氧化鈣之孔洞結構對 CO 2 吸附容量之影響

由前述圖 4-2、4-14、4-17 之 BET 結果顯示，Raw powder 與經水 合作用改質以及經循環吸脫附測試後之吸附劑，其孔洞分佈圖中的中 孔洞與巨孔洞結構有顯著之差異，故本研究推測此部分的孔洞體積差 異是導致氧化鈣劣化的原因之一。

表 4-5 為 CaO 與 CaAl 之比表面積與孔洞體積資料，由表顯示各 吸附劑之比表面積與孔洞體積皆隨著循環次數增加而減少，圖 4-24 為比表面積與吸附量之關係圖，由圖結果可知，雖然比表面積與吸附 量並沒有明確之線性關係，然由實驗所得之趨勢線結果顯示，不論是 否添加鋁金屬改質，較高的比表面積有較好之吸附容量，故由此推測 提高吸附劑之比表面積能夠提升氧化鈣之利用率，但其提升之幅度至 某一值後便減緩。

圖 4-25 為吸附劑的總孔洞體積與吸附量之關係圖，由圖結果顯 示，孔洞體積與吸附量有較好的相關性，且由趨勢線之結果顯示，較 高之孔洞體積也有較好之吸附容量，顯示不論提高比表面積或孔洞體 積皆能夠提升氧化鈣之利用率；然參考圖 4-2、4-14、4-17 可明顯發 現吸附劑之孔洞體積可分為兩部分，分別為小孔洞結構(<100 Å)與大 孔洞結構(>100 Å)，故進一步的將此兩不同孔徑尺寸之孔洞體積分開 探討；圖 4-26 為小孔洞結構之孔洞體積與吸附量之關係柱狀圖，由 圖結果可知100 Å 以下之孔洞體積與吸附容量並無直接關係，因此推 斷100 Å 以下之孔徑並非影響吸附劑劣化之主要原因，此外，圖 4-27 為孔徑大於100 Å 之孔洞體積與吸附容量之關係圖，由圖結果顯示孔 徑大於100 Å 之孔洞體積與吸附量有較好的相關性，故推測氧化鈣劣 化之原因與100 Å 以上之孔徑有較為密切之關係。

依據圖 4-3、4-4、4-15、4-18 之照相圖與圖 4-25、4-26、4-27 之

結果，推測吸附劑100 Å 以下之孔徑主要為其表面部分凹面所測得之 結果，然100 Å 以上之孔徑則為吸附劑顆粒彼此間之間隙，此間隙並 於反覆吸脫附的測試中因燒結之影響，導致顆粒彼此之間隙距離縮短 (孔徑減小)且降低間隙之體積(孔洞體積)，使 CaO 提供吸附之活性位 址減少，導致 CO₂只能與裸露在外之 CaO 表面反應，無法進入間隙 內與內部之CaO 反應，故當 CaO 表面達飽和後，也代表吸附反應結 束，由圖 4-28(a)、(b)之氧化鈣燒結前後之示意圖顯示，燒結前，吸 附劑是類圓球之顆粒狀，且顆粒彼此間有許多空間(space)，然經過反 覆吸脫附，仍可隱隱約約看見顆粒之形狀，但顆粒彼此間之間隙體積 已經因燒結之影響而減少，故導致吸附劑之利用率下降。

表4-5 CaO 與 CaAl 比表面積與孔洞體積 吸附量

g CO2/g sorbent

比表面積 m²/g

總孔洞 體積 cm³/g

孔洞體積 (<100 Å)

孔洞體積 (>100 Å)

Raw Powder 0.09 10.5 0.024 0.02 0.005

CaO-Fresh 0.23 18.9 0.098 0.023 0.075

CaO-DH-1

cycle 0.23 17.5 0.077 0.023 0.054

CaO-DH-15

cycles 0.17 9.8 0.042 0.01 0.032

CaO-reactivated 0.23 24.9 0.088 0.03 0.056

CaAl-Fresh 0.23 14.5 0.09 0.015 0.075

CaAl-DH-1

cycle 0.23 21.1 0.083 0.03 0.054

CaAl-DH-15

cycles 0.17 9.5 0.042 0.01 0.032

圖4-24 比表面積與吸附量之關係圖    

圖4-25 總孔洞體積與吸附容量之關係圖  

Pore Volume (cm³/g)

0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 CO2 Capture Capacity (mg CO2/g sorbent)

0 50 100 150 200 250

圖4-26 孔洞體積與吸附量之關係圖(孔徑<100 Å)    

圖4-27 孔洞體積與吸附量之關係圖(孔徑>100 Å)  

圖 4-28(a) 氧化鈣燒結前之 SEM 照相圖  

圖4-28(b) 氧化鈣燒結後之 SEM 照相圖