1.1 研究緣起
由於高科技產業快速取代傳統工業，使人類生活水平更為優渥，但伴隨而 來的污染問題也在近年被人們日漸重視。在各種污染中以空氣污染問題最易被人 們所感受到，其中有機溶劑廢氣因其氣味及有害性，最易引發居民之抗議及不 滿，且揮發性有機物可能為形成光化學煙霧之前驅物質，因此已有許多種類之揮 發性有機化合物(Volatile Organic Compounds, VOCs) 被列入法規管制污染項目 內，而成為空氣污染管制的重點之一(台灣環保署, 2005)。揮發性有機物 (volatile organic compounds, VOCs)，主要源自化學工廠、石化工業、印刷業、塗裝業以 及目前新興之半導體與光電液晶顯示器產業等，各行業所使用之揮發性有機溶劑 所揮發產生。一般而言，揮發性有機物之較佳控制技術可分為焚化(incineration)、
吸附(adsorption)、吸收(absorption)、冷凝(condensation)等方法(USEPA, 1996)。後 三者係為非破壞性技術，可回收廢氣中之揮發性有機物，尤其是吸附法可處理低 濃度廢氣，並使吸附飽和後之吸附劑再生循環使用，可對現今半導體無塵室內之 有機性微污染物(Airborne molecular contaminations, AMCs)達到有效濃度控制，遂 亦使製程良率提昇。
除了有機性空氣廢氣外，無機性廢氣的排放所造成的空氣污染對於環境與 人體亦是一重大威脅，其中又以氨氣的污染最甚。氨氣是一種普遍存在於地球上 的氣體，具有惡臭性、刺激性及腐蝕性的特性，而我國現今之空氣污染防治法規 中之固定污染源空氣污染防制法施行細則第二條，將氨氣列為毒性污染物列管，
其法規標準限制周界濃度不得超過1 ppm (行政院環境保護署，2003)。氨氣對於
人體、環境皆有重大之影響，當空氣中氨氣濃度接近700 ppm 時，會引起眼睛刺 激及酸痛等症狀發生，若大於 5000 ppm 時，將會在短時間內致命 (ATSDR，
2004)。因此，OSHA (The US Occupational Safety and Health Administration)訂定 工作場所氨氣標準濃度不得超過50 ppm 且一天不得暴露超過 8 小時；而 NIOSH (The US National Institute of Occupational Safety and Health)更嚴格規定在長時間 暴露之工作場所其氨氣濃度不得超過 25 ppm。而目前用來處理氨氣的方式依其 原理的不同大致上可分為九大類：(1)加熱氧化法、(2)觸媒燃燒法、(3)選擇性觸 媒氧化法、(4)氨氣觸媒分解法、(5)冷凝法、(6)洗滌法、(7)薄膜分離法、(8)吸附 法、(9)生物過濾法，而其中吸附法以其高處理效率、可重複再利用及不會產生 二次污染物等優點受到重視 (Busca and Pistarino, 2003)。
由上述可知，吸附的應用層面極廣，除了揮發性有機物的去除外，亦可推 廣至對於無機性廢氣-氨氣。因此吸附劑的開發改良並應用測試至環境空氣污染 物控制等相關課題，逐漸受到重視。
目前最常被廣為使用之吸附劑為具有多孔特性之活性碳。活性碳自應用以 來，即以其脫附後可重複使用、回收溶劑可以再利用等優點而著名。但以活性碳 作為吸附材質亦同時存在受濕度影響顯著以及孔隙易受阻塞等缺點，因此各類沸 石等較大孔洞材質不斷地被開發出來，並且應用至空氣污染防制領域。沸石由於 具有高比表面積與較大孔徑分佈之結構，因而廣泛地用於各方面的科技應用發 展，如能源的生產及應用，廢氣吸附處理、石化工業的產物選擇、催化反應的效 能提升、以及材料或塑料的製造及加工等，不管是吸附催化反應或是異相觸媒擔 體，沸石都扮演者重要的角色。
但是不管是觸媒領域或是吸附劑的應用，由於沸石孔徑分佈不均，部份孔 洞窄小使得大分子難以進入內孔與之反應，減低了孔洞利用率，且其應用於吸附 劑之吸附再生能力亦受限於孔洞限制，脫附不易而導致加速老化(Lin and Bai, 2005)。因此，近年來，具有中孔洞結構的新興材料的合成與相關研究，像是 SBA、
MCM-41(Mobile crystalline material, MCM)等，則是如雨後春筍般，大量出現。
目前有關於中孔洞材料的相關研究大多係以強調製備中孔洞材料方法及其 物理化學特性鑑定為主，對於應用至空氣污染防制領域做為吸附劑去除 VOCs 的吸附探討則較為不足。中孔洞材料製備方法主要係以傳統水熱法或膠凝凝膠方 法合成，但較為耗時耗能，近來新興的氣膠輔助快速製程合成(aerosol gel rapid systhesized process)的方法則具有合成時間短的特色，有別於傳統水熱法動輒須 要24 小時以上反應時間，氣膠輔助快速製程方法約略 6~8 秒便可完成，可大幅 降低時間成本。但由於此方法較為新穎，對於製備過程之相關的製備參數與其物 性控制包括藥劑比例，表面孔洞樣式變化，比表面積調整等之文獻研究尚未完整 發展成熟，若能於氣膠輔助快速製程方法上建立起一系統性的參數調整，達到表 面孔洞樣式與比表面積調整之目的，對於往後做為吸附劑或是觸媒應用可做為一 參考基準。
在吸附劑去除 VOCs 應用上，中孔洞材料相關發表文獻數量遠少於活性碳 與沸石；Zhao 等人(1998)比較其自製之中孔洞材料 MCM-41、疏水性沸石及活性 碳對於幾種典型之有機物(正己烷、苯及四氯化碳)進行吸附試驗，顯示 MCM-41 有相當高之比表面積及吸附能力，且其脫附溫度也是最低；Lin 等人(2005)研究 成果則顯示中孔洞材料具有良好的再生性，其效能不易快速劣化。然而MCM-41
術。對此，Lu 等人(1999)以應用氣膠凝合程序發展出一種新型的中孔洞矽質材料 合成技術(EISA)，此方法為利用蒸發所引起之介面自發性聚合，成為球狀氣膠液 滴，簡易之製程方式亦可作為規則中孔徑薄膜製造。其所得之成品經表面分析後 發現，為具規則狀中孔洞之奈米微粒，而使用不同界面活性劑及其比例將可以控 制所需之奈米微粒結構。如此製備中孔洞材質為觸媒擔體可以大幅減少以溶膠凝 膠技術之製備時間，及多次燒結程序。
雖然上述氣膠程序合成中孔洞材料已有合成鑑定相關文獻，但對於應用作 為吸附劑去除空氣污染物等研究文獻則仍無任何記載，且對於進一步的中孔洞材 料表面物性改變之於其吸附效能，再生能力，吸附行為亦無進一步的深入研究，
針對於此因而引發本研究之主要動機。
1.2 研究目的
本研究主要係自行以氣膠輔助快速製程製備合成一中孔洞顆粒(MSP，
mesoporous silica particle)吸附劑，並以調整前驅液中界面活性藥劑比例，嘗試改 變其表面孔洞變化及比表面積調整表面物理特性，以期尋找其關連性。再行以自 製之不同表面物理特性之中孔洞吸附劑進行VOCs 吸附效能測試，研究其吸附現 象與再生性，進而對表面物理特性對於其吸附行為等影響因子加以探討。
因此，本研究將探討並完成下列目標:
1. 以氣膠輔助快速製程合成中孔洞顆粒(MSP)吸附劑，並調整界面活性藥 劑比例，改變藥劑中界面活性劑與矽源之莫耳比(Surf/Si = 0.06~0.26)，
探討不同比例製成之中孔洞吸附劑之表面孔洞結構及其材料物性變
化，藉以掌握相關合成參數。
2. 研究合成吸附效能經反覆再生後可抗衰退及吸附容量大之中孔洞吸附 劑，利用氣膠輔助快速製程所合成之中孔洞吸附劑進行半導體晶圓廠 VOCs 總排放量佔最大比例之丙酮(acetone)吸附，探討不同孔洞結構，
比表面積及孔徑大小之結構特性對吸附丙酮效能影響，並分析其吸附行 為，等溫吸附模式回歸與動力吸附特性。
3. 比較傳統水熱法與氣膠輔助快速製程合成之中孔洞顆粒(MSP)吸附劑物 性差異，分析其丙酮吸附效能與再生性。並與商用沸石 ZSM-5 做一比 較，評估中孔洞顆粒(MSP)吸附劑潛勢。
4. 針對中孔洞材料之延伸應用適用性測試，進行中孔洞材料金屬化改質，
並進行不同種類之空氣污染物，包括鹼性廢氣氨氣(NH3)進行吸附測 試。進而對改質條件與污染物之相關性與影響因素做一歸納分析。