批次式亞臨界水系統處理檸檬桉葉之結果

圖 4-13 為將 100 mL 之去離子水加入批次式亞臨界水系統並萃取 20 g 高峰植 物園檸檬桉葉之結果，溫控器設定為 200°C，待其系統達到 130°C 時立即關閉電源。

由圖譜觀察出以批次式亞臨界水系統萃取之檸檬桉葉其香茅醛特徵峰訊號依舊未 增大，反而在 9.4 min 特徵峰強度大過了香茅醛特徵峰強度（9.8 min），合理提出 9.4 min 之物質為 9.8 min 降解而成，但目前尚無法推論。

由圖 4-13 可觀察出在經過批次式亞臨界水系統處理後，檸檬桉葉中香茅醛 9.8 min 特徵峰訊號強度非常低，而 9.4 min 特徵峰較為突出，由於在圖 4-9 動態式亞

此兩者能夠相呼應，推論香茅醛在高溫下會降解，並降解成 9.4 min 之物質。

將 9.8 min 之訊號強度 20pA 代回圖 4-2 之檢量線中可得香茅醛濃度為 41.77 μg/mL，乘上所使用的去離子水體積 100 mL 後可得香茅醛重 4177 μg，而除以所 用的檸檬桉葉重 20 g 後，得到萃取效率為 0.021%，和流動式亞臨界水系統之萃取 結果相去不遠。

圖 4-13 20g 檸檬桉葉以批次式亞臨界水萃取之結果

4.4 批次式亞臨界水系統應用於廚餘處理 4.4.1 以去離子水進行系統測試之結果

應用於廚餘處理前，先以 50 mL 去離子水，溫控器設定 200°C（實際上最多 僅能加熱至 180°C 左右），並紀錄批次式亞臨界水系統溫壓紀錄，紀錄時間為 3 hr 22 min，並將實驗結果以溫度對壓力作圖，將以去離子水之實驗結果與理想 Antoine 方程式做比較。

實驗結果如圖 4-14 所示，實線為將當時系統內部之溫度代入 Antoine 方程式 中求得壓力後，以溫度對壓力做圖之結果。實線之意義為水達成液氣共存狀態，

而實線以左為液相區、以右則為氣相區。

虛線為當時系統紀錄之溫度壓力做圖，可觀察出在 150°C 之前較偏離液氣共 存狀態，而在 150°C 後虛線及實線之距離愈來愈靠近，推斷在 150°C 之後系統內

部之水逐漸達成液氣平衡，因此開閥時機盡量選取大於 150°C 為較理想之參數設 定。

在理想狀態下，虛線應和實線重合，推測造成沒有重合的原因有二，第一為 在剛開始加熱時，由於系統內部尚未達成平衡，因此造成差異較大；第二則為此 系統使用壓力錶為指針式，所顯示之壓力讀值與真實壓力存在誤差，推斷實際上 內部系統壓力應大於錶上壓力。

圖 4-14 批次式亞臨界水系統處理 50 mL 去離子水之溫壓紀錄

4.4.2 以 3g 米飯進行系統測試之結果

以水測試系統後，改以 3 g 米飯進行實際測試，其結果如圖 4-15 所示，實線 為將當時系統內部之溫度代入 Antoine 方程式中求得壓力後，以溫度對壓力做圖之 結果；虛線則是以 3 g 米飯置入系統之溫度壓力做圖

明顯可觀察出米飯進入系統時相較於水，整個系統更偏向非理想狀態，而在 溫度逐漸升高後虛線雖較接近於理想狀態中之實線，但還是相差一段距離，推測 為 3 g 米飯內部之水分所能達成之壓力尚不足以到達 Antoine equation 之理想狀 態。

圖 4-15 批次式亞臨界水系統處理 3 g 米飯之溫壓紀錄

4.4.3 米飯以批次式亞臨界水系統定溫排水 4.4.3.1 溫壓紀錄及排去水分統計

批次式亞臨界水系統中，溫度參數以電子式面板顯示，而壓力參數則以指針 式顯示，由於電子式顯示較能信賴，因此本研究首先嘗試以溫度作為開閥指標，

探討不同溫度下開閥所能排除之水分以及耗電量多寡，進而決定最佳開閥溫度。

開閥溫度及排水量關係如表 4-1 所示。三組實驗分別在溫度不同時進行開閥，

分別為 150°C、160°C、170°C。實驗結果明顯發現隨著開閥溫度愈高，排出水分 亦有愈高趨勢，推測原因為愈高溫開閥時對應之壓力亦愈高，而壓力代表容器內 水蒸氣含量，因此壓力愈高代表能排去水分愈多。

圖 4-16 批次式亞臨界水系統處理 65 g 米飯之溫壓紀錄

由表 4-1 得知在 160°C 時進行第一次開閥其單位克重耗電量為最低。因此若以 定溫開閥的方式，160°C 為較好的開閥參數。

表 4-1 不同溫度對應之排水量關係

開閥溫度（°C） 150 160 170

開閥壓力（atm） 5 7 7.8

排去水分（g） 3.68 6.2 7.21

耗電量（kWh） 0.21 0.25 0.3

單位克重耗電量

（kWh/g）

0.057 0.040 0.042

4.4.3.2 定溫開閥之理論耗能和實際耗能比較

不同溫度之潛熱數值參考 engineering toolbox 網站而得，100°C 之潛熱為 2255 J/g；

而 150°C 之潛熱為 2110 J/g。以 150°C 開閥實驗所排出水分重量為 3.68 g，將其代

4.4.4 米飯以批次式亞臨界水系統進行定時多次開閥結果

圖 4-17 去離子水以批次式亞臨界水系統定壓開閥之溫壓紀錄

以Antoine equation換算之壓力 第一次開閥之溫壓紀錄

表 4-4 以 100 g 水進入批次式亞臨界水系統，定 5 atm 開閥下之數據紀錄

第幾次開閥 1 2 3 4 5 6 7

開閥溫度（°C） 147.9 164.8 168.7 169.5 174.3 175.6 180.4 排去水分（g） 10.14 17.72 16.43 14.68 13.06 11.06 9.72 耗電量（kWh） 0.22 0.06 0.05 0.05 0.07 0.06 0.1 單 位 克 重 耗 電 量

（kWh/g）

0.0217 0.0034 0.0030 0.0034 0.0054 0.0054 0.0103

4.4.6 米飯以批次式亞臨界水系統定壓排水結果

4.4.5 節以去離子水為樣品並以定壓開閥方式成功排去大部分之水分，因此本 節以米飯實際進行排水實驗。實驗前之米飯重量為 65.1 g，溫控器溫度設定為 200ºC，

並且每隔固定壓力開閥，開閥次數為三次。

圖 4-18 為實驗過程之溫壓紀錄圖，橘線為理想狀態下之溫壓曲線；灰線為第 一次開閥前之溫壓紀錄；黃線為第二次開閥前之溫壓紀錄、藍線則為第三次開閥 前之溫壓紀錄。實驗結果相似於與以水測試之結果，第一次開閥最接近於理想狀 態，而愈後面愈偏離理想狀態。

表 4-6 為實驗前後含水率比較，實驗前米飯平均含水率為 62.6%，變異係數為 0.4%；而實驗後米飯平均含水率為 8.77%，變異係數為 9.8%。實驗後平均含水率 較高之原因推測為鐵氟龍杯內部熱傳不均勻所致。

圖 4-18 米飯以批次式亞臨界水系統定 5 atm 下排除之溫壓紀錄

表 4-5 為以 65 g 米飯進行定 5 atm 開閥實驗，開閥次數為四次，由數據可得知，

和去離子水實施開閥的結果一樣，在第二次開閥所能排除之水分反而會大於第一 次開閥，推測原因為在第一次開閥時所排出之氣體，內部並不全部是水蒸氣，而 是包括了空氣中的氮氣及氧氣成分，因此排出之水蒸氣其實不足 5 atm，故排去水 分較少為正常現象。而第一次開閥後，已經將空氣中成分排除，因此在第二次開 閥時能確保系統內排出的皆是水蒸氣，故第二次開閥後所能排去水分皆較第一次 多。較表 4-4 不同的是以米飯進行第二及第三次開閥時，第三次開閥所排去水分較 第二次開閥多。

表 4-5 定 5 大氣壓開閥之數據紀錄

第幾次開閥 1 2 3 4

開閥溫度（°C） 149.5 171.9 176.2 177.4 排去水分（g） 2.78 10.96 11.24 10.21 耗電量（kWh） 0.21 0.08 0.1 0.14 單位克重耗電

量（kWh/g） 76*10^-3 7.3*10^-3 8.9*10^-3 13.7*10^-3

表 4-6 分別為使用定壓進行開閥之實驗前後比較結果，與表 4-3 使用時間當作 開閥指標相比較下，兩者在實驗後含水率皆有明顯下降，皆能夠達成明顯的排水 效果，因此米飯皆適合定時及定壓兩種開閥方式。

表 4-6 定壓多次開閥實驗前後含水率結果比較 排水實驗前測定

米飯重量(g)

排水實驗前含水 率(%)

排水實驗後測定 米飯重量(g)

排水實驗後含水 率(%)

1.101 62.36% 1.05 9.63

1.056 62.65% 1.026 8.78

1.143 62.88% 1.09 7.9

第五章 結論及未來展望

本研究利用流動式及批次式亞臨界水系統應用於檸檬桉葉內部防蚊成分香茅 醛之提取並與乙酸乙酯萃取法做比較，以流動式亞臨界水系統處理 2 g 檸檬桉葉後 所檢測到之最高訊號強度為 15 pA，代入檢量線中得到其濃度為 31.98 μg/mL，萃 取效率為 0.048%；而以批次式亞臨界水系統處理 20 g 檸檬桉葉後所檢測到之訊號 強度為 20 pA，帶入檢量線中得到其濃度為 41.77 μg/mL，萃取效率為 0.021%；以 乙酸乙酯 15mL 萃取 2 g 檸檬桉葉後所檢測到之訊號強度為 600 pA，代入檢量線中 得到其濃度為 1177 μg/mL，萃取效率為 0.88%。相比下，流動式之萃取效率高於 批次式，但兩者之萃取效率皆未高於有機溶劑萃取，甚至低了許多。以標準品進 行測試後推測其原因為香茅醛在高溫環境下會發生降解反應，因此造成其萃取效 率低落。

未來擬於動態式亞臨界水系統之萃取管前再加一段預熱管，將液體先於預熱 管中加熱至亞臨界狀態後，再將亞臨界水導入後端放有樹葉粉末的萃取管柱中，

期望將樹葉粉末暴露於高溫狀態的時間降低，以避免其降解，進而能達成較好的 萃取效率。未來研究之架構圖如 5-1 所示。

圖 5-1 未來擬使用之亞臨界水架構圖

以批次式亞臨界水系統處理廚餘部分，本研究嘗試以不同溫度進行單次開閥 實驗並比較其結果，發現 160°C 時能源利用效率最佳，但在實際應用上，單次開 閥所排去水分過少。因此以含水率 55%，重量為 65 g 之米飯進行定時多次開閥實 驗，實驗後含水率降至 10%以下，重量為 32 g，而實驗前後具有顯著含水率差異，

證明了多次開閥在實際應用上具有可行性。亦以 5 atm 為標準進行定壓開閥實驗，

將米飯進行定壓開閥實驗，亦成功將含水率由實驗前的 62%降至 10%以下。因此 目前初步實驗結果顯示以批次式亞臨界水系統處理廚餘可能具有可行性，但目前 亦有能源利用效率低落之問題。

未來擬以更多具有代表性之廚餘，例如纖維素類及蛋白質類，重複此實驗；

並必須增加能源利用之效率，才有進一步商品化成為處理社區廚餘系統之可能 性。

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