材料之表面特性分析

3.5.1 高解析度比表面積分析儀(Specific Surface area analysis) 本研究利用 Micromeritics ASAP 2020 氮氣自動吸脫附儀在 77K 溫 度進行氮氣物理吸附，再於溫度 573K 下，加熱 24 小時除去氣體至 壓力為 2×10^-5 Torr。利用所得數據，可以 Kelvin 公式計算平均孔洞尺 寸 而 得 【 66 】； 而 吸 附 劑 上 之 孔 洞 分 佈 可 用 Barrett ， Joyner 及 Halenda(BJH)所提出之理論分析而得，由 dV/dRp 對 Rp 之關係式可計 算 孔 洞 分 佈 ， 而 固 體 表 面 積 及 孔 徑 分 析 之 量 測 可 應 用 Brunauer-Emmett-Teller(BET)法 。

分析前準備程序如下：

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樣品需於烘箱進行 24 小時以上、105℃溫度之吸附水分乾燥程序。

取約 0.35 克經高溫乾燥之樣品置入 BET 分析樣品管，利用 ASAP 2020 之抽真空設備進行除氣程序，避免樣品內部吸附其他氣體與水 分對於孔隙特性測定之干擾。

利用液態氮作為冷卻及吸脫附氣體媒介，待樣品管內抽真空度至 4~6 × 10^-3 mmHg 即可進行比表面積及平均孔徑分析測定，氮氣吸附 溫度為-196℃。

3.5.2 穿 透 式 電 子 顯 微 鏡 (Transmission electron microscopy spectroscopy, TEM)

本研究利用中興大學奈米中心之 JEOL JEM 1210 進行樣品之型態 分析。取 5-10 毫克樣品置於乙醇中以超音波震盪分散均勻，再以針 筒取一至兩滴於銅網上。待樣品乾燥後，將其置於 JEOL JEM 1210 下進行樣品型態分析，加速電壓為 120KV。

高解析度穿透式電子顯微鏡的基本構造分為電子槍、真空柱 (vacuumcolumn)及攝影室(camera chamber)三個主要部分。其基本原理 是利用電子槍提供陰離子電子束，經過高電壓加速後，在真空柱中形 成一條電子束並經過兩個電磁透鏡聚焦(聚焦後減小電子束的直徑)，

使得電子撞擊材料，產生穿透電子束與彈性散射電子束，這些電子束 在經過電磁透鏡、放大及聚焦最後在螢光板上形成影像。

3.5.3 X 光粉末繞射分析(X-ray Powder Diffraction,XRD)

本研究使用中興大學貴重儀器中心之小角度 X 光繞射儀（Small Angle X-Ray Scattering, SAXS）為一種非破壞性研究材料微結構或微 粒大小與型態的技術。SAXS 主要可用於探討材料內部因型態微結構 不同造成密度不同的微細區域，並且對此微小尺度下的變化能夠有相

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當精確的量測結果，藉由分析材料對 X 光的繞射特性，即可獲得材 料內部結構的資訊，以作為分析材料內部於奈米範圍內的型態學，順 向性，粒徑分佈和動力學等的研究與探討 。

當 X 光照射於樣品表面時不僅會產生反射光，其入射光線也會到 達樣品內部各層晶面產生更多的反射光，因為其入射光行走距離較原 本的反射光較為長，因此光線彼此之間產生了繞射的現象，公式如以 下所表示：

nλ=2dsinθ

其中 n 為自然數，當作布拉格繞射計算時 n=1；λ為入射光的波 長；d 為晶格間距；θ為入射角。

3.5.4 SEM-EDX (High-Resolution Scanning Electron Microscope &

Energy Dispersive Spectrometer；SEM & EDS)

為瞭解樣品的元素組成，本研究使用交大貴重儀器中心的 SEM 搭配 EDS 系統對各樣品進行元素的定性以及半定量的分析。該系統所 使用的電子源為冷陰極電子槍，操作電壓在 0.5kV~30kV。

EDS (Energy Dispersive Spectrometer X-ray Microanalysis System, EDS)原理為高能電子束撞擊樣品表面時，原子內層電子受到 激發而產生之特性 X-ray 做為判定表面元素之種類之依據。

3.5.5 TGA (Thermal Gravity Analysis)

本研究利用熱重分析儀(TGA，Netzsch，TG209F1)分析樣品之熱 重損失。分析樣品重量固定於 10mg，並以每分鐘 5℃之升溫速率，從 室溫升至 800℃，觀察其在升溫過程中之重量損失。

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3.6 中孔洞材料之 CO²吸附應用測試分析 3.6.1 胺基(TEPA)嫁接中孔顆粒合成

胺基化中孔洞微粒(amine-modified SBA-15、WP-Nano)的製備方法 採用本實驗室先前所建立之濕式含浸作為主要改質處理方式【67】，

將含胺官能基藥劑分散/嫁接於中孔洞微粒孔洞表面上，改質所使用 之含胺官能基藥劑為 Tetraethylenpentamin (TEPA)，改質過程如下:

先將純中孔洞材料進行前處理，於高溫爐乾燥 120℃持續 0.5 小 時，趕出水分與吸附雜質。秤取所需重量之 TEPA 藥劑並溶於 25 ml 之乙醇(95 %)內，持續於室溫中攪拌半小時。再加入 0.5 g 之中孔洞 材料(SBA-15 及 WP-Nano)，以迴流方式持續在室溫中攪拌 2 小時後，

將溶液於 80℃下加熱揮發趕出溶劑，再以 110℃乾燥 2 小時。經改質 之樣品，將之取出置入瓶中，於乾燥箱保存。

3.6.2 二氧化碳吸附測試

圖 3.5 為本研究之二氧化碳管柱吸附系統示意圖，表 3-1 為改質吸 附材並進行二氧化碳吸附之操作參數。氣體經由質量流量控制在流量 100 ccm 並調整入流之二氧化碳濃度為 10 ％進入已填充好之 TEPA 改質吸附劑之玻璃吸附管柱，於 26 ℃接近室溫之情況下進行吸附反 應。由於二氧化碳分析儀所需之總流量為 100 ccm，出流氣體和補充 空氣混合後一同進入二氧化碳分析儀。

吸附量計算：

W: 吸附容量(mg-CO₂氣體/g-吸附材) =

C0：進流二氧化碳濃度 C：即時偵測之二氧化碳濃度

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表 3-1 CO₂管柱實驗相關操作參數

實驗參數 基本操作條件

流量 100 ccm

CO²濃度 10 %

反應溫度 26 ℃

改質方法 濕式含浸法

改質量 33 %TEPA

過篩大小 16-30 mesh

圖 3-5 CO₂管柱測試系統

Packed column

Adsorbent

N

CO

Mixer

MFC

CO2 Analyzer

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