臺灣博碩士論文加值系統

摘要
印染廢水水量大、有機污染物含量高、色度深、水質變化快而成為難處理的工業廢水之一。近年來由於化學纖維紡織物的發展和後處理技術進步，使印染廢水中含有大量PVA漿料、反應性染料等利用生化方法難以沉降分解處理污染物。其中尤以反應性染料最難處理，因而尋求高效率、低消耗、價格便宜的印染廢水處理技術，為目前工業界及環保團體急於研究開發的新課題。
本研究擬以(CH3)4NBr、(C2H5)4NBr、sinotex CDB、ablumine 3500、ablumine 1214、C19H42NBr、C21H38NBr等七種四級胺鹽來改質蒙脫石(Montomorillonite)作為吸附劑，針對印染廢水中的反應性染料進行吸附。藉由XRD繞射分析可知，改質後蒙脫石層(001) 面peak明顯向左偏移，係四級胺鹽進入蒙脫石層間擴大層間距，也由熱重分析DTA和TGA分析證實此結果。經由一系列吸附實驗結果顯示，有機改質蒙脫石對反應性染料的吸附效果幾達100%，證明了經過四級胺鹽改質後，蒙脫石層間距擴大，處理反應性染料效果良好。同時也探討了有機改質蒙脫石回收再利用的可能性，以達到降低成本以收高經濟效益。

Abstract
These problems: the great amount of the dye wastewater, high quantity contained of organic waste, deep color and the changes of water quality, have almost become the difficulties of depositing the industrial wastewater. Recent years, because of the development of the chemical spin and weave fiber objects, and the progress of the Neo-treatment skill, the waste dyed water contains great amount of PVA, reactive dye.etc, which are hard to dissolve by using organic methods, especially the reactive dye. Therefore, it becomes the urgent issue that to find out the highly efficient, low consumption, cheap price of solution for industrial field and recycling groups.

This research is assumed to use 7 kinds of quatrnary amines, to change the properties of montomorillonite as absorbent, in order to make absorbing research on the most difficult disposition reactive dye, which contains the discussion of the reactive time, reactive temperature, the changes of quantitative usage of organic Montomorillonite, pH value.etc to see the influence of the absorbent reaction, and to find out the conditions of the best method of disposition of the dye wastewater. By the analysis of the XRD diffraction, after the changes of properties, the peak of the (001) move to left obviously. Therefore, to put the quatrnary amines into montomorillonite made the bigger spaced at interval, which was also analyse to prove the facts by DTA and TGA. After a series of absorbent research, the results reveal that the organic montomorillonite can almost absorb 100%of the dye wastewater, which proves that the interval of montomorillonite became bigger after properties changed by quatrnary amines, and the effect ion of deposition of reactive dye turns out very well. Meanwhile, the possibility of recycling the organic montomorillonite was discussed to reach the condition of the lower capital with highly economic effection.

目錄
摘要…………………………………………………………………....Ⅰ
英文摘要…………………………………………………………….Ⅱ
目錄…………………………………………………………………...Ⅳ
圖表目錄…………………………………………………………….Ⅶ
一、緒論…………………………………………………………….1
1-1前言……………………………………………………………….1
1-2研究動機與內容………………………………………………..2
二、文獻回顧與理論基礎…………………………………….5
2-1文獻回顧…………………………………………………………5
2-2理論基礎…………………………………………………………8
2-2-1蒙脫石的理論構造與應用……………………………………8
2-2-2四級銨鹽……………………………………………………..14
2-2-3反應性染料…………………………………………………..15
2-2-4吸附現象……………………………………………………..15
2-2-5有機黏土的再生……………………………………………...20
三、實驗設備及步驟…………………………………………..25
3-1實驗設備………………………………………………………...25
3-2實驗藥品…………………………………………………………26
3-3實驗步驟…………………………………………………………27
3-3-1進行有機改質蒙脫石實驗……………………………………27
3-3-2吸附實驗……………………………………………………….29
四、結果與討論…………………………………………………..32
4-1利用磁石攪拌器之有機改質蒙脫石之置備與研究……...32
4-2利用磁石攪拌器之吸附實驗…………………………………37
4-2-1最佳反應平衡時間的測定……………………………………37
4-2-2最佳反應溫度之測定…………………………………………38
4-2-3最佳有機改質蒙脫石用量……………………………………39
4-2-4吸附率—最佳pH值的關係………………………………….39
4-2-5吸附等溫線……………………………………………………41
4-3利用高速攪拌器之有機改質蒙脫石之置備與研究……..43
4-4利用高速攪拌器之吸附實驗…………………………………57
4-4-1改質劑用量……………………………………………………57
4-4-2反應平衡時間…………………………………………………60
4-4-3反應溫度………………………………………………………60
4-4-4最佳有機改質蒙脫石用量……………………………………61
4-4-5吸附率—pH值的關係………………………………………..62
4-4-6吸附等溫線……………………………………………………64
4-5有機改質蒙脫石的回收與再生……………………………...66
4-6討論……………………………………………………………….76
4-6-1利用磁石攪拌器改質…………………………………………76
4-6-2使用直立式高速攪拌…………………………………………78
4-6-3比較使用磁石攪拌器與直立式高速攪拌器進行改質器…….84
4-6-4有機改質蒙脫石的回收與再生……………………………….85
五、結論……………………………………………………………..87
六、未來工作……………………………………………………….90
參考文獻……………………………………………………………..91
圖表目錄

圖2-1、(A)氧化矽四面體基本單位(B)氧化矽四面體層結構部份模型……………………………………………………………..22
圖2-2、(A)鋁八面體基本單位(B)鋁八面體層結構之部分模型…….22
圖2-3、蒙脫石結構模型………………………………………………23
圖2-4、蒙脫石單位晶胞示意圖………………………………………24
圖3-1、整體實驗流程圖……………………………………………….28
圖3-2、有機改質蒙脫石實驗流程圖…………………………………29
圖3-3、吸附實驗流程圖……………………………………………….31
圖4-1、經不同濃度(CH3)4NBr改質蒙脫石之X-ray繞射圖……….33
圖4-2、經不同濃度(C2H5)4NBr改質蒙脫石之X-ray繞射圖………33
圖4-3、經不同濃度C19H42NBr改質蒙脫石之X-ray繞射圖……..34
圖4-4、經不同濃度C21H38NBr改質蒙脫石之X-ray繞射圖……….34
圖4-5、添加不同濃度四級胺鹽時層間距d001變化情形…………….35
圖4-6、CPB的TGA和DTA分析圖………………………………….36
圖4-7、添加濃度1.0%CPB的蒙脫石TGA和DTA分析圖………...36
圖4-8、添加濃度1.2%CPB的蒙脫石TGA和DTA分析圖………….37
圖4-9、各有機改質蒙脫石吸附反應性染料對時間的作圖…………38
圖4-10、吸附實驗與溫度的關係……………………………………..39
圖4-11、有機改質蒙脫石對反應性染料的吸附效果與用量關係……40
圖4-12、各有機改質蒙脫石處理反應性染料與pH值的關係………..41
圖4-13、各有機改質蒙脫石對反應性染料的吸附等溫線…………..42
圖4-14、經不同濃度(CH3)4NBr改質蒙脫石之X-ray繞射圖………45
圖4-15、經不同濃度(C2H5)4NBr改質蒙脫石之X-ray繞射圖……..45
圖4-16、不同濃度sinotex CDB改質蒙脫石之X-ray繞射經圖…….46
圖4-17、經不同濃度ablumine 1214改質蒙脫石之X-ray繞射圖….46
圖4-18、經不同濃度ablumine 3500改質蒙脫石之X-ray繞射圖….47
圖4-19、經不同濃度C19H42NBr改質蒙脫石之X-ray繞射圖……..47
圖4-20、經不同濃度CPB改質蒙脫石之X-ray繞射圖……………..48
圖4-21、天然蒙脫石DTA和TGA分析圖…………………………..50
圖4-22、添加1ml ablumine 3500的蒙脫石DTA和TGA分析圖…..50
圖4-23、添加2ml ablumine 3500的蒙脫石DTA和TGA分析圖…..51
圖4-24、添加3ml ablumine 3500的蒙脫石DTA和TGA分析圖…..51
圖4-25、添加4ml ablumine 3500的蒙脫石DTA和TGA分析圖…..52
圖4-26、添加5ml ablumine 3500的蒙脫石DTA和TGA分析圖…..52
圖4-27、添加6ml ablumine 3500的蒙脫石DTA和TGA分析圖…..53
圖4-28、ablumine 3500添加量與熱重損失關係圖……………………53
圖4-29、添加0.2%C19H42NBr的蒙脫石DTA和TGA分析圖…..…..54
圖4-30、添加0.4%C19H42NBr的蒙脫石DTA和TGA分析圖…..…..54
圖4-31、添加0.6%C19H42NBr的蒙脫石DTA和TGA分析圖…..…..55
圖4-32、添加0.8%C19H42NBr的蒙脫石DTA和TGA分析圖………55
圖4-33、添加1.0%C19H42NBr的蒙脫石DTA和TGA分析圖….…...56
圖4-34、添加1.2%C19H42NBr的蒙脫石DTA和TGA分析圖………56
圖4-35、C19H42NBr添加量與熱重損失關係圖……………………….57
圖4-36、sinotex CDB、ablumine 3500、ablumine 1214用量與脫色效果的關係……………………………………………………..59
圖4-37、C21H38NBr、C19H42NBr、(C2H5)4NBr、(CH3)4NBr用量與脫色效果的關係………………………………………………..59
圖4-38、各有機改質蒙脫石吸附反應性染料對時間的作圖…………60
圖4-39、吸附實驗與溫度的關係………………………………………61
圖4-40、各有機改質蒙脫石對反應性染料溶液的吸附效果與用量的關係……………………………………………………………..63
圖4-41、各有機改質蒙脫石處理反應性染料與pH值的關係………64
圖4-42、各有機改質蒙脫石對反應性染料的吸附等溫線…………..66
圖4-43、1ml ablumine 3500改質蒙脫石吸附染料後DTA和TGA分析圖……………………………………………………………..69
圖4-44、2ml ablumine 3500改質蒙脫石吸附染料後DTA和TGA分析圖……………………………………………………………..69
圖4-45、3ml ablumine 3500改質蒙脫石吸附染料後DTA和TGA分析圖……………………………………………………………..70
圖4-46、4ml ablumine 3500改質蒙脫石吸附染料後DTA和TGA分析圖……………………………………………………………..70
圖4-47、5ml ablumine 3500改質蒙脫石吸附染料後DTA和TGA分析圖……………………………………………………………..71
圖4-48、6ml ablumine 3500改質蒙脫石吸附染料後DTA和TGA分析圖……………………………………………………………..71
圖4-49、0.2%C19H42NBr改質蒙脫石吸附染料後DTA和TGA分析圖……………………………………………………………..72
圖4-50、0.4%C19H42NBr改質蒙脫石吸附染料後DTA和TGA分析圖……………………………………………………………..72
圖4-51、0.6%C19H42NBr改質蒙脫石吸附染料後DTA和TGA分析圖……………………………………………………………..73
圖4-52、0.8%C19H42NBr改質蒙脫石吸附染料後DTA和TGA分析圖……………………………………………………………..73
圖4-53、1.0%C19H42NBr改質蒙脫石吸附染料後DTA和TGA分析圖……………………………………………………………..74
圖4-54、1.2%C19H42NBr改質蒙脫石吸附染料後DTA和TGA分析圖……………………………………………………………..74
圖4-55、各回收改質蒙脫石對反應性染料的吸附效果作圖………..75
圖4-56、(C2H5)4NBr改質蒙脫石前後及吸附染料後之XRD繞射圖……………………………………………………………..76
圖4-57、C19H42NBr改質蒙脫石前後及吸附染料後之XRD繞射圖……………………………………………………………..77
圖4-58、C21H38NBr改質蒙脫石前後及吸附染料後之XRD繞射圖……………………………………………………………..77
圖4-59、C19H42NBr改質蒙脫石吸附不同濃度染料後之XRD繞射圖……………………………………………………………..79
圖4-60、C21H38NBr改質蒙脫石吸附不同濃度染料後之XRD繞射圖……………………………………………………………..79
圖4-61、sinotex CDB改質蒙脫石前後及吸附染料後的XRD繞射圖……………………………………………………………..80
圖4-62、ablumine 3500改質蒙脫石前後及吸附染料後的XRD繞射圖……………………………………………………………..81
圖4-63、ablumine 1214改質蒙脫石前後及吸附染料後的XRD繞射圖……………………………………………………………..81
圖4-64、C21H38NBr改質蒙脫石前後及吸附染料後的XRD繞射圖….82
圖4-65、C19H42NBr改質蒙脫石前後及吸附染料後的XRD繞射圖……………………………………………………………..82
圖4-66、(C2H5)4NBr改質蒙脫石前後及吸附染料後的XRD繞射圖...83
圖4-67、(CH3)4NBr改質蒙脫石前後及吸附染料後的XRD繞射圖…83
圖4-68、ablumine 3500改質蒙脫石吸附染料前後和加熱200℃、300℃、400℃的XRD繞射圖…………………………………..86
圖4-69、C19H42NBr改質蒙脫石吸附染料前後和加熱200℃、300℃、400℃的XRD繞射圖………………………………………..87


表2-1、蒙脫石理論原子座標位置、晶格常數及密度值……………..23

參考文獻
1. 張文潭，“染色廢水處理”，染化雜誌，第16期，73-79(1986)
2. 余祚洁、江懋鈞，工業水處理，8(1)，51(1988)
3. 汪凱民、靳志軍，環境科學，12(4)，62(1991)
4. 趙東源，“天然蒙脫土對印染廢水吸附處理的研究”，環境污染與防治，第十五卷，第五期，23-27(1993)
5. APHA, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater,17thed., American Public Health Association, Washington, DC(1992)
6. James, M.M., 〝Water treatment Principles and Design,〞 James M. Montgomery ,Consulting Engeers, Inc. USA
7. Alter, G.R., 〝Organoclays Can Cut Actived Carbon Costs for Water Treatment〞, Water and Wastewater International, 12, 38(1997)
8. Jaynes, W. F. and Vance, G. F.,〝BTEX Sorption by Organo-Clays：Cosorptive Enhancement and Equivalence of Interlayer Complexes〞, Soul Science Society of America Journal,60,1742(1996)
9. Hayworth,J.S. and Burris, D. R.,〝Nonionic Surfactant-Enhanced Solubillization and Recovery of Organic Contaminants from within Cationic Surfactant-Enhanced Sorbent Zones.. 1.Experiments〞, Environmental Science and Technology, 31,1277(1997)
10. Hayworth,J.S. and Burris, D. R.,〝Nonionic Surfactant-Enhanced Solubillization and Recovery of Organic Contaminants from within Cationic Surfactant-Enhanced Sorbent Zones.. 2.Experiments〞, Environmental Science and Technology, 31,1284(1997)
11. Lee, J. F., Crum, J. R. and Boyd, S. A.,〝Enhanced Retention of Organic Contaminants by Soils Exchanged with Organic Cations〞, Environmental Science and Technology,23,1365(1989)
12. Srinivasan K. R., Fogler H. S., Gualri E, et al.〝The removal of trace levels of Dioxins from water by sorption on modified clay〞Environ Prog, 4:239-245(1985)
13. Cadena, F. and Garica, R.,〝Adsorption of Benzene from Aqueous Solutions by Bentonite Treated with Quatrnary Amines〞,Environmental Progress, 9,245(1990)
14. Wanger, B.T.,Uwe-Goss, K. and Eisenreich, S. J.,〝Sorption of Nonionic, Hydrophobic Organic Chemicals to Mineral Surfaces〞, Environmental Science and Technology, 31,1079(1994)
15. 趙東源，“天然蒙脫土對印染廢水吸附處理的研究”，環境污染與防治，第十五卷，第五期，23-27(1993)
16. 朱利中，劉春花，“酸性膨潤土處理含重金屬廢水初探”，環境污染與防治，第十五卷，第一期，13-15(1993)
17. 林永紅，杭瑚，胡博路，楊宏，“膨潤土吸附-絮凝法處理廢水中有機染料”環境科學，第十五卷，第一期，42-45,49-50(1993)
18. 向陽，范瑾初，高廷耀，〝膠聯蒙脫土對水中有機優先污染物的靜態吸附研究〞同濟大學學報，第二十三卷，第四期，408-412(1995)
19. John wiley and Sons 〝Chemistry of Clays and Clay Minerals〞,chap 6,New York, mineralogical society,1987
20. Maria Framca Brigatti, etc. 〝Intercalation between montmorillonites and pollutants from industiial wastewater :exchange of Zn2+ and Pb2+ from aqueous solutions〞.Applied Clay Science, 9,383-395(1995)
21. Bayliss, P. Powder Diffraction 4 ,19(1989)
22. Ref: R. E. Grimm; Clay Mineral, McGrawHill, New York, 1968
23. 杜伯雄，“海藻酸鈉/蒙脫石複合物之農業應用”,台灣大學碩士論文(1999)
24. PDF card :02-0037
25. Rietveld, H.M. Acta Crystallor. 22-151(1967)
26. Rietveld, H.M. J.Appl. Crystallor. 2-65(1969)
27. R. E. Grimm〝Clay MInerology〞McGraw hill , New York(1968)
28. Cormer, D.T. and Waber, J.T.,〝International Tables for X-ray Crystallography,〞Kynoch Press, Birmingham , England. Vol. 4(1974)
29. 李源弘，李企桓，張文固，王安，陳川林，〝蒙脫石之X光繞射晶體結構分析〞Journal of the Ceramic Society, Vol.1 No1, 45-49(1997)
30. J. Ravichandran and B. Sivasankar, “Clays and Clay Minerals,”Vol. 45. No.6 .854-858(1997)
31. 王鳳英譯，〝界面活性劑的原理與應用〞，高立圖書有限公司，五版(1993)
32. 施良垣，卓靜哲，黃守仁，蘇世剛，何瑞文，〝物理化學〞三民書局，初版(1996)
33. A.R. Hind, S.K. Bhargava, and S.C. Grocott, Langmuir, 13, 3483-3487(1997)
34. Sang-Mo Koh,Joe Boris Dixon,”Preparation and application of organo-minerals as sorbents of phenol, benzene and toluene”Applied Clay Science 18,111-122(2001)