改質氧化鈣之 XRD 特性分析

Li et al.[6]使用硝酸鋁(Al(NO3)3‧9H₂O)對氧化鈣進行改質，其用 意先將氧化鈣與銷酸鋁在溶液中充分混合，經過初步的乾燥與鍛燒階 段，硝酸鋁先轉化成氧化鋁(Al₂O₃)，之後將樣品經過更高溫的鍛燒處 理，氧化鋁會與部分的氧化鈣反應生成一鈣鋁氧化物(Ca₁₂Al₁₄O₃₃)，

當其所處環境溫度不超過1000 ℃的情況下，Ca₁₂Al₁₄O₃₃會是一種穩定 的耐高溫材料，且此材料不與二氧化碳產生反應，是十分理想的金屬 添加物。而以前驅物進行混合攪拌的方法，更能使生成之Ca₁₂Al₁₄O₃₃ 均勻分散在氧化鈣的顆粒間，降低氧化鈣再生時的燒結情況。按照文 獻流程所製備出CaAl(75)-I的XRD分析圖譜如圖4-1的最上方，可以明 顯看出吸附劑中所含CaO與Ca₁₂Al₁₄O₃₃的特徵訊號。

此研究改以有機鋁(Al[OCH(CH₃)₂]₃)替換文獻之硝酸鋁的主要原 因，乃硝酸鋁在改質的鍛燒步驟中會釋放具危害性的NO₂氣體，若改 用有機鋁則不會有此方面的問題，且有機物在高溫環境下較易分解，

能提高改質後吸附劑的純度。

圖4-1的下半部為以有機鋁改質之氧化鈣CaAl(75)-O、CaAl(85)-O 與CaAl(95)-O的XRD分析圖譜，其特徵訊號出現的2 Theta值皆與文獻 相符，因此可推論經有機鋁改質後的氧化鈣，其產物與文獻以硝酸鋁 之氧化鈣相同，其中因CaAl(75)-O與文獻之CaO/Ca₁₂Al₁₄O₃₃同樣擁有 75 wt%的氧化鈣含量，兩者的XRD特徵訊號尤其最為相似。而隨著 樣品中氧化鈣含量逐漸的提高，部分Ca₁₂Al₁₄O₃₃特徵訊號的強度有明 顯降低的趨勢。

2 Theta (degree)

10 20 30 40 50 60 70 80 90

Intensity (a.u.)

Ca₁₂Al₁₄O₃₃

2 Theta (degree)

20 40 60 80

Intensity (a.u.)

Fresh

1st cycle

20th cycle

A

圖4-2比較了進行吸附測試前以及在管柱系統中吸附一次、經20 次循環吸脫附後CaAl(95)-O吸附劑的XRD圖譜，在吸附二氧化碳一次 後經脫附處理的CaAl(95)-O，其XRD圖譜中主要的特徵訊號仍僅包括 CaO與Ca₁₂Al₁₄O₃₃，並未見任何CaCO₃的特徵訊號，顯示大部分被捕 捉下來的二氧化碳可在實驗所設定之操作環境中脫附掉，少有殘留 者。而CaAl(95)-O經20次循環吸脫附測試後，經XRD圖譜的鑑定可發 現其中所含物種仍為Ca₁₂Al₁₄O₃₃與CaO，表示在實驗所設定的溫度範 圍及各種操作因素下，Ca₁₂Al₁₄O₃₃不會進一步變質，確保其能在氧化 鈣再生時發揮功用。

利用Scherrer Equation(公式4-1)可分別計算出圖4-2中循環測試前 /後CaAl(95)-O之CaO與Ca₁₂Al₁₄O₃₃的晶粒大小，其結果整理於表4-1。

由計算結果可知，CaO與Ca₁₂Al₁₄O₃₃的晶粒大小似乎並未隨著循環次 數的增加，而有明顯的變化，其中CaO的晶粒大小則較Ca₁₂Al₁₄O₃₃稍 微大一點。而式4-1中t=晶粒大小(nm)；λ=波長=0.154(nm)；B=半高峰 寬，以弧度表示。

θ λ Bcos 0.9

t =

(4-1) 為瞭解以天然石灰石做改質之可行性，本研究將國內花蓮某地開 採之石灰石先在900 ℃的高溫下鍛燒2小時，回收後以其取代藥品級 氧化鈣作為改質前驅物，製備出lime-CaAl(95)吸附劑，其XRD分析圖 譜見圖4-3，可發現該吸附劑僅只包含CaO與Ca₁₂Al₁₄O₃₃的特徵訊號，

顯示這批石灰石中氧化鈣的純度頗高，或許其中可能有他類元素的存 在，但因含量太少，其物種的結晶不易被儀器偵測到。

表4-1 CaAl(95)-O 內部成分之晶粒大小 crystallite size (nm) CaO Ca12Al14O33

Fresh 14.98 12.57 After 1 cycle 15.53 12.57

After 20 cycle 14.98 12.97

2 Theta (degree)

20 40 60 80

Intensity (a.u.)

CaAl(95)-O

lime-CaAl(95) A Ca

₁₂

Al

₁₄

O

₃₃

C CaO

A A

C

C

C

C C

圖4-3 CaAl(95)-O 與 lime-CaAl(95)吸附劑之 XRD 圖譜比較

在文檔中 以改質氧化鈣捕獲二氧化碳氣體之循環再生能力研究 (頁 46-50)