1、國立宜蘭大學環境工程學系DEPARTMENT OF ENVIRONMENTAL ENGINEERINGNATIONAL I-LAN UNIVERSITY,從廢玻璃製備中孔洞材料進行揮發性有機物處理之研究Study on the Treatment of Volatile Organic Compounds by Meso-porous Catalysts Made from Spent Glasses 張章堂教授,1,目錄,前言 1.研究緣起 2.研究目的實驗方法 1.研究流程 2.材料製備 3.特性分析 4.甲苯吸附測試 5.反應動力學參數研求方式結果與討論 1.MCM-41特性分析結果 2
2、.甲苯吸附測試結果結論,2,前言,1.研究緣起國內於2000開始推廣使用用太陽能發電之潔淨能源，根據調查發現，2000以後台灣太陽能發電節節攀升，至2005已達2000之10倍，而台灣之太陽能發電總產能於2006已躍居全球排名第五，而且依據能源局統計，台灣近幾太陽光電之產值規模逐增加。目前太陽能電池或太陽能面板主要分為矽晶型 (Wafer-Based)與薄膜型(Thin-Film) ，矽質材的太陽能電池主要可以分為單晶矽、多晶矽和非晶矽3大。由於晶體結構同，因此用同的材設計出太陽能電池時，它們的光電特性也會有所同。國內太陽能電池於2007實際製造約為782,456 kg/y，經國內學者推估20
3、07國內廢棄太陽能面板之廢棄約191,186 kg/y，其中包括17,111 kg/y之廢矽晶、8,603 kg/y之廢薄膜 (非晶矽；a-Si)及11,472 kg/y之其他。,3,前言,另一方面，由於社會經濟快速發展，廢棄物數量急遽增加，面臨既有焚化設備及處理廠的處理能力已達極限、新設施的興建及處理廠地尋覓困難等問題。廢玻璃來源有平板玻璃、容器玻璃、汽玻璃照明燈管及映像管等，其中平板玻璃、容器玻璃佔絕大多，主要處理管道為玻璃容器製造廠，而玻璃廠使用的廢玻璃容器占其使用原料約50%，其中所使用之廢玻璃原料約40%以上屬於透明玻璃容器，使用有色玻璃廢料數量相當有限。廢玻璃的特性為質重且不易腐化
4、，若使用掩埋法處理，會佔用掩理場的使用空間，縮短掩埋場的使用年限，玻璃物質不易被生物分解腐化，且無法以堆肥方式處理；若使用焚化方式處理，則又會增加焚化爐之負荷，並縮短其使用壽命。,4,前言,根據行政院環保署統計2009年廢玻璃容器回收量高達20萬公噸，當年垃圾清運量為422萬公噸，98年廢玻璃回收量約佔垃圾清運量4.91%，因此廢棄物之處理方式，由以往焚化掩埋方式處理資源物質方式，轉而朝向可回收物質賦予資源化及再利用價值。若能將廢棄物資源化重新再利用作爲奈米材料，不僅能夠縮減昂貴的化學藥品花費，更能夠解決廢棄物後續處置問題，使廢棄物以另一面貌再應用於各個領域。,5,前言,2.研究目的MCM-4
5、1乃為以SiO2為骨材的中孔洞沸石，本研究嚐試利用類似相同性質二氧化矽的廢太陽能面板與廢玻璃經過粉碎、研磨後，萃取矽源作爲前驅物來代替四乙基氧矽（TEOS）化學藥品，使成為合成中孔洞材料。主要研究目的為將廢太陽能面板與廢玻璃資源再生為吸附劑，節省吸附劑之操作成本。另以矽酸鹽中孔性材料處理VOCs，探討VOCs 濃度以及停留時間條件下對VOCs 處理效率之影響，並建立反應動力學模式，以提供實際應用之設計參考。,6,1. 研究流程,實驗方法,7,實驗方法,2. 材料製備,8,實驗方法,3.特性分析X-ray Fluorescence Spectrometer：Rigaku Inc.，型號為RIX
6、2000 。N2 adsorption/desorption isotherm： Micromeritics Inc.，型號為ASAP 2020N。X Ray Powder Diffractometer： Rigaku Inc.，型號為TTRAX 。Fourier Transform Infrared Spectroscopy： Perkin Elmer Inc.，型號為Spectrum 100。Scanning Electron Microscope- Energy Dispersive Spectroscopy：Hitachi Inc.，型號為S-4700。High Resolution
7、Transmission Electron Microscope：JEOL Inc.，型號為JEOL-JEM2100 。Thermo Gravimetric Analyzer：奇豪電熱(股)公司，型號為TGA-9000。,9,實驗方法,4. 甲苯吸附測試本研究將吸附反應器溫度及壓力分別為25oC及1 atm，進流流量為138 mL min-1，使用0.5 g MCM-41材料，分別探討使用MCM-41對甲苯濃度為250、500、1000及1500 ppm吸附能力之影響。,10,實驗方法,5.反應動力學參數研求方式Freundlich ModelLangmuir ModelPseudo-firs
8、t-order ModelPseudo-second-order model,11,結果與討論,1. MCM-41特性分析結果1-1 各種材料之化學成份分析,12,結果與討論,1-2. BET分析結果,13,結果與討論,1-3. XRD分析結果,14,結果與討論,1-4. FTIR分析結果,15,結果與討論,1-5. TGA 分析結果,16,結果與討論,1-6. SEM分析結果,MCM-41,G-MCM,S-MCM,17,結果與討論,1-7. TEM分析結果,MCM-41,G-MCM,S-MCM,18,結果與討論,1-8. NMR分析結果,Si位於-110 及-100處有一譜峰及一肩峰，分別來
9、自於Si原子的Si(OSi)3(OH) 和 Si(OSi)4二種結構，稱為Q3和Q4值，其中Q4/Q3比值可代表Si原子在骨架內相互成鍵的程度，比值越小，成鍵程度越高，矽氫基的數目越少，骨架缺陷也越少。經由計算後的MCM-41、G-MCM及S-MCM之Q4/Q3比值分別爲1.57、1.52 和1.56,19,2.甲苯吸附測試結果,結果與討論,G-MCM,20,結果與討論,G-MCM,21,結果與討論,S-MCM,22,結果與討論,S-MCM,23,結果與討論,各種材料之貫穿時間與吸附量,24,結論,由分析結果得知，廢玻璃中的主要成份為SiO2 (69.7%)、Al2O3 (10.6%)、CaO
10、 (8.5%) 及Na2O (8.2%)；廢太陽能面板的主要成份分為SiO2 (76.4%)、CaO (10.1%)、MgO (4.98%)、Fe2O3 (4.6%)及Al2O3 (3.1%)。G-MCM及S-MCM之比表面積分別為1328及1281 m2g-1，其平均孔洞體積分別爲0.818及0.912cm3g-1。G-MCM (100)、(110) 晶面之 2角分別為 2.50和4.33，d-spacing 值分別為3.53與2.04nm，晶格參數 a0 為4.08nm；此外，S-MCM(100)、(110)晶面之2角分別為2.53與4.32，其對應之d-spacing 值為3.49與2.
11、04nm，晶格參數a0 = 4.03 nm。,25,由結果可得隨著甲苯入流濃度之提高，氣流中可被中孔洞材料吸附的分子數目亦增加，故G-MCM吸附量相對增加，但會使吸附材料較早達到飽和。結果所示Langmuir 模式的計算值與實際值十分接近，因此可以認定Langmuir模式對本實驗在單成份吸附系統中有不錯的適用性，較適合描述MCM-41材料之吸附行為。中孔洞材料對甲苯之吸附動力行為皆比較接近擬一階吸附動力模式，且擬二階吸附動力模式模擬值大於實驗值，此結果顯示擬二階吸附動力模式不符合擬合中孔洞材料對甲苯之吸附動力行為。,結論,26,Thank you for your attention!,27,
