第三章 實驗設備與方法 3-1 研究流程圖
2. 超臨界狀態
鈣矽石(<44μm)，在反應壓力1250psig及1650psig超臨界壓力狀態條件下，在不 同反應溫度(40oC、60oC、90oC、120oC、150oC)條件下進行探討CO2之碳酸化結果，
由500oC至850oC之TGA分析之重量損失可計算CO2轉換率。壓力1250psig及1650psig 之轉換率比較如圖 4-9 所示。由結果發現反應溫度低於90oC時，反應壓力1650psig 之轉換率皆大於反應壓力1250psig，但溫度大於90oC時反應壓力1250psig反應速率增 加在溫度120oC時轉換率達到最高；反之，反應壓力1650psig在90o轉換率達到最高，
而後，轉換率隨溫度增高而下降。在礦石碳酸化法反應中，礦石溶出離子之速率為 其轉化率控制步驟，根據林 (2001) 探討矽酸鹽類礦石之溶解，礦石溶解速率會隨 溫度上升而增加，且固定溫度下，溶解度隨氫離子之濃度增加而變快。
比較未達超臨界狀態與超臨界狀態之CO2之轉換率，結果顯示未達超臨界狀態
4-13
之轉換率是隨溫度升高而增加，達超臨界狀態在1250psig壓力下在90oC溫度達到最 佳轉換率，但在增加其溫度其轉換率隨著下降。在1650psig壓力下，溫度為120oC達 到最佳轉換率，但在增加其溫度其轉換率隨著下降。
20 . 0 40 . 0 60 . 0 80 . 0 1 00 . 0
0 30 6 0 9 0 1 2 0 1 50 1 80
T em p er atu re [oC ]
Conversion[%]
Figure 4-8. Influence of pressure and temperature on the carbonation conversion of wollastonite.
Carbonation conditions：t=2h；particle size<44µm；L/S=10g/g
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
0 3 0 60 9 0 1 2 0 15 0 1 8 0
T e m p e ra tu re [oC ]
Conversion(%)
Figure 4-9. Influence of pressure and temperature on the carbonation conversion of wollastonite.
Carbonation conditions：t=2h；particle size<44µm；L/S=10g/g
■：850 psig
▲：650 psig
■：1650 psig
▲：1250 psig
4-2-4 粒徑大小效應 [Particle Size Effect]
鈣矽石(<44μm及88~125μm)，在反應壓力850 psig、反應溫度40oC、60oC、
90oC、120oC、150oC條件下進行探討，由500oC至850oC之TGA分析之重量損失可計
Temperature [oC]
Conversion[%]
Figure 4-10. Influence of particle size on the carbonation conversion of wollastonite.(Carbonation conditions ：P=850psig；T=150oC ；t=2h ； L/S=10g/g.)
4-2-5 攪拌速率效應 [Stirring Rate Effect]
■：<44μm
▲：88~125μm
4-15
鈣矽石(<44μm)，在反應壓力850psig、反應溫度150oC條件下，反應時間2小時，
改變其攪拌速率分別為0[不轉]、35、50。由500oC至850oC之TGA重量損失可計算轉 換率。不同攪拌速率下之轉換率比較如圖 4-11 所示。由結果顯示三者轉換率差異 並不大，卓 (2000)研究發現攪拌速率矽酸鹽礦物溶解速率之影響很小。再發現轉速 功率0與轉速功率35其轉換率相差有10%左右，但轉速功率35與轉速功率50轉換率約 差5%，推測此反應系統在低攪拌速率下，不管是處於固液相或者是氣液相的邊界層 [boundary layer]變為決定反應速率的主要因子(例：鈣離子由鈣矽石溶出至純水中 時)。
0 20 40 60 80 100
0 10 20 30 40 50
Stirring power
Conversion[%]
Figure 4-11. Influence of stirring power on the carbonation conversion of wollastonite.(Carbonation conditions ：P=850psig；T=150oC ；t=2h ； particle size<44µm；L/S=10g/g.)
4-2-6 液固比大小效應 [Liquid to Solid Ratio Effect]
鈣矽石(<44μm)，在反應壓力850 psig、反應溫度150oC條件下，反應時間2小時，
改變其液固比分別為5 g/g、10 g/g、20 g/g。由500oC至850oC之TGA分析之重量損失 可計算CO2轉換率。不同液固比下之轉換率比較如圖 4-12 所示。由圖結果可顯示，
液固比對於轉換率的影響甚低，並不會因為液固比的增加使的轉換率增加，推測增 加超純水比例並不會增加鈣離子溶出速率，故轉換率也不會因此而升高，相同的情 形亦出現在下列研究報告中(Huijgen et al. 2006)。
0
Figure 4-12. Influence of liquid to solid ratio on the carbonation conversion of wollastonite.(Carbonation conditions ：P=850psig；T=150oC ；t=2h ； particle size<44µm.)
4-2-7 漿液成份改變 [Slurry Composition Effect]
鈣矽石(<44μm)，在反應壓力850 psig、反應時間2小時，改變其漿液成分，將 原本使用之去離子水，改為NaHCO3(1M)，並在不同溫度下進行碳酸化反應，由500oC 至850oC之TGA分析之重量損失可計算CO2轉換率，其CO2轉換率由圖 4-13 所示。
O `Conner et al. (2001) 以 橄 欖 石 及 蛇 紋 石 為 實 驗 試 樣 ， 在 不 同 組 成 之 溶 液 (NaHCO3/NaCl)在超臨界二氧化碳下進行碳酸化反應，反應方程式如下：
性環境(碳酸化效果：鹼性>酸性(O `Conner et al. (2000))，而NaCl可提供Cl-，可加速 Mg2+由鎂矽酸鹽礦石溶出速率，離子溶出速率為碳酸化反應速率之決定步驟。由以 上研究成果延伸，為探討漿液改質若應用於含鈣矽酸鹽礦石是否可改善其轉換率，這是吾人所必須了解，由圖 4-13 結果顯示，使用1M之NaHCO3漿液組成其轉換率 皆低於使用去離子水為漿液組成之轉換率，故含鈣矽酸鹽礦石使用改質漿液組成並 不會改善其CO2轉換率。
4-17
20.0 40.0 60.0 80.0 100.0
0 30 60 90 120 150 180
T emp erature [oC]
Conversion[%]
Figure 4-13. Influence of slurry composition on the carbonation conversion of wollastonite.(Carbonation conditions ：P=850psig；T=150oC ；t=2h ； particle size<44µm.)
■：distilled water
▲：1M NaHCO3
4-2-8 鈣矽比與漿液組成效應[Ca/Si Ratio and Slurry Composition Effect]
可發現鈣矽石漿液組成為NaHCO3時確實降低了轉換率，經過加入0.1M HCl後 似乎改善了此抑制現象，轉換率有回升的情形，但整體還是比用水的轉換率來的低。