1.1 研究背景
自20 世紀 70 年代以來，世界各國普遍發生氣候異常，天災頻傳，
包括1980 年夏季廣闊的亞洲大陸洪水氾濫、1991 年中國大陸華東地 區空前水患，乃至2005 年 Katrina 颶風淹沒美國的紐奧良市。造成這 些異常氣候的原因，雖未完全了解，但多數氣象學家認為，溫室效應 (Greenhouse Effect)的影響是不可忽視的因素。“溫室效應”為地球大氣 層上的一種自然現象，其成因與大氣層中的溫室氣體密切相關，其中 又以二氧化碳最為重要。近來，由於人類對石化能源的消耗以及相關 工業活動的影響，致使大量二氧化碳被排放於大氣層中，進而加劇溫 室效應，引起全球氣候變遷等生態問題。
隨著京都議定書正式生效以及全球暖化效應日漸加劇，二氧化碳 捕獲及封存技術(Carbon dioxide Capture and Storage, 簡稱 CCS)也於 2005 年被聯合國之 IPCC 組織評估為可行之方式之一，據 IPCC 估計 至2100 年時，全球排出的二氧化碳中，累計有 220–2,200 GtCO2是「可 捕獲回收」的(佔總量之 15~55%)[1]。依文獻回顧資料，在眾多二氧 化碳捕獲技術中，吸收、吸附與薄膜三大類技術應為目前較為可行[2,
3]，而在所有能捕獲二氧化碳的材料中，尤以氧化鈣(CaO)之二氧化
碳吸附容量為最高，其理論值吸附量高達0.786 g CO2/g CaO，此外其 具備對二氧化碳的高選擇性、吸附速率高、大量存在且成本便宜等優 勢，十分適合用以捕獲二氧化碳的材料；但相對的，氧化鈣也有著循 環時材料容易劣化，導致再生次數少之缺點[4]。截至目前為止，利用氧化鈣捕捉二氧化碳的研究相當多，但就文 獻 搜 尋 結 果 ， 發 現 其 中 以 中 國 學 者 Li et al.[5, 6]製 備 出 的 的
PCC(Precipitated Calcium Carbonate) 在抑制氧化鈣的劣化上，成效較 佳。CaO/Ca12Al14O33能減緩氧化鈣劣化的原理，是將能抵抗燒結、耐 熱之鈣鋁氧化物(Ca12Al14O33)均勻分散在氧化鈣顆粒間，避免氧化鈣 於再生時燒結情形，使其對二氧化碳的吸附量得以維持；PCC 的原理 則為增加氧化鈣顆粒本身的孔洞結構，使其成為一具中孔洞結構的材 質，以較大的比表面積來提高二氧化碳的吸附容量。
不論是 CaO/Ca12Al14O33或 PCC，兩者在進行反覆吸脫附測試中 的表現，皆優於未改質的氧化鈣，也較文獻中其他二氧化碳吸附材料 之吸附容量來得高，顯示以改質氧化鈣捕獲二氧化碳的前景十分看 好。
1.2 研究目的
參考前人研究結果可發現，氧化鈣的改質方法可概分為兩大類：
(1) 將氧化鈣與抵抗燒結之耐熱金屬物質混合；(2) 提高氧化鈣孔隙 度，使其成多孔性材料。此二法皆已證實可提升氧化鈣之再生能力，
但文獻亦指出，目前氧化鈣的各種改質方法仍有許多需要改進的地 方，且文獻中測試氧化鈣再生能力的操作環境不盡相同，對於在何種 操作參數下能有最佳的二氧化碳去除效率這一方面，亦尚未完全明 瞭，因此本研究將致力於找出較適當的氧化鈣改質方式，並探討各項 操作參數對改質氧化鈣在吸附二氧化碳上的影響。
在氧化鈣中掺入耐熱之金屬改質方面，本研究將嚐試以有機鋁取 代文獻中之硝酸鋁[5, 6]，做為改質氧化鈣用的鋁前驅物，選用有機鋁 之原因，除了其尚未被任何研究使用過，具備創新性外，在製備吸附 劑的過程中有機物也比較容易被高溫分解，可提升改質產物的純度，
由於環境中存在著大量的石灰石，若能使用其做為改質原料的 話，便能大幅發揮氧化鈣價格便宜的優勢，同時兼具永續利用的概 念，因此本研究也將嘗試使用台灣自產的天然石灰石做氧化鈣改質的 前驅物，以了解直接利用天然石灰石作為二氧化碳吸附材之可行性。
本研究的研究目標為：
1. 在氧化鈣中掺入可抗燒結、耐熱之金屬材料來進行改質，首先選 用有機鋁來取代文獻中的硝酸鋁，並嘗試以矽化物來進行改質之 可行性。
2. 對改質前與改質後的氧化鈣進行二氧化碳的循環吸脫附測試，比 較再生能力，並嘗試找出最佳的改質比例。
3. 探討停留時間、二氧化碳進流濃度及操作溫度等各項參數對氧鈣 吸附二氧化碳行為的影響。
4. 使用國產之石灰石作為氧化鈣的改質前驅物，了解直接利用天然 石灰石作為二氧化碳吸附基材之可行性。