臺灣博碩士論文加值系統

本研究以熱重分析法探討在低溫（45∼80℃）、潤濕（6∼90﹪RH）條件下，碳酸鉀、碳酸鈉、氫氧化鉀和氫氧化鈉等鹼性物質負載於活性碳上吸收二氧化碳的能力和其反應動力學。吸收劑以臨界沾濕法含浸後製備而成。
碳酸鉀在45、60和80℃時之潮解相對溼度（DRH）分別為44、52和59﹪RH，碳酸鈉為84、87和91﹪RH，氫氧化鉀為13、16和20﹪RH，氫氧化鈉為16、19和23﹪RH。四者之DRH值皆隨溫度上升而提高。
活性碳上之碳酸鉀、碳酸鈉、氫氧化鉀和氫氧化鈉，其負載率分別約小於20.8 wt﹪、15.2wt﹪、23.8 wt﹪和36.2 wt﹪時，其初始轉化速率隨負載率增加而變化不大；但當負載率超過該臨界值時，前二者之轉化速率呈現遞減，後二者則突增。
吸收劑在超過其潮解相對溼度的條件下，與二氧化碳反應，鹼性物質可完全轉化為碳酸氫鹽，反應隨相對溼度和溫度之增高而加快，其反應動力學可用一階反應模式來描述。而在未達其潮解相對溼度的條件下，鹼性物質無法完全轉化，其反應動力學可用表面覆蓋模式來描述。
氫氧化鉀較氫氧化鈉、碳酸鉀和碳酸鈉更適合用來負載於活性碳上以吸收二氧化碳。

A thermogravimetric technique was applied to evaluate the CO2 absorption capacities of K2CO3, Na2CO3, KOH and NaOH supported on activated carbon and to study their reaction kinetics under low temperature（45∼80℃） and humid（6∼90﹪RH） conditions. The sorbents were prepared by incipient wetting impregnation method.
The deliquescence relative humidities（DRHs） were measured to be 44, 52 and 59﹪RH at 45, 60 and 80℃, respectively, for K2CO3; 84, 87 and 91﹪RH for Na2CO3; 13, 16 and 20﹪RH for KOH; 16, 19 and 23﹪RH for NaOH. The DRHs of these materials became higher as the temperature increased.
When the weight fractions of K2CO3, Na2CO3, KOH and NaOH in the respective sorbents were less than 20.8, 15.2, 23.8 and 36.2﹪, the initial conversion rate of the alkaline material was almost independent of its weight fraction. However, when the weight fraction of the alkaline material exceeded the foregoing value, its initial conversion rate decreased（for the cases of K2CO3 and Na2CO3） or increased（for the cases of KOH and NaOH） with increasing weight fraction.
When a sorbent reacted with carbon dioxide at RHs higher than its DRH, the alkaline material could be converted completely to bicarbonate. The reaction became faster as the RH or temperature increased. The reaction kinetics of the sorbent can be well described by the first order reaction model. On the other hand, when a sorbent reacted at RHs lower than its DRH, the alkaline material could not be converted completely. In such case, the reaction kinetics of the sorbent could be well described by the surface coverage model.
KOH is better than NaOH, K2CO3 and Na2CO3 for being supported on activated carbon to absorb CO2.

摘要……………………………………………………………………………I
Abstract……………………………………………………………………III
符號說明………………………………………………………………………V
圖表索引……………………………………………………………………VIII
第一章 緒論……………………………………………………………………1
第二章 文獻回顧………………………………………………………………6
2-1 潮解現象與潮解相對溼度……………………………………………6
2-2 碳酸鉀、碳酸鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈉及活性碳簡介……………8
2-3 碳酸鹽、碳酸鹽/活性碳吸收二氧化碳……………………………11
2-4 鹼性物質/活性碳吸收硫化氫、甲硫醇……………………………14
2-5 臨界沾濕法…………………………………………………………15
第三章 實驗方法……………………………………………………………17
3-1 試藥來源……………………………………………………………17
3-2 吸收劑製備…………………………………………………………18
3-3 物性及成分分析……………………………………………………20
3-4 熱重分析儀反應裝置………………………………………………22
3-5 實驗條件與步驟……………………………………………………27
第四章 結果與討論…………………………………………………………38
4-1 吸收劑負載率………………………………………………………38
4-2 物性及成分分析……………………………………………………47
4-3 潮解相對溼度與吸收劑水吸附量測定……………………………85
4-4 碳酸鉀/活性碳與二氧化碳之反應…………………………………94
4-5 碳酸鈉/活性碳與二氧化碳之反應………………………………104
4-6 氫氧化鉀/活性碳與二氧化碳之反應……………………………114
4-7 氫氧化鈉/活性碳與二氧化碳之反應……………………………126
4-8 鹼性物質/活性碳與二氧化碳反應之比較………………………137
4-9 反應動力學模式……………………………………………………143
第五章 結論…………………………………………………………………180
參考文獻……………………………………………………………………182
附錄…………………………………………………………………………185

Chiang, H. L.; Tsai, J. H.; Tsai, C. L.; Hsu, Y. C., Adsorption Characteristics of Alkaline Activated Carbon Exemplified by Water Vapor, H2S, and CH3SH Gas, Sep. Sci. Technol., vol. 35(6), 903-918, 2000.
Dean, J. A., Lange''s Handbook of Chemistry, 1987.
Hannson, H. C.; Rood, M. J.; Koloutsou-Vakaki S.; Orsini D.; Wiedensohler A., NaCl Aerosol Particle Hygroscopicity Dependence on Mixing with Organic Compounds, J. Atmos. Chem., vol. 31(3), 321 Nov., 1998.
Hayashi, H.; Hirano, S.; Shigemoto, N.; Yamada, S., Characterization of
Potassium Carbonate Supported on Porous Materials and the Application to the Recovery of Carbon Dioxide from Flue Gases under Moist Conditions. Nippon Kagaku Kaishi, vol. 12, 1006, 1995.
Hayashi, H.; Taniuchi, J.; Furuyashiki, N.; Sugiyama, S.; Hirano, S.;
Shigemoto, N.; Nonaka, T., Efficient Recovery of Carbon Dioxide from Flue Gases of Coal-Fired Power Plants by Cyclic Fixed-Bed Operations over K2CO3-on-Carbon. Ind. Eng. Chem. Res., vol. 37, 185, 1998.
Hirano, S.; Shigemoto, N.; Yamada, S.; Hayashi, H., Cyclic Fixed-Bed
Operations over K2CO3-on-Carbon for the Recovery of Carbon Dioxide under Moist Conditions. Bull. Chem. Soc. Jpn., vol. 68, 1030,1995.
International Center for Diffraction Data - JCPDS (CD-ROM), 1997
IUPAC Reporting Physisorption Data for Gas/Solid Systems with Special Reference to the Determination of Surface Area and Porosity. Pure Appl. Chem., vol. 57, 603-619, 1985.
Lide, D. R., CRC Handbook of Chemistry and Physics, 83th ed., 2003.
Linke, W. F., Solubilities of Inorganic and Metal Organic Compounds, 4th ed., vol. 1&2, 1965.
Seinfeld, J. H.; Pandis, S. N., Atmospheric Chemistry and Physics of Air Pollution, 1986.
Sharonov V. E.; Tyshchishchin E. A.; Moroz E. M.; Okunev A. G.; Aristov Yu. I., Sorption of CO2 from Humid Gases on Potassium Carbonate Supported by Porous Matrix. Russian Journal of Applied Chemistry., vol. 74, 409, 2001.
Shih, S. M.; Ho, C. S.; Song, Y. S.; Lin, J. P., Kinetics of the Reaction of Ca(OH)2 with CO2 at Low Temperature. Ind. Eng. Chem. Res., vol. 38, 1316, 1999.
Sircar, S.; Golden, T. C.; Rao, M. B., Activated Carbon For Gas Separation
and Storage. Carbon., vol. 34(1), 1, 1996.
Szekely, J.; Evans, J. W.; Sohn, H. Y. Gas-Solid Reaction. Academic Press, New York, 1976.
Wu, Y. L.; Shih, S. M. Intrinsic Kinetics of the Thermal Decomposition of Sodium Bicarbonate, Thermochimca Acta, vol. 223, 177, 1993.
台灣開廣-特用化學品事業處網頁（2001）
朱恆模, “氫氧化鈣與二氧化硫反應之動力學研究” , 碩士論文, 國立台灣大學, 台北, 台灣（1995）。
李忠達, “氫氧化鈣與二氧化碳反應之動力學研究”, 碩士論文, 國立台灣大學, 台北, 台灣（1996）。
林東延, “二氧化碳與固體吸收劑低溫反應動力學研究”, 碩士論文, 國立台灣大學, 台北, 台灣（2001）。
林致安, “新式非氧化物載體Pt觸媒應用於揮發性有機氣體深度氧化”,博士論文, 國立台灣大學, 台北, 台灣（2002）。
林武煌, “地球大氣之二氧化碳濃度與氣溫變化”, 臺電工程月刊, 第527期, 第23頁（1992）。
李岳陽, “碳酸鉀負載於活性碳與矽酸鈣吸收二氧化碳之研究”, 碩士論文, 國立台灣大學, 台北, 台灣（2002）。
陳茂松, “利用O2/CO2燃燒的CO2回收型燃煤發電系統”, 臺電工程月刊, 第548期, 第31頁（1993）。
張泰元, “VOC在疏水性載體Pt的深度氧化反應”, 碩士論文, 國立台灣大學, 台北, 台灣（1997）。
許晃雄, “人為的全球暖化與氣候變遷”, The 4th International Conference of Atmospheric Action Network East Asia, Taipei（1998）。
藍啟仁, “二氧化碳的利用與相關化學處理技術發展的現況”, 臺電工程月刊, 第572期, 第42頁（1996）。