吸附管柱系統

以填充管柱系統進行測試時，經壓錠處理後的吸附劑會填入一內 徑 1.5 cm 的石英管，管柱則置入管狀高溫爐中，由高溫爐控制反應 時的溫度。此系統的進流氣體主要有三道，分別為 N₂、CO₂與 O₂鋼 瓶提供，實驗時以質量流量控制器(MFC)控制其流量，進入混合槽充

分混合，藉由改變氣體間的流量，此系統可配製不同二氧化碳濃度的 後，通入500 ccm(1 atm, 25℃)的氮氣，在確認無壓損的情況下，方將 高溫爐逐漸升溫至850℃並維持1小時，在氮氣的環境下進行前處理，

之後待爐溫降至650℃後，調整進流氣體濃度至15 % CO₂、6 % O₂及 79 % N₂後，才將氣體通入填充管柱進行吸附測試，而此測試中設定 了五種不同進流流量，分別為100、200、300、400與500 ccm(1 atm, 25

)

℃ ，出流氣體之二氧化碳的濃度GC-TCD所偵測，每7分鐘採樣一次，

畫出吸附破出曲線。

測試時相關的操作參數列於表3-3，而由進流流量計算出空床停 留時間的方法可參考下列公式，式中V_T=1 atm、T ℃時的氣體流量 (ccm)；V₂₅=1 atm、25 ℃時的氣體流量(ccm)；H=吸附劑填充高度 (cm)；φ=石英管內徑(cm)；π=圓周率；t=停留時間(s)。

273)

氣、爐溫850 ℃的情況下，以不同的進流流量進行脫附反應，並每7 分鐘對出流氣體採樣一次，畫出其二氧化碳脫附曲線。研究中設定的 流量由低至高分別為50、100、200、300、400與500 ccm(1 atm, 25℃)，

其停留時間亦可用公式3-1與3-2計算而得。

二氧化碳進流濃度之影響

進行二氧化碳進流濃度對吸附行為的影響時，其實驗的流程與操 作停留時間影響時大致相同，唯一不同的是此測試中將流量固定500 ccm(1 atm, 25℃)，如此在相同的停留時間，僅改變二氧化碳至五種不 同的進流濃度的情況下，進行吸附反應，並使用GC-TCD測量出流氣 體中二氧化碳的濃度以繪出吸附破出曲線，其餘參數資訊列於下表 3-3。

反應溫度之影響

在探討反應溫度對吸附與脫附行為之影響的實驗中，其操作程序 亦與停留時間之影響實驗大致相同，惟其是在固定的停留時間與二氧 化碳進流濃度下，藉由改變反應溫度，比較管柱系統之變溫與恆溫操 作間的不同，變溫操作是指吸附劑在650 ℃進行吸附與850 ℃下進行 脫附反應；恆溫操作則是將高溫爐穩定在700 ℃的狀況下，先進行二 氧化碳的飽和吸附後再進行脫附反應。

循環吸脫附測試

欲進行二氧化碳循環吸附測試時，吸附劑的填充高度則增加為 6.5 cm，而各吸附劑於實驗操作時，皆會在填入石英管柱後，於管狀 高溫爐中將溫度升高至850 ℃，進行前處理1小時，此階段的進流氣 體為純氮氣，流量控制在500 ccm(1 atm, 25℃)。前處理結束後，待管

柱溫度後，調整氣流至希望的二氧化碳濃度，通入管柱進行30分鐘的 吸附反應，而後將高溫爐再度升到850 ℃，在氮氣環境下脫附1小時，

第二次的吸附反應則待爐溫降至650 ℃後再通入二氧化碳進行，而後 再次進行脫附，如此不間斷的重複以進行循環測試，總計20循環，期 間出流氣體之二氧化碳濃度則由GC-TCD進行分析，以計算求得其二 氧化碳捕捉量，各項參數皆列於表3-4中。

表 3-2 TGA 系統進行循環測試之操作參數

實驗參數 基本控制條件

吸附劑型態 200 mesh 以下之粉末(<75 μm) 吸附劑填充重量 10~15 mg

吸附環境 650 , ℃ 10 % CO₂/N₂, 10 min (最後一循環吸附延長為 1 hr) 脫附環境 850 ℃, pure N2, 1min 升溫環境 40 ℃/min, pure N₂ 降溫環境 -60 ℃/min, pure N2

氣流流速 40 ccm

循環次數 23 循環

表3-3 管柱實驗相關操作參數

(吸附)

100、200、300、400、500

(脫附)

50、100、200、300、400、500

CO₂進流濃度之影響

4.93、7.00、10.18、15.36、20.17

變溫操作 恆溫操作

圖3-3 TGA 測試系統

圖 3-4 管柱測試系統

N

To Hood CO

/N

PC Signal

Sorbent

Auto-switch valve

TGA PC

Crucible

N2

O2CO2

Mixer

Packed column

Sampling Inlet

Sampling Outlet To Hood

MFC Heating zone

GC Pelletized Sorbent