沸石為擔體之吸附劑製備及其應用

2.3.1 金屬觸媒與擔體

吸附劑中一般包含擔體與金屬觸媒兩部分，擔體必須具備高的孔 隙度與高耐熱性(有高的比表面積及合適的機械強度)來分散金屬觸 媒、增加熱穩定度及觸媒使用時效，如氧化鋁、沸石等；金屬觸媒又 稱活性相，必須具備足夠的擴散狀態以產生高的比表面積與最大的活 性[25]。可以跟污染物有效反應的活性相與特性良好的擔體結合所製 成的吸附劑，方能高效率及維持長時間地去除污染物氣體。

2.3.2 擔體結合金屬觸媒之製備方法

一般吸附劑之金屬觸媒與擔體結合的方法包括含浸法與共沈澱 法[10,25,31]。含浸法為本研究之重點，將這些方法分述如下，並將 其優缺點比較列於表2-6 中。

(1) 含浸法(impregnation method):

含浸法是製造觸媒最簡單的方法。其必要程序為將擔體與定量 的金屬前驅物溶液接觸，再經過熟化、乾燥與鍛燒[25]。硝酸鹽、碳 酸鹽及醋酸鹽是較常使用的金屬前驅物鹽類。一般來說，含浸觸媒方 法可以區分為兩種，其中之一是直接將擔體浸入大量溶液中，經攪拌 讓金屬均勻分散於擔體內，稱為濕式含浸法(wet impregnation)。另一 種方法，稱為乾式含浸法(dry impregnation)或初濕含浸法

(impregnation to incipient wetness)，則是將相當於或稍少於擔體總孔

洞體積之適當濃度的溶液，以噴灑的方式，潤濕欲含浸之擔體[10,31]。

離子交換法與溼式含浸法相類似，若要清楚區分，離子交換法可 以說是強調在其製備過程中有離子置換作用。另外就以金屬披覆在擔 體上的量來比較，一般來說，離子交換法的披覆量較少。

(2) 共沈澱法(coprecipitation method)

將各種化合物溶液藉由攪拌混和均勻，使金屬鹽類與擔體接觸而 產生不溶性的金屬氫氧化物或金屬碳酸物，再經由加熱過程，轉為氧 化物[25,31]。一般來說，以硝酸鹽類或有機化合物(如甲酸鹽或草酸 鹽)作為金屬前驅物是比較好的選擇，且避免使用會還原成硫化物(金 屬毒化物)的硫酸鹽，然而，甲酸或草酸鹽因為比較昂貴且在鍛燒過 程中較不易完全分解，而硝酸鹽類比較便宜且特別溶於水，因此硝酸 鹽是最常被使用的鹽類[25]。

由上述兩種方法形成不溶性的金屬鹽後，一般還要經過過濾、水 洗、乾燥、鍛燒等步驟。過濾及水洗是為了去除擔體外多餘的前驅物 溶液，乾燥是為了去除金屬鹽上多餘的水分，而鍛燒則是為了將金屬 前驅物轉化成金屬氧化物，同時去除不必要的雜質[31]。

2.3.3 以沸石為擔體吸附氣體之金屬觸媒種類及其在污染氣體去除

文獻中較常用來與沸石結合的金屬觸媒之元素包括: Mn、Fe、

Co、Ni、Cu、Zn、Ag 等。其製備方法與欲處理之氣體種類整理於下 表2-7。在整理此表的過程中發現，沸石擔體與金屬觸媒結合的方法 大多採用含浸法或離子交換法，且此類文獻探討的主題常比較不同種

表2-6 擔體結合金屬觸媒的製備方法之優缺點比較 [10,25,31]

2. 即使以多重含浸法(multiple impregnation)製備觸媒，難

類的沸石擔體或金屬觸媒對氣體的去除率或吸附容量的關係[22,23, 32,33]；或探討金屬觸媒披附量的多寡(一般與沸石矽鋁比、有無重複 製備或不同製備方法有關)對氣體吸附或氧化效能的影響[22,34]；另 外，亦有針對不同的吸附劑製備程序，如製備方法、攪拌溫度[33]等 來做比較。如果研究中有涉及到高溫氧化過程來去除氣體，則往往會 以氧化所需的溫度來比較金屬氧化觸媒的活性[22,23]。

2.3.4 影響沸石吸附效能之因素

Lee et al. [35]在天然沸石吸附一氧化碳的研究中指出，沸石吸附 能力的強弱與沸石的孔隙分佈、陽離子的種類與沸石的成份有關。

另外，顏[11]探討實驗參數中影響沸石吸附效能的因素，包括吸 附劑的顆粒大小、進流濃度以及沸石本身特性之影響(如矽鋁比、比 表面積、微孔比例、孔隙直徑等等)。研究結果發現，粉末吸附劑因 較能均勻吸附住吸附質，故其吸附能力比顆粒吸附劑為佳；入流濃度 愈高，單位吸附劑的平衡吸附量愈高，如當入流濃度為1000ppm 及 100ppm 時，Y 沸石對甲苯的飽和吸附量分別為 127.3mg/g 及

43.77mg/g；矽鋁比愈高的沸石，因為較不受水氣影響，導致吸附容 量較大。