第四章 結果與討論
4.3 胺基嫁接前後之孔洞結構變化及對 CO 2 吸附量之影響
4.3 胺基嫁接前後之孔洞結構變化及對 CO2吸附量之影響
圖4-27 為中孔洞材料 MCM-41 及擴孔後之 DS-MCM-TMB(1.5)，
同時以50 wt. % TEPA 加以胺基化後之氮氣吸脫附曲線圖。可觀察出 在胺基化過後，MCM-41 之陡峭曲線段已喪失且曲線變為平緩，代表 其中孔洞結構之毛細濃縮吸附現象已逐漸消失，原因為胺基分子進入 孔洞內部，導致孔洞內較為擁塞，並無剩餘空間供應氮氣進入孔洞內 吸 附 位 置 。 相 較 之 下 ， 孔 洞 大 小 及 孔 洞 體 積 獲 得 擴 張 後 之 DS-MCM-TMB(1.5) ，在胺基化後，雖然其縱軸之氮氣吸附量亦有明 顯下降之狀況，但仍具有陡峭迴圈現象，且迴圈位置仍約落在P/P0=0.8，
顯示其尚有大的孔洞及孔洞體積。
圖4-28 為上述中孔洞材料 MCM-41 及 DS-MCM-TMB(1.5)，以 50 wt. % TEPA 胺基化後之孔徑分布狀況。可明顯觀察出胺基化後 MCM-41 孔徑分佈之波鋒已由原先約 3 nm 的位置，縮減至 2 nm 以下，
進入微孔洞分佈，且非常平緩，而胺基化後DS-MCM-TMB(1.5)之波 峰位置約落在9 nm，仍與未胺基化時大致相同，但兩吸附材之波峰 強度皆大幅下降，原因為大部分孔洞體積已被胺基分子佔滿，此與上 述氮氣吸脫附曲線之結果可相呼應。
Adsorption relative pressure(p/p0)
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Q u a n ti ty ads o rb ed o f N 2 (c m 3 /g S T P)
0 500 1000 1500 2000 2500
TEPA50/MCM-41 MCM-41
TEPA50/DS-MCM-TMB(1.5) DS-MCM-TMB(1.5)
a b c d
圖 4-27 中孔洞材料:含浸比例 50 wt.%之氮氣吸脫附曲線 (a)TEPA50/MCM-41、(b)MCM-41
(c)TEPA50/DS-MCM-TMB(1.5)、(d) DS-MCM-TMB(1.5)
表4-6 即為 MCM-41 及 DS-MCM-TMB(1.5)，以 50 wt. % TEPA 胺基化後之孔洞結構數據。可清楚得知在附載胺基分子後，MCM-41
的比表面積及孔洞體積，分別由1101 降至 153 m2/g 及由 1 降至 0.17 cm3/g，但 DS-MCM-TMB(1.5)由於本身孔洞體積較大，在經胺基化後 仍可剩餘0.34 cm3/g，為 MCM-41 剩餘體積之兩倍大。而比表面積同 樣是大幅下降，估計原因為50 wt.%之 TEPA 為高數量嫁接，若胺基 數量再增多，則容易佔據外表面，造成吸附量下降(Xu et al. 2002)。
另外，由於此處孔洞大小數據為孔徑分布之平均值，因此在波峰強度
pore size (A)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
大幅下降後，相對的原先之眾數位置會產生偏差，導致平均孔徑數值 失真，與眾數位置會較不相符，因此對孔洞大小之影響，僅能參考圖 4-28 中之孔徑分佈圖。
將圖4-29 之二氧化碳吸附量與上述胺基化後孔洞結構變化加以 探討，其中DS-MCM-TMB(1.5)在附載 50 wt.% TEPA 後，吸附量可 達125 mgCO2/g，相較於 TEPA/MCM-41 之 97 mgCO2/g，相差了 28 mgCO2/g，推估原因為大孔洞體積及孔洞利於胺基進入孔洞內部，可 有效均勻的分散胺官能基並容納其中，相較於孔體積較小之吸附材，
即可大幅增加胺基捕獲CO2之吸附位置。也由於 50 wt. %為相當高數 量之胺基含量，若孔洞體積較小，承載上限也較小，則胺官能基之間 易於彼此團聚，相對地大孔洞體積能避免空間分布擁擠或胺基之間團 聚在一起而堵塞孔洞口，造成胺基利用率下降且二氧化碳分子難以傳 輸。
Sample name SBET
a(m2/g) DP(nm) Vpc(cm3/g)
MCM-41 1101 3.0 1.0
TEPA50/MCM-41 153 4.1 0.17
DS-MCM-TMB(1.5) 763 9.6 2.2 TEPA50/DS-MCM-TMB(1.5) 71 11.4 0.34
表4-6 彙整二氧化碳吸附量與孔洞結構之相關性
TEP A/M CM -41
TEP A/D S-M CM -TM B(1 .5)
a d so rp ti o n ca p a cit y (m gC O 2 /g)
0 20 40 60 80 100 120 140
97
125
圖4-29 胺基改質中孔洞材料之二氧化碳吸附量比較
4.4 不同 TEPA 負載量之中孔洞材料表面官能基分析與 CO2吸附測試