有機鋁最佳改質比例

為找出吸附劑中CaO與Ca₁₂Al₁₄O₃₃的最佳比例，研究藉由調整氧 化鈣與有機鋁前驅物的添加量製備出不同比例的吸附劑，而各吸附劑 循環吸脫附二氧化碳的測試結果繪於圖4-8，當氧化鈣在吸附劑中的 含量逐步由75 wt%提升至95 wt%時，可發現其對二氧化碳的吸附量明 顯增加，經過22循環的吸脫附測試，CaAl(75)-O與CaAl(95)-O的吸附 量分別為0.141與0.174 g CO₂/g sorbent，後者較前者多出約23 %的吸 附量，同樣在1小時飽和吸附中，CaAl(95)-O亦比CaAl(75)-O高出23 % 的二氧化碳吸附容量。

使用有機鋁改質的吸附劑中，以CaAl(75)-O於再生時的劣化情況 最為平緩，這是因為其中所含Ca₁₂Al₁₄O₃₃量最多的關係。Ca₁₂Al₁₄O₃₃ 在吸附劑中扮演一種惰性的材料，在實驗所設定的溫度下其結構十分 穩定，藉由本研究的改質方式，能將其均勻分散在氧化鈣顆粒之間，

避免脫附過程中氧化鈣的顆粒燒結在一起而造成再生時的吸附量降 低。但由於Ca₁₂Al₁₄O₃₃不與二氧化碳反應的特性，吸附劑中較高的 Ca₁₂Al₁₄O₃₃含量亦代表其中僅有較少的氧化鈣能被利用，令整體的吸 附量較低，為了同時兼顧吸附劑在吸附量與再生能力上的表現，本研 究方提高吸附劑中的氧化鈣含量以進行測試。

若進一步將氧化鈣含量提升至98 wt%後，該吸附劑在測試的前10 循環中雖有最高的吸附容量，但其劣化速率亦明顯較快，經過20循環 後，其吸附量已降至含85 wt%氧化鈣的CaAl(85)-O相同，而在最後一 循環的長時間吸附中，CaAl(98)-O的吸附量更僅與含75 wt%氧化鈣的 CaAl(75)-O相同，因此在同時考慮吸附容量與再生能力的表現，推論 CaAl(95)-O有最佳的CaO/Ca12Al14O33比例，因此我們僅需添加少量的

為確定添加有機鋁對抑制氧化鈣劣化的功效，研究中依照改質流 程，在未添加鋁前驅物的情況下，製備出含100 wt%氧化鈣的吸附劑，

CaO(100)作為對照用，其與未改質氧化鈣(CaO)以及上述再生能力最 佳的CaAl(95)-O之循環吸脫附結果繪於圖4-9中。相較於CaAl(95)-O，

CaO(100)僅在測試的前幾循環中有較佳的吸附容量，而經過更多次的 循環後，其吸附量已比CaAl(95)-O低，但仍舊比CaO來得高；在最後1 小時的飽和吸附測試中，CaO(100)捕捉二氧化碳的能力更僅和CaO相 同，遠低於CaAl(95)-O。

造成CaAl(95)-O、CaO(100)與CaO三者在循環時吸附容量上的差 別，主要是CaAl(95)-O與CaO(100)於改質過程中皆會加入純水進行攪 拌，氧化鈣在此步驟與純水間會發生一水合反應(反應式4-5)，此水合 作用令氧化鈣反應為氫氧化鈣，可能造成其在外觀、結構上有所改 變，產生較小的氧化鈣顆粒，因此令CaAl(95)-O與CaO(100)得以在吸 附時間為10分鐘的前22循環中有較高的吸附容量，但由於CaO(100) 未添加有機鋁改質，在缺乏Ca₁₂Al₁₄O₃₃分散在氧化鈣顆粒間的關係，

其再生過程中氧化鈣顆粒又快速的燒結變成大顆粒，所以CaO(100) 的劣化速率明顯較CaAl(95)-O快；又CaO(100)與CaO兩者在氧化鈣含 量相同的關係，儘管前者在進行水合反應後，於測試的前22循環中有 較高之二氧化碳吸附量，但受到再生時快速劣化的影響，使其在1小 時的飽和吸附量僅與CaO相同，由此結果可知於氧化鈣中添加有機鋁 進行改質，的確能減緩氧化鈣再生時的劣化問題。

CaO + H2O Æ Ca(OH)2 (+ 66.5 kJ/mol) (4-5)

Cyclic number

0 5 10 15 20

Adsorption capacity (g CO 2/g sorbent)

0.0 0.1 0.2 0.3

CaAl(98)-O CaAl(95)-O CaAl(85)-O CaAl(75)-O

圖4-8 不同 CaO/Ca12Al14O33比例之改質氧化鈣循環吸脫附結果

Cyclic number

0 5 10 15 20

Adsorption capacity (g CO 2/g sorbent)

0.0 0.1 0.2

0.3

CaAl(95)-O

CaO(100) CaO

圖4-9 CaAl(95)-O、CaO(100)與 CaO 之循環再生能力比較(CaO(100)