臺灣博碩士論文加值系統

稻米為台灣最重要的糧食作物、所產生的農業廢棄物-稻草，往往採取露天燃燒的方式處理，最常發生農業廢棄物燃燒事件為農作物收割季節，隨意的燃燒或棄置會造成環境及公共安全衛生等問題。
本研究旨在開發稻草之資源化技術，研究目標為改質製備染料吸附劑，以期能擴展稻草之再利用方式、進而促進稻草資源化用途。
由於稻草含有大量纖維及其他有機化合物，藉由在氮氣氣氛下熱裂解後，熱解殘渣成為活性碳有可能做為染料之吸附劑以降低水中色度。實驗探討不同粒徑大小、不同熱解溫度、不同熱解時間等條件，並利用所製備之活性碳以不同振盪時間、不同溫度來吸附不同濃度之陽離子性染料亞甲基藍(Methylene Blue，MB)溶液。
當MB濃度為300mg/L、C樣品重量0.4g、振盪速度150rpm時，可將溶液中的MB染料吸附移除約74.35%。經由等溫吸附實驗結果符合Langmuir equation，動力學實驗結果符合pseudo-second-order模型，計算所得之最大吸附量為37.31mg/g，其吸附活化能則為96.40 kJ/mol。

Rice is the most important crop in Taiwan. The derived agricultural waste –straw will cause the environment pollution such as smog, tiny particle and solid waste if it is burned or dumped in field. The aim of this study is to develop the recycling technology of straw. It is expected that the waste straw can be recycled by innovative type such as dye adsorbent, and the produce can increase the recycling value to solve another environment issue. Owing to straw is composed of fiber and organic conponent, it might be decomposed with pyrosis method to get syhthetic activated carbon derived fram pyrosis residue.
In followed experiments, particle size, pyrosis temperature, pyrosis time were discussed to get the activated carbon, and the synthetic carbon was mixed with Methylene Blue(MB, cationic dye) solution to discuss the adsorption behavior. The dye can he removed 74.35% , when 300mg/L MB solution was shaken at Oscillation rate 150rpm.The adsorption results were analyzed with langmuir and pseudo- second-order model, the maximum value of MB adsorption is 37.31mg/g. Adsorption activation energy 96.40 kJ/mol.

誌謝
中文摘要…..…………………………………………………………. I
ABSTRACT…..……………………………………………………... II
目錄………..……………………………………………………….. III
表目錄…..………………………………………………………….. VI
圖目錄……..……………………………...…………………….... VIII

第一章 緒論
1-1 研究背景..…………………………………………………. 1
1-2 研究動機..…………………………………………………. 8
1-3 研究目的..………………………………………………... 12
1-4 研究架構..………………………………………………... 13

第二章 理論基礎
2-1 活性碳……………………………………………………. 15
2-1-1 活性碳結構與特性………………………………. 16
2-1-2 活性碳吸附機制與再生程序………….…..…….. 17
2-2 熱解技術.…………………..………….………..………... 23
2-3 活性碳吸附特性..……………...…………….…….…….. 25
2-4 恆溫吸附………………..………………………............... 27
2-5 吸附動力學……………...……………………….............. 30

第三章 研究方法
3-1 實驗材料樣品、藥品、氣體及設備………………….... 32
3-1-1 樣品來源及成分分析..………………..………..... 32
3-1-2 實驗藥品…………………………....……………. 35
3-1-3 實驗氣體………………….……………..….…..... 36
3-1-4 實驗設備………………….……………..….…...... 36
3-2 XRF分析..………………………………………………... 38
3-3 火焰式原子吸收光譜儀分析.....…………………...……. 39
3-4 熱差分析..…………………………………………....…... 40
3-5 XRD分析..……………………………………...……...… 40
3-6 SEM影像分析………………….....………………...…… 41
3-7 BET分析..…………………………………...…..……….. 42
3-8 熱解實驗………………..……………..…………………. 43
3-9 染料吸附實驗…………...……………...……………..…. 44
3-9-1 染料特性分析……………………………………. 45
3-9-2 檢量線製作…………………………………...….. 46
3-10 等溫吸附實驗……………………………………..…..... 46
3-11 吸附動力學實驗……………………………………..…. 48
3-12 吸附活化能……………………………………………... 48

第四章 結果與討論
4-1 樣品特性分析..………………………………………....... 50
4-2 熱差分析…………………………………………...…..… 51
4-3 XRD分析…………………….………..…………………. 53
4-4 SEM影像分析…………………………………...………. 54
4-5 BET分析..……………………..……………………......... 56
4-6 熱解實驗..…………………………………………..……. 58
4-7 染料吸附實驗..………………………………….……..… 60
4-8 等溫吸附實驗……………………………………......…... 62
4-9 吸附動力學實驗……………………………………..…... 65

第五章 結論與建議
5-1 結論 ………………………………………………...…… 69
5-2 建議 ……………………………………………...…….... 70

參考文獻 ………………………………………………………….. 71

表目錄
表 1-1 2011年到2015年近五年平均全國耕作面積(公頃)……. 1
表 1-2 2011年到2015年近五年平均稻穀收成與預估稻草數量 2
表 1-3 露天燃燒相關法則……………………..…………………. 4
表 2-1 數種商業活性碳的表面積………..………...…………… 17
表 3-1 藥品規格表……………………..………………………... 35
表 3-2 氣體規格表……………..……..…………………………. 36
表 3-3 實驗儀器之廠牌規格表……………..…………………... 37
表 4-1 三成分分析表..………………………………………...… 50
表 4-2 揮發份分析表..…………………………….…………..… 50
表 4-3 XRF元素成分分析表..…………….………………..…… 50
表 4-4 AAS成分分析表..………………………………..……… 51
表 4-5 BET分析…………………...………………..…………… 57
表 4-6 600℃熱解不同持溫時間之重量損失率結果(%)…....…. 59
表 4-7 700℃熱解不同持溫時間之重量損失率結果(%)………. 59
表 4-8 800℃熱解不同持溫時間之重量損失率結果(%)………. 60
表 4-9 濃度50mg/L振盪時間10、30及60min分鐘吸附結果…. 61
表 4-10 濃度100mg/L振盪時間10、30及60min分鐘吸附結果. 61
表 4-11 濃度200mg/L振盪時間10、30及60min分鐘吸附結果. 62
表 4-12 濃度300mg/L振盪時間10、30及60min分鐘吸附結果. 62
表 4-13 不同染料初濃度之吸附結果…………………………... 63
表 4-14 Langmuir 和 Freundlich 檢驗結果………………….... 64
表 4-15 MB吸附動力學實驗結果………………………..…….. 66

圖目錄
圖 1-1 木質纖維素結構圖…………………...…………..……… 11
圖 1-2 實驗架構流程圖………………………………..….……. 14
圖 2-1 活性碳微結構示意圖……………….………..…………. 16
圖 2-2 活性碳表面可能含氧官能基分佈示意圖…..………….. 19
圖 2-3 活性碳表面可能含氧酸性官能基…………..……..…… 20
圖 2-4 活性碳表面可能含氧鹼性官能基…………..………….. 21
圖 2-5 高分子物質碳化過程中分子結構的變化……..……..… 24
圖 2-6 水體在活性碳表面擴散吸附路徑………………..….…. 26
圖 2-7 微孔之分子篩觀念…………..…………………..……… 27
圖 3-1 稻草初步處理過程流程圖……………………..……….. 32
圖 3-2 亞甲基藍(Methylene Blue，MB)化學結構式…………… 36
圖 3-3 高性能微聚焦X射線螢光光譜儀………..…………….. 38
圖 3-4 火焰式原子吸收光譜儀…………………..…………….. 39
圖 3-5 熱重/熱差分析儀………………………..………………. 40
圖 3-6 X-ray繞射儀………………………….…………………. 41
圖 3-7 掃描式電子顯微鏡……………………..……………….. 42
圖 3-8 比表面積及孔徑分佈測定儀………..………………….. 43
圖 3-9 管狀高溫爐………………………………………..…….. 44
圖 3-10 往復式振盪水槽………………………………..……… 44
圖 3-11 分光光度計DR-3900…………………………..………. 45
圖 3-12 離子性染料檢量線圖………………………..………… 46
圖 4-1 樣品A、B及C使用空氣戴體之熱差分析結果…..…….. 51
圖 4-2 樣品A、B及C使用氮氣戴體之熱差分析結果………… 52
圖 4-3 A、B及C樣品XRD分析………………….…………….. 53
圖 4-4 A樣品600℃持溫1小後 SEM影像分析……………… 54
圖 4-5 B樣品600℃持溫1小後 SEM影像分析….…………… 55
圖 4-6 C樣品600℃持溫1小後 SEM影像分析.……………… 56
圖 4-7 A樣品BET吸附脫附圖…………………..…………....... 57
圖 4-8 B樣品BET吸附脫附圖………………..……………...… 58
圖 4-9 C樣品BET吸附脫附圖……………..………………...… 58
圖 4-10 C樣品MB平衡吸附實驗………………..…………...... 63
圖 4-11 Langmuir 檢驗結果………………..……….......……… 64
圖 4-12 Freundlich 檢驗結果……………………..……...…..… 65
圖 4-13 C樣品300mg/L溫度30、45及60℃之吸附結果…….... 66
圖 4-14 pseudo-first-order 檢驗結果………………………...…. 67
圖 4-15 pseudo-second-order 檢驗結果…………………...…… 67
圖 4-16 稻草自製活性碳吸附MB之活化能檢驗結果….…...… 68

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