第 4 章 結果與討論
4.4 熱值分析
4.6.2 大澤法活化能
依照大澤法，改以-ln(β)與(1/Tp)作圖如圖 40，迴歸方程式如表 16。由其直線 斜率(E/R)即可求得活化能 E，進一步由圖形截距得到 A (min-1)。
圖40、稻草纖維之大澤法迴歸圖
Fig.40 Regression graph of straw fiber by Ozawa method.
表16、稻草纖維之大澤法迴歸方程式
Table 16 Regression equations of straw fiber by Ozawa method.
項目 迴歸方程式 R2值
1.55 1.60 1.65 1.70 1.75
■ S
◆ FS
▲ SS
1/T(10-3)
ln (β )
接續依同法針對3 種稻草進行焙燒後之活化能計算。焙燒後稻草(TS)線性如圖 41，迴歸方程式如表 17。與基辛格法相似，焙燒 270 °C 與 290 °C 稻草線性關係都 極為顯著，R2值>0.95，而焙燒 280 °C 稻草 R2值只有0.7475。
圖41、焙燒稻草纖維之大澤法迴歸圖
Fig. 41 Regression graph of torrefied straw fiber by Ozawa method.
表17、焙燒稻草纖維之大澤法迴歸方程式
Table 17 Regression equations of torrefied straw fiber by Ozawa method.
項目 迴歸方程式 R2值
1.64 1.66 1.68 1.70 1.72 1.74 1.76
■ TS-270 ℃ TS-280 ℃ TS-290 ℃
ln(β)
1/T(10-3)
焙燒後蒸爆稻草(TSS)，其線性如圖 42，迴歸方程式如表 18。焙燒 270 °C 與 280 °C 蒸爆稻草線性關係也都極為顯著，R2值分別為0.9937 與 0.9491，而焙燒 290 °C 蒸爆稻草 R2值為0.8326。
圖42、焙燒蒸爆稻草纖維之大澤法迴歸圖
Fig. 42 Regression graph of torrefied straw fiber processed with steam explosion by Ozawa method.
表18、焙燒蒸爆稻草纖維之大澤法迴歸方程式
Table 18 Regression equations of torrefied straw fiber processed with steam explosion by Ozawa method.
1.58 1.60 1.62 1.64 1.66 1.68
▲ TSS-270 ℃ TSS-280 ℃
▲ TSS-290 ℃
1/T(10-3)
ln(β)
焙燒發酵稻草(TFS)，其線性如圖 43，迴歸方程式如表 19。焙燒後發酵稻草用 大澤法計算活化能，R2值同樣皆在0.9 以上，焙燒 280 °C 發酵稻草 R2值相對低，
為0.9147。
圖43、焙燒發酵稻草纖維之大澤法迴歸圖
Fig. 43Regression graph of torrefied straw after fermentation by Ozawa method.
表19、焙燒發酵稻草纖維之大澤法迴歸方程式
Table 19 Regression equations of torrefied straw after fermentation by Ozawa method.
項目 迴歸方程式 R2值
1.60 1.62 1.64 1.66 1.68 1.70
1/T(10-3)
ln(β)
◆ TFS-270 ℃ TFS-280 ℃
◆ TFS-290 ℃
經由基辛格法、大澤法及直接藉由阿瑞尼士反應速率關係式求得之各生質物
活化能如表 20。阿瑞尼士反應速率關係式於各升溫速率試驗下皆可求得活化能數
值，除求出不同試材在不同升溫速率下之活化能外，也將同種試材 5 種不同升溫
速率下求得之活化能平均，由平均值觀察兩種活化能計算結果之差異。
基辛格法與大澤法求得的活化能數值非常相近，比較2 者迴歸之 R2值，大澤 法皆高於基辛格法，故由大澤法求出之數值應更接近生質物真實活化能。2 者稻草 (S)活化能於未焙燒前約為 195 kJ/mol，而焙燒 270°C 時達到最高，280 °C 時及 290
°C 時活化能皆下降；蒸爆稻草(SS)之活化能表現與稻草相似，焙燒 270 °C 時達到 最高，其後下降；發酵稻草(FS)之活化能在 280 °C 前隨焙燒的溫度上升而提升，
焙燒溫度290 °C 則下降。
整體來說，透過基辛格法與大澤法，焙燒後生質物活化能皆有上升趨勢，且稻
草及蒸爆後稻草在270 °C 焙燒條件下具有最高活化能，而焙燒發酵稻草之活化能
隨著焙燒溫度逐步提升，主要可能是因為內部木質素含量較高，在焙燒過程中去除 了多餘的半纖維素，而使其熱穩定性較佳。
而藉由反應速率關係式求得之活化能平均值，整體數值較低，與基辛格法比較，
差異可達85 %以上。焙燒前後活化能數值差異不顯著，稻草與蒸爆稻草焙燒後活
化能皆呈下降趨勢，與基辛格法結果相反；發酵稻草則隨焙燒溫度略有提升，但焙 燒290 °C 時則下降。
表20、基辛格法、大澤法與阿瑞尼士活化能結果
Table 20 Activation energy of Kissinger method, Ozawa method and Arrhenius equation.
比較3 種不同之活化能結果，可發現透過基辛格法與大澤法計算時，稻草與 發酵後稻草之活化能較高；但在阿瑞尼士反應速率關係式時，不論是各別值或平 均值，卻是蒸爆稻草之活化能最高。
根據Órfão (1999)等人及 Varhegyi (1989)等人之研究，纖維素活化能分別在 185-240 kJ/mol 及 140-213 kJ/mol 之間；Lv (2010)等人及 Wang (2008)等人之研究，半 纖維素活化能則分別在210 kJ/mol 左右及 156-250 kJ/mol 之間；Órfão (1999)等人 亦計算木質素活化能為36.7 kJ/mol。故與文獻值比較，基辛格法與大澤法結果皆趨 近文獻中木質纖維素之活化能數值，阿瑞尼士反應速率關係式計算之活化能則接 近木質素之活化能。但除了發酵稻草木質素含量較高外，稻草及蒸爆稻草皆是纖維 素含量較高，整體數值應趨近纖維素或半纖維素之活化能較為合理。參考Varhegyi (1989)等人之研究，可能原因為木質纖維素之組成複雜，熱解機制會分為數個階段 進行，致描述單純反應之阿瑞尼士反應速率關係式不足以解釋其熱解機制，故本研 究求出之活化能數值與文獻值有如此明顯之差異。
4.7 抄板試驗
抄造成品如圖44、45，外觀上較接近紙板而非紙張。垃圾纖維為原料而抄造
出的紙板，由於其雜質含量較多，表面多有大小不一之破損或異物突出；又篩分 較不容易，雜質容易堆疊在交織的纖維當中，因此在其成形時兩面性會較為嚴 重，毯面部份比起網面部分較為平滑，色澤偏灰；而混和稻草之紙板，隨著稻草 比例增加、色澤越偏黃褐、質感越偏柔軟且較無垃圾之臭味。另因垃圾纖維雜質 多，同種比例垃圾纖維板即有各片厚薄極度不均之情形；同一片垃圾纖維板也有 兩側厚薄不一情形。改善方法除確保蒸煮程序完備外，可能需花費更多人力加強 檢查、篩選，剔除可能影響後續結構、成形完整度的雜質。
圖44、垃圾纖維板(A：網面；B：毯面)
Fig. 44 Fiberboards made through urban waste (A: web side; B: blanket side).
A B
圖45、混發酵後稻草之垃圾纖維板 (垃圾含量 A：100 %；B：90 %；C：80 %；
D：50 %)
Fig. 45 Fiberboards mixed with urban waste and straw after fermentation (waste content A: 100 %; B: 90 %; C: 80 %; D: 50 %).
纖維板長、寬為22 cm 、厚度約 3 mm，密度介於 0.583-0.626 g/cm3，屬中 密度纖維板之範圍(0.35 - 0.8 g/cm3)。