崑山科技大學 99年度 國科會科教處節能減碳教育計畫
創意能源科技專題製作課程規劃與推廣計畫101學年度
低耗能吸附材料之研製與應用(二)
甲基丙烯酸改質稻殼應用於吸附巴拉刈
吳進誠，新營高工 電機科主任
，新營高工 電二忠 ，新營高工 電二忠 ，新營高工 電二忠 ，新營高工 電二忠 ，新營高工 電二忠 潘定中，崑山科技大學環境工程系
隨著科技的快速發展，我們對能源的需 求更為強烈。而目前我們仍然使用石油、煤、天 然氣這些石化燃料為主要能源，但近幾年全球暖 化的議題已慢慢被重視，因此石化燃料不管開採 或使用都會產生大量的CO
2、SO
x及NO
x氣體，對環 境造成難已預估的破壞。而且熱門的紀錄片±2℃
中也提到CO
2、SO
x、NO
x氣體會造成嚴重的溫室效 應讓各地氣候產生嚴重的變化而發生災害。而且 石化燃料並非取之不盡、用之不竭，它終有用盡 的一天，因1973 年發生第一次石油危機以來，
我們對石化燃料的枯竭已相當敏感，有許多專家 學者開始紛紛預測石化燃料耗竭之年限。而且近 幾年石化燃料的飆漲不定，更加突顯能源的重要 性。
綜合以上的危機考量(環境汙染、能源 危機)，因此許多學者紛紛積極的開發替代能源，
並且朝著低污染、對環境友善的目標開發潔淨能 源。目前比較看好太陽能，因為太陽能是宇宙中 取之不盡，用之不竭的天然能源。而且太陽能發 電具有使用後不用付電費的特性，利用太陽能來 分解水產氫，其最大優勢在於氫氣燃燒時只產生 水，不產生任何副產物。
吸附等溫線：
吸附等溫線乃是表示平衡 恆溫關係曲線，在研製吸附器時，吸 附等溫線是不可缺少的資料，在吸附 分離的方法上，等溫線更提供選擇的 依據。最常使用之固、液相間的吸附 等溫線有Langmuir、Freundlich等型 之等溫線。
吸附理論 專題簡介
而其吸附量與液體濃度之關係為：
q = V
b/ W ( C
0– C
*)
Langmuir吸附等溫線：
q = βC
*/ (1+αC
*)= q
mαC
*/ (1+αC
*)
Freundlich 吸附等溫線：
q = k × C
* n低耗能吸附材料之研製與應用(二)
甲基丙烯酸改質稻殼應用於吸附巴拉刈
吳進誠，新營高工 電機科主任
林育正，新營高工 電二忠 余展熹，新營高工 電二忠 許庭瑜 ，新營高工 電二忠 羅國瑋，新營高工 電二忠 凃文凱，新營高工 電二忠 潘定中，崑山科技大學環境工程系於
實驗
葯品與設備
稻殼粗糠：嘉義縣，民國98年二期再來米稻作稻殼，永發碾米公司提供，篩選至尺寸為10至40 mesh。
甲基丙烯酸：(Methacrylic Acid，簡稱MAA) 聚合級，Ferak Co.Ltd.。
硫酸亞鐵胺：Ferrous Ammonium Sulfate【FeSO4(NH4)2SO4、6H2O】EP級, Santoku Chem.Co.Ltd.
過氧化氫 ：Hydrogen Peroxide (H2O2 , 35%), GR級, Shimakyu’s Chem. Co. Ltd.
巴拉刈 ：Paraquat , 24%(W/W)水溶液，功力化學股份有限公司提供。
丙酮 ：EP級 , Kojima Chem. Co. Ltd.
氯化氨(Ammonium Chloride，NH4Cl)：EP級，Wako Pure Chem.Ind.Ltd.。
二硫亞磺酸鈉(Sodium Dithionite，Na2S2O4 )：EP級，Hayash Pure Chem.Ind.Ltd.。
儀器設備：
電磁加熱攪拌器： PC-240 , CORNING Co.
恆溫循環水槽： 40公升, 溫度範圍： 室溫至90±0.05℃，FIRSTEK Co.
烘箱： 室溫至150℃, model CH-04,
電動天平 ：0~220g , ±0.1mg , XT-200A, PRECISA Co.
分光光度計：22PC Spectrophotometer，Spectrumlab Co.
稻殼接枝共聚合反應：
取用250ml錐形瓶為反應器，置於電磁加熱攪拌器上，反應溫度控制在70.0 ±1.0℃，磁石轉速為 450rpm。反應開始前，稱取6.00g稻殼，置於錐形瓶內，依序加入右旋糖，硫酸亞鐵胺水溶液 (0.01M)，去離子水，攪拌預浸一小時。
接枝甲基丙烯酸之稻殼，可提供大量負電荷之吸引力，同時這些負電荷皆附著於稻殼上，極易經 由過濾 而與水溶液相分離。水解後之稻殼與甲基丙烯酸共聚合物，在用於巴拉刈之吸附實驗。
巴拉刈之吸附實驗：
吸附實驗取用1000 ml四頸玻璃反應器，中間頸插入攪拌棒，一頸放置取樣管，其他二頸以活 塞塞住，置於恆溫水槽，溫度控制於37.5+0.1℃。
配製固定濃度之甲基紫水溶液1000 ml為吸附實驗之原始溶液，吸附實驗前，加入反應器內，
升溫至吸附溫度，反應器攪拌速率為600 rpm，以避免液層擴散阻力(Liquid film diffusion resistance)，吸附全程時間為2小時。
加入吸附劑前，先取少量水溶液樣品測定吸附前吸光度，並製作濃度與吸光度之檢量線。加 入吸附劑後，固定時間取樣，測定水溶液中波長394nm之吸光度。
結果
為了了解起始劑濃度對共聚合反 應的影響，本專題的實驗固定其 他反應條，改變過氧化氫初濃度，
進行接枝共聚合反應，獲得之共 聚合產物重量列於表1。
表1. 稻殼接枝共聚合反應起始劑 與單體之影響（稻殼6克，0.01M Fe+2＝60g，DX＝12g，70℃）
No. H
2O
2, 35%,g
MAA, g 聚合反應產物
重, g
生成PMAA 重 ,g g-稻殼
T24 7.80 20 9.64 0.617
T26 3.90 20 9.92 0.653
T27 3.90 30 13.01 1.168
T28 3.90 10 8.09 0.348
T30 15.6 20 9.03 0.505
根據共聚合反應的實驗結果，選取T27生成之產物，利用氫氧化鈉 予以水解，促使接枝於稻殼分子上的羧酸基轉換成鈉鹽之型式，作 為自製吸附劑，應用於巴拉刈之吸附實驗。
吸附實驗：
依照吸附實驗步驟，進行純稻殼之吸附實驗，結果換算平衡吸 附量為22.32mg/g-吸附劑。
本專題選用T27共聚合產物作為吸附等溫線實驗使用的吸附劑，
然後改變巴拉刈在水溶液的初濃度自36ppm增加到96ppm，分別進行 吸附實驗。吸附等溫線結果如圖1。
圖1. 稻殼-g-PMAA共聚合物吸附巴拉刈之吸附等溫線
此圖顯示為有利吸附的吸附行為。根據Langmuir吸附模式，計算單 層飽和吸附量為335.8 mg / g-吸附劑，約為純稻殼之15倍，顯示此 一改質過程，能將稻殼對巴拉刈之吸附量增加15倍之多，其效果相 當顯著。
而相關係數r為0.9994，顯示實驗數據具有極高的準確性及可信度。
同時，依據Freundlich吸附模式，計算常數K與n之數值分別為33.17 與0.4887，其相關係數r為0.9914。由此可知，本專題自製之吸附劑 極有潛力應用於毒性有機物質之吸附，並可能進一步應用於以稻殼 為基材之新型巴拉刈之研製，一方面製成固態的巴拉刈藥劑，能確 實避免誤食造成不幸，另一方面，利用回收稻殼資源，播灑於農地 上，可以減少環境的污染。
