電石渣與碳酸鈉的比表面積測定

表 4. 21 電石渣與碳酸鈉比表面積測量

藥品 電石渣

（600℃煅燒 4 小時）

碳酸鈉 未煅燒 BET（m²/g） 13.2823 0.4595

BET（m²/g）：比表面積

已知固體反應速率與表面積大小有關，表面積越大或顆粒越小者，反應速率 越快，為了比較電石渣與碳酸鈉的差異，因此將煅燒後的電石渣與碳酸鈉進行

BET 的測定，測定結果如表 4. 21。從數據上來看電石渣的比表面積是碳酸鈉的 近 29 倍之多，以肉眼觀察顆粒大小也可觀察出碳酸鈉的顆粒明顯比電石渣來的 大。從最佳化條件當中來比較也可以看出電石渣只需要 1％的催化劑添加，而碳 酸鈉則需要較多的 4％添加才能達到最佳化。

4-5-2-1 電石渣 X-ray 粉末繞射儀分析

電石渣主要成分是氫氧化鈣 Ca(OH)2（大約佔 85～95％），另外含有碳酸鈣

CaCO₃（大約佔 1～10％）經過煅燒後會有些許變化，因此利用 XRD 來觀察電石 渣煅燒過程的變化。將室溫、130℃、300℃、600℃、900℃各種處理溫度的電石 渣測量出的 XRD 記錄如下圖 4. 21：

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JCPD 84-1270 Ca(OH)2

JCPD 77-2376 CaO

○：Ca(OH)₂

●：CaO

圖 4. 21 電石渣之 XRD 特徵峰

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由圖 4. 21 電石渣之 XRD 特徵峰來看，當煅燒溫度未達 600℃之前電石渣並 無明顯變化，但是達到 600℃時，已經由原本的氫氧化鈣轉變成氧化鈣，因此經 過 600℃煅燒過後的電石渣轉酯率明顯高於未煅燒、130℃、300℃處理的電石渣。

4-5-2-2 碳酸鈉 X-ray 粉末繞射儀分析

因本研究中碳酸鈉為市售無水碳酸鈉，且進行轉酯化反應催化的碳酸鈉並無 煅燒，因此只針對市售碳酸鈉作 XRD 檢測。

圖 4. 22 碳酸鈉之 XRD 特徵峰

0 100 200 300 400 500 600 700 800

0 10 20 30 40 50 60 70 80

2Θ

JCPD86-0300 Na₂CO₃

●：Na₂CO₃

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由圖 4. 22 可以看出市售碳酸鈉與資料庫比對的結果並沒很大出入。

4-5-3-1 電石渣以掃描式電子顯微鏡與能量散射光譜儀分析（SEM-EDS）

將電石渣作 SEM-EDS 分析可以得到表面構造，也可得知顆粒及孔徑的大小、

形狀，以及主要的組成元素。

圖 4. 23 以 600℃煅燒 4 小時電石渣 SEM 圖

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表 4. 22 以 600℃煅燒 4 小時電石渣元素分析表

Element Weight% Atomic%

C K 5.37 8.61

O K 63.38 76.36

Ca K 31.25 15.03

Totals 100.00

圖 4. 24 以 600℃煅燒 4 小時電石渣 EDS 圖

由圖 4. 23 可知，以 600℃煅燒 4 小時電石渣其結構呈現多孔網狀結構，推測 與製作過程有關，電石與水的反應，會產生乙炔氣和氫氧化鈣，推測孔洞是由乙 炔氣體生成時所製造出來。由圖 4. 24 以及表 4. 22 可知除了氧化鈣之外應該仍有 少量的碳酸鈣的存在。

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另外本研究也針對一般 130℃烘乾的電石渣以及 900℃煅燒的電石渣作了 SEM-EDS 的分析。

圖 4. 25 以 130℃烘乾 2 小時電石渣 SEM 圖

表 4. 23 以 130℃烘乾 2 小時電石渣元素分析表

Element Weight% Atomic%

O K 73.76 87.57

Ca K 26.24 12.43

Totals 100.00

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圖 4. 26 以 130℃烘乾 2 小時電石渣 EDS 圖

由圖 4. 25 與圖 4. 23 來比較，以 600℃煅燒 4 小時的電石渣比 130℃烘乾兩 小時的電石渣多了許多的孔洞，推測是氫氧化鈣轉換成氧化鈣時，因為水氣的生 成，致使空間變多，孔洞也因此變大。

由表 4. 22 與表 4. 23 來看，以 130℃烘乾的電石渣 O： Ca 的比值大約是 7.04，

而 600℃煅燒的電石渣 O： Ca 的比值大約是 5.08，這也可以說明當溫度達到 600℃時，氧的數量有所減少，可以推論氫氧化鈣已經轉變成氧化鈣。

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圖 4. 27 以 900℃煅燒 2 小時電石渣 SEM 圖

表 4. 24 以 900℃烘乾 2 小時電石渣元素分析表

Element Weight% Atomic%

O K 66.41 83.20

Ca K 33.59 16.80

Totals 100.00

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圖 4. 28 以 900℃煅燒 2 小時電石渣 EDS 圖

由圖 4. 27 與圖 4. 23 來比較，以 900℃煅燒 2 小時的電石渣比 600℃煅燒 4 小時的電石渣少了許多的孔洞，形狀也變的比較扁平，推測是在高溫的情況下其 結晶相改變，再從轉酯率的表現來看，900℃的表現不如 600℃極有可能是這個原 因所造成。

由表 4. 22 與表 4. 24 來看，以 900℃煅燒的電石渣 O： Ca 的比值大約是 4.95，

而 600℃煅燒的電石渣 O： Ca 的比值大約是 5.08，推測可能是剩餘的碳酸鈣也 已經轉換成氧化鈣，造成氧原子的量減少。

偏高的含氧量則是與其他雜質（其他氧化物如氧化鐵、氧化鋁、二氧化矽）

有關，因為 900℃高溫還無法將這些物質分解。【49】

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4-5-3-2 碳酸鈉以掃描式電子顯微鏡與能量散射光譜儀分析（SEM-EDS）

將碳酸鈉作 SEM-EDS 分析可以得到表面構造，也可得知顆粒及孔徑的大小、

形狀，以及主要的組成元素。

圖 4. 29 未煅燒碳酸鈉之 SEM 圖

表 4. 25 未煅燒碳酸鈉元素分析表

Element Weight% Atomic%

C K 11.72 16.98

O K 48.93 53.22

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Element Weight% Atomic%

Na K 39.35 29.79

Totals 100.00

圖 4. 30 未煅燒碳酸鈉之 EDS 圖

從圖 4. 29 來看，碳酸鈉的結構屬於較粗的柱狀，孔徑也不大，比起 600℃煅 燒 4 小時的電石渣來說顆粒大很多，因此推測轉酯化反應最佳化條件 4％催化劑 添加，也是因為這個原因造成。

由表 4. 25 來看，Na：C：O 大略為 2：1：3，與碳酸鈉 Na2CO₃是吻合的。

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4-5-4 以電石渣進行熱重分析與熱差微熱分析（TGA＆DTA）

物質以 TGA 進行分析時，可以得到物質在逐漸升溫的過程中，重量的改變

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Temperature (℃)

weight loss(%) dw/dt

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由圖 4. 31 來看，當電石渣由常溫加熱至 1000℃時，出現兩次重量的減少，

第一階段出現在約 380～480℃，第二階段則是從約 640～750℃。第一階段對照 圖 4. 32 是氫氧化鈣失去水轉變成氧化鈣，第二階段對照圖 4. 33 推測是碳酸鈣失 去二氧化碳，同時也改變晶格狀態。【54】

因為未煅燒的碳酸鈉本身已經具有轉酯化反應的催化能力，因此未做 TGA

＆DTA 的分析。

4-5-5 電石渣與碳酸鈉的飽和水溶液 pH 值測定

將電石渣與碳酸鈉配成飽和水溶液，測定其 pH 值，並比較鹼性的強弱，結 果如下表 4. 26：

表 4. 26 電石渣與碳酸鈉飽和水溶液 pH 測定結果

藥品 pH 值

電石渣 13.253

碳酸鈉 12.317

由表 4. 26 可以看出煅燒後的電石渣鹼性比碳酸鈉來的高，因此推測在轉酯 化反應中做為催化劑時，電石渣只需要 1％的催化劑添加，而碳酸鈉需要到 4％

的添加，與此原因有關。

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