第四章 結果與討論
4.1 商業沸石對 CO 2 吸附量比較
本研究主要利用不同商用沸石，探討在不同操作參數如溫度、時 間及流量等測試條件下對 CO2吸附，以分離甲烷之效率與吸附容量。
吸附劑的主要物理及化學性質分析項目為比表面積、矽鋁比及表面官 能基等。
由於本研究著重於沼氣中的氣體分離，因此須選用較廉價，並且 可多次重複吸脫附之沸石，以減少廢棄物的產生，提升經濟價值。
4.1 商業沸石對 CO
2吸附量比較
本研究之 CO2 吸附系統皆以填充管柱進行，所採用之測試條件 為以 20%(CO2)及 80%(CH4)作為進流濃度，吸附溫度皆為常溫吸附，系 統流量為 200ccm，使用之吸附管柱直徑大小約為 1.4cm，且在進行吸 附測試之前，已先行將填裝在管柱中之吸附劑，並同時通入壓縮空氣 脫附，此為前處理之流程。吸附量的計算則是將每次吸附測試之 CO2 吸附效率達 80%所算得之總量，扣除空白值(空床實驗所得之破出面 積換算之 CO2總量)後即可得到。
表 4‐1 中為使用不同商用沸石之基本物化特性，進行 CO2 吸附測 試之吸附量，由表可得知最佳吸附劑為 CBV300，在 CO2吸附效率為 80%下的吸附量達 73.1 mg/g，第二高為 CBV100(NaY)之 69 mg/g，第 三高為 13X 之 44 mg/g，由於 NaY 及 13X 沸石表面官能基含 Na 以及 CBV300 含 NH4+，對於酸性氣體 CO2有較佳親和力。如後續 4.2 節中 說明，因在經濟考量下， CBV300 較 NaY 及 13X 較為昂貴，暫時不考 量用此沸石，另本研究最終選擇較便宜之沸石，並且吸附量達到一定 程度的 NaY 及 13X 沸石做為探討。
37 CBV100(NaY) 5.1 13 900 69
CBV300 5.1 2.8 925 73
CBV500 5.2 0.2 750 25
CBV712 12 0.03 730 17
CBV760 60 0.03 720 10
CBV780 80 0.03 780 10
13X 2.6 5.38 460 44
MCM‐41 ‐ ‐ 1100 7
ZSM‐5 50 0.05 425 34
Hisiv‐1000 90 ‐ 585 7
Hisiv‐3000 184.2 ‐ 322 23
圖 4‐1 商用沸石及 MCM‐41 破出曲線比較圖
(CO2=20%、N2=80%；T=27℃；RH=8%)
0
00:00 01:26 02:53 04:19 05:46 07:12 08:38
C/C0 CBV780 CBV760
CBV712 MCM‐41
Hisiv‐1000 Hisiv‐3000
CBV500
ZSM‐5
13X
NaY CBV300
38
依據理想氣體定律，在 1 大氣壓力下，進氣流量為 200ccm，CO2 濃度為 20%，CH4濃度為 80%，吸附溫度為常溫(27℃)下計算出 V(體 積(L)，再經由方程式(4‐1)積分後計算出吸附量，本研究因為了成本效 率及工程化之考量，實驗之吸附效率皆達至 80%，即停止吸附試驗。
如 CO2濃度為 20%×(100‐80%(吸附效率))=4%，分析儀濃度達至 4%停 止吸附，此為 80%吸附效率下之吸附量。其對 CO2累積吸附量計算如 下：
q Q Cm Ceff dt (4‐1) q=吸附量(mg/g)， m=吸附劑重量(g)， t=時間，Q=流量(ccm) ，Cm=
進流濃度(%)， Ceff=出流濃度(%) ，dt=隔間時間
在 80%之 CO2吸附效率下當 CO2與甲烷之進流濃度分別為 20~40%
及 60~80%時，將會獲致 96~92%以上濃縮濃度之 CH4純化效果。
39
4.1.1 矽鋁比對吸附量影響
本研究針對同性質但不同矽鋁比的 Y 型沸石(Si/Al=12、60、80) 於常溫下對二氧化碳的吸附測試。如下圖 4‐2 中，可得知矽鋁比最低 的 CBV712(Si/Al=12 )吸附量較其它二者為高，但由於 CBV760 及 CBV780 的矽鋁比相近，因此所做出的吸附量略為相近，而在圖 4‐2 中可證明，
矽鋁比越低對 CO2的吸附效能較佳。
圖 4‐2 矽鋁比對 CO2吸附之比較
(CO2=20%、N2=80%；T=27℃；RH=8%)
CBV712 CBV760 CBV780
SiO2/Al2O3Mole Ratio
80%效率下之qe(mg-CO2/g-adsorbent)
Y型沸石
吸附量 矽鋁比
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