧停留時間對甲醛、甲苯之影響 ..................................................4-5 

表 4.2 觸媒比表面積 ..................................................................................4-8 

表 4.3 不同觸媒型態對臭氧分解能力 .......................................................4-10 

表 4.4 測試不同臭氧 / 觸媒程序操作參數對甲醛之影響 .............................4-13 

表 4.5 測試不同臭氧 / 觸媒程序操作參數對甲苯之影響 .............................4-14 

表 4.6 高級氧化程序模型場工程範圍 ( 界面 )..............................................4-18

表 4.7 觸媒氧化技術淨化室內空氣品質設備的細項規格 ...........................4-19 

表 4.8 台中 XX 醫院各場所之背景濃度值 .................................................4-22 

表 4.9 病理科之檢切室背景濃度一週監測 ................................................4-24 

表 4.10 現場作業人員工作項目內容 ..........................................................4-25 

表 4.11 設備結合觸媒處理各濃度之變化 ....................................................4-30 

表 4.12 設備於一小時處理各濃度之變化 ( 換氣率 : 8 ach) ...........................4-33 

表 4.13 設備於長時間處理各濃度之變化 ( 換氣率 : 8 ach) ...........................4-35 

表 4.14 設備於一小時處理各濃度之變化 ( 換氣率 : 16 ach)..........................4-37 

表 4.15 設備於長時間處理各濃度之變化 ( 換氣率 : 16 ach)..........................4-39 

表 4.16 甲醛及進流臭氧處理前後之風險評估 ............................................4-40 

表 4.17 實場空氣設備處理系統 V.S. 市售空氣清淨機 ...............................4-42 

表 4.18 觸媒高級氧化空氣清淨設備的電力及耗材成本 ..............................4-44

第一章研究緣起 


1.1 研究導論 

由於每人每日處於室內環境中 ( 包括在住家、辦公室或其他建築物內 ) 約佔 

80~90% 的時間 , 故室內空氣品質的良窳可直接影響工作效率及生活品質。因 

此 , 室內空氣污染物對人體健康造成之影響受到相當程度的重視。 

近年來室內空氣健康危害的議題逐漸被大家所重視 , 尤其是最近二、三 

十年來大眾生活型態的改變 , 使得人們在密閉的居住空間或是辦公空間享受 

空調系統帶來的舒適與便利之餘 ,「病態建築物症候群」(Sick Building 

Syndrome) 也就應運而生。在密閉的建築物內 , 如果室內通氣量不足時 , 污 

染物就容易蓄積而導致室內空氣品質惡化。世界衛生組織 (WHO) 於 1982 年 

將「病態建築物症候群」定義為 :「凡因建築物內空氣污染導致人體異常症狀 , 

如神經毒性症狀 ( 含眼 , 鼻 , 喉頭感到刺激等 ), 不好的味道 , 氣喘發作等」。 

另外 , 室外的污染物也有可能是影響室內空氣品質的因素 , 包括戶外汽機車、 

工廠排放的廢氣 , 或是因中央空調冷氣系統的外氣進氣口或濾網未定期清理 

而孳生的微生物等。室內空氣品質對於經常在室內的兒童、孕婦、老人和慢 

性病人更是特別重要。因為兒童身體正在成長中 , 呼吸量與體重的比例較成 

年人高 50%, 再加上兒童有 80% 以上的時間是生活在室內 , 因此 , 兒童明顯 

較成年人更容易受到室內空氣污染的危害。根據 WHO 研究報告指出 , 肇因 

於室內空氣污染而死於氣喘的人 , 全球每年有 10 萬人 , 其中有 35% 為兒童。 

依據美國 ASHRAE 標準 62-1989 定義可接受的室內空氣品質 (acceptable 

1-1

觸媒氧化技術淨化室內空氣品質設備之開發 

IAQ) 為未含已知對人體達造成傷害濃度的氣體 , 且身歷其境的 80% 及以上的 

人均無不滿的空氣條件。 

目前國內室內空氣品質較嚴重的問題包括 : 室內通風不良造成二氧化碳 

濃度偏高、室內傢俱裝潢塗料含有機溶劑過多造成揮發性有機污染物濃度偏 

高 , 另因台灣係屬亞熱帶海島型氣候國家 , 年平均相對濕度多達 80% 以上 , 

易孳生生物性污染物 , 其中細菌及真菌二種生物性污染物濃度偏高。故行政 

院環保署已於民國 94 年 12 月 30 日公告「室內空氣品質建議值」, 該建議值 

內容包括二氧化碳、一氧化碳、甲醛 (HCHO)、總揮發性有機化合物、細菌、 

真菌、粒徑小於 10 微米之懸浮微粒、粒徑小於 2.5 微米之懸浮微粒、臭氧及 

溫度等 10 項 , 並根據民眾聚會特性區分為兩類場所以適用不同寬嚴程度之數 

值 , 第一類對於室內空氣品質有特別需求場所採用較嚴格之數值 , 第二類則 

指一般大眾聚集之公共場所及辦公大樓。儘管市面已推出空氣清淨機的種類 

相當多 , 且均標榜對室內空氣品質有相當之成效 , 然根據台北科技大學室內 

空氣品質研究團隊之研究顯示 , 市售空氣淨化機種評估對室內甲醛的淨化效 

果均未超過 60%, 甚至僅 10~20% 之間 , 其商品標示效果皆有誇大之嫌。因 

此 , 新型空氣淨化處理設備之研發有其必要性。由於臭氧高級氧化處理具有 

強大的氧化能力 , 故本計畫提出以臭氧結合異相觸媒系統作為室內空氣污染 

物之主要淨化單元 , 並將充分考量欲開發技術之處理效率、保養維護、體積、 

成本、二次污染等問題。由於目前室內空氣處理技術一直無法達到完善之功 

效與預期之效能 , 故本系統之開發實有其必要性與重要性。 

1-2


1.2 計畫目的 

由於國人生活水準普遍提升 , 對於室內空氣品質的要求日益增加 , 除了 

傳統被認知為室內空氣品質的主要項目如微粒、生物性氣膠及臭味物質外 , 

包括甲醛及甲苯等揮發性氣體在近年來已被發現會影響身體健康 , 且可能具 

有致癌性 , 而這些有機性空氣污染物主要來自建築物室內建材與塗料所釋放。 

目前市面所見之空氣淨化設備主要包括以下四類 : 活性碳空氣清淨機、 

負離子空氣清淨機、臭氧空氣清淨機及光觸媒空氣清淨機等 , 儘管上述空氣 

清淨機皆有特定之去除對象與功效 , 但無法兼顧室內空氣品質要求之各項污 

染物的去除。有鑑於此 , 本計畫開發新型臭氧與觸媒高級氧化處理之系統設 

備 , 利用網狀過濾做為前處理單元來處理空氣中細小之微粒與粉塵 , 後端則 

以臭氧與觸媒表面之作用產生氧化力更強之氫氧自由基予以破壞各項空氣污 

染物 , 並利用觸媒去除殘留之臭氧 , 以完全控制室內臭氧濃度為零 , 並提供 

更多新鮮氧氣。此系統不僅將改善粒狀及氣相污染物的處理效果 , 更能解決 

上述所提到目前普遍使用設備的缺點。此外 , 本計畫除了針對處理系統進行 

開發研究之外 , 亦將針對室內空氣品質 ( 甲醛及甲苯 ) 進行相關健康風險評估 , 

以進一步了解此技術之可用性。 

本研究之具體目的如下 : 

( 一 ) 建立臭氧結合觸媒高級氧化程序應用於室內空氣處理之相關參數與 

操作程序。 

( 二 ) 確認本開發系統各項處理條件對室內空氣品質改善之風險效益及長 

期經濟效益。 

( 三 ) 開發新型套裝處理系統單元供商業使用之選擇。 

1-3


1-4

第二章文獻回顧 


本章針對本研究相關之文獻資料進行整理 , 計分為室內空氣品質概論、 

空氣淨化設備與處理、高級氧化之原理與反應機制、臭氧基本性質與反應機 

制、國內相關室內空氣污染管制法規、國內外相關研究等六個部分。 

2.1 室內空氣品質概論 

2.1.1 室內空氣品質現況分析 

根據最近幾年之科學數據顯示 , 住家和辦公大樓的室內空氣比高工業化 

城市的戶外空氣遭受更嚴重的污染 ; 另根據研究顯示 , 人們 90% 的時間處於 

室內環境 , 因此暴露於室內污染的空氣比直接暴露於污染的大氣中具有更多 

的健康風險。醫學研究亦顯示各種過敏症、氣喘、支氣管炎、心臟病、癌症 

等疾病的發生與室內空氣品質 Indoor air quality(IAQ) 有關。 

空氣中有許多污染物會對人體造成相當大的危害 , 主要在於呼吸道、感 

官黏膜及肺部的傷害。一般而言 , 空氣污染物可分為氣狀污染物與粒狀污染 

物 , 氣狀污染物如一氧化碳、揮發性有機化合物 (VOCs) 等 ; 粒狀污染物可再 

細分為生物性粒子與非生物性粒子 , 非生物性粒子如一般常見的粉塵微粒 , 

生物粒子則包含真菌、細菌及其他種類的生物氣膠 (Bioaerosols)。當污染物 

濃度超過人體新陳代謝所能承受的能力 , 即會對健康造成不利的影響。 

經過調查統計 , 室內空氣污染源有 52% 為不適當的空調系統所造成 , 顯 

然空調系統對於室內的空氣品質有極重要的影響 ; 另外有 17% 由室內污染物 

2-1


所造成 ,11% 為室外污染物所造成 ,5% 為生物性污染物所造成 ,3% 為建材 

所造成 , 其中 12% 則找不出原因。根據國內醫學教授每十年一次之醫學調查 

顯示 , 七到十五歲兒童的氣喘盛行率 , 由二十年前的 1.3% 增加到十年前的 

5.3%, 近年更增加至 10.5%, 顯示目前兒童氣喘的發生率成倍增狀況。 

圖 2.1 室內空氣污染物來源 

2.1.2 室內空氣環境指標 PSIi 

目前國內於內政部建築研究所委託針對建築室內環境保健控制綜合指標 

之研究中 , 針對室內音環境、光環境、熱環境、及空氣環境、振動環境與電 

磁環境等以分析層級程序 (analytic hierarchy process AHP) 法 , 藉由專家意見 

彙整與評估。其優點在於操作容易 , 且能綜合擷取專家與決策者的意見 , 並 

具數量化理論基礎 , 再經一致性的檢定 , 顯示各評選專家意見共識是否有偏 

2-2


誤。而缺點則為家人數有限制 , 且評選員的取決缺乏一定的標準 , 造成主觀 

上難免有一些微偏誤。其評選指標權重中空氣環境佔 0.221%, 為各項中最重 

的。而室內空氣污染物選擇包括 PM 10 、一氧化碳、二氧化碳、甲醛及總揮發 

性有機物 (TVOC) 等。而其室內空氣污染物與室內空氣環境指標 PSli 之對照如 

下表 2.1。此指標設立雖為室內環境中的一項 , 但提供一參考的重要方向 , 然 

其中室內空氣污染物選擇包括 PM 10 、一氧化碳、二氧化碳、甲醛及總揮發性 

有機物 (TVOC) 等五項。 

表 2.1 室內空氣污染物與室內空氣環境指標 PSIi 之對照 

資料來源 : 建築室內環境保健控制綜合指標之研究 ,1999 

2-3


2.1.3 室內甲醛污染 

甲醛 (HCHO) 是一種無色、具刺激性臭味之刺激性氣體。分子量 30.03, 

熔點 :-92℃, 沸點 :-19.5℃, 自燃點 :430℃, 氣體密度 1.03 略重於空氣 , 

易溶於水、醇、丙酮及大部分有機溶劑中。甲醛會刺激眼睛、鼻子及呼吸系 

統 , 疑具有致癌性及致畸型性。其 35~40% 水溶液為福馬林 , 常用於保存標本 

及消毒醫院器具。甲醛在空氣中會慢慢氧化 , 在低溫狀態容易聚合 , 因此福 

馬林中常加入 10~15% 甲醇抑制其聚合。甲醛水溶液為酸性溶液 , 應避免與強 

氧化劑、強鹼、酚類及尿素接觸而產生激烈之反應。甲醛由於化性活潑、反 

應性強 , 在化學工業上運用廣泛 , 最主要用途為消毒劑、殺菌劑、合成樹脂 

用於黏製三合板及粒狀板等 (Hines et al.,1993)。其中又以合成樹脂 ( 尿素甲 

醛樹脂、酚 - 甲醛樹脂、氨 - 甲醛樹脂 ) 為室內甲醛之最主要污染源。室內甲醛 

之濃度主要和其室內污染源之排放有關 , 溫、濕度則會左右它的逸散速率 , 

室外之甲醛背景濃度多低於 0.1 ppm(Maroni et al., 1995), 室內之甲醛濃度常 

高於室外濃度。根據 Anderson (1975) 於丹麥之調查報告顯示 , 丹麥 23 戶住 

宅之甲醛平均濃度為 0.5 ppm, 濃度大多介於 0.07 ~1.9 ppm 之間。國內針對 

台北地區裝潢中及裝潢完之住宅中檢測 ( 陳叡瑜 ,1996), 發現新房子甲醛濃 

度約為 0.007~0.19 ppm, 裝潢期間最大值為 1.94 ppm, 平均濃度為 0.45 

ppm, 裝潢完畢 1 個月最大值為 0.84 ppm, 平均濃度為 0.33 ppm, 裝潢完畢 

3 個月最大值為 0.15 ppm, 平均濃度為 0.11 ppm。江哲銘等 (2002) 針對北、 

中、南 6 大辦公建築大樓進行檢測 , 發現甲醛 8 小時平均值為 0.10~0.89 ppm 

之間 , 所求得之甲醛終身致癌風險為基準 (1×10 -6 ) 之 100 ~1,000 倍。 

針對商業區及住宅檢測 ( 李慧梅 ,1998) 顯示 : 商業區甲醛濃度約介於 

0.05~2.12 ppm 間 , 住宅區約介於 0.04~0.42 ppm 間 , 本研究針對住宅檢測 

之甲醛濃度約介於 0.04~0.53 ppm 間。 

2-4


醫院大量使用福馬林來保存標本及消毒 , 甲醛污染是各場所中較嚴重 

的。根據鄭蓉瑛等 (2001) 之研究發現 , 台灣地區醫學中心之甲醛濃度約為 0.03 

~5.77 ppm 間 , 區域醫院甲醛濃度約為 0.01~2.24 ppm 間 , 病理科甲醛濃度 

約為 0.01~5.77 ppm 間 , 手術室甲醛濃度約為 0.01~1.9 ppm 間 , 其中又以病 

理切片室、解剖室及手術室為污染較嚴重之地方。 

台灣地區由於溫濕度高、搬遷及裝潢頻繁、喜歡用木式裝潢、加上現代 

建築通風換氣率低 , 導致室內之甲醛濃度容易累積。文獻中商業區甲醛最大 

值可達 2.12 ppm, 醫院最高值為 5.77 ppm, 與 WHO 室內管制標準 0.08 ppm 

高出許多。因此 , 有必要利用管制手段及污染控制方法來降低甲醛的污染。 

由於甲醛是環境中最普遍之醛類化合物 , 污染來源很多 , 相對污染濃度 

也較高。自然界中之甲醛是甲烷循環中之中間產物 , 室外之甲醛背景濃度多 

低於 0.1ppm(Maroni et al., 1995), 一般大氣甲醛濃度約為 10~15 ppb, 交通 

繁忙或有光化學霧時 90~150 ppb。室內甲醛主要污染源來自於室外來源、 

燃燒及烹煮行為、建築裝潢材料及生活用品、辦公室事務機四大類。 

一、室外來源 

甲醛之來源室外可能來自工業廢氣、汽機車尾氣排放及光化學煙霧等。 

二、建築裝潢材料及生活用品 

甲醛在工業上之用途主要是用來製造樹脂 , 例如尿素甲醛樹脂、酚醛樹 

脂等。 

建築材料如 : 粒狀板、中密度纖維板、膠合板、樹脂、黏著劑及地毯等 

(Hines et al.,1993) 都使用了這些樹脂含有一定量之甲醛。地毯、塑膠地磚、 

油漆塗料、PU 合成皮辦公椅等也都是甲醛之污染源。此外尿素甲醛發泡劑 

2-5


( Urea-Formaldehyde Foam Insulation, UFFI ) , 由於具有良好的隔熱性 , 能 

維持室內溫度減少能源之消耗 , 常用在建築之隔熱材料中及移動房屋中。 

Vaughan et al.(1986) 指出移動性住宅使用大量之尿素甲醛發泡劑 , 甲醛之污 

染濃度有較高之現象。有鑑於此 , 近年來基於健康上之考量 , 尿素甲醛發泡 

劑之使用量已有明顯下滑之趨勢。相關研究明確指出室內傢俱逸散之 VOC 物 

質 , 同時將建築材料逸散之甲醛定量 , 可清楚了解室內甲醛之逸散來源為何 , 

詳細情形見表 2.2~ 表 2.4。 

2-6

表 2.2 室內常見 VOCs 放源 


資料來源 : Maroni et al., 1995 

2-7


表 2.3 建築材料甲醛排放速率 

資料來源 :Matthew, 1985 

表 2.4 木板甲醛逸散量 

資料來源 : 陳震宇 ,2001 

2-8

三、燃燒及烹煮行為 


室內燃燒主要為烹飪、拜香、蚊香及香煙的燃燒等。烹飪所使用之燃料 

多為瓦斯或天然氣 , 燃燒後會產生二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物、甲醛及 

粒狀物等污染 ; 拜香及蚊香之燃燒會產生二氧化碳、一氧化碳、多環芳香烴 

及粒狀物等污染 ; 香菸之燃燒則會產生二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物、甲 

醛、焦油及尼古丁等污染。 

四、辦公室事務機 

辦公室事務機設備如雷射印表機、影印機等 , 亦是室內甲醛之污染來源 , 

相關研究指出 , 無論是雷射印表機或是影印機運轉時 , 均會有甲醛之產生 , 

明確的將事務機排放之甲醛加以定量 , 詳細情形如表 2.5。 

表 2.5 事務機甲醛排放量 

資料來源 : 洪崇軒等 ,2002 

2-9


2.1.4 室內甲苯污染 

甲苯是一種澄清、無色的液體 , 具有明顯的味道 , 常與苯、二甲苯 (xylene) 

添加到汽油中。甲苯會從原油與妥路香脂 (tolu) 樹自然散發出來 , 也是以原油 

提煉汽油與其他燃料、以煤製造焦煤及苯乙烯過程中產生的副產品。大部分 

的甲苯是經由原油提煉中裂解而來 , 其用途是製造塗料、塗料稀釋劑、指甲 

油、漆器、黏著劑和橡膠 , 也可用於印刷與皮革鞣製過程等。空氣中的甲苯 

濃度在 2.9 ppm 時 , 開始可以聞到味道 ; 水中濃度在 0.04~1 ppm 時可以嚐出 

來。在大氣污染的組成中 , 甲苯也是主要的碳氫化合物 , 平均濃度約在 0.53 到 

200 mg/m 3 。汽車產生的廢氣 , 則是非工業污染的甲苯主要來源 , 所以目前 

各國已將汽油中的苯類含量限制在 1% ; 在室內空氣中 , 甲苯主要來源則是 

香煙 ( 每支香煙約含 80~160 mg 的甲苯 ) , 這導致每人每天在室內約吸入了 

300 mg 的甲苯。人們使用的物質若含有甲苯如油漆、稀釋劑、黏著劑、指 

甲油與汽油 , 則甲苯因此可進入環境中 , 並與空氣混合。另外 , 甲苯從溶劑、 

石化產品、地下儲油槽與其他設備洩漏進入地面水與地下水 ( 井水 ), 地下儲油 

槽洩漏時 , 土壤也會被甲苯與其他石化產品成分污染。當含甲苯的物質被丟 

棄至廢棄物掩埋場或棄置場 , 甲苯就可能進入附近的土壤與水域。甲苯不一 

定都留在環境之中 , 它會受土壤中微生物分解成其他化合物 , 並從表面水、 

土壤蒸發 ; 當地下水 ( 井水 ) 的微生物很少時 , 甲苯在地下水的裂解並不快 , 一 

旦地下水 ( 井水 ) 被帶至地面 , 甲苯就會很快進入空氣中。甲苯在空氣中會與氧 

氣反應產生苯醛 (benzaldehyde) 與甲酚 (cresol), 這些化合物對人體健康都有 

害。甲苯亦可隨著水進入魚貝、植物與動物體內 , 但不會造成生物濃縮或累 

積作用 , 因為大部分的動物都能將甲苯轉化成其他化合物而代謝出體外。 

2-10


甲苯 (C 6 H 5 CH 3 ) 外觀是澄清無色且有芳香族味道的液體 , 沸點 110.6℃, 

熔點 -95℃, 蒸氣壓為 22 mmHg, 八小時時量平均容許濃度 (TWA) 為 100 

ppm, 短時間時量平均容許濃度 (STEL) 為 125 ppm, 在室溫下是有揮發性及 

可燃性的 , 又因為甲苯是脂溶性的 , 所以當甲苯逸散於室內空氣時 , 將很快 

分佈到脂肪組織及脂肪含量高的器官如腦、肝、腎 , 因此在暴露數分鐘之內 

造成神經毒性 , 對身體易刺激呼吸系統 , 造成支氣管痙攣。降低心臟腎上腺 

素的反應閾值 , 引發心律不整。而高濃度的甲苯會抑制中樞神經系統並有麻 

醉的效果。 

甲苯的污染來源為車內、屋內家具裝潢中的黏著劑、雷射印表機及影印 

機等 , 造成室內之 VOCs 的增加 , 其可經由吸入、食入、皮膚而吸收 , 其中以 

吸入最常見。吸入甲苯之後 , 約 15-30 分鐘後會在血液中觀察到最高值 , 其中 

吸收率跟換氣量有關 , 當休息時甲苯經由肺臟的吸收率為 50%。食入甲苯吸 

收的速度就比較慢 , 約一到二小時後會在血液中觀察到最高值 , 不過吸收率 

接近百分之百。皮膚吸收的量很少且很少因為單由皮膚吸收而造成對身體的 

毒性。 

甲苯對健康的影響以腦部最受人們關切 , 甲苯會引起頭痛、恍惚與喪失 

記憶 ; 是否會引起這些腦部症狀視其暴露量與暴露期的長短而定。每天在工 

作場所的低、中度濃度暴露 , 會引起疲倦、恍惚、虛弱、類似酒醉症狀、記 

憶喪失、反胃與沒有胃口 , 這些症狀通常會在停止暴露後消失。我們目前並 

不知道工作時低濃度暴露幾年後 , 是否會對腦部或身體造成永久性的影響 , 

但人們可能在工作場所長期暴露以後造成聽力損失。 

2-11


若有人故意吸食膠水或油漆因而在短時間內攝入大量甲苯 , 首先頭會有 

輕飄飄的感覺 , 若是繼續暴露 , 可能暈眩、嗜睡或失去意識 , 甚至可能死亡。 

甲苯引起的死亡是因為干擾呼吸與心跳所造成 , 一旦暴露停止 , 眼花與嗜睡 

就會消失而恢復正常。若是持續從膠水或油漆中吸入甲苯 , 則可能對腦部造 

成永久性傷害 , 經歷語言、視覺或聽覺的異常、肌肉控制能力喪失、記憶喪 

失、平衡感差、心理調適能力降低 , 這些改變有的就成為永久性的功能喪失。 

甲苯會改變腎臟功能 , 但若暴露停止 , 大部分屬於可恢復性的。若是飲酒又 

同時暴露甲苯 , 對於肝臟影響將會超過二者單獨對肝臟的影響 , 此現象稱為 

協同作用 (synergistic effect); 甲苯與某些常用藥物如阿斯匹靈或解熱劑同時 

服用時 , 甲苯對於聽覺影響將會增加。甲苯對於動物主要的影響是神經系統 , 

動物若暴露在中、高度濃度的甲苯 , 他們的肝、腎與肺也會稍顯現損害作用。 

而許多研究顯示 , 動物在懷孕期吸了高濃度甲苯 , 會對胎兒造成危害 ; 有些 

以高濃度甲苯餵食母獸 , 其胎兒並沒有顯現有外形缺陷 , 縱然可以見到部分 

的行為影響 , 我們無法肯定若母親在懷孕期攝入含低濃度甲苯的飲水或吸入 

低濃度甲苯蒸氣 , 是否會對胎兒造成危害 , 因為對人類的研究尚不夠清楚。 

然而若是在懷孕時不慎吸入大量甲苯 , 胎兒可能有神經方面問題 , 成長與發 

育受阻。職業暴露與動物研究顯示 , 甲苯不會引起癌症 , 國際癌症研究署與 

美國衛生人力部尚未將甲苯歸類為致癌性物質 , 環保署也決定不將甲苯歸類 

為致癌性物質 , 而為疑似致癌物。表 2.6 為甲苯對人體的健康危害。 

2-12

表 2.6 甲苯對人體的健康危害 


資料來源 : 甲苯物質安全資料表 

2-13


2.1.5 室內空氣污染物對健康之影響 

國際癌瘤研究總署 (International Agency for Research on Cancer, 

IARC) 於 2004 年 6 月在其 153 號出版品中 , 已將甲醛列為第 1 類致癌物質 

(Group 1)— 確定對人致癌物質。這個結論是來自 10 個國家的 26 位科學家對 

甲醛現有的致癌證據進行評估所做出的共同結論。科學家們指出 , 以前對甲 

醛的致癌性認定 -- 第 2A 類致癌物質 ( 很可能對人致癌 ), 乃是基於較少數量的 

研究 , 但近年來對接觸甲醛人員的研究資料 , 已經增加了這方面的證據。甲 

醛可能會引發人類的鼻咽癌 , 鼻竇癌以及白血病。另一方面 , 低濃度的甲醛 

暴露會對眼、鼻、喉部產生刺激 , 可造成結膜炎、鼻炎、喉炎等 , 及咳嗽、 

疲倦、起疹及過敏等現象 ; 整理甲醛暴露對人體急性健康之影響如下表 2.7 

所示 ; 當濃度於 0.1-0.3 ppm 時為人類之氣味閾值 , 甲醛濃度在 50~100 ppm 

時對人體更會產生嚴重危害。 

濃度 (ppm) 

表 2.7 甲醛濃度對人體之影響 

人體健康效應 

0.1-0.3 最低觸發刺激量 

0.8 臭味 

1-2 微量刺激性 

2-3 眼鼻喉部刺激 

4-5 黏膜刺激不自主流淚 

10-20 具撕裂感的嚴重燒灼感 , 咳嗽 , 僅能容忍幾分鐘 

50-100 5~10 分鐘內產生重傷害 

資料來源 : 美國環保署整合毒理資料庫 (Integrated Risk Information System, IRIS) 

2-14


甲醛之氣味閥值 (0.049 ppm) 即可感受到其帶刺激性的氣味 ,1.0 ppm 以 

上一般人易受到傷害 ,2.0 ppm 則為其恕限值。甲醛進入人體的途徑有吸入、 

食入、皮膚接觸及眼睛接觸 , 其中以吸入為最主要之途徑。吸入甲醛氣體嚴 

重刺激鼻、咽及氣管 , 於 2 ppm 下鼻子及咽背會產生刺痛但還可忍受 ,4 ~5 

ppm 下能忍耐 10 ~30 分鐘 , 超過 30 分鐘不適感大增、10 ~20 ppm 呼吸困 

難、嚴重刺激鼻、咽及氣管灼熱感 , 造成咳嗽、高濃度引起肺水腫、肺炎或 

死亡。食入甲醛會造成口、咽、食道、腸的刺激及疼痛 , 其後的症狀包括暈 

眩、沮喪及休克 , 還有可能發展成黃疸、體溫降低、酸中毒及血尿 , 因其蒸 

氣由食管轉到氣管 , 接著也會出現吸入之症狀。甲醛藉由皮膚接觸溶液會刺 

激皮膚引起刺痛、發紅、乾燥。甲醛藉由眼睛接觸於 0.2 ppm 下會刺激眼睛、 

2 ~3 ppm 眼睛會有刺痛感、4 ~5 ppm 會產生流淚現象、10 ppm 會淚流不 

止、更高濃度時會造成嚴重刺激及傷害 ( 物質安全資料表 )。 

吸入或直接接觸甲醛會引起不良之反應。暴露在 1 ppm 下不久後會引起 

打噴嚏、咳嗽、眼睛刺激等症狀 (Koeck et al., 1997), 許多研究 (Eberlein-Konig 

et al., 1998 ; Bardan et al., 1991) 亦指出甲醛蒸氣會刺激皮膚及呼吸管道。還 

有許多證據顯示 (Morgau, 1997) 甲醛是動物致癌物質。1980 年代許多關於職 

業安全衛生之報告也提出甲醛可能是人類致癌物質 , 雖然許多工人多暴露在 

高甲醛濃度之作業環境 , 但無報告能提出強而有利之證據來支持此論點。 

2-15


表 2.8 甲醛濃度暴露對人體健康之劇烈影響 

資料來源 :Hines et al., 1993 

2-16


表 2.9 甲醛濃度與暴露延時對人體健康之影響 

資料來源 : 黃倩芸等 ,1997 

室內空氣中之揮發性有機物質對人體健康的危害於許多毒理及動物實驗 

被證實 , 包含致癌性及非致癌性健康影響 , 下表整理室內環境中常見 VOCs 對 

於人體之健康危害 , 一般室內常見 VOCs 雖並無充分資料證明其具有致癌 

性 , 但卻常造成人體產生昏眩、頭痛、眼、鼻及皮膚刺激等非特異性反應 ; 

另外 , 室內環境中也存有許多疑似或確定致癌物如 Benzene 對於造血系統產 

生毒性 , 導致急性骨髓白血病發生及慢性白血病發生 , 在動物實驗研究中也 

發現有肝癌、口腔癌、鼻癌及乳癌等發生 (IRIS,2000;Klaassen,1996; 

Otto,1992);Styrene 也會對於胚胎產生毒性、對染色體損害 ; 非致癌效應部 

2-17


份 , 暴露 styrene 會對於人體眼睛、喉嚨產生刺激 , 鼻黏膜異常分泌、產生 

疲倦及昏眩等症狀 (Welch, 1993;IARC,1994)。世界衛生組織所出版的歐洲 

空氣品質指標 (Air QualityGuide-Line for Europe) 中指出 , 許多室內和室外的 

物質在濃度遠低於會發生有毒害影響 (Toxic Effect) 的情況下 , 會造成感官上的 

影響。例如 , 異味的困擾 (Odor Annoyance) 也許並不會完全被視為對健康有 

不良影響 , 但通常被視為會嚴重影響生活品質 ; 因 VOCs 於室內常具有加成 

等作用而對人體產生健康影響 , 所以目前國際間對於 VOCs 之管制 , 主要以 

總揮發性有機物 (TVOC) 濃度極限值做為管制規範標準。 

表 2.10 室內空氣中之揮發性有機物質對人體的危害 

IARC 

種類 

致癌效應非致癌效應文獻 

歸類 

Benzene Group 1 造血系統毒性 , 

導致急性骨髓白 

血病發生及慢性 

白血病發生動物 

實驗 : 肝癌、口 

腔癌、鼻癌及乳 

癌等發生 

免疫系統毒性 : 抑制 T 細 

胞及 B 細胞活性。刺激皮 

膚低劑量暴露會產生頭 

痛、精神不集中等症狀 

Toluene Group 3 無相關致癌效應抑制中樞神經而造成心律 

資料 

不整 ; 對眼睛產生刺激、誤 

食會造成失明 ; 高劑量暴露 

會造成肌肉失調 ; 低劑量暴 

露會產生頭昏、目眩及貧血 

Ethylbenzene Group 3 無相關致癌效應貧血、嗜鹼性白血球減少、 

資料 

紅血球減少、皮膚黏膜刺 

激、刺激上呼吸道 

Xylene Group 3 無相關致癌效應頭昏、頭痛、眼、鼻之刺激、 

資料 

喉嚨痛、支氣管炎 

IRIS,2000 

Klaassen,1996 

Otto,1992 

Grant,1986 

Benignus, 1981 

Klaassen,1996 

International 

Labour Office, 

1983. 

Ellenhorn,1988 

2-18


2.2 空氣淨化設備與處理 

使用空氣清淨機是最常見室內空氣污染物控制的方法 , 藉由濾網、光觸 

媒、活性碳、釋放負離子等方法去除固體微粒及揮發性有機化合物 VOCs 。 

隨著空氣品質越來越差及國人對生活品質要求日益提升 , 使用空氣清淨機的 

比率遞增 , 根據調查資料顯示 , 空氣清淨機在全台家庭的普及率超過 10%, 

而在都會區則更高達 27%。 

市售空氣清淨機型式主要有活性碳型、光觸媒型、臭氧型及負離子型等 

四大類 , 以下針對這四種室內空氣淨化之方式及機制介紹如下 : 

2.2.1 活性碳型空氣清淨機去除機制 

吸附作用 (Adsorption) 是一種常見之分離程序 , 藉由流體和吸附劑表面之 

接觸方式來去除有機物或其他物質 , 一般可以將吸附現象依其機制區分為物 

理吸附及化學吸附。空氣清淨機主要為物理吸附 , 吸附時吸附質與吸附劑間 

無電子的交換或共用 , 組成亦無改變 , 主要藉由凡得瓦爾力將污染物質吸附。 

活性碳纖維織布具有較快的吸脫附速率及操作維護簡單等優點 , 是活性碳空 

氣清淨機最經常使用之材料。空氣清淨機藉由馬達之抽引使氣流通過活性碳 

纖維織布 , 藉由織布上大量的活性碳孔洞 , 將污染物質吸附在織布上 , 主要 

是靠吸附劑與吸附質之間的作用力 , 將吸附質牢牢限制在吸附劑上而讓其他 

成份通過 , 來達到去除污染物之功效。吸附過程中氣體分子失去動能 , 而以 

熱的型式釋放出來 , 因此吸附為放熱程序 , 而吸附的逆程序稱為脫附 

(Desorption), 為一吸熱程序。影響吸附能力因子相當多 , 主要為吸附劑特性、 

2-19


吸附質特性及環境因子等。分子大之物質或非極性物質較易藉由凡得瓦爾力 

吸附於活性碳織布上 ( 黃振家 ,1999), 吸附作用為放熱反應 , 隨著吸附作用 

之進行 , 溫度會有些許之上升。活性碳吸附污染物之量會隨著溫度之上升而 

降低 , 因此高溫狀況下不利於吸附作用 (Wark et al., 1998)。濕度高時水分子 

會在活性碳表面凝結 , 將使吸附效果降低 , 活性碳織布亦是如此於高濕度時 

吸附量較小 ( 黃振家 ,1999), 同時高濕度時吸附在活性碳織布上及壁面之甲 

醛會有再釋出效應 (re-emission), 吸附與再釋出效應彼此競爭導致去除效率 

不佳 (Niu et al., 1998; 李家偉等 ,2003)。因此 , 使用活性碳空氣清淨機時應 

特別留意所處環境之溫、濕度是否會影響其去除效率。活性碳織布必須按時 

更換 , 以避免吸附飽和之活性碳織布將污染物釋出產生二次污染之問題。 

2.2.2 光觸媒型空氣清淨機去除機制 

光觸媒反應之進行主要藉由觸媒之參與 , 觸媒能降低反應所需之活化能 

或提供足夠之表面活性位置 , 加速或減緩反應之進行 , 觸媒本身不參與反應 , 

反應前後亦不發生變化。光觸媒顧名思義須具備光敏感性 , 材料本身之價電 

帶 (valence band) 與導電帶 (conductive band) 間之能量間距 (band gap) 須適 

當 , 藉由紫外光激發之電子能由價電帶躍昇至導電帶 , 所產生之能量需足以 

提供水的電解產生氫氣及氧氣 , 材料一般均為半導體材料 , 二氧化鈦因具有 

強氧化還原能力、化學穩定性高 ( 僅溶於熱硫酸中 )、價廉及無毒之特性是最為 

廣泛使用之材料。 

2-20


光觸媒空氣清淨機去除機制 , 主要是藉由馬達之抽氣配合光觸媒濾網將 

污染物質吸附在濾網上 , 當光觸媒持續接受紫外光之激發 , 電子會由價電帶 

躍昇至導電帶 , 同時在價電帶會持續生成電子電洞對 , 電子電洞對除了可能 

直接參與反應外 , 另外電子及電洞會分別與空氣中之氧分子及水分子反應產 

生正、負離子或氫氧自由基 , 如 :OH - 、O - 2 •、OH•、O• 等 , 藉由這些高反應 

性之自由基來與污染物反應 , 達到污染物減量之目的。其中又以氫氧自由基 

( OH•) 之反應為最主要之機制 , 由於氫氧自由基 , 還原電位高 (2.80 V), 氧 

化還原能力強 , 能有效破壞污染物達成淨化空氣之效 ( 王勝民 ,2000; 邱聯華 , 

2002;Yang et al., 2000)。 

影響光觸媒之處理效率之因子主要為光照強度、停留時間、光觸媒面積、 

照光時間、UV 光波長、光觸媒特性等 ( 王勝民 ,2000), 溫、濕度及污染物濃 

度 (Obee et al., 1995) 等因素 , 對於光觸媒之表現亦有一定程度之影響。 

TiO 2 + hv → h + + e - 觸媒經紫外光後激發形成電子電洞對 

OH - + h + → OH• 電洞與氫氧分子反應產生氫氧自由基 

O 2 + e - → O 2 - • 電子與氧分子反應產生負離子 

OH•+pollutant+O 2 →products (CO 2 ,H 2 O,...) 污染物質遇上氫氧自由基即被分 

解 

2.2.3 臭氧型空氣清淨機去除機制 

臭氧為一相當不穩定且具刺激性臭味之氣體 , 沸點為 -112℃, 熔點為 

2-21


-251℃, 還原電位 (2.07 V) 高 , 具有強大氧化能力及殺菌能力之特性 , 活潑性 

僅次於氟及氫氧自由基 , 水溶性約為氧氣的 10 ~12 倍 , 在低濃度時為無色 , 

高濃度時呈現藍色 , 被認定為一種毒性氣體。在空氣中之停留時間約 15~20 

分鐘 (Kraus, 1991), 經常應用於給水及污水工程中做為消毒及氧化劑、空氣 

中殺菌、消毒等訴求的相關產品。 

臭氧空氣清淨機便是一種常見之商品。臭氧空氣清淨機主要為利用高壓 

放電法將含有氧分子之空氣或氧氣分裂成氧原子 , 藉由氧原子與氧分子之結 

合以產生高反應性之臭氧分子。臭氧主要藉由其強大之氧化能力 , 將污染物 

氧化達成污染減量之功效。常見之臭氧氧化甲醛反應機制如下 : 

O 3 + HCHO → HCO 3 + OH [ 謝靜佩 ,2003] 

O 3 + HCHO → HCO 2 + HO 2 [ 謝靜佩 ,2003] 

O 3 + HCHO → HCOOH + O 2 [Esswein et al., 1994] 

O 3 + VOCs → CO 2 + CO + H 2 O [Kraus , 1991] 

使用臭氧空氣清淨機要特別留意是否有臭氧濃度累積過高之問題 , 儘管 

臭氧具有氧化污染物之能力 , 但其物理化學性質也會對人體造成傷害。臭氧 

會藉由吸入及眼睛接觸二途徑進入人體 , 曝露在臭氧濃度過高之環境下 , 只 

要微量即會造成眼睛不適 , 吸入肺部會使氣喘惡化、肺功能降低、呼吸道發 

炎、呼吸急促等症狀 , 詳見表 2.11。使用時應避免產生此問題 , 才不會使得 

空氣清淨機形成室內另一個污染來源。 

2-22


表 2.11 臭氧濃度對人體之影響 

資料來源 :[ 物質安全資料表 ] 

2.2.4 負離子型空氣清淨機去除機制 

負離子之生成是利用電能使電子與空氣中之氧分子結合形成典型之氧負 

離子 (O - 2 •), 負離子之量以氧負離子為大宗 , 普遍以三種形式存在分別為 O - •、 

O - 2 •、O - 3 •, 其中以 O - 2 • 之量最多為最主要之負離子。空氣清淨機之原理亦是 

藉由電能之提供來產生高反應性之負離子 , 利用負離子釋放針將負離子釋出 

與室內之污染物反應達成污染物減量之功效。 

O 2 + e - → O 2 - • 

2-23


負離子為具反應性之離子自由基 , 在空氣中迅速的與週遭之氣體分子、 

揮發性有機物或微粒碰撞 , 產生電子轉移之現象 , 隨著電子之消失就喪失其 

效能。其生命週期短暫約 60 ~ 90 秒 , 同時高濕度環境下 , 負離子之濃度、 

生命週期均會隨著濕度之上升而有下降之趨勢 (Wu et al., 2003)。負離之存在 

可以降低空氣中之微生物量、中和臭味、降低 VOCs 之濃度及加強去除細粒 

徑之微粒等效能 (Stacy, 2002)。Stacy(2002) 研究亦指出當有負離子存在時 , 

對於芳香族化合物、烷類、酯類及烯類化合物都有一定之去除率 , 對於總揮 

發性有機物去除率約 50%。對於污染物之最終產物並無一致之定論。 

Stacy(2002) 指出污染物質遇上氧負離子自由基會形成水及二氧化碳 ; 也有研 

究指出污染物會與負離子反應形成 H2O2 及其它化合物 ( 邱聯華 ,2002)。 

VOC + PMx + 負離子 →CO 2 + H 2 O + PMy [Stacy, 2002] 

2.3 高級氧化之原理與反應機制 

高級氧化程序 (Advanced Oxidation Processes,AOPs) 乃是於反應過程 

中產生氫氧自由基等活性中間物 , 並利用自由基的強氧化力來破壞目標污染 

物或中間產物 , 使得污染物被降解甚至完全礦化成二氧化碳及水。高級氧化 

程序大致上可區分為兩種形式 , 第一種為均勻相反應 (Homogeneous 

reaction), 第二種則為非均勻相催化反應 (Heterogeneous catalytic reaction)。 

2-24


2.3.1 均勻相反應 

均勻相反應又可依氧化劑不同而分為二種類型 :(1) 以過氧化氫為主體之 

AOPs, 包括 H 2 O 2 /Fe 2+ (Fenton reaction),H 2 O 2 /UV,H 2 O 2 /Ultra-sound, 

H 2 O 2 /UV/Fe 2+ 等。(2) 以臭氧為主體之 AOPs, 包括 O 3 /OH - , O 3 /Fe 2+ ,O 3 /UV, 

O 3 /Ultrasound,O 3 /H 2 O 2 /UV 等。常見的均勻相反應產生氫氧自由基的反應 

機制如下表 2.12: 

表 2.12 常見的均勻相反應型態之反應機制 

氧化劑常見型態反應機制 

H 2 O 2 

H 2 O 2 /UV 

H 2 O 2 /Fe 2+ 

H 2 O 2 + hν→ 2OH‧ 

Fe 2+ + H 2 O 2 → Fe 3+ + OH‧+ OH - 

Fe 3+ + H 2 O + hν→ Fe 2+ + OH‧+ H + 

O 3 / Fe 2+ Fe 2+ + O 3 → FeO 2+ + O 2 

FeO 2+ + H 2 O → Fe 3+ + OH‧+ OH - 

O 3 

O 3 /UV 

O 3 + H 2 O + hν→ H 2 O 2 + O 2 

H 2 O 2 + hν→ 2OH‧ 

O 3 /OH - O 3 + OH - → O 2 ‧- + HO 2 ‧ 

O 3 + HO 2 ‧→ 2O 2 + OH‧ 

資料來源 :K.H. Barbara,2003 

2-25


2.3.2 臭氧非均勻相催化反應 

所謂臭氧非均勻相催化反應即是在高級氧化程序中 , 添加固相的觸媒 , 

一方面增加臭氧的溶解量 , 另一方面則提升臭氧分解效率 , 產生更多氫氧自 

由基。整個機制包括了氣相、液相及固相的轉移 , 在第一個步驟 , 臭氧由氣 

相進入液相 , 接著臭氧及溶液中的有機分子傳輸到固相觸媒的表面 , 並且同 

時被觸媒吸附之後 , 臭氧便進一步被觸媒催化產生 O - 自由基或是氢氧自由 

基 , 此時便是自由基連鎖反應的開始 , 且同時發生於觸媒表面及溶液之中 (K.H. 

Barbara,2003)。透過觸媒表面活性位置的催化作用 , 能夠提升臭氧分解的 

效果並且增加氫氧自由基的產生效率 , 由於氫氧自由基擁有相當強的氧化能 

力 , 因此在高級氧化處理程序中 , 若能產生大量的氫氧自由基 , 對於污染物 

便容易達到理想的去除效率。但因每種觸媒的表面特性皆不相同 , 且在不同 

pH 下對於觸媒表面活性位置的影響亦不相同 , 因此最佳的臭氧異相催化反應 

是根據污染物特性選擇適當的觸媒 , 並在適合的環境條件下進行反應。 

2.3.3 觸媒的特性與反應機制 

一般在臭氧非均勻相催化反應中所採用催化劑通常為金屬氧化物 ( 例 

如 :MnO 2 ,TiO 2 或 Al 2 O 3 ), 或者是將金屬或金屬氧化物覆膜於擔體上的改質 

觸媒 ( 例如 :Cu-Al 2 O 3 ,Cu-TiO 2 ,Ru-CeO 2 ,V-O/TiO 2 ,V-O/silica gel, 

TiO 2 /Al 2 O 3 或 Fe 2 O 3 /Al 2 O 3 ), 而催化反應主要發生於觸媒的表面 , 因此觸媒 

的表面特性與整體催化反應息息相關。選擇觸媒時必須注意的金屬物理及化 

學特性包括 : 表面積、密度、孔隙體積、黏滯度、孔隙率、化學穩定性、活 

性位置、路易斯酸鹼位置。決定金屬氧化物催化特性的主要參數是酸度和鹼 

2-26


度。金屬氧化物表面的氫氧官能基形成布魯斯特酸位置 , 路易斯酸及路易斯 

鹼位置則分別位於金屬陽離子及未飽和氧上 (Nawrocki et al., 1993), 而路易 

斯酸位置與布魯斯特酸位置皆被認為是金屬氧化物表面的活性位置之所在。 

另一個用來評估金屬氧化物離子交換能力的參數是 pH PZC , 即金屬氧化物在 

零價電位點時的 pH。一般而言 , 金屬氧化物的離子交換能力取決於表面氫氧 

官能基在不同 pH 下所產生的反應 : 

在酸性條件下 M-OH + H + M-OH 2 

+ 

K 1 

int 

在鹼性條件下 M-OH + OH - M-O - +H 2 O K 2 

int 

K 1 int 、K 2 

int 

為解離常數 ,pH PZC 與解離常數有關 :pH PZC =0.5(pK 1 int +pK 2 int ), 

當 pHpK 2 

int 

時 , 

金屬氧化物則具有陽離子交換的能力 ( 如圖 2.2)。大部分的金屬氧化物都具有 

兩性離子的交換能力 , 相較於矽的 pH PZC 較低 , 因此只具有陽離子交換的能 

力。 

2-27


圖 2.2 pH PZC 與金屬氧化物解離常數的關係圖 

2.3.4 觸媒表面的臭氧催化反應機制 

根據 Legube and Karpel Vel Leitner(1999) 所提出的反應機制圖 ( 圖 2.3 

及 2.4), 可以了解臭氧非均勻相催化過程中 , 臭氧及有機物質與觸媒表面所 

發生的反應機制。臭氧與觸媒表面的還原性金屬分子 (Me red OH) 反應產生氫氧 

自由基 , 有機分子 (AH) 則與氧化態金屬分子 (Me ox OH) 產生吸附反應後以自由 

基型態 (A․) 被脫附釋出 , 並且在電雙層範圍內被氫氧自由基或臭氧氧化 , 金 

屬分子則又回到帶有氫氧根的還原態。而有機分子被吸附於觸媒表面之後 , 

直接受到周圍溶液中的臭氧分子或氫氧自由基攻擊而氧化。 

2-28


O 3 

H + HO 3 • OH• O 2 

……… 

O 3 or OH• 

A• 

Me red OH 

H 2 O 

Me red •A 

desorption 

OH• 

generation 

Me ox OH 

+ 

oxidation by 

an electron 

transfer 

organics 

adsorption 

AH 

Me ox A 

H 2 O 

圖 2.3 臭氧在觸媒表面的催化反應機制 (1) 

……… 

O 3 or OH‧ 

Oxidation In solution 

R 

Me‧OH 

AH 

H 2 O 

Desorption 

Organics 

Adsorption 

H 2 O 

MeR 

MeA 

R' 

Oxidation 

Of adsorbed 

Organics 

O 3 or OH‧ 

O 3 or OH‧ 

MeP 

P' 

圖 2.4 臭氧在觸媒表面的催化反應機制 (2) 

2-29


2.3.5 觸媒吸附特性 

1. 物理吸附 : 物理吸附是由吸附劑與吸附質之間的凡得瓦爾力 (Van der 

waals force) 所造成 , 主要是因帶有相反電荷的離子藉由靜電引力吸附至 

固體表面 , 反應本身並無涉及電子的轉移或化學鍵結 , 因此通常吸附熱 

低 (


b. 脫氫反應 (hydrogen abstraction):OH. 經常與不飽和之有機化合物反應 , 

而從化合物中帶走一個 H 

OH.+ RH = R‧ 十 H 2 O 

c. 電子轉移 (electron transfer): 當化合物含有被大量鹵素所取代的官能基或分 

子本身具有立體阻礙 (steric hindrance) 時 ,OH. 無法進行脫氫反應或親電 

子加成 , 此時有機物質會將 OH. 還原為 OH - , 即為一簡單的電子轉移 , 

OH.+ RX = RX + + OH - 

前述之氧化作用並不一定會發生 , 當在鹵素或假鹵素 (pseudohalide) 離子的氧 

化反應中會產生中間物質 : 

OH. + X - = HOX - . 

電子從金屬傳遞到氧化物配位基 , 使得 OH. 從配位的水分子除去 H: 

OH.+ M n+ H 2 O = M n+ OH = M (n+1)+ 

+ OH - 

在強鹼溶液中 ,OH. 快速地轉換到其共軛鹼 O - ‧。 

2. 離子態氧化物自由基 (Ionic oxide radical) 

O - . 與無機陰離子的反應遠慢於氫氧自由基。當其與有機分子反應時 , 

OH. 是以親電子反應 , 而 O - . 是以親核反應 , 因此 OH. 可很快速地添加到 

不飽和鍵 , 但是 O - . 卻無法作用。當 pH 升高至 O - . 為反應物時 , 兩種自 

由基都可從 C-H 鍵除去 H 而形成不同型式產物 , 例如 , 苯環分子若帶有脂族 

鍵 (aliphatic chain)O - . 除去 H 會比 OH. 優先添加到苯環上。此舉與 OH. 

2-31


及 H‧ 和有機分子反應相似 , 不同處為 OH. 比 H. 在從 C-H 鍵除去 H 時 , 

較具反應性及較少選擇性 , 原因是形成 H-OH 鍵可放熱 57 kJ mol -1 , 大於 

H-H 鍵的放熱。 

苯環上的親電子取代反應 

氫氧自由基因電子結構的關係而被視為一親電子的自由基 , 當溶液中存 

在苯環類化合物時 , 苯環 σ 鍵上的 π 電子雲將吸引氫氧自由基進行親電子取 

代反應。圖 2.5 為臭氧對 o-cresol 之親電子取代反應示意圖。 

圖 2.5 臭氧對 o-cresol 之親電子取代反應示意圖 

在苯環的結構上下有 π 電子雲圍繞 , 因此可提供電子給缺乏電子的親電 

子試劑 , 當苯環未被取代基所取代時 , 所有碳原子上的電子是均等的 , 因此 

六個碳原子中的任一個均可做為電子對的提供者 , 但當苯環上有取代基存在 

2-32


時 , 不僅會影響第二取代基進入環上的難易 , 亦決定此基所應佔據的位置 , 

第二取代基進入苯環上位置方式有二 : 

1. 鄰 - 對位向基 (ortho-para director) 

連接在苯環上的取代物假如是一電子對提供者 , 將會使苯環上具有活化 

效應 (activating effect), 使其反應性比苯還大 , 其原因為苯環上鄰位與對位 

的電子密度變大而使反應性增加 , 增強了這些位置上的取代反應 , 間接降低 

間位發生取代反應的可能性。 

2. 間位向基 (meta director) 

若苯環上之取代物為電子吸引者 (e1ectron attractor), 其活性將低於苯 

環 , 由於電子密度在鄰位與對位的位置上被減弱 , 因此取代反應將受到阻礙 , 

當第二個取代物欲與環相連接時 , 必須採取次佳的位置 , 即只有連接在間位 

碳原子上。例如硝基是非常強的電子吸引者 , 能降低環的活性 , 為重要的間 

位定位基。當苯環己有兩個取代基存在時 , 對於第三取代基的進入之影響則 

較為複雜 , 但若存在於環上的基團間會互相加強 , 將可獲得較正確的預測。 

例如 1,3- 二甲苯的取代是發生在 4 的位置上 , 因為此位置與一基團成鄰位 , 

而與另一基團成對位 , 因此取代反應不可能發生在 5 的位置上 , 因此時它與 

兩基團均為間位。當各基團間互相對抗時 , 可依循下列規則加以判斷 : 

(1) 若有一強活性基 (activating) 與一個較弱活性基或去活性基 (deactivating) 相 

競爭時 , 前者將處於強制地位。如鄰位甲酚之取代反應生成物 , 主要是 

與羥基成鄰位或對位 , 而非與甲基成鄰位或對位。 

2-33


(2) 當其它反應條件相同時 , 一個第三取代基最不容易進入與兩個基團均為鄰 

位位向的位置 , 其原因為立體障礙所致。 

(3) 當一個間位位向基 ( 去活性基 ) 與一個鄰 - 對位向基 ( 活性基 ) 互為間位時 , 參 

與反應的取代基基本上於與去活性基或活性基互為鄰位之兩個位置 , 不 

會在間位上發生反應 , 而與去活性基及活性基均為鄰位的位置 , 則因立 

體障礙將不會發生取代反應。基於此點可得各基團強度之排列為 : 

NH 2 ,OH,NR 2 >OR,OCOR,NHCOR>R> 鹵素 > 間位定位基。 

2.4 臭氧基本性質與反應機制 

2.4.1 臭氧的物理、化學性質 

臭氧為一具強大氧化力之氧化劑 ( 氧化還原電位為 +2.07 V), 在國外經常 

被廣泛運用於飲用水、都市污水、工業廢水的處理。臭氧為化學性質相當不 

穩定的反應性氣體 , 隨溫度、壓力的不同而呈現不同的外貌 , 可為無色氣體、 

黑藍色液體或藍黑色晶體。臭氧具有毒性 , 其連續暴露之限值為 0.1 ppm, 

而濃度在 0.01~0.05 ppm 即可嗅出其獨特的刺激性氣味。同時臭氧液體甚易 

爆炸 , 尤其當氧與臭氧之混合物中 O 3 之含量超過 20% 以上更易發生。爆炸 

會因微量之觸媒、有機物、火花 , 或溫度、壓力之突然改變而發生。 

臭氧的製造來源有很多種 , 而商業上的製造方式乃利用電子輻射產生。 

製造原理為使用含氧分子的氣體 , 通過高壓電管使氧分子激發分裂成氧原 

子 , 並利用氧原子和氧分子之間較強的親和力結合形成臭氧分子 , 通常使用 

的進料氣體為空氣或氧氣。其原理如圖 2.6 所示。 

2-34

Heat 


放電區 

電極 

介電質 

O 2 O O O O 2 

O 3 

電極 

Heat 

圖 2.6 高壓電管產生臭氧示意圖 

臭氧鍵長為 1.278A, 鍵角為 116 o 49', 分子量為 48, 室溫時為無色氣體 , 

但在 -112℃ 時 , 則凝結為深藍色的液體 , 其熔點為 -192.5 ±0.4℃, 沸點 -111.9 

±0.3℃, 比重 l.658, 液狀 O 3 (90.2 o K) 之介質常數為 4.79, 溫度 -111.9℃ 時之 

蒸發熱為 3410 kcal/mole,-183℃ 時為 3650 kcal/mole。偶極矩為 0.49~0.58 

debye。表 2.13 為臭氧的基本物化特性。 

2-35


表 2.13 臭氧的基本物化特性 

化學式 O 3 

分子量 48 

形成 

將空氣 or 氧氣通過高壓交流電電極之間而得 

密度與比重氣體 :0℃ 時為 2.144 g/L ; 

液體 :-195.4℃ 時為 1.614 g/L 

溶解度 

0℃ 時 100mL 水可溶解臭氧 49mL; 

可溶於鹼性溶液及油類 

熔點 -192.5 ±0.4℃ 

沸點 -111.9 ±0.3℃ 

氧化電位 

吸收波長 

顏色 / 形狀 

-2.07V 

253.7 A 

無色氣體 ; 黑藍色液體 ; 藍黑色晶體 

臭氧是具有共振體結構 , 每一個氧原子為 SP 2 軌域 , 可由鍵結或其它未 

成對電子所填滿。臭氧的共振構造如圖 2.7 所示。 

圖 2.7 臭氧共振結構圖 

2-36


臭氧常以 2O 3 → 3O 2 分解為 O 2 。若遇高溫則分解速度加快 , 例如在攝氏 

數百度下 , 分解作用瞬間即可完成。此外 H 2 O、Ag、Pt、MnO 2 、NaOH、Br 2 、 

及 Cl 2 皆能促進 O 3 之分解。O 3 是一種氧化力非常強的氣體 , 在自然界中其氧 

化電位為 2.07 V, 僅次於 F 2 、OH‧ 及 O‧。因此 ,O 3 可以氧化有機物及無 

機物。除此之外 , 臭氧在水中亦可與氫氧根離子 OH - 反應產生還原電位更高 

的氫氧自由基 (OH‧)。 

表 2.14 為數種氧化劑之還原電位比較。臭氧在水中的溶解度和一般氣體 

一樣遵守亨利定律 (Henry’s Law), 其溶解度與臭氧氣相分壓及溶液溫度有 

關。相較於氧氣 , 臭氧在低溫時之溶解度比氧氣好。 

表 2.14 數種氧化劑之還原電位 

氧化劑 

還原電位 (V) 

-3.06 

F 2 + 2e - = 2F - 

O 2 + 2H 2 O + 4e - = 4OH - -0.40 

OH.(hydrooxyl radical) 

O.(atomic oxygen) 

O 3 + 2H + + 2e - = O 2 + H 2 O 

-2.80 

-2.42 

-2.07 

H 2 O 2 + 2H + + 2e - 

= 2H 2 O 

-1.77 

- 

MnO 2 + 8H + + 5e - = Mn 2+ + 4H 2 O 

Cl 2 + 2e - = 2Cl - 

-1.49 

-1.36 

2-37


2.4.2 臭氧與有機物的反應 

2.4.2.1 臭氧與有機物的反應行為特性 

臭氧在水中與有機物的反應根據 Hoigne 和 Bader (1976) 等學者所提 , 可 

將其分類為以下兩種途徑 ( 圖 2.8): 

M:solute 

M(oxid):oxidized solute 

Si:free radical scavenger 

R:free radicals which catalyze the ozone decomposition 

Φ:products which don’t catalyze the ozone decomposition 

圖 2.8 臭氧與水中有機物之作用機制 

2-38

(1) 直接臭氧化反應 (Direct 0zonation) 


臭氧分子直接和有機物作用時具較高的選擇性 , 因此一般的反應速率比 

自由基式連鎖反應慢 , 因為臭氧分子具有共振結構 , 所以能夠以 1,3 電偶極 

環加成 (1 , 3–dipolar cycloaddition) , 親電性 (electrophilic) , 親核性 

(nucleophilic) 等三種化學反應與水中的有機物進行反應。其與有機物之反應 

可由三種機制來說明 (Langlais et al., 1991): 

A、電偶極加成 (Criegee mechanism) 

因電雙極的結構 , 臭氧分子與不飽合鍵反應 , 導致電雙極加成 , 生成臭 

氧物 (ozonide), 在水溶液中 , 臭氧化物進一步分解成碳基化物 ( 醛或酮 ) 及兩 

性離子 (zwitterion), 迅速生成羥基一過氧基化合物後又分解成碳及過氧化基。 

B、親電性反應 (Electrophilic reaction) 

親電子反應受限於分子周圍的強電子密度 , 主要是與芳香族化合物的作 

用。芳香族的取代反應 , 乃為供電子的官能基 ( 如 :OH、NH 2 ) 與臭氧進行鄰 

(ortho) 一對 (Para) 取代反應。另一方面 , 芳香族環上有拉電子的官能基 ( 如一 

COOH,-NO 2 ) 則較不易和臭氧作用。 

C、親核反應 (Nucleophilic reaction) 

親核反應主要是與碳原子上拉電子基作用。臭氧分子的反應限與不飽合 

芳香族及直鏈化合物上的特殊官能基作用 , 故其具有選擇性。 

此三種機制說明瞭臭氧直接反應的高選擇性及專一性 , 特別對於芳香 

族、不飽和脂肪族及某些特定官能基有非常高的反應性。 

2-39


(2) 自由基式鏈鎖反應 (Free radical type chain reaction) 

除以上反應機制外 , 藉由臭氧在水中的快速分解產生氧化還原電位更高 

的反應性自由基 (Reactive free radicals, 包括 HO‧ 及 HO 2 ‧) 稱之為自由基連 

瑣反應 (Free radical chain reaction) 。影響臭氧在水中自行分解 (Auto 

decomposition) 最重要的因素為水之 pH 值 , 當 pH 愈高表示臭氧被加速分解 

導致自由基連鎖反應較臭氧直接性反應更盛行 , 事實上 , 在一般表面水或廢 

水中均含有微量或巨量的有機及無機物質 , 導致溶入水中臭氧進行分解的反 

應變的更複雜 ( 相較於在純水中反應 ), 在參與水中臭氧分解反應的某些特定物 

質可扮演不同的角色 , 如甲酸、HO - 2 、OH‧ - 、亞鐵離子等作為誘使者 

(Initiators), 如甲酸、乙醇、臭氧等作為提昇者 (Promoters), 碳酸根離子、氫 

碳酸根離子、Tertiary alcohols 作為抑制者 (Initiators)(Staehelin and Hoigné, 

1985),Masten and Davies(1994) 以圖 2.8 來表示臭氧在廢水中之分解進行 

路徑。 

相較於直接臭氧化時 , 臭氧有高度的選擇性 , 自由基式的連鎖反應則不 

同。臭氧分子在水中易受氫氧根離子的催化而形成氧化力很強的氫氧自由基 

(OH‧), 並藉由氫原子抽出反應 (Hydrogen atom abstraction) 與脂肪族化合 

物作用 , 生成促進連鎖反應的過氧化氫離子 (superoxide ion), 此外自由基反 

應也可以與有機物反應形成更容易與臭氧分子反應的羥基化狀態。 

2.5 國內外相關室內空氣污染管制法規 

現代建築物 , 在各種因素的考量下大多採密閉式設計 , 室內空氣污染物 

容易累積 , 造成室內空氣品質的惡化 , 進而影響人體健康而造成多種疾病的 

2-40


發生 , 例如病態建築物症候群 (SBS sick-building syndrome) 的發生 , 常會造 

成待於室內的人們有頭痛、眼睛、鼻子及喉嚨的刺激、發炎 , 皮膚乾燥 , 昏 

睡和嘔吐 , 注意力不集中及疲倦等症狀。因此 , 室內空氣品質逐漸受到各國 

注意 , 且投入室內環境的研究 , 並提出各項的法規及標準 , 以維護室內空氣 

品質。 

2.5.1 室內空氣品質管制標準 

現代人處於室內之時間愈來愈長 , 室內空氣品質之好壞 , 對於人們的身 

心影響極大 , 對於工作情緒 , 勞動生產也有一定之影響。室內裝修所用之建 

築材料、辦公室事務機、室內燃燒源等 , 都會產生對人體有害之污染物如 : 

甲醛、甲苯、VOCs 及臭氧等。世界各先進國家為了有效保障國人之健康紛 

紛制定室內空氣品質標準 , 詳細規範參見表 2.15。 

室內品質標準管制之污染物主要為粒狀物、二氧化硫、二氧化氮、一氧 

化碳、二氧化碳、臭氧、甲醛及總揮發性有機物等 , 針對甲醛之管制目前世 

界各國之室內空氣品質標準多介於 0.08~0.1 ppm 之間。國內對於勞工作業 

場所訂有標準為 1.0 ppm, 針對室內空氣品質之管制方面 , 國內目前尚處於 

草案研擬階段 , 草案之甲醛管制建議值為 0.03~0.14 ppm 之間 

2-41


2-42


2-43


2.6 國內外相關研究分析 

根據國內公共場所及居家環境空氣品質健康危害之評估研究發現 , 圖書 

館及火車站有出現大於 1000 ppm 之二氧化碳的濃度 , 火車站及捷運站的微 

粒濃度有大於 150 µg/m 3 , 整體空氣品質以博物館及捷運站最佳 , 圖書館次 

之 , 而火車站室內空氣品質最差。而在針對台北地區四家敎學醫院及七家地 

區醫院內空氣品質採樣 , 發現二氧化碳常超過 1000 ppm。針對微粒濃度 , 醫 

療院所大部份採樣點都有大於 150 µg/m 3 

現象。 

而在國外研究中指出住宅中廚房二氧化碳及 PM 10 濃度會大於臥室 , 主 

要與燃料使用有關 ; 在平均 PM 2.5 及 PM 10 的室內 / 室外 (I/O) 比中 , 室內的 PM 2.5 

及 PM 10 均大於室外 , 指出主要為室內污染源影響如煮食及吸煙等 ; 在香港學 

校的室內污染問題以 PM 10 及二氧化碳為主 ; 而針對大樓、辦公室及學校的 

TVOC、NO、NO 2 、O 3 及 CO 研究 ; 提出 TVOC 來源包括室內及室外 , 而 

NO、NO 2 及 O 3 來自室外影響較大。 

Hong et al. (2007) 評估結合 UV/TiO 2 /O 3 氧化程序對連續進流的甲醛降 

解影響。改變不同操作因子 , 包括溼度、初始甲醛濃度、停留時間及臭氧劑 

量的添加 ; 實驗結果顯示 : 當甲醛濃度為 1.84-24 mg/m 3 , 經過 UV/TiO 2 /O 3 

氧化程序處理甲醛可被降解約 73.6%~79.4%。此外 , 在最佳溼度 50% 條件 

下 , 臭氧濃度由 0 增加至 141 mg/m 3 可使甲醛降解率由 39.0% 提升至 94.1%。 

由 Langmuir-Hinshelwood model 可計算其降解速率常數 k 為 46.72 

mg/(m 3 -min), 且 Langmuir 吸收係數 K 為 0.0268 m 3 /mg。 

Kwong et al. (2007) 利用臭氧催化不同多孔性材質去除室內 VOCs 中的 

2-44


甲苯 , 評估甲苯經過臭氧催化透過不同 NaX, NaY, MCM-41 之吸收劑去除效 

果 ; 實驗結果發現在吸收劑中的 Lewis acid sites 能降解臭氧形成氧原子 , 且 

轉化甲苯成二氧化碳及水。在乾燥之狀態下 , 吸收劑 MCM-41 比 NaX, NaY 

使用較少量 , 則可去除 90%。然而 , 在溼氣多的狀態下 (50%RH), 吸收劑所 

需添加量將多餘乾燥狀態下才能有相同的去除率。此外 , 實驗中所產生甲苯 

氧化之中間產物將會被吸收劑所吸收而低於偵測值。 

Kazuhiko et al.(2003) 探討甲苯經臭氧催化觸媒且添加 TiO 2 的降解情 

形 ;VOCs 中的甲苯會被臭氧及觸媒 ODC 所降解成 CO 2 , 若反應程序中觸 

媒 ODC 中參雜 TiO 2 則會有較高 VOC 去除率及 CO 2 轉化率 , 尤其當加入 UV 

光以及提高臭氧添加量時亦會有相同結果產生。 

Zhang et al.(2002) 比較不同氧化程序 O 3 /UV、TiO 2 /UV、O 3 /TiO 2 /UV, 

對氣相中甲苯的降解影響 ; 甲苯初始濃度為 1.0-20 ppmv, 改變進流甲苯濃 

度、流量停留時間、相對濕度、UV 光的強度因子 , 發現 O 3 /TiO 2 /UV 處理效 

果比 O 3 /UV 程序佳 , 且其殘餘臭氧量低 , 故 O 3 /TiO 2 /UV 對甲苯之降解為最 

佳操作之氧化程序。 

Niu et al.(1998) 利用 27 台活性碳及負離子空氣清淨機 , 評估去除 PM 10 

及甲苯之可行性 , 實驗於環境測試箱內進行 , 實驗時間為 2 小時 , 分別進行 

未開機實驗、開機實驗、VOCs 再釋出試驗 , 甲苯起始濃度為 20 ~50 ppm, 

溫、濕度分別為 23℃、60%。實驗結果顯示 , 空氣清淨機對於 PM 10 去除率 

較佳 CADR 值 342~3914 L/min; 甲苯較差 CADR 值 11~330 L/min。同時 

指出溫、濕度等環境因子都是影響效率之關鍵因子 , 並對艙室吸附及再釋出 

2-45


VOCs 效應量化。 

Zhang et al.(2003) 利用光觸媒空氣清淨機評估去除甲醛及甲苯之效能 , 

實驗分成兩種方式進行 , 分別於測試箱內進行實驗及模式模擬 , 甲醛之實驗 

時間為兩小時 , 甲醛起始濃度為 1.8 ppm, 溫、濕度分別為 25 ± 1℃、40 ± 5%。 

甲苯之實驗時間為八小時 , 甲苯起始濃度為 7.6 ppm, 溫、濕度分別為 25 ± 

1℃、50%。實驗結果顯示 , 甲醛之去除效率為 70~80%; 甲苯去除效率為 

35~40%。 

Esswein et al.(1994) 利用臭氧空氣清淨機評估去除甲醛之之效能 , 實驗 

於環境測試箱內進行 , 實驗時間為 1.5 小時 , 分別進行未開機實驗、開機實 

驗 , 甲醛起始濃度為 2.5 ppm, 溫度為 21℃。實驗結果顯示 , 臭氧空氣清淨 

機對於甲醛之去除效率不佳。 

吳皇麒 (2004) 本研究以 Brunaure Emmett Teller(BET) 測量超臨界流體法 

及市售品 ( 溶膠凝膠法 ) 此兩種不同製程所製備出之二氧化鈦的表面積 ,XRD 

實驗結果顯示超臨界流體法製備之二氧化鈦與市售結構皆為銳鈦礦 , 而 BET 

實驗結果得知超臨界流體法製備之二氧化鈦有較小的表面積與孔體積。以此 

兩種不同製程所得粉末 , 在固定反應槽循環流速下 (4 L/min) 對甲苯、苯及己 

烷作降解實驗 , 以 Langmuir-Hinshelwood(L-H) kineticmodel 計算吸附常數 

及反應常數 , 計算結果顯示超臨界流體法製備之二氧化鈦對甲苯及苯有較高 

的吸附常數及較低的反應常數 , 但對己烷而言吸附常數及反應常數均小於市 

售品。以市售二氧化鈦對高濃度甲苯作降解 , 找出降解過程所產生之中間產 

物 , 以了解甲苯之降解機制 , 實驗結果得知有 benzaldehyde、bezoic acid、 

2-46


benzoic acid、p-hydroxyl benzoic acid、o-cresol、p-cresol 等環狀中間產物 

生成 , 並可將甲苯降解至最終產物 CO 2 。 

翁澤名 (2004) 以蜂巢式陶瓷為載體 , 銅、鈰為活性金屬 , 分別製備各種 

配比與重量比例之觸媒 , 來處理工業界常見的揮發性有機物 — 甲苯。重量比 

例為 20% 的銅觸媒在溫度 300℃、甲苯進流濃度 1000 ppm、氧濃度 15% 及 

空間流速 4000hr-1 的操作條件下 , 對甲苯的轉化率及二氧化碳的產率皆可達 

95%。在操作參數 ( 甲苯進流濃度、反應溫度、氧進流濃度 ) 對反應速率的影響 

方面 , 結果發現甲苯進流濃度越大、反應溫度越高、氧進流濃度越高 , 則所 

得之反應速率越大。 

李家偉等 (2003) 針對活性碳空氣清淨機評估去除甲苯及甲醛之效能 , 實 

驗於環境測試箱內進行 , 實驗時間為 2 小時 , 分別進行未開機實驗、開機實 

驗、VOC S 再釋出試驗 , 甲苯、甲醛起始濃度為 30.0 ppm, 溫、濕度分別為 

25℃、50%。實驗結果顯示 , 甲苯之去除效率為 66 ~ 80%,CADR 值 0.3 ~2.0 

m3/min; 甲醛之去除效率為 16.6%,CADR 值 0.01 m 3 /min。同時針對甲苯 

進行溫度 (35℃、50% ) 對去除效率之影響及 VOCS 再釋出試驗 , 發現高溫時 

甲苯去除效能較差 , 去除率為 60%,CADR 值 0.25 m 3 /min。VOCS 再釋出 

試驗指出 , 高濕度狀況下 , 吸附飽和之活性碳濾網容易將甲苯釋出形成污染。 

謝靜佩 (2003) 採用臭氧空氣清淨機評估去除甲苯及甲醛之效能 , 實驗於 

環境測試箱內進行 , 實驗時間為 8 小時 , 分別進行未開機實驗、開機實驗、 

環境測試箱未密閉衰減 , 甲苯、甲醛起始濃度為 1.0 ppm, 溫、濕度為 25± 5℃、 

60± 5%。實驗結果顯示 , 甲苯去除率為 3.50~16.54%; 甲醛去除率為 1.77 

2-47


~34.38%。 

李芝珊 (1997) 採用活性碳及負離子空氣清淨機 , 針對辦公室、幼稚園及 

住家等室內場所進行實驗 , 實驗時間為 1 小時 , 評估粒狀物、細菌、真菌及 

TVOC 之去除率。實驗結果顯示 , 粒狀物去除率為 50~90%, 細菌、真菌去 

除率並未於一段時間後呈現穩定之趨勢 , 去除率約介於 30~80% 間跳動 , 

TVOC 去除率不佳。 

2-48

第三章執行方法 


針對室內空氣品質項目之處理 , 本計畫開發一套裝處理系統 , 使用過濾 

單元、臭氧結合單水氧化鐵觸媒高級氧化程序的使用 , 以合併處理空氣中微 

粒成分、甲醛及甲苯氣體。整體研究分為實驗室及實場兩個階段來進行 ; 實 

驗室主要以小型的處理系統進行參數之調整與最佳化研究 , 並探討各程序因 

子 ( 臭氧濃度與劑量、觸媒型態填充率等 ) 對甲醛及甲苯等主要影響成分的處理 

效率。實場部份參考實驗室結果進行放大 , 並於台中 XX 醫院進行現場測試 , 

以調整並確認整體套裝處理系統之效益 , 同時進行經濟效益與健康風險的評 

析。 

3.1 研究架構 

本計畫之研究架構如圖 3.1 所示 , 首先針對有關於室內空氣品質之處理 

技術、相關之研究方法及分析方法等進行相關文獻資料的蒐集分析及整理。 

然後進行實驗室的小型系統組裝 , 並進行測試及參數之最佳化 , 再以最佳化 

之條件進行實廠設備之放大設計及實際大型室內空間之測試。其研究內容將 

於後續章節詳細描述 : 

3-1


相關資料收集分析 

( 處理技術 , 分析方法 , 研究方法等 ) 

室內空氣品質 

特性分析 

操作條件測試 

最佳化分析 

不同設計參數 

測試 

處理效率 >95% 

實驗室系統測試 

處理效率


相關文獻資料之彙整 

實驗系統之準備與建立 

試驗氣體 

人工配置氣體 

甲醛及甲苯初始濃度 

分析項目 

觸媒表面特性分析 

甲醛及甲苯定量定性分析 

THC 濃度 

實驗內容 

甲醛、甲苯的去除反應 

殘餘臭氧量 

THC 濃度變化量 

反應參數 

臭氧劑量 

不同濕度 

觸媒型態填充率 

探討反應參數影響 

探討反應機制 

圖 3.2 實驗流程圖 

3.2.1 實驗室氧化程序分解室內空氣 ( 甲醛及甲苯 ) 

由於本研究之主要對象為室內空氣的有機物 , 主要包括甲醛及甲苯。因 

此 , 本研究於實驗室組裝一小型反應系統 ( 如圖 3.3 所示 ) 以進行模擬測試。 

系統可分為三部分 : 分別為標準氣體產生裝置、氣體控制槽及氧化程序單元 

裝置。氣體產生部分將分成乾淨空氣及有機氣體 ( 甲醛及甲苯 ) 氣體兩部分 , 乾 

淨空氣主要是利用空氣鋼瓶或抽氣馬達抽取外界氣體並去除其微粒及水氣後 

3-3


所得到 , 甲醛及甲苯氣體則是利用加熱法將氣體從溶液中帶出 , 將兩管路氣 

流以不同比例混合來獲得所需之有機氣體初始濃度 , 氣流流量將以兩組質量 

流量控制器 (MFC) 進行控制。混合後之標準氣體將流入氣體控制槽中 , 利用 

氣體控制槽來調整進流氣體之不同初始條件 , 以測試溼度改變之影響。為避 

免實驗氣體被測試箱之內壁吸附而影響實驗的結果 , 測試箱內部應具有非吸 

附性、化學惰性及表面光滑等特性 , 才能避免與待測物質產生化學性的反應 , 

接縫部分應避免使用黏著劑 , 以防止黏著劑本身釋放之 VOC 對實驗產生干 

擾。材質建議採用玻璃、不銹鋼或是鐵弗龍材質以減少實驗干擾。因此 , 本 

研究將採用不銹鋼製之空氣品質測試箱 ( 尺寸為 π×(2.25 cm) 2 ×20 cm)。空氣 

品質測試箱設有進出口管件各一 , 並設有閥門控制進出口之流量。氧化反應 

程序單元可分為臭氧產生裝置、臭氧接觸單元及觸媒氧化反應單元。臭氧產 

生裝置包括氧氣產生機 (Oxygen Generator) 、臭氧產生機 (Ozone 

Generator)、質量流量控制器 (Mass Flow Controller, MFC) 可見光 / 紫外光分 

光光度計 (Spectrophotometer) 等。臭氧產生機為美國 Ozonair 公司製造的組 

合式臭氧產生機系列 (RXO-5), 它是由一純氧製造機及臭氧產生機組合而成 ; 

其中純氧產生機可提供 0~9 psig 之氧氣輸出壓力 , 氧氣純度為 90%± 5%, 

而臭氧產生機需要 9 psi 之氧氣壓力 , 產生的臭氧濃度為 5~6%( 重量百分率 ), 

最大產生量為 9 g/hr; 接著進入反應槽之氣體流量 ( 含臭氧及氧氣 ) 由一組質量 

流量控制器來調節。由於臭氧產生系統所產生之氣體流量大於實驗需要 , 因 

此多餘之氣體將經由一繞流設計排入碘化鉀 (KI) 溶液中 , 藉由碘化鉀溶液來分 

解氣體中之殘餘臭氧 , 以避免殘餘臭氧排入大氣中造成二次污染。進流之氣 

態臭氧會流經 2 mm 光徑之石英管 , 其濃度則藉由可見光 / 紫外光分光光度計 

3-4


於波長 254 nm 下量測 ( 因為臭氧於波長 254 nm 下有相當好之吸收值 ), 並使 

用 3000 M-1cm-1 之轉換係數 (Extinction Coefficient,ε) 來將吸收值轉換為濃 

度單位 (Nowell and Hoagié, 1988), 以計算其實際臭氧濃度。臭氧接觸管主 

要為利用內徑 5 公分的不鏽鋼 316 反應器 , 將測試有機氣體與進流臭氧於此 

進行氧化反應並充分混合均勻。最後合併進入觸媒反應管中 ( 尺寸為 π×(2.25 

cm) 2 ×20 cm), 利用混合氣體與觸媒表面產生之快速氧化反應將有機氣體成分 

破壞 , 並將殘餘臭氧分解為氧氣 , 出口氣體會流經 10 mm 光徑之石英管 , 藉 

由吸光度換算求得出口處之殘餘臭氧濃度。有機氣體之採樣點分別位於穩定 

槽、臭氧混合接觸管出口及觸媒反應管出口三處。 

P-1 

6 

7 

M 

I-1 

7 

1 

2 

3 

7 

M 

5 

8 

E-15 

1 

2 

3 

9 

10 

4 

1. 鋼瓶 6. 甲醛偵測儀 

2. 過濾裝置 7. 取樣口 

3. 浮子流量計 8. 文氏管 

4. 氣體產生裝置 9. 臭氧混合管 

5. 氣體控制槽 10. 臭氧 / 觸媒反應槽 

圖 3.3 實驗室小型空氣淨化反應系統 

3-5


3.2.2 分析方法 

本計畫針對甲醛及甲苯之採樣及分析方法將之檢測項目說明如下 : 

1. 甲醛 : 空氣中氣態之醛類化合物檢驗方法 (NIEA.A705.11c)- 以 DNPH 

衍生物之高效能液相層析測定法。空氣中氣態之醛類化合物 , 以定流量之採 

氣泵收集至含 2,4- 二硝基代苯胼 (2.4 –Dinitrophenylhydrazine DNPH) 和過 

氯酸溶液之收集瓶中 , 樣品經 0.45 µm 濾膜過濾後 , 直接注入高效能液相層 

析系統 , 測定樣品中醛類化合物之含量。 

2. 甲醛偵測儀 : 本研究所使用甲醛偵測儀為增誠公司所購買 , 經甲醛氣體 

校正合格。相關說明請見下節。 

3. 甲苯 : 空氣中之氣態苯類檢驗方法 - 以甲醇吸收液之高效能液相層析測 

定法分析之。空氣中氣態之苯類化合物 , 以定流量之採氣泵收集至含甲醇溶 

液之收集瓶中 , 樣品經 0.45 µm 濾膜過濾後 , 直接注入高效能液相層析系 

統 , 測定樣品中苯類化合物之含量。 

高效能液相層析儀分析條件如表 3.1: 

表 3.1 HPLC 操作條件 

條件 

氣體 

分析管柱 UV 波長管柱流速 

(ml/min) 

甲醛 Supelco 516 C-18 365 nm 1 

甲苯 Supelco 516 C-18 254 nm 1 

移動相 

乙晴 (65%)/ 試劑水 

(35%) 

甲醇 (75%)/ 試劑水 

(25%) 

波峰 

(min) 

5 

6.9 

3-6


3.2.3 實驗設備及藥品 

本實驗所使用之設備如圖 3.4 所示 ; 其中設備規格說明如下表 3.2 , 甲 

醛偵測儀詳細說明如表 3.3 。甲醛及甲苯溶劑為默克公司所提供 , 純度分別 

為 HPLC 級甲醛 (37%) 及甲苯 (99%)。 

圖 3.4 本研究所使用之實驗設備實景圖 

3-7


表 3.2 各設備規格說明 

設備名稱 

攜帶式微粒監測儀器 

HOBO Temp/RH 

( 室內、外 ) 

IAQ-CALC 

空氣二氧化碳含量分析儀 

( 室內 ) 

IAQ-CALC 

空氣二氧化碳含量分析儀 

( 室外 ) 

TVOC 偵測器 

(as toluene) 

臭氧產生機 

質量流量控制器 

可見光 / 紫外光分光光度計 

加熱器 

微粒去除裝置 

浮子流量計 

型號 

Model:1.108 

U12-011 

Model:8762-M-NA 

Model:8762 

FTVR-01 

TRIGOEN LAB2B 

BROOKS 5850E 

UV-MINI-1240 

MACRO FORTUNATE 

MODEL NO :TC-10A 

PALL life sciences 

(HEPA Capsule) 

AALBORG-Orangeburg 

NY,USA 

3-8


表 3.3 甲醛偵測儀說明 

GAS DETECTOR MODULES 

GD Series 

Electrochemical Method Diffusion Type 

MODEL SG-T3ETO-EO-(A,D,DE,R,S,) 

Specification: 

Detection principle 

Gas sampling type 

Gas detected 

Detection range 

Resolution 

Dry Electrochemical method 

Diffusion 

HCHO 

0~10/20/30/50/100 ppm 

1 PPM 

Temperature Range -20℃ to +50℃ 

Relative Humidity Range 15 to 90% 

Output Drift 

Accuracy 

Repeatability 

Operation power 


3.3 觸媒來源 

3.3.1 Iron Oxide Hydroxide 

Iron Oxide hydroxide 為凱特利斯特公司製造 , 觸媒型態可分為兩種 : 一 

種為粒狀觸媒另一種為粉狀觸媒濾網 , 主要來源為凱特利斯特公司所提供 ; 

其外觀顆粒大小如圖 3.5 所示 : 

粒狀觸媒 

觸媒網粉狀觸媒 

圖 3.5 粒狀與粉狀觸媒濾網實際外觀圖 

3-10


3.3.2 掃描式電子顯微鏡及能量散佈光譜儀 

掃瞄式電子顯微鏡的分析原理是利用電子槍發射出高加速電壓之入射電 

子束撞擊試片而產生相關的二次訊號 , 再以適當的檢測器接收這些訊號 , 將 

其放大並傳送至螢幕上顯像後 , 即可觀察試片上微小區域的表面形貌。本研 

究使用之儀器廠牌為日本 HITACHI, 型號 S4800。除了以掃描式電子顯微鏡 

觀察觸媒的表面型態外 , 尚利用能量散佈光譜儀 (EDS) 進行觸媒的元素半定量 

及定性分析 , 以觀察觸媒之元素成分於反應前後的變化情形。 

3.3.3 X-ray 粉末繞射儀 

儀器由日本 MAC SCIENCE 公司出產 , 型號為 MXP3, 可測量具結晶性 

之固體材料及粉末材料的 X 光繞射圖形 , 以做為材料之定性分析。由於不同 

化合物皆具有特定之晶格結構 , 在入射線 X 光的激發下 , 不同的繞射角度下 

可產生不同強度的繞射光譜 , 藉此進行不同金屬化合物的定性分析。其應用 

可分為二方面 : 一方面是晶體的結構分析及晶體內分子的排列 ; 另一方面是 

經由繞射來分析其晶性及部分結晶的同質異構與多相研究及晶格常數的決 

定、化合物的鑑定等。所生成物種之 X 光繞射分析圖譜鑑定工作 , 以 

JCPDS(Joint Committee on Powder Diffraction Standards) 資料庫之標準圖 

譜進行比對工作。 

3.4 實驗參數改變 

透過部份實驗參數的改變 , 能夠更完整的評估本研究之最佳反應條件 , 

以下將針對實驗中所改變的參數進行敘述。 

3-11


臭氧進流濃度 

增加進流臭氧的氣相濃度可使更多臭氧分子參與反應 , 除了確保系統供 

應之臭氧量皆高於甲醛及甲苯完全氧化時所需之理論臭氧量 , 且預期能被觸 

媒催化產生更多的氫氧自由基並提高觸媒表面吸附之甲醛及甲苯被自由基攻 

擊的機會。然而 , 由於選用之不同型態觸媒的催化能力不同 , 增加臭氧量不 

ㄧ定能夠對甲醛及甲苯的降解效果產生顯著的差異 , 因此本實驗將控制不同 

的臭氧進流濃度 , 藉由觀察增加單位臭氧濃度所造成的甲醛及甲苯去除率差 

異 , 且評估觸媒之催化能力。 

觸媒劑量 

觸媒劑量與參與反應的觸媒表面活性位置數目及影響其吸附量之多寡有 

關 , 因此亦是影響甲醛、甲苯去除率的因素之一。一般而言 , 隨著觸媒劑量 

的增加 , 參與反應的活性位置數目增多 , 相對吸附量多 , 有利於甲醛、甲苯 

去除率的提升 , 但因觸媒之催化能力不同 , 效果提升的顯著性會有差異。因 

此在本實驗中分別添加觸媒顆粒 35g、觸媒濾網觸媒填充量 35g 及 18g, 以 

觀察添加量之改變對反應結果的影響是否顯著 , 並依此判斷選用之不同觸媒 

型態催化及吸附能力的強弱。 

甲苯及甲醛進流濃度 

反應物進流濃度是影響處理效果重要因子之一 , 初始濃度高低將改變臭 

氧完全氧化所需之劑量、觸媒添加量的不同 ; 因此 , 為測試觸媒瞬間最大吸 

附量 , 本研究配置初始濃度 5±0.2 ppm 之甲醛及甲苯氣體 , 以了解平均每 

mole 臭氧所能分解甲醛及甲苯 (Mole ratio)。 

3-12


3.5 實驗流程 

首先配置初始濃度 5±0.2 ppm 之甲醛及甲苯氣體 , 固定流速 1500 

ml/min, 待十分鐘濃度穩定 , 再將氣體導入反應系統中 , 由於此系統為連續 

式反應 , 為確保完全通過整個反應系統 , 反應時間設為五分鐘後 , 再將氣體 

導入吸收瓶中 , 以 HPLC 分析樣品濃度並用分光光度計測得其殘餘臭氧濃度。 

3.6 試車及實際現場測試 

試車及實際污染源測試之目的 , 是為獲得觸媒氧化技術淨化室內空氣品 

質設備 , 處理該室內空氣有機物的效率及相關操作條件 , 以作為後續評估健 

康風險、設置成本及操作成本等之依據。本計畫組裝一套實場級設備至台中 

XX 醫院進行實際測試 , 以風量計、O 3 濃度監測等對於此實場設備進、出流 

排氣中風量、O 3 濃度監控。去除率之計算係以處理前後甲醛、甲苯及 THC、 

TVOC 濃度之變化表示。 

為了解污染物被去除的效率與氧化劑量的關係 , 實驗過程會進行以下項 

目的監測。例如處理前後室內空氣 THC、TVOC 濃度監測、主要有機物濃度 

檢測、臭氧濃度監測等 , 殘餘臭氧濃度測定為 Masschelein 修正法 ( 中性緩衝 

碘化鉀法 ), 甲醛、甲苯、空氣微粒分徑測定儀 (PM 2.5 及 PM 10 )、CO 2 及 CO 

濃度及揮發性有機物定量以現場連續採樣並攜回實驗室進行儀器分析 

(HPLC )。 

3-13


3-14

第四章執行成果 


針對室內空氣污染源之甲醛、甲苯的處理 , 本研究主要分為實驗室測試 

以及設計一套實場設備應用於醫院室內空氣之實際處理兩大部分。首先第一 

階段進行甲醛及甲苯背景實驗測試 , 為了解各槽體壁面及各聯接管路可能對 

此兩者氣體所造成的吸附影響 , 因此 , 本研究配置初始濃度為 5±0.2 ppm 的 

甲醛及甲苯氣體 , 在未開啟觸媒氧化系統條件下通入分別甲醛及甲苯氣體 , 

以求得其實驗設備吸附之影響。此外 , 以單一程序測試包括臭氧對甲醛及甲 

苯之氧化能力及停留時間的影響 , 另外探討觸媒基本特性對甲醛、甲苯吸附 

以及對臭氧分解能力。最後 , 使用觸媒氧化系統 ( 臭氧 / 觸媒 ) 進行測試 , 以改 

變不同操作參數 ( 臭氧劑量、相對溼度、觸媒型態 ), 探討對甲醛、甲苯、THC 

之降解情形 , 並求得較佳之操作條件 , 作為後續實場處理系統操作參數之參 

考依據。第二階段為實場設備應用推廣可行性評估 , 實場測試目的是為了解 

該設備處理醫院室內空氣之效率及相關操作條件 , 同時觀察處理前後室內空 

氣 THC 濃度、甲醛、TVOC、懸浮微粒、CO 2 、CO、殘餘臭氧濃度等 , 並且 

獲得基本設計、設置成本及操作成本之參考以及風險評估之考量。 

4.1 甲醛及甲苯吸附背景實驗 

背景實驗之目的在於評估各槽體及管線所使用之不銹鋼材料以及鐵氟龍 

管路是否會吸附甲醛及甲苯於材料表面上 , 造成其濃度之降低。圖 4.1 結果 

顯示 : 當反應時間經過 30 分鐘 , 甲醛及甲苯之濃度仍維持 5±0.3 ppm, 結果 

顯示本研究所使用之實驗設備及材料對於甲醛、甲苯並無提供吸附能力 , 其 

影響可以忽略。 

4-1


6 

5 

4 

甲醛 

甲苯 

濃度 (ppm) 

3 

2 

1 

0 

0 5 10 15 20 25 30 35 40 

時間 (min) 

圖 4.1 甲醛及甲苯背景實驗之影響 

4.2 臭氧濃度效應 

當固定氣體流量在 1500 mL/min ( 臭氧停留時間約 48 sec), 探討改變不 

同臭氧進流濃度對甲醛及甲苯去除之影響。圖 4.2 顯示 : 當臭氧進流濃度大 

於 20 ppm 可完全去除甲醛 , 且 THC 去除率約達 40% 左右。如考量反應槽內 

被利用 (Utilized) 之臭氧劑量 , 發現實驗中臭氧被甲醛利用劑量介於 20~60 

ppm, 此結果說明提高臭氧濃度可提供了更多的臭氧分子來氧化甲醛及其中 

間產物甲酸、一氧化碳等 (Obee, et al., 1995), 因此 , 臭氧被利用的劑量增加 , 

且 THC 去除率由 38% 增為 45%。就甲苯而言 ( 如圖 4.3 ); 當臭氧濃度增加時 , 

甲苯之去除率也會相對提升 , 且當臭氧進流最高濃度為 623 ppm 時 , 被甲苯 

利用之臭氧劑量僅 140 ppm 時 , 甲苯之去除率提升至 50%, 而 THC 之降解 

為 15%, 然而 , 提高臭氧進流濃度對於甲苯之 THC 去除效果卻相當有限 ( 皆 

介於 10~15%) , 其原因在於甲苯具有穩定之環狀結構 , 且無供電子 

4-2


(Electron-donating) 較強之主要官能基 ( 如羥基 OH), 因此 , 不易被臭氧進行 

快速且直接性之氧化分解 ; 然而甲苯氧化過程中 , 中間產物可能有 : 二甲苯、 

乙基苯、苯甲醛、苯甲酸及順丁烯二酸酣等 (Bulushev, et al., 2000), 上述物 

質會與甲苯同時競爭臭氧而消耗臭氧劑量。根據上述實驗結果之計算 , 甲醛 

及甲苯相對於臭氧濃度之反應比例分別約為 1:4 及 1:15(Molar ratio)。 

120 

1400 

100 

1200 

去除率 (%) 

80 

60 

40 

甲醛 

THC 

殘餘臭氧 

1000 

800 

600 

400 

殘餘臭氧濃度 (ppm) 

20 

200 

0 

0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 

臭氧進流濃度 (ppm) 

0 

圖 4.2 臭氧進流濃度對甲醛影響 (T=25℃ RH=60%) 

4-3


去除率 (%) 

100 

80 

60 

40 

20 

甲苯 

THC 

殘餘臭氧 

1400 

1200 

1000 

800 

600 

400 

200 

殘餘臭氧濃度 (ppm) 

0 

0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 


0 

圖 4.3 臭氧進流濃度對甲苯影響 (T=25℃ RH=60%) 

4.3 臭氧停留時間的影響 

為瞭解甲醛及甲苯兩種氣體於不同臭氧停留時間反應之影響 , 本研究分 

別測試三種不同臭氧停留時間 (48、96、144 sec)。由表 4.1 中發現固定臭氧 

進流濃度為 60.3 ppm, 增加臭氧停留時間對甲醛的去除率皆為 100%, 而其 

THC 去除率僅由停留時間 48 sec 的 45% 提升為 144 sec 的 58%。因此 , 當 

停留時間增為 3 倍時 , 甲醛 THC 去除率僅提升 13%, 故臭氧停留時間對甲 

醛 THC 之去除效果有限。反觀 , 對於甲苯的去除而言 , 固定臭氧進流濃度為 

120.7 ppm, 增加停留時間至 144 sec, 可去除甲苯 46.8% 及 THC 35%, 由 

於甲苯中間產物複雜且型態眾多 , 臭氧停留時間的增加相對提升臭氧分子與 

其中間產物能有更充分反應時間 , 除了可有效提升甲苯去除率 , 對其 THC 的 

去除有明顯的效果。就甲醛及甲苯兩種氣體的殘餘臭氧濃度而言 , 當臭氧停 

留時間愈長 , 反應愈趨於完全 , 殘餘臭氧濃度呈現下降之趨勢。 

4-4

表 4.1 臭氧停留時間對甲醛、甲苯之影響 


實驗參數 : 溫度 28.5℃ 相對溼度 55% 

臭氧進流濃度 60.3 ppm 甲醛初始濃度 (5±0.2 ppm) 

臭氧停留時間 (sec) 甲醛去除率 (%) THC 去除率 (%) 殘餘臭氧濃度 (ppm) 

48 100 45 38.3 

96 100 52 33.2 

144 100 58 31.3 

實驗參數 : 溫度 28.2℃ 相對溼度 57% 

臭氧進流濃度 120.74 ppm 甲苯初始濃度 (5±0.2 ppm) 

臭氧停留時間 (sec) 甲醛去除率 (%) THC 去除率 (%) 殘餘臭氧濃度 (ppm) 

48 34.1 10 82 

96 35.6 17 75 

144 46.8 35 67 

4.4 觸媒晶相結構、表面分析及特性 

4.4.1 晶相結構 

圖 4.4 為實驗使用觸媒的 X 光粉末繞射儀 (XRD) 分析結果 , 由於實驗中 

所使用的 Iron Oxide Hydroxide 為多種不同結晶型態之單水氧化鐵所構成 , 

因此所得的 XRD 圖譜會有波峰重疊之情形 , 與圖 4.5 的 JCPDS 資料庫標準 

圖譜比對判斷後 , 主要成分應為 FeOOH 型態的單水氧化鐵 , 波峰強度強 , 

顯示此觸媒之晶形較為完整。 

4-5


5500 

5000 

4500 

intensity (a.u.) 

4000 

3500 

3000 

2500 

0 20 40 60 80 100 

2θ 

圖 4.4 觸媒 XRD 圖譜 

圖 4.5 FeOOH 之 XRD 標準圖譜 (JCPDS card No. 29-0713) 

4.4.2 成分分析 

為了解觸媒中的主要組成成分 , 因此以能量散佈光譜儀 (EDS) 及元素分析 

儀 (Element Analyzer) 進行分析。由圖 4.6 觸媒 EDS 圖譜中 , 發現觸媒 Iron 

Oxide Hydroxide 的成分主要為鐵和氧原子 , 此外 , 觸媒中含有少量的硫及矽 

原子 , 其原因應該為觸媒製程中的添加物。 

4-6


元素成份 

wt.(%) 

O 32.15 

Na 16.08 

Si 2.76 

S 6.97 

Fe 42.04 

圖 4.6 觸媒分析圖譜及元素組成 

4.4.3 比表面積分析 

由於臭氧異相催化反應主要發生於固相觸媒的表面 , 因此觸媒的表面積 

大小對於有機物的降解效率有一定程度的影響。表 4.2 即為空白觸媒及經臭 

氧異相催化反應由 BET 分析所得到的比表面積值。此外 , 經由臭氧異相催化 

之觸媒 , 對比表面積的增加並無顯著之效果 , 推測其原因為觸媒本身成分 

FeOOH 會與臭氧形成化學吸附而分解臭氧 , 因此臭氧無法破壞表面結構 , 使 

比表面積未有增加之效果。 

4-7


表 4.2 觸媒比表面積 

觸媒 

比表面積 (m 2 /g) 

觸媒 2.585 

觸媒 + Ozone 2.62 

4.4.4 表面結構 

圖 4.7 為空白觸媒經掃描式電子顯微鏡所拍攝的表面結構圖 , 結果顯示 

當放大倍率 5000 倍時 , 觸媒表面結構呈凹凸不平的情形 , 且從 SEM 圖上發 

現有許多大小孔洞 , 且從另一張放大倍率為 20000 倍之觸媒 SEM 圖 , 顯示 

觸媒呈現不規則棉絮狀 , 此外 , 實驗中所使用的粉狀 Iron Oxide Hydroxide 

包含多種不同結晶相的單水氧化鐵 , 因此顆粒形狀及大小較不具一致性 , 約 

為 1~4 µm。 

放大倍率 : 5000 倍 20000 倍 

圖 4.7 觸媒表面結構圖 

4-8


4.5 觸媒吸附有機物作用 

單一觸媒程序對甲醛及甲苯吸附能力測試 , 實驗結果如圖 4.8 所示。本 

研究改變不同觸媒型態 ( 包括觸媒濾網及觸媒顆粒 ) 及填充量對初始濃度 5±0.2 

ppm 的甲醛及甲苯進行氣固相吸附試驗 , 且控制氣體通過觸媒床停留時間約 

2 秒。結果顯示各類型觸媒對於甲醛或甲苯的吸附能力均相當有限 , 吸附效 

應皆介於 10~20% 之間 ; 且對甲醛及甲苯之 THC 去除能力也分別介於 

10~15%。整體而言 , 由於觸媒濾網使用粉狀觸媒 , 故整體比表面積較顆粒狀 

觸媒大 , 且雙面觸媒濾網之觸媒較單面多 , 故其吸附能力為雙面觸媒濾網 (35g) 

> 單面觸媒濾網 (18g)≒ 觸媒顆粒 35g; 而且此觸媒對於甲苯的吸附能力略優 

於甲醛。 

100 

90 

80 

70 

甲醛 

甲醛 THC 

甲苯 

甲苯 THC 

60 

% 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

雙層觸媒濾網單層觸媒濾網觸媒顆粒 60g 

圖 4.8 不同觸媒型態對甲醛及甲苯吸附能力 

4-9


4.6 觸媒降解氣相臭氧濃度實驗 

本實驗乃比較不同觸媒型態對臭氧分子的降解能力 , 觸媒型態包括空白 

( 無觸媒 )、空白濾網 ( 無觸媒 )、顆粒觸媒、雙面觸媒濾網、單面觸媒濾網等 , 

其結果如表 4.3 所示。當臭氧進流濃度固定在 112±2 ppm, 且停留時間皆為 

2.0 sec, 空白 ( 無觸媒 ) 以及空白濾網並不會對臭氧分子有分解之能力 , 而不 

同型態觸媒對臭氧分解力為顆粒觸媒 35g≒ 雙面觸媒濾網 (35g)> 單面觸媒濾 

網 (18g), 其分解能力主要由觸媒填充量而定 , 其單水氧化鐵對臭氧反應式如 

下所示 : 

≡FeOH/FeO - + O 3 ↔ ≡FeOH (O 3 ) g/≡FeO (O 3 ) g 

- 

≡FeOH (O 3 ) g/≡FeO (O 3 ) g - 

↔ ≡FeO• + •HO 3 / •O 3 

- 

表 4.3 不同觸媒型態對臭氧分解能力 

觸媒型態臭氧進流濃度 (ppm) 臭氧出流濃度 (ppm) 分解臭氧濃度 (ppm) 

空白 ( 無觸媒 ) 112 110 2 

空白濾網 113 112 1 

單面觸媒濾網 18g 112 76 34 

雙面觸媒濾網 35g 110 65 44 

顆粒觸媒 35g 112 63 47 

4.7 臭氧結合觸媒處理甲醛 / 甲苯實驗 

經由前幾節討論單獨臭氧對甲醛、甲苯氧化情形 , 且不同型態觸媒對甲 

醛、甲苯吸附效果及對分解臭氧能力 , 並了解觸媒之基本特性後 , 本節選定 

觸媒搭配臭氧進行異相催化 , 並改變不同操作參數 ( 包括濕度及觸媒型態 ), 針 

4-10


對甲醛、甲苯、THC 的去除率、殘餘臭氧濃度來探討其原因 , 並測試所需之 

最佳化操作條件。 

A、B、C、三組實驗分別為觸媒顆粒、雙面及單面觸媒濾網 , 首先針對 

處理甲醛氣體 , 固定臭氧進流濃度為 60±1 ppm( 停留時間為 96 sec), 氣體流 

量為 1500 ml/min, 改變不同溼度與甲醛 5±0.2 ppm 反應 , 實驗結果如表 4.4 

所示 , 主要探討因子為甲醛及其 THC 去除率、殘餘臭氧濃度、以及溼度的影 

響 , 由於此實驗之甲醛通過觸媒槽前已被臭氧完全氧化 ( 參考 4.1 節臭氧氧化 

甲醛實驗 ), 因此觸媒主要功能為分解殘餘的臭氧 , 且在空氣中含有水分情況 

下可將臭氧催化成氫氧自由基 , 一方面提升反應速率以求有效去除甲醛中間 

產物 ,THC 去除率提高 ; 另一方面則加速分解殘餘臭氧。針對 A 組而言 ; 相 

對溼度從 25% 提升至 45%,THC 的去除率增加 2 倍 , 表示臭氧經由水分子 

加上單水氧化鐵觸媒的反應下 , 產生許多氧化能力高之氫氧自由基 , 使其有 

效去除 THC。此外 , 當相對濕提高至 72%, 去除率產生些微下降的趨勢 , 其 

原因可能是因為空氣中相對溼度高 , 水分較多反而導致水分子會佔據觸媒孔 

洞或有效位置 , 造成催化臭氧效果反而變差及去除甲醛 THC 降低 (Hong, et al., 

2007)。此外 , 比較 A 與 B、C 兩組觸媒型態 , 其差別在於 B、C 兩組均以粉 

末狀觸媒顆粒嵌入濾網中 , 具有觸媒顆粒分布均勻及固定化、觸媒間孔隙率 

小 , 使得通過之氣體與觸媒間有較大接觸面積之優點 , 故對甲醛之 THC 去除 

率而言 , 在使用雙面觸媒濾網 (RH= 72%) 條件下為最佳 , 且去除率達 76%, 

同時在觸媒 / 甲醛實驗中並無殘餘臭氧的產生 , 其主要原因是臭氧被有機物氧 

化及觸媒分解所完全消耗。針對甲苯的氧化反應 , 實驗結果如表 4.5 所示 , 

當濕度越高對於甲苯及 THC 之去除效率亦愈佳 , 且觸媒顆粒在相對濕度 45% 

4-11


之處理效果比 72% 佳 , 其主要影響因子為濕度高水氣含量多導致佔據觸媒孔 

洞 , 使觸媒催化臭氧效果變差。使用雙面觸媒濾網之去除效果最佳 , 甲苯去 

除率達 56%, 且 THC 可去除 44%; 相較於單獨臭氧對甲苯 THC 去除僅 15%, 

明顯增進許多。然而 , 甲苯的去除率卻與單獨使用臭氧去除效果相同 , 其主 

要原因是當加入觸媒與臭氧異相催化所產生的氫氧自由基可能會先攻擊甲苯 

的中間產物 , 因此對甲苯的 THC 去除效率明顯提升 , 且由於甲苯分子結構環 

狀較為複雜不易氧化 , 故去除效率不易提升。殘餘臭氧在濕度愈低產生越多 , 

表示濕度低水分子含量較少對觸媒催化臭氧效果明顯不佳 , 觸媒催化臭氧反 

應式如下所示 : 

≡FeOH/FeO - + O 3 ↔ ≡FeOH (O 3 ) g/≡FeO (O 3 ) g 

- 

≡FeOH (O 3 ) g/≡FeO (O 3 ) g - 

↔ ≡FeO• + •HO 3 / •O 3 

- 

≡FeO• + H 2 O →≡FeOH + •OH 

•HO 3 ↔ H + + •O 3 

- 

•HO 3 ↔ •OH + O 2 

•HO 3 - 

+ H 2 O →•OH + O 2 + OH - 

4-12

表 4.4 測試不同臭氧 / 觸媒程序操作參數對甲醛之影響 


A. 觸媒顆粒 35g (Rt = 2 sec) 

臭氧劑量 60±1 ppm (Rt = 96 sec) 

殘餘臭氧量 (ppm) 甲醛去除率 (%) THC 去除率 (%) 

RH=72% 0 100 58 

RH=45% 0 100 61 

RH=25% 0 100 38 

B. 雙面觸媒濾網 35g (Rt = 2 sec) 



RH=72% 0 100 76 

RH=45% 0 100 46 

RH=25% 0 100 35 

C. 單面觸媒濾網 18g (Rt = 2 sec) 



RH=72% 0 100 64 

RH=45% 0 100 42 

RH=25% 0 100 20 

4-13


表 4.5 測試不同臭氧 / 觸媒程序操作參數對甲苯之影響 

D. 觸媒顆粒 35g (Rt = 2 sec) 


殘餘臭氧量 (ppm) 甲苯去除率 (%) THC 去除率 (%) 

RH=72% 34 45 37 

RH=45% 43 47 40 

RH=25% 51 22 16 

E. 雙面觸媒濾網 35g (Rt = 2 sec) 



RH=72% 19 56 44 

RH=45% 27 41 30 

RH=25% 41 21 18 

F. 單面觸媒濾網 18g (Rt = 2 sec) 



RH=72% 42 39 34 

RH=45% 66 31 21 

RH=25% 84 18 13 

4-14


4.8 實場設備基本流程及單元設計 

經由上述實驗室測試可獲致室內空氣有機物觸媒氧化處理設備相關之操 

作參數 , 觸媒停留時間控制約 2 sec, 有機物與 O 3 濃度的比例約在 1:4-1:15。 

經分析整理其數據及相關文獻、廠商資料之參考及設計目標 , 據以進行可處 

理 20 CMM 之實場反應器設計。『觸媒氧化技術淨化室內空氣處理設備』的流 

程如圖 4.9 所示 , 實場裝置之示意圖如圖 4.10 所示。主要單元敘述如下 : 

a. 過濾器 (Particle filter): 將室內空氣的微粒經由濾網過濾。 

b. 觸媒氧化單元 (Catalytic unit): 利用吸收及氧化原理 , 將殘餘室內空氣有 

機物吸收至觸媒濾網上 , 然後經由觸媒反應將其有機物氧化破壞 

c. 氧化單元 : 利用臭氧產生機的所產生的 O 3 將室內空氣有機物及臭味物質 

進行快速的氧化反應 , 使其分解成為 CO 2 、H 2 O 

d. 臭氧產生機 (Ozone generator): 利用空氣產生臭氧。 

e. 風車 : 抽引室內空氣的有機物及臭味 , 使其經過室內空氣處理系統。 

4-15


Particle filter 

VOC-Catalytic bed 

O3 generator 

Particle 

pre-filter 

Fan or Blower 

a b c d e 

Outlet grill 

圖 4.9 觸媒氧化技術淨化室內空氣處理流程圖 

4-16


Outlet Grit 

Particle filter 

Catalytic unit 

Oxidation unit 

Ozone generator 

Fan or Blower 

Inlet grit 

圖 4.10 觸媒氧化技術淨化室內空氣處理設備示意圖 

4-17


本實場使用之觸媒氧化單元為觸媒濾網。根據相關文獻資料 , 可將 O 3 分 

解之觸媒種類眾多 , 如 FeOOH,CuO、Ag 2 O、NiO、Fe 2 O 3 、Cr 2 O 3 、CeO 2 、 

MoO 3 、Co 3 O 4 、V 2 O 5 、SiO 2 等 , 以觸媒與臭氧之反應性 (Reactivity) 而言 , 上 

述觸媒中 , 依其反應性 , 依序分別為 FeOOH >MnO 2 > Co 3 O 4 > NiO > Fe 2 O 3 

> Ag 2 O > Cr 2 O 3 > CeO 2 > V 2 O 5 > CuO > MoO 3 > SiO 2 等。其觸媒材料如 

Mn,Co,Ni,Cr,Ce 和 V 為環保署公告列管之重金屬 , 因此在廢觸媒處理 

上 , 可能導致二次污染 , 而 Ag,Pt 及 V 為貴重金屬 , 成本較為昂貴。以 FeOOH 

為觸媒之成本較低廉 , 亦無衍生之廢觸媒處理問題 , 基於二次污染處理及成 

本之考量 , 因此本研究選用 FeOOH 為觸媒。 

4.9 實場設備規範 

根據上述實廠基本設計概念來進行觸媒氧化技術淨化室內空氣品質設備 

的製作 , 其工程範圍 ( 界面 ) 說明如表 4.6 , 而表 4.7 為大約的設備規格。 

表 4.6 高級氧化程序模型場工程範圍 ( 界面 ) 

編號項目本計畫測試工廠 

1 觸媒氧化單元 ○ 

2 氧化反應槽 ○ 

3 風車 ○ 

4 臭氧產生機 ○ 

5 臭氧注入器 ○ 

6 處理系統控制盤 ○ 

7 電源電源盤提供、一次側配線 ○ 

4-18

表 4.7 觸媒氧化技術淨化室內空氣品質設備的細項規格 


設備名稱數量設計量規格 / 尺寸 / 型號 

處理設備 1 20 CMM 

850 (W) x 600(L)x1900 mm (H) 

SS400 

HEPA 1 0.057 M 3 600 (W) x 1200 (L) x 80 mm (D) 

觸媒濾網 1 0.031 M 3 620 (W) x 1250 (L) x 40 mm (D) 

SS 304 

臭氧產生機 1 0.1 g/hr 110 V, 300(W)X100(L)X24 mm (H) 

氧化反應槽 1 0.213 M 3 850 (W) x 500(L) x 500 mm (H) 

SS400 

風車 1 20 CMM 

視窗型控制箱 

&PLC 程式控制器 

1 

1/3 hp - 110 v 

SS 304 

主電源及蜂鳴器 

(110 V, 50 A) 

Mitsubish 

實場裝置之外部尺寸如圖 4.11 所示。以高級氧化技術為主之程序包括過 

濾單元、氧化反應單元和觸媒氧化單元三個主要部分。室內空氣以風車抽引 

至過濾單元 , 然後送至氧化反應單元 , 最後以觸媒氧化單元處理。氧化反應 

單元還包含一台臭氧產生機 , 每小時最多可利用空氣中之氧氣產生約 0.1 g 

的臭氧。 

4-19

向上 

向上 


850 mm 

Air Outlet 

1900 mm 

Air Inlet 

圖 4.11 觸媒氧化技術淨化室內空氣處理設備之外部尺寸圖 

4-20


4.10 設備實場測試 

當本系統實場設備由合作廠商 ( 凱特利斯科技股份有限公司 ) 完成組裝 

後 , 先運送至逢甲大學實驗室進行基本特性的測試 , 以了解該設備之臭氧濃 

度產生量 ( 如圖 4.12)、觸媒濾網、HEPA、風量及壓損相關操作條件及適用範 

圍。待完成所有基本特性測試後 , 該設備裝置被運送至於台中某大型 XX 醫 

院進行實際污染源的長時間測試 , 並調整設備處理過程中運轉之風量、臭氧 

殘餘濃度、觸媒濾網填充量等操作條件。同時針對處理後之排氣氣體 ( 包括 

TVOC、THC、甲醛、CO 2 、CO) 及懸浮微粒濃度進行現場監測 , 以獲得觸媒 

氧化技術淨化室內空氣品質設備的實際處理效率 , 亦作為後續評估健康風 

險、設置及操作成本等之主要依據。 


18 

16 

14 

12 

10 

8 

6 

4 

風量 0.18 m 3 /s 

風量 0.36 m 3 /s 

2 

0 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 

臭氧產生機格數 

圖 4.12 臭氧產生機控制濃度關係 

4-21


4.11 台中 XX 醫院背景調查 

本研究團隊選擇實場測試之場所 , 主要依藥物用量多且人員進出繁雜的 

醫院進行。首先依醫院不同場所使用不同藥物而導致背景濃度的差異性 , 進 

行初步背景濃度的測試 ,( 包括注射病房、重症病房、檢驗室、病理科之檢切 

室及顯微鏡室等 ), 測試項目為 TVOC 及甲醛背景濃度值。表 4.8 為背景濃度 

的測試結果 , 結果顯示病理科的檢切室及顯微鏡室的 TVOC 濃度為最高 , 其 

原因應為檢切室中保存檢體 , 且又使用大量福馬林 ( 甲醛 ) 用藥為主 , 在使用藥 

品過程中 , 往往會造成一些易揮發性的藥物逸散於室內空氣中 , 故甲醛濃度 

高達 2.8 ppm。由各場所背景濃度調查結果評估 , 本團隊經院方同意選定病 

理科之檢切室為本研究之主要測試場所。 

表 4.8 台中 XX 醫院內各場所之背景濃度值 

地點溫度 (℃) 相對溼度 (%) TVOC (ppm) 甲醛 (ppm) 

注射病房 25 59 0.26~0.29 0 

重症病房 23.5 57 1.01~1.05 1.2~1.5 

檢驗室 24.5 55 0.52~0.57 1.1~1.3 

檢切室 24.2 58 3.62~3.84 2.4~2.8 

顯微鏡室 24.1 56 2.01~2.06 1.1~1.3 

4.11.1 病理科之檢切室背景濃度監測 

為深入了解測試場所病理科檢切室的背景濃度 , 因此 , 本研究進行持續 

一週背景濃度的監測 , 監測項目包括兩部分 : 第一部分為氣體濃度監測 , 包 

4-22


括 (TVOC、THC、甲醛、CO 2 、CO、PM 2.5 ), 第二部份為現場作業人員工作 

項目內容及原有的設備儀器 , 以了解背景測試場所基本運作情況等 , 其結果 

整理如表 4.9 及 4.10 所示 , 表 4.9 可歸納出檢切室的背景濃度範圍如下 : 

溫度 = 20~26℃、濕度 = 50~70%、甲醛 = 1.6~5.6 ppm、TVOC= 2.42~9.45 

ppm、THC= 25~62 ppm、CO 2 = 601~795 ppm 及 CO= 0~4.7 ppm。圖 4.13、 

4.14 及 4.15 分別為甲醛、TVOC 及 THC 的逐日逐時濃度趨勢圖。工作時間 

從早上九點開始至下午兩點左右 , 濃度會累積形成一高峰期 , 然後一直延續 

到下班時間的背景濃度則逐漸降低。若觀察該場所工作週期及工作內容 , 由 

表 4.10 中得知 , 經過星期六及日的休息緩衝 , 星期一的各種濃度背景值相對 

偏低 , 且從現場作業員敘述中得知 : 每個星期一、二、五多為小片切片檢體 , 

在溶劑上 ( 甲醛及二甲苯 ) 用量上較少 , 星期三及四為大片切片檢體 , 而且主要 

由醫生作切片分析保存 , 此時溶劑用量較多 ; 因此每逢星期三及四的檢切室 

背景濃度值會明顯較平常日高。此外 , 一般上班時間皆有兩名作業人員在檢 

切室作業 , 平常都有啟動檢切室內原有的簡易空氣清淨機 , 但是經過測試發 

現該空氣淨機在正常啟動與關機情況下 , 其背景濃度值不受影響的 , 顯示一 

般室內空氣清淨機無法提供該場所高濃度有機物處理之功能。而且在每個月 

的月中及月底會固定更換組織處理機中的溶劑甲醛及二甲苯 , 換藥前後兩天 

及當天的背景濃度 TVOC、甲醛及 THC 濃度會聚增 , 且每天早晚兩次打開組 

織處理機時 , 其背景濃度達到瞬間達最大值 ( 如表 4.9 備註 )。下圖 4.16 為檢 

切室現場作業照片。 

4-23


表 4.9 病理科之檢切室背景濃度一週監測 

時間溼度溫度 TVOC 甲醛 THC CO 2 CO 

06.09 星期一 % ℃ ppm ppm ppm ppm ppm 

AM:9:00 57 25.6 3.44 2.0 31 744 0 

AM:11:00 65 21.4 2.91 1.7 28 665 0 

PM:14:00 68 22.2 3.43 2.5 34 642 0.3 

PM:15:30 69 20.7 2.98 2.1 32 696 0.8 

PM:17:00 67 20.9 2.88 1.6 25 641 0.5 

06.10 星期二 

AM:9:00 54 26.4 4.18 3.4 42 641 0 

AM:11:00 59 25.3 6.17 5.6 50 618 1.6 

PM:14:00 62 22.2 4.05 3.5 43 623 1.7 

PM:15:30 64 23.1 3.8 3.1 41 627 2 

PM:17:00 67 20.8 2.52 2.0 31 601 2.1 

06.11 星期三 

AM:9:00 58 25.1 2.74 1.6 30 653 2.2 

AM:11:00 64 21 3.57 2.8 37 633 2.1 

PM:14:00 67 20.7 2.42 1.8 26 607 2.1 

PM:15:30 66 21.3 2.87 2.1 30 641 2.1 

PM:17:00 67 21.6 3.39 2.7 35 592 2.1 

06.12 星期四 

AM:9:00 63 25.3 3.6 2.7 39 619 2.4 

AM:11:00 65 21.2 4.18 3.6 41 683 2.8 

PM:14:00 66 22.4 2.93 2.5 36 564 3.1 

PM:15:30 66 20.9 2.71 2.3 33 604 3.6 

PM:17:00 64 22.0 2.62 2.1 32 626 3 

06.13 星期五 

AM:9:00 67 25.7 3.93 3.2 40 649 2.2 

AM:11:00 65 21.7 4.71 4.2 34 795 2.8 

PM:14:00 64 20.5 9.45 8.9 62 667 2.6 

PM:15:30 68 20.4 5.12 4.2 43 624 4.3 

PM:17:00 69 20.7 4.01 3.4 40 657 4.7 

備註 *06.11 當打開組織處理機 ( 甲苯及甲醛主要來源 ), 甲醛濃度升至 10.1 ppm、 

TVOC 為 12.3 ppm、THC 為 67 ppm。 

*06.13 中午換藥 ( 月中與月底換藥二甲苯與甲醛 ), 當天濃度比平常高。 

4-24


表 4.10 現場作業人員工作項目內容 

日期工作時間工作項目 

作業空氣清淨機時間備註 

人數 ( 病理科自備 ) ( 福馬林 = 甲醛 ) 

2008.06.09 09:30~10:10 檢體檢切處理 2 人 08:30~17:30 福馬林 

10:45~11:00 檢體檢切處理 2 人福馬林 

15:30~15:50 檢體檢切處理 2 人福馬林 

2008.06.10 16:40~17:00 檢體檢切處理 2 人 08:30~17:30 福馬林 

16:50~17:10 檢體檢切處理 2 人福馬林 

2008.06.11 08:00~08:02 組織處理機門打開 2 人 08:30~17:30 

含酒精、二甲苯 

及福馬林 

09:10~09:40 組織處理機開啟 2 人 


及福馬林 

09:40~11:00 標本檢切處理 2 人福馬林 

15:40~16:00 標本檢切處理 2 人福馬林 

2008.06.12 07:55~07:57 組織處理機門打開 2 人 08:30~17:30 二甲苯及福馬林 

09:20~17:00 組織處理機開啟 - 二甲苯及福馬林 

10:00~11:00 標本檢切處理 2 人福馬林 

11:00~11:30 標本檢切處理 2 人福馬林 

16:40~17:00 標本檢切處理上機 2 人福馬林 

2008.06.13 07:56~07:58 組織處理機門打開 2 人 08:30~17:30 二甲苯及福馬林 

09:15~17:00 組織處理機開啟 - 二甲苯及福馬林 

10:00~11:00 標本檢切處理 2 人福馬林 

11:20~11:50 標本檢切處理 2 人福馬林 

11:55~12:03 

組織處理機更換 


2 人 

( 倒 ) 試藥 

及福馬林 

14:00~14:30 組織處理機加試藥 2 人二甲苯及福馬林 

16:45~16:53 標本檢切處理上機 2 人福馬林 

* 病理科室內空間大小約為 8 坪 , 室內體積為 80 m 3 

* 組織處理機 :(1) 每日早上 8 時與下午 5 時會進行清洗動作 , 清洗完後會將蓋子打開 ( 含二甲 

苯及甲醛 ) 

(2) 每月月中及月底進行換藥工作。 

* 檢體處理是由手術室裝袋好 ( 裡頭含福馬林 ) 、檢切室的大門皆開 

4-25


10 

甲醛 (ppm) 

9 

8 

7 

6 

5 

4 

3 

06/09 

06/10 

06/11 

06/12 

06/13 

2 

1 

0 

AM:09:00 AM:11:00 PM:14:00 PM:15:30 PM:17:00 

時間 

圖 4.13 檢切室之甲醛背景濃度一週監測 

10 

TVOC (ppm) 

9 

8 

7 

6 

5 

4 

3 

06/09 

06/10 

06/11 

06/12 

06/13 

2 

1 

0 

AM:09:00 AM:11:00 PM:14:00 PM:15:30 PM:17:00 

時間 

圖 4.14 檢切室之 TVOC 背景濃度一週監測 

4-26


70 

65 

60 

55 

50 

45 

06/09 

06/10 

06/11 

06/12 

06/13 

THC (ppm) 

40 

35 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 

AM:09:00 AM:11:00 PM:14:00 PM:15:30 PM:17:00 

時間 

圖 4.15 檢切室之 THC 背景濃度一週監測 

4-27


作業人員作業情況 

實場空氣設備 

CO 及 CO 2 與懸浮微粒偵測器 


甲醛偵測器及甲醛吸收瓶 

THC 採集氣體 

圖 4.16 現場作業人員工作情形及空氣設備處理採樣實圖 

4-28


4.12 檢切室背景濃度實場測試 

檢切室背景濃度實場測試過程中 , 首先為本研究研發之新型空氣處理設 

備的背景實驗 , 主要目的為了解單獨風車運轉換氣率與觸媒吸附之影響 , 然 

後改變不同風量、臭氧進流濃度及觸媒濾網觸媒填充量 , 觀察檢切室中各氣 

相污染物的去除效果。 

本研究選擇之操作條件首先為批次處理 , 全部測試時間為 1.5 小時 , 前 

0.5 小時皆為背景濃度監測 , 然後再以 1 小時開機處理 , 以探討臭氧進流濃 

度、風量、觸媒濾網觸媒填充量之影響 , 並從中挑選最佳去除效果 , 後續以 

長時間測試探討對整個檢切室各污染物的影響。 

操作參數如下 :(1) 換氣率大小 ( 風量 )(2) 臭氧進流濃度 (3) 觸媒濾網觸媒填充量 

監測項目如下 :(1) 殘餘臭氧濃度 (2)TVOC (as toluene)(3)THC (as methane) 

(4) 甲醛 (5)CO 2 (6)CO (7) PM 2.5 (8) PM 10 

4.12.1 控制設備換氣率 8 及 16 ach 結合觸媒處理之影響 

調整實場空氣處理設備的換氣率分別控制在 8 及 16 ach ( 風量 0.18 及 

0.36 m 3 /s), 結合觸媒濾網觸媒填充量為 100g, 經過一小時處理 , 其實驗結 

果如表 4.11 所示 , 發現改變不同換氣率 , 對於甲醛及 THC 的濃度並無明顯 

去除效果 , 去除率僅介於 11.1~17.6%。然而 ,CO 本身背景濃度低 , 因此反 

應前後的濃度無明顯差別 ; 但由於本研究的空氣處理設備有加裝 HEPA 可用 

來過濾微粒 , 所以在檢切室室內一部份空氣微粒之 PM 2.5 及 PM 10 能被有效去 

除及改善 , 故 CO、PM 2.5 及 PM 10 不再後續實驗數據中進行贅述及討論。此 

外 , 針對 TVOC 濃度而言 ( 如圖 4.17 ), 當換氣率 16 ach 僅可去除 1 ppm, 

4-29


而在換氣率 8 ach 時則無去除效果。因此 , 由背景實驗結果得知 , 單使用空 

氣處理設備的風車換氣率作用搭配觸媒的吸附 , 對於檢切室中各氣相污染物 

之去除效果並不明顯。 

表 4.11 設備結合觸媒處理各濃度之變化 

(a) 實驗參數 : 溫度 23℃ 相對溼度 59% 

風車風量 0.18 m 3 /s 換氣率 8 ach 觸媒量 100g 

監測項目處理前處理後去除率 (%) 

甲醛 2.7 ppm 2.4 ppm 11.1 

THC 50.2 ppm 43.2 ppm 14.0 

CO 0.44 ppm 0.01 ppm 97.7 

PM 2.5 3.2 µg/m 3 2.2 µg/m 3 31.2 

PM 10 5.7 µg/m 3 3.2 µg/m 3 43.8 

(b) 實驗參數 : 溫度 22℃ 相對溼度 60% 

風車風量 0.36 m 3 /s 換氣率 16 ach 觸媒量 100g 


甲醛 1.7 ppm 1.4 ppm 17.6 

THC 21 ppm 18 ppm 17.1 

4-30


TVOC (ppm) 

5.0 

4.5 

4.0 

3.5 

3.0 

2.5 

2.0 

1.5 

1.0 

0.5 

0.0 

5.0 

4.5 

4.0 

3.5 

3.0 

2.5 

2.0 

1.5 

1.0 

0.5 

0.0 

(a) 

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 

(b) 

未開機 

未開機 

開機中 

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 

Time (min) 

開機中 

圖 4.17 設備結合觸媒處理處理 TVOC 濃度之變化 

(a) 換氣率 8 ach (b) 換氣率 16 ach 

4.12.2 設備換氣率 8 ach 結合觸媒 100g 催化臭氧處理之影響 

控制換氣率 8 ach( 風量 0.18 m 3 /s), 觸媒濾網觸媒填充量 100g, 為了解 

不同臭氧進流濃度處理效果及殘餘臭氧量 , 首先調整臭氧產生機產生三種不 

同臭氧進流濃度 , 分別為 17.2 ppm、6.7 ppm 及 3.4 ppm。觀察表 4.12 實 

驗結果 , 經過一小時的處理 , 對於甲醛之去除率皆可達 85% 以上 , 主要原因 

乃甲醛為一雙鍵之分子結構 , 分子小且結構簡單 , 且甲醛經由臭氧氧化的中 

間產物多為酸類及無機類 ( 甲酸及 CO) 的小分子 , 容易被觸媒催化臭氧產生之 

氫氧自由基更進一步氧化為 CO 2 , 可使甲醛的 THC 去除率達 44~54%。然而 , 

針對 TVOC 去除而言 ( 如圖 4.18 ),a、b 及 c 三種臭氧濃度分別可去除 1.3 

ppm、0.7 ppm 及 1 ppm。由此可知 , 臭氧進流濃度的增加對於檢切室的 THC 

及 TVOC 之去除效果有限 , 推測原因由於供應過多臭氧分子反而會與觸媒催 

4-31


化臭氧所產生的氫氧自由基反應進而形成抑制作用 , 造成氫氧自由基濃度減 

少 , 使得檢切室中所存在大分子揮發性有機物 ( 甲苯、二甲苯 ) 不易去除 , 因此 

導致去除效果無法有效提升且去除效率變差。此外 , 進流臭氧濃度增加會產 

生大量殘餘臭氧濃度造成二次污染 , 故考慮各污染物去除效率與殘餘臭氧濃 

度 , 因此在臭氧進流濃度 3.4 ppm 為最佳之操作條件 , 並作為後續長時間測 

試之操作參數。 

4-32


表 4.12 設備於一小時處理各濃度之變化 

(a) 實驗參數 : 溫度 22℃ 相對溼度 56% 風量 0.18 m 3 /s 換氣率 8 ach 

觸媒量 100g 臭氧進流濃度 3.4 ppm 殘餘臭氧濃度 1.9 ppm 


甲醛 1.7 ppm 0.2 ppm 88.2 

THC 43.9 ppm 20.2 ppm 53.8 

CO 2.1 ppm 2.1 ppm - 

PM 2.5 2.6 µg/m 3 1.6 µg/m 3 38.4 

PM 10 5.2 µg/m 3 1.8 µg/m 3 65.3 

(b) 實驗參數 : 溫度 21℃ 相對溼度 63% 風量 0.18 m 3 /s 換氣率 8 ach 



甲醛 1.5 ppm 0.2 ppm 86.6 

THC 24.4 ppm 13.1 ppm 46.3 

CO 2.2 ppm 2.3 ppm - 

PM 2.5 1.35 µg/m 3 0.98 µg/m 3 27.4 

PM 10 2.3 µg/m 3 1.2 µg/m 3 47.8 

(c) 實驗參數 : 溫度 22℃ 相對溼度 57% 風量 0.18 m 3 /s 換氣率 8 ach 



甲醛 2.8 ppm 0.1 ppm 96.4 

THC 38.1 ppm 21.1 ppm 44.7 

CO 0 0 - 

PM 2.5 2.8 µg/m 3 2.7 µg/m 3 3.5 

PM 10 4.1 µg/m 3 3.4 µg/m 3 17.0 

4-33


TVOC (ppm) 

3.0 

2.5 

2.0 

1.5 

1.0 

0.5 

0.0 

3.0 

2.5 

2.0 

1.5 

1.0 

0.5 

0.0 

4.0 

3.5 

3.0 

2.5 

2.0 

1.5 

1.0 

0.5 

0.0 

(a) 

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 

(b) 

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 

(c) 

未開機 

未開機 

未開機 

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 

Time (min) 

開機中 

開機中 

開機中 

圖 4.18 設備於一小時處理 TVOC 濃度之變化 ( 換氣率 : 8 ach, 觸媒量 : 100g) 

(a) 臭氧濃度 3.4 ppm (b) 臭氧濃度 6.7 ppm (c) 臭氧濃度 17.2 ppm 

4.12.3 設備換氣率 8 ach 結合觸媒 200g 催化臭氧長時間測試 

控制換氣率 8 ach( 風量 0.18 m 3 /s), 並將觸媒填充量增為 200g, 期望觸 

媒量的增加能分解更多臭氧分子並降低殘餘臭氧濃度 , 臭氧進流濃度 3.4 ppm 

為上節實驗之最佳操作參數 , 結果如表 4.13 所示。由於觸媒量的增加使得分 

解臭氧量大幅上升 , 因此殘餘臭氧濃度明顯下降 , 也相對增加臭氧分解成氫 

氧自由基的濃度 , 對於甲醛及 THC 的去除率方面亦可提升至 94.1、50.7%, 

而且在 TVOC 處理方面 ( 如圖 4.19), 此處理程序能將 TVOC 去除 3.91 ppm, 

可符合環保署室內空氣 TVOC 濃度建議值 (3 ppm) 的範圍內。此外 , 此次測試 

的殘餘臭氧濃度雖然有明顯的降低 , 卻仍有 0.18 ppm, 未能符合 OSHA( 美 

國職業安全衛生署 ) 勞工在作業場所 8 小時所暴露的平均臭氧濃度不可高於 

0.10 ppm 之規範。 

4-34

表 4.13 設備於長時間處理各濃度之變化 


實驗參數 : 溫度 23℃ 相對溼度 58% 風量 0.18 m 3 /s 換氣率 8 ach 



甲醛 3.4 ppm 0.2 ppm 93.7 

THC 20.5 ppm 10.1 ppm 50.7 

6.0 

5.5 

未開機 

TVOC (ppm) 

5.0 

4.5 

4.0 

3.5 

3.0 

2.5 

2.0 

1.5 

1.0 

0.5 

開機中 

0.0 

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 

Time (min) 

圖 4.19 設備於長時間處理 TVOC 濃度之變化 

( 換氣率 : 8 ach, 觸媒量 : 200g, 臭氧進流濃度 3.4 ppm) 

4.12.4 設備換氣率 16 ach 結合 100g 觸媒催化臭氧處理之影響 

換氣率控制在 16 ach( 風量 0.36 m 3 /s), 觸媒濾網觸媒填充量 100g, 分 

別調整三種臭氧進流濃度為 4.1 ppm、2.5 ppm 及 1.1 ppm, 其結果如表 4.14 

所示 , 發現甲醛及 THC 的去除率隨著臭氧進流濃度的增加而相對提升 , 然 

而 , 當臭氧進流濃度為 4.1 ppm, 對於甲醛及 THC 的處理效果並不會明顯增 

加 , 而且殘餘臭氧濃度卻反而提高為 2.8 ppm。此外 , 由圖 4.20 可知 , 當風 

4-35


量為 0.36 m 3 /s 時 ,a、b 及 c 三組不同臭氧進流濃度分別可去除 1.3 ppm、 

3.44 ppm、2.2 ppm 之 TVOC, 此結果顯示換氣率增加乃提升 THC 及 TVOC 

去除效率的主要關鍵。然而 , 增加臭氧進流濃度對於污染物去除的效果卻相 

當有限。因此經由上述不同操作條件測試結果 , 本研究將選擇換氣率 16 

ach( 風量 0.36 m 3 /s) 及臭氧進流濃度 2.5 ppm 作為較佳之操作條件 , 並作為 

後續長時間測試之主要控制參數。 

4-36


表 4.14 設備於一小時處理各濃度之變化 

(a) 實驗參數 : 溫度 21℃ 相對溼度 65% 風量 0.36 m 3 /s 換氣率 :16 ach 

觸媒量 100g 臭氧進流濃度 :1.1 ppm 殘餘臭氧濃度 0.5 ppm 


甲醛 1.9 ppm 0.9 ppm 52.6 

THC 25.2 ppm 17.8 ppm 29.3 

CO 2.2 ppm 2.5 ppm - 

(b) 實驗參數 : 溫度 21℃ 相對溼度 65% 風量 0.36 m 3 /s 換氣率 16 ach 



甲醛 3.1 ppm 0.4 ppm 87.1 

THC 26.4 ppm 9.9 ppm 62.3 

CO 2.1 ppm 2.3 ppm - 

PM 2.5 5.1 µg/m 3 3.3 µg/m 3 35.2 

PM 10 14.2 µg/m 3 15.4 µg/m 3 - 

(c) 實驗參數 : 溫度 21℃ 相對溼度 65% 風量 0.36 m 3 /s 換氣率 16 ach 



甲醛 2.4 ppm 0.5 ppm 79.1 

THC 34.3 ppm 14.4 ppm 58.0 

CO 3.4 ppm 3.4 ppm - 

PM 2.5 4.4 µg/m 3 1.1 µg/m 3 75 

PM 10 14.4 µg/m 3 2.5 µg/m 3 82.6 

4-37


TVOC (ppm) 

3.0 

2.5 

2.0 

1.5 

1.0 

0.5 

0.0 

5.6 

4.8 

4.0 

3.2 

2.4 

1.6 

0.8 

0.0 

4.8 

4.0 

3.2 

2.4 

1.6 

0.8 

0.0 

(a) 

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 

(b) 

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 

(c) 

未開機 

未開機 

未開機 

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 

Time (min) 

開機中 

開機中 

開機中 

圖 4.20 設備於一小時處理 TVOC 濃度之變化 ( 換氣率 : 16 ach, 觸媒量 : 100g) 

(a) 臭氧濃度 1.1 ppm (b) 臭氧濃度 2.5 ppm (c) 臭氧濃度 4.1 ppm 

4.12.5 設備換氣率 16 ach 結合 200g 觸媒量催化臭氧長時間測試 

控制換氣率 : 16 ach ( 風量 0.36 m 3 /s), 觸媒填充量增為 200g, 將臭氧進 

流濃度設為 2.5 ppm 最佳操作濃度 , 經過六小時處理時間 , 結果如下表 4.15 

所示 , 發現處理過程中可完全氧化去除甲醛 , 而且 THC 有相當高去除率 

75%, 殘餘臭氧濃度符合 OSHA 規定之濃度 0.1 ppm。此外 , 由下圖 4.21 顯 

示 , 針對 TVOC 而言 , 整個長時間去除率皆能維持 80% 以上 , 就整體測試而 

言 , 此組實場測試結果比條件為『換氣率 8 ach / 觸媒 200g / 臭氧濃度 3.4 ppm』 

去除效果更佳。因此 , 本團隊將針對此組測試數據進行後續風險評估、CADR 

值比較及操作成本的估算。 

4-38

表 4.15 設備於長時間處理各濃度之變化 


實驗參數 : 溫度 23℃ 相對溼度 58% 風量 0.36 m 3 /s 換氣率 16 ach 

觸媒量 200 g 臭氧進流濃度 2.5 ppm 殘餘臭氧濃度 0.08 ppm 


甲醛 4.2 ppm 0 ppm 100 

THC 57.2 ppm 14.1 ppm 75.3 

6.0 

5.5 

未開機 

TVOC (ppm) 

5.0 

4.5 

4.0 

3.5 

3.0 

2.5 

2.0 

1.5 

1.0 

0.5 

開機中 

0.0 

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 

Time (min) 

圖 4.21 設備於長時間處理 TVOC 濃度之變化 

( 換氣率 : 16 ach, 觸媒量 : 200g, 臭氧進流濃度 2.5 ppm) 

4-39


4.13 實場空氣設備處理系統風險評估 

針對上述最佳操作測試的結果 , 將甲醛及臭氧經過處理前及處理後之濃 

度進行相關風險評估 , 由表 4.16 可看出未處理前之甲醛背景濃度在急性及慢 

性之健康風險指數是呈現偏高的狀態 , 而且會有終身致癌的風險。然而 , 經 

過本研究開發的實場空氣設備處理後之甲醛濃度可以降為 0 ppm, 因此能降 

低此氣體對人體帶來的致癌風險。對於處理過程中所使用進流臭氧經由氧化 

反應物及觸媒分解後 , 其殘餘臭氧對於人體的急性健康風險指數是屬於偏低 

的。 

表 4.16 甲醛及進流臭氧處理前後之風險評估 

Scenario 

急性健康風險指數 

(>1 及表示偏高 ) 

慢性健康風險指數 


終身致癌風險 

( 一般可接受範圍為 10 -4 ~10 -6 ) 

Formaldehyde Before 54.7 1714.3 1.92 E-03 

After 0 0 0 

ozone Before 27.2 

After 0.9 

4.14 最佳條件測試結果 V.S. 環保署室內空氣品質建議值 

在控制操作參數『換氣率 16 ach/ 觸媒量 200g/ 臭氧進流濃度 2.5 ppm』 

的條件下 , 可以完全去除檢切室內甲醛濃度 , 而且對於 TVOC 濃度可處理至 

0.7 ppm, 皆可符合環保署室內空氣品質之建議值 ( 甲醛為 0.1 ppm,TVOC 

為 3 ppm), 而且懸浮微粒 PM 10 及 PM 2.5 之背景值濃度皆在室內空氣品質規 

範內。此外 , 殘餘臭氧 0.08 ppm 可符合勞工在作業場所 8 小時所暴露的平均 

臭氧濃度不可高於 0.10 ppm OSHA( 美國職業安全衛生署 ) 的規定 , 對於環保 

4-40


署建議臭氧值第一類為 0.03 ppm 之規定未能符合 , 因此建議後續可再增加觸 

媒填充量或是增加一段熱處理程序 , 以求能分解更多殘餘臭氧分子 , 使其濃 

度降至 0.03 ppm 以下。 

4.15 實場空氣設備處理系統 V.S. 市售空氣清淨機 

CADR(Clean Air Delivery Rate) 表示空氣濾淨量 , 即每分鐘空氣濾淨設 

備能製造的乾淨空氣量 ( 立方公尺 / 分鐘 ), 藉由 CADR 差異可以用於評估不 

同空氣清淨設備之性能優劣。因此 , 本研究以最佳操作條件之 TVOC 濃度作 

圖 ( 如圖 4.22 ), 發現 TVOC 最佳 CADR 值為 2.048 m 3 /min, 而且甲醛 CADR 

值為 5.9 m 3 /min。比較表 4.17, 本團隊所研發之空氣設備處理系統與市售空 

氣清淨機 , 發現揮發性有機氣體去除率及 CADR 值皆優於目前市售產品 , 而 

且此設備之最大處理風量及處理對象 ( 甲醛及 TVOC) 明顯不同於一般市售之 

空氣清淨機。 

7 

TVOC(ppm) 

6 

5 

4 

3 

2 

1 

y = 5.9425e -0.0256x 

R 2 = 0.9817 

臭氧進流濃度 2.5 ppm 

指數 ( 臭氧進流濃度 2.5 ppm) 

0 

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 

Time (min) 

圖 4.22 TVOC 之 CADR 測試變化圖 (Air flow: 0.36 CMS, 

FeOOH: 200 g,O 3 : 2.5 ppm,ka: 0.0256,CADR: 2.048 m 3 /min) 

4-41


4-42


4-43


4.16 系統設備操作成本 

4.16.1 電力及耗材成本 

為觸媒高級氧化空氣清淨設備的電力及耗材成本如表 : 

表 4.18 觸媒高級氧化空氣清淨設備的電力及耗材成本 

A. 電力成本 

數量用量單位耗電量 (KWh) 使用率 (%) 總用電量 *(Kwh) 

風車 (CMH) 2 10.0 0.02 0.80 0.30 

控制 1 1 0.1 1.00 0.10 

臭氧機產生系統 (g/hr) 1 1.0 0.02 1.00 0.02 

合計 0.42 

單位電力費用 (NT/kwh) 1.8 

平均一年費用 (NT/year) $1,633 

B. 耗材成本 

數量用量單位成本 (NT/ 片 ) 費用 (NT/year) 

濾網 1 1 6000 6000 

合計 6000 


每年操作成本 (NT/year) $7,633 

Require( 總用電量 )*= Unit x Spec x Unit Power x Efficient (%) 

4-44

第五章結論 


5.1 結論 

根據實驗室小型處理系統 , 其結論如下 : 

1. 臭氧單獨氧化甲醛及甲苯氣體 , 在固定氣體進流量 1500 ml/min( 停留時 

間 48 s), 甲醛及甲苯初始濃度配置 5±0.2 ppm, 改變不同臭氧進流濃度對 

甲醛及甲苯去除影響 , 實驗結果顯示 : 每莫耳臭氧可去除 0.25 莫耳甲醛及 0.06 

莫耳甲苯。此外 , 由於甲苯帶有環狀結構 , 臭氧難以直接氧化 , 而且中間產 

物二甲苯、乙基苯、苯甲醛、苯甲酸及順丁烯二酸酣會消耗臭氧劑量 , 故相 

同臭氧進流濃度甲苯去除率不如甲醛佳。 

2. 改變臭氧停留時間對於甲醛及甲苯反應之關係 , 在固定氣體進流量 1500 

ml/min( 停留時間 48 sec), 為使臭氧停留時間增長為 96 sec 及 144 sec, 並 

在實驗設備後端加裝臭氧反應槽 , 針對甲醛而言 ( 臭氧進流濃度為 60.3 

ppm), 在不同臭氧停留時間的去除率皆為 100%, 而且當臭氧停留時間增為 

3 倍時甲醛 THC 去除率僅由 45% 增為 58% 效果不明顯。反觀 , 甲苯於臭氧 

進流濃度為 120.7ppm, 臭氧停留時間 144 sec, 則可去除甲苯 46.8% 及其 

THC 35%, 故增加臭氧停留時間對甲苯之 THC 去除有明顯的效果。 

3. 分析觸媒之基本特性與結構 , 由 XRD 圖譜與 JCPDS 資料庫標準圖譜比 

對判斷後 , 主要成分應為 FeOOH 型態的單水氧化鐵 , 而且觀察觸媒 XRD 圖 

譜上的波峰強度強表示觸媒晶格完整。觸媒之 BET 2.58 m 2 /g, 並且經由臭氧 

異相催化之觸媒 , 對於比表面積並無明顯變化。在 SEM 結果顯示 : 觸媒表面 

5-1


所含許多大小孔洞呈現不規則棉絮狀 , 而且實驗中所使用的 Iron Oxide 

Hydroxide 包含多種不同結晶相的單水氧化鐵 , 因此顆粒形狀及大小較不具一 

致性 , 顆粒尺寸約為 1~4 µm。由觸媒的 EDS 圖譜發現觸媒 Iron Oxide 

Hydroxide 的主要成分為鐵和氧原子。 

4. 單一觸媒程序對甲醛及甲苯吸附能力測試 , 實驗結果發現 : 當甲醛及甲 

苯初始濃度為 5±0.2 ppm( 觸媒停留時間約 2 秒 ); 顆粒觸媒及觸媒濾網兩者對 

於甲醛及甲苯吸附能力有限 , 兩者吸附率皆為 10~20% 之間 ; 而且其 THC 去 

除率介於 10~15%。此外 , 測試觸媒分解臭氧能力 , 其分解能力主要由觸媒 

填充量而定 , 其每 g 觸媒約可分解 1.3~2 ppm 的臭氧。 

5. 利用改變不同操作參數以獲得最佳操作條件 , 經由實驗測試發現 : 當甲 

醛濃度 5±0.2 ppm 之處理組合參數為『雙面觸媒濾網 (35 g) / 臭氧劑量 60±1 

ppm / 相對溼度 72%』, 可完全去除甲醛而且其 THC 去除率為 76%, 測試過 

程中殘餘臭氧濃度降為 0 ppm, 此程序為甲醛之最佳操作條件。相對甲苯而 

言 , 當甲苯濃度為 5±0.2 ppm 之處理組合參數為『雙面觸媒濾網 (35 g) / 臭氧 

劑量 120±1 ppm / 相對溼度 72%』, 甲苯的去除率為 56% 而且其 THC 去除率 

為 44%, 實驗過程中有殘餘臭氧濃度 19 ppm, 此程序為甲苯之最佳操作條 

件。 

根據實場空氣處理設備系統 , 其結論如下 : 

1. 單獨使用空氣處理設備的風車及觸媒程序 , 改變不同的換氣率 8 ach ( 風 

量 0.18 m 3 /s) 及換氣率 16 ach ( 風量 0.36 m 3 /s), 並添加觸媒量 100g, 由實 

驗結果發現換氣率的增加 , 對於甲醛及甲醛之 THC 的濃度無明顯去除之效 

5-2


果 , 去除率僅為 11.1~17.6%, 針對 TVOC 而言 ; 在換氣率 16 ach 約可去除 

1ppm, 而換氣率 8 ach 則無明顯去除效果。此外 , 病理科之檢切室 CO 本身 

背景濃度低 , 反應前後濃度無明顯差別 , 由於本研究的空氣處理設備有加裝 

HEPA 在檢切室室內空氣微粒 PM 2.5 及 PM 10 可去除 30% 以上。 

2. 在實場空氣處理設備系統中 , 調整不同操作條件 ( 包括換氣率、臭氧進流 

濃度、觸媒濾網觸媒填充量 ), 發現操作參數為『換氣率 16 ach / 觸媒量 200g 

/ 臭氧進流濃度 2.5 ppm』的條件下 , 可完全去除檢切室中甲醛濃度降為 0 

ppm, 而且對於 TVOC 濃度可處理至 0.7 ppm, 此組處理參數為整體實場測 

試中之最佳操作條件。比較環保署室內空氣品質建議值 ( 甲醛 0.1 ppm,TVOC 

3 ppm), 皆能符合環保署規定 , 而且懸浮微粒 PM 10 及 PM 2.5 背景值濃度也都 

在室內空氣品質規範內。此外 , 殘餘臭氧為 0.08 ppm 可符合 OSHA( 美國職 

業安全衛生署 ) 勞工在作業場所 8 小時所暴露的平均臭氧濃度不可高於 0.10 

ppm 的規定。 

3. 評估此實場空氣設備系統處理之風險 ; 針對最佳操作測試結果 : 得知未 

處理前之甲醛的背景濃度在急性及慢性之健康風險指數是呈現偏高狀態 , 而 

且會有終身致癌風險 , 然而 , 經過本研究開發的實場空氣設備系統處理後之 

甲醛濃度降為 0 ppm, 因此能降低此氣體對人體帶來的致癌風險。對於處理 

過程中所使用進流臭氧經由氧化反應物及觸媒分解後 , 其殘餘臭氧對於人體 

的急性健康風險指數是屬於偏低的。 

4. 比較本團隊所研發之空氣設備處理系統與市售空氣清淨機的差異性 , 主 

要在於揮發性有機氣體去除率 88.7% 及 CADR 值 2.048 m 3 /min 皆優於目前市 

5-3


售產品 , 而且此設備之最大處理風量及處理對象 ( 甲醛及 TVOC) 明顯不同於一 

般市售之空氣清淨機。針對每年操作成本 (NT/year) 包括電力及耗材成本的估 

算約為 $7,633 元。 

5-4

參考文獻 

第六章 

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6-7


6-8

• 技術或設備應用推廣可行性評估報告 

( 一 ) 技術 ( 設備 ) 概述 

目前市面所見之空氣淨化設備主要包括以下四類 : 活性碳空氣清淨機、負離子空 

氣清淨機、臭氧空氣清淨機及光觸媒空氣清淨機等 , 儘管上述空氣清淨機皆有特 

定之去除對象與功效 , 但無法兼顧室內空氣品質要求之各項污染物的去除。有鑑 

於此 , 本計畫開發新型臭氧與觸媒高級氧化處理之系統設備 , 利用網狀過濾做為 

前處理單元來處理空氣中細小之微粒與粉塵 , 後端則以臭氧與觸媒表面之作用產 

生氧化力更強之氫氧自由基予以破壞各項空氣污染物 , 並利用觸媒去除殘留之臭 

氧 , 以完全控制室內臭氧濃度為零 , 並提供更多新鮮氧氣。此系統不僅將改善粒 

狀及氣相污染物的處理效果 , 更能解決上述所提到目前普遍使用設備的缺點。 

( 二 ) 環境可行性評估 

比較本團隊最佳條件測試結果與環保署室內空氣品質建議值 ; 在控制操作參數 

『換氣率 16 ach/ 觸媒量 200g/ 臭氧進流濃度 2.5 ppm』的條件下 , 可以完全去 

除檢切室內甲醛濃度 , 而且對於 TVOC 濃度可處理至 0.7 ppm, 皆可符合環保 

署室內空氣品質之建議值 ( 甲醛為 0.1 ppm,TVOC 為 3 ppm), 而且懸浮微粒 PM 10 

及 PM 2.5 之背景值濃度皆在室內空氣品質規範內。此外 , 殘餘臭氧 0.08 ppm 可 

符合勞工在作業場所 8 小時所暴露的平均臭氧濃度不可高於 0.10 ppm OSHA( 美 

國職業安全衛生署 ) 的規定 , 對於環保署建議臭氧值第一類為 0.03 ppm 之規定未 

能符合 , 因此建議後續可再增加觸媒填充量或是增加一段熱處理程序 , 以求能分 

解更多殘餘臭氧分子 , 使其濃度降至 0.03 ppm 以下。 

( 三 ) 技術可行性評估 

評估本團隊實場空氣設備處理系統與市售空氣清淨機之技術 ;CADR(Clean Air 

Delivery Rate) 表示空氣濾淨量 , 即每分鐘空氣濾淨設備能製造的乾淨空氣量 ( 立 

方公尺 / 分鐘 ), 藉由 CADR 差異可以用於評估不同空氣清淨設備之性能優劣。 

因此 , 本研究以最佳操作條件之 TVOC 濃度作圖如下 , 發現 TVOC 最佳 CADR 

值為 2.048 m 3 /min, 而且甲醛 CADR 值為 5.9 m 3 /min。比較表 4.17, 本團隊所

研發之空氣設備處理系統與市售空氣清淨機 , 發現揮發性有機氣體去除率及 

CADR 值皆優於目前市售產品 , 而且此設備之最大處理風量及處理對象 ( 甲醛及 

TVOC) 明顯不同於一般市售之空氣清淨機。 

7 

TVOC(ppm) 

6 

5 

4 

3 

2 

1 

y = 5.9425e -0.0256x 

R 2 = 0.9817 

臭氧進流濃度 2.5 ppm 

指數 ( 臭氧進流濃度 2.5 ppm) 

0 

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 

Time (min) 

TVOC 之 CADR 測試變化圖 (Air flow: 0.36 CMS, 

FeOOH: 200 g,O 3 : 2.5 ppm,ka: 0.0256,CADR: 2.048 m 3 /min) 

( 四 ) 經濟可行性評估 

系統之設備操作成本 ( 包括電力及耗材成本 ), 下表為觸媒高級氧化空氣清淨設 

備的電力及耗材成本 :

觸媒高級氧化空氣清淨設備的電力及耗材成本 

A. 電力成本 

數量用量單位耗電量 (KWh) 使用率 (%) 總用電量 *(Kwh) 

風車 (CMH) 2 10.0 0.02 0.80 0.30 

控制 1 1 0.1 1.00 0.10 

臭氧機產生系統 (g/hr) 1 1.0 0.02 1.00 0.02 

合計 0.42 

單位電力費用 (NT/kwh) 1.8 



數量用量單位成本 (NT/ 片 ) 費用 (NT/year) 

濾網 1 1 6000 6000 

合計 6000 


每年操作成本 (NT/year) $7,633 

Require( 總用電量 )*= Unit x Spec x Unit Power x Efficient (%) 

( 五 ) 預期困難與對策 

由於目前國內對室內空氣品質之要求 , 僅有環保署所訂定的空內空氣品質建議 

值 , 然而對這些有機性空氣污染物未有明確之法規管制標準 , 而且社會大眾對所 

居住的環境及室內工作場所的空氣品質認知相當薄弱 , 造成本技術設備擁有優越 

之處 ( 甲醛與 TVOC 去除能力 ) 反而缺乏優勢。建議未來可針對室內空氣品質 

重要性的宣導說明以及利用法規強制規範污染項目及濃度要求著手 , 不僅有利於 

環境 , 對於商業處理技術的應用亦有明確的驗證依據。 

設備的電力及耗材成本

附件一 

甲醛及甲苯定量定性分析

甲苯檢量線及 HPLC 圖譜 ( 峰值時間 6.902s) 

2500 

2000 

y = 429.93x + 92.159 

R 2 = 0.9937 

面積 Area 

1500 

1000 

500 

0 

0 1 2 3 4 5 6 

濃度 ppm 

15 

Channel A 

A07 

Retention Time 

15 

10 

10 

mAU 

mAU 

5 

5 

0 

1.345 

1.702 

2.628 

3.617 

3.950 

6.902 

0 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 

Minutes

甲醛檢量線及 HPLC 圖譜 ( 峰值時間 5.045s) 

200000 

160000 

面積 area 

120000 

80000 

40000 

y = 11459x + 47070 

R 2 = 0.9995 

0 

0 2 4 6 8 10 12 

濃度 ppm 

Channel A 

A05 


2000 

2000 

mAU 

1000 

5.045 

1000 

mAU 

0 

0.897 

1.037 

1.272 

1.470 

1.993 

2.210 

2.515 

2.823 

3.023 

3.743 

5.870 

6.077 

6.403 

6.693 

7.235 

7.657 

8.018 

9.163 

9.482 

0 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 

Minutes

「觸媒氧化技術淨化室內空氣品質設備之開發計畫」 

逢甲大學創新育成中心審查意見回覆表 

審查委員 : 王所長碧、李教授澤民、陳局長雄文、曹顧問賜卿 

審查委員審查意見答覆意見 

1. 計畫成果似可於短期內技轉謝謝委員指導 , 本計畫將儘早完成技 

委員一 

並應用。 

轉工作及相關應用。 

2. 請補充不織布去除粒狀物之將搜集相關資料後於期中報告呈現。 

效率資料。 

委員二 

1. 本研發技術有助於室內空氣 

品質提升 , 與污染物淨化去 

謝謝委員指導 , 本計畫開發之技術預 

期將有助於室內空氣品質的改善。 

除。 

1. 室內之空氣污染物 - 甲醛、甲 

苯、臭氧。 

謝謝委員指導 , 本計畫主要針對所述 

三種室內空氣品質項目進行分析。 

委員三 

委員四 

2. 希望與空調系統結合達到室 

內空氣品質改善之目的 , 現有之 

空調系統之效率不佳。 

3. 藉由觸媒與臭氧結合產生反 

應 ( 氧化鐵觸媒 ) 

4. 使用對象為公共場所及辦公 

大樓 , 似乎此類場所較少有類似 

問題。 

1. 本計畫之甲醛去除率宜再確 

認。 

2. 未來之實用性及商業化應與 

現有市面產品作比較。 

3. 本案對室內空氣品質改善有 

所助益 , 具有創新性。 

本技術之開發預期可與空調工程結 

合 , 以改善其通風效率與空氣品質。 

觸媒與臭氧技術結合乃本技術之主 

要特點。 

儘管屬於密閉性公共場所或辦公大 

樓之空氣品質項目濃度較低 , 但長期 

處於其環境下仍對健康有負面之影 

響。 

謝謝委員指導 , 甲醛去除率將於後續 

研究及報告中確認。 

本技術之開發結果將與現有市面產 

品進行比較 , 以顯現其實用性與市場 

接受性。 

本技術之開發預期對室內空氣品質 

有助益。

96 年度「環保科技育成中心計畫 - 觸媒氧化技術淨化室內空氣品質設備之開發」 

中區期中審查會議紀錄 

審查委員 : 曹技術顧問賜卿、蘇教授弘毅、李教授漢鏗、謝教授永旭、溫教授志超 


委員一 

1. 3-11 頁之 A 觸媒與 B 觸媒 ( 合作 

廠商之觸媒 ) 比較結果 ,B 觸媒之 

作用較 A 觸媒差 , 故應再說明今 

後持續使用 B 觸媒之理由。 

A 觸媒主要直接購自進口廠商作 

為本研究比較之用 , 雖然有較大之 

比表面積 , 但由於本身造粒並不結 

實 , 購買時形狀為觸媒磚 , 經由破 

碎篩選使用 , 結構脆弱且長時間使 

用易有觸媒粉塵釋出造成污染之 

問題 , 故在期末報告時已將 A 觸 

媒之數據移除。B 觸媒由本實驗合 

作廠商之工廠製造 , 造粒較為結 

實 , 其處理效果亦可符合預期 , 故 

後續實場使用之觸媒皆為 A 觸媒。 

委員二 

2. 建議參考 2-31 頁臭氧在觸媒 

表面上之催化反應機制 , 提出本研 

究所用處媒 Iron Oxyhydroide 與 

甲醛及甲苯之可能反應機制。 

1. 補充說明本項淨化技術與國內 

外最新產品技術之差異程度或領 

先程度。 

2. 觸媒使用時程多久後 , 需要再 

生或更換 ? 是否會有效率下降的 

問題 ? 

3. 微塵是否會降低觸媒的去除效 

率 ? 如何減少微塵粒的汙染 

委員三 1. 期中成果充實感謝委員支持。 

觸媒表面之反應機制請見期末報 

告 2-29 頁圖 2.3 及 2.4 所示。除 

此之外 , 臭氧及自由基於氣相介質 

之化學反應亦是可能之途徑。 

本計畫所研發之淨化技術為臭氧 

異相催化觸媒系統 , 此方法不同於 

一般市售空氣淨化機 ( 處理室內甲 

醛效果僅 10~20 %, 且僅針對一 

種污染物 ), 更能改善粒狀及氣相 

污染物的處理效果 , 且分析現有研 

發設備的智慧財產權 , 並無相同或 

相關之方法及設備。 

由於觸媒使用壽命取決於室內空 

氣處理量及濃度 , 而其實際變化性 

相當大 , 且添加臭氧進行反應可延 

長觸媒使用壽命 , 據合作廠商在其 

它應用領域之經驗 , 預估應可維持 

一年的使用效率與觸媒更新。。 

本計畫實廠設備在進氣口處會加 

裝過濾器 , 將室內空氣的微粒經由 

濾網過濾 , 以減少微塵之影響。

委員四 

委員五 

2. 實驗室實驗流程中 , 臭氧進流 

量是由臭氧產生機製造臭氧所 

得。但是 , 貴團隊的臭氧產生機的 

臭氧濃度為 5~6 %( 重量百分 

率 ), 最大產生量為 9 g/hr。如此 

的製造臭氧量 , 如何達到報告中臭 

氧進流濃度 7.92 mg/l 、 30.4 

mg/l、46.4 mg/l、60 mg/l, 建議 

能在實驗流程中詳細說明如何控 

制達到臭氧進流濃度。 

3. 臭氧 / 觸媒對甲醛及甲苯去除 

率 , 似乎均很不錯 ; 但是 , 整個反 

應機制 , 建議能完全掌握 , 避免去 

除甲醛及甲苯 , 卻產生另一種污染 

物質 ( 如簡報中的中間產物 ) 

1. 針對截至期中報告為止所得到 

的執行成果 , 均有相當完整而深入 

的討論與分析。 

2. 對於臭氧氧化污染物與觸媒分 

解臭氧的兩段式反應程序中 , 建議 

分別對兩段處理單元所測得之臭 

氧與污染物 ( 甲醛 ) 濃度變化加以 

探討 , 以釐清各段之反應量。 

3. 附錄中之甲苯濃度檢量線漏列 

座標說明 , 請加以補充。 

4. 模場設備中之過濾器擬規劃配 

置於進口端或是出口端 , 請再加以 

考量。 

1. 期中報告對於室內空氣品質、 

空氣清淨機及臭氧觸媒反應等之 

文獻回顧詳實。實驗方法描述清 

晰。 

本研究針對改變臭氧產生濃度主 

要是調整臭氧產生機面板電流強 

弱控制鈕開關。 

甲醛氧化分解後之產物為結構簡 

單之小分子量物種 , 故能有效被氧 

化而去除 (THC 去除率 

60~70%); 由於甲苯屬於芳香族 

有機物 , 氧化後應有更多中間產物 

的形成 , 其 THC 去除率介於 

40~50% 之間 , 顯示其中間產物之 

抗氧化力較甲醛之中間產物強。其 

中間產物是否造成另一種形式空 

氣污染 , 應持續進行分析與調查 , 

惟目前並無相關管制規範。 

感謝委員支持。 

由於臭氧氧化甲醛之速率相當快 

速 , 幾乎所有的甲醛可再臭氧反應 

段被完全分解 , 後端觸媒床則與殘 

留之臭氧反應產生氧化力更強之 

自由基來降解甲醛氧化後之中間 

產物 , 以有效降低 TVOC, 且有效 

提供分解殘餘臭氧之功效。 

已補充於期末報告附錄中。 

本研究之實場設備於入口端加裝 

網狀過濾裝置 , 以降低微塵粒子通 

過而影響觸媒分解效率。出口端亦 

設置 HEPA 過濾裝置 , 主要著眼 

於空氣中微細粒狀物質 (PM 10 及 

PM 2.5 ) 之去除。 

感謝委員支持。

2. 本開發中設備於空氣淨化程序 

中之設置位置規劃為何 ? 單位體 

積空氣淨化之成本概算為何 ? 

3. 觸媒之老化問題如何 ? 壽命長 

短如何 ? 可否再生 ? 

4. 圖 4.10 之吸收臭氧量對觸媒量 

測試之說明補充。其機制為分解或 

吸附 ? 

本設備主要在醫院檢切室進行測 

試 , 分析項目請詳見期末報告 

4-21 頁。單位體積氣體之操作成 

本概算約 NT$0.00088 元 (per m 3 ) 

同委員二第二問題之答覆。 

Goethite 觸媒之成本單價不算 

高 , 應無商業化再生之價值 , 且該 

廢棄觸媒為一相當安定之物質 , 可 

進行直接掩埋。 

其機制應以吸附及分解作用同時 

進行。 

5. 圖 4.12 甲苯於 18 Hr 後轉換 

率降至 80 餘 %, 實務上如何因 

應 ? 

由於甲苯不易被臭氧分子直接氧 

化 , 故實務上可利用臭氧 / 觸媒產 

生氫氧自由基的方式來進行去 

除。惟增加去除率之考量可再增加 

觸媒床之停留時間與有效接觸表 

面積。 

6. 是否曾進行專利之蒐尋 ? 本計畫已蒐尋過相關專利地圖 , 皆 

與本技術及設備開發無相同之 

處 , 因此 , 開發成功後將可申請新 

型方法及設備。 

7. 建議進行殘除 O 3 之空白試 

驗。 

本實驗已針對殘餘的臭氧進行空 

白實驗

96 年度「環保科技育成中心計畫 - 觸媒氧化技術淨化室內空氣品質設備之開發」 

期末審查會議紀錄 

審查委員 : 曹技術顧問賜卿、陳局長雄文、李教授澤民、章教授裕民、江教授康鈺、謝教 

授子陽、阮技監國棟 


1. 執行成果良好 , 已符合「創新育感謝委員肯定。 

成」之研發目標 , 並已提出實場 

的測試結果可供參考。 

2. 實驗作到 16 ach 之換氣率似乎 

與一般空調狀況不同 , 宜就實際 

的 ach 推估本技術的處理成效。 

根據營建署建築技術規則 , 一般醫 

院空間如候診室 , 在設置機械通風 

設備的通風換氣量須大於 15 ach 

以上 , 而且在辦公室的通風換氣量 

則為 8 ach, 因此本研究將實場設 

備的換氣率設為 8 及 16 ach 進行 

測試分析。 

委員一 

委員二 

3. 報告中的 TVOC 與 THC 是否一 

致 , 建議宜釐清。 

4. 臭氧的殘留量應就勞安衛生條 

件限制 , 並非用量高甲醛處理成 

效高即可 , 建議仍應考量實務面 

的問題。 

5. 實驗採樣方法應依相關 SOP 執 

行 , 並有 QA/QC 確認。( 否則氣 

體洩漏足以造成濃度偏低情形 ) 

1. 本計畫已確實應用於實場應用 

及設備開發 , 成果值得肯定 , 符 

合原承諾事項。 

2. 針對觸媒反應後材料回收率、如 

何處理、觸媒再使用率、觸媒更 

換率等 , 建議放入成本考量表格 

內 , 則本計畫貢獻度提昇。 

在期末報告 4-29 頁中說明 TVOC 

( 總揮發性有機碳 ) 主要以甲苯為 

主的濃度表示 ,THC( 總碳氫化合 

物 ) 則使用甲烷為濃度表示方式。 

由於室內臭氧濃度建議值為 0.03 

ppm, 本研究所殘留之臭氧為 0.08 

ppm, 後續將增加觸媒填充量 , 以 

求能分解更多殘於臭氧濃度而能 

符合室內臭氧濃度值 , 解決在實務 

方面殘餘臭氧濃度之問題。 

實驗室分析採樣方法皆參考環保 

署所公告之標準方法 , 對於實場採 

樣分析方面 , 除了環保署方法之 

外 , 並且使用甲醛、TVOC 偵測儀 

器作為濃度互相比對 , 且採長時間 

即時偵測 , 避免造成單點濃度偏差 

情形。 

感謝委員肯定。 

目前預計觸媒使用年限為ㄧ年 , 其 

更換成本已列入文中的操作成 

本。使用的觸媒為鐵基觸媒 , 反應 

後屬一般事業廢棄物 , 因此現階段 

未考慮回收再利用。

3. 本研究是否與現有技術進行比 

較 , 更能凸顯本計畫特點 , 另外 

本技術或設備是否有限制性 , 若 

有可於報告中稍作說明。 

4. 建議原委員意見或期中審查意 

見能放入報告附件中。 

請參考期末報告 4-41 頁 , 本技術 

主要針對現有清淨機對有機物處 

理效率較差的問題 , 所作的改進。 

本技術的限制性可能主要是在殘 

留臭氧濃較高 , 且目前推廣的方向 

是以大型場所 , 如醫院和工廠。而 

對一般家庭或小型場所 , 需作進一 

步的研發及測試。 

遵照委員意見辦理 

委員三 

委員四 

1. 凱特利斯公司原已有一些業 

務 , 參與本計畫前後業務有何不 

同 , 請就技術或業務量 ( 營業額 ) 

等方式說明今年計畫之貢獻度或對 

未來業務之影響。 

1. 本計畫研究之對象甲醛外 , 另一 

項為甲苯 , 但在後續討論又以 

TVOC 及 THC 之方式呈現 , 可否說 

明。 

2. 由於濕度對去除率有影響 , 對不 

同空間不同濕度下之影響為何 ? 

目前業務主要以觸媒生產、廢水處 

理和水回收 , 及特殊氣體處理為 

主。未來部份業務亦將室內空氣清 

淨機納入推廣 , 可擴展本公司觸媒 

的應用發展的方向 , 希望因該技術 

的開發能增加每年數十萬的營業 

額。 

由於配合環保署的空氣品質建議 

值中的甲醛及 TVOC 測定項目 , 

而且 TVOC 主要以甲苯為主的濃 

度表示 , 至於 THC 則是作為各揮 

發性有機氣體經由氧化後中間產 

物生成情形的參考值。 

濕度為本技術影響因子之一 , 增加 

相對濕度會增加有機物去除率 , 但 

濕度大於 40%, 其影響較小。由於 

目前的應用對象為醫院或大型場 

所 , 這些場所大多裝有空調設備 , 

濕度變化不大。 

3. 殘留臭氧之預防機制 ? 臭氧的消耗與有機物關係較少 , 主 

要是因為觸媒量及濾網流速。因此 

將增加觸媒量及降低濾網流速 , 確 

保臭氧完全消耗 , 而無殘留的問 

題。 

4. 換氣率達 16 ach、最大處理風量 

21.6 m 3 /min 是否有能源過度消耗 

之問題。 

未來將嘗試降低風量 , 提高處理效 

率 , 以減少能源過度消耗。

1. 由表 4.4 與表 4.5, 臭氧去除甲 

苯之效率較甲醛低 , 實場為何不做 

甲苯去除之試驗。 

由於在實場部份中所測得的 

TVOC 主要以甲苯為主的濃度表 

示 , 且在現場採樣揮發性氣體種類 

繁多 , 較不易單獨採甲苯之氣體。 

此外配合環保署室內空氣建議值 

之測定項目甲醛及 TVOC, 因此選 

定 TVOC 替代甲苯的表示。 

委員五 

2. 臭氧產生機可否依污染物 ( 甲醛 

或甲苯 ) 濃度不同而自動調整其產 

生量 , 以減少觸媒之用量與臭氧殘 

餘量 , 降低操作成本。 

3. 有無需要裝置空氣中臭氧之監 

控設備 , 以確保符合室內空氣品質 

之需求。 

4. 請將此空氣品質淨化設備適用 

之場所或地點作較詳細與清楚之陳 

述 , 以利此一技術之推廣與應用。 

1. 本計畫達成預期效益。感謝委員肯定。 

本團隊曾考慮增設甲醛及甲苯的 

偵測器 , 但相對將提高成本 , 目前 

擬將以量身訂做之產品 , 專為每個 

場所空間揮發性有機物的背景濃 

度 , 選擇最適臭氧處理濃度 , 以減 

少觸媒之用量與臭氧殘餘量 , 降低 

操作成本。 

根據目前處理設備而言 , 所產生殘 

餘臭氧濃度低 , 本研究將增加觸媒 

填充量以求完全分解臭氧 , 方能符 

合環保署室內空氣臭氧建議值 , 又 

可解決設置空氣中臭氧之監控設 

備。 

本團隊開發空氣品質淨化設備目 

前主要處理對象為醫院、傢俱及工 

廠室內場所可能產生較高濃度之 

揮發性有機氣體 , 與一般市售家庭 

使用小型空氣清淨機有所不同。 

委員六 

2. 本計畫之觸媒加上臭氧之空氣 

清淨設計對甲苯之清除率不及對甲 

醛效率 , 尤其是臭氧殘餘問題仍尚 

待解決 , 未來可由觸媒量或再加上 

第二觸媒來解決。 

本研究將委員此提議作為後續設 

備改良之參考。

96 年度「挑戰二 00 八 : 國家發展重點計畫」 

期末成果報告 

計畫名稱 : 觸媒氧化技術室內空氣品質設備之 

開發 

主管機關 : 行政院環境保護署 

執行單位 : 逢甲大學創新育成中心 

國發編號 :EPA-96-04-003

計畫名稱 : 觸媒氧化技術室內空氣品質設備之開發 

主管部會 : 行政院環境保護署 


凱特利斯科技股份有限公司 

96 年計畫金額 : 新台幣參佰伍拾萬元整 

( 補助經費壹佰柒拾伍萬元 ; 自籌款壹佰柒拾伍萬元 ) 

全程計畫金額 : 新台幣參佰伍拾萬元整 

( 補助經費壹佰柒拾伍萬元 ; 自籌款壹佰柒拾伍萬元 ) 

壹、執行成果 ( 投入成本 / 產出之績效成果 ) 

本計畫先期於實驗室進行相關測試的工作 , 經分析方法確認、小型實驗設備建造、 

最佳操作條件確認等 , 可以針對室內空氣中含有甲醛、甲苯及 TVOC 達到一定的去 

除效率。後期乃建立實場級規模之室內空氣淨化處理設備 , 並進行某家醫院檢切室 

之現場實際操作 , 結果亦顯示對於甲醛、甲苯及 TVOC 有害氣體的處理 , 其處理後 

之濃度皆能符合環保署室內空氣品質建議之規範。預期本研發技術將能成功運用於 

室內空氣中含有甲醛、甲苯及 TVOC 的處理 , 其產出績效將遠高於本計畫之投入成 

本 ( 壹佰柒拾伍萬政府補助款及壹佰柒拾伍萬合作廠商研發支出 )。 

貳、工作進度情況 

一、敘明本項計畫可評量之績效項目 

本計畫目前已分別完成實驗室及實場之測試 , 未來將針對實驗室之研究成果陸續發 

表於國際期刊並藉由參加會議來增加國際能見度。另外 , 本研究已進行實場的組裝 

測試 , 研發技術及參數已於本計畫期末報告提出 , 其處理成效及成本顯示本技術具 

有一定的市場競爭力 , 未來將更有助於室內空氣中所含揮發性有機物 ( 甲醛、甲苯 ) 

處理設備之普及。 

二、期末完成之工作在全年計畫中之重要性 

本計畫在期末報告完成主要實驗室甲醛、甲苯的測試與分析 , 且利用期中報告實驗 

室所得之測試參數 , 以探討不同處理程序 ( 臭氧結合觸媒 ) 之處理成效 ; 並依室內空 

氣處理量適用之系統 , 評估此實場設備所需成本 , 進而增加未來市場推廣可行性。 

三、資源運用情形 ( 人力、經費使用之情況 ) 

本計畫之研發投入人力合計為 8 人 , 包括計畫主持人、協同主持人、專任助理研究 

員、碩士研究員、碩士班研究生等。目前在經費使用方面 , 政府補助款已支用達 

100%, 合作廠商亦已支用約 100%。

參、計畫之實際執行與預期工作之差異分析 

本計畫實際執行內容與預期工作並無任何差異。 

肆、計畫發展之重點技術 ( 或措施 ) 與國際之比較 

由於國人生活水準普遍提升 , 對於室內空氣品質的要求日益增加 , 甲醛及甲苯等揮 

發性氣體在近年來已被發現會影響身體健康 , 且可能具有致癌性 , 而這些有機性空 

氣污染物主要來自建築物室內建材與塗料所釋放。目前市面所見之空氣淨化設備主 

要包括以下四類 : 活性碳空氣清淨機、負離子空氣清淨機、臭氧空氣清淨機及光觸 

媒空氣清淨機等 , 儘管上述空氣清淨機皆有特定之去除對象與功效 , 但無法兼顧室 

內空氣品質要求之各項污染物的去除。有鑑於此 , 本計畫開發新型臭氧與觸媒高級 

氧化處理之系統設備 , 此系統不僅將改善粒狀及氣相污染物的處理效果 , 更能解決 

上述所提到目前普遍使用設備的缺點。本研究之發展主要針對改善國內室內空氣 ( 揮 

發性有害氣體 ) 對人體健康造成的影響 , 提供解決室內空氣品質之設備與技術 , 並期 

望在考量經濟效益與環境品質間取得平衡。 

伍、目前所遭遇之困難與因應對策 

由於目前國內對室內空氣品質之要求 , 僅有環保署所訂定的空內空氣品質建議值 , 

然而對這些有機性空氣污染物未有明確之法規管制標準 , 而且社會大眾對所居住的 

環境及室內工作場所的空氣品質認知相當薄弱 , 造成本技術設備擁有優越之處 ( 甲 

醛與 TVOC 去除能力 ) 反而缺乏優勢。建議未來可針對室內空氣品質重要性的宣導 

說明以及利用法規強制規範污染項目及濃度要求著手 , 不僅有利於環境 , 對於商業 

處理技術的應用亦有明確的驗證依據。 

陸、已有之重大突破及影響 

本計畫主要針對實驗室之模擬室內空氣甲醛及甲苯利用臭氧及觸媒進行氧化處理 , 

並瞭解此兩種氣體對臭氧反應情形及觸媒分解臭氧之能力 , 且將技術設備規模再擴 

大 , 進行實際醫院檢切室室內空氣的處理與驗證。本研究已建立此技術的重要參數 , 

未來將可透過產學推廣的方式來有效減低國內室內空氣污染對人體健康造成影響的 

問題。

預定進度及查核點 

一、契約書中計畫預定進度及查核點 

預定進度 : 

月次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 

工作內容項目年別 96 96 96 97 97 97 97 97 97 97 97 

月份 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 

1. 文獻資料收集分析 

2. 實驗室及處理系統之組裝與 

測試 

3. 實驗室模擬室內空氣有機組 

成成分分析與比較 

4. 實驗室處理系統之操作參數 

確認與程序因子最佳化分析 

5. 實場基本設計 

6. 期中報告 

7. 實場製作 

8. 實場試車及測試 

9. 期末報告 

預定進度累積百分比 (%) 8 15 24 32 40 50 60 70 80 90 100 

查核點預定完成時間查核點內容說明 

1. 實驗室空氣分析方 

法之確認 

96.11 包括甲醛 , 甲苯、臭氧、總碳氫化合物濃度 (THC) 

2. 實驗室級設備組裝 97.01 

實驗室小型系統之建置與組合 ( 包括有機氣體產生 

裝置、臭氧接觸單元、觸媒接觸氧化單元 )。 

3. 實驗室處理系統之 

包括溫度、溼度、氣體流量比、反應停留時間、氧 

操作參數確認與程 97.02 

化劑添加劑量比、觸媒填充劑量等。 

序因子最佳化分析 

4. 實廠基本設計圖 97.04 實廠 PFD、PID、控制及 layout 圖 

5. 實廠設備 97.05 整體設備照片及操作手冊 

6. 實廠試車及實際污 

染源測試報告 

97.07 

逢甲大學新建教學大樓或中部某醫院之實際測試結 

果。 

備註 : 一、上表須經執行單位確認 , 並明訂於契約書中。二、期中、期末應明列查核 

重點。

二、實際預定進度及查核點說明 

契約書之預定進度累積百分比 

(%) 

100 實際執行進度 

(%) 

100 

工作內容項目 

實際執行情形 

差異分析 ( 打 √) 

符合 

落後超前 

落後原因 

困難檢討及 

對策 

預計改善完 

成日期 

確認分析方法良好 √ 

組裝實驗室級設備良好 √ 

建立最佳操作條件良好 √ 

實廠設計與製作良好 √ 

查核點預定完成時間查核點內容說明 

期中報告 97.03 處理系統之操作參數確認與程序因子最佳化分析 

M 

期末報告 97.08 實場操作及成本分析 

M 

備註 : 上表於期中、期末審查時 , 由執行單位提出實際執行情形 , 明列於報告中 , 做為審查 

依據。

行政院環境保護署 

96 年度「環保科技育成中心計畫」 


期末報告 

逢甲大學創新育成中心 

97 年 09 月 02 日 

簡報內容 

逢甲大學 

研究緣起 

研究方法 

結果與討論 

結論 

2

研究緣起 

逢甲大學 

室內空氣污染物分類 

氣狀污染物 :CO、CO 2 、甲醛、總揮發性有機物 (TVOC) 及臭氧 

粒狀污染物 : 非生物性粒子 ( PM 10 、 PM 2.5 ) 

生物性粒子 ( 細菌、真菌 ) 

甲醛污染物來源 

室外來源、燃燒及烹煮行為、 

建築裝潢材料及生活用品、 

辦公室事務機四大類。 

甲苯污染物來源 

車內、屋內家具裝潢中的黏著劑、 

雷射印表機及影印機等 

室內空氣污染物來源 

資料來源 : 工研院能環所 

3 

研究緣起 

‣ 甲醛及甲苯基本特性 

名稱 

分子式 

氣體密度 

沸點 

溶解度 

濃度規範 

甲醛 

formaldehyde 

CH 2 

O 

1.03 

-19.5℃ 

55 g/ 100ml ( 水 ) 

最高容許濃度 

1 ppm 

逢甲大學 

甲苯 

toluene 

C 6 

H 5 

CH 3 

0.86 

110.6℃ 

54 mg/ 100 ml ( 水 ) 

八小時日時量平均容許濃度 

100 ppm 

濃度 (ppm) 

甲醛對人體健康效應 

濃度 (ppm) 

甲苯對人體健康效應 

0.1-0.3 

最低觸發刺激量 

50 

輕微嗜睡和頭痛 

0.8 

臭味 

100 

引起疲勞和暈眩 

1-2 

微量刺激性 

200 

眼花、麻木和輕微噁心 

2-3 

眼鼻喉部刺激 

500 

引起精神混亂和不協調 

4-5 

10-20 

黏膜刺激不自主流淚 

具撕裂感的嚴重燒灼感 , 咳 

嗽 , 僅能容忍幾分鐘 

1000 

抑制中樞神經系統導致無意 

識死亡 

50-100 

5~10 分鐘內產生重傷害 

4

研究緣起 

項目 

二氧化碳 (CO 2 

) 

一氧化碳 (CO) 

甲醛 (HCHO) 

總揮發性有機化合物 

(TVOC) 

細菌 (Bacteria) 

真菌 (Fungi) 

粒徑小於等於 10 微米 

(μm) 

之懸浮微粒 (PM 10 

) 

粒徑小於等於 2.5 微米 

(μm) 

之懸浮微粒 (PM 2.5 

) 

臭氧 (O 3 

) 

溫度 (Temperature) 

8 小時值 

8 小時值 

1 小時值 

1 小時值 

最高值 

最高值 

24 小時值 

24 小時值 

8 小時值 

1 小時值 

建議值 

第 1 類 

第 2 類 

第 1 類 

第 2 類 

第 1 類 

第 2 類 

第 2 類 

第 1 類 

第 2 類 

第 1 類 

第 2 類 

第 1 類 

600 

1000 

2 

9 

0.1 

3 

500 

1000 

1000 

60 

150 

100 

0.03 

0.05 

15 至 28 

逢甲大學 

室內空氣品質建議值 ( 環保署 94.12.30 公告 ) 

* 第 1 類係對於室內空氣品質有特別需求場所採用較嚴格數值 

* 第 2 類則係指一般大眾聚集之公共場所及辦公大樓 

單位 

ppm( 體積濃度百萬分之一 ) 




CFU/m 3 ( 菌落數 / 立方公尺 ) 

CFU/m 3 ( 菌落數 / 立方公尺 ) 

μg/m 3 ( 微克 / 立方公尺 ) 

μg/m 3 ( 微克 / 立方公尺 ) 


℃( 攝氏 ) 

5 

研究緣起 

逢甲大學 

面臨問題 

臭氧式 / 負離子式 

高密度濾綱式 

光觸媒式 

活性碳濾網 

優點 

可去除臭味、細菌可去除微粒、微生物 

可去除臭味、細菌 

可去除 VOC 

缺點 

噪音 

保養 

價格 

運作費用 

臭氧會有超出國家 

安全標準對人體有 

害 , 且無法有效去 

除 VOC 及微粒效率 

對小粒徑的細菌去除 

率差 , 且無法去除 

VOC 及臭味 

較小 

較大 

不須特別保養及換需定時更換濾網 

濾網 

平 

中等 

平 

高 

去除微粒效率差 , 因去除微粒效率 

處理時間短 , 處理效差 , 且對小分子 

率差 

有機物效率差 , 

長期使用易滋生 

細菌 

無聲 

較大 

需定時更換紫外光燈 , 需定時更換濾網 

一般比較貴 

貴 

中等 

平 

高 

6

研究緣起 

逢甲大學 

開發一套結合吸附、化學氧化及觸媒的技術 , 

產生強氧化劑氫氧自由基 (OH radical) 

將污染物氧化 , 最後形成二氧化碳、水 

有效破壞空氣中污染物 ( TVOC 、甲醛及臭氧等 ) 

O 3 

H + HO 3 • OH• O 2 

……… 

O 3 or OH• 

A• 

Me red OH 

H 2 O 

Me red •A 

desorption 

OH• 

generation 

Me ox OH 

+ 

oxidation by 

an electron 

transfer 

organics 

adsorption 

AH 

Me ox A 

H 2 O 

臭氧結合觸媒表面反應之機制 

7 

研究方法 

逢甲大學 

實驗室 

整 

體 

研 

究 

架 

構 

模場 

8

研究方法 

逢甲大學 

室 

內 

空 

氣 

污 

染 

實 

場 

測 

試 

最佳化分析 

1. 測試結果分析檢討 

2. 實場硬體最佳化 

3. 吸收條件最佳化 

4. 氧化條件最佳化 

O 3 

氧化測試 

1. 進氣量 

2. O 3 

進流濃度 

3. O 3 

殘餘濃度 

O 3 

/ 觸媒異相催化測試 

1. 觸媒濾網觸媒填充量 

2. O 3 

殘餘濃度 

實廠測試 

1. 換氣率 ach 

2. 甲醛、TVOC、THC 

3. CO、CO 2 

4. PM 10 

、PM 2.5 

5. CADR 值 

9 

研究方法 

逢甲大學 

分 

析 

方 

法 

‣ 甲醛 : 空氣中氣態之醛類化合物檢驗方法 (NIEA.A705.11c) 

- 以 DNPH 衍生物之高效能液相層析測定法。 

‣ 甲醛偵測儀 : 此偵測儀為英國 CITY 公司製造 , 以甲醛氣體校 

正合格。 

‣ 甲苯 : 空氣中之氣態苯類檢驗方法 - 以甲醇吸收液之高效能 

液相層析測定法分析之。 

甲醛 HPLC 圖譜 

甲苯 HPLC 圖譜 

Channel A 

A05 


15 

Channel A 

A07 


15 

2000 

2000 

10 

10 

mAU 

1000 


mAU 

1000 

mAU 

mAU 

5 

5 

0 

0.897 

1.037 

1.272 

1.470 

1.993 

2.210 

2.515 

2.823 

3.023 

3.743 

5.870 

6.077 

6.403 

6.693 

7.235 

7.657 

8.018 

9.163 

9.482 

0 

0 

1.345 

1.702 

2.628 

3.617 

3.950 

6.902 

0 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 

Minutes 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 

Minutes 

條件 

氣體 

分析管柱 

UV 波長 

管柱流速 

(ml/min) 

移動相 

波峰 

(min) 

甲醛 

Supelco 516 C-18 

365 nm 

1 

乙晴 (65%)/ 試劑水 (35%) 

5 

甲苯 

Supelco 516 C-18 

254 nm 

1 

甲醇 (75%)/ 試劑水 (25%) 

6.9 

10

研究方法 

逢甲大學 

實 

驗 

室 

小 

型 

空 

氣 

淨 

化 

反 

應 

系 

統 

1. 空氣鋼瓶 

2. 過濾裝置 

3. 浮子流量計 

4. 甲醛及甲苯產生裝置 

5. 穩定槽 

6. 甲醛偵測儀 

7. 取樣口 

8. 文氏管 

9. 臭氧混合管 

10. 臭氧 / 觸媒反應槽 

11 

研究方法 

風險評估之流程圖 

逢甲大學 

危害鑑定 

劑量反應評估 

標的物 

( 甲醛、VOCs) 

資料收集 

毒性評估 

接觸強度 

風險特徵描述 

暴露評估 

( 使用前後 ) 

12


逢甲大學 

‣ 臭氧濃度效應 

( 甲醛 ) 

120 

100 

1400 

1200 

去除率 (%) 

80 

60 

40 

甲醛 

THC 

殘餘臭氧 

1000 

800 

600 

400 

殘餘臭氧濃度 (ppm) 

20 

200 

0 

0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 

0 

( 甲苯 ) 

去除率 (%) 

100 

80 

60 

40 

臭氧進流濃度 (ppm ) 

甲苯 

THC 

殘餘臭氧 

1400 

1200 

1000 

800 

600 

400 


20 

200 

0 

0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 

0 

臭氧進流濃度 (ppm ) 

13 


逢甲大學 

‣ 臭氧停留時間的影響 

( 甲醛 ) 

臭氧停留時間 (sec) 

( 甲苯 ) 

48 

96 

144 

臭氧停留時間 (sec) 

48 

96 

144 

實驗參數 : 溫度 28.5℃ 相對溼度 55% 

臭氧進流濃度 60.3 ppm 甲醛初始濃度 (5±0.2 ppm) 

甲醛去除率 (%) 

100 

100 

100 

實驗參數 : 溫度 28.2℃ 相對溼度 57% 

臭氧進流濃度 120.74 ppm 甲苯初始濃度 (5±0.2 ppm) 


34.1 

35.6 

46.8 

THC 去除率 (%) 

45 

52 

58 


10 

17 

35 


38.3 

33.2 

31.3 


82 

75 

67 

14


逢甲大學 

‣ 觸媒特性 

Goethite 觸媒之基本特性分析 ( 比表面積 2.58 m 2 /g) 

5500 

晶相結構與 FeOOH 之 XRD 標準圖譜相符 

觸 

媒 

之 

基 

本 

特 

性 

分 

析 

intensity (a.u.) 

5000 

4500 

4000 

3500 

3000 

2500 

0 20 40 60 80 100 

‣ Goethite 觸媒之元素重量分佈 (EDX) 

元素成份 

O 

Na 

Si 

S 

Fe 

wt.(%) 

32.15 

16.08 

2.76 

6.97 

42.04 

Goethite 觸媒之掃描 

式電子顯微鏡 SEM 分析 

結果 ( 上 ) 放大倍率 5 k 

( 下 ) 放大倍率 20 k 

15 

觸 

媒 

對 

有 

機 

物 

及 

臭 

氧 

反 

應 


‣ 觸媒吸附有機物作用 

% 

( 空床停留時間約 2 秒 ) 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

觸媒型態 

空白 ( 無觸媒 ) 

空白濾網 

觸媒濾網 18g 

觸媒濾網 35g 

顆粒觸媒 35g 

0 

甲醛 

甲醛 THC 

甲苯 

甲苯 THC 

雙層觸媒濾網單層觸媒濾網觸媒顆粒 60g 

‣ 觸媒降解氣相臭氧濃度實驗 

臭氧進流濃度 

(ppm) 

112 

113 

112 

110 

112 

臭氧出流濃度 

(ppm) 

110 

112 

76 

65 

63 

逢甲大學 

觸媒對於甲醛或甲苯 , 吸附 

效應皆介於 10~20% 之間 

( 觸媒與臭氧反應式 ) 

≣FeOH/FeO - + O 3 

↔ ≣FeOH (O 3 

) g/≣FeO (O 3 

)g - 

≣FeOH (O 3 

) g/≣FeO (O 3 

)g - ↔ ≣FeO• + •HO 3 

/ •O 

- 

3 

16


逢甲大學 

‣ 臭氧結合觸媒處理甲醛實驗 ( 濕度影響 ) 

A. 觸媒顆粒 35g (Rt = 2 sec) 

臭氧劑量 60±1 ppm (Rt = 96 sec) 

RH=72% 

RH=45% 

RH=25% 

B. 觸媒濾網 35g (Rt = 2 sec) 


RH=72% 

RH=45% 

RH=25% 

C. 觸媒濾網 18g (Rt = 2 sec) 


RH=72% 

RH=45% 

RH=25% 

殘餘臭氧量 (ppm) 

0 

0 

0 


0 

0 

0 


0 

0 

0 


100 

100 

100 


100 

100 

100 


100 

100 

100 


58 

61 

38 


76 

46 

35 


64 

42 

20 

空氣中含有水分情況下可將臭氧催化成 

氫氧自由基 , 一方面提升反應速率以求 

有效去除甲醛中間產物 ,THC 去除率提 

高 ; 另一方面則加速分解殘餘臭氧。 

≣FeOH/FeO - +O 3 

↔ ≣FeOH (O 3 

) g/≣FeO (O 3 

)g - 

≣FeOH (O 3 

) g/≣FeO (O 3 

)g - ↔ ≣FeO• + •HO 3 

/ •O 3 

- 

≣FeO• + H 2 

O →≣FeOH + •OH 

•HO 3 

↔ H+ + •O 3 

- 

•HO 3 

↔ •OH + O 2 

•HO 3- 

+ H 2 

O →•OH + O 2 

+ OH - 

17 


逢甲大學 

‣ 臭氧結合觸媒處理甲苯實驗 ( 濕度影響 ) 

D. 觸媒顆粒 35g (Rt = 2 sec) 



甲苯去除率 (%) 


RH=72% 

34 

45 

37 

RH=45% 

43 

47 

40 

RH=25% 

51 

22 

16 

E. 觸媒濾網 35g (Rt = 2 sec) 





RH=72% 

19 

56 

44 

RH=45% 

27 

41 

30 

RH=25% 

41 

21 

18 

F. 觸媒濾網 18g (Rt = 2 sec) 





RH=72% 

42 

39 

34 

RH=45% 

66 

31 

21 

RH=25% 

84 

18 

13 

18


逢甲大學 

觸媒氧化技術淨化室內空氣品質處理設備示意圖 

出風口 

視窗型控制箱 

觸媒床 / 臭氧產生機 

風扇 

a. HEPA 

b. 觸媒氧化單元 

c. 臭氧產生機 

d. 過濾器 

e. 風扇 

過濾器 

19 


逢甲大學 

現 

場 

作 

業 

人 

員 

工 

作 

情 

形 

及 

空 

氣 

設 

備 

處 

理 

採 

樣 

實 

圖 

設備名稱 

攜帶式微粒監測儀器 

HOBO Temp/RH 

( 室內、外 ) 

IAQ-CALC 

空氣二氧化碳含量分析儀 

( 室內 ) 

IAQ-CALC 

空氣二氧化碳含量分析儀 

( 室外 ) 


(as toluene) 

THC 

( 氣相層析火焰離子化偵測法 ) 

型號 

Model:1.108 

U12-011 

Model:8762- 

M-NA 

Model:8762 

FTVR-01 

GC System 

(Shimadzu 14A) 

20


逢甲大學 

‣ 醫院背景調查 

地點 

注射病房 

重症病房 

檢驗室 

檢切室 

顯微鏡室 

溫度 (℃) 

25 

23.5 

24.5 

24.2 

24.1 

相對溼度 (%) 

59 

57 

55 

58 

56 

TVOC (ppm) 

0.26~0.29 

1.01~1.05 

0.52~0.57 

3.62~3.84 

2.01~2.06 

甲醛 (ppm) 

0 

1.2~1.5 

1.1~1.3 

2.4~2.8 

1.1~1.3 

甲醛 (ppm) 

10 

9 

8 

7 

6 

5 

4 

3 

2 

1 

0 

甲醛 = 1.6 ~ 5.6 ppm 10 TVOC= 2.42 ~ 9.45 ppm 70 

THC= 25 ~ 62 ppm 

65 

9 

06/09 

06/09 60 

06/10 8 

06/10 55 

06/11 

06/11 

06/12 7 

50 

06/12 

06/13 

45 

6 

06/13 

40 

AM:09:00 AM:11:00 PM:14:00 PM:15:30 PM:17:00 

時間 

TVOC (ppm) 

5 

4 

3 

2 

1 

0 

AM:09:00 AM:11:00 PM:14:00 PM:15:30 PM:17:00 

時間 

THC (ppm) 

35 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 

AM:09:00 AM:11:00 PM:14:00 PM:15:30 PM:17:00 

*06.13 中午換藥 ( 月中與月底換藥二甲苯與甲醛 ), 當天濃度比平常高。 

時間 

06/09 

06/10 

06/11 

06/12 

06/13 

21 


逢甲大學 

設備結合觸媒處理各濃度之變化 

(a) 實驗參數 : 溫度 23℃ 相對溼度 59% 

風車風量 0.18 m 3 /s 換氣率 8 ach 觸媒量 100g 

監測項目 

甲醛 

THC 50.2 ppm 43.2 ppm 14.0 

PM 2.5 

3.2 μg/m 3 2.2 μg/m 3 31.2 

PM 10 

5.7 μg/m 3 3.2 μg/m 3 43.8 

(b) 實驗參數 : 溫度 22℃ 相對溼度 60% 

風車風量 0.36 m 3 /s 換氣率 16 ach 觸媒量 100g 

監測項目 

甲醛 

THC 

‣ 換氣率之影響 

處理前 

2.7 ppm 

處理前 

1.7 ppm 

21 ppm 

處理後 

2.4 ppm 

處理後 

1.4 ppm 

18 ppm 

去除率 (%) 

11.1 

去除率 (%) 

17.6 

17.1 

TVOC (ppm) 

5 

4 

3 

2 

1 

未開機 

開機中 

0 

0 

5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 100 

4 未開機 

80 

開機中 

3 

60 

Remonval 

2 

40 % 

1 

去除率 

20 

0 

0 

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 

Time (min) 

去除率 

設備結合觸媒處理處理 TVOC 濃度之變化 

(a) 換氣率 8 ach (b) 換氣率 16 ach 

100 

80 

60 

40 

20 

22

逢甲大學 


‣ 設備換氣率 8 ach 結合觸媒 100g 催化臭氧處理之影響 

設備於一小時處理各濃度之變化 

(a) 實驗參數 : 溫度 22℃ 相對溼度 56% 臭氧進 

流濃度 3.4 ppm 殘餘臭氧濃度 1.9 ppm 

監測項目 

甲醛 

THC 

(b) 實驗參數 : 溫度 21℃ 相對溼度 63% 臭氧進 


監測項目 

甲醛 

THC 

(c) 實驗參數 : 溫度 22℃ 相對溼度 57% 臭氧進 


監測項目 

甲醛 

THC 

處理前 

1.7 ppm 

43.9 ppm 

處理前 

1.5 ppm 

24.4 ppm 

處理前 

2.8 ppm 

38.1 ppm 

處理後 

0.2 ppm 

20.2 ppm 

處理後 

0.2 ppm 

13.1 ppm 

處理後 

0.1 ppm 

21.1 ppm 

去除率 (%) 

88.2 

53.8 

去除率 (%) 

86.6 

46.3 

去除率 (%) 

96.4 

44.7 

TVOC (ppm) 

4 

3 

2 

1 

0 

4 

3 

2 

1 

0 

(a) 

(b) 

(c) 

未開機 

未開機 

開機中 

開機中 

去除率 

去除率 

4 

100 

3 

80 

未開機 

開機中 

60 

2 

40 

1 

去除率 

20 

0 

0 

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 

Time (min) 

設備於一小時處理 TVOC 濃度之變化 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

Remonval % 

23 


逢甲大學 

‣ 設備換氣率 8 ach 結合觸媒 200g 催化臭氧長時間測試 

設備於長時間處理各濃度之變化 

實驗參數 : 溫度 23℃ 相對溼度 58% 臭氧進流濃度 3.4 ppm 殘餘臭氧濃度 0.17 ppm 

監測項目 

處理前 

處理後 

去除率 (%) 

甲醛 

3.4 ppm 

0.2 ppm 

93.7 

THC 

20.5 ppm 

10.1 ppm 

50.7 

6 

100 

未開機 

TVOC (ppm) 

5 

4 

3 

2 

1 

開機中 

去除率 

80 

60 

40 

20 

Remonval % 

0 

0 

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 

Time (min) 

設備於長時間處理 TVOC 濃度之變化 

( 換氣率 : 8 ach, 觸媒量 : 200g, 臭氧進流濃度 3.4 ppm) 

24

逢甲大學 


‣ 設備換氣率 16 ach 結合觸媒 100g 催化臭氧處理之影響 

設備於一小時處理各濃度之變化 

(a) 實驗參數 : 溫度 21℃ 相對溼度 65% 臭氧進 

流濃度 :1.1 ppm 殘餘臭氧濃度 0.5 ppm 

監測項目 

甲醛 

THC 

(b) 實驗參數 : 溫度 21℃ 相對溼度 65% 臭氧進 


監測項目 

甲醛 

THC 

(c) 實驗參數 : 溫度 21℃ 相對溼度 65% 臭氧進 


監測項目 

甲醛 

THC 

處理前 

1.9 ppm 

25.2 ppm 

處理前 

3.1 ppm 

26.4 ppm 

處理前 

2.4 ppm 

34.3 ppm 

處理後 

0.9 ppm 

17.8 ppm 

處理後 

0.4 ppm 

9.9 ppm 

處理後 

0.5 ppm 

14.4 ppm 

去除率 (%) 

52.6 

29.3 

去除率 (%) 

87.1 

62.3 

去除率 (%) 

79.1 

58.0 

TVOC (ppm) 

5 

4 

3 

2 

1 

0 

5 

4 

3 

2 

1 

0 

5 

4 

3 

2 

1 

0 

(a) 

(b) 

(c) 

未開機 

未開機 

未開機 

開機中 

開機中 

開機中 

去除率 

去除率 

去除率 

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 

Time (min) 

設備於一小時處理 TVOC 濃度之變化 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

Remonval % 

25 


逢甲大學 

‣ 設備換氣率 16 ach 結合觸媒 200g 催化臭氧長時間測試 

設備於長時間處理各濃度之變化 

實驗參數 : 溫度 23℃ 相對溼度 58% 臭氧進流濃度 2.5 ppm 殘餘臭氧濃度 0.07 ppm 

監測項目 

處理前 

處理後 

去除率 (%) 

甲醛 

4.2 ppm 

0 ppm 

100 

THC 

57.2 ppm 

14.1 ppm 

75.3 

6 

100 

未開機 

5 

去除率 

80 

TVOC (ppm) 

4 

3 

2 

60 

40 

20 

Remonval % 

1 

0 

開機中 

0 

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 

Time (min) 

設備於長時間處理 TVOC 濃度之變化 

( 換氣率 : 16 ach, 觸媒量 : 200g, 臭氧進流濃度 2.5 ppm) 

26


逢甲大學 

‣ 實場空氣淨化設備 V.S. 市售空氣清淨機 

標示項目 

測試項目 

廠牌 

本計畫 

H 牌 

K 牌 

P 牌 

M 牌 

產品設備及功能描述 

採用 HEPA 濾網、觸媒濾 

網以及臭氧的異相催化氧 

化技術 

採用醫療級 TRUE HEPA 

濾心及活性碳濾網 ; 具一 

般除塵、抗菌、除臭及過 

敏原去除功能。 

採用奈米銀抗菌濾網、光 

觸媒 UV 燈管、醫療級 

HEPA 濾網及高效率活性 

碳脫臭的四合一 

採用醫療級 HEPA 濾網、 

活性碳濾網及負離子設備 

採用 M 牌專利頂級超微米 

濾網 , 可有效濾除小至 0.1 

微米的病菌與過敏原 

適用 

坪數 

( 坪 ) 

10-20 

5-10 

8-12 

12 

3-6 

風速 

段數 

5 

3 

3 

3 

4 

最大處理風量 

(m 3 /min) 

21.6 

2.87 

2.0 

2.8 

NA 

揮發性有機氣體 

去除率 

(%) 

>99 ( 甲醛 ) 

88.7(TVOC) 

92.50 

79.52 

50.38 

30.58 

CADR 

(m 3 /min) 

5.9 


0.433 

0.177 

0.057 

0.024 

27 


逢甲大學 

‣ 實場空氣淨化設備 ( 最佳條件測試結果 ) 風險評估 

Scenario 

甲醛及臭氧處理前後之風險評估 

急性健康風險指數 


慢性健康風險指數 


終身致癌風險 

( 一般可接受範圍為 10 -4 ~10 -6 ) 

Formaldehyde 

Ozone 

Before 

After 

Before 

After 

54.7 

0 

27.2 

0.8 

1714.3 

0 

- 

- 

1.92 E-03 

0 

- 

- 

28


逢甲大學 

‣ 系統設備操作成本 

A. 電力成本 

風車 (CMH) 

控制 

臭氧機產生系統 (g/hr) 

合計 

平均一年費用 (NT/year) 


濾網 

合計 

平均一年費用 (NT/year) 

觸媒高級氧化空氣清淨設備的電力及耗材成本 

數 

量 

2 

1 

1 

數量 

1 

用量 

10.0 

1 

1.0 

用 

量 

1 

單位耗電量 (KWh) 

0.02 

0.1 

0.02 

單位電力費用 (NT/kwh) 

單位成本 (NT/ 片 ) 

6000 

使用率 

(%) 

0.80 

1.00 

1.00 

總用電量 *(Kwh) 

0.30 

0.10 

0.02 

0.42 

費用 (NT/year) 

6000 

6000 

1.8 

$1,633 

$6,000 

每年操作成本 (NT/year) 

$7,633 

29 

結論 

逢甲大學 

實驗室結果 

1. 實驗結果顯示每莫耳臭氧可去除 0.25 莫耳甲醛及 0.06 莫耳 

甲苯。 

2. 單一觸媒程序對甲醛及甲苯 , 吸附率皆為 10~20% 之間。 

3. 當甲醛濃度 5±0.2 ppm 及操作條件為 35 g 觸媒 / 臭氧劑量 

60 ppm / 相對溼度 72% 下 , 可完全去除甲醛 , 且其 THC 去 

除率為 76%, 測試過程中殘餘臭氧濃度為 0 ppm。 

4. 當甲苯濃度為 5±0.2 ppm 及操作條件為 35 g 觸媒 / 臭氧劑 

量 120 ppm / 相對溼度 72% 下 , 甲苯的去除率為 56% 而且 

其 THC 去除率為 44%。 

30

結論 

逢甲大學 

實場設備測試結果 

5. 實場設備測試結果顯示最佳操作條件爲『風量 20 CMM / 觸媒量 

200g / 臭氧進流濃度 2.5 ppm』, 檢切室中甲醛可完全去除 , 去 

除率 >99% 及 CADR 值 5.9 m 3 /min 。TVOC 濃度可處理至 0.7 

ppm, 去除率 87.7% 及 CADR 值 2.048 m 3 /min 。 

6. 甲醛、TVOC、懸浮微粒 PM 10 及 PM 2.5 背景值濃度 , 皆能符合環 

保署室內空氣品質建議規定。此外 , 殘餘臭氧為 0.07 ppm, 對 

於環保署建議臭氧值第一類為 0.03 ppm 未能符合 , 因此建議後 

續再增加觸媒填充量或是增加熱處理程序 , 使其殘餘臭氧濃度 

為 0.03 ppm 以下。 

7. 實場空氣淨化設備 ( 最佳條件 ) 風險評估顯示 , 經設備處理後之 

甲醛濃度降為 0 ppm, 必能降低甲醛對人體帶來的致癌風險。 

8. 經濟成本分析顯示每年操作成本 (NT/year) 包括電力及耗材成本 

的估算約為 $7,633 元。 

31 

逢甲大學 

簡報完畢 

敬請指教 

32

行政院環境保護署 96 年度委託研究計畫執行摘要 

( 請本署委託單位撰寫計畫之具體應用情形 , 以 A 4 一頁為原則 , 於結案時影送主秘室及科顧室 ) 

計畫名稱 : 觸媒氧化技術淨化室內空氣品質設備開發 

計畫執行期程 :96 年 11 月 19 日至 97 年 09 月 18 日 


計畫主持人 : 吳俊哲 


( 補助經費壹百柒拾伍萬元 ; 自籌經費壹百柒拾伍萬元 ) 

執行摘要 : 本計畫之執行主要分為兩個主要單元 , 第一階段為實驗室的甲醛及 

甲苯基本分析工作與臭氧觸媒程序之操作條件測試 , 以獲得最佳化處理之參數 , 

並據以建立實際設備可應用之技術相關資料。實驗結果顯示 : 發現甲醛最佳操作 

參數為濃度 5±0.2 ppm 之處理程序『雙面觸媒濾網 (35g) / 臭氧劑量 60±1 ppm 

/ 相對溼度 72%』, 可 100% 去除甲醛及其 THC 去除率為 76% 且無殘餘之臭氧濃 

度。相對甲苯而言 , 當甲苯濃度 5±0.2 ppm 最佳處理程序為『雙面觸媒濾網 (35g) 

/ 臭氧劑量 120±1 ppm / 相對溼度 72%』, 甲苯去除率為 56% 而且其 THC 去除率 

為 44%, 殘餘臭氧濃度 19 ppm。第二階段為實場空氣處理設備測試 , 本團隊至 

台中 XX 醫院進行勘查。經過實際調查 : 此醫院病理科之檢切室中有保存檢體的 

甲醛 ( 福馬林 ) 以及使用甲苯、二甲苯等有機溶劑 , 且背景濃度中的甲醛高達 1.6 

ppm 及 TVOC 都在 2.5 ppm 之上 , 因此檢切室為本團隊處理對象。本研究經由 

不斷測試 , 最終發現處理檢切室室內空氣的最佳操作參數為『換氣率 16 ach / 

觸媒量 200 g / 臭氧進流濃度 2.5 ppm』, 經過六小時長時間處理可去除檢切室中 

甲醛濃度降為 0 ppm, 而且對於 TVOC 濃度可處理至 0.7 ppm, 皆能符合環保 

署室內空氣品質建議值 ( 甲醛 0.1 ppm,TVOC 3 ppm), 其殘餘臭氧濃度為 0.08 

ppm 可符合 OSHA( 美國職業安全衛生署 ) 勞工在作業場所 8 小時所暴露的平均臭 

氧濃度不可高於 0.10 ppm 的規定。本研究依據實場測試結果評估健康風險之危 

害 : 報告中指出經由空氣設備系統處理後之甲醛濃度降為 0 ppm, 因此能降低此 

氣體對人體帶來的致癌風險 , 對於殘餘的臭氧濃度經由觸媒催化分解後對人體的 

急性健康風險指數是屬於偏低的 , 針對每年操作成本 (NT/year) 包括電力及耗材 

成本的估算約為 $7,633 元。就整體而言 : 本團隊所研發之空氣設備處理系統與 

市售空氣清淨機的差異性 , 主要在於揮發性有機氣體去除率 88.7% 及 CADR 值 

2.048 m 3 /min 皆優於目前市售產品 , 而且此設備之最大處理風量及處理對象 ( 甲 

醛及 TVOC) 明顯不同於一般市售之空氣清淨機 , 對於環保署可提供處理室內空 

氣污染物 ( 甲醛及 TVOC) 另一新技術 , 加強有效改善室內空氣品質 , 方能維護 

人體健康。 

承辦處 ( 室、所 ) 主管簽名 :

行政院環境保護署「96 年度環保科技育成中心計畫」 

一、報告格式 

項 

結案報告確認表 

1. 封面是否註明計畫名稱、計畫編號、「行政院環境保護署委 

託研究」或「行政院環境保護署編印」字樣 ( 計畫執行單位、 

計畫執行人員、計畫執行期間及印製年月 ) 

2. 書脊是否註明計畫名稱及「行政院環境保護署」之字樣 ? 

3. 封底是否註明「本報告係受託單位或計畫主持人個人之意 

見 , 僅供本署施政之參考」、「本報告之著作財產權屬 ( 委 

辦者 ) 所有 , 非經 ( 委辦者 ) 同意 , 任何人均不得重製、仿 

製或其他之侵害」及圖書統一標號 ? 

二、報告內文 

4. 是否已撰寫報告基本資料表 ? 

5. 是否已撰寫完整摘要 ? 

(1) 中英文計畫摘要 ( 簡要版 , 各約三至五百字 ) 

(2) 成果摘要 ( 詳細版 , 約四千至一萬字 ) 

6. 是否已撰寫目錄 ?( 含章節目錄、圖表目錄及附件目錄 ) 

7. 是否依規定撰寫前言 ( 報告於前言或緣起內應述明計畫由來 

及目的、執行進度、經費及各重要工作要項負責執行之人員 

資歷與專長 ) 

8. 是否依規定撰寫結論與建議 ? 

9. 計畫內若有統計實證是否已述明其操作型定義、問卷架構、 

方法、回收率、有效度及可信度 ( 無統計實證者免填 ) 

10. 計畫若有採樣分析 , 記錄是否完整 ?( 無採樣分析者免填 ) 

11. 對檢測數據是否已深入探討數據對於環境或研究主題以及政 

策上之意義 ( 無檢測數據者免填 ) 

12. 涉及對事實判斷者 , 是否確實掌握相關資訊 ( 無涉事實判斷 

者免填 ) 

13. 應用模式推估之計畫 , 是否述明模式原理、採用參數及原始 

資料等 ( 無應用模式推估者免填 ) 

14. 報告附錄是否依契約齊備 ( 例如 : 調查問卷、本署審議意見 

及研究主持人之修正說明、各項座談會紀錄、出國訪問報告、 

相關統計資料、法規及文件等重要資料 ) 

目 

業務主管 

受委託人 

單位複評 

自評 ( 符 

( 符合者 

合者打 ) 

打 )

三、本計畫應繳交文件 

15. 計畫報告紙本 (10) 冊及未設密碼之電子檔 (word 檔或 PDF 

檔 ) 三份 

16. 中英文計畫摘要紙本及 word 電子檔 ( 簡要版 ,300-500 字 ) 

17. 成果摘要紙本及 word 電子檔 ( 詳細版 ,4,000-10,000 字 ) 

18. 計畫成果效益自評表紙本及 word 電子檔 ( 非科技計畫者免填 ) 

19. 重要成果效益報告 ( 依國科會要求填報 , 非科技計畫者免填 ) 

20. 計畫執行摘要表 ( 如附件 , 以 A4 一頁為原則 , 應經委託單位 

主管簽名認可 , 結案時影印送主秘室及科顧室 ) 

四、其他 

21. 期末報告審查會議紀錄影本 

22. 期末報告書一本 ( 呈核時須檢附 ) 

23. 金額在一百萬元以上者 , 如結案併同辦理撥款時 , 須檢附勞 

務結算驗收證明書 

24.(1) 計畫執行期限截止日期 

(2) 期末報告初稿送署日期 

(3) 期末報告審查會日期 

(4) 期末報告會議紀錄發文日期 

(5) 期末報告修正本送署日期 

(6) 期末報告本署核可日期 

(7) 正式報告送署日期 

(8) 本署認可日期 

25. 計畫成果是否已於本署「環境資訊蒐集及審查系統」完成登 

錄及審查 ( 請會監資處查驗 ) 

26. 研究報告結案後寄送指定寄存圖書館 ( 名單洽綜計處 , 共 32 

處 ; 中央圖書館二份 ) 

27. 研究報告電子檔送國科會科資中心二份 ( 非科技計畫者免送 ) 

28. 研究報告全文電子檔 (Word 或 PDF) 及報告定稿紙本各一份 , 

送科顧室制作光碟 ( 非科技計畫者免送 ) 

 

 

 

09 月 18 日 

08 月 25 日 

09 月 02 日 

09 月 09 日 

09 月 12 日 

月日 

月日 

月日 

月日 

月日 

月日 

月日 

月日 

月日 

月日 

月日 

計畫單位主管 :_____________ 科長 :______________ 承辦人 :______________

EPA-96-04-003 - è¡æ¿é¢ç°å¢ä¿è­·ç½²

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