含氧化鈣之中孔洞氧化矽複合材料對二氧化碳吸附之研究

圖 4-20 (a)S15-CaO-2；(b)S15COOH2-CaO-1 之 TEM 圖

4.4 含氧化鈣之中孔洞氧化矽複合材料對二氧化碳吸附之研究 4.4.1 含浸法

圖 4-21(a)為不同載量的 S15-CaO 之二氧化碳吸附情況，在 600℃下二氧化 碳吸附兩小時後，以 S15-CaO-3 有最佳的吸附量 8.52%，另外 S15-CaO-1 與 S15-CaO-2 分別為 0.43%和 3.11%，但其吸附皆未達飽和。由圖 4-21(a)可以發現 隨著氧化鈣的含量增加，二氧化碳吸附量也增加。另外，可以看到含浸的鈣濃 度越高時，中孔洞氧化矽表面就會沉積的氧化鈣量也越多，導致吸附曲線呈現 兩種吸附曲線模式，吸附初期曲線呈現急速上升，是因為沉積在表面的氧化鈣 與二氧化碳直接接觸反應，造成吸附量迅速的增加，之後曲線呈現緩慢上升，

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(a)

(b)

圖4-21 不同載量的 S15-CaO 之二氧化碳吸附曲線圖

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則是因為中孔洞氧化矽孔洞內部的氧化鈣，須經由二氧化碳擴散進入孔洞內才 得以接觸反應，故隨著時間增加吸附量緩慢增加。

利用 ICP 分析的氧化鈣所占的比例之結果，將含氧化鈣之中孔洞氧化矽複合 材料 S15-CaO 二氧化碳吸附量轉換成單位氧化鈣對二氧化碳的吸附量，如圖 4-21(b)所示。S15-CaO-1 的二氧化碳吸附量為 8.13% (即 1.85 mmol CO₂/g)，

S15-CaO-2 為 29.91% (6.80 mmol CO₂/g)，S15-CaO-3 為 52.61% (11.96 mmol CO₂/g)。其中將 S15-CaO-3 在 600℃下二氧化碳吸附 48 小時後，吸附量達飽，

每單位的氧化鈣吸附二氧化碳的量為100.74% (22.90 mmol CO₂/g)，相較於文獻 的值高^[60]，表示含奈米級氧化鈣的中孔洞氧化矽，可提升二氧化碳吸附量。

圖 4-22 不同溫度下 S15-CaO-3 之二氧化碳吸附曲線圖

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在不同溫度下對含氧化鈣之中孔洞氧化矽 S15-CaO-3 測量其二氧化碳的吸 附能力，見圖 4-22，可以看到隨著溫度由 450°C 上升至 650°C，二氧化碳吸附 量逐漸增加 (9.14% → 13.74% → 16.32% → 18.25%)。當溫度越高越，氧化 鈣吸收二氧化碳轉換成碳酸鈣反應速率越快，二氧化碳吸附量也越高^[61]。在 650°C 下 S15-CaO-3 有最佳吸附量 18.25%，相當於每單位的氧化鈣吸附量為 112.68%。 附量。S15COOH2-CaO-1 為 50.83% (11.55 mmol CO₂/g)，S15COOH-CaO-2 則為 55.05% (12.51 mmol CO₂/g)，相較於 S15-CaO-3 高，是由於其較多的氧化鈣被侷 限在中孔洞氧化矽中，形成較多奈米級的氧化鈣，表面積較高，故吸附量也較 高。

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圖4-23 不同載量的 S15COOH2-CaO 之二氧化碳吸附曲線圖

圖 4-24 為利用不同方法合成的 CaO/SBA-15 對二氧化碳的吸附曲線圖，由 圖可以看到S15-CaO-3 (含浸法) 與 S15COOH-CaO-2 (離子交換法) 最大的差異 在於二氧化碳的吸附速率 (曲線斜率)，以 S15-CaO-3 速率較 S15COOH-CaO-2 快。

由於不同的合成方法，影響了氧化鈣在中孔洞氧化矽的位置。含浸法的樣 品易造成氧化鈣聚集於中孔洞表面及孔洞之洞口處，導致吸附初期，表面的氧 化鈣會先與二氧化碳直接快速接觸反應。而吸附後期，其吸附曲線利用氣體吸 附動力學理論，比較S15-CaO-3 和 S15COOH2-CaO-2 的不同。

利用氣體吸附動力學方程式^[62] (4-1~4-3 式) 作圖，圖 4-25，再利用曲 線之迴歸線推算出樣品的擴散時間常數(Diffusion time constant, D_M/r_c²)，見表 4-6。

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可以看到 S15-CaO-3 之擴散時間常數大於 S15COOH2-CaO-2，表示 S15-CaO-3 的氧化鈣造成二氧化碳氣體擴散速率較S15COOH2-CaO-2 快，即 S15-CaO-3 吸 附速率大於 S15COOH2-CaO-2。因為 S15-CaO-3 經過吸附初期後，二氧化碳會 擴散至孔洞觸，與團聚在洞口處的氧化鈣接觸反應，相較之下，由於離子交換

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圖4-25 不同合成方法的 CaO/SBA-15 二氧化碳吸附分率對時間平方根之曲線圖

表4-6 含氧化鈣的中孔洞氧化矽之二氧化碳擴散時間常數

圖4-26 S15-CaO-3 和 S15COOH2-CaO-2 之氧化鈣分佈示意圖 Samples

擴散時間常數 DM/rc

2 (10^-3 h^-1)

相關係數之平方值

R² S15-CaO-3 3.19 0.960 S15COOH2-CaO-2 2.87 0.958

69 鋁為 pseudo-boehimite 相 (擬軟水鋁石，AlOOH．nH₂O，n=0.08~0.62)，是一種