1.1 研究背景
近年來，全球的氣候異常，天災頻傳，許多氣候學者認為主要的 因素是人類不斷的將溫室氣體排入大氣中所造成。「溫室效應」為地 球上的一種自然現象，其成因與大氣層中的溫室氣體密切相關，包括 甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)、一氧化二氮(N2O)、臭氧(O3)、水蒸氣(H2O) 等，這些自然界的溫室氣體理論上應做為維持地表溫度的功能，使地 球適合居住，且其濃度於西元 1860 年前仍為穩定狀態，然自十九世 紀工業革命以來，因人類大量的工商業活動導致化石燃料(fossil fuel) 的需求量提高，進而造成大氣中二氧化碳排放量增加，使溫室效應 (Greenhouse effect)的影響加劇，造成全球平均溫度上升、海平面升 高、物種滅亡等全球氣候變遷與生態的問題[Keller, 2009]。
隨著「聯合國氣候變化綱要公約」與「京都議定書」簽署，顯示 世界各國對溫室氣體造成的全球暖化效應之危機意識提高，並對於二 氧化碳排放管制亦更加重視。2005 年，聯合國之 IPCC(International Panel on Climate Change)組織評估二氧化碳捕獲及封存技術(Carbon dioxide Capture and Storage, 簡稱 CCS)為可行之技術之一，據估計至 2100 年，全球排放之二氧化碳，約有 220-2,200 Gt(占總量之 15~55%) 是「可捕獲回收」之CO2 [(IPCC), 2005]。依文獻顯示，在眾多二氧 化碳捕獲技術中，吸收、吸附與薄膜三大類技術為目前較可行之技術 [Aaron and Tsouris, 2005；Yang et al., 2008]，其中吸附具有設備架設 簡單、吸附循環再生性高、低成本的優點，而在眾多的吸附材料中，
尤以氧化鈣(CaO)之吸附容量為佳，其理論吸附量約為 0.786g CO2/g CaO，且其具備對二氧化碳的高選擇性、高吸附速率、於高溫反應具 穩定性、量充足且價格便宜等優勢；相對的，氧化鈣在循環使用的次
數增加後，材料容易產生燒結劣化的現象，導致再生次數減少之缺點。
截至目前為止，文獻中在探討抑制氧化鈣燒結劣化的研究相當 多，包括利用不同前驅物製備氧化鈣[Lu et al., 2006]，以增加其孔隙 率；以及摻雜熱穩定性高之金屬於氧化鈣顆粒之間[Lu et al., 2009]，
避免氧化鈣於再生過程中燒結；亦或是透過水合作用(Hydration)增加 其孔洞體積與比表面積[Hughes et al., 2004]，以降低劣化的速率。不 論是利用何種方式改質，這些改質後之 CaO 在進行反覆吸/脫附的測 試中的表現，皆優於未改質之氧化鈣，顯示將氧化鈣進行改質做為捕 捉二氧化碳之材料為可行之技術。
1.2 研究目的
探討氧化鈣改質抑制其劣化的文獻中，仍有氧化鈣劣化等問題，
故本研究利用物理方法進行氧化鈣之改質，於碳酸鈣脫附時通入水蒸 汽(steam)，以及將氧化鈣行水合作用(hydration)後再加熱釋出 H2O 氣 體的過程中，可以藉此增加孔隙率與比表面積，進而減緩氧化鈣劣化 等問題，提升氧化鈣吸附二氧化碳的反覆再利用率；並在反應出流處 將水蒸汽冷凝蒐集，藉此提升二氧化碳出流濃度。
此外，考量氧化鈣於實廠應用時，通常需處理大量的廢氣，故吸 附反應時間以及二氧化碳去除效率的表現更顯重要，由於吸附反應屬 於氣相與固相之間的反應，其所能捕獲的二氧化碳量與捕獲效率取決 於吸附劑之比表面積，因此本研究致力於找出有效提升氧化鈣之孔洞 結構與抑制其劣化之改質方式，並探討各項操作參數對於吸附二氧化 碳的影響。
參考文獻研究結果顯示，氧化鈣的改質方法可概分為兩大類:(1) 摻雜抵抗燒結之耐熱金屬物質於氧化鈣；(2)提高氧化鈣孔隙率，使其
成為高比表面積之材料；此二法皆已證實可提升氧化鈣之再生能力，
但隨著再生循環利用後，仍有劣化的情形，故本研究嘗試在不同條件 下利用水蒸汽改質氧化鈣，使提高吸附劑之孔隙率，並進一步結合金 屬改質，探討是否能夠完全抑制反覆吸/脫附所導致的內部氧化鈣聚 集、燒結現象發生；此外，並進一步嘗試活化完全劣化之氧化鈣，使 其能達到零廢棄之目的，最後藉由 SEM、BET 之特性分析，探討氧 化鈣劣化之原因。
本研究之內容說明如下:
1. 以熱蒸汽水合(steam hydration)之方式改質氧化鈣，提升氧化鈣之 二氧化碳捕獲量與捕獲效率，並嘗試結合金屬鋁改質，探討是否 可進一步減緩氧化鈣之劣化。
2. 探討在脫附時通入熱蒸汽對於氧化鈣吸附量的提升、脫附表現與 抑制劣化之影響。
3. 嘗試活化已劣化之氧化鈣，並探討再利用於反覆吸/脫附循環測試 之效能。
4. 藉由特性分析探討氧化鈣劣化之原因，並找出最佳吸附效能時之 孔洞結構。