腐植酸之結構差異對六價鉻催化還原反應之影響
黃詩文鄒裕民
中興大學土壤環境科學系
摘要
本研究分別使用不同地區來源的腐植酸，對六價鉻進行光催化還原反應，並利用13C核磁共振光譜圖等定性分析結果,區分出不同來源的腐植酸其芳香性碳與脂肪性碳的比例，找出腐植酸在構造上的差異，對光催化還原六價鉻所造成的影響。研究發現，腐植酸還原六價鉻主要貢獻的官能基為芳香性官能基；並與暗反應比較得知，光可催化腐植酸移除六價鉻，此反應以還原為主，但也有少部分的六價鉻被吸附在腐植酸上而未被還原。
前言
土壤中的有機質約有85%為腐植物質，腐植物質又可以依酸鹼性質的差異區分出腐質素、黃酸、腐植酸。而腐植酸富含官能基團，在自然水體中，常扮演一重要的陽離子與微量金屬離子之吸附劑(Tipping, 2002)。腐植酸具有的芳香性官能基已被證實可吸收高能量的紫外線，當腐植酸吸收光源後，會產生生命周期相當短暫的激態分子，當激態分子在衰退的過程中，它會與其他物質產生交互作用，達成能量的傳遞以及催化還原無機物的還原反應。因此本實驗利用UV-light 作為催化反應中的光能，提供物質間電子傳遞時的能量需求，透過腐植酸將光能轉變為電能與化學能，催化還原六價鉻，因此腐植酸的官能基種類將會影響到所需光源的波長大小。故在本研究中將以芳香族與脂肪族為一區別腐植酸的基本架構，探討其主要的官能基團對六價鉻的催化還原轉變能力，以及這兩個腐植酸基本架構對催化還原反應之影響。
材料與方法
使用兩種不同來源的腐植酸，分別來自於市售的腐植酸(Aldrich HA，AHA) ，與利用國際腐植質學會（IHSS ）所建議的方法，從陽明山土壤中萃取與純化腐植酸（YHA ）。並利用固態13C 核磁共振光譜、元素分析等定性方法鑑定腐植酸之主要結構。再將已知結構之不同來源腐植酸，在pH4的環境下，背景容液為0.001 M KCl和200 mg L-1 HgCl 2，在UV 光下對六價鉻進行光催化還原反應，另外進行動力實驗之暗反應作為對照組，動力實驗結束後使用DPC 比色法測定溶液中六價鉻殘留的濃度
。
圖一、陽明山土壤萃取腐植酸（YHA Aldrich 腐植酸（AHA ）之固態13C 光譜圖
Aldrich：市售Aldrich 腐植酸
表一、陽明山腐植酸（YHA）和市售Aldrich腐植酸（AHA）之13C核磁共振光譜圖中含碳官能基之分佈率及其芳香性、脂肪性及其元素分析結果
alkyl aromati carbonyl aromaticity aliphaticity
C
H
N
O
H/C
O/C
c
---------------------------%-----------------------------YHA 8.2 0.21.087.212.855.42.61.116.70.50.23AHA
3.6
0.4
1.9
58.1
41.9
42.1
2.03
1.47
33.9
0.58
0.6
結果與討論
從13C 核磁共振光譜圖（圖一）可以看出腐植酸的含碳官能基分布，從圖譜中可看到AHA 脂肪族的強度(0-108 ppm)較YHA 強，但另外在芳香性碳的強度(108-160 ppm)則可以看到AHA 的波峰遠小於YHA 。將NMR 圖譜中主要官能基部份的吸收鋒面積積分後可以得到各含碳官能基在腐植酸內的分佈率(表一) ，陽明山萃取腐植酸（YHA ）的脂肪性為58.1 ﹪，芳香性為41.9 ﹪，市售的Aldrich 腐植酸（AHA ）的脂肪性為87.2 ﹪，芳香性為12.8﹪，由此可知，陽明山萃取的腐植酸其結構趨於芳香性碳，而市售Aldrich 腐植酸其結構趨於脂肪性碳。另外在元素分析的結果中，得知YHA 和AHA 的H/C相近，但是O/C則是AHA 大於YHA ，分別為0.23和0.60。Kang 等人(2003)指出土壤中的有機質若O/C和H/C較高，則構造中的脂肪族碳含量較高，因此可推出AHA 的脂肪族碳含量大於YHA 。腐植酸對於六價鉻的吸附還原反應中(圖二) ，YF1相對於AHA 有較好的還原催化六價鉻的能力，因此推論出腐植酸光催化還原六價鉻，主要貢獻的腐植酸結構是芳香性官能基。另外在沒有光照下的暗反應中，AHA 的吸附效果較YHA 好，顯示YHA 的芳香性官能基若沒有光照的激發，還原六價鉻的能力降低。
參考文獻
Tipping, E. Cation Binding by Humic Substances;
Cambridge University Press:Cambridge, U.K., 2002
腐植酸之結構差異對六價鉻催化還原反應之影響
黃詩文鄒裕民
中興大學土壤環境科學系
摘要
本研究分別使用不同地區來源的腐植酸，對六價鉻進行光催化還原反應，並利用13C核磁共振光譜圖等定性分析結果,區分出不同來源的腐植酸其芳香性碳與脂肪性碳的比例，找出腐植酸在構造上的差異，對光催化還原六價鉻所造成的影響。研究發現，腐植酸還原六價鉻主要貢獻的官能基為芳香性官能基；並與暗反應比較得知，光可催化腐植酸移除六價鉻，此反應以還原為主，但也有少部分的六價鉻被吸附在腐植酸上而未被還原。
前言
土壤中的有機質約有85%為腐植物質，腐植物質又可以依酸鹼性質的差異區分出腐質素、黃酸、腐植酸。而腐植酸富含官能基團，在自然水體中，常扮演一重要的陽離子與微量金屬離子之吸附劑(Tipping, 2002)。腐植酸具有的芳香性官能基已被證實可吸收高能量的紫外線，當腐植酸吸收光源後，會產生生命周期相當短暫的激態分子，當激態分子在衰退的過程中，它會與其他物質產生交互作用，達成能量的傳遞以及催化還原無機物的還原反應。因此本實驗利用UV-light 作為催化反應中的光能，提供物質間電子傳遞時的能量需求，透過腐植酸將光能轉變為電能與化學能，催化還原六價鉻，因此腐植酸的官能基種類將會影響到所需光源的波長大小。故在本研究中將以芳香族與脂肪族為一區別腐植酸的基本架構，探討其主要的官能基團對六價鉻的催化還原轉變能力，以及這兩個腐植酸基本架構對催化還原反應之影響。
材料與方法
使用兩種不同來源的腐植酸，分別來自於市售的腐植酸(Aldrich HA，AHA) ，與利用國際腐植質學會（IHSS ）所建議的方法，從陽明山土壤中萃取與純化腐植酸（YHA ）。並利用固態13C 核磁共振光譜、元素分析等定性方法鑑定腐植酸之主要結構。再將已知結構之不同來源腐植酸，在pH4的環境下，背景容液為0.001 M KCl和200 mg L-1 HgCl 2，在UV 光下對六價鉻進行光催化還原反應，另外進行動力實驗之暗反應作為對照組，動力實驗結束後使用DPC 比色法測定溶液中六價鉻殘留的濃度
。
圖一、陽明山土壤萃取腐植酸（YHA Aldrich 腐植酸（AHA ）之固態13C 光譜圖
Aldrich：市售Aldrich 腐植酸
表一、陽明山腐植酸（YHA）和市售Aldrich腐植酸（AHA）之13C核磁共振光譜圖中含碳官能基之分佈率及其芳香性、脂肪性及其元素分析結果
alkyl aromati carbonyl aromaticity aliphaticity
C
H
N
O
H/C
O/C
c
---------------------------%-----------------------------YHA 8.2 0.21.087.212.855.42.61.116.70.50.23AHA
3.6
0.4
1.9
58.1
41.9
42.1
2.03
1.47
33.9
0.58
0.6
結果與討論
從13C 核磁共振光譜圖（圖一）可以看出腐植酸的含碳官能基分布，從圖譜中可看到AHA 脂肪族的強度(0-108 ppm)較YHA 強，但另外在芳香性碳的強度(108-160 ppm)則可以看到AHA 的波峰遠小於YHA 。將NMR 圖譜中主要官能基部份的吸收鋒面積積分後可以得到各含碳官能基在腐植酸內的分佈率(表一) ，陽明山萃取腐植酸（YHA ）的脂肪性為58.1 ﹪，芳香性為41.9 ﹪，市售的Aldrich 腐植酸（AHA ）的脂肪性為87.2 ﹪，芳香性為12.8﹪，由此可知，陽明山萃取的腐植酸其結構趨於芳香性碳，而市售Aldrich 腐植酸其結構趨於脂肪性碳。另外在元素分析的結果中，得知YHA 和AHA 的H/C相近，但是O/C則是AHA 大於YHA ，分別為0.23和0.60。Kang 等人(2003)指出土壤中的有機質若O/C和H/C較高，則構造中的脂肪族碳含量較高，因此可推出AHA 的脂肪族碳含量大於YHA 。腐植酸對於六價鉻的吸附還原反應中(圖二) ，YF1相對於AHA 有較好的還原催化六價鉻的能力，因此推論出腐植酸光催化還原六價鉻，主要貢獻的腐植酸結構是芳香性官能基。另外在沒有光照下的暗反應中，AHA 的吸附效果較YHA 好，顯示YHA 的芳香性官能基若沒有光照的激發，還原六價鉻的能力降低。
參考文獻
Tipping, E. Cation Binding by Humic Substances;
Cambridge University Press:Cambridge, U.K., 2002