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行政院環境保護署 

九十四年度「環保科技育成中心計畫」 

「廢麥粕合成奈米孔徑吸附劑之技術開發與 

應用」 

期末報告 

( 定稿本 ) 

計畫編號 :EPA-94-U1U4-04-007 

主辦單位 : 行政院環境保護署 

執行單位 : 國立高雄第一科技大學創新育成中心 

計畫主持人 : 賴俊吉、席行正 

協同主持人 : 陳勝一 

合作廠商 : 衛司特科技股份有限公司 

計畫經費 : 新台幣 2,725,000 元 ( 補助經費 1,325,000 元 ; 

自籌經費 1,400,000 元 ) 

計畫執行期間 :94 年 3 月 4 日至 94 年 12 月 31 日 

行政院環境保護署編印 

中華民國九十四年十二月

廢麥粕合成奈米孔徑吸附劑之技術開發與應用 

「廢麥粕合成奈米孔徑吸附劑之技術開發與應用」期末報告基本資料表 

甲、委辦單位 

乙、執行單位 

行政院環境保護署 

國立高雄第一科技大學創新育成中心 

丙、年度 94 計畫編號 EPA-94-U1U4-04-007 

丁、研究性質 □ 基礎研究 ■ 應用研究 □ 技術發展 

戊、研究領域 

環境保護 

己、計畫屬性 ■ 科技類 □ 非科技類 

庚、全程期間 

辛、本期期間 

94 年 3 月 ~ 94 年 12 月 

94 年 3 月 ~ 94 年 12 月 

億 2,725 千元 

環保署補助款 

廠商自籌款 

壬、本期經費 

( 人事費 ) 540 千元 ( 儀器設備 ) 1,400 千元 

癸、摘要關鍵詞 ( 中英文各三則 ) 

( 業務費 ) 100 千元 ( 項目別 ) 千元 

( 材料費 ) 685 千元 ( 項目別 ) 千元 

活性碳 

廢麥粕 

吸附 

Activated carbon 

Wheat husk 

Adsorption, 

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 

工作要項 

現職與 

參與時間 

聯絡電話 / 

人員姓名 

或撰稿章節 

簡要學經歷 

( 人月 ) 

E-mail 帳號 

賴俊吉主持人高雄第一科技大學副教授 10 07-6011000 x 2323 

席行正共同主持人高雄第一科技大學助理教授 10 07-6011000 x 2328 

陳勝一協同主持人高雄第一科技大學助理教授 10 07-6011000 x 2349 

黃森元技術顧問衛司特科技公司總經理 10 04-27010303 

林文章技術人員衛司特科技公司主任工程師 10 04-27010303 

陳金柱技術人員衛司特科技公司主任工程師 10 04-27010303 

備註 : 本表請置於期末報告書目錄之前 

I


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 : 廢麥粕合成奈米孔徑吸附劑之技術開發與應用 

二、英文計畫名稱 :Development and Application of Nanoporous Adsorbent from Waste 

Wheat Husk 

三、計畫編號 :EPA-94-U1U4-04-007 

四、執行單位 : 高雄第一科技大學創新育成中心 

五、計畫主持人 ( 包括共同主持人 ): 賴俊吉、席行正、陳勝一 

六、執行開始時間 :94.03.04 

七、執行結束時間 :94.12.31 

八、報告完成日期 :94.12.15 

九、報告總頁數 : 124 頁 ( 本文 )+ 32 頁 ( 附錄 ) 

十、使用語文 : 中文、英文 

十一、報告電子檔名稱 :94 環保育成計畫期末報告 

十二、報告電子檔格式 :Microsoft Word 2002 

十三、中文摘要關鍵詞 : 活性碳 , 廢麥粕 , 吸附 

十四、英文摘要關鍵詞 :Activated carbon, Wheat husk, Adsorption 

十五、中文摘要 : 

本研究以廢麥粕為起始原料合成具有微孔 / 奈米孔徑之吸附劑 , 並以甲苯為吸 

附質 , 評估廢棄生質合成多孔徑吸附劑並去除 VOCs 之可行性。研究結果顯示以 

農業廢棄物作為起始原料 , 利用水蒸氣活化法 (50%H 2 O/50%N 2 ) 配合適當之活化 

時間可以合成具有高比表面積之活性碳 (360~950 m 2 /g), 但過長之活化時間將導致 

活性碳結構遭受破壞造成比表面積與孔體積下降 , 而活性碳之結構由微孔分佈轉 

變為中孔分佈 , 並使微孔產生擴孔現象。由元素分析之結果顯示活性碳之氧含量 

隨活化時間增加而增加 , 此結果顯示水蒸氣活化法能夠使活性碳表面含氧量增 

II


加 , 進一步增加表面含氧官能基之含量。由表面官能基分析結果顯示 , 產氫廢麥 

粕與稻殼活性碳之官能基主要以酸性官能基 ( 例如 : 氫氧基、羰基、羧基 ) 為主 , 

隨著活化時間增加含氧官能基之含量也越高。在吸附實驗方面 , 甲苯濃度介於 

50~600 ppm v , 實驗溫度 40 ℃ ~80℃, 實驗結果顯示吸附量隨甲苯濃度增加而增加 , 

但隨著實驗溫度增加而降低 , 而利用吸附實驗數據可以求得 Freundlich 與 

Dubinin-Radushkevich (DR) 方程式之參數 , 藉由此參數能獲得不同溫度時之等溫吸 

附曲線。模擬結果顯示利用 Freundlich 與 DR 模擬實驗數據可獲得較佳之模擬結果 

(R 2 > 0.96), 所求得之 Freundlich 與 DR 參數可用來預測不同溫度與濃度時活性碳 

之甲苯吸附量。 

十六、英文摘要 : 

Four agriculture residues, including raw wheat husk, bio-treated wheat husk, rice 

husk, and pistachio shell, were used as starting materials to produce activated carbons 

with diverse physical and chemical properties. The adsorption behavior of volatile 

organic compounds (VOCs) for resulting adsorbents was tested with toluene as an 

adsorbate. Results showed that with adequate steam activation time, activated carbons 

with a surface area between 360 and 950 m 2 /g were developed. Further increases in the 

activation time destroyed the pore structure of activated carbons, which resulted in a 

decrease in the surface area and pore volume. Elemental analyses and X-ray 

photoelectron spectroscopy examination suggested that the oxygen content of activated 

carbons increased with increasing activation time. Furthermore, the amounts of 

oxygen-containing functional groups, including hydroxyl, carbonyl, and carboxyl 

groups also increased. These results indicate that H 2 O molecules react with the carbon 

surface to form those oxygen-containing acidic functional groups. Results from 

adsorption of toluene (inlet concentrations between 50 and 600 ppm v ) at 40 to 80℃ 

showed that the adsorption capacities increased as the inlet toluene concentration 

increases, and decreased with increasing adsorption temperatures. Furthermore, these 

III


results were successfully fitted with Freundlich and Dubinin-Radushkevich (DR) 

isotherms (R 2 > 0.96). The obtained Freundlich and DR constants can then be used to 

predict equilibrium adsorption capacities at various adsorption conditions and to 

calculate other important thermodynamic constants, such as heat of adsorption. 

IV


行政院環境保護署委託研究計畫成果報告摘要 ( 詳細版 ) 

計畫名稱 : 廢麥粕合成奈米孔徑吸附劑之技術開發與應用 

計畫編號 :EPA-94-U1U4-04-007 

計畫執行單位 : 國立高雄第一科技大學創新育成中心 

計畫主持人 ( 包括協同主持人 ): 賴俊吉、席行正、陳勝一 

計畫期程 : 94 年 3 月 4 日起 94 年 12 月 31 日止 

計畫經費 : 

2,725 千元 

摘要 

前言 

台灣每年所產生的農業廢棄物數量相當龐大 , 處理方式主要以堆肥、燃燒或 

掩埋的方式處理且處理成效有限。有鑑於此 , 應用農業廢棄物生成微孔 / 奈米孔徑 

吸附劑用以去除有機物與微量毒性物質或可提供農業廢棄物資源化再利用之另一 

路徑。 

研究方法 

利用廢麥粕配合其他生質 ( 廢稻殼與開心果殼 ) 作為起始原料 , 應用水蒸氣活化 

法進行選擇性氧化反應以合成具微 / 奈米孔徑之活性碳 , 以探討不同起始原料與不 

同活化時間對於自製活性碳之物化特性影響 , 並利用吸附實驗結果配合等溫吸附 

模式模擬等溫吸附曲線 , 以求得各項熱力學參數並藉這些參數預測不同濃度與溫 

度時活性碳之平衡吸附量 , 最終評估活性碳製程放大之可行性。 

結果 

利用水蒸氣活化法 (50%H 2 O/50%N 2 ) 配合適當之活化時間可以合成具有高 

比表面積之活性碳 (360~950 m 2 /g), 但過長之活化時間將導致活性碳結構遭受破 

V


壞造成比表面積與孔體積下降 , 而活性碳之結構由微孔分佈轉變為中孔分佈 , 並 

使微孔產生擴孔現象。由元素分析之結果顯示活性碳之氧含量隨活化時間增加而 

增加 , 此結果顯示水蒸氣活化法能夠使活性碳表面含氧量增加 , 進一步增加表面 

含氧官能基之含量。由表面官能基分析結果顯示 , 產氫廢麥粕與稻殼活性碳之官 

能基主要以酸性官能基 ( 例如 : 氫氧基、羰基、羧基 ) 為主 , 隨著活化時間增加含氧 

官能基之含量也越高。 

在吸附實驗方面 , 甲苯濃度介於 50~600 ppm v , 實驗溫度 40 ℃ ~80℃, 實驗結 

果顯示吸附量隨甲苯濃度增加而增加 , 但隨著實驗溫度增加而降低 , 而利用吸附 

實驗數據可以求得 Freundlich 與 Dubinin-Radushkevich (DR) 方程式之參數 , 藉由此 

參數能獲得不同溫度時之等溫吸附曲線。模擬結果顯示利用 Freundlich 與 DR 模擬 

實驗數據可獲得較佳之模擬結果 (R 2 > 0.96), 所求得之 Freundlich 與 DR 參數可用 

來預測不同溫度與濃度時活性碳之甲苯吸附量。 

結論與建議事項 

以廢麥粕、稻殼與開心果殼作為活性碳的起始原料確實可行 , 利用水蒸氣活 

化法 ) 配合不同活化時間可合成不同孔隙結構之活性碳 , 活性碳之物化特性受起始 

生質種類、活化劑與活化時間影響極劇。而吸附實驗結果突顯出農業廢棄物活性 

碳對非極性分子之可吸附性。由於廢麥粕來源單純且收集與運送容易 , 國內廠商 

亦認同其具有再利用之價值 , 未來應朝向農業廢棄物活性碳可應用之污染物種 

類、適用之環境介面、是否具有特定選擇性 ( 如對於某種污染物具有特殊之吸附力 

與去除效果 ) 等方位再進行更深入之探討 , 以增強其商品化之利基。 

VI


目錄 

目錄 ................................................................................................ I 

圖目錄 .......................................................................................................................... III 

表目錄 .......................................................................................................................... VI 

第一部分 : 現場或實際技術或設備測試報告 

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

1.1. 研發背景 ....................................................................................................... 1 

1.2. 研發動機 ....................................................................................................... 2 

第二章計畫目的 ......................................................................................................... 5 

第三章文獻回顧 ......................................................................................................... 6 

3.1. 吸附劑概述 ................................................................................................... 6 

3.2. 活性碳簡介 ....................................................................................................7 

3.3. 活性碳製備原理 .......................................................................................... 16 

3.4. 吸附劑再生 .................................................................................................. 25 

3.5. 吸附現象 ...................................................................................................... 27 

3.6. 影響吸附能力之因子 .................................................................................. 41 

第四章執行方法 ...................................................................................................... 43 

4.1. 實驗材料 ...................................................................................................... 43 

4.2. 活性碳合成實驗 .......................................................................................... 45 

4.3. 活性碳物化特性分析 .................................................................................. 47 

4.4. 活性碳吸附實驗 .......................................................................................... 50 

4.5. 研發技術來源與整合 .................................................................................. 53 

第五章執行成果 ...................................................................................................... 55 

5.1. 起始廢棄生質之基本性質分析 .................................................................. 55 

5.2. 活性碳物理特性分析 .................................................................................. 56 

I


5.3. 活性碳化學特性分析 .................................................................................. 78 

5.4. 吸附實驗結果 .............................................................................................. 87 

第六章結論與未來執行方式 ................................................................................. 109 

6.1. 結論 ............................................................................................................. 109 

6.2. 後續執行方式與建議 ................................................................................. 110 

參考文獻 ..................................................................................................................... 112 

第二部分 : 技術或設備應用推廣可行性評估報告 

1. 廢麥粕合成奈米孔徑吸附劑之技術概述 .................................................... 117 

2. 廢麥粕合成奈米孔徑吸附劑之技術發展性、國內外發展現況 ................ 117 

3. 技術可行性評估 ............................................................................................ 119 

4. 經濟可行性評估 ............................................................................................ 119 

附錄一氮氣等溫吸附曲線 ..................................................................................... 125 

附錄二執行進度報告表 ......................................................................................... 128 

附錄三期初審查意見回覆表 ................................................................................. 136 

附錄四期中審查意見回覆表 ................................................................................. 138 

附錄五期末審查意見回覆表 ................................................................................. 141 

附錄六九十四年度「挑戰 2008: 國家發展重點計畫」期末成果報告 ............ 146 

附錄七結案報告確認表 ......................................................................................... 154 

II


圖目錄 

圖 3-1 活性碳微結構示意圖 (Bansal et al., 1988) ..................................................... 8 

圖 3-2 活性碳表面可能含氧官能基分佈示意圖 ..................................................... 10 

圖 3-3 活性碳表面可能含氧酸性官能基 (Boehm, 1994)......................................... 11 

圖 3-4 活性碳表面可能含氧鹼性官能基 (Boehm, 1994)......................................... 12 

圖 3-5 高分子物質碳化過程中分子結構的變化 (Lewis, 1982) .............................. 21 

圖 3-6 活性碳再生處理技術比較 (Sheintuch et al., 1999) ....................................... 27 

圖 3-7 不同溫度範圍的主要吸附現象 ..................................................................... 31 

圖 3-8 BET 等溫吸附曲線分類 ................................................................................. 32 

圖 3-9 de Boer 的 Hysteresis loop 分類 (de Boer, 1958) ............................................ 34 

圖 3-10 IUPAC 建議的 Hysteresis loop 分類 ............................................................ 34 

圖 3-11 等溫吸附曲線之示意圖例 ........................................................................... 36 

圖 3-12 Langmuir 等溫吸附曲線 ............................................................................... 38 

圖 3-13 BET 等溫吸附曲線 ....................................................................................... 40 

圖 4-1 本研究計畫之主要流程圖 ............................................................................. 44 

圖 4-2 管式高溫爐與碳化活化實驗配置示意圖 ..................................................... 46 

圖 4-3 活性碳合成溫度曲線 ..................................................................................... 47 

圖 4-4 吸附實驗流程 ................................................................................................. 51 

圖 5.1 不同活化時間與燒失率之關係 ..................................................................... 59 

圖 5-2 不同活化時間與產率之關係 ......................................................................... 59 

圖 5-3 不同活化時間與 BET 比表面積之關係 ....................................................... 61 

圖 5-4 不同起始原料之燒失率與 BET 比表面積之關係 ....................................... 63 

圖 5-5 不同活化時間與微孔表面積之關係 ............................................................. 64 

圖 5-6 不同活化時間與微孔 /BET 表面積百分比之關係 ....................................... 64 

圖 5-7 不同活化時間對孔體積與 BET 表面積之關係圖 ....................................... 66 

III


圖 5-8 不同活化時間對產氫廢麥粕活性碳 (Series W) 之 BJH 孔徑分佈圖 ............. 67 

圖 5-9 不同活化時間對廢麥粕活性碳 (Series W-raw) 之 BJH 孔徑分佈圖 ........... 68 

圖 5-10 不同活化時間對稻殼活性碳 (Series RH) 之 BJH 孔徑分佈圖 ................... 69 

圖 5-11 不同活化時間對開心果殼活性碳 (Series P) 之 BJH 孔徑分佈圖 .............. 69 

圖 5-12 不同起始原料達其最大表面積時之中孔孔徑分佈比較 ........................... 70 

圖 5-13 不同活化時間對產氫廢麥粕活性碳 (Series W) 之微孔孔徑分佈圖 ………70 

圖 5-14 不同活化時間對廢麥粕活性碳 (Series W-raw) 之微孔孔徑分佈圖 ........... 71 

圖 5-15 不同活化時間對稻殼活性碳 (Series RH) 之微孔孔徑分佈圖 .................... 71 

圖 5-16 不同活化時間對開心果殼活性碳 (Series P) 之微孔孔徑分佈圖 ............... 72 

圖 5-17 不同起始原料達其最大表面積時之微孔孔徑分佈比較 ........................... 72 

圖 5-18 產氫廢麥粕活性碳 (Series W) 之 SEM 檢視圖 ....................................... 74 

圖 5-19 廢麥粕活性碳 (Series W-raw) 之 SEM 檢視圖 ............................................ 75 

圖 5-20 稻殼活性碳 (Series RH) 之 SEM 檢視圖 .................................................. 76 

圖 5-21 開心果殼活性碳 (Series P) 之 SEM 檢視圖 ................................................. 77 

圖 5-22 產氫廢麥粕活性碳之 XPS 全區掃描結果 ................................................. 79 

圖 5-23 稻殼活性碳之 XPS 全區掃描結果 ............................................................. 79 

圖 5-24 不同活化時間對產氫廢麥粕活性碳之表面元素分析結果 ....................... 80 

圖 5-25 不同活化時間對稻殼活性碳之表面元素分析結果 ................................... 80 

圖 5-26 不同活化時間對產氫廢麥粕活性碳之表面官能基判讀結果 ................... 82 

圖 5-27 不同活化時間對稻殼活性碳之表面官能基判讀結果 ............................... 84 

圖 5-28 不同活化時間對產氫廢麥粕活性碳表面官能基半定量結果 ................... 86 

圖 5-29 不同活化時間對稻殼活性碳表面官能基半定量結果 ............................... 86 

圖 5-30 不同溫度對甲苯平衡吸附量之影響 ( 使用 W-60 吸附劑 ) ....................... 89 

圖 5-31 不同溫度對甲苯平衡吸附量之影響 ( 使用 CAC 吸附劑 ) ........................ 89 

圖 5-32 40℃ 時 W-60 與 CAC 之甲苯平衡吸附量比較圖 ....................................... 90 


IV





圖 5-37 W-60 與 CAC 之 (a)BJH 孔徑分佈圖 (b) 微孔孔徑分佈圖 ........................... 94 

圖 5-38 不同溫度下 W-60 吸附甲苯之 Langmuir 等溫吸附曲線 .......................... 96 

圖 5-39 不同溫度下 CAC 吸附甲苯之 Langmuir 等溫吸附曲線 ........................... 97 

圖 5-40 不同吸附劑之甲苯最大吸附量 (q m ) 隨溫度之變化情形 ............................ 97 

圖 5-41 不同溫度下 W-60 吸附甲苯之 Freundlich 等溫吸附曲線 ......................... 99 

圖 5-42 不同溫度下 CAC 吸附甲苯之 Freundlich 等溫吸附曲線 ......................... 99 

圖 5-43 不同吸附劑之甲苯吸附常數 (k) 隨溫度之變化情形 ................................. 100 

圖 5-44 不同溫度下 W-60 吸附甲苯之 DR 等溫吸附曲線 ................................... 102 

圖 5-45 不同溫度下 CAC 吸附甲苯之 DR 等溫吸附曲線 .................................... 102 

圖 5-46 不同溫度下 W-60 吸附甲苯之 DR 等溫吸附曲線外插結果 ................... 104 

圖 5-47 不同溫度下 CAC 吸附甲苯之 DR 等溫吸附曲線外插結果 .................... 105 

圖 5-48 W-60 吸附劑之等容量吸附熱隨不同甲苯吸附量之變化情形 ................. 105 

圖 5-49 CAC 吸附劑之等容量吸附熱隨不同甲苯吸附量之變化情形 .................. 106 

圖 5-50 產氫廢麥粕活性碳之甲苯平衡吸附量 ...................................................... 108 

圖 5-51 產氫廢麥粕活性碳之甲苯單位表面積吸附量 .......................................... 108 

V


表目錄 

表 3-1 吸附劑之表面極性與孔洞大小分佈特性 ...................................................... 6 

表 3-2 數種商業用活性碳的比表面積 ( 工業廢水活性碳處理 ,1987) .................. 17 

表 3-3 曾經被研究過的活性碳原料 (Hassler, 1974) ................................................ 18 

表 3-4 各種產業廢棄物合成活性碳之製程條件與比表面積 ................................. 19 

表 3-5 物理吸附與化學吸附之差異性 (Ruthven, 1984)........................................... 30 

表 4-1 合成活性碳之物化特性分析 ......................................................................... 48 

表 4-2 研發技術來源與進行方式 ............................................................................. 54 

表 5-1 起始原料之基本性質分析 ............................................................................. 55 

表 5-2 產氫廢麥粕活性碳之各項物理性質分析數據 (n=3) ................................ 57 

表 5-3 廢麥粕活性碳之各項物理性質分析數據 (n=3) ........................................ 57 

表 5-4 稻殼活性碳之各項物理性質分析數據 (n=3) ............................................ 58 

表 5-5 開心果殼活性碳之各項物理性質分析數據 (n=3) .................................... 58 

表 5-6 活化時間對燒失率及產率之迴歸分析相關數據 ......................................... 61 

表 5-7 自製活性碳與商業活性碳之基本物理性質 (n=3) ...................................... 88 

表 5-8 不同吸附劑之 Langmuir 吸附常數隨不同操作溫度之變化情形 ............... 96 

表 5-9 不同吸附劑之 Freundlich 吸附常數隨不同操作溫度之變化情形 ............. 98 

表 5-10 不同溫度下不同吸附劑吸附甲苯之 DR 等溫吸附曲線之各參數值 ...... 101 

表 5-11 不同甲苯吸附量之等容量吸附熱 .............................................................. 104 

表 5-12 產氫廢麥粕活性碳之基本物理性質 (n=3) ............................................... 107 

VI


第一部分 : 現場或實際技術或設備測試報告


第一章 

研究緣起 

1.1 研發背景 

在全球追求永續經營與生態環境保育的趨勢潮流的影響之下 , 綠色環保產業 

已成為新世紀中最具發展潛力之新興產業。為了促進我國環保科技發展 , 以因應 

新世紀環境議題的挑戰 , 在行政院大力推動的「挑戰 2008- 國家發展重點計畫」 

之「國際創新研發基地計畫」中 , 即希望透過創新育成中心產學合作的平台 , 充 

分發揮國家既有的研發能量。進而協助國內環保產業提昇環保技術 , 加速改善國 

內環境品質 , 並帶動國內環保產業升級 , 有效促成台灣與全球創新研發資源接軌 , 

以提升台灣於跨國企業全球化策略佈局的地位。而行政院環境保護署自 92 年度開 

始執行「環保科技育成中心計畫」, 透過每年編列預算 , 以補助部分經費的方式 , 

依據國內生活環境需求、國際環保趨勢及落實國內環保法規需求之優先次序 , 協 

助國內各公、民營創新育成中心及其合作廠商進行創新環保技術或設備之研發工 

作 , 以發展符合國內環境需求之本土化技術 , 逐步達成促進環保技術升級 , 改善 

生活環境品質 , 拓展環保產業市場之政策目標 , 進而厚實國家總體競爭力 , 邁向 

政府綠色矽島之國家發展願景 ,「環保科技育成中心計畫」由此而生。 

在廢氣與淨水或廢水控制技術上 , 吸附方法 (Adsorption) 早已被視為回收或處 

理其中所含揮發性有機物 (VOCs) 之最佳可行控制技術 (Best Available Control 

Technology, BACT) 之一。吸附主要藉由固體吸附劑之高比表面積及微細孔洞結構 

之特性來進行吸附 , 其吸附現象之發生 , 是因為吸附劑表面吸附位址對流體中吸 

附質分子的親和作用而產生 , 故吸附劑須具有較高之比表面積、微細的孔洞結構 

1


及適宜的表面化學特性 , 而這些特性皆是影響吸附容量及吸附速率的重要條件。 

常用的吸附劑種類有活性碳、矽膠、活性氧化鋁、碳分子篩及沸石等 , 由於 

這些吸附劑之物理與化學特性各有不同 , 故可分別應用於不同之用途。活性碳吸 

附劑具有獨特的孔隙結構和表面官能基 , 擁有較大之比表面積與孔體積 , 且生產 

成本往往較其他吸附劑低廉 , 因此利用活性碳吸附揮發性有機氣體極為常見。 

根據統計目前全世界每年約消耗 28 萬噸的活性碳 , 主要應用於純化、除臭、 

脫色、去除有毒物質、分離、溶劑回收、貴金屬回收和觸媒擔體等。就區域而言 , 

日本平均每年每人消耗 0.5 公斤的活性碳 , 美國為 0.4 公斤 , 歐洲為 0.3 公斤 , 其 

它地區 0.03 公斤 , 由此可知隨著科技的進步 , 活性碳的用量也會越來越大。目前 

活性碳市場在我國已具有相當之規模 , 但絕大部分的活性碳仍仰賴進口 ( 每年約達 

萬噸 , 金額約 2~3 億 ), 因此在價格上往往會高出許多 , 且尚未包含進口材料加工 

製造之用量 , 而國內業者大多以進口之煤炭或椰殼作為合成活性碳之起始原料 , 

以本土化之材料作為活性碳起始原料之製備技術較為缺乏 , 有鑑於此 , 以本土化 

之原料合成活性碳確實具有相當之潛力 , 而這也是一塊值得國內業者開發的區域。 

1.2 研發動機 

台灣每年生產啤酒總量約三十萬公噸 , 而啤酒廠同時每年亦會產生約七百噸 

之廢矽藻土、約三百噸之啤酒酵母 , 以及約六萬噸之廢麥粕。由此可知 , 一般啤 

酒廠所產生之三種主要廢棄物中以廢麥粕為最大宗。廢麥粕通常含有未糖化的有 

機物 , 包括蛋白質及碳水化物等 , 其中纖維質 ( 麥皮 ) 的含量最多。冬季時可部份 

供農家養牛之用。夏季時麥粕產量多而且青料充足 , 農家不太需要替代飼料 , 未 

2


經烘乾則會產生臭味 , 另貯存空間龐大 , 易造成環境的污染。因廢料中含有大量 

纖維素 , 其餘為碳水化物及蛋白質如能將其分離而利用 , 除了可供飼料之用外 , 

亦可藉生物科技充份發揮其資源再利用的價值 , 達到廢棄物減廢及創造高附加價 

值的產品。 

目前在日本國內 , 部份產業在自願性誘因下 , 已開始發展零排放的經營計畫 , 

以停止排放污染物至環境中。事實上 , 由於商業競爭的作用 , 日本的三大啤酒公 

司 ( 麒麟、朝日、三多利 ) 在 90 年代即分別實現了 “ 廢棄物 100% 再資源化 ” 的大 

目標。由於日本啤酒公司在對應環境問題的同時 , 結合了設備投資和提高效率 , 

既實現了環境保護的目標 , 又實現了高效益的生產和設備利用。從這個角度看來 

日本啤酒公司的環境保護措施的實施 , 同時也是 “ 啤酒生產的環境技術的革命 ”。而 

這些成果 , 當然都是因為致力於工業副產品、廢棄物用途的研發。此除可使日本 

三大啤酒公司成為走在保護環境前列的優秀企業外 , 更是企業邁向永續經營之最 

佳典範。 

當今時代人類面臨的最大問題是環境問題。除了世界各國政府的努力之外 , 

作為企業也需要生產對於保護環境有利的製品 , 為保護環境做出自己的努力。順 

應這個潮流是在未來的競爭中取勝的關鍵之一。啤酒產業比較其他的重化工業企 

業來說 , 企業活動對於環境的負面影響比較小。然而 , 如果放棄對環境問題的關 

心 , 就不能給後代留下健全的地球環境。本著對社會負責的精神 , 各啤酒公司均 

開始了新的挑戰。 

台灣每年所產生的農業廢棄物數量可說是相當龐大 ( 以稻殼為例 , 每年廢棄量 

約在 37 萬公噸 ), 這些農業廢棄物的處理方式不外乎是利用堆肥、燃燒或掩埋的方 

式處理 , 經過這些處理方式所剩下的物質基本上是以不可再利用之成分居多 ( 灰 

3


渣 ), 處理的成效也非常有限。另外根據早期之研究可發現 , 許多農業與產業廢棄 

物具有極高之產氫潛勢 , 例如食品產業廢棄物 ( 如碎麵等 )、酒廠廢棄物 ( 如廢酵 

母、麥粕等 ), 其產氫潛勢總和可達 10 9 公升 / 年以上。然而 , 經產氫程序所消耗之 

生質重量僅佔其總重之極小比例 , 以釀酒之廢麥粕而言 , 產氫程序所消耗之生質 

重量約為其總重之 10%, 從減廢之觀點來看並無顯著效果 ( 經濟部 , 1995), 但其具 

有收集方便之優點。 

本研究團隊於近三年之研究中已成功利用農業廢棄物所開發而成之微孔 / 奈米 

孔徑吸附劑 , 應用於燃煤火力電廠微量 (ppb 級 ) 汞蒸氣之去除探討。此外採用活 

性碳噴入以降低氣相之戴奧辛污染物 (PCDD/Fs) 亦已廣泛應用於國內之焚化廠 

與資源回收廠 , 有鑑於此 , 應用農業廢棄物生成微孔 / 奈米孔徑吸附劑用以去除微 

量毒性物質 ( 如汞蒸氣 , 戴奧辛等 ) 可視為一具前瞻性之環保創新技術 , 並可提供 

農業廢棄物資源化再利用之另一路徑。 

4


第二章 

計畫目的 

目前活性碳市場在我國已具有相當之規模 , 但絕大部分的活性碳仍仰賴進 

口 , 因此在價格上往往會高出許多 , 且尚未包含進口材料加工製造之用量 , 而國 

內業者大多以進口之煤炭或椰殼作為合成活性碳之起始原料 , 尚未有以本土化之 

材料作為活性碳起始原料之製備技術出現 , 有鑑於此 , 以本土化之原料合成活性 

碳確實具有相當之潛力 , 而這也是一塊值得國內業者開發的區域。本研究主要利 

用廢麥粕作為合成活性碳之起始原料 , 以水蒸氣活化法 (50% H 2 O/50% N 2 ) 配合 

不同之活化時間開發出具有不同物化特性之活性碳吸附劑 , 並以不同污染物為吸 

附質 , 實際進行吸附實驗。同時 , 本計畫中將以其他不同種類之農業廢棄生質 ( 包 

括廢稻殼、開心果殼等 ) 進行比較 , 以評估利用廢棄生質合成奈米孔徑吸附劑之可 

行性 , 最終達到廢棄物資源回收再利用之目的。本計畫之主要目的分述如下 : 

1. 探討不同起始原料與不同活化時間對於自製活性碳之物化特性影響。 

2. 由廢麥粕所合成之活性碳中選擇比表面積最高之活性碳作為吸附劑 , 並另外 

選擇一商業活性碳進行吸附實驗 , 比較自製活性碳與商業活性碳對於污染物 

吸附量之差異性。 

3. 利用吸附實驗結果配合等溫吸附模式模擬等溫吸附曲線 , 以求得各項熱力學 

參數 , 並可藉由這些參數以預測不同濃度與溫度時 , 活性碳之平衡吸附量。 

4. 針對廢麥粕所合成之活性碳進行一系列不同活性碳孔隙結構對污染物吸附 

量之影響探討。 

5. 活性碳製程放大之可行性評估。 

5


第三章 

文獻回顧 

3.1 吸附劑概述 

在廢氣與淨水或廢水控制技術上 , 吸附方法可說是回收或處理其中所含 VOCs 

之最佳可行控制技術 (Best Available Control Technology, BACT), 主要藉由固體吸附 

劑 ( 例如活性碳 ) 之高比表面積及微細孔洞結構之特性來進行吸附 , 其吸附現象之發 

生 , 是因為吸附劑表面吸附位址對流體中吸附質分子的親和作用而產生 , 故吸附 

劑須具有較高之比表面積、微細的孔洞結構及適宜的表面化學特性 , 而這些特性 

皆是影響吸附容量及吸附速率的重要條件。 

常用的吸附劑種類有活性碳 (activated carbon)、矽膠 (silica gel)、活性氧化鋁、 

碳分子篩 (carbon molecular sieve) 及沸石 (zeolite) 等 , 由於這些吸附劑之物理與化學 

特性各有不同 , 故可分別應用於不同之用途 , 其中前三者屬非結晶 (amorphous) 結 

構 , 後兩者則為結晶性 (crystalline) 結構 , 這些吸附劑之表面極性和孔洞大小分佈特 

性如表 3-1 所示。 

表 3-1 

吸附劑之表面極性與孔洞大小分佈特性 

表面極性 

窄 

孔洞大小分佈 

寬 

極性沸石矽膠、活性氧化鋁 

非極性碳分子篩活性碳 

而上述的吸附劑中又以活性碳的使用最為廣泛 , 根據統計目前全世界每年約 

6


消耗 28 萬噸的活性碳 , 主要應用於純化、除臭、脫色、去除有毒物質、分離、溶 

劑回收、貴金屬回收和觸媒擔體等。就區域而言 , 日本平均每年每人消耗 0.5 公斤 

的活性碳 , 美國為 0.4 公斤 , 歐洲為 0.3 公斤 , 其它地區 0.03 公斤 , 由此可知隨著 

科技的進步 , 活性碳的用量也會越來越大。 

3.2 活性碳簡介 

活性碳為一多孔性碳之集合性名稱 , 乃含碳物質熱分解及高溫活化後的產 

物 , 此種物質具有相當特殊的孔動結構 ( 圖 3-1), 表面上附著具有少量的化學鍵結 

性之氫及氧 , 形成表面官能基 (surface functional group)。此外活性碳尚含有少量的 

礦物性物質 , 通常可視為灰份 (ash), 灰份為活性碳中非有機部份 , 其含量與組成 

隨著活性碳種類不同而異 , 約介於 1~12% 之間 , 主要受原料之影響 (Suzuki, 

1990)。Joyce et al. (1964) 發現灰份含量增加 50% 時 , 活性碳的吸附容量將減少 

50%, 同時並建議將活性碳酸洗可降低其灰份含量。另外由許多的研究中指出 , 活 

性碳的表面微結構組織乃導致其具有極佳物理吸附能力的主要因素 , 包括下述三 

種主要特性 : 

1. 比表面積 (specific surface area) 

吸附是表面作用現象 , 故其吸附容量直接與可吸附的表面積有關 , 而實際上 

比表面積為決定吸附劑單層飽和吸附容量的主要因子 , 比表面積愈大 , 其吸附量 

愈大 , 同時當孔隙率 (porosity) 和平均孔徑 (mean pore size) 降低時 , 將增加吸附劑的 

比表面積。在工業應用方面 , 活性碳之比表面積為影響吸附能力之重要參數 , 因 

此在活性碳製造方面 , 將著重在如何有效的提升活性碳單位量之有效吸附表面積 

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以增加其吸附量 , 而在商業活性碳上最重要的特性是具有高孔隙體積及高表面積。 

圖 3-1 活性碳微結構示意圖 (Bansal et al., 1988) 

2. 孔隙結構 (pore structure) 

活性碳具有高度發展的微孔隙構造 , 使得每克活性碳的吸附面積相當於八個 

網球場之多 , 是一種極為優良的吸附劑 (Lu, 1994)。圖 3-2 為吸附劑表面及孔洞分 

類 , 依據 IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry, 1972) 定義 , 孔隙 

結構依其孔徑大小可以分類為下列三個等級 : 

• 大孔 (macropore): 孔洞直徑大於 50 nm; 又稱為導入孔 (admission)、擴散孔 

(diffusion pore) 或傳輸孔 (transport pore), 為物質傳輸的主要通道。 

• 中孔 (mesopore): 孔洞直徑介於 2~50 nm; 通常多孔性固體之吸附均被該孔洞及 

更小的孔洞所支配。 

• 微孔 (micropore): 孔洞直徑小於 2 nm; 具有較大之比表面積和孔體積。 

此種分類方式是依據吸附分子在各種孔徑範圍所表現的特性而來的 , 以活性 

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碳為吸附劑時 , 活性碳的大孔可將被吸附物質迅速輸送至內部的孔洞 , 較寬的孔 

徑能夠降低質傳的阻力 , 並增加吸附速率 (Laine et al., 1992); 中孔、微孔則與吸 

附質的有效面積及吸附分子間的毛細管凝聚作用有關 , 其中孔洞直徑小於 2 nm 的 

微孔對於吸附作用最具重要性 , 因為具有較大之比表面積和孔體積 , 依 Stenzel (1993) 

指出一般空氣污染物分子直徑大約在 0.4~0.85 nm 之間 , 故微孔孔隙對空氣污染物 

之吸附作用佔有相當重要之比例。 

Dubinin et al. (1968) 認為活性碳孔隙的形成是先由碳材中微小晶格邊緣基團 

燃燒形成封閉大孔 , 再由大孔內發展出中孔 , 而微孔則是自中孔內形成 , 僅有極 

少量的微孔直接出現在碳顆粒的表面。雖然大部分的吸附是發生在活性碳微孔隙 

部分 , 然而中孔及大孔卻是吸附質進入微孔的主要通道 , 因此在吸附過程中 , 中 

孔及大孔的多寡將是影響活性碳吸附效能的原因之一 (Rodríguez-Reinoso, 1998)。 

3. 活性碳表面官能基 

一般而言活性碳表面為非極性 , 故對非極性的有機分子具有極高的親合力。 

活性碳表面官能基 ( 圖 3-2) 往往會影響活性碳吸附的特性 , 而這些表面官能基的形 

成主要是來自於原料或在製造活性碳的活化過程中所產生的 (Hall et al., 1992), 其 

中又以含氧表面官能基佔優勢且受研究學者之重視 , 這些表面氧化物主要鍵結在 

碳層邊緣 , 許多研究已發現在石墨的基礎面 (basal planes), 氧分子的結合位置僅集 

中在周邊或在孔隙 (defect site) 上 , 若利用氧化劑對活性碳進行化學改良可提高其表 

面含氧量 , 但含氧表面官能基的增加則會提高活性碳表面極性 , 在水分子出現時 

將明顯減少有機化合物的吸附量 , 尤其在孔洞邊緣若產生含氧官能基並強烈鍵結 

水分子 , 則孔的有效直徑將明顯減少 (McGuire et al., 1978)。 

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圖 3-2 

活性碳表面可能含氧官能基分佈示意圖 

當氧分子與碳材表面接觸時 , 可能在界面發生可逆性物理吸附或化學吸附 , 

其吸附行為將依吸附發生時的溫度來決定。在低溫時 , 氧的吸附為完全可逆的物 

理吸附 , 隨著溫度增加 , 化學吸附的氧隨之增加 , 此時氧分子會解離成原子與碳 

原子產生反應 , 形成含氧表面化合物 (Rodríguez-Reinoso, 1998), 由於含氧表面化 

合物之影響使得活性碳在水中可能使水溶液呈現酸性或鹼性 pH 值 , 而 pH 值的大 

小則與表面含氧量多寡有密切關係 , 這些含氧性官能基經過多位學者以不同的方 

法加以確認 , 大致可分為兩類 , 酸性官能基及鹼性官能基 ( 圖 3-3、3-4)。酸性官能 

基有 :(a)carboxyl groups,(b)carboxylic anhydrides,(c)lactone groups,(d)lactols, 

(e)phenol groups,(f)isolated carbonyl groups,(g)quinine-like carbonyl groups,(h)ether 

groups, 酸性官能基能使水溶液 pH 值下降且具有親水性。當 carboxyl groups 彼此 

太接近時 , 則可能鍵結成 carboxylic anhydrides; 而 carbonyl groups 鄰近 hydroxyl 

groups 或 carboxyl groups, 則可能結合為 lactone groups 或形成 lactols; 位在芳香環 

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(aromatic) 結構邊緣的單一 hydroxyl groups 將呈現 phenolic 特性。而酸性官能基中 

以 carboxyl groups 存在的可能性最大 , 此基團可能以單獨的 isolated carbonyl groups 

或以 quinine-like carbonyl groups 的形式存在 ; 此外 , 氧可能僅取代結構邊緣的碳 

原子形成 ether groups。另外鹼性官能基能使水溶液 pH 值上升且具有疏水性 , 而 

活性碳的酸性表面性質主要為酸性表面基團所引起 , 但鹼性可能為表面鹼性基團 

的出現或基礎面的 π 電子系統與水中質子結合所致 (Boehm, 1994)。 

圖 3-3 活性碳表面可能含氧酸性官能基 (Boehm, 1994) 

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圖 3-4 活性碳表面可能含氧鹼性官能基 (Boehm, 1994) 

目前常用的表面氧化物分析方法包括 Boehm 酸鹼滴定法和儀器分析法 

(FTIR、XPS)。許多研究結果發現 , 在活性碳表面與有機物產生反應之主要氧化物 

官能基為 carbonyl groups(-C=O) 及 carboxly groups(-COOH), 若加溫至 100℃, 氧 

原子之化學吸附量會大量增加 , 甚至覆蓋 40% 之表面積。Ishizaki et al. (1981) 發現 

Filtrasorb 200 表面含氧官能基主要為弱酸性 , 包括 lactones、quinines、phenols 和 

carboxylates 等基團。Ishizaki (1988) 認為表面氧化物會阻礙非極性有機物 ( 如 CCl 4 ) 

在水溶液中的吸附過程 , 因活性碳在惰性環境下 , 經 1000℃ 高溫處理後表面酸性 

官能基減少 , 而比表面積及孔隙分佈並無明顯改變 , 但 CCl 4 吸附速率變快且單層 

吸附量改變。Papirer et al. (1987) 亦發現活性碳經 HNO 3 氧化及高溫熱處理後 , 表 

面酸性基團會分解而鹼性官能基濃度則會提高。 

3.2.1 活性碳的種類 

活性碳是一種複雜性的產品 , 很難由其原料、特性或製造方式加以分類 , 傳 

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統上大致是依照活性碳的氧化程度、顆粒大小、形狀以及用途作為分類的依據 

(Bansal et al., 1988)。 

依氧化程度的不同可分為兩類 : 

1. H-type: 此類活性碳加入水中時 , 活性碳的表面帶正電 , 具疏水性。將焦炭置 

於真空或在二氧化碳環境下加至高溫 ( 約 1200℃) 再於室溫下與空氣接觸 

獲得。 

2. L-type: 此類活性碳加入水中時 , 活性碳的表面帶負電 , 具親水性。將焦炭置 

於空氣中加熱至 200~400℃ 時而得 ; 經由氧化劑氧化或置於大氣中 , 可 

將 H-carbon 轉變為 L-carbon (Corapcioglu et al., 1987)。 

依照外形的不同與顆粒大小可分為下列五種活性碳 : 

1. 粉末狀活性碳 (Powder Activated Carbon, PAC) 

活性碳經過磨碎後 , 其顆粒小於 100 μm, 平均直徑介於 15~25 μm 稱為粉末狀 

活性碳 , 具有較大的外部表面積 (external surface area) 和較短的擴散路徑 (diffusion 

path), 吸附速率快 , 且關於質傳上的問題也較少。大多應用於廢水處理方面 , 可 

直接加入混凝槽中 , 具有增加脫色或吸附效率的功能。 

2. 粒狀活性碳 (Granular Activated Carbon, GAC) 

粒狀活性碳顆粒大於 0.5 cm, 平均顆粒大小為 720 μm, 為目前種類最多應用 

最廣泛的活性碳 , 雖然比表面積與吸附能力無 PAC 大 , 但因顆粒較大 , 所以有以 

下的優點 : 在管線中不易阻塞、可減低水壓、填充方便、再生容易。此類活性碳 

大多應用於廢氣處理、VOCs 回收或是自來水廠的吸附。 

3. 球形或圓柱形活性碳 (Spherical or Cylindrical Activated Carbon) 

將原料磨碎後 , 經由揉造、擠壓或造粒、乾燥程序 , 最後經過碳化以及活化 

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步驟始可製成。此類活性碳通常具有高機械強度 , 常作為特殊氣體之吸附或作為 

觸媒擔體 (support)。 

4. 活性碳纖維 (Activated Carbon Fiber, ACF) 

將活性碳製成纖維狀後會具有 PAC( 高比表面積、高吸附性 ) 及 GAC( 壓降小、 

可再生 ) 的優點 ; 由於具有良好的吸附效果及適當的纖維強度 , 故可製成不織布、 

蜂窩結構等 , 以滿足不同的需求 , 但是其價格也比一般的活性碳來的高。活性碳 

纖維多半使用於空污控制設備中。 

5. 含浸活性碳 (Impregnated Activated Carbon, IAC) 

一些特殊的活性碳產品乃將活性碳浸漬 (impregnated) 於化學溶液中 , 然後使這 

些化學物質固定於活性碳表面後 , 得到含浸活性碳。吸附汞蒸氣之活性碳乃是與 

硫粉充分混合後所得之產物 ; 吸附氨的活性碳乃是浸漬於鋅鹽中 ; 浸漬於碘化物 

的活性碳可去除硫化氫及汞蒸氣 , 亦可去除放射性的甲基碘 ; 浸漬於銀的活性碳 

可作為飲用水之淨化。另外有一些活性碳可塗佈 (coating) 一些稀有金屬而充當觸 

媒 , 或是塗佈一種生物相容性 (biocompatible) 聚合物 , 以產生一種薄、平滑且透氣 

性 ( 不會阻塞孔洞 ) 的表層 , 充作生物醫學材料。 

3.2.2 活性碳的應用 

當環保標準要求愈高 , 活性碳的需求就越多 , 活性碳可被製造成不同的顆粒 

大小及形狀 , 依不同的需求而被加以採用。雖然其外觀不同 , 但是一樣有高吸附 

量和高表面積的特性 , 所以活性碳可以廣泛的應用於氣態和液態的吸附 , 也可以 

作為還原劑或觸媒使用。 

控制 VOCs 釋放的最有效和最經濟的方法就是吸附 (Ruhl, 1993), 而活性碳是 

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最常被使用的吸附劑。因為溶劑的揮發不僅對人體健康與環境造成傷害 , 對於製 

程方面也會帶來效率的降低並使得成本提高 , 如果能有效的將這些揮發性物質收 

集並回收在利用 , 不僅能提高製程效率也可以降低對環境的衝擊。最常被活性碳 

吸附的溶劑有 :toluene、heptane、hexane、acetone、methyl ethyl ketone(MEK)、 

naphthalene, 這些 VOCs 物質以物理吸附的方式被吸附在活性碳的微孔中 , 當孔隙 

被佔滿時 , 可利用水蒸氣脫附再生活性碳 , 當這些揮發性物質從活性碳中釋出後 , 

經過冷凝成為溶劑和水的混合物 , 再把混合液分離就可以達到溶劑回收的效果。 

在化學工業程序上活性碳也有相當的用途 , 其中一項就是淨水與廢水的處 

理。活性碳對於有機化合物的吸附特別有效率 (Stenzel, 1993), 被吸附物是否能被 

吸附在活性碳表面 , 取決於被吸附分子和碳表面以及被吸附分子和溶液間的親和 

力大小。當被吸附分子和活性碳表面的親和力大於被吸附分子和溶液時 , 溶液中 

的被吸附分子就會被吸附在活性碳上 , 而有機污染物是容易被活性碳吸附的 , 例 

如氯化合物和芳香族 , 因為它們在水中的溶解度較低 , 相反的 , 若是水溶性物質 ( 例 

如 : 醇和醛 ), 則被活性碳吸附之效果較差。 

對於處理燃燒廢氣中的氮氧化物 , 活性碳吸附是一種極具潛力的方式 , 不僅 

無害且價格也較低。Komatsubara et al. (1984) 的研究中指出活性碳的確對氮氧化 

物的降低有不錯的效果 ,NO x 被還原成 N 2 , 並產生 CO 與 CO 2 。另外選擇性觸媒 

還原法 (selective catalytic reduction, SCR) 是經常被使用的氮氧化物控制技術之一 , 

但因為金屬觸媒比較昂貴 , 在使用上有比較大的限制 , 因此活性碳觸媒的開發引 

起相當廣泛的注意。活性碳具有極佳的反應性 , 可以同時去除廢氣中的 SO x 、NO x 

甚至是戴奧辛 , 且價格遠低於金屬觸媒 , 所以活性碳不僅是良好的吸附物質外 , 

更是極具發展潛力的還原劑與觸媒。 

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3.3 活性碳製備原理 

活性碳的好壞包括了以下三個重要的因素 : 原料的種類、碳化與活化的步驟。 

用不同起始原料所合成之活性碳其物化特性 ( 比表面積、孔體積、孔隙分佈 ) 也不 

同 , 例如以椰子殼為原料合成之活性碳 , 因其密度較大 , 所以製成後之活性碳擁 

有較大的微孔體積 , 而碳化與活化步驟更是直接影響活性碳好壞的主因。 

3.3.1 原料的選擇 

舉凡自然環境中 ( 動植物及礦物 ), 任何高含碳量的物質皆可以當作製備活性碳 

的原料 (Muñoz-Guillena et al., 1992)。這些原料包括有煤、石油、木材或椰子殼等 , 

目前商業活性碳以木材、椰子殼和煤為原料居多 (Wigmans, 1989), 其中又以煤為 

大宗 , 因為煤在天然界的蘊藏量最豐富且價格便宜 , 因此在原料的取得上也較方 

便 , 故有 42% 的活性碳是經由煤所製造出來的 , 而利用各種物質所合成之商業活 

性碳之比表面積皆列於表 3-2 中 , 此外依照原料的性質可分為下列幾類 : 

(1) 植物性 : 以植物的果皮、外殼、莖幹為原料。 

(2) 動物性 : 以活性污泥為原料。 

(3) 礦物性 : 煤、煙煤、瀝青、無煙煤等。 

(4) 人工合成原料 :PET(polyethyleneterepthalate)、輪胎、都市廢棄物。 

曾經被研究的活性碳原料如表 3-3 所示 , 另外有關於利用各種農業廢棄物及污 

泥為原料合成活性碳的文獻 , 皆彙整於表 3-4 中。雖然大部分的含碳物質在經過適 

當的處理程序 ( 熱裂解反應 ) 都可以製成活性碳 , 但在真正選擇含碳原料時 , 則須考 

量以下準則 , 以期能得到具有高品質的活性碳 ( 高比表面積及高微孔體積 ): 

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表 3-2 數種商業用活性碳的比表面積 ( 工業廢水活性碳處理 ,1987) 

商品名材料比表面積 (m 2 /g) 

PCC SGL 

煙 

煤 1000 ~ 1200 

PCC BPL 

煙 

煤 1000 ~ 1200 

PCC RB 

煙 

煤 1200 ~ 1400 

PCC GW 

煙 

煤 800 ~ 1000 

Columbia CXA/SXA 椰子殼 1100 ~ 1300 

Columbia AC 椰子殼 1200 ~ 1400 

Columbia G 椰子殼 1100 ~ 1150 

Darco S51 

褐 

煤 500 ~ 550 

Darco G60 褐 

煤 750 ~ 800 

Darco KB 

木 

材 950 ~ 1000 

Hydro Darco 褐 

煤 550 ~ 600 

Nuchar Aqua 

Nuchar C 

Nuchar (various) 

礦泥磨碎殘渣 



550 ~ 650 

1050 ~ 1100 

500 ~ 1400 

Norit (various) 木 

材 700 ~ 1400 

1. 原料貯存壽命之長短 

2. 原料含碳量多寡 

3. 原料中存在無機物之含量 

4. 原料硬度與孔隙度 

5. 原料取得之難易程度、體積與成本價格 

經由上述介紹可以得知在起始原料之選擇上須考慮其密度、灰份和揮發性成 

分等特性 , 以獲得品質較佳之活性碳 , 例如椰子殼、堅果殼具有高密度及高揮發 

份 , 故所製成之活性碳具有高微孔體積 , 適用於空氣淨化或 VOCs 之回收 ; 而木 

材和木質素 (lignin) 密度較小 , 雖有高揮發性成分 , 但所生成之活性碳為以大孔為 

主 , 故多用於淨水程序。 

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表 3-3 曾經被研究過的活性碳原料 (Hassler, 1974) 

Bagasse 

Seaweed 

Kelp and 

Beet-sugare sludges 

Lampblack 

Blood Leather waste 

Bones 

Carbohydrates 

Cereals 

Coal 

Coconut shells 

Coffee beans 

Corncobs and corn stalks 

Cottonseed hulls 

Distillery waste 

Fish 

Flue dust 

Fruit pits 

Graphit 

Lignin 

Lignite 

Molasses 

Nut shells 

Oil shale 

Pea 

Petroleum acid sludge 

Petroleum cake 

Potassium ferrocyanide residue 

Pulp-mill waste 

Rice hulls 

Rubber waste 

Wood 

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表 3-4 

各種產業廢棄物合成活性碳之製程條件與比表面積 

文獻材料碳化過程活化時間 

(hr) 

溫度 

(℃) 

活化劑後處理酸洗時間 

Bevia et al. (1984) Almond shells 2 700 25% ZnCl 2 0.1N HCl 酸洗 2 742 

Chiang et al. (1987) 

Gergova et al. (1994) 

Hu et al. (1995) 

Pollard et al. (1995) 

Aerobically digested sludge 

Anaerobically digested sludge 

Apricot stones 

Almond shells 

Cherry stones 

Grape seeds 

Walnut shell 

Elutrilithe 

Seed husks 

Seed husks 

蒸氣裂解 2 700 

(hr) 

比表面積 

(m 2 /g) 

1 550 5 M ZnCl 2 

585 

5 

3 

N 2 0.5 

N 2 1/12 

800 

930 

原料 :KOH=1:1 

原料 :KOH=1:1.5 

去離子水 

2M HNO 3 3 

Warhurst et al. (1996) Seed husks 蒸氣裂解 2 750 730 

Jeyaseelan (1996) Sewage sludge N 2 2 650 309 

Tsai et al. (1998) Corn cob 1 500 原料 :ZnCl 2 =1:2 3N HCl 酸洗 0.5 1563 

Lua (2000) Oil palm stone CO 2 2 850 1410 

Conesa et al. (2000) Macadamia nut shell 蒸氣裂解 1/3 850 686 

曾如玲 (2000) Pinewood 蒸氣裂解 4 890 902 

485 

850 

455 

820 

574 

541 

403 

1111 

1048 

734 

734 

19


3.3.2 碳化 (carbonization) 

所謂的碳化即是將有機化合物藉由熱處理轉換成多孔性的碳質 (Lewis, 

1982), 亦可稱為熱裂解反應 (pyrolysis), 在惰性氣氛下加熱 , 使物質中之非碳原子 , 

主要是氫、氧、氮、硫以揮發物 (volatile) 和焦油 (char) 形式釋出。當非碳原子釋出 

後 , 此物質就形成由芳香族頁片和鏈條 (aromatic sheets and strips) 所構成的焦炭結 

構 , 而焦炭的孔隙就是由介於層間的切縫 (gap) 所造的 ; 由此得知 , 經過碳化步驟 

後所得之焦碳產物已具備了基本的孔隙結構。而影響碳化的主要因素包括 : 原料 

的性質、升溫速率、碳化溫度、爐內停留時間 , 這些因素都會影響活性碳熱裂解 

的程度、焦炭的基本結構以及產率。碳化過程可依溫度分為三階段 (Caturla et al., 

1991): 

Step 1:25~200℃, 此階段之碳化主要是水分的損失。 

Step 2:200~500℃, 此階段的重量損失主要是揮發物與焦油開始釋出 , 使得整個 

密度下降 , 形成基本的焦碳結構。 

Step 3:500~900℃, 由於焦碳的結構已鞏固 , 因此重量損失非常微量 , 整體的密 

度會有些微的上升。 

隨著碳化溫度的提高或是時間的延長 , 特別是在 Step 2, 活性碳重量會有明顯 

的損失 , 所以密度會降低 , 但當整體密度降低至一定程度之後 , 就會有些許的增 

加 , 這可能是由於焦結現象 (caking) (Unger et al., 1981) 導致孔隙度降低 , 或者是 

因為焦油沉澱或分解填充孔隙所造成的影響。 

綜合上述觀點得知 , 碳化反應為芳香族形成加上聚合作用 (polymerization) 的程 

序 ( 圖 3-5)。較小的芳香族結構被聚合成芳香族高分子 , 最後形成三次元的石墨結 

構 , 整個碳化過程是極為複雜的反應 , 首先由鏈狀分子轉換為環狀芳香族 , 整個 

反應機制如下 : 

(1) C-H、C-C 鍵斷裂 , 形成自由基 

(2) 分子重新排列 

(3) 熱聚合作用 

20


(4) 芳香族縮合反應 

(5) 支鏈的去除 

圖 3-5 高分子物質碳化過程中分子結構的變化 (Lewis, 1982) 

雖然這些機制可能在碳化期間同時平行進行 , 但是也可以從反應機構的觀點 

分開來考慮 , 也就是說 , 碳化基本上是一種把脂肪族 ( 鏈狀 ) 轉變為芳香族 ( 環狀 ) 的 

反應。在碳化過程結束後 , 經常會有碳氫化合物形成而附著在焦碳結構上 , 將孔 

隙阻塞 , 所以必須藉由活化過程去除碳氫化合物 , 以增加其孔隙度 , 提升活性碳 

的吸附能力。 

21


3.3.3 活化 (activation) 

經過碳化處理的焦碳其孔隙並未完全產生 , 須經由活化程序以增加比表面積 

及孔隙的生成 , 在高溫活化的過程中有兩個氧化的階段 :(a) 微小晶格邊緣基團的 

燃燒形成大孔 ,(b) 隨後微小晶格表面的燃燒導致微孔的生成。依處理方法的不同 , 

活化方式可分為兩類 : 物理活化及化學活化 , 茲分述如下 : 

3.3.3.1 物理活化 (physical activation) 

物理活化又稱為氣體活化 , 經過物理活化後所得到的活性碳稱為物理碳 , 利 

用水蒸氣、二氧化碳、空氣或者是混合氣體 ( 氧化氣體 ), 在高溫下 (800~1100℃) 與 

焦碳發生部分氣化反應 (partial gasification) (Rodríguez-Reinoso et al, 1995;Wigmans, 

1989) 或侵蝕碳質表面 , 以去除表面層的原子 , 如此不僅可以形成較多之孔隙 , 以 

增加比表面積 , 而且還可以留下具有特殊親合力的原子結構。物理活化與碳化是 

分兩個不同的步驟依序完成的 , 首先升溫將碳材碳化成焦碳 , 接著再利用氧化氣 

體予以活化。 

當物理活化發生時 , 焦油的沉澱物 (disorganized carbon) 會先被排出。由於焦油 

沉澱物會阻塞孔隙 , 當沉澱物經由氣化去除後 , 開始產生孔體積與比表面積 , 接 

著氧化氣體會擴散到已打開的孔洞中反應 , 隨著活化程度的提高 , 孔隙度也隨之 

增加 , 孔的寬度也會逐漸加大 , 但不一定為線性增加的關係。 

而活化程度、孔隙度以及孔徑大小分佈與所選擇的活化氣體間有非常明顯的 

關係 ( Rodríguez-Reinoso et al., 1995), 雖然活化氣體在增加孔隙度方面扮演很重 

要的角色 , 但是卻沒有一定的趨勢。Tomkovet al. (1977) 以二氧化碳和水蒸氣活化 

褐煤焦碳 (Brown Coal), 研究結果發現在相同的活化程度下 , 利用水蒸氣活化所製 

備的活性碳具有較大的吸附能力和較廣的孔徑分佈 , 以中孔所佔的比例最高 , 但 

是 Wigmans (1989) 發現以二氧化碳活化所得的活性碳其中孔 / 小孔的比值大於水蒸 

氣活化 , 故推測二氧化碳對微孔有擴孔的作用。因為活化氣體的分子大小不同、 

反應性的差異與物理活化環境條件的控制 , 均會直接影響到孔隙的結構 , 所以活 

22


化氣體對孔隙度所造成的孔徑分佈影響至今還未有定論。而物理活化對孔隙發展 

的機制茲分述如下 : 

Step 1: 結構排列無序的碳先被燃燒 (burn-off 不超過 10%), 微孔被打開 , 比表面積 

和孔體積會有明顯的增加。 

Step 2: 碳表面的芳香環被燃燒 , 形成活化位址和較寬的孔隙 , 微孔擴張為較寬的 

微孔或中孔。 

Step 3: 孔壁相互穿通 , 比表面積可能會減少。 

活化反應會依碳材、氣體之總類、組成與反應溫度等條件而異 , 一般而言 , 

大部分所使用的活化氣體有水蒸氣及二氧化碳或是混合氣體。 

(a) 水蒸氣 (steam) 活化 

水蒸氣活化反應約在 750℃ 以上之高溫進行 , 其化學反應式如下 : 

C+H 2 O → CO+H 2 

C+2H 2 O → CO 2 +2H 2 

反應機構推測如下 : 

C+H 2 O → C(H 2 O) 

C(H 2 O) → C(O)+H 2 

上述 ( 

C(O) → CO 

) 表示碳表面結合的狀態 , 由於碳表面之水蒸氣會在高溫分解放出氫 

氣 , 而停留於碳表面之氧會與碳結合生成一氧化碳 , 此時脫離及氧化反應同時進 

行。在「氫」存在狀態下會顯著地阻礙反應的進行 , 且生成之「一氧化碳」會與 

停留在碳表面的氧結合生成二氧化碳 , 亦會影響碳表面與蒸氣的反應。 

(b) 二氧化碳活化 

二氧化碳活化活化反應約在 750℃ 以上之高溫進行 , 其化學反應式如下 : 

C+CO 2 → C(O)+CO 

C(O) → CO 

C+CO → C(CO) 

23


二氧化碳會與碳材進行不可逆反應 , 生成之一氧化碳會以結合狀態停留於表 

面阻礙反應的進行。 

3.3.3.2 化學活化 (chemical activation) 

經過化學活化後所獲得的活性碳稱為化學碳 , 化學活化是指將原料製成活性 

碳前 , 先將原料浸漬於化學藥品中 ( 如 ZnCl 2 、H 3 PO 4 等 ), 使得在碳化期間 (400~800℃) 

能夠抑制焦油的形成 , 讓活性碳有較佳之孔隙度發展 (Caturla et al., 1991)。通常這 

些化學試劑都具有脫水性 (dehydration), 一般稱為化學活化劑 , 含浸活化劑的原料 

在熱裂解過程可以有效抑制焦油和揮發物的形成 , 產生交聯作用形成較堅固的結 

構 , 減少灰份的產生 , 增加產率並減少孔隙的阻塞 , 更進一步形成新的小孔 , 使 

吸附能力增加 , 而利用化學活化法所得到的活性碳 , 其孔隙分佈特性與下列幾項 

因子有關 : 化學藥劑浸泡程度、加熱溫度與停留時間等。曾經被研究過的化學試 

劑有 :H 3 PO 4 、ZnCl 2 、MgCl 2 、KOH、K 2 CO 3 、NaOH、Na 2 CO 3 等 (Admadpour et al., 

1996), 其中以 ZnCl 2 及 H 3 PO 4 最為普遍。 

ZnCl 2 製程為發展最久的一種化學活化法 , 活化後產物的孔洞較大。首先將原 

料浸泡於已知濃度的 ZnCl 2 溶液一段時間 , 滲入的 ZnCl 2 會造成原料結構的膨鬆 , 

接著進行碳化 (600~700℃) 時有助於活化反應的進行及孔隙結構的發展 , 雖然其製 

程簡單且效率高 , 但 ZnCl 2 所導致的環境污染問題也須重視。 

而 H 3 PO 4 製程所產生的孔洞較細小 , 其活化方法與 ZnCl 2 相似 , 碳化期間 

(350~500℃) 焦碳被 H 3 PO 4 氧化而受到侵蝕 , 因此焦碳成為具有孔隙特性的活性 

碳。Jagtoyen et al. (1992) 的研究中指出 , 經 H 3 PO 4 處理過的煙煤在較低的溫度下會 

加速結構的改變 , 包括氫、氧、硫原子的釋出 , 增加芳香族的形成和架橋結構的 

發生。這些主要是由於在熱裂解初期 ,H 3 PO 4 促使煤結構中的較弱鍵斷裂 , 伴隨氧、 

硫和脂肪族的釋出 , 然而結構中斷裂的自由基就會重新結合為較大和較強的結構 

單位 , 形成架橋結構體。經過 H 3 PO 4 活化所得到的活性碳具有較寬孔徑的孔隙分 

佈 , 這可能是因為磷酸根在芳香族層間鍵結 , 造成介於芳香族頁片間的切縫固定 , 

24


不易受滑動壓縮 , 也可能是 H 3 PO 4 形成環狀結構 , 貼附在碳物質上 , 保護此區塊 

不被活化劑接觸 , 使得活化只能在某些未被 H 3 PO 4 覆蓋的特定區塊進行 , 特定區 

因為持續的進行活化 , 所以便能發展出較寬的孔隙。但磷為環境生物的營養鹽 , 

不適當的 H 3 PO 4 廢液 , 容易造成優氧化的問題。 

相較於物理活化法的兩階段製造活性碳 ( 碳化、活化 ), 化學活化法將其簡化成 

單一步驟 ( 碳化、活化同時進行 ), 且操作溫度也比物理活化法低 , 還能改善活性碳 

的孔隙發展並提高活性碳的產率。 

3.4 吸附劑再生 

使用過的吸附劑需經過再生的方式才可重新使用 , 一方面可以將被吸附的有 

機溶劑脫附出來 , 經收集後重新使用 , 降低成本並提高使用效率 , 另外一方面 , 

經過再生後的活性碳可被重新使用 , 不僅可以減低活性碳的消耗速度 , 也可以減 

少對環境的污染 , 減輕對環境的負荷。 

最早商業處理活性碳約在 1884 年 , 經過多年的研發後 , 可將廢棄活性碳再生 

處理技術分為脫附與分解兩種。脫附利用加熱或溶劑萃取方式將被吸附物質由活 

性碳中脫離 , 分解則利用熱、化學、電化學或微生物將被吸附物質加以分解而再 

生活性碳。最近 Sheintuch et al. (1999) 對於活性碳再生方法有一回顧性的報導 , 傳 

統的再生方式以熱再生法最為普遍 , 但熱再生法需要消耗大量能源 , 因為許多能 

量用於加熱空氣分子與水蒸汽分子 , 再藉由熱傳導方式將熱量傳送至活性碳內部 

孔隙中 , 將吸附質予以脫附 , 然而此種脫附方式無論採用飽和蒸氣或高溫惰性氣 

體 , 均有能源使用效率不高之現象 , 而對於吸附能力較大的物質 , 例如芳香族化 

合物 , 脫附再生溫度必須高達 800-1000℃, 基於經濟方面的考量 , 此種耗費能源 

的方式必須處理大量廢棄活性碳 ( 每年約 500,000 噸 ) 才符合經濟規模。此外 , 由於 

許多活性碳再生技術施行時 , 從活性碳脫附的污染物 , 其濃度往往更勝於原本所 

吸附的濃度 , 故可能造成比原來更具污染性之二次污染問題 , 因此對於活性碳再 

25


生的過程則需要更加注意 , 除了達到活性碳再生之目的外 , 更應將所脫附之污染 

物予以破壞 , 以降低對環境之危害。但是經過脫附再生的活性碳 , 其吸附效率會 

降低 , 而且活性碳表面官能基的量也會減少 , 導致吸附效能降低並減低污染物處 

理效果。 

基於經濟因素與吸附能力的考量 , 選擇一種適當的活性碳再生技術是必要 

的 , 此再生技術必須具備下列優點 :(1) 再生溫度下降 , 降低再生成本 (2) 再生之後 

仍具有良好的吸附能力。最近許多學者研究各種再生技術 , 期能取代加熱脫附法。 

Bercic et al. (1996) 以 190℃,25bar 的熱水再生吸附酚的活性碳 , 經再生後的活性 

碳對酚得吸附量可恢復到原來的 90%。Salvador et al. (1996) 則以次臨界液態水 

(300℃,120atm) 熱再生吸附後的活性碳 , 研究後發現比傳統蒸氣熱再生便宜 , 且 

比利用超臨界二氧化碳萃取更能完全脫附。Chihara et al. (1997) 利用超臨界二氧化 

碳再生吸附有機物 ( 苯、甲苯、二甲苯、酚等 ) 之活性碳 , 發現此方式較傳統的蒸氣 

再生便宜十分之一。而 Liu (1996) 將 Pt-TiO 2 光觸媒浸染在活性碳上 , 吸附對二氯 

苯及三氯乙烯等有機污染物 , 再照 UV 光催化氧化再生活性碳 , 可去除約 90% 有 

機污染物但是再生吸附效能約下降至原來的 60~70%。Sheintuch et al. (1999) 發表 

一系列有關於浸染氧化銅、氧化鐵、氧化鉻等過渡金屬於活性碳上後吸附酚類化 

合物之研究結果 , 經加熱催化 (200-400℃) 再生活性碳後 , 可有效將酚類化合物去 

除 85%, 經過多次循環再生可維持原來吸附效能的 80% 以上。新研發之微波加熱 

再生技術 , 係利用微波具有較高之能源使用效率及較高穿透性之優點 , 不僅可提 

高吸附劑之脫附效率 , 亦可節省大量能源之損耗 , 經連續 15 次以上之反覆吸附與 

脫附再生測試後 , 活性碳仍可維持約 95% 以上之吸附能力 , 這也顯示微波加熱技 

術不但可有效提昇活性碳再生效率 , 並可延長活性碳使用年限 , 對於活性碳廢棄 

與再生的問題 , 可提供另一項經濟且有效之解決方案。綜合以上各種不同的再生 

方法 , 活性碳再生技術可歸納如圖 3-6 所示。 

26


Spent AC adsorbent 

Desorption 

Decomposition 

Thermal 

Chemical 

Electrochemical 

Microbial 

Inert gas 

Solvent extraction 

Oxidation 

Thermal 

Stream 

Nonthermal Surfactant enhanced 

Catalytic 

Hot water 

Supercritical 

fluid extraction 

Photocatalytic 

Reduction 

Catalytic HDC 

Others 

圖 3-6 活性碳再生處理技術比較 (Sheintuch et al., 1999) 

3.5 吸附現象 

活性碳最重要的優點就是因為吸附作用的存在 , 活性碳對於氣體或溶液中的 

有機物或無機物質都有很強的吸附能力。所謂的「吸附 (adsorption)」乃是利用固體 

內外表面或液體表面吸取分子的過程 , 與氣體分子被包含物質內的氣體「吸收 

(absorption)」不同。異質介面之所以會發生吸附現象 , 是由於表面上之原子或分子 

彼此具有親合力 (affinity) 作用而引起的。 

固體物上的吸附過程可以在氣相或液相介質中進行 , 一般而言在固體介面 

上 , 固體表面原子會有向內拉的傾向 , 造成力的不平衡 , 流體中某些物質為保持 

27


平衡 , 以降低表面張力與自由能的方式 , 導致其物質朝固體表面或內部孔洞移動 , 

並附著在固體表面上。根據 IUPAC 規定 , 施行表面吸附作用之物質稱為吸附劑 

(adsorbent), 而被吸附的物質稱為吸附質 (adsorbate), 存在於吸附劑與吸附質間之 

界面稱為吸附相 (adsorbed phase)。吸附劑表面有許多活化位址 (active sites), 當吸附 

劑表面的活化位址均被吸附質佔據時 , 即可達到吸附平衡狀態。 

3.5.1 吸附之熱力特性 

吸附現象是吸附劑表面對吸附質分子之親和力作用。當吸附作用發生時 , 依 

熱力學分析 , 吸附質分子在吸附劑表面移動 , 其吸附之熵值 (entropy) 變化小於零 

(△S


(4) 吸附質脫離了活性碳之吸附位址 , 故產生脫附現象 , 但吸附與脫附兩步驟之 

反應速率若相等時 , 則溶液中就構成一種動態平衡。而吸附平衡時間與平衡 

濃度和最初的液相濃度之比例 ,(C/C 0 )、溫度、顆粒大小及液相和顆粒內部的 

擴散控制了整個吸附速率 , 並決定了所需之平衡時間。 

依照鍵結作用之方式 , 可分為物理吸附 (physical adsorption) 與化學吸附 

(chemical adsorption), 分述如下 : 

1. 物理吸附 

物理吸附涉及吸附質與吸附劑分子間的交互作用力 , 主要作用力為凡得瓦爾 

力 (van der Waal’s force), 包括倫敦分散力 (london dispersion force)、靜電吸引和排 

斥力 (electrostatic attraction and repulsion forces 或稱 coulomb force)、偶極 - 偶極作用 

力 (dipole-dipole interaction force)、氫鍵 (hydrogen bonding), 其中倫敦分散力是凡得 

瓦爾力的主要來源。當共價鍵兩端原子之電負度 (electronegativity) 不同時 , 會使分 

子內正負電價產生部份分離的現象而使分子具偶極矩 (dipole moment), 具永久偶極 

的分子稱為極性 (polar) 分子 , 若兩個缺乏永久偶極的中性分子彼此接近時 , 因其電 

荷分佈間量子力學之交互作用將使分子間產生微弱的吸引力 , 即構成倫敦分散 

力。疏水性鍵結 (hydrophobic bonding) 乃說明了非極性吸附劑對非極性分子具有較 

強的吸附能力。當吸附質分子缺乏明顯的偶極矩時 , 總吸附能力乃主要決定於倫 

敦分散力。 

當發生物理吸附時 , 吸附質分子與吸附劑表面並無化學鍵的鍵結 , 所以彼此 

的組成並不改變。由於物理吸附發生的作用力小 , 所以其焓質變化與吸附質之凝 

結熱差不多 , 大約 40 kJ/mole, 且物理吸附反應之活化能較低 , 故反應速率相當快 , 

可以很快達到吸附平衡 , 但其為可逆反應 , 易於脫附 (Smith et al., 1996)。當溫度 

較低時 , 容易吸附 , 溫度增加時 , 吸附量反而減少。一般假設物理吸附的型態為 

欲去除的物質可在吸附劑表面自由移動 , 而且為多層性 (multi-layered), 即新分子 

層於已吸附層之外部形成。 

29


2. 化學吸附 

化學吸附亦基於靜電力 , 吸附質與吸附劑表面之間因吸引力而產生分子軌域 

的重疊作用 , 形成化學鍵結 , 基本上有類似共價或靜電性化學鍵的生成 , 此作用 

力遠大於凡得瓦爾力 , 故化學吸附反應之焓質較物理吸附大 , 約 50.4 kJ/mole。化 

學吸附之鍵結能會隨著吸附質與吸附劑間距離增加而降低 , 其反應速率相當緩 

慢 , 屬於單層吸附。物理吸附與化學吸附之差異性如表 3-5 所示 , 物理吸附與化學 

吸附間的分界並非十分明顯 , 吸附量隨溫度之變化曲線即概念性的描述了物理吸 

附與化學吸附之關係 , 其過渡區並非在平衡狀態 ( 圖 3-7)。 

表 3-5 物理吸附與化學吸附之差異性 (Ruthven, 1984) 

物理吸附 

化學吸附 

吸附熱低 ( 小於 2 或 3 倍蒸發潛熱 ) 吸附熱高 ( 大於 2 或 3 倍蒸發潛熱 ) 

不具特異性 (nonspecific) 

單層或多層吸附 (multilayer) 

被吸附物不分解 

只在低溫時有意義 

快速、非活化、具可逆性 

吸附質可被極化 , 但無電子轉移 

無選擇性 

高度特異性 (specific) 

僅單層吸附 (monolayer) 

被吸附物可能分解 

作用溫度範圍較大 

慢、活化、不具可逆性 

電子轉移導致化學鍵生成 

高選擇性 

30


圖 3-7 

不同溫度範圍的主要吸附現象 

3.5.3 等溫吸附線的分類 

吸附劑所能吸附物質的能力稱為吸附能力 , 對吸附的實際應用方面有決定性 

的影響。在恆溫條件下 , 平衡吸附量與吸附劑和吸附質的相對分壓有一函數關係 , 

此曲線稱為等溫吸附線 (adsorption isotherm)。Brunauer et al. (1940) 首先提出等溫吸 

附線的分類法 , 依外形可分為五類主要的物理等溫吸附線 ( 圖 3-8), 概述如下 : 

Type Ⅰ: 屬於單分子層吸附 , 適用於微孔性吸附劑。 

Type Ⅱ: 表示由單層延伸至多層分子吸附 ( 由沒有孔隙或是大於微孔的物質產生 ), 

最後產生毛細凝結現象 , 適用於非多孔性固體。 

Type Ⅲ:Type III 與 Type V 等溫吸附線是單層吸附尚未完成 , 即已形成多層吸附 , 

此現象是由於吸附質彼此間的吸引力大於對吸附劑之吸引力 , 適用於非 

多孔性固體。 

Type Ⅳ: 通常出現在具有大孔或中孔隙的吸附劑 , 因具有毛細凝結現象所以在高 

分壓下 ( 約 P/P 0 =0.4~0.8) 會產生遲滯現象 (Hysteresis loops)。 

Type Ⅴ: 類似 Type III, 但適用多孔性的物質。常見於水分子吸附在活性碳表面行 

為。 

31


圖 3-8 

BET 等溫吸附曲線分類 

32


3.5.4 吸附遲滯 (Hysteresis loop) 

當吸附溫度低於吸附質臨界溫度時 , 一般會產生多層吸附的現象 , 對多孔性 

吸附劑而言 , 孔隙的出現除了限制可能的吸附層外 , 同時會產生毛細凝結現象。 

此系統最常見的特性即為 Hysteresis: 脫附曲線位於吸附曲線的左邊 , 且 P/P 0 ~1.0 

時等溫線將漸趨平緩。通常 Hysteresis 產生密閉的迴路 , 但若墨水瓶 (ink-bottle) 孔 

出現或在吸附階段導致孔結構產生不可逆的改變時 , 可能使脫附分支與吸附分支 

無法重合。 

Hysteresis loop 形成的原因可能為吸附和脫附階段之接觸角不同 , 墨水瓶或有 

凹角 (re-entrant) 孔隙的出現 , 孔隙結構的改變 , 吸附和脫附階段液面形狀的不同 , 

或液面因相變化導致延緩的現象 (Gregg, 1982)。基於計算方便 , 通常假設接觸角 ψ 

= 0, 在高相對壓力下 , 若吸附量明顯增加則可滿足此假設 , 但當等溫線與飽和壓 

力座標軸相交於某一特定角度時 , 在高相對壓力之接觸角必大於零。一般而言 , 

接觸角並非維持一定值。 

Hysteresis loop 可能出現相當多種的形狀 ,de Bore (1958) 基於 Hysteresis loop 

與孔形狀之相關性 , 首先提出一套分類系統 , 將 Loop 分為 Type A、B、C、D 和 E 

五類 ( 圖 3-9), 其中以 Type A、B 和 E 較常見。 

其後 IUPAC 又建議了另外一套 Hysteresis loop 的分類法 , 分為 H1、H2、H3 

和 H4 等四類 ( 圖 3-10)。前三類即相當於 de Bore 分類的 Type A、E 和 B。雖然造 

成 Hysteresis loop 之許多因素尚未被原全了解 , 但其形狀已知與孔隙結構有關。Type 

H1 通常由顆粒大小極均勻的橢球體以相當規則的排列方式聚集而成 , 多孔性吸附 

劑通常會產生 Type H2 loops, 過去將其歸因為墨水瓶孔所致之解釋過於簡化 , 仍 

需考慮孔網的影響 , 而當吸附劑之孔隙為類似平板狀顆粒組成含裂縫狀孔洞時則 

產生 Type H3,Type H4 loops 通常與窄裂縫狀有關。Hysteresis loop 的形狀除了依 

賴孔隙形狀外 , 亦受孔大小分佈的影響。此外 Hysteresis loop 閉合點的相對壓力通 

常與吸附劑的性質無關 , 只依賴吸附質決定。以氮氣為例 , 在 77K 吸附時發生在 

P/P 0 ~ 0.42, 而苯在 298K 之吸附則發生在 P/P 0 ~ 0.28。 

33


圖 3-9 de Boer 的 Hysteresis loop 分類 (de Boer, 1958) 

圖 3-10 

IUPAC 建議的 Hysteresis loop 分類 

34


3.5.5 吸附過程 

活性碳吸附發生在微孔、中孔和大孔隙中 , 但在大孔中的吸附量與發生在微 

孔和中孔隙的吸附現象比較 , 通常所占比例極微量 , 幾乎可忽略不計。隨著相對 

壓力的不同 , 吸附過程大概可包括下列三種吸附機制 : 

1. 體積填充 (volume filling): 此乃在低相對壓力下 , 微孔被吸附質分子佔據的現 

象。微孔中吸附力場的重疊 , 導致其內吸附勢能 (adsorption potential) 明顯增 

加 , 因此微孔中的吸附量通常為總吸附量的主要來源。 

2. 多層吸附 (layer-by-layer): 在中相對壓力時 , 微孔填充過程通常伴隨著發生在 

中孔隙表面上的多層吸附現象。 

3. 毛細凝結 (capillary condensation): 此乃接近飽和蒸氣壓時 , 出現在中孔隙中 

吸附質的凝結現象 , 孔壁上的吸附層有向中央凹陷之現象。常用於定性描述 

吸附劑孔體積和表面積分佈。 

討論吸附機制時不能僅由吸附劑之孔隙大小決定 , 尚須考慮吸附質分子的大 

小和結構。Gurvitsch rule 乃描述一特定吸附劑對不同吸附質在接近飽和壓力情況 

下的吸附量 ( 以液體體積表示時 ) 彼此相當接近的現象 , 特別是對於性質相近的吸附 

質 , 此體積稱為 Gurvitsch volume, 此種現象說明了吸附質以接近液體的型態凝結 

在孔中 , 等溫吸附曲線為 Type I 的系統通常符合此定律 (Gregg et al., 1982)。 

當孔隙內含僅分子大小的緊縮部份時 , 氣體分子通過將會受到阻礙 , 同時因 

受到強烈吸引力場的影響 , 亦會增加其停留的時間 , 延緩吸附發生的時間 , 導 

致 ”activated entry“ 的效應。實際上 , 接近飽和蒸氣壓時 , 等溫線有繼續上揚的趨 

勢。文獻顯示非均勻表面通常仍會產生平滑的等溫線 , 雖然表面看來仍相當平整 , 

但吸附過程中吸附質本身可能發生相變化。Halysey 於 1965 年即定性解釋了表面 

可能發生的各種轉變 , 如圖 3-11 所示。 

35


圖 3-11 

等溫吸附曲線之示意圖例 

3.5.6 吸附模式 

在一定溫度下進行吸附實驗 , 若平衡吸附量表示為氣體濃度或壓力之函數 

時 , 此種經驗或理論的表示法稱之為等溫吸附線。等溫吸附線可由下列三種方式 

推導獲得 : 

(1) 狀態方程式 (equation of state) 

(2) 統計熱力學的分配函數 (partition function) 

(3) 動力學 

吸附模式最早由 Freundlich 在 1907 年所提出等溫吸附經驗式 , 之後 Langmuir 

在 1918 年提出單分子層 (unimolecular layer) 吸附理論 , 到了 1939 年 Brunauer、 

Emmett 和 Teller 由 Langmuir 假設與理論推導出多分子層吸附模式 , 稱為 B.E.T. 吸 

附方程式 , 以下針對此三種吸附方程式與 Dubinin-Radushkevich (DR) 等溫吸附方程 

式 , 做一個概略性的敘述 : 

36


1. Freundlich 等溫吸附方程式 

Freundlich isotherm (Suzuki, 1990) 為最早的溫吸附經驗式 , 根據等溫吸附實驗 

結果 , 假設吸附熱隨表面覆蓋率的增加而呈現對數減少 , 適用於中等壓力 

(0.2


 

若令 b (3.7) 

1/ 2 

( 2mkT 

) 

則 

bp 

(3.8) 

1 bp 

因 θ=V/V m , 故 

V 

Vmbp 

1 bp 

或 

p 

V 

P 

1 

(3.9) 

bV 

m 

V m 

其中 V、V m 分別表示在壓力為 P 及無限大時的吸附體積。 

Langmuir 理論最大的弱點乃在假設吸附位址的均勻分佈和被吸附的分子間無 

交互作用兩項 , 而多層吸附的出現亦為模式無法適當解釋實驗數據的原因之一 , 

此外在實際環境下 ,「各位址吸附能相等」之假設很少見。基於以上的假設 , 最終 

可以得到下列方程式 : 

q 

K 

q 

C 

L m e 

e 

(3.10) 

1 K 

LCe 

其中 q e 為平衡濃度下之飽和吸附量 (mg/g),q m 為使單位吸附劑完全飽和所需之吸 

附量 ,C e 為平衡濃度 (mg/L),K L 為 Langmuir 吸附常數。其吸附曲線如圖 3-12 所 

示。 

圖 3-12 

Langmuir 等溫吸附曲線 

38


3. BET 等溫吸附方程式 

1938 年 Brunauer、Emmett 和 Teller 延伸了 Langmuir 吸附理論 , 由單分子層吸 

附提升至多層分子吸附 , 此理論在吸附研究上有極大的貢獻 , 除了提供比表面積 

之計算外 , 還可以估算吸附熱 , 其基本假設為 : 

(1) 在固體表面被吸附的分子可作為新的吸附位址 , 以吸附第二層分子 , 以此類推 , 

故可以吸附數層分子。 

(2) 每一層吸附現象符合 Langmuir 等溫吸附方程式。 

(3) 每一層各吸附位址之吸附能均相等。 

(4) 被吸附分子間的交互作用可忽略。 

(5) 第二層以上之揮發及凝結過程僅發生在接觸表面 , 各吸附位址吸附熱皆相等且 

等於吸附質液體的凝結熱。 

BET 等溫吸附方程式為 : 

方程式中 , 

c 

a v 

 

a v 

1 2 ( E1 L 

2 

1 

e 

V 

m 

c 

p 

p 

V 

 

 

p 

1 

 

1 

p0 

 

) / 

RT 

0 

c 

p 1 

p 

0 

(3.11) 

Q 

0 

kC 

e 

q 

e 

 

(3.12) 

C 

e 

 

( C 

c 

C 

e 

) 1 

( 

k 1) 

 

C 

0 

其中 V m 為第一層被吸附分子總體積 ,k 為常數 ,a 1 、a 2 為吸附質凝結係數 ,ν 1 、ν 2 

為碰撞頻率 ,E 1 為吸附熱 ,P 0 為測試溫度下吸附氣體的飽和蒸氣壓 ,L 為凝結潛 

熱 ,q e 為平衡濃度下之飽和吸附量 ,Q 0 為使單位吸附劑完全飽和所需之吸附量 , 

C e 為平衡濃度 ,C 0 為起始濃度。其吸附曲線如圖 2-13 所示 , 而 BET 方程式是最 

普遍被用來計算比表面積的方程式 , 其優點包括簡單性、限制性 (definitiveness) 較 

小以及適用於各種等溫吸附曲線 (Lowell et al., 1991)。 

39


圖 3-13 

BET 等溫吸附曲線 

4. Dubinin-Radushkevich (DR) 等溫吸附方程式 

Dubinin 提出對於微孔物質在進行吸附反應時是進行微孔填滿程序 , 而活性碳 

的表面結構大多為微孔的形式存在 , 故計算微孔的方法一般還是以 DR 理論式居多 

(Nasrin et al., 2000),DR 理論式是 Dubinin 與 Radushkevich 在 1947 年所提出的 , 

理論式如下 : 

V 

Vm 

2 

RT 

 

exp 

 

 

ln 

 

 

E0 

 

2 

P 

 

0 

 

P 

 

 

(2.13) 

其中 V m 為微孔體積 ,β 為親和係數 ,E 0 為參考物質之特徵吸附能。取相對壓力 0.04 

到 0.2 的範圍 , 利用 ln 2 (P 0 /P) 與 lnV 作圖 , 可以得到截距與斜率 , 截距可求得 V m ( 微 

孔體積 ), 斜率代表特徵吸附能 (E 0 )。 

而活性碳的總孔體積以 N 2 在 P/P 0 =0.98 時的總吸附體積來表示 , 所以活性碳 

的中孔體積為總孔體積減微孔體積後所得之值 (Rodríguez-Reinoso et al., 1995)。 

40


3.6 影響吸附能力之因子 

影響吸附能力的原因相當多 , 但主要為活性碳本身的性質、吸附質特性以及 

環境因子。比表面積、孔隙結構以及表面官能基 , 這三項因子為主宰活性碳吸附 

特性的主要原因 , 關於這三項因子可以參考前面的內容 , 以下只針對吸附質特性 

與環境因子作介紹。 

3.6.1 吸附質特性 

被吸附物不同 , 吸附能力亦有差異 , 造成這些差異的主要原因為分子大小、 

官能基與極性。 

1. 分子大小 

Ramirez et al. (2004) 的研究中指出 , 分子量較大者 , 活性碳對其吸附能力較 

強 ( 吸附量較高 ), 但分子尺寸大時受活性碳微小孔隙分佈及比表面積大小影響 , 大 

分子可擴散至活性碳孔隙內之分子數將減少 , 而降低其吸附量。若分子可進入活 

性碳孔隙中 , 則分子愈大之被吸附物與吸附劑之凡得瓦爾力愈大 , 吸附能力愈強。 

2. 官能基與極性 

官能基之特性將影響被吸附物分子之極性、溶解度大小及離子化程度。由吸 

附劑之表面分析可知吸附劑具有許多氧化物或具活性之官能基 , 這些官能基將使 

被吸附物與吸附劑產生化學吸附之現象 , 造成不可逆反應。而含有 -OH、-COOH、 

-NO 2 、-NH 2 、-SO 3 及 -CN 等官能基 , 將使分子結構趨向極性。 

3.6.2 環境因子 

影響吸附能力的環境因子包括溫度、溼度、吸附質濃度、進流流量與活性碳 

粒徑大小等。 

1. 溫度 : 依熱力學分析結果得知 , 活性碳吸附為一放熱反應 , 若溫度升高將 

不利於吸附作用之進行。依 Tompkins (1978) 及 Ruthven (1984) 等人研究指出 , 因吸 

41


附作用為放熱反應 , 故溫度升高將減慢或阻礙吸附過程 , 不利於吸附作用。蔡文 

田 (1993) 曾探討溫度變化對含氯揮發性有機物吸附之影響 , 當溫度由 10℃ 提高至 

40℃, 進流濃度約 440 ppm v 時 , 活性碳 BPL 對 methylene chloride 的吸附量約減少 

60%。江鴻龍 (1995) 亦探討不同溫度下椰殼活性碳及其經臭氧反應後對苯吸附量 

之變化情形 , 當溫度由 10℃ 提高至 120℃, 進流濃度約 5000 ppm v 時 , 椰殼活性碳 

對苯的吸附量減少 28%, 經臭氧反應後的活性碳則降低 40%。Marsh (1987) 發現 , 

以 DR plot 而言 , 當極性氣體吸附在含表面官能基的碳時 , 溫度增高斜率減小 , 特 

徵吸附能提高 , 但對於非極性氣體 , 斜率隨溫度增高而變大 , 特徵吸附能降低。 

2. 溼度 : 相對溼度大 , 則活性碳飽和吸附量愈低 , 因為相對溼度影響質傳區 

長度 , 質傳區越長則愈容易貫穿 , 雖然活性碳具「疏水性」, 但在含水氣環境中對 

毒性氣體的去除效率仍有相當大的影響。當水蒸氣壓增加時會促進氫鍵產生 , 水 

分子的聚集將導致微孔的填充 , 此時將發生水分子與毒性氣體相互競爭之現象。 

當相對溼度愈大 , 活性碳對 VOCs 的飽和吸附量則愈低。 

Van Aken 由氮氣吸附實驗發現 , 當相對溼度由 0 增加至 50% 時 , 可利用的微 

孔體積將由 0.6 ml/g 減少至 0.06 ml/g (Billinge et al., 1984)。Adams et al. (1988) 曾探 

討水分含量對 VOCs 吸附能力之影響 , 單就水吸附而言 , 在低相對溼度時 , 極性 

表面官能基明顯影響平衡吸附量 , 但高相對溼度時 , 水與水之間的交互作用及有 

效孔體積乃成為主要影響因子。 

3. 吸附質濃度 : 一般吸附質濃度愈高 , 平衡之飽和吸附量愈大 , 但在實驗中 

發現 , 因濃度過高造成質傳區變長 , 使吸附床利用率變低。 

4. 粒徑大小 :Dacey (1967) 發現 , 粒徑大小對於活性碳之吸附容量並無顯著 

的影響 , 僅影響吸附發生的速率。Zogorski et al. (1978) 使用八種不同粒徑大小活性 

碳對七種酚類分子做等溫吸附實驗 , 其研究指出活性碳平衡吸附量不受活性碳粒 

徑大小的影響。 

42


第四章 

執行方法 

本計畫之主要創新性為利用經生物產氫程序前後之廢麥粕作為合成活性碳之 

起始原料 , 因為廢麥粕具有收集方便、可進行生物處理 ( 例如 , 厭氧醱酵產氫與產 

甲烷 ) 回收部分能源同時可對廢麥粕殼進行分解作用 ( 經濟部 , 1995)。再以水蒸氣 

活化法配合不同之活化時間開發出具有不同物化特性之活性碳吸附劑配合適當之 

碳化及活化程序 , 並實際進行吸附實驗 , 以評估利用廢麥粕合成奈米孔徑吸附劑 

之可行性。此技術成功開發後 , 除可進行廢棄物回收再利用外 , 另可生產新穎性 

及低成本之奈米孔徑吸附劑 , 藉此提高市場之競爭力。圖 4-1 為本計畫之全程架 

構圖。本研究全程計畫之主要目標在於利用廢棄生質 ( 包括廢麥粕、廢稻殼、開心 

果殼等 , 但以廢麥粕為主要探討對象 ) 合成奈米孔徑吸附劑之技術開發與應用 , 藉 

由活性碳合成裝置設備之運用 , 建立本土化廢棄生質活性碳之製備技術 , 同時亦 

可作為未來相關產業廢氣及廢水處理工程之應用。 

本研究之實驗分為兩部分 , 活性碳合成與吸附實驗。在活性碳合成方面 , 以 

廢棄生質作為活性碳之起始原料 , 利用水蒸氣活化法 (50%H 2 O/50%N 2 ), 配合不同 

活化時間 , 合成具有不同物化特性之活性碳 , 並藉由小批次實驗獲得未來放大製 

程之操作依據。吸附實驗方面 , 選定不同污染物作為本研究之吸附質 ( 如甲苯、汞 

蒸氣 ), 以自行開發的活性碳與市售之商業活性碳進行吸附實驗 , 比較自製活性碳 

與商業活性碳對於不同污染物吸附能力的差異性 , 以了解自製活性碳在去除毒性 

物質方面是否可行 ; 另外針對廢麥粕合成的活性碳進行一系列吸附實驗 , 探討活 

性碳孔洞結構對不同污染物吸附量之影響 , 並建立自製活性碳對污染物之各種等 

溫吸附模式與熱力學參數。茲將本研究計畫書中各研究重點之研究方法詳述如下 : 

4.1 實驗材料 

本研究所使用之廢麥粕主要來源為臺灣菸酒股份有限公司竹南啤酒廠之原始 

43


文獻整理及樣品收集 

• 燒失率 / 產率 

• B E T 表面積 

• 孔體積 

• 孔隙分佈 

• 掃描式電子顯微鏡 (S E M ) 

• 元素分析 (E A ) 

• 化學分析電子光譜儀 

(E S C A ) 

樣品前處理 

活性碳合成 

磨碎、過篩 

53~ 105μm 

烘乾、破碎、 

灰份測定 

物化特性分析 

合成數據探討 

吸附質 / 吸附劑選擇 

自製活性碳與商 

業活性碳對污染 

物吸附量之比較 

吸附實驗 ( 熱重分析儀 ) 

不同活性碳孔隙結構對 

污染物吸附量之影響探討 

吸附結果探討 

數據整合與結果討論 

圖 4-1. 本研究計畫之主要流程圖 

44


廢麥粕 ( 以下簡稱為廢麥粕 ; W-raw) 以及高科大能源科技研究中心所提供之產氫 

廢麥粕 ( 以下簡稱為產氫廢麥粕 ; W)。其中 , 產氫廢麥粕為啤酒廠所提供之原始廢 

麥粕經產氫程序 ( 為高科大能源科技研究中心所研發之厭氧氫醱酵技術 ) 後所殘 

餘之廢棄物。稻殼 (RH) 其主要來源為高科大能源科技研究中心所提供 , 開心果 

殼 (P) 為市售產品之外殼 , 吸附實驗中所使用之商業活性碳 , 則採用台灣南部大 

型都市垃圾焚化廠所使用之市售活性碳 , 以做為比較之依據。 

4.2 活性碳合成實驗 

本實驗採用水蒸氣活化法 , 在活化過程中導入水蒸氣與碳質進行選擇性氧化 

反應 , 此方法具有降低製備成本和減少環境負荷之優點 ; 合成實驗主要是要針對 

不同起始原料與不同活化時間兩項實驗變因 , 探討這兩項實驗因子對於自製活性 

碳之物化特性有何影響 , 詳細步驟如下 : 

(1) 原料前處理 

將收集後的廢棄生質瀝乾後置於烘箱中 , 以 105 o C 加熱三天 , 將水分完全去 

除 , 並以環檢所公告之標準檢驗方法對廢棄生質進行灰份 (NIEA R204.00T) 之測 

定 , 以了解原料的基本性質。 

(2) 碳化 

在活性碳製程中 , 碳化及活化時所需之熱源均來自於水平式的管狀高溫爐 ( 型 

號 STF55346C,3”×24” 三區段爐膛 , 美國 Lindberg/Blue-M 公司 ), 其實驗配置如 

圖 4-2 所示。在其管外側上 , 分別裝置三個熱電偶 (Thermocouple), 來測量樣品週 

遭得溫度變化 , 並分別將溫度的訊號送入三個比例 - 積分 - 微分 (PID) 溫度控制器 

中 , 來控制高溫爐的溫度。此外 , 升溫、碳化、活化、降溫等時間都可在 PID 溫 

度控制器中控制 , 且在安全模式控制下 , 三個 PID 溫度控制器的設定值需相同才 

可啟動。每次進行合成實驗前先將氮氣以 300 ml/min 的流量導入高溫管型爐中並 

持續 30 分鐘以上 , 以確保高溫管型爐內充滿惰性氣體而無其他雜氣存在 , 避免其 

45


他氣體與含碳樣品發生氧化反應 ; 接著取約 60 g 的樣品置於燃燒船中 , 然後將燃 

燒船放入高溫管型爐的正中央 , 並將氮氣流量調整至 400 ml/min 導入高溫管型爐 

中 , 以 3.33 o C/min 的升溫速率從室溫加熱至熱裂解溫度 (400±10 o C) 進行碳化 , 並 

停留 1 小時 , 待時間結束後碳化過程即完成 , 碳化後所剩下的物質可稱為焦炭。 

圖 4-3 為活性碳合成溫度曲線。 

圖 4-2. 管式高溫爐與碳化活化實驗配置示意圖 

(3) 活化 

當碳化過程結束後以 3.33 o C/min 的升溫速率從 400 o C 升溫至活化溫度 

(800±10 o C), 當接近活化溫度時須先以加熱帶加溫石英管進口端 , 將溫度保持在 

110 o C, 另外啟動蠕動幫浦預先將去離子水導至進水口處 , 待活化溫度到達時將水 

蒸氣 (50% H 2 O/50% N 2 ) 導入高溫管型爐中 , 當活化時間結束後關閉加熱帶以及蠕 

動幫浦 , 將燃燒船拖至石英管末端 , 以 -3.33 o C/min 的降溫速率冷卻至室溫 , 最後 

將樣品存放至電子防潮箱中保存 , 以便進行磨碎、過篩與各項活性碳物化特性分 

析之步驟。 

46


溫度 ( o C) 

900 

800 

700 

600 

500 

400 

300 

200 

100 

0 

碳化溫度 :400℃ 

碳化時間 :60 min 

升溫速率 :3.33 ℃/min 

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 

時間 (hr) 

活化溫度 :800℃ 

活化時間 :10~240 min 

降溫速率 :-3.33 ℃/min 

實際值 

PV 值 

圖 4-3. 活性碳合成溫度曲線 

(4) 磨碎及過篩 

將合成後之活性碳置於瓷乳缽中磨碎 , 接著以 140-270 mesh 之篩網過篩 , 取 

140~270 mesh 部分之粉狀活性碳 , 最後將活性碳裝入試劑瓶置於電子防潮箱中保 

存 , 以待後續分析。 

4.3 活性碳物化特性分析 

本計畫中合成後之活性碳其主要之物化性質分析如表 4-1 所示。燒失率 

(Burn-off) 以及產率 (Production yield) 的計算公式如下 : 

Wi 

W 

f 

Burn-off (%) 100% 

W 

i 

Wi 

W 

f 

Production Yield (%) 1 100% 

W 

其中 W i 為原料的初始重量 ,W f 為原料剩下的重量。 

i 

(4.1) 

(4.2) 

47


表 4-1. 合成活性碳之物化特性分析 

分析項目分析方法實驗設備 

燒失率及產率 

重量法 

Precisa, 

XT220A 

比表面積 

比表面積分析儀 

Beckman Coulter, 

SA 3100 

孔體積 



SA 3100 

孔徑分佈 



SA 3100 

表面觀察掃描式電子顯微鏡 Jeol, JXA-840 

元素分析元素分析儀 Elementar Vario, EL-III 

表面官能基分析 

X 光能量散佈儀 

Electron Spectroscopy for 

Chemical Analysis, XPS 

活性碳為多孔性和高比表面積的物質 , 藉此才能擁有極佳的吸附能力。因此活性 

碳的孔隙體積和表面特性 , 必須依吸附原理加以測定。表面積的求得有多種方式 , 

而最廣為採用者為 BET (Brunauer, Emmett, and Teller) 方程式。本實驗使用比表面積 

分析儀 (BECKMAN COULTER, model SA 3100), 在 77K 下量測氮氣等溫吸附曲 

線。分析前將樣品先以 150 ℃,10−20 μTor 壓力下去氣 90 min 後測定氮氣等溫吸 

附 , 藉由氮氣等溫吸附曲線 ( 分壓範圍 10 -4 ~0.99) 之數值求得活性碳之比表面積、微 

孔體積、總孔體積以及孔徑分佈 , 比表面積計算根據 ASTM D4820-96a 所建議之 

BET 方程式 ; 微孔表面積與微孔體積計算根據 Lippens 等人 (1964) 所建議之 t-plot 

法獲得 , 其所根據之方程式為 t( 統計厚度 ) = [13.99/(0.034-log (p/p o ))] 0.5 

( 又稱為 

Jura-Harkins equation), 統計厚度應用於線性回歸之範圍為 0.35−0.5 nm; 總孔體積 

之測定方法則是在相對壓力為 0.9814 時所測定之活性碳總吸附體積 , 其餘孔徑大 

於 2 nm 孔表面與孔體積均以總孔數值減去微孔數值求得 ; 微孔之孔徑分佈則以 

3-D model (Sun et al., 1998) 來模擬 ; 中孔及大孔的孔徑分佈則藉由 BJH (Barret, 

Joyner, and Halenda) 方法測定 (Gregg et al., 1982)。 

利用 M-SEM ( 多功能電子掃描顯微鏡 ) 觀察活性碳之表面結構與粒徑大小 

( 型號 :JXA-840 型 , 日本 JEOL 公司 ), 本研究係委託成功大學貴重儀器中心進行 

48


實驗。實驗前 , 需先將活性碳磨成粉狀 , 再將活性碳均勻置於具有雙面膠的圓形 

薄片上 , 即可置入 SEM 中觀測碳化材構造 , 由觀察其解剖型態 , 瞭解不同活化條 

件所得碳化材之組織型態變化情形。掃描式電子顯微鏡解像力約 30−50 Å, 係以 

接收由物體表面所釋出得電子作為呈像的依據 , 因此當試樣無法導電傳熱時 , 就 

必須在其表面覆膜 (Coating), 即覆蓋一層金屬膜 , 避免 SEM 進行試樣掃描過程破 

壞試樣。 

本研究係使用元素分析儀 ( 型號 :Vario EL Ⅲ, 德國 Elementar 公司 ), 分析純 

物質或混合物之化學成分 , 以確知物質所含元素的重量百分比。通常分析時是使 

用垂直式燃燒管 , 將試樣盛於錫金屬容器內 , 再置於樣品自動供給器上 , 利用重 

力原理 , 定期加入 1045 ℃ 之燃燒管 , 在錫的助燃下使試樣燃燒溫度高達 1800 ℃, 

而使試樣完全燃燒 , 再經銅還原處理 , 生成之 N 2 、CO 2 、H 2 O 混合物經特殊分離 

管分離後 , 使用熱傳導偵檢器 (TCD 分別測定其含量 , 經過資料處理機運算即可 

自動列計碳 (C)、氫 (H)、氮 (N)、硫 (S) 之重量百分比。而氧含量之重量百分比可依 

下式計算之。 

O (%) = 100−[C+H+N+S] (4.3) 

表面官能基分析乃利用 X 光能量散佈儀 (XPS)。XPS 之基本原理即是光電效 

應 , 當其有足夠能量的電磁波 (X-Ray, 使用 Al Kα,1486.6 eV ) 照射在材料表面 

上 , 原子內的電子吸收了電磁波的能量 , 將可自原子內游離出來 ( 原子由基態躍升 

為激發態 ), 稱為光電子 , 其動能為入射電磁波的能量減去該電子在原子內的束縛 

能 , 而不同元素的光電子 , 具有特定的動能 , 因而判定材料表面的元素成份。本 

研究係委託國立中央大學貴重儀器使用中心所提供之 XPS 進行活性碳表面官能基 

之定性與半定量分析。取適量的活性碳先行以油壓機壓成 ( 壓力 :10 ton) 錠狀 , 

樣品於進行測定前均於 10−20 torr 真空 ,150 ℃ 下進行 24 h 脫附以去除吸附於樣 

品表面之水蒸氣與有機物質 , 之後樣品於 10 -8 −10 -10 

torr 之超真空環境下進行測 

定 , 並使用 400 W,15 kV 之 Al 射線做為 X 光源進行全區與微區測定 , 全區測 

定之結果可得知活性碳表面所存在之元素與相對含量 , 微區測定針對 C 1s 峰值為主 

49


(280−294 eV), 將 C 1s 的圖譜仔細掃描進行解析 (deconvolution), 以便進行後續活性 

碳表面官能基判讀之工作 , 並可半定量位於活性碳表面可能之碳氫、碳氧與氫氧 

官能基。 

4.4 活性碳吸附實驗 

本研究中吸附實驗分為兩部分 , 第一部分由廢麥粕合成之活性碳中選擇 BET 

表面積最高之活性碳作為吸附劑 , 在不同污染物進流濃度及溫度之狀況下進行吸 

附實驗 , 並與市售活性碳進行污染物 ( 以 BTEX 為主要測試對象 ) 吸附量之比較。 

第二部分則針對廢麥粕活性碳進行一系列不同活性碳孔隙結構對污染物吸附量之 

影響探討 , 並建立自製活性碳對污染物之各種等溫吸附模式。吸附實驗流程如圖 

4-4 所示。在進行吸附實驗前 , 為了確認活性碳是否會吸附氮氣 , 以空白實驗進行 

測試後發現 , 本實驗所使用之活性碳對於氮氣並無吸附之情形。 

由於吸附包含了複雜的分子與吸附劑之間的交互作用 , 而許多的經驗公式與 

理論公式也被建議用來預測吸附劑的吸附行為模式 (Gregg et al., 1982), 因此除了 

吸附實驗數據外 , 本研究亦使用 Langmuir、Freundlich 與 DR 方程式來模擬實驗數 

值 , 以求出各項參數 , 分述如下 : 

(1) Langmuir Equation 

Langmuir 等溫吸附模式是最常被使用的方程式 , 其方程式如下所示 : 

q 

q K 

C /(1 K 

C ) 

(4.4) 

e 

/ 

m L e 

L e 

其中 θ 為吸附活位的覆蓋比例 ,q e 為平衡濃度下之飽和吸附量 (mg/g),q m 表示活性 

碳單位中量之最大吸附量 (mg/g), 意即在單層吸附活位上填滿分子時的總吸附量 , 

C e 為平衡濃度 (ppm v ),K L 為 Langmuir 吸附常數。 

50


以 100 ml/min 的流量將氦氣 

導入 TGA 內並持續 30 分鐘 

將石英器皿至於天平兩端 , 以 

100 mg 標準砝碼進行校正 

約取 6 mg 活性碳 

放入石英器皿中 

以 10 o C/min 升溫速率加熱至 165 o C, 

維持 165 o C 的溫度 , 直到活性碳重量 

不再發生任何變化 ( 持續 30 分鐘 ) 

以 -5 o C/min 降溫速率降至 

實驗溫度 , 此時打開風扇並 

通入空氣增加降溫速度 

空白實驗校正 ( 確認活性碳是否吸附氮氣 ) 

到達實驗溫度後 , 通入污染物 

氣體 , 觀察活性碳重量變化 , 

直到活性碳重量不再發生任何 

變化時 , 吸附即達平衡 

將活性碳最終之重量減掉去氣後 

之重量即為活性碳的飽和吸附量 

吸附實驗結果探討 

圖 4-4. 吸附實驗流程 

51


(2) Freundlich Equation 

Freundlich 方程式為一經驗公式 , 可用來描述平衡吸附量與吸附質濃度間之相關 

性 , 其表示法如下所示 (Ruthven, 1984): 

x 1 / n 

kC 

(4.5) 

m 

其中 x 為吸附質的平衡吸附量 (mg),m 為吸附劑的質量 (g),C 為吸附質的平衡 

氣體濃度 (ppm v ),k 與 n 值為常數。而 k 與 n 值能夠藉由 log(x/m) v.s. log C 的關 

係圖求得 , 假設線性關係為 y = ax + b, 則 a = 1/n、b = log k。k 與 n 值能夠用來預 

測在已知吸附質濃度下 , 吸附劑的平衡吸附量。 

(3) Dubinin-Radushkevich (DR) Equation 

DR 方程式對氣體吸附在微孔性吸附劑上之物理吸附理論中佔有相當重要之 

地位 (Dubinin, 1989), 表示方法如下 : 

W 

 

exp A 

W 

 

0 

 

 

E 

0 

2 

 

 

 

(4.6) 

其中 W 為每單位質量吸附劑所含吸附質體積 (cm 3 /g),W 0 為每單位質量吸附劑之 

微孔體積 (cm 3 /g),β 為親和係數 (similarity coefficient),E 0 為參考吸附質之特徵吸 

附能 (kJ/mol, 通常以苯為參考吸附質 ),A 為吸附勢能 (kJ/mol) 可以表示為 : 

p 

s 

 

A G RT 

ln 

(4.7) 

p 

 

其中 ΔG 為 Gibbs 自由能變化 ,R 為理想氣體常數 (0.008314 kJ/mol),T 為絕對溫 

度 (K),P s 吸附質飽和分壓 (torr),P 為吸附質分壓 (torr) (Dubinin, 1989)。 

對方程式 (3.6) 雙邊取 ln 後得到 ln(W) 為 A 2 的函數 , 此函數為一直線 , 稱為特 

徵吸附方程式 (characteristic adsorption equation), 表示法如下 : 

52


lnW 

ln 

W 

0 

1 

 

 

 

E 

0 

2 

 

A 

 

2 

(4.8) 

參數 E 0 與 W 0 的值可以由這條直線方程式的斜率 (1/βE 0 ) 2 ) 與截距 (ln W 0 ) 中求得。 

此外 Dubinin (1989) 定義狹縫狀微孔的半寬度 x 0 

(slit-shaped micropore 

half-width) 為 : 

k 

x0 

(4.9) 

E 

0 

其中 k 為苯的能量特徵常數 (energy characteristic constant, 12.036 kJ-nm/mol),E 0 為 

苯的特徵吸附能 (kJ/mol)。有關於 β 與 P s 值之求法參照附錄 A。 

藉由 Gibbs-Helmholtz 方程式可以計算出在不同的固定吸附量 (q) 時等容量吸附 

熱之值 (ΔH s , kJ/mole), 方程式如下所示 (Gregg et al., 1982): 

 

ln p H 

 

T 

RT 

q 

s 

2 

(4.10) 

將方程式 (3.10) 積分 : 

H 

s 

ln p cons 

tant 

 

(4.11) 

RT 

其中 p 為甲苯蒸氣壓 (torr),T 為溫度 (K),R 為理想氣體常數 , 利用 ln p v.s. 1/T 做 

圖可得到一線性方程式 , 藉由此方程式之斜率可以求得 ΔH s 。 

4.5 研發技術來源與整合 

本研究之主持人與共同主持人學經歷均佳 , 皆具豐富相關研究能力及操作經 

驗 , 主持人與共同主持人所任教之大學提供完善之儀器設備、水電、場地及機電 

維修人員。協同廠商除提供必要經費協助外 , 並在資料諮詢、實務經驗及現場儀 

53


器設備方面提供支援。國科會貴重儀器中心之儀器設備及分析技術諮詢亦可全力 

支援精密儀器分析 , 研發技術來源與整合度均高。表 4-2 為本計畫中研發技術來 

源與進行方式。 

表 4-2. 研發技術來源與進行方式 

技術項目技術來源進行方式 

1. 活性碳合成裝置設備之設 

自行研發 

材質適用性研究 → 規劃設計 

計及建置 

( 高雄第一科技大學、衛 → 設備製作 → 實驗室及測試 

司特科技股份有限公 

改良 

司 ) 

2. 奈米孔徑吸附劑之合成自行研發 


( 高雄第一科技大學、衛 → 設備製作 → 實驗室及現地 


測試改良 

司 ) 

3. 活性碳物化特性分析自行研發 

實驗室檢測及分析 

( 高雄第一科技大學、中 

央大學貴重儀器使用中 

心、中興大學貴重儀器 

使用中心、成功大學貴 

重儀器使用中心、) 

4. 活性碳吸附實驗自行研發 


( 高雄第一科技大學、衛 → 設備製作 → 實驗室及現地 


測試改良 

司 ) 

54


第五章 

執行成果 

5.1. 起始廢棄生質之基本性質分析 

經過初步的分析結果發現 , 四種起始原料之含碳量約在 42% 以上 ( 表 5-1), 其 

中又以廢麥粕 (W-raw) 之碳含量最高 (66%), 在原料取得與保存方面 , 本研究所使 

用之四種原料皆屬於農業廢棄物 , 不需花費任何額外之成本來購買原料 , 且這些 

廢棄物都非常安定不會與其他物質起任何物理或化學反應 , 即使經過長時間的保 

存也不易影響原料之基本性質 , 基於上述優點得知 , 本研究所使用之起始原料皆 

擁有合成活性碳之潛力。由表 5-1 中發現 , 灰份的含量以稻殼為最高 (12.8%), 開 

心果殼最低 (0.57%), 而廢麥粕經過產氫程序後 (W) 其灰份含量有增加的現象 

(2.66→5.11%), 推測其可能原因為廢麥粕在經過生物處理程序時 , 其結構受到微 

生物之破壞以及有部分質量在產氫程序中被利用造成質量損失 , 造成灰份含量百 

分比提高。而灰份含量多寡會對吸附量造成影響 , 當灰份含量降低時通常可提高 

活性碳之吸附容量 , 但影響程度則視其分佈情形而定 (Snoeyink, 1967)。 

近似分析 

表 5-1. 起始原料之基本性質分析 (n=3) 

產氫廢麥粕廢麥粕稻殼 

開心果殼 

(dry, wt%) (W) (W-raw) (RH) 

(P) 

N 1.49 4.85 2.83 N.D. 

C 43.3 66.08 43.97 41.94 

H 6.33 1.41 6.37 6.13 

O 43.77 25.00 34.03 51.36 

S N.D. N.D. N.D. N.D. 

灰份 5.11 2.66 12.80 0.57 

N.D.: 低於偵測極限 ( 小於 0.1%) 

55


5.2. 活性碳物理特性分析 

影響活性碳的吸附效能之物理特性分析包括燒失率、產率、比表面積 (S BET 、 

S micro )、孔體積 (V micro 、V t )、孔徑分佈與表面特性等項目。利用比表面積分析儀 (SA 

3100) 進行分析 , 經過三重複分析後取其平均值作為依據 , 而各項分析數據皆彙整 

於表 5-2 ~ 5-5 中。 

5.2.1 燒失率與產率 

活性碳製備過程中 , 燒失率為極重要的首要參考數據。當燒失率大於 90% 以 

上時 , 活性碳的孔隙結構可能崩毀受損 , 造成活性碳的比表面積及產率降低 , 因 

此可根據燒失率的數據來決定適當之活化時間。由圖 5-1 與 5-2 中發現 , 燒失率隨 

著活化時間增加而增加 , 而產率則隨活化時間的增加而減低 , 整體而言燒失率範 

圍介於 69~93%、產率介於 7~31%。從圖 5-1 中得知 , 以產氫廢麥粕 (W) 及廢麥粕 

(W-raw) 活性碳之燒失率為最高 , 這也顯示廢麥粕所含的揮發性物質與焦油含量較 

另外二種物質來的高 , 這些揮發性物質與焦油在碳化與活化過程中因受熱而釋出 

造成廢麥粕重量不斷損失 , 使得燒失率提高 ; 此外產氫廢麥粕活性碳之燒失率明 

顯高於廢麥粕活性碳 , 這也顯示廢麥粕在經過產氫程序之後有某些部分之結構因 

為產氫作用而遭受破壞 , 而這些已受損的結構更容易因熱裂解作用之影響 , 使得 

廢麥粕在經過產氫程序後之燒失率高於產氫前。在稻殼 (RH) 活性碳部分 , 當活化 

時間高達 240 min 時 , 其燒失率為 86%, 由圖 5-1 中發現隨著活化時間的增加 , 燒 

失率也有增加的趨勢 , 但與其他三種起始原料比起來 , 其燒失率的增加幅度算是 

比較小的。在開心果殼 (P) 活性碳部分 , 當活化時間為 120 min 時 , 其燒失率為 84%, 

當我們將活化時間增加為 150 min 時 , 燒失率已達 99% 以上 , 接著我們將活化時間 

調整為 130 min 時也得到相同的結果 , 由此結果發現以開心果殼為起始原料時當活 

化時間超過 120 min 後 , 其燒失率已達 99% 以上 , 故推論活化時間最好控制在 120 

min 以下。 

56


活化時間 

(min) 

Burn-off 

(%) 

表 5-2. 產氫廢麥粕活性碳之各項物理性質分析數據 (n=3) 

S BET 

S micro S micro / S BET V micro 

(m 2 /g) 

(m 2 /g) 

(%) 

(cm 3 /g) 

V t 

(cm 3 /g) 

V micro / V t 

(%) 

原樣 - 5.15 - - - - - 

碳化 33.22 5.9 - - - 0.014 - 

10 77.92 203.2 ± 47.4 136.0 ± 33.7 66.94 0.061 ± 0.016 0.120 ± 0.028 50.59 

20 83.17 438.7 ± 41.3 326.5 ± 47.7 74.43 0.145 ± 0.015 0.249 ± 0.025 58.34 

30 84.12 469.4 ± 3.3 340.5 ± 7.1 72.55 0.154 ± 0.001 0.286 ± 0.007 53.82 

45 86.38 503.9 ± 4.2 319.8 ± 2.7 63.46 0.145 ± 0.001 0.317 ± 0.004 45.86 

60 87.70 600.2 ± 28.9 338.4 ± 10.4 56.38 0.153 ± 0.004 0.435 ± 0.025 35.11 

90 91.80 407.8 ± 24.4 225.6 ± 13.0 55.32 0.099 ± 0.007 0.315 ± 0.014 31.49 

活化時間 

(min) 

Burn-off 

(%) 

S BET 

(m 2 /g) 

表 5-3. 廢麥粕活性碳之各項物理性質分析數據 (n=3) 


(m 2 /g) 

(%) 

(cm 3 /g) 

V t 

(cm 3 /g) 

V micro / V t 

(%) 

原樣 - 6.5 - - - - - 

碳化 33.84 8.4 - - - 0.020 - 

30 80.12 594.6 ± 3.7 431.0 ± 6.8 72.49 0.194 ± 0.003 0.307 ± 0.002 63.16 

45 84.19 656.7 ± 3.9 434.9 ± 5.4 66.23 0.196 ± 0.001 0.351 ± 0.002 55.86 

60 84.95 679.7 ± 2.0 456.5 ± 5.1 67.16 0.205 ± 0.002 0.365 ± 0.001 56.08 

90 88.66 913.6 ± 40.3 458.7 ± 18.3 50.20 0.202 ± 0.008 0.558 ± 0.016 36.17 

120 90.49 941.5 ± 26.1 412.3 ± 5.9 43.79 0.181 ± 0.002 0.632 ± 0.034 28.62 

180 92.76 947.2 ± 5.1 279.6 ± 8.4 29.52 0.120 ± 0.003 0.742 ± 0.008 16.16 

57


活化時間 

(min) 

Burn-off 

(%) 

S BET 

(m 2 /g) 

表 5-4. 稻殼活性碳之各項物理性質分析數據 (n=3) 


(m 2 /g) 

(%) 

(cm 3 /g) 

V t 

(cm 3 /g) 

V micro / V t 

(%) 

原樣 - 0.9 - - - - - 

碳化 59.71 14.4 - - - 0.045 - 

10 69.25 304.2 ± 2.3 232.9 ± 11.1 76.57 0.103 ± 0.001 0.198 ± 0.002 52.23 

20 72.00 356.7 ± 2.5 248.1 ± 9.5 69.55 0.111 ± 0.001 0.246 ± 0.001 45.01 

30 74.89 362.3 ± 7.7 225.7 ± 3.9 62.3 0.103 ± 0.002 0.281 ± 0.003 36.76 

60 79.28 335.0 ± 32.6 198.5 ± 8.5 59.27 0.088 ± 0.005 0.304 ± 0.019 29.00 

120 82.73 236.83 ± 23.9 119.7 ± 13.7 50.52 0.052 ± 0.005 0.252 ± 0.014 20.68 

180 84.33 186.3 ± 27.8 80.6 ± 15.9 43.24 0.035 ± 0.006 0.210 ± 0.030 16.75 

240 85.57 68.1 ± 5.4 23.0 ± 3.9 33.76 0.001 ± 0.002 0.095 ± 0.004 10.55 

活化時間 

(min) 

Burn-off 

(%) 

表 5-5. 開心果殼活性碳之各項物理性質分析數據 (n=3) 

S BET 


(m 2 /g) 

(m 2 /g) 

(%) 

(cm 3 /g) 

V t 

(cm 3 /g) 

V micro / V t 

(%) 

原樣 - 0.4 - - - - - 

碳化 67.52 11.9 - - - 0.016 - 

10 72.88 261.4 ± 17.2 206.2 ± 19.4 78.87 0.087 ± 0.007 0.133 ± 0.011 65.65 

30 77.41 571.2 ± 17.6 495.5 ± 39.2 86.74 0.221 ± 0.008 0.284 ± 0.009 77.89 

60 80.26 726.4 ± 4.0 615.0 ± 11.9 84.67 0.276 ± 0.002 0.366 ± 0.004 75.45 

120 84.24 949.1 ± 51.9 752.7 ± 66.2 79.31 0.337 ± 0.021 0.479 ± 0.034 70.30 

58


95 

90 

85 

Burn-off (%) 

80 

75 

70 

65 

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 

Activation Time (min) 

圖 5-1. 不同活化時間與燒失率之關係 

( 資料點為實驗值、虛線為線性回歸結果 ) 

Series W 

Series W-raw 

Series RH 

Series P 

35 

30 

Series W 

Series W-raw 

Series RH 

Series P 

25 

Yields (%) 

20 

15 

10 

5 

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 


圖 5-2. 不同活化時間與產率之關係 

( 資料點為實驗值、虛線為線性回歸結果 ) 

59


為了往後能將實驗室結果放大至模場規格以生成具商品化規格之吸附劑 , 本 

研究嘗試以迴歸分析的方式找出活化時間對燒失率與產率間之關係 , 以作為未來 

將實驗室結果放大之基礎 , 經過線性迴歸分析結果發現 , 其 R 2 值介於 0.84~0.93 

之間 , 接著以對數關係進行迴歸分析後發現迴歸分析之 R 2 值較線性迴歸為佳 (R 2 

>0.97), 其相關數值皆列於表 5-6 中。此結果顯示活化時間與燒失率之間是呈現對 

數增加的方式 , 對於產率則呈現對數減少。雖然回歸分析數據不能夠完全準確代 

表實驗數據 , 但卻能夠提供活化時間對燒失率與產率之相關趨勢 , 對於往後在進 

行合成實驗時能夠依照實驗想獲得之燒失率與產率 , 而選擇適當的活化時間 , 最 

終將此實驗結果應用至模場規格。 

由表 5-2 至 5-5 中得知 , 本研究所選擇之四種起始原料 , 其 BET 表面積值均相 

當低 (7 m 2 /g 以下 ), 僅經碳化 1 小時 , 其 BET 表面積也無顯著之提升 (14 m 2 /g 以 

下 ), 且燒失率已達 33% 以上 , 其中稻殼及開心果殼之燒失率更高達 60% 以上 , 但 

經適當之活化程序後 , 活性碳之 BET 表面積均有非常顯著之提升且隨著活化時間的 

增加而增加 ( 圖 5-3)。在活化初期 (10 min)BET 表面積並不高 ( 約 300 m 2 /g 以下 ), 

隨著活化時間的增加 , 活性碳 BET 表面積隨之增加。此外 , 由圖 5-3 觀察得知 , 當 

活化時間過長時 , 產氫廢麥粕與稻殼活性碳之 BET 表面積反而有下降之趨勢 , 其原 

因為過長之活化時間將導致活性碳孔隙結構受熱之影響而使結構塌陷產生貫穿現 

象 , 造成 BET 表面積下降。廢麥粕活性碳在活化時間 90~180 min 時 , 其 BET 表面積 

並沒有明顯的增加 ( 約 950 m 2 /g), 但在產率方面反而降低 (11→7%), 經由上述實 

驗結果發現 , 過長的活化時間不僅不能增加 BET 表面積 , 反而會造成 BET 表面積之 

下降與產率之減低 , 因此對於不同的起始原料而言 , 選擇適當的活化時間對於活 

性碳合成方面是一個重要因素。 

60


表 5-6. 活化時間對燒失率及產率之迴歸分析相關數據 

活化時間與燒失率 

起始原料對數方程式 R 2 

產氫廢麥粕 (W) y = 5.821Ln(t) + 64.711 0.973 

稻殼 (RH) y = 5.3363Ln(t) + 56.753 0.994 

開心果殼 (P) y = 4.4996Ln(t) + 62.29 0.993 

廢麥粕 (W-raw) y = 6.9939Ln(t) + 56.808 0.987 

活化時間與產率 

起始原料對數方程式 R 2 

產氫廢麥粕 y = -5.821Ln(t) + 35.289 0.973 

稻殼 y = -5.3363Ln(t) + 43.247 0.994 

開心果殼 y = -4.4996Ln(t) + 37.71 0.993 

廢麥粕 y = -6.9939Ln(t) + 43.192 0.987 

t: 活化時間 (min) 

BET Surface Area (cm 2 /g) 

1200 

1000 

800 

600 

400 

Series W 

Series W-raw 

Series RH 

Series P 

200 

0 

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 


圖 5-3. 不同活化時間與 BET 比表面積之關係 

61


5.2.2 BET 表面積與微孔表面積 

從圖 5-3 中觀察發現 , 以開心果殼與廢麥粕活性碳擁有較高之 BET 表面積 , 產 

氫廢麥粕活性碳略低 , 稻殼活性碳最差 , 推論其可能原因為起始原料之基本性質 

不同所造成的 ; 開心果殼屬於核果 , 質地較硬且纖維較少以致結構較緊密 , 故經 

過適當之碳化與活化程序後能夠生成較佳之 BET 表面積 , 而稻殼則是屬於禾本類植 

物 , 因纖維較多且結構較為鬆散 ( 硬度較低 ), 導致生成之活性碳 BET 表面積也較 

低 , 而在廢麥粕活性碳方面 , 由圖 5-3 中可以很明顯的看出廢麥粕在經過產氫程序 

後其 BET 表面積比產氫前低 , 這也再次證實廢麥粕在經過產氫程序後對於其結構上 

會造成破壞 , 使得 BET 表面積降低。藉由上述實驗結果驗證了不同起始原料對於活 

性碳之 BET 表面積會有決定性之影響力 , 產氫廢麥粕在活化時間 60 min 時可以生 

成約 600 m 2 /g 之 BET 表面積 (56% 由微孔表面積提供 ), 廢麥粕在活化時間 180 min 

時可以生成約 950 m 2 /g 之 BET 表面積 (30% 由微孔表面積提供 ), 稻殼在活化時間 

30 min 時可以生成約 360 m 2 /g 之 BET 表面積 (62% 由微孔表面積提供 ), 開心果殼在 

活化時間 120 min 時可以生成約 950 m 2 /g 之 BET 表面積 (79% 由微孔表面積提供 ), 

由上述結果得知不同之起始原料需要搭配不同之活化時間才可獲得較大之 BET 表 

面積。 

從圖 5-4 中發現 , 當燒失率增加時 ,BET 表面積也跟著增加 , 但是當燒失率超 

過某一界線時 ,BET 表面積反而有下降的趨勢 , 燒失率增加代表原本沉積在孔隙中 

的焦油物質不斷與活化氣體反應而被帶出 , 而活化氣體不斷進入這些被打開的孔 

隙中與活性碳基質反應形成一些新的孔體積與孔表面積 , 進而造成 BET 表面積的增 

加 , 不過當燒失率過大時反而會造成 BET 表面積的下降 , 這是因為活性碳的碳質表 

面過度與水蒸氣作用使得碳原子不斷被釋出而造成結構受損 , 最終導致結構崩塌 

孔壁相互穿通使得 BET 表面積降低。 

當產氫廢麥粕活性碳之燒失率範圍介於 78~88% 時 ,BET 表面積隨燒失率的增 

加而增加 (203~600 m 2 /g), 但燒失率超過 88% 以後 BET 表面積反而下降 ; 廢麥粕 

活性碳之燒失率範圍介於 80~85% 時 ,BET 表面積由 595 m 2 /g 增加至 680 m 2 /g, 當 

燒失率範圍介於 85~89% 時 ,BET 表面積由 680 m 2 /g 增加至 914 m 2 /g, 與前一段燒 

失率範圍比較起來 BET 表面積的增加幅度可以說相當之大 , 而燒失率介於 89~93% 

62


時 ,BET 表面積的上升卻趨於平緩 (914~950 m 2 /g), 經由上述結果得知當燒失率介 

於 85~89% 時 ,BET 表面積有大幅增加的趨勢 , 推測此區段可能為活化反應最為劇 

烈的時候 ; 稻殼活性碳之燒失率範圍介於 69~75% 時 ,BET 表面積由 300 m 2 /g 增加 

至 360 m 2 /g, 當燒失率範圍介於 75~86% 時 ,BET 表面積也是呈現下降的趨勢 , 從 

圖 5-4 中可以發現 ,BET 表面積的下降是有一個趨勢性 , 並不是瞬間降至最低 , 

推測可能是稻殼之孔隙結構隨著活化時間的增加而慢慢被破壞 , 造成 BET 表面積 

慢慢減低 ; 開心果殼活性碳之燒失率介於 73~84% 時 ,BET 表面積由 260 m 2 /g 增加 

至 950 m 2 /g, 且燒失率與 BET 表面積兩者成一線性關係 (y = 60.238x –4117.1, 

R 2 =0.996)。綜合上述實驗結果發現當燒失率越大表示活化越完全 , 隨著活化程度 

的提高 BET 表面積也越大 , 但不一定為線性增加的關係 , 反之 , 過度活化將造成 

BET 表面積下降。 

由圖 5-5 中發現隨著活化時間的增加 , 微孔表面積也跟著增加 , 但是微孔所 

提供的表面積卻有越來越低的趨勢 ( 圖 5-6), 這是因為隨著活化時間的增加 , 活性 

碳之孔隙結構不斷受到水蒸氣的侵蝕 , 使得孔隙有逐漸變大的現象 ( 微孔變成中 

孔 ), 此結果也說明當 BET 表面積越高時 , 微孔所提供的表面積不一定最大。 

1200 

1000 

Series W 

Series W-raw 

Series RH 

Series P 

BET Surface Area (m 2 /g) 

800 

600 

400 

200 

0 

65 70 75 80 85 90 95 

Burn-off (%) 

圖 5-4. 不同起始原料之燒失率與 BET 比表面積之關係 

63


1000 

Micropore Surface Area(m 2 /g) 

800 

600 

400 

200 

Series W 

Series W-raw 

Series RH 

Series P 

0 

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 


圖 5-5. 不同活化時間與微孔表面積之關係 

90 

S mirco / S BET (%) 

80 

70 

60 

50 

40 

Series W 

Series W-raw 

Series RH 

Series P 

30 

20 

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 


圖 5-6. 不同活化時間與微孔 /BET 表面積百分比之關係 

64


5.2.3 孔體積與微孔體積 

活性碳孔洞的形成與孔隙結構的改變 , 大多在活化過程中完成 , 隨著活化時 

間增加 , 原本被焦油所阻塞的孔隙結構因活化作用而被打開 , 另外也會生成一些 

新的孔隙 , 因此孔體積會不斷增加。從圖 5-7 中可以發現 , 孔體積隨著活化時間的 

增加而逐漸提高 , 但過長的活化時間反而會使結構受損或塌陷 , 造成孔體積下降 ( 產 

氫廢麥粕與稻殼活性碳 ); 在微孔體積部分以開心果殼活性碳最高 (0.34 cm 3 /g)、廢 

麥粕活性碳次之 (0.21 cm 3 /g)、產氫廢麥粕活性碳略低 (0.15 cm 3 /g)、稻殼活性碳 

最低 (0.11 cm 3 /g), 根據文獻指出活性碳孔隙大小與分佈會影響吸附能力 , 當吸附 

質分子大小與活性碳孔隙結構越接近時越有利於活性碳進行吸附 , 一般 VOC 分子 

大小約為 0.6~1.5 nm, 因此可以初步推測 , 當活性碳微孔 ( 直徑


稻殼活性碳 (Series RH): 

當活化時間為 10~60 min 時 , 微孔體積為 0.1 cm 3 /g, 總孔體積由 0.2 增加至 0.3 

cm 3 /g, 但微孔體積百分比反而從 52% 降至 29%; 當活化時間為 60~240 min 時 , 微 

孔體積由 0.1 降至 0.01 cm 3 /g, 總孔體積從 0.3 降為 0.1 cm 3 /g, 微孔體積百分比從 

29% 降至 11%; 根據上述結果得知 , 活性碳的孔隙結構以中孔與大孔分佈為主 , 而 

過長的活化時間也會導致結構塌陷 (120 min)。 

開心果殼活性碳 (Series P): 

當活化時間為 10~120 min 時 , 微孔體積從 0.09 增加至 0.34 cm 3 /g, 總孔體積由 

0.13 增加至 0.48 cm 3 /g, 微孔體積百分比介於 66~78%; 由實驗結果得知 , 活性碳 

的孔隙結構主要是以微孔分佈為主。 

藉由上述結果可以得知 , 在適當的活化時間下可以合成以微孔孔徑為主的活 

性碳 , 但過長的活化時間反而會使微孔結構受到活化氣體不斷的侵蝕而產生擴孔 

作用 , 使微孔轉變為中孔或大孔 , 造成微孔體積百分比降低 , 最終導致活性碳孔 

隙結構以中孔與大孔分佈為主。 

0.8 

V mirco 

16% 

70% 

1000 

V mesco, marco 

Pore Volume (cm 3 /g) 

0.6 

0.4 

0.2 

S BET 

Vt 

35% 

SBET 

37% 

800 

600 

400 

200 


0.0 

W-10 

W-20 

W-30 

W-45 

W-60 

W-90 

W-raw-30 

W-raw-45 

W-raw-60 

W-raw-90 

W-raw-120 

W-raw-180 

RH-10 

RH-20 

RH-30 

RH-60 

RH-120 

RH-180 

RH-240 

P-10 

P-30 

P-60 

P-120 

0 

圖 5-7. 不同活化時間對孔體積與 BET 表面積之關係圖 

66


5.2.4 孔徑分佈 

活性碳孔隙分佈對於吸附能力之影響佔有相當大之因素 , 對於大尺寸之吸附 

質若使用孔隙結構較窄之活性碳 , 由於大分子吸附質可擴散至活性碳孔隙內之分 

子數受到孔隙結構之限制 , 而造成吸附量降低。由圖 5-8~11 中可以得知 , 四種系 

列的活性碳孔隙結構在 BJH 孔徑分佈中還是以中孔為主 , 大孔所佔的比例相當低 , 

隨著活化時間的增加 , 中孔體積也隨之增加。由圖 5-7 的結果顯示有部分微孔因為 

水蒸氣的侵蝕與擴散作用使得微孔孔徑被擴張形成中孔 , 另外還有一些新的中孔 

形成 , 導致中孔體積增加 ; 從圖 5-8、5-10 中發現 , 當產氫廢麥粕與稻殼之活化時 

間超過 60 min 時 , 中孔體積反而開始下降 , 此結果再次顯示過長的活化時間將使 

孔隙結構遭受破壞導致孔體積下降。由圖 5-12 中發現 , 以 W-raw-180 的中孔體積 

最高 ,W-60 次之 ,RH-60 略低 ,P-120 最低 , 藉由此實驗結果並配合圖 5-7 可得知 , 

以開心果殼為原料所合成之活性碳其孔隙結構以微孔分佈為主。 

從圖 5-13 中發現 , 隨著活化時間增加產氫廢麥粕活性碳之微孔體積也增加 , 

大致上微孔分佈範圍以 0.8 nm 為主 , 當活化時間為 90 min 時 , 尖峰有向右偏移的 

現象發生 , 此時之微孔分佈範圍以 0.9 nm 為主 ; 廢麥粕活性碳在活化初期 (30 min) 

之微孔分佈以 0.7 nm 為主 , 隨著活化時間增加尖峰越向右偏移 , 到了 180 min 時 , 

微孔分佈以 0.9 nm 為主 , 而在 1.5 nm 處也有第 2 根尖峰出現 ( 圖 5-14); 稻殼活性碳 

之微孔孔徑分部方面 ( 圖 5-15), 活化時間為 30 min 以前時 , 微孔分佈以 0.7 nm 為 

主 , 活化時間越長尖峰向右偏移的現象也越明顯 , 且微孔的含量也越低 ; 開心果 

殼活性碳之微孔體積隨活化時間的增加而有明顯增加之趨勢 ( 圖 5-16), 且微孔孔 

徑分佈較為寬廣介於 0.4~1.0 nm, 而在活化時間 120 min 時 , 在 1.5 nm 處有第 2 根 

尖峰出現 ( 大部分高比表面積活性碳之微孔孔徑分佈以雙峰為主 , 單峰分佈較少 

見 )。此外由圖 5-17 中發現 , 產氫廢麥粕、稻殼與開心果殼活性碳之微孔孔徑分佈 

較為相似 ( 以 0.8 nm 為主 ), 其中又以開心果殼活性碳之微孔體積含量較高 , 而廢 

麥粕活性碳之微孔孔徑分佈則以 0.9 nm 為主 , 且為雙峰分佈。 

整體而言 , 隨著活化時間增加微孔體積也上升 , 但會有尖峰偏移的情形發生 , 

而過長之活化時間也會造成微孔體積下降 ( 圖 5-13、5-15)。根據圖 5-7 所示 , 活化 

時間過長將導致活性碳之微孔結構轉變為以中孔分佈為主 , 因此在以中孔分佈為 

67


主之活性碳 , 若利用 3-D model 模擬其微孔孔徑分佈將會造成模擬上之誤差。 

0.035 

Pore Volume (cm 3 /g-nm) 

0.030 

0.025 

0.020 

0.015 

0.010 

10 

20 

30 

45 

60 

90 

0.005 

0.000 

1 10 100 1000 

Pore Diameter (nm) 

圖 5-8. 不同活化時間對產氫廢麥粕活性碳 (Series W) 之 BJH 孔徑分佈圖 


0.10 

0.08 

0.06 

0.04 

30 

45 

60 

90 

120 

180 

0.02 

0.00 

1 10 100 1000 


圖 5-9. 不同活化時間對廢麥粕活性碳 (Series W-raw) 之 BJH 孔徑分佈圖 

68


0.016 


0.014 

0.012 

0.010 

0.008 

0.006 

0.004 

10 

20 

30 

60 

120 

180 

240 

0.002 

0.000 

1 10 100 1000 


圖 5-10. 不同活化時間對稻殼活性碳 (Series RH) 之 BJH 孔徑分佈圖 

0.012 

0.010 

10 

30 

60 

120 


0.008 

0.006 

0.004 

0.002 

0.000 

1 10 100 1000 


圖 5-11. 不同活化時間對開心果殼活性碳 (Series P) 之 BJH 孔徑分佈圖 

69


0.10 

0.08 

W-60 

RH-60 

P-120 

W-raw-180 


0.06 

0.04 

0.02 

0.00 

1 10 100 1000 


圖 5-12. 不同起始原料達其最大表面積時之中孔孔徑分佈比較 


0.10 

0.08 

0.06 

0.04 

10 

20 

30 

45 

60 

90 

0.02 

0.00 

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 


圖 5-13. 不同活化時間對產氫廢麥粕活性碳 (Series W) 之微孔孔徑分佈圖 

70


0.25 


0.20 

0.15 

0.10 

30 

45 

60 

90 

120 

180 

0.05 

0.00 

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 


圖 5-14. 不同活化時間對廢麥粕活性碳 (Series W-raw) 之微孔孔徑分佈圖 

0.07 


0.06 

0.05 

0.04 

0.03 

0.02 

10 

30 

60 

90 

120 

180 

240 

0.01 

0.00 

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 


圖 5-15. 不同活化時間對稻殼活性碳 (Series RH) 之微孔孔徑分佈圖 

71


0.14 

0.12 

30 

60 

120 


0.10 

0.08 

0.06 

0.04 

0.02 

0.00 

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 


圖 5-16. 不同活化時間對開心果殼活性碳 (Series P) 之微孔孔徑分佈圖 

0.25 


0.20 

0.15 

0.10 

W-60 

RH-30 

P-120 

W-raw-180 

0.05 

0.00 

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 


圖 5-17. 不同起始原料達其最大表面積時之微孔孔徑分佈比較 

72


5.2.4 表面觀察 

由 SEM 檢視圖可以發現不同之起始原料對於活性碳成品外觀上有相當大之影 

響 , 且隨著活化時間的增加 , 活性碳之表面結構也有明顯被活化氣體嚴重侵蝕的 

現象 ( 圖 5-18 ~ 5-21)。產氫廢麥粕、廢麥粕及稻殼活性碳之表面較為粗糙 , 由 SEM 

檢視圖中發現這三種活性碳之結構都有明顯的維管束構造 , 其中又以產氫廢麥粕 

及廢麥粕活性碳最為明顯 ( 圖 5-18(a)、5-19(c)), 因這些起始原料皆具有植物特性 , 

故在 SEM 觀察時能夠觀測到維管束之構造 ; 仔細觀察產氫廢麥粕活性碳後發現 , 

其維管束之管壁表面均存在許多幾近圓形之小孔 ( 圖 5-18(c)), 且小孔周圍極為平 

整 , 因此在活化過程中 , 活化氣體可能經由這些孔洞進入活性碳結構中進行活化 

反應 , 進一步將封閉微孔打開或者是創造出一些新的孔隙結構 , 使得活化更完全 , 

最終造成 BET 表面積之提升 ; 由稻殼活性碳之 SEM 檢視圖中發現 , 活性碳表面結 

構較為起伏不定 ( 圖 5-20(a)), 且表面幾乎沒有較明顯之孔隙存在 , 但由圖 5-20(b) 

中發現 , 在活性碳側面的部分有許多大孔隙存在。開心果殼活性碳之表面較為平 

坦光滑 ( 圖 5-21), 且活性碳表面上明顯存在著許多孔隙 , 孔隙分佈也較其他三種 

活性碳均勻 , 此外觀察活性碳之邊緣結構可以發現整個活性碳構造是由一層層的 

片狀結構疊堆而形成的 ( 圖 5-21(b))。 

經由 SEM 檢視圖可發現 , 不同之起始原料對於活性碳之表面結構具有決定性 

之影響因素 , 此外活化時間過長將導致活性碳表面結構不斷受到活化氣體侵蝕 , 

造成表面結構受到破壞 , 最終造成孔隙貫穿使得 BET 表面積下降。 

73


(a) W-10 ( × 1,000) (b) W-20 ( × 2,000) 

(c) W-30 ( × 5,000) (d) W-45 ( × 1,800) 

(e) W-60 ( × 1,800) (f) W-90 ( × 2,500) 

圖 5-18. 產氫廢麥粕活性碳 (Series W) 之 SEM 檢視圖 

74


(a) W-raw-30 ( × 1,000) (b) W-raw-45 ( × 1,000) 

(c) W-raw-60 ( × 2,500) (d) W-raw-90 ( × 2,300) 

(e) W-raw-120 ( × 1,000) (f) W-raw-180 ( × 1,000) 

圖 5-19. 廢麥粕活性碳 (Series W-raw) 之 SEM 檢視圖 

75


(a) RH-10 ( × 2,000) (b) RH-20 ( × 1,000) 

(c) RH-30 ( × 2,000) (d) RH-60 ( × 1,000) 

(e) RH-180 ( × 1,500) (f) RH-240 ( × 800) 

圖 5-20. 稻殼活性碳 (Series RH) 之 SEM 檢視圖 

76


(a) P-10 ( × 1,500) (b) P-10 ( × 1,500) 

(c) P-30 ( × 1,500) (d) P-60 ( × 1,500) 

(e) P-120 ( × 2,000) (f) P-120 ( × 1,500) 

圖 5-21. 開心果殼活性碳 (Series P) 之 SEM 檢視圖 

77


5.3. 活性碳化學特性分析 

5.3.1 表面元素與官能基分析結果 

產氫廢麥粕與稻殼活性碳經過化學分析電子光譜儀 (XPS) 進行全區掃描之結 

果得知活性碳表面存在之元素以 C、N、O 為主 ( 圖 5-22、5-23), 之後再針對 C 1s 進 

行微區掃描以便進行表面官能基判讀之工作。由圖 5-24 中發現 , 當活化時間從 20 

min 增加至 90min 時 , 產氫廢麥粕活性碳之碳含量由 68% 降至 60%, 氧含量由 30% 

增加至 40%, 而氮含量的變化幅度則較小約 1~2%, 隨著活化時間增加碳含量也越 

低 , 氧含量則不斷增加。由圖 5-25 中發現稻殼活性碳也有相同之結果 , 當稻殼活 

性碳之活化時間從 20 min 增加至 240min 時 , 碳含量由 51% 降至 24%, 氧含量由 48% 

增加至 76%, 氮含量在活化時間 120 min 之前約有 1%, 但到了 180 min 時 , 氮之含 

量已低於偵測極限。 

由圖 5-24 ~ 5-25 中發現 , 活性碳之碳含量皆隨著活化時間的增加而減低 , 氧 

含量則隨著活化時間的增加而增加 , 氮及氫的含量隨著活化時間增加其變化幅度 

較碳及氧來的低 , 此結果顯示隨著活化時間增加表面碳原子因不斷受到活化氣體 

之侵蝕 , 並產生部份氣化反應 , 造成碳原子不斷被釋出 , 使得碳含量隨著活化時 

間增加而減低 , 而本實驗採用水蒸氣活化法 , 因此活性碳之碳原子在活化期間不 

斷受到水蒸氣之侵蝕 , 進一步反應生成 CO, 造成碳原子不斷減少 , 而水蒸氣則不 

斷附著在碳材之表面使得氧含量隨活化時間增加而增加。 

78


CEM Scan 700eV 

40000 

C 1s 

O 1s 

30000 

Counts / s 

20000 

N 1s 

10000 

O 2s 

0 

1400 

1300 

1200 

1100 

1000 

900 

800 

700 

600 

500 

400 

300 

200 

100 

Binding Energy (eV) 

圖 5-22. 產氫廢麥粕活性碳之 XPS 全區掃描結果 

CEM Scan 700eV 

25000 

O 1s 

C 1s 

20000 

Counts / s 

15000 

10000 

N 1s 

5000 

O 2s 

0 

1400 

1300 

1200 

1100 

1000 

900 

800 

700 

600 

500 

400 

300 

200 

100 


圖 5-23. 稻殼活性碳之 XPS 全區掃描結果 

79


80 

C 

O 

N 

60 

% of Total Weight 

40 

20 

0 

0 15 30 45 60 75 90 105 


圖 5-24. 不同活化時間對產氫廢麥粕活性碳之表面元素分析結果 

80 

C 

O 

N 

60 


40 

20 

0 

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 


圖 5-25. 不同活化時間對稻殼活性碳之表面元素分析結果 

80


經過 XPS 微區掃描結果發現 , 產氫廢麥粕及稻殼活性碳之表面共含有五種官能 

基 ( 石墨結構、氫氧基、羰基、羧基與 π 電子結構 ), 而產氫廢麥粕及稻殼活性碳之 

表面官能基判讀結果與半定量分析結果分別如圖 5-26 至 5-29 所示 , 以下針對產氫 

廢麥粕及稻殼活性碳之表面官能基分析結果做一詳細探討。 

產氫廢麥粕活性碳 (Series W): 

經過半定量分析後發現 ( 圖 5-28), 活性碳之結構還是以石墨結構為主 ( 約佔 

33~44%)。隨著活化時間增加石墨結構含量也降低 , 這也顯示活性碳之結構不斷受 

到水蒸氣的侵蝕造成石墨結構受損 ; 在含氧官能基方面 , 氫氧基、羰基與羧基隨 

著活化時間增加而有上升的趨勢 , 這顯示氧不斷附著至活性碳表面造成含氧性官 

能基的含量增加 , 其中又以氫氧基的含量最高 ( 約 16~24%), 羰基次之 ( 約 

2.6~7.2%), 羧基最低 ( 約 1%), 而 π 電子結構的含量則隨著活化時間增加由 1.32% 

降至 0.3%。 

稻殼活性碳 (Series RH): 

稻殼活性碳經過半定量分析後發現 ( 圖 5-29), 在活化時間 120 min 以前活性碳 

之結構還是以石墨結構為主 (30%→14%), 隨著活化時間增加 , 石墨結構之含量也 

降低 (240 min、6.5%); 在含氧官能基方面 , 隨著活化時間增加氫氧基含量由 16% 

降至 4%, 在活化時間 120 min 之前 , 隨著活化時間增加羰基含量由 5% 增加至 13%, 

到了活化時間 240 min 時又下降至 10.5%, 而羧基的含量隨活化時間增加其變化幅 

度較小 ( 約 2~3.6%), 對於 π 電子結構來說 , 活化時間對其所造成之影響也較小 ( 含 

量小於 1%)。整合上述結果發現 , 活化時間 120 min 以前 , 活性碳之官能基還是以 

石墨結構為主 , 而此時羰基含量與石墨結構相當接近 , 到了活化時間 240 min 時 , 

活性碳之官能基轉變為以羰基為主石墨結構次之。 

綜合產氫廢麥粕與稻殼活性碳之表面官能基分析結果發現 , 活性碳之結 

構還是以石墨結構為主體 , 在含氧性官能基方面則以氫氧基、羰基與羧基為主 , 

由於這三種含氧性官能基皆屬於酸性官能基 , 因此當活化時間越長 , 活性碳之表 

面含氧量也越高 , 此時活性碳表面酸性程度增加並使其更加親水 (hydrophilic)。此 

81


W-10 

17900 

15900 

13900 

11900 

9900 

7900 

Counts / s 

294 

π-electron 

292 

carboxyl 

290 

hydroxyl 

carbonyl 

288 286 

284 

graphite 

282 

5900 

3900 

1900 

-100 

280 


W-20 

24900 

19900 

hydroxyl 

14900 

9900 

Counts / s 

carbonyl 

graphite 

4900 

294 

π-electron 

292 

carboxyl 

290 

288 

286 

284 

282 

-100 

280 


W-30 

15900 

13900 

11900 

9900 

7900 

5900 

Counts / s 

294 

π-electron 

292 

carboxyl 

290 

hydroxyl 

carbonyl 

288 286 

284 

graphite 

282 

3900 

1900 

-100 

280 


圖 5-26. 不同活化時間對產氫廢麥粕活性碳之表面官能基判讀結果 

82


W-45 

17900 

15900 

13900 

11900 

294 

π-electron 

292 

carboxyl 

290 

hydroxyl 

carbonyl 

288 286 

284 

graphite 

282 

9900 

7900 

5900 

3900 

1900 

-100 

280 

Counts / s 


W-60 

24900 

19900 

14900 

9900 

Counts / s 

hydroxyl 

carbonyl 

graphite 

4900 

294 

π-electron 

292 

carboxyl 

290 

288 

286 

284 

282 

-100 

280 

Binding energy (eV) 

W-90 

17900 

15900 

13900 

11900 

9900 

7900 

Counts / s 

294 

π-electron 

292 

carboxyl 

290 

carbonyl 

288 

hydroxyl 

286 

284 

graphite 

282 

5900 

3900 

1900 

-100 

280 


圖 5-26( 續 ). 不同活化時間對產氫廢麥粕活性碳之表面官能基判讀結果 

83


RH-10 

14000 

12000 

10000 

π-electron 

hydroxyl 

carbonyl 

carboxyl 

graphite 

8000 

6000 

4000 

2000 

Counts / s 

0 

294 

292 

290 

288 

286 

284 

282 

280 


RH-20 

12000 

10000 

8000 

π-electron 

carboxyl 

hydroxyl 

carbonyl 

graphite 

6000 

4000 

2000 

0 

Cocounts / s 

294 

292 

290 

288 

286 

284 

282 

280 


16000 

RH-30 

14000 

12000 

π-electron 

carboxyl 

carbonyl 

hydroxyl 

graphite 

10000 

8000 

6000 

4000 

2000 

0 

Cocounts / s 

294 

292 

290 

288 

286 

284 

282 

280 


圖 5-27. 不同活化時間對稻殼活性碳之表面官能基判讀結果 

84


RH-60 

16000 

14000 

12000 

10000 

π-electron 

carboxyl 

carbonyl 

hydroxyl 

graphite 

8000 

6000 

4000 

2000 

0 

Counts / s 

294 

292 

290 

288 

286 

284 

282 

280 


RH-120 

12000 

10000 

8000 

carbonyl 

hydroxyl 

6000 

4000 

Cocounts / s 

π-electron 

carboxyl 

graphite 

2000 

0 

294 

292 

290 

288 

286 

284 

282 

280 


RH-180 

8000 

7000 

6000 

carboxyl 

carbonyl 

hydroxyl 

graphite 

5000 

4000 

3000 

2000 

1000 

Counts / s 

π-electron 

0 

294 

292 

290 

288 

286 

284 

282 

280 


圖 5-27( 續 ). 不同活化時間對稻殼活性碳之表面官能基判讀結果 

85


60 

50 

graphite 

hydroxyl 

carbonyl 

carboxyl 

-electron 


40 

30 

20 

10 

0 

0 20 40 60 80 100 


圖 5-28. 不同活化時間對產氫廢麥粕活性碳表面官能基半定量結果 

35 

30 

25 

graphite 

hydroxyl 

carbonyl 

carboxyl 

-electron 


20 

15 

10 

5 

0 

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 


圖 5-29. 不同活化時間對稻殼活性碳表面官能基半定量結果 

86


外活化時間對於稻殼活性碳表面官能基所造成之影響較大 , 其中又以石墨結構、 

氫氧基及羰基的影響較為明顯 ( 圖 5-28、5-29)。 

5.4 吸附實驗結果 

活性碳在等溫下之吸附量常常被引用為活性碳去除污染物質能力優劣的評斷 

標準 , 一般而言影響活性碳吸附效能的變因有很多 , 例如活性碳顆粒大小、表面 

物理化學特性 , 吸附質特性、進流濃度與溫度等因素 , 為了減少不同實驗因素對 

於活性碳吸附量之影響 , 本研究以甲苯作為吸附質 , 濃度與溫度範圍分別控制在 

50~600 ppm v 、40~80℃, 活性碳之粒徑大小控制在 53~105 μm 之間 ; 吸附實驗則分 

為兩大部分 , 第一部分比較自製活性碳與商業活性碳之甲苯吸附量差異性 , 第二 

部分以產氫廢麥粕活性碳為主 , 進行不同活性碳孔隙結構對於甲苯吸附量之影響 

探討 , 吸附濃度與溫度控制在 400 ppm v 、40℃。以下針對這兩部分之吸附實驗結 

果進行詳細之探討。 

5.4.1 自製活性碳與商業活性碳之甲苯吸附量結果 

在吸附劑選擇上由產氫廢麥粕活性碳中選擇 BET 表面積最高之活性碳作為吸 

附實驗之吸附劑 (W-60), 且另外選擇一商業活性碳 (CAC) 在相同之吸附實驗條件下 

進行不同活性碳對於甲苯吸附量差異性之探討 ; 而本研究所使用之吸附劑分別為 

自製活性碳 (W-60) 與商業活性碳 (CAC), 其基本物理特性皆列於表 5-7 中。 

由圖 5-30、5-31 中可以發現當甲苯進流濃度增加時 W-60 與 CAC 兩者之吸附量 

也增加 , 而溫度增加時吸附量反而降低 , 這是由於活性碳在進行吸附有機物的過 

程是一種放熱反應 , 且隨著溫度的增加吸附劑與有機物間的凡得瓦爾力會減弱 

(Ruthven, 1984), 因此當溫度升高將不利於活性碳進行吸附作用 , 造成活性碳吸附 

量減低 , 此與 Ramirez et al. (2004) 之研究結果相符。以 W-60 為吸附劑時 , 當溫度 

87


介於 40-80℃ 之間 , 甲苯之吸附量範圍分別介於 99~127 mg/g( 甲苯濃度 50 ppm v )、 

134~156 mg/g( 甲苯濃度 600 ppm v ); 以 CAC 為吸附劑時 , 當溫度介於 40-80℃ 之間 , 

甲苯之吸附量範圍分別介於 78~142 mg/g( 甲苯濃度 50 ppm v )、147~216 mg/g( 甲苯 

濃度 600 ppm v )。以下分別以 40、50、60、70、80℃ 五種不同溫度 , 探討 W-60 與 

CAC 之甲苯吸附量差異性比較 ( 圖 5-32~36)。 

A:40℃ ( 圖 5-32) 

當濃度為 600 ppm v 時 ,W-60 之甲苯吸附量為 CAC 之 72%, 濃度為 50 ppm v 時 , 

W-60 之甲苯吸附量為 CAC 之 89%, 此一結果顯示當甲苯進流濃度降低時 ,W-60 

與 CAC 對於甲苯之吸附量也越接近。 

B:50℃ ( 圖 5-33) 


W-60 之甲苯吸附量為 CAC 之 103%, 由圖 4-32 與 4-33 中發現當溫度從 40℃ 增加 

至 50℃ 時 ,W-60 與 CAC 之甲苯吸附量差距也有縮小趨勢 , 在濃度為 50 ppm v 時 , 

W-60 與 CAC 之甲苯吸附量可說是相當接近。 

C:60℃ ( 圖 5-34) 


W-60 之甲苯吸附量為 CAC 之 112%, 由圖中發現當溫度提高至 60℃ 時 ,W-60 與 

CAC 之吸附曲線在濃度 100 ppm v 處已有交錯的情形 , 此時 W-60 與 CAC 之吸附量相 

當接近。 

表 5-7. 自製活性碳與商業活性碳之基本物理性質 (n=3) 

吸附劑 

S BET 

(m 2 /g) 

V micro 

(cm 3 /g) 

V t 

(cm 3 /g) 

V micro / V t 

(%) 

W-60 600.2 ± 28.9 0.153 ± 0.004 0.435 ± 0.025 35.11 

CAC 905.4 ± 10.2 0.162 ± 0.002 0.485 ± 0.007 33.43 

88


160 

150 

Adsorption Capacity (mg/g) 

140 

130 

120 

110 

100 

90 

0 100 200 300 400 500 600 700 

Toluene Concentration (ppm v ) 

40 

50 

60 

70 

80 

圖 5-30. 不同溫度對甲苯平衡吸附量之影響 ( 使用 W-60 吸附劑 ) 

240 

220 


200 

180 

160 

140 

120 

100 

80 

40 

50 

60 

70 

80 

60 

0 100 200 300 400 500 600 700 


圖 5-31. 不同溫度對甲苯平衡吸附量之影響 ( 使用 CAC 吸附劑 ) 

89



220 

200 

180 

160 

140 

W-60 

CAC 

120 

0 100 200 300 400 500 600 700 


圖 5-32. 40℃ 時 W-60 與 CAC 之甲苯平衡吸附量比較圖 

200 


180 

160 

140 

120 

W-60 

CAC 

100 

0 100 200 300 400 500 600 700 

Toluene Concentration (ppm v 

) 


90


200 

180 

W-60 

CAC 


160 

140 

120 

100 

80 

0 100 200 300 400 500 600 700 



D:70℃ ( 圖 5-35) 



CAC 之吸附曲線在濃度 200 ppm v 處已有交錯的情形 , 此時 W-60 與 CAC 之吸附量相 

當接近。 

E:80℃ ( 圖 5-36) 



CAC 在高濃度處之甲苯吸附量差距也有逐漸縮小之趨勢。 

91


180 


160 

140 

120 

100 

W-60 

CAC 

80 

0 100 200 300 400 500 600 700 



160 


140 

120 

100 

80 

W-60 

CAC 

60 

0 100 200 300 400 500 600 700 



92


經由上述實驗結果發現 , 在高濃度時 (600 ppm v )CAC 之甲苯吸附量優於 W-60, 

但是當甲苯濃度降低時 CAC 與 W-60 兩者對於甲苯吸附量間之差距卻有越來越接近 

之趨勢 , 此現象是由於不同活性碳吸附劑之物理特性所造成的結果 ( 表 5-7), 由於 

CAC 之 BET 表面積約為 900 m 2 /g 優於 W-60 的 600 m 2 /g, 因此可提供較多之吸附位 

址 , 故在高濃度時 CAC 對甲苯之吸附量較高 , 但是在進流濃度降低時 , 因為甲苯 

的濃度降低使得甲苯分子進入活性碳孔隙結構中的量也減少 , 此時微孔含量的多 

寡反而成為主宰活性碳吸附的主要機制 , 這是因為進流濃度降低時 , 尺寸較大之 

吸附質分子易受限於活性碳微孔孔隙分佈及微孔含量多寡之影響 , 使得可擴散至 

吸附劑內部表面之分子數減少 , 而降低其吸附容量 , 而當活性碳孔隙大小與吸附 

質分子尺寸越接近時則有助於吸附量之提升。在 50℃、50 ppm v 時 ,W-60 與 CAC 

之甲苯吸附量可說是相當接近 , 從表 5-7 中發現 W-60 與 CAC 兩種吸附劑之微孔體 

積幾乎是相等 , 因此在低濃度時兩種吸附劑對於甲苯的吸附效果也趨近一致 ; 另 

外由 BJH 孔徑分佈比較發現 ( 圖 5-37(a)),CAC 之 BJH 孔徑分佈較一致 ,W-60 則較 

為寬廣 , 在微孔孔徑分佈方面 ( 圖 5-37(b)),W-60 與 CAC 兩者之微孔分佈情形相當 

類似 , 孔徑分佈以 0.6~1.0 nm 為主 , 且甲苯分子大小約為 0.67 nm 剛好落於活性碳 

之微孔孔徑分佈範圍內 , 更有利於活性碳吸附甲苯 , 且兩者微孔分佈均為雙峰 , 

這是一般微孔活性碳較常見的形式。 

另外當溫度由 40℃ 增加至 80℃ 時 ,W-60 與 CAC 在高濃度處 (600 ppm v ) 之甲苯 

吸附量差距也越小 (W-60 之甲苯吸附量由 CAC 甲苯吸附量之 72% 增加至 91%), 由 

圖 5-32~5-36 中觀察到 50℃ 時 ,W-60 與 CAC 在濃度 50 ppm v 處吸附曲線有交錯的 

情形發生 ,60℃ 時吸附曲線在 100 ppm v 處交錯 ,70℃ 時吸附曲線交錯處更向後偏 

移至 200 ppm v 處 ,80℃ 時 W-60 與 CAC 之吸附曲線也越接近 , 此結果均顯示當溫度 

增加時 W-60 之吸附效果反而優於 CAC, 且溫度越高越吸附曲線相交處越往高濃度 

處偏移。 

93


0.04 

(a) 

W-60 

CAC 

Pore Volume (cm 3 /g*nm) 

0.03 

0.02 

0.01 

0.00 

1 10 100 1000 


0.14 

0.12 

(b) 

W-60 

CAC 


0.10 

0.08 

0.06 

0.04 

0.02 

0.00 

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 


圖 5-37. W-60 與 CAC 之 (a)BJH 孔徑分佈圖 (b) 微孔孔徑分佈圖 

94


5.4.2 等溫吸附線模擬 

為了準確估計在不同濃度下活性碳之吸附能力 , 本研究採用一般常用的等溫 

吸附模式 , 包括 Langmuir、Freundlich 以及 Dubinin-Radushkevich (DR) 模式 , 並利用 

吸附實驗數據以求得這三種理論吸附模式之等溫吸附曲線 , 最後依據這些等溫吸 

附曲線所求得之各項熱力學參數 , 以預測不同濃度與溫度時 , 活性碳吸附劑之平 

衡吸附量。 

5.4.2.1 Langmuir 等溫吸附模式 

將 (4.4) 式整理後得到下列方程式 : 

C 

q 

e 

e 

1 

(5.1) 

e 

q 

m 

K 

L 

利用 C e /q e v.s. C e 做圖可得到一條線性方程式 , 利用此方程式之斜率與截距可分 

別求得 q m 與 K L 值 , 而這些方程式及不同之 Langmuir 參數皆列於表 5-8 中。 

由表 5-8 中可發現 , 利用 Langmuir 等溫吸附模式均可描述 W-60 與 CAC 之甲苯 

等溫吸附曲線 (R 2 > 0.993), 其 Langmuir 等溫吸附曲線分別示於圖 5-38 與 5-39, 各 

吸附量資料點的分佈均接近 Langmuir type, 經由 Langmuir 模擬結果大致上可達到滿 

意的程度 , 但由圖中發現在濃度 50 ppm v 時 ,Langmuir 等溫吸附曲線所估算之甲苯 

吸附量比實驗數值低了許多 , 溫度越低誤差也越大。在溫度 80℃ 時 Langmuir 等溫 

吸附曲線所模擬出之結果最差 , 其中 W-60 之模擬結果又較 CAC 差。由表 5-8 中可 

以發現吸附劑之 q m 及 K L 值隨吸附溫度增加而減少 ; 而在吸附溫度 40~80℃ 範圍時 , 

由圖 5-40 可看出 W-60 與 CAC 之甲苯最大吸附量隨著溫度增加而呈現線性遞減的 

關係 , 其中又以 CAC 之 q m 值較高。 

C 

q 

m 

95


表 5-8. 不同吸附劑之 Langmuir 吸附常數隨不同操作溫度之變化情形 

吸附劑 

W-60 

CAC 

Langmuir Constants 

溫度 

Regression 

(℃) Linear Regression R 2 q m (mg/g) K L (1/ppm) 

40 y = 0.0062x + 0.1376 0.999 161.29 0.045058 

50 y = 0.0066x + 0.1297 0.999 151.52 0.050887 

60 y = 0.0067x + 0.1632 0.999 149.25 0.041054 

70 y = 0.0069x + 0.189 0.999 144.93 0.036508 

80 y = 0.0072x + 0.2124 0.999 138.89 0.032486 

40 y = 0.0044x + 0.1924 0.998 227.27 0.022869 

50 y = 0.0048x + 0.2436 0.997 208.33 0.019704 

60 y = 0.005x + 0.3577 0.993 200.00 0.013978 

70 y = 0.0058x + 0.3657 0.995 172.41 0.015860 

80 y = 0.0058x + 0.3657 0.995 161.29 0.013034 

甲苯進流濃度 :50~600 ppm v 

Toluene concentration (ppm v ) 

160 

150 


140 

130 

120 

110 

100 

90 

80 

0 100 200 300 400 500 600 700 

40 

50 

60 

70 

80 

圖 5-38. 不同溫度下 W-60 吸附甲苯之 Langmuir 等溫吸附曲線 

( 資料點為實驗值、虛線為 Langmuir isotherm 之模擬結果 ) 

96



240 

220 

200 

180 

160 

140 

120 

100 

80 

60 

0 100 200 300 400 500 600 700 


40 

50 

60 

70 

80 

圖 5-39. 不同溫度下 CAC 吸附甲苯之 Langmuir 等溫吸附曲線 

( 資料點為實驗值、虛線為 Langmuir isotherm 之模擬結果 ) 

250 

W-60 

CAC 

linear 

200 

q m (mg/g) 

150 

100 

20 40 60 80 100 

T ( o C) 

圖 5-40. 不同吸附劑之甲苯最大吸附量 (q m ) 隨溫度之變化情形 

97


4.4.2.2 Freundlich 等溫吸附模式 

將方程式 (4.5) 雙邊取 log 後得到下列方程式 : 

1 

log( x / m) 

log k logC 

(5.2) 

n 

其中 x/m 為平衡濃度下之飽和吸附量 (mg/g),C 為平衡濃度 (ppm v ),k 與 n 為 Freundlich 

常數。利用 log(x/m) v.s. log C 做圖可得到一條線性方程式 , 利用此方程式之斜率與 

截距可分別求得 n 與 k 值 , 而這些方程式及不同之 Freundlich 常數皆列於表 5-9 中。 

由表 5-9 中發現 , 利用 Freundlich 等溫吸附模式均可描述 W-60 與 CAC 之甲苯等 

溫吸附曲線 (R 2 > 0.979), 其中以 CAC 之 R 2 值較佳 (R 2 > 0.996), 圖 5-41、5-42 分別 

為 W-60 與 CAC 之 Freundlich 等溫吸附曲線 , 從圖中發現利用 Freundlich 等溫吸附模 

式所模擬出來之等溫吸附曲與實驗值相當一致。此外由圖 5-43 中發現吸附劑之 k 

值隨吸附溫度增加而減少 , 其中又以 W-60 之 k 值較高。 

表 5-9. 不同吸附劑之 Freundlich 吸附常數隨不同操作溫度之變化情形 

Freundlich Constants 

吸附劑 

溫度 

Regression 

(℃) Linear Regression R 2 k n 

40 y = 0.0864x + 1.9491 0.979 88.94 11.57 

50 y = 0.084x + 1.9386 0.998 86.82 11.90 

W-60 60 y = 0.105x + 1.866 0.999 73.45 9.52 

70 y = 0.1208x + 1.8117 0.997 64.82 8.28 

80 y = 0.1202x + 1.7901 0.998 61.67 8.32 

40 y = 0.1732x + 1.8534 0.997 71.35 5.77 

50 y = 0.2008x + 1.7336 0.997 54.15 4.98 

CAC 60 y = 0.2474x + 1.5756 0.998 37.64 4.04 

70 y = 0.2244x + 1.574 0.996 37.50 4.46 

80 y = 0.2554x +1.4583 0.999 28.73 3.92 


98


160 

150 


140 

130 

120 

110 

100 

90 

0 100 200 300 400 500 600 700 


40 

50 

60 

70 

80 

圖 5-41. 不同溫度下 W-60 吸附甲苯之 Freundlich 等溫吸附曲線 

( 資料點為實驗值、虛線為 Freundlich isotherm 之模擬結果 ) 

240 

220 


200 

180 

160 

140 

120 

100 

80 

40 

50 

60 

70 

80 

60 

0 100 200 300 400 500 600 700 


圖 5-42. 不同溫度下 CAC 吸附甲苯之 Freundlich 等溫吸附曲線 

( 資料點為實驗值、虛線為 Freundlich isotherm 之模擬結果 ) 

99


100 

90 

80 

W-60 

CAC 

linear 

k (mg/g-ppm v ) 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

20 40 60 80 100 

T ( o C) 

圖 5-43. 不同吸附劑之甲苯吸附常數 (k) 隨溫度之變化情形 

4.4.2.3 Dubinin-Radushkevich (DR) 等溫吸附模式 

由活性碳之表面結構性質可知大部分還是以微孔結構為主 , 因此本研究進一 

步利用 DR 等溫吸附模式來估算活性碳之吸附效能 , 而 Dubinin 又提出了另一個常數 

β( 親和係數 ,similarity coefficient),E/E 0 。E 0 為參考吸附質之特徵吸附能 (kJ/mol, 

通常以苯為參考吸附質 ) ,E 為吸附質之特徵吸附能 (kJ/mol), 將 β=E/E 0 帶入特徵吸 

附方程式 (4.8) 後得到下列方程式 : 

lnW 

2 

1 

2 

lnW0 

 

A 

(5.3) 

 

E 

利用 lnW v.s. A 2 做圖可得到一條線性方程式 , 利用此方程式之斜率與截距可分別 

求得 E 與 W 0 值 , 而這些方程式及不同之 DR 參數皆列於表 5-10 中。 

100


表 5-10. 不同溫度下不同吸附劑吸附甲苯之 DR 等溫吸附曲線之各參數值 

吸附劑 

W-60 

CAC 

溫度 

(℃) Linear Regression 

DR Parameters 

Regression 

R 2 W 0 

(cm 3 /g) 

E 0 

(kJ/mol) 

x 0 

(nm) 

E 

(kJ/mol) 

40 y = -0.001x–1.5637 0.960 0.2094 26.09 0.46 31.62 

50 y = -0.0009x–1.5879 0.992 0.2044 27.05 0.44 33.33 

60 y = -0.001x–1.5543 0.998 0.2113 25.18 0.48 31.62 

70 y = -0.001x–1.5188 0.999 0.2190 24.38 0.49 31.62 

80 y = -0.0009x–1.554 0.994 0.2114 22.97 0.52 33.33 

40 y = -0.0021x–1.0643 0.991 0.3550 18.00 0.67 21.82 

50 y = -0.021x–1.066 0.999 0.3444 17.71 0.68 21.82 

60 y = -0.0023x–0.9872 0.993 0.3726 16.60 0.73 20.85 

70 y = -0.0019x–1.1488 0.991 0.3170 17.69 0.68 22.94 

80 y = -0.0019x–1.0928 0.999 0.3353 15.81 0.76 22.94 


由表 5-10 中可發現 , 利用 DR 等溫吸附模式均可描述 W-60 與 CAC 之甲苯等溫 

吸附曲線 (R 2 > 0.96), 而圖 5-44、5-45 分別為 W-60 與 CAC 之 DR 等溫吸附曲線 , 從 

圖中發現利用 DR 等溫吸附模式所模擬出來之等溫吸附曲與實驗值相當一致。此外 

經由 DR 方程式所計算出來之 W-60 與 CAC 微孔體積範圍分別為 0.21~0.22 cm 3 /g 與 

0.32~0.37 cm 3 /g, 經過表 4-8 之比對後發現 , 經由 DR 方程式所計算出來之微孔體積 

明顯高於比表面積分析儀所測得之微孔體積 (W-60:0.15 cm 3 /g、CAC:0.16 cm 3 /g), 

其可能原因為不同吸附質之分子尺寸大小不同所造成之結果 , 因甲苯之分子尺寸 

(6.7 Å) 大於氮氣 (4.02 Å), 而甲苯之分子尺寸又落在微孔孔隙分佈的範圍中 , 使得 

吸附量增加 , 另一方面由於各方程式之基本原理與假設不同 , 其適用範圍亦不一 

致 , 導致估算值不同。 

101


160 

150 


140 

130 

120 

110 

100 

90 

0 100 200 300 400 500 600 700 


圖 5-44. 不同溫度下 W-60 吸附甲苯之 DR 等溫吸附曲線 

( 資料點為實驗值、虛線為 DR 之模擬結果 ) 

40 

50 

60 

70 

80 


240 

220 

200 

180 

160 

140 

120 

100 

80 

60 

0 100 200 300 400 500 600 700 


圖 5-45. 不同溫度下 CAC 吸附甲苯之 DR 等溫吸附曲線 

( 資料點為實驗值、虛線為 DR 之模擬結果 ) 

40 

50 

60 

70 

80 

102


在吸附質之特徵吸附能方面 (E),W-60 之 E 值 (32 kJ/mol) 明顯大於 CAC 之 E 

值 (22 kJ/mol); 而經過方程式 (4.9) 所計算出之狹縫狀微孔的半寬度 x 0 值 ,CAC 之 

x 0 (0.7 nm) 值明顯高於 W-60(0.48 nm), 此結果也顯示 W-60 之活性碳微孔孔徑較 

CAC 窄。 

5.4.3 等容量吸附熱 

由方程式 (4.11) 可以求得在溫度介於 40~80℃ 時 ,W-60 與 CAC 之等容量吸附熱 

(isosteric heat of adsorption,ΔH s ), 為了進一步了解在高濃度時 W-60 與 CAC 之等容 

量吸附熱之變化情形 , 因此本研究利用先前所求得之 DR 等溫吸附曲線進行外插法 

後 ( 圖 5-44、5-45), 分別得到圖 5-46 與圖 5-47, 由於等容量吸附熱是針對在固定 

甲苯吸附量時 , 依據不同之溫度與甲苯蒸氣壓做圖 (ln p v.s. 1/T) 得到一線性方程 

式 , 藉由此方程式之斜率可以獲得等容量吸附熱之值 ; 在 W-60 部分選擇之甲苯固 

定濃度範圍介於 126~147 mg/g,CAC 選擇之甲苯固定濃度範圍介於 140~206 

mg/g, 最後由方程式 (4.11) 求出不同甲苯固定濃度之等容量吸附熱值 , 其結果皆列 

於表 5-11 中 , 由表 5-11 中得知 ΔH s 皆為負值 , 表示此為放熱過程 , 且 CAC 之等容 

量吸附熱較 W-60 高。 

由圖 5-48 與 5-49 得知 ,W-60 與 CAC 之 ΔHs 值均隨著甲苯吸附量的增加而降 

低 , 其原因為當活性碳在進行微孔填滿程序時 , 當吸附質之濃度越低使得吸附質 

越不容易進入活性碳微孔內部 , 此時活性碳進行吸附作用時需釋放出更多之能量 

以便將吸附質吸附在活性碳孔隙內 , 因此在低濃度時 , 吸附劑之 ΔHs 值較高 ; 此外 

由圖 4-53 中發現 , 當 CAC 之 ΔHs 值下降至某一程度時 ,ΔHs 值又開始有升高之現象 

產生。另一原因可能是由於 W-60 與 CAC 之孔隙形狀不同而造成等容量吸附熱之差 

異性。若將活性碳吸附反應視為下列平衡反應 : 

C* + V’ C*(V’) + heat 

此處 C* 為可提供 VOCs 利用的吸附活化位址 ,V’ 表示氣相中的 VOCs 分子 ,C*(V’) 

103


表 5-11. 不同甲苯吸附量之等容量吸附熱 

吸附劑 q (mg/g) ΔH s (kJ/mole) 

146 -39.31 

142 -40.64 

138 -41.89 

W-60 

134 -43.05 

132 -43.61 

130 -44.16 

126 -45.21 

200 -52.15 

190 -52.08 

180 -52.07 

CAC 

170 -52.12 

160 -52.21 

150 -52.34 

140 -52.51 

170 

160 


150 

140 

130 

120 

110 

100 

90 

extrapolation 

0 500 1000 1500 2000 2500 


147 

126 

40 

50 

60 

70 

80 

圖 5-46. 不同溫度下 W-60 吸附甲苯之 DR 等溫吸附曲線外插結果 

104



280 

260 

240 

220 

200 

180 

160 

140 

120 

100 

80 

60 

extrapolation 

0 1000 2000 3000 4000 5000 


206 

140 

40 

50 

60 

70 

80 

圖 5-47. 不同溫度下 CAC 吸附甲苯之 DR 等溫吸附曲線外插結果 

46 

Isosteric Heat of Adsorption (kJ/mole) 

45 

44 

43 

42 

41 

40 

39 

125 130 135 140 145 150 

q (mg/g) 

圖 5-48. W-60 吸附劑之等容量吸附熱隨不同甲苯吸附量之變化情形 

105


Isosteric Heat of Adsorption (kJ/mole) 

52.5 

52.4 

52.3 

52.2 

52.1 

52.0 

130 140 150 160 170 180 190 200 210 

q (mg/g) 

圖 5-49. CAC 吸附劑之等容量吸附熱隨不同甲苯吸附量之變化情形 

代表已被 VOCs 佔用的吸附位址。依據上述反應可以推測當溫度越高時 , 反應會向 

左進行產生可逆反應 , 此時活性碳之吸附行為將受到阻礙因而造成吸附量減低 , 

由等容量吸附熱之結果得知 CAC 之等容量吸附熱較 W-60 高 , 換言之 CAC 在進行吸 

附反應時所放出之熱量較高 , 因此當溫度越高時 CAC 反而比 W-60 更容易受到溫度 

之影響 , 使得 W-60 之吸附效果優於 CAC。由上述結果得知 , 本研究合成之資源化 

活性碳在高溫時較商業活性碳擁有較佳之吸附能力 , 因此在實際應用上將可應用 

於較高溫之污染控制技術 ( 例如 : 土壤熱脫附後毒性物質去除 ) 方面。 

5.4.4 不同活性碳孔隙結構對甲苯吸附量之影響 

不同活性碳孔隙結構對於甲苯吸附量之影響實驗 , 以產氫廢麥粕之五種活性 

碳作為吸附劑 ( 基本性質如表 5-12 所示 ), 甲苯進流濃度與溫度分別控制在 400 

ppm v 、溫度 40℃, 在此吸附環境下比較不同活化時間下獲得之產氫廢麥粕活性碳 

對甲苯吸附量之差異性。 

由圖 5-50 與表 5-12 發現 , 甲苯吸附量隨著吸附劑之 BET 表面積及孔體積增加 

而增加 , 也隨著活化時間的增加而增加 , 以 W-60 之甲苯吸附量為最高 ( 約 150 

106


mg/g)。由以往的文獻得知 , 比表面積是決定吸附劑吸附量的重要因素 , 當 BET 表 

面積越高時 , 吸附劑所能提供的吸附位址也越多 , 因此對於甲苯之吸附量也越高。 

由於 BET 表面積及孔體積與吸附量有很大的關係 , 因此在評估吸附劑的吸附行 

為上扮演一重要角色 (Lin et al., 1995), 因此進一步將圖 5-50 之吸附數據除以 BET 

表面積 (q e /BET) 後得到圖 5-51, 與圖 5-50 比較後發現活性碳對甲苯吸附能力大小 

的次序有所不同 , 以 W-10 對甲苯之吸附能力較佳 ( 約 0.42 mg/m 2 ), 且吸附能力大 

約是其他四種吸附劑之兩倍 , 而 q e /BET 值隨著活化時間增加而減少 , 由文獻得知 

(Hsien and Teng, 2000) 單位面積之吸附量隨著活化程度增加而減少 , 這是由於孔隙 

發展過程中造成擴散路徑的增加 , 而造成甲苯分子不易進入活性碳內部微孔結 

構 , 使得吸附效能降低。 

表 5-12. 產氫廢麥粕活性碳之基本物理性質 (n=3) 

吸附劑 

S BET 

(m 2 /g) 

V micro 

(cm 3 /g) 

V t 

(cm 3 /g) 

V micro / V t 

(%) 

W-10 203.2 ± 47.4 0.061 ± 0.016 0.120 ± 0.028 50.59 

W-20 438.7 ± 41.3 0.145 ± 0.015 0.249 ± 0.025 58.34 

W-30 469.4 ± 3.3 0.154 ± 0.001 0.286 ± 0.007 53.82 

W-60 600.2 ± 28.9 0.153 ± 0.004 0.435 ± 0.025 35.11 

W-90 407.8 ± 24.4 0.099 ± 0.007 0.315 ± 0.014 31.49 

107


160 

700 

140 

600 

q e 

(mg/g) 

120 

100 

80 

60 

40 

q e 

BET 

500 

400 

300 


20 

200 

0 

W-10 W-20 W-30 W-60 W-90 

100 

圖 5-50. 產氫廢麥粕活性碳之甲苯平衡吸附量 

( 甲苯濃度 :400 ppmv、溫度 :40 ℃ ) 

0.5 

0.4 

q e /BET (mg/m 2 ) 

0.3 

0.2 

0.1 

0.0 

W-10 W-20 W-30 W-60 W-90 

圖 5-51. 產氫廢麥粕活性碳之甲苯單位表面積吸附量 

108


第六章 

結論與未來執行方式 

6.1. 結論 

本研究以產氫廢麥粕、廢麥粕、稻殼與開心果殼四種不同物質作為活性碳的 

起始原料 , 並利用水蒸氣活化法 (50%H 2 O/50%N 2 ) 配合不同活化時間合成不同孔 

隙結構之活性碳 , 最後針對自製活性碳之物化特性探討 , 找出不同起始原料與不 

同活化時間對活性碳物化特性的影響。根據實驗之結果分析將目前為止所得之結 

論彙整如下 : 

(1) 利用水蒸氣活化法配合適當之活化時間可以合成具有高比表面積之活性碳 

(360~950 m 2 /g), 且達到商業活性碳之水準 (500~1500 m 2 /g), 其中以開心果殼 

與廢麥粕合成之活性碳之 BET 表面積最高 (P-120, 950 m 2 /g、W-raw-180, 950 

m 2 /g), 產氫廢麥粕略低 (W-60, 600 m 2 /g), 稻殼最低 (RH-30, 360 m 2 /g)。 

(2) 對於水蒸氣活化法而言 , 不同之起始原料配合適當之活化時間可以生成高比 

表面積之活性碳 , 但活化時間過長將導致活性碳之產率下降且造成活性碳孔 

隙結構受損 , 使得活性碳結構塌陷而造成 BET 表面積下降。另一方面 , 活化 

時間過長將使活性碳微孔孔隙不斷受到水蒸氣侵蝕而產生擴孔作用 , 活性碳 

孔隙結構將從微孔分佈轉變成以中孔分佈為主之結構 , 對於吸附分子尺寸較 

小之污染物質而言 , 可能會降低其吸附效果。 

(3) 經由元素分析與 XPS 之元素分析結果發現 , 隨著活化時間的增加 , 活性碳之 

碳含量會不斷減少 , 而氧的含量則不斷增加 , 此結果也證實本研究所使用之 

水蒸氣活化法能夠讓氧附著在活性碳之表面使得含氧量增加 , 進一步增加活 

性碳表面含氧官能基之含量。 

(4) 利用產氫廢麥粕與稻殼合成之活性碳經過 XPS 表面官能基分析的結果發現 , 

兩種活性碳表面主要是生成酸性含氧官能基 , 隨著活化時間的增加含氧官能 

基的含量也越多 , 這也顯示水蒸氣中的氧不斷與活性碳之表面反應形成越來 

越多的含氧官能基。其中產氫廢麥粕活性碳之含氧官能基以氫氧基為主 , 而 

活化時間對產氫廢麥粕活性碳所含之官能基影響較小 ( 官能基含量隨活化時間 

之變動幅度較小 ); 稻殼活性碳在活化時間 30 min 以前其含氧官能基以氫氧基 

109


為主 , 活化時間 60 min 以後轉變成以羰基為主體 , 而活化時間對稻殼活性碳 

所含之官能基影響較大 ( 官能基含量隨活化時間之變動幅度較大 )。 

(5) 在甲苯吸附實驗方面 , W-60 與 CAC 之甲苯吸附量隨著實驗溫度的增加而降 

低 , 這是因為活性碳吸附為放熱反應 , 隨著溫度增加有機物與吸附位址間的 

凡得瓦力會減少 , 造成吸附量降低。在相同的實驗溫度下 (40℃),CAC 之甲 

苯吸附量高於 W-60, 但隨著溫度增加 W-60 與 CAC 之甲苯等溫吸附曲線卻有 

相交的情形 , 溫度越高交錯處越往高濃度處移動 (80℃、200 ppm v )。由於 CAC 

擁有較高之 BET 表面積 (900 m 2 /g), 因此吸附量應該大於 W-60(600 m 2 /g), 但 

實驗結果顯示 , 當溫度越高時 W-60 之吸附效果反而優於 CAC, 此結果顯示 

利用廢麥粕合成之活性碳在去除甲苯污染物方面確實可行 , 且應用之溫度範 

圍較寬廣。 

(6) 不同活性碳孔隙結構之吸附實驗發現 , 甲苯吸附量隨 BET 表面積增加而增 

加 , 但吸附能力隨活化時間增加而減低。 

(7) 利用 Langmuir、Freundlich 與 DR 等溫吸附模式均可有效模擬實驗之等溫吸附 

曲線 , 但 Langmuir 等溫吸附模式在低進流濃度之甲苯吸附量偏差較大 ( 低估實 

際吸附量 ), 且在溫度 80℃ 時模擬結果與實驗數值以有相當大之差異性 ; 而利 

用 Freundlich 與 DR 等溫吸附模式較符合實際吸附模式 , 此外經由 Freundlich 

與 DR 等溫吸附模式可求得各項熱力學參數 , 藉由這些熱力學參數可以預測不 

同濃度與溫度時 , 活性碳之甲苯平衡吸附量。 

6.2. 後續執行方式與建議 

(1) 由結果可以得知廢棄生質以 H 2 O 活化 , 反應相當劇烈。活性碳活化亦可使用 

較溫和之活化劑如 CO 2 進行 , 可以減少 burn-off 以獲得較高產率 ; 亦可使用 

單一活化處理步驟 , 減少碳化所消耗之能量 , 此類研究值得後續探討。 

(2) 甲苯吸附實驗顯示產氫廢麥粕活性碳在特定條件下 ( 溫度越高時 ) 具有較測試 

之煤質活性碳更高之吸附能力 , 此結果突顯出可農業廢棄物活性碳對非極性 

分子之可吸附性 ; 而農業廢棄物活性碳具有較高之氧含量且所含之含氧官能 

基親水性高 , 未來可探討其對於極性分子之吸附能力 , 以確認此類廢棄物資 

110


源化活性碳之適用範圍。 

(3) 未來可配合脫附實驗 , 以了解農業廢棄物活性碳之使用壽命與效能。 

(4) 由於廢麥粕來源單純且收集與運送容易 , 國內廠商亦認同其具有再利用之價 

值 ; 惟廠商開發新產品均以市場目標與獲利為導向 , 因此未來應朝向農業廢 

棄物活性碳可應用之污染物種類、適用之環境介面、是否具有特定選擇性 ( 如 

對於某種污染物具有特殊之吸附力與去除效果 ) 等方位再進行更深入之探討 , 

以增強其商品化之利基。 

(5) 未來將持續與協力廠商配合 , 辦理技術轉移、商品化開發與教育訓練工作。 

111


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第二部分 : 技術或設備應用推廣可行性評估報告


1. 廢麥粕合成奈米孔徑吸附劑之技術概述 

環保標準要求愈高 , 活性碳的需求就越多 , 是目前國際間尤其先進國家之趨 

勢。國內活性碳使用量極大 , 但絕大部分的活性碳仍仰賴進口 ( 每年約達萬噸 , 金 

額約 2~3 億 ), 因此在價格上往往偏高 , 而國內業者大多以進口之煤炭或椰殼作為 

合成活性碳之起始原料 , 尚未有以本土化之材料作為活性碳起始原料之製備技術 

出現 , 有鑑於此 , 以本土化之原料合成活性碳確實具有相當之潛力 , 而這也是一 

塊值得國內業者開發的區域。本技術主要利用廢麥粕作為合成活性碳之起始原 

料 , 以水蒸氣活化法 (50% H 2 O/50% N 2 ) 配合不同之活化時間開發出具有不同物 

化特性之活性碳吸附劑 , 並以不同污染物為吸附質 , 實際進行吸附實驗。同時以 

其他不同種類之農業廢棄生質 ( 包括廢稻殼、開心果殼等 ) 進行比較 , 以評估利用 

廢棄生質合成奈米孔徑吸附劑之可行性 , 最終達到廢棄物資源回收再利用與污染 

物處理處置之雙重目的。 

2. 廢麥粕合成奈米孔徑吸附劑之技術發展性、國內外發展現況 

活性碳適用範圍極廣 , 主要應用方面包括純化、除臭、脫色、去除有毒物質、 

異味、硫化物、膠體、油類、進行分離、溶劑回收、貴金屬回收和做為觸媒擔體 

等。商用活性碳更可根據其特定用途 , 細分為下列產品 :(1). 空氣淨化處理用活 

性碳、(2). 污水處理場排氣吸附用活性碳、(3). 化學品儲槽排氣吸附用活性碳、(4). 

垃圾焚化爐排氣吸附用活性碳、(5). 瀘毒罐用活性碳、(6). 飲用水淨化處理用活 

性碳、(7). 純水、超純水製造前處理用活性碳、(8). 廢水回收前處理用活性碳、(9). 

輔助廢水生物處理用活性碳、(10). 毒性廢水處理用活性碳、(11). 高著色廢水處 

理用活性碳、(12). 金屬廢水處理用活性碳、(13). 一般有機廢水處理用活性碳、 

(14). 其它特殊廢水處理用活性碳、(15). 飲用水淨化處理用活性碳、(16). 石化成 

品或半成品脫色用活性碳、(17). 溶劑回收用活性碳等。 

由於廢麥粕活性碳具有較高比例之微孔 , 孔徑分佈較一般商用之煤質活性碳 

為窄 , 預期其對於小分子污染物具有較好之吸附效果。且在甲苯等溫吸附實驗中 

117


發現其在較高溫時吸附效果較一般商用活性碳為佳 , 未來應用目標應朝向於在較 

高溫之操作環境下吸附小分子污染物為主。 

廢麥粕活性碳開發製程之技術需求與一般商用活性碳並無二致 , 國內廠商均 

可達成此部分需求。整體流程大致包括 :(1). 起使原料取得、(2). 前處理、(3). 磨 

碎、(4). 炭化、(5). 篩選、(6). 活化、(7). 冷卻、(8) 再磨碎、(9). 再篩選、(10). 磨 

粉、(11). 造粒成形、(12). 包裝出貨等。並非所有產品均需通過上述所有流程 , 需 

考慮起使原料種類與特性 , 以及成品所針對之用途而定。 

在資源需求方面 , 一個活性碳製造實廠較大項投資設備包括了 (1). 碳化爐、(2). 

活化爐、(3). 粉碎機、(4). 破碎機、(5). 篩選機、(6). 輸送機、(7). 冷卻迴轉設備、 

(8). 碳化氣處理設備、(9). 集塵設備、(10). 廢水處理設備、與 (11). 檢驗設備等。 

若考量初期資金、營運資金及設備成本 , 土地與建廠費用不包含在內 , 設備成本 

粗估約貳 ~ 參仟萬台幣 , 營運資金約壹仟萬台幣。就現階段本技術開發而言 , 因 

尚未進入模廠製程階段 , 預計若未來達到實廠開發以生成商品化產品 , 粗估尚須 

1.5~2 年時間。 

目前在國內實際有設廠之活性碳公司僅有兩家 ( 中國炭素與力晶 ), 其他公司多 

在大陸、馬來西亞、與印尼設廠 , 主要原因在於用地取得、人力資源、成本以及 

活性碳碳化過程所產生出的大量廢氣較難處理等因素。本計畫執行期間分別接洽 

國內此兩家活性碳公司 , 而其中一家對本研究成果感到高度興趣 , 亦同意支援未 

來進行產品開發之工作。就國內發展利基而言 , 由於廢麥粕來源單純且收集與運 

送容易 , 國內廠商亦認同其具有再利用之價值 ; 惟廠商開發新產品均以市場目標 

與獲利為導向 , 因此廠商希望本團隊能提供更具體之應用方向 , 如針對之污染物 

種類、可應用之環境介面、是否具有特定應用性 ( 如對於某種污染物具有特殊之吸 

附力與去除效果 ) 等再進行更深入之探討 , 以增強其商品化之利基。目前本團隊之 

共同合作單位 ( 衛司特科技股份有限公司 ) 已完成利用廢麥粕作為廢水生物處理固 

定床擔體之研究 , 後續將持續進行以開發之廢麥粕活性碳取代廢麥粕之可行性 , 

以增強此技術之可應用性。 

118


3. 技術可行性評估 

活性碳合成之技術發展超過百年 , 就合成技術之實用成熟度與操控穩定度而 

言並無問題。而農業廢棄物合成活性碳之技術可行性則可藉由一般活性碳之商品 

化指標加以判定 , 此類指標一般包括 (1). 顆粒大小、(2). 比重 (Bulk density)、(3). 碘 

值、(4). 亞甲基藍吸附率、(5). 四氯化碳吸附率、(6). pH 值、(7). 硬度、(8). 水分、 

(9). 灰分、與 (10). 比表面積等。本研究主要著眼於污染物吸附探討 , 因此硬度與 

顆粒大小 ( 此項可藉由研磨加以控制 ) 等項目並未測試 ; 此外因本研究已測定甲苯吸 

附率 , 故四氯化碳吸附率亦未測試。 

結果顯示 ( 表 1) 在 pH 值與比重方面 , 農業廢棄物活性碳與一般商用活性碳相 

似 ,pH 值介於 8.3~10.9 之間 , 比重則介於 0.47~0.66 g/cm 3 之間 ; 水分含量則偏高 , 

介於 8.5~11.6% 之間 , 其中以產氫廢麥粕活性碳為最高 , 此結果也凸顯出農業廢棄 

物活性碳之高量含氧官能基 , 造成其較高之極性與親水性 , 可吸附較多水氣。農 

業廢棄物活性碳之灰份亦偏高 (15.4%~28.7%), 主要肇因於起使生質收集與堆放時 

混雜地面灰土所造成。農業廢棄物活性碳之碘值介於 482 mg/g 與 673 mg/g 之間 , 

與比表面積相對應之商用活性碳類似 , 顯示農業廢棄物活性碳吸附小分子物質效 

果不亞於商用活性碳 , 但亞甲基藍吸附率極低 , 測試結果均低於偵測極限 , 而本 

研究所使用之商用活性碳可達 145 mg/g, 因此本研究所開發之農業廢棄物活性碳 

並不適合用於大分子污染物之去除 , 例如應用於脫色處理等。 

4. 經濟可行性評估 

合成活性碳之成本分析一般需考量 (1). 原料成本、(2). 收集及運送成本、(3). 

開爐與燃料成本、(4). 碳化與活化氣體成本、及 (5). 操作人事成本。由於本研究之 

起始原料為農業廢棄物 , 預估原料成本應遠低於一般以煤或木材做為起始原料之 

活性碳 , 甚至可能為無成本原料 ; 然而本研究所選取之農業廢棄物 , 除廢麥粕外 , 

或來源分散 ( 如稻殼 ) 不易收集 , 抑或運送成本高昂 ( 如開心果殼需自國外進口 ), 要 

精確估算其原料成本與收集及運送成本極為困難 , 因此在成本分析方面僅考量後 

三項。 

119


表 1. 活性碳商用指標比較 

測試項目 

水份 

(%) 

灰份 

(%) 

比重 

( g / cm 3 ) 

比表面積 

(m 2 /g) 

微孔表面積 

(m 2 /g) 

碘值 

(mg/g) 

亞甲基藍 

(mg/g) 

樣品種類 

廢麥粕活性碳產氫廢麥粕活性碳廢稻殼活性碳煤質商用活性碳 c 

9.1 11.6 8.5 8.4 

15.4 28.7 50.3 15.9 

0.658 0.474 0.530 0.626 

914 600 357 905 

459 338 248 248 

673 601 482 832 

ND ND ND 145.3 

pH 值 8.3 10.5 10.9 9.2 

製備成本分析結果如表 2 至 5 所示 , 計算背景以一使用旋轉窯反應器 ,3,600 

噸年產值之國內活性碳工廠進行推估 , 經與廠方接洽後 , 將開爐與燃料成本、碳 

化與活化氣體成本、及操作人事成本合併後另行劃分為三個部分 : 

1. 開爐每小時成本 :548.06 元 / 小時 

2. 碳化成本 : 以每小時投入 600 公斤生料計 

3. 活化成本 : 以每小時投入 400 公斤碳化產物 (charcoal) 計 

120


表 2. 產氫廢麥粕活性碳之製備成本 

活化時間燒失率 

活性碳 

碳化產率實際活化產率 (%) 碳化每日產量碳化單位成本活化每日產量活化單位成本單位成本 

(min) (%) (%) ( 碳化後再進料 ) ( 公斤 ) ( 元 ) ( 公斤 ) ( 元 ) ( 元 / 公斤 ) 

碳化 33.22 66.78 - 9616 4.38 4.38 

10 77.92 66.78 33.06 9616 4.38 3174 20.40 24.78 

20 83.17 66.78 25.20 9616 4.38 2419 25.82 30.20 

30 84.12 66.78 23.78 9616 4.38 2283 27.18 31.56 

45 86.38 66.78 20.40 9616 4.38 1958 31.19 35.57 

60 87.7 66.78 18.42 9616 4.38 1768 34.22 38.60 

90 91.8 66.78 12.28 9616 4.38 1179 49.82 54.20 

表 3. 廢麥粕活性碳之製備成本 


活性碳 



碳化 33.84 66.16 - 9527 4.39 4.39 

30 80.12 66.16 30.05 9527 4.39 2885 22.18 26.57 

45 84.19 66.16 23.90 9527 4.39 2294 27.11 31.50 

60 84.95 66.16 22.75 9527 4.39 2184 28.33 32.72 

90 88.66 66.16 17.14 9527 4.39 1645 36.62 41.01 

120 90.49 66.16 14.37 9527 4.39 1380 43.10 47.49 

180 92.76 66.16 10.94 9527 4.39 1050 55.67 60.06 

121


表 4. 廢稻殼活性碳之製備成本 


活性碳 



碳化 59.71 40.29 - 5802 5.28 5.28 

10 69.25 40.29 76.32 5802 5.28 7327 11.72 17.00 

20 72 40.29 69.50 5802 5.28 6672 12.57 17.85 

30 74.89 40.29 62.32 5802 5.28 5983 13.68 18.96 

60 79.28 40.29 51.43 5802 5.28 4937 15.93 21.21 

120 82.73 40.29 42.86 5802 5.28 4115 18.52 23.80 

180 84.33 40.29 38.89 5802 5.28 3733 20.10 25.38 

240 85.57 40.29 35.82 5802 5.28 3410 21.72 27.00 

表 5. 廢開心果殼活性碳之製備成本 


活性碳 



碳化 67.52 32.48 - 4677 5.82 5.82 

10 72.88 32.48 83.50 4677 5.82 8016 11.62 17.44 

30 77.41 32.48 69.55 4677 5.82 6677 13.35 19.17 

60 80.26 32.48 60.78 4677 5.82 5835 14.84 20.66 

120 84.24 32.48 48.52 4677 5.82 4658 17.83 23.65 

122


由製備成本分析結果來看 , 製備之碳化與活化時間決定了廢棄生質活性碳之 

成本。產氫廢麥粕活性碳與廢麥粕活性碳之製備成本最高 , 若要獲得最高比表面 

積且最終產率達 10% 以上 , 每生產 1 公斤需花費至少 38 元 , 這主要肇因於活化產 

率偏低之因素 (10~33%)。相對的 , 稻殼與開心果殼活性碳之活化產率高 (>35%), 

因而最終產物量高降低單位成本。廢稻殼活性碳可維持在 21 元 / 公斤以下仍擁有 

>300 m 2 /g 之比表面積 ; 廢開心果殼活性碳可維持在 24 元 / 公斤左右且擁有極高之 

950 m 2 /g 之比表面積。Chen 等人 (1996) 與 Rostam-Abadi 等人 (1998) 的研究報告顯示許 

多農業廢棄物可用以開發具有微孔 / 奈米孔徑之活性碳吸附劑 , 其對於微量毒性物 

質之去除效果與次煙煤質之商用活性碳相近 , 但成本約為 0.5 美元 / 公斤 , 此價格 

僅約一般商用次無煙煤質活性碳之四分之一 ( 約為 1~2 美元 / 公斤 )。本研究估算結 

果稻殼與開心果殼活性碳之製備成本分析與該研究尚稱接近 , 但產氫前後廢麥粕 

活性碳之成本明顯偏高 , 已接近甚至超過煤質活性碳之開發成本 , 主要仍肇因於 

其產率偏低之因素。不過若以單位比表面積之活性碳吸附能力來看 , 小孔徑低表 

面積之產氫前後廢麥粕活性碳 ( 例如 W-10) 對甲苯之吸附能力最佳 ( 約 0.42 mg/m 2 ), 

且吸附能力大約是其他四種吸附劑之兩倍 ( 可參照第一部份 5.5.4 節 ), 因此不論從 

成本或實用性而論 , 開發大比表面積之廢棄生質活性碳均無優勢。 

若考量每提升一單位比表面積所需花費之成本 ( 表 6), 則仍以開心果殼活性碳 

之成本最為經濟 ( 最低可達 0.025 元 /m 2 ), 其次則為廢麥粕活性碳 (0.045 元 /m 2 )。由 

於生物產氫程序造成比表面積無法提升 , 因此產氫廢麥粕活性碳之單位比表面積 

成本偏高 ; 廢稻殼活性碳是所有測試樣品中比表面積最低者 , 因此每單位面積之 

製備成本也最高。 

由於廢麥粕主要來源為啤酒廠釀酒所產生之酒粕 , 其初始含水率明顯高於其 

他本研究所使用之農業廢棄物 , 同時該起使原料亦摻雜高量之灰份 , 因而導致其 

產率偏低。未來為提升產率 , 進而降低其備製成本 , 提升廢麥粕之乾基利用率以 

在售價及品質上 , 任何一項取勝 , 才可使本技術更具市場競爭性。 

123


表 6. 製備廢棄生質活性碳每單位面積之成本 

產氫廢麥粕活性碳 

活化時間燒失率活性碳 SBET 每單位面積之成本 

單位成本 

(min) (%) ( 元 / 公斤 ) (m 2 ) ( 元 /m 2 ) 

10 77.92 24.78 203.2 0.122 

20 83.17 30.20 438.7 0.069 

30 84.12 31.56 469.4 0.067 

45 86.38 35.57 503.9 0.071 

60 87.7 38.60 600.2 0.064 

90 91.8 54.20 407.8 0.133 

廢麥粕活性碳 

30 80.12 26.57 594.6 0.045 

45 84.19 31.50 656.7 0.048 

60 84.95 32.72 679.7 0.048 

90 88.66 41.01 913.6 0.045 

120 90.49 47.49 941.5 0.050 

180 92.76 60.06 947.2 0.063 

廢稻殼活性碳 

10 69.25 17.00 304.2 0.056 

20 72 17.85 356.7 0.050 

30 74.89 18.96 362.3 0.052 

60 79.28 21.21 335.0 0.063 

120 82.73 23.80 236.8 0.100 

180 84.33 25.38 186.3 0.136 

240 85.57 27.00 68.1 0.396 

廢開心果殼活性碳 

10 72.88 17.44 261.4 0.067 

30 77.41 19.17 571.2 0.034 

60 80.26 20.66 726.4 0.028 

120 84.24 23.65 949.1 0.025 

124


附錄一、氮氣等溫吸附曲線 

125


Volume adsorbed (cm 3 /g, STP) 

600 

500 

400 

300 

200 

100 

W-raw-30 

W-raw-45 

W-raw-60 

W-raw-90 

W-raw-120 

W-raw-180 

Series W-raw 

0 

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 

Relative pressure (P s 

/P 0 

) 


350 

300 

250 

200 

150 

100 

W-10 

W-20 

W-30 

W-45 

W-60 

W-90 

Series W 

50 

0 

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 


/P 0 

) 

126



250 

200 

150 

100 

50 

RH-10 

RH-20 

RH-30 

RH-60 

RH-120 

RH-180 

RH-240 

Series RH 

0 

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 


/P 0 

) 


400 

300 

200 

100 

P-10 

P-30 

P-60 

P-120 

Series P 

0 

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 


/P 0 

) 

127


附錄二、執行進度報告表 

128


行政院環境保護署 94 年度「環保科技育成中心計畫」 

執行進度報告表 


創新育成中心 / 合作廠商 : 高雄第一科技大學創新育成中心 / 衛司特科技股份有限公司 

計畫編號 :EPA-94-U1U4-04-007 

執行期間 :94 年 3 月 4 日至 94 年 12 月 31 日 

預定執行進度 (%) 40 實際執行進度 (%) 45 

工作項目 

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 

資料及文獻收集及閱讀已完成 

設備裝置之設計及購置已完成 

廢麥粕基本性質之實驗分析已完成 

活性碳合成系統之架設及測試進行中 

計畫主持人 : 賴俊吉製表人 : 陳勝一製表日期 :94.05.31 

129






計畫編號 :EPA-94-U1U4-04-007 

執行期間 :94 年 3 月 4 日至 94 年 12 月 31 日 


工作項目 




落後原因 


預計改善 

完成日期 


活性碳合成系統之架設及測試已完成 

原料特性對合成活性碳特性影 

響之測試 

進行中 

 

活性碳物化特性分析進行中 


130






計畫編號 :EPA-94-U1U4-04-007 

執行期間 :94 年 3 月 4 日至 94 年 12 月 31 日 


工作項目 




落後原因 


預計改善 

完成日期 



響之測試 

進行中 

 

活化時間對合成活性碳特性影 

響之測試 

進行中 

 


期中報告撰寫已完成 


131






計畫編號 :EPA-94-U1U4-04-007 

執行期間 :94 年 3 月 4 日至 94 年 12 月 31 日 


工作項目 




落後原因 


預計改善 

完成日期 



響之測試 


響之測試 

已完成 

進行中 

 

 



132






計畫編號 :EPA-94-U1U4-04-007 

執行期間 :94 年 3 月 4 日至 94 年 12 月 31 日 


工作項目 




落後原因 


預計改善 

完成日期 



響之測試 

進行中 

 


活性碳吸附實驗進行中 


133






計畫編號 :EPA-94-U1U4-04-007 

執行期間 :94 年 3 月 4 日至 94 年 12 月 31 日 


工作項目 




落後原因 


預計改善 

完成日期 

資料及文獻收集及閱讀進行中 


響之測試 

已完成 

 

活性碳物化特性分析已完成 

活性碳吸附實驗進行中 

建立等溫吸附模式進行中 


134






計畫編號 :EPA-94-U1U4-04-007 

執行期間 :94 年 3 月 4 日至 94 年 12 月 31 日 


工作項目 




落後原因 


預計改善 

完成日期 


活性碳吸附實驗已完成 

建立等溫吸附模式已完成 

成本效益之評估進行中 

期末報告初稿撰寫已完成 


135


附錄三、期初審查意見回覆表 

136


94 年度「環保科技育成中心計畫」期初審查意見回覆表 


執行單位 : 高雄第一科技大學創新育成中心 

委員意見 

回覆意見 

委員一 : 

( 一 ) 本計畫利用廢麥粕進行再利用 , 並 ( 一 ) 謝謝委員肯定。 

結合奈米技術的開發增進吸附效 

果 , 值得進行先趨研究。 ( 二 ) 謝謝委員肯定。 

( 二 ) 本計畫大部分技術為自行研發 , 十 

分具創新性 , 值得支持。 

( 三 ) 依計畫書表三所示 , 商業化之廢麥 

粕活性碳比表面積較木材低近一 

倍 , 如何提高廢麥粕之市場競爭 

性 , 建議應補充經濟性及市場成本 

分析。 

( 三 ) 有關經濟性及市場成本分析將補 

充補充於往後之期中或期末報告 

中。 

委員二 : 

計畫書詳盡明確可行。謝謝委員肯定。 

委員三 : 

小規模之實驗製程 , 已獲得初步之成此部分結果將於往後本計畫實際進 

果 , 惟吸附劑在量產過程其比表面積、行時加以詳細分析比較 , 並於期中或期 

微孔孔徑等之均勻性需作詳細之探討。末報告中加以說明。 

委員四 : 

( 一 ) 本計畫為具前瞻性之資源回收計 

畫 , 雖然成功風險較大 , 但仍可支 

持。 

( 二 ) 計畫經費部分不符規定 , 應予剔 

除。 

( 一 ) 謝謝委員肯定。 

( 二 ) 謝謝指正 , 本計畫經費編列部分已 

進行修正。 

137


附錄四、期中審查意見回覆表 

138


廢麥粕合成奈米孔徑吸附劑之技術開發與應用 / 高雄第一科技大學創新育成中心 

審查意見回覆表 

審查委員 : 高雄海洋科技大學董正鈦教授、高雄師範大學梁世雄教授、高雄第一科技大學 

樊國恕教授、輔英科技大學陳明仁教授 

委員一 

委員意見 

1. 碳化及活化技術扮演重要角色 , 本研究 

所採用的生溫率 … 等控制因素 , 宜附參 

考資料。 

2. 成本效益分析部分 , 請納入購置成本及 

與商業品成本之比較。 

委員二 

1. 本計畫以自行研發之 know-how, 利用 

國內農業廢棄物製備成活性碳吸附 

劑 , 實驗室階段已具成果 , 並具有商業 

化的發展潛力。 

2. 未來朝商業化量產前 , 有關吸附劑的性 

質量測項目 , 除了目前已完成的項目 

( 如 BET…) 外 , 應盡可能符合商業上 

的品質特性規格 , 以確保其競爭性 , 例 

如 : 

(1)Adsorption proportions— 含 Iodine 

number, CCl 4 number, surface 

area, relative adsorptivity 

(2)Physical properties— 含 bulk 

density, hardness, moisture 

(3)Total ash concentration, pH value 

與 particle size 

3. 針對下階段 Process Scale-Up, 是否可 

依市場調查與成本效益分析結果 , 尋找 

出最適化的製備條件 , 並確保上述性質 

的 Quality Control。 

回覆意見 

1. 謝謝委員建議 , 碳化與活化程序均參照 

早期不同研究中所建議之較佳條件執 

行 , 參考資料將於未來附於期末報告 

中。(pp19~23) 

2. 成本效益分析為本研究下一階段探討之 

項目 , 將於未來詳述於期末報告中。 

(pp.109~114) 

1. 謝謝委員肯定。 

2. 謝謝委員建議 , 本研究將於未來測定委 

員所建議之其他評估活性碳吸附劑效 

能之參數 , 並詳述於期末報告中。 

3. 成本效益分析為本研究下一階段探討 

之項目 , 將於未來詳述於期末報告中。 

(pp.109~114) 

委員三 

1. 本計畫對廢棄物轉化成資源之效益具 

正面功效。 

2. 進行之時程及效果均依原計畫進行。 

3. 計畫結果以開心果殼之效果較高 , 而稻 



3. 本研究選擇開心果殼作為起使原料 , 主 

要用以比較核果類與國內大宗但質地 

較不緻密之農業廢棄物 ( 如稻殼、麥粕 

139


委員意見 

殼效能較低 , 但是現實狀況 , 則可能以 

稻殼之數量較高 , 而開心果殼之量較 

少 , 因此 , 如何提高稻殼之合成效能 , 

例如以混雜開心果殼之方式 , 應在後段 

研究中 , 再予探討。 

回覆意見 

等 ) 於物理性質之差異性。由於開心果 

殼完全仰賴進口 , 並不符合本研究之宗 

旨 , 但麥粕活性碳具有極佳之比表面 

積 , 未來將建議以麥粕作為大批次合成 

之起使原料 , 並用以混摻稻殼 , 其成品 

吸附效果應可與開心果殼活性碳相當。 

委員四 

1. 建議增加成本及經濟可行性分析。 

2. 本研究所選取之 4 種物質 , 期望期末報 

告時能提出較具體之可行性比較分析。 

備註 : 在回覆意見後 , 請註明修改於計畫書中之頁數。 

1. 成本效益分析為本研究下一階段探討之 

項目 , 將於未來詳述於期末報告中。 

(pp.109~114) 

2. 謝謝委員建議 , 期末報告時將提出各種 

起始生質合成活性碳之可行性比較分 

析。(pp.109~114) 

140


附錄五、期末審查意見回覆表 

141


廢麥粕合成奈米孔徑吸附劑之技術開發與應用 / 高雄第一科技大學創新育成中心 

審查意見回覆表 

審查委員 : 輔英技術學院陳明仁系主任、工研院化工所林文發主任、成功大學陳志勇教授、 

中興大學林耀東教授、雲林科技大學洪肇嘉教授、中央大學蔣孝澈教授 

委員意見 

回覆意見 

委員一 

1. 宜提供吸附之等溫線。並說明計算微孔 

孔徑分佈之方法。由 BJH 孔徑分佈結果看 

來 , 所測量之氮吸附數據不包含低壓 

(10 -5 ~0.01P/Po) 部分。恐怕所計算之 

微孔分佈為模式外插 , 並不可以作為評 

斷依據。 

2. 每種原料之碳化與活化之實驗不知進行 

幾次 , 是否每次所獲得之數據相近 ? 譬 

如 BET 之數據 , 所標示之標準差是何意 

義 ? 為何有過多之有效數字 ? 

3. 活化反應似乎太劇烈。10 分鐘之活化即 

由炭化後之 33% burn-off 增加到 78% 

burn-off。國外很多活性碳之活化是用 

CO 2 進行。或許可以減少 burn-off 獲得較 

高產率。 

4. 假若以單位麥粕產物所能吸附甲苯效 

果 , 似乎短時間活化所得較多之活性碳 

更能吸附。成本分析時宜作此考慮。 

5. 圖 40 與 43 應該用 l/T 作橫軸以符合學理。 

6. 測量甲苯吸附等溫線所用之甲苯濃度偏 

高。所得數據泰半已經接近飽和。實際 

上評估活性碳吸附效能所最需要之數據 

是低濃度 , 接近亨利定律之範圍 , 即 

Langmuir of Freundlich isotherm 之 K 

值。此一常數以高濃度數據是不可能正 

確獲得。 

7. 由顯微鏡結果明顯看出此類生質廢物有 

特殊層狀結構。假若控制得宜 , 所產製 

之活性碳在某些應用會有特別效果。值 

得就此一方向考慮。在製作程序上 , 或 

許當在炭化後 , 先以加壓成形後 , 再進 

行活化。 

8. 以 8 個月時間之研究 , 獲得許多數據及初 

1. 感謝委員意見 , 吸附等溫線已附於結案 

報告附錄一 (p.126~127) 中。而 BJH 僅模 

擬中孔以上孔徑 , 等溫吸附範圍在 

10 -4 ~0.99 P/Po, 以足以模擬中孔以上孔 

徑。微孔分佈使用 3-D model, 該 model 

於 10 -3 便已可準確預測微孔 , 並無外差 

情形。(p.48) 

2. 每種原料之碳化與活化之實驗進行 1~3 

次 ,BET 之標準差為 1 個標準差值 , 有 

效數字確實有編列錯誤之處 , 將於期末 

報告修正。(p.57~p.58) 

3. 感謝委員意見 ,CO 2 活化確實可降低 

burn-off, 未來會朝此方向進行進行。 

(p.110) 

4. 感謝委員意見 , 成本分析部分將考慮該 

項目。(p.123) 

5. 感謝委員意見 , 使用 Vant Hoff’s 方程式 

時確實應以 l/T 作橫軸 , 此處直接以 T 做 

圖僅供方便判讀溫度軸。 

6. 感謝委員意見 , 使用較廣之甲苯濃度範 

圍主要利於後續可能應用 ( 如溶劑熱脫 

附後之再吸附 , 濃度往往極高 ) , 

Langmuir or Freundlich isotherm 之常數 

確實以低濃度數據獲得較為正確 , 後續 

研究將加強該範圍之解析度。 

7. 感謝委員意見 , 後續研究將朝向該方向 

進行。 

8. 感謝委員肯定。 

142


委員意見 

步成果誠屬不易。雖然在實驗設計上及 

數據分析上還有瑕疵 , 至少對廢麥粕製 

作活性碳之可行性有初步驗證。值得進 

一步仔細研究。 

委員二 

1. 建議將所發展各種農業廢棄物製作之活 

性碳的商品化指標列表與一般商品活性 

碳比較。 

2. 農業廢棄物製程的成本分析 , 除原料、 

運送等成本外 , 或有前處理或減少廢棄 

物處理的需求及成本 , 請納入。並應與 

進口 , 或本國製商品的成本比較。另產 

氫廢麥粕是否還有產氫之價值 , 已否納 

入。 

3. 計畫內容談及 Langmuir 模式 , 其迴歸 

R 2 >0.993, 然模擬結果不佳 , 其原因為 

何 ? 

4. 廢麥粕活性碳似較適於極性及水分子之 

吸附 , 是否較適用於水溶液中污染物 , 

如苯等之吸附處理 ? 請評估其適用性。 

5. 建議未來可採用製成之活性碳配合擔體 

的使用 , 綜合處理難處理之廢水 , 而非 

純以活性碳作為擔體使用。 

委員三 

1. 探討更經濟的合成技術應是本計畫重 

點 , 後續研究應朝此方向構思。 

2. 廢麥粕原本廢棄物處理費可考慮於經濟 

可行性評估中。 

3. 吸附劑功效比較 , 直接與商業吸附劑比 

較即可 , 本計畫採用收集不易的稻殼為 

原料 , 或國外進口的開心果殼為原料 , 

原料成本都太高 , 不適於比較。 

4. 應用方面應多測試不同種類污染物 , 以 

找出最大利基的應用。 

回覆意見 

1. 感謝委員建議 , 將修正於期末報告中。 

2. 感謝委員意見 , 廢麥粕之處置原本僅以飼 

料添加物或以焚燒掩埋為處理機制 , 經 

濟價值低且較難評估其處理費 , 因此成 

本分析僅包含產品開發成部分 , 資源化 

後節省下之原本處理處置費用則未列入 

其中。 

3. Langmuir 模式之常數通常以低濃度數據 

獲得較為正確。本研究使用較廣之甲苯 

濃度範圍主要利於後續可能應用 ( 如溶劑 

熱脫附後之再吸附 , 濃度往往極高 ), 因 

此模擬結果於低濃度範圍低濃度較差。 

4. 活性碳本身應用於水溶液中並無問題 , 而 

苯與甲苯具有接近之分子大小與極性 , 

推估其適用性應相似於甲苯。 

5. 感謝委員之建議 , 本研究實驗主題主要以 

活性碳製程研發為首要目標 , 藉以建立 

農業廢棄物多元化回收技術 , 以達到資 

源零廢棄之理想。活性碳配合擔體使用 

以進行後續廢水處理亦為未來發展方向 

之一。 

1. 感謝委員意見 , 未來將朝向單一活化處理 

步驟研究 , 預期減少活化時間與節省成 

本 (p.110) 

2. 感謝委員意見 , 廢麥粕之處置原本僅以飼 

料添加物、堆肥或以焚燒掩埋為處理機 

制 , 經濟價值低且較難評估其處理費 , 

因此成本分析僅包含產品開發成部分 , 

資源化後節省下之原本處理處置費用則 

未列入其中。 

3. 感謝委員意見 , 本研究選擇開心果殼作為 

起使原料 , 主要用以比較核果類與國內 

大宗但質地較不緻密之農業廢棄物 ( 如 

稻殼、麥粕等 ) 於物理性質之差異性。由 

於開心果殼完全仰賴進口 , 確實不符合 

143


委員四 

委員意見 

1. 以廢麥粕研製活性碳 , 係將廢棄物資源 

化。而以高溫水蒸氣進行處理。然廢麥 

粕含有高量水 , 會浪費大量能源。 

2. 活性碳目前大部分皆以椰子殼為原料 , 

其成本最低 , 品質亦不差。一般活性碳 

除考慮比表面積外 , 尚須考慮其機械性 

質及粉化度。 

3. 本案利用廢麥粕所生產活性碳之成本遠 

高於其他製程 , 沒有競爭力。 

4. 活化條件最佳化的搜尋 , 並非只有活化 

時間因素而已 , 其它如反應溫度、反應 

壓力及添加反應物種類與濃度的操作因 

素。 

5. 本案較偏重於實驗室研發 , 離產業量產 

及市場接受度尚有段距離 , 較適合於國 

科會研究計畫。 

委員五 

1. 報告中指出廢麥粕合成之吸附劑適用於 

較高溫之流程 , 特別在土壤整治技術部 

分。請補充所開發之成品是用國內何種土 

壤污染污染物 , 或列表說明本產品可能使 

用之污染物。 

2. 本報告僅針對有機污染物 ( 甲苯 ), 請補 

充其對無機污染物 ( 如 Hg、Cd) 去除能 

力。 

3. 在經濟評估方面 , 請增列廢麥粕若未製程 

本研究之宗旨。 

回覆意見 

4. 感謝委員意見 , 目前進行之平行研究尚有 

利用本研究之產品於毒性氣相金屬去 

除。 

1. 感謝委員意見 , 廢麥粕經風乾後之固有水 

分含量與一般褐煤接近 , 均可藉由程序 

調整 , 利用本身之固有水分 , 直接單一 

步驟活化 , 可節省能源。 

2. 以椰子殼為原料之活性碳一般品質屬最 

佳 (BET 最高 ), 但結構緻密 , 活化時間 

長 , 成本並非最低 ; 而廢麥粕機械性質 

及粉化度一般較差 , 因此較適合開發粉 

狀活性碳。 

3. 若單純以生產之角度而言 , 以廢麥粕合成 

活性碳 , 經濟成本上之競爭力可能較 

弱。但若加以考量環境成本會計 , 以廢 

麥粕合成活性碳除有廢棄物減量外 , 亦 

有資源再利用之成效 , 若加入產氫製程 

則更能有效降低麥粕活性碳製程之經濟 

成本 , 其將可顯現本計畫之特點及優 

勢 , 而此亦為環保育成計畫主要目標之 

一。 

4. 感謝委員意見 , 本研究之反應溫度、反應 

壓力及添加反應物濃度均參考國外經驗 

(Rostam-Abadi et al., 1998, p.114), 反 

應物種類則使用最低價之活化劑 (H 2 O)。 

5. 目前已積極與國內廠商洽談大批次製成 

研究。 

1. 感謝委員意見 , 目前考慮應用於半揮發性 

農藥單體污染土壤 , 熱脫附後再吸附之 

研究 , 平行研究目前正進行中。 

2. 對無機污染物去除能力 , 平行研究正朝向 

吸附氣相汞方面探討。 

3. 關於廢麥粕未製程吸附劑之處置費用 , 由 

於麥粕目前歸類為農漁業之下腳料 , 屬 

於製酒業之副產品 , 可用於飼料或肥料 

添加 , 因此目前處置以招標販售給廠商 

處置。 

144


委員意見 

吸附劑之處置費用。 

4. 國內廢稻殼及稻桿每年廢棄物量極大 , 並 

造成嚴重之空氣污染 , 是否本研究未來可 

以廢棄物為源再利觀點 , 審視稻殼及稻桿 

廢棄物合成吸附劑之可行性方向做進一 

步研究。 

委員六 

1. 在短暫的計畫執行期間 , 展現豐碩研究 

成果 , 顯見執行者研發的能力 , 值得肯 

定。 

2. 本計畫強調利用「本土化廢生質原料合 

成」, 但是在經濟可行性評估上 , 似乎未 

針對國內原料來源與未來市場需求量進 

行詳細調查 ? 

3. 自製活性碳與商業化活性碳的比較結 

果 , 令人鼓舞 , 可惜只有一組比照結果 

(∴ e. W‧60 us. CAC), 若要確認其商 

業上的價值 , 可能需考慮更多的比較項 

目與比較商品。 

4. 本研究以充分的理論機制探討實驗結 

果 , 極具學術價值。但未見從「工程」 

的角度 , 探討商業化量產時可能遭遇的 

技術性與品控問題。 

回覆意見 

4. 感謝委員意見 , 未來可嘗試朝此方向做進 

一步研究。 

1. 感謝委員肯定。 

備註 : 在回覆意見後 , 請註明修改於計畫書中之頁數。 

2. 感謝委員意見 , 廢麥粕在國內原料來源單 

一 , 亦相當大量 , 國內市場需求量每年 

均逐步成長 , 需仰賴進口補足空缺 , 具 

極大市場空間。 

3. 感謝委員意見 , 本計畫中因執行期程及經 

費有限 , 因此只選取代表活性碳做為測 

試標的 , 未來將考慮測試其他活性碳 , 

以找出最大利基的應用。 

4. 感謝委員意見 , 目前已積極與國內廠商洽 

談大批次製成研究 , 未來將逐步克服量 

產時可能遭遇的技術性與品控問題。 

145


附錄六、九十四年度「挑戰 2008: 國家發展重點計畫」期末成果報告 

146


九十四年度「挑戰二 00 八 : 國家發展重點計畫」 

期末成果報告 

計畫名稱 : 廢麥粕合成奈米孔徑吸附 

劑之技術開發與應用 

主管機關 : 行政院環境保護署 


國發編號 : 

147



主管部會 : 行政院環境保護署 


93 年計畫金額 :2,725,000 

全程計畫金額 :2,725,000 

壹、執行成果 ( 投入成本 / 產出之績效成果 ) 

本計畫計畫執行期間自 94 年 3 月 4 日起至 94 年 12 月 31 日迄 , 投入經費新台 

幣 2,725,000 元 , 其中補助經費 1,325,000 元 ; 自籌經費 1,400,000 元 , 運用方式如 

下表所述。 

計畫經費 

補助經費 

自籌經費 

ˍ ˍ 億元 ˍ1,325ˍ 千元 

資本資出 ˍ ˍ 千元經常支出 

土地建築 ˍ ˍ 千元人事費 ˍ540 ˍ 千元 

儀器設備 ˍ ˍ 千元業務費 ˍ100 ˍ 千元 

其他 ˍ ˍ 千元材料費 ˍ685 ˍ 千元 

其他 ˍ ˍ 千元 

ˍ ˍ 億元 ˍ1,400ˍ 千元 

資本資出 ˍ ˍ 千元經常支出 

土地建築 ˍ ˍ 千元人事費 ˍ ˍ 千元 

儀器設備 ˍ1,400ˍ 千元業務費 ˍ ˍ 千元 

其他 ˍ ˍ 千元材料費 ˍ ˍ 千元 

其他 ˍ ˍ 千元 

主要產出績效成果包括 : 

(1) 探討不同起始原料與不同活化時間對於自製活性碳之物化特性影響 ( 含燒失 

率及產率、比表面積、孔體積、孔徑分佈、表面觀察、元素分析、表面官能 

基分析 )。 

148 

(2) 設計及建置活性碳合成裝置設備。


(3) 分析合成活性碳與商業活性碳對於污染物吸附量之差異性。 

(4) 分析合成活性碳對於污染物吸附特性 , 以及建立各種等溫吸附模式。 

(5) 建立等溫吸附模式 

(6) 成本效益評估 

貳、工作進度情況 

工作進度 (X 表工作完成 ) 

月次 

94 94 94 94 94 94 94 94 94 94 備 

年年年年年年年年年年註 

工作項目 3 

4 

5 

6 

7 

8 

9 

10 

11 

12 

月 

月 

月 

月 

月 

月 

月 

月 

月 

月 

資料及文獻收集及閱讀 === === === === === === X 

設備裝置之設計及購置 === === X 

廢麥粕基本性質分析 === === X 

活性碳合成系統之架設及測試 === === === X 

活性碳活化合成條件之影響 

X 

1. 原料特性之影響 === === === === X 

2. 活化時間之影響 === === === === X 

活性碳物化特性分析 === === === === === === X 

活性碳吸附實驗 === === === X 

建立等溫吸附模式 === === === X 

成本效益之評估 === === X 

期中、期末報告撰寫 === === X 

預定進度累計百分比 10 22 31 40 55 63 75 82 93 100 

149


參與計畫人力資料 

參與計畫 

工作要項 

現職與 

參與時間 

聯絡電話及 

人員姓名 

或撰稿章節 

簡要學經歷 

( 人月 ) 

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賴俊吉主持人高雄第一科技大學副教授 10 07-6011000x2323 

席行正共同主持人高雄第一科技大學助理教授 10 07-6011000x2328 

陳勝一協同主持人高雄第一科技大學助理教授 10 07-6011000x2349 

黃森元技術顧問衛司特科技公司總經理 10 04-27010303 

林文章技術人員衛司特科技公司主任工程師 10 04-27010303 

陳金柱技術人員衛司特科技公司主任工程師 10 04-27010303 

參、計畫之實際執行與預期工作之差異分析 

工作重點與目標達成情形差異檢討 

(1) 活性碳合成設備裝置之設設置完成 

計及購置 

(2) 廢麥粕基本性質之實驗分基本性質實驗分析完成 

所有重點工作 

皆符合進度無 

差異。 

析 

(3) 活性碳合成系統之架設及設置完成 , 可進行 400℃ 碳化與 850℃ 活化 

測試 

(4) 原料特性對合成活性碳特開心果殼與廢麥粕合成之活性碳之 BET 表面 

性影響之實驗測試積最高 (950 m 2 /g), 產氫廢麥粕略低 (W-60, 

600 m 2 /g), 稻殼最低 (RH-30, 360 m 2 /g)。 

(5) 活化時間對合成活性碳特 

性影響之實驗測試 

(6) 活性碳物化特性之實驗分 

析 

適當之活化時間可以生成高比表面積之活 

性碳 , 但活化時間過長將導致活性碳之產率 

下降且造成活性碳孔隙結構受損 , 使得活性 

碳結構塌陷而造成 BET 表面積下降。 

隨著活化時間的增加 , 活性碳之碳含量會不 

斷減少 , 而氧的含量則不斷增加 , 此結果也 

證實本研究所使用之水蒸氣活化法能夠讓 

氧附著在活性碳之表面使得含氧量增加 , 進 

一步增加活性碳表面含氧官能基之含量。 

150


工作重點與目標達成情形差異檢討 

(7) 活性碳對污染物吸附之實 

驗測試 

(8) 污染物等溫吸附模式之建 

立 

(9) 合成活性碳與其它市售活 

性碳吸附量之比較 

甲苯吸附實驗方面 , 活性碳之甲苯吸附量隨 

著實驗溫度的增加而降低 , 這是因為活性碳 

吸附為放熱反應 , 隨著溫度增加有機物與吸 

附位址間的凡得瓦力會減少 , 造成吸附量降 

低。在相同的實驗溫度下 (40 ℃ ), 商用活性 

碳之甲苯吸附量高於產氫廢麥粕活性碳 , 但 

隨著溫度增加產氫廢麥粕活性碳之吸附效 

果反而優於商用活性碳 , 此結果顯示利用廢 

麥粕合成之活性碳在去除甲苯污染物方面 

確實可行 , 且應用之溫度範圍較寬廣。 

利用 Langmuir、Freundlich 與 DR 等溫吸附模 

式均可有效模擬實驗之等溫吸附曲線 ; 利用 

Freundlich 與 DR 等溫吸附模式較符合實際吸 

附模式 ; 經由 Freundlich 與 DR 等溫吸附模式 

可求得各項熱力學參數 , 藉由這些熱力學參 

數可以預測不同濃度與溫度時 , 活性碳之甲 

苯平衡吸附量。 

結果如項目 (7) 所述 

(10) 成本效益評估 

成本效益估算結果稻殼與開心果殼活性碳 

之製備成本較低 , 但產氫前後廢麥粕活性碳 

之成本明顯偏高 , 已接近甚至超過煤質活性 

碳之開發成本 , 主要肇因於其產率偏低之因 

素。未來為提升產率 , 進而降低其備製成 

本 , 提升廢麥粕之乾基利用率以在售價及品 

質上 , 任何一項取勝 , 才可使本技術更具市 

場競爭性。 

肆、計畫發展之重點技術 ( 或措施 ) 與國際之比較 

本研究以農業廢棄物 ( 產氫廢麥粕、廢麥粕、稻殼與開心果殼 ) 作為活性碳的起始 

原料 , 並利用水蒸氣活化法 (50%H 2 O/50%N 2 ) 配合不同活化時間合成不同孔隙結構之 

活性碳 , 最後針對自製活性碳之物化特性探討 , 找出不同起始原料與不同活化時間對 

活性碳物化特性的影響。此技術於國外實施已久 , 然我國絕大部分的活性碳仍仰賴進 

口 ( 每年約達萬噸 , 金額約 2~3 億 ), 因此在價格上往往會高出許多 , 且尚未包含進口 

材料加工製造之用量 ; 而國內業者大多以進口之煤炭或椰殼作為合成活性碳之起始原 

151


料 , 尚未有以本土化之材料作為活性碳起始原料之製備技術出現。有鑑於此 , 以本土 

化之原料合成活性碳確實具有相當之潛力 , 而這也是一塊值得國內業者開發的區域 , 

不但可達污染控制之目的 , 更兼具廢棄物回收再利用之效果。 

伍、目前所遭遇之困難與因應對策 

於計畫執行其間並無遭遇顯著困難。 

陸、已有之重大突破及影響 

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(1) 利用水蒸氣活化法配合適當之活化時間可以合成具有高比表面積之活性碳 

(360~950 m 2 /g), 且達到商業活性碳之水準 (500~1500 m 2 /g), 其中以開心果殼 

與廢麥粕合成之活性碳之 BET 表面積最高 (P-120, 950 m 2 /g、W-raw-180, 950 

m 2 /g), 產氫廢麥粕略低 (W-60, 600 m 2 /g), 稻殼最低 (RH-30, 360 m 2 /g)。 

(2) 對於水蒸氣活化法而言 , 不同之起始原料配合適當之活化時間可以生成高比表 

面積之活性碳 , 但活化時間過長將導致活性碳之產率下降且造成活性碳孔隙結 

構受損 , 使得活性碳結構塌陷而造成 BET 表面積下降。另一方面 , 活化時間 

過長將使活性碳微孔孔隙不斷受到水蒸氣侵蝕而產生擴孔作用 , 活性碳孔隙結 

構將從微孔分佈轉變成以中孔分佈為主之結構 , 對於吸附分子尺寸較小之污染 

物質而言 , 可能會降低其吸附效果。 

(3) 經由元素分析與 XPS 之元素分析結果發現 , 隨著活化時間的增加 , 活性碳之 

碳含量會不斷減少 , 而氧的含量則不斷增加 , 此結果也證實本研究所使用之水 

蒸氣活化法能夠讓氧附著在活性碳之表面使得含氧量增加 , 進一步增加活性碳 

表面含氧官能基之含量。 

(4) 利用產氫廢麥粕與稻殼合成之活性碳經過 XPS 表面官能基分析的結果發現 , 

兩種活性碳表面主要是生成酸性含氧官能基 , 隨著活化時間的增加含氧官能基 

的含量也越多 , 這也顯示水蒸氣中的氧不斷與活性碳之表面反應形成越來越多 

的含氧官能基。其中產氫廢麥粕活性碳之含氧官能基以氫氧基為主 , 而活化時


間對產氫廢麥粕活性碳所含之官能基影響較小 ( 官能基含量隨活化時間之變動 

幅度較小 ); 稻殼活性碳在活化時間 30 min 以前其含氧官能基以氫氧基為主 , 

活化時間 60 min 以後轉變成以羰基為主體 , 而活化時間對稻殼活性碳所含之 

官能基影響較大 ( 官能基含量隨活化時間之變動幅度較大 )。 

(5) 在甲苯吸附實驗方面 , W-60 與 CAC 之甲苯吸附量隨著實驗溫度的增加而降 

低 , 這是因為活性碳吸附為放熱反應 , 隨著溫度增加有機物與吸附位址間的凡 

得瓦力會減少 , 造成吸附量降低。在相同的實驗溫度下 (40 ℃ ),CAC 之甲苯吸 

附量高於 W-60, 但隨著溫度增加 W-60 與 CAC 之甲苯等溫吸附曲線卻有相交 

的情形 , 溫度越高交錯處越往高濃度處移動 (80℃、200 ppm v )。由於 CAC 擁有 

較高之 BET 表面積 (900 m 2 /g), 因此吸附量應該大於 W-60(600 m 2 /g), 但實驗 

結果顯示 , 當溫度越高時 W-60 之吸附效果反而優於 CAC, 此結果顯示利用廢 

麥粕合成之活性碳在去除甲苯污染物方面確實可行 , 且應用之溫度範圍較寬 

廣。 

(6) 不同活性碳孔隙結構之吸附實驗發現 , 甲苯吸附量隨 BET 表面積增加而增 

加 , 但吸附能力隨活化時間增加而減低。 

(7) 利用 Langmuir、Freundlich 與 DR 等溫吸附模式均可有效模擬實驗之等溫吸附 

曲線 , 但 Langmuir 等溫吸附模式在低進流濃度之甲苯吸附量偏差較大 ( 低估實 

際吸附量 ), 且在溫度 80℃ 時模擬結果與實驗數值以有相當大之差異性 ; 而利 

用 Freundlich 與 DR 等溫吸附模式較符合實際吸附模式 , 此外經由 Freundlich 

與 DR 等溫吸附模式可求得各項熱力學參數 , 藉由這些熱力學參數可以預測不 

同濃度與溫度時 , 活性碳之甲苯平衡吸附量。 

153


附錄七、結案報告確認表 

154


行政院環境保護署「廢麥粕合成奈米孔徑吸附劑之技術開發與應用」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 ) 

目 

受委託人 

自評 ( 符 

合者打 

ˇ) 

2. 書脊是否註明計畫名稱及「行政院環境保護署」之字樣 ? ˇ 

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 ? ˇ 

5. 是否已撰寫完整摘要 ? ˇ 

(1) 中英文計畫摘要 ( 簡要版 , 各約三至五百字 ) ˇ 

(2) 成果摘要 ( 詳細版 , 約四千至一萬字 ) ˇ 

6. 是否已撰寫目錄 ?( 含章節目錄、圖表目錄及附件目錄 ) ˇ 

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 ? ˇ 

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 ) ˇ 

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 ) 

ˇ 

ˇ 

ˇ 

ˇ 

ˇ 

ˇ 

業務主管 

單位複評 

( 符合者 

打 ˇ) 

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三、本計畫應繳交文件 

15. 計畫報告紙本 (40) 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 ) ˇ 

17. 成果摘要紙本及 word 電子檔 ( 詳細版 ,4,000-10,000 字 ) ˇ 

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 ) ˇ 

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 ˇ 

22. 期末報告書一本 ( 呈核時須檢附 ) ˇ 

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 ) 

ˇ 

ˇ 

ˇ 

12 月 31 日 

11 月 15 日 

12 月 1 日 

12 月 7 日 

12 月 15 日 

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 ) ˇ 

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 ) 

月 

月 

月 

ˇ 

ˇ 

ˇ 

日 

日 

日 

月 

月 

月 

月 

月 

月 

月 

月 

日 

日 

日 

日 

日 

日 

日 

日 

計畫單位主管 :_____________ 科長 :______________ 承辦人 :______________ 

156

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