綠色化學創意競賽： 花蓮高工學生研究二氧化錳的回收再利用 陳弘欽、詹秉澄、陳昭華、黃玄智* 國立花蓮高級工業職業學校化工科 *hale@msg.hlis.hlc.edu.tw n  教師指導心得 學生在11月底興奮地傳了簡訊告訴我（通訊作者）：「老師，我們綠色化學（減毒減量）專題製作獲獎了，謝謝老師！」，雖然僅是短短的得一句話，卻難以掩蓋學生獲獎的喜悅，以及被肯定的鼓勵，相信這對這群參與製作的學生絕對是正向的加分。擔任化學化工科的教師以來，一直以將學生所學的專業知識能應用在實驗上，並培養學生發現問題和解決問題的科學能力，作為教學最重要的理念，只要學生願意，一定盡全力協助到底。 花蓮高工化工科的學生是一群學業知識刺激較少、但非常純樸的孩子，除了入學的PR值明顯不如西部的學生之外，接受外來資訊的刺激亦是不夠，導致研究的主動性及積極度低落，需要老師更多的關注和協助。這一次有機會參加第一屆綠色化學（減毒減量）的專題競賽就是一種肯定，能獲獎更是加倍的鼓勵。但一路走來：搜尋資料、實驗研究、數據整理、結果呈現、與全國好手同台切磋，最後上台一起領獎，整個過程清楚地看見學生快速的成長與進步，積極參與實驗及研究（見圖一），這對學生來說絕對是一次成功的經驗，對指導老師而言亦是一次難得進化成長的機會。    圖一：參與學生認真研究討論實驗情況（相片人物：陳弘欽、詹秉澄） n  設計理念與研究 一、  得獎作品 l   作品名稱：真的不要把我丟掉！雙氧水分解實驗中催化劑二氧化錳的回收再處理。 l   參賽學生：陳弘欽、詹秉澄、陳昭華；指導教師：黃玄智。 l   得獎名次：高工組綠色化學（減毒減量）創意競賽銅牌獎。 二、  設計理念 利用二氧化錳催化雙氧水產生氧氣的實驗，是在學習化學知識中第一個接觸催化反應，利用二氧化錳在反應中擔任催化劑加速雙氧水分解為氧氣和水，但經實驗的結果及其他的參考文獻資料顯示，使用過的二氧化錳再次催化雙氧水產生氧氣的效能會變得非常差，因此使用過的二氧化錳往往不被再次使用，而直接依實驗室廢棄物管理規則以重金屬丟棄規定棄置。 而二氧化錳被歸類為「催化劑」，催化劑定義為在某反應步驟中參與反應，形成中間產物後，在接下來的步驟中又變回原物質。所以完成催化反應後催化劑的質量及組成理論上是不會改變的。就是這點讓我們感到好奇，既然它是催化劑那為什麼重複使用後催化效果會差距那麼大？所以我們對此來設計此次的實驗。 三、  實驗原理 過氧化氫可自發地分解而生成水和氧氣，反應式如式[1]所示。 雖然二氧化錳可以當此反應的催化劑，加快生成氧氣的速率，但是經過我們實驗後發現二氧化錳在催化過後再次進行催化的反應效能就會大幅下降，所以我們針對要如何回覆二氧化錳催化雙氧水效能這一點來設計實驗。其中有加入酸、鹼、還原劑、氧化劑到反應裡，有在二氧化錳催化雙氧水完後，用各種不同藥品清洗二氧化錳等。最後發現酸會抑制反應、鹼可以增快反應，而用酸來洗過二氧化錳後也可以有效的使二氧化錳回覆效能。 四、  研究過程 實驗一：探討二氧化錳未處理就回收使用的次數與雙氧水生成氧氣速率的關係 1.        實驗器材：錐形瓶（100 mL）、量筒（2000 mL）、攪拌器、磁石、鐵架、固定夾、塑膠管、塑膠盤， 2.        架設實驗裝置如圖二所示。 圖二：二氧化錳催化雙氧水實驗裝置 3.        秤取0.3克的二氧化錳和3克的雙氧水（35％）。 4.        置入二氧化錳到有側管錐形瓶中，放入磁石，加入10 mL的去離子水，開啟攪拌機，加入3克的雙氧水後迅速蓋上橡皮塞。 5.        計錄時間和氧氣生成的體積。 6.        待反應完成後，把瓶內的液體倒入蒸發皿內，潤洗乾淨。 7.        加熱蒸發皿內液體，剩少許後放入105度℃的烘箱內，烘半小時，回收二氧化錳。 8.        重複實驗4次，取4次實驗的平均值。 9.        取第一次實驗回收的二氧化錳，重複4次步驟3.~7.。 10.    […]