化學元素含量分析

在選定銅金屬為活性成份、濕式含浸法為吸附劑製備方法之後，本 研究藉由改變金屬前趨物(硝酸銅，Cu(NO₃)₂‧3H₂O)溶液濃度，製備不 同銅金屬比例的吸附劑，再利用感應耦合電漿原子發射光譜分析儀 (ICP-AES)定量銅金屬在沸石擔體上的承載量以及吸附劑上其他元素的 成份比例。

表 4-2 是 ZSM-5 型(CBV5524G)與 Y 型(CBV500)兩種沸石擔體(未 含銅)的化學元素分析結果。結果發現，ZSM-5 型沸石的矽鋁莫耳比約 為141，是屬於高矽鋁比的沸石，而 Y 型沸石矽鋁莫耳比約為 4，是屬 於低矽鋁比的沸石，兩種沸石之化學元素皆以矽元素含量最高，鋁元素 次之，且在尚未含浸任何銅金屬之前，未偵測到銅金屬元素的存在。除 了表列之沸石主要元素外，其他成份屬於 C、H、O、N 等無機元素[11]。

表4-3是兩種沸石擔體含浸銅後之吸附劑各元素成份分析結果。由表 中發現，沸石中金屬陽離子並未因為含浸銅金屬後而減少，離子交換的 現象並不顯著，因此推論活性銅金屬可能形成配位鍵結而披覆在沸石表 面上[31]。另外，Si原子與Al原子之重量百分比在不同含浸濃度下之變 動量大，可能是受到量測過程中所產生的誤差之影響(ICP儀器本身之量 測誤差範圍約在3%以內，另外加上考量ICP量測前沸石可能無法完全溶 解於酸中之因素，總誤差範圍約達10%)。

圖4-3則是硝酸銅溶液含浸濃度與實際披覆在吸附劑上之銅金屬重 量百分比之關係圖。結果發現，提高含浸濃度，可以逐漸增加銅金屬披 覆在ZSM-5型與Y型兩種擔體上的量，直到含浸溶液濃度(5.0M)接近飽 和(Y型與ZSM-5型沸石之最大銅金屬含浸量已分別達到8.25%與

3.11%)，銅金屬承載量仍呈現持續增加的趨勢，這樣的結果顯示出以高 前驅物溶液濃度含浸，可以有效增加銅金屬承載量。另外，不論在哪種

表4-1 乾式含浸法製備吸附劑的測試結果 成份比例(%)

製備方法

Y 沸石擔體 CuO

吸附劑填充重量 (g)

有效吸附時間 (min)

有效吸附容量 (mg PH3/g ads)

7.5 37.50 13.9

乾式含浸法 90 10

10.6 35.53 9.3

表4-2 ZSM-5 型與 Y 型沸石擔體之化學元素組成及矽鋁莫耳比

沸石種類 Si(%) Al(%) Na(%) Cu(%) Fe(ppm) Ca(ppm) Si/Al mole ratio ZSM-5型

(CBV5524G) 39.1 0.267 ND ND 247 29.7 141 Y型

(CBV500) 28.6 6.93 0.077 ND 164 ND 4

表4-3 兩種沸石擔體含浸銅後之吸附劑各化學元素組成

沸石擔體 含浸濃度 Cu(%) Si(%) Al(%) Na(%) Fe(ppm) Ca(ppm) 0.1M 0.905 35.4 0.601

0.5M 1.14 35.9 1.09 1.0M 1.29 37.4 1.25 1.5M 1.56 36.7 1.15 2.0M 1.6 36.2 0.79 2.5M 1.72 36.9 1.21

未量測

3.5M 2.82 38.7 0.611 ND 213 126 ZSM-5型

(CBV5524G)

5.0M 3.11 38.7 0.547 ND 244 48.8 0.1M 2.28 22.2 6.23 0.063 770 ND 0.5M 3.14 28.8 1.97 0.069 119 ND 1.0M 3.41 27.7 5.53 0.072 177 ND 2.0M 5.11 25.5 5.41 0.454 118 ND 3.5M 6.09 26 3.69 0.499 156 ND Y型

(CBV500)

5.0M 8.25 24.8 3.02 0.406 118 ND

0 1 2 3 4 5

Conc. of Cu(NO

)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Cu(%)

Cu/ZSM-5 zeolite Cu/Y zeolite

圖 4-3 硝酸銅溶液含浸濃度與實際披覆在吸附劑上之銅金屬重量百分比 之關係圖

含浸濃度下，銅金屬在Y型沸石上的承載量明顯高於在ZSM-5型沸石上 的承載量，由4.3.1節推論銅金屬可能直接以鍵結方式披覆在擔體上，所 以兩種沸石承載量的差異可能與提供銅金屬披覆的比表面積大小有關。