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研究生:黃玟莉
研究生(外文):Wen-Li Huang
論文名稱:乳化型丙烯酸樹脂結合劑對活性碳過濾材性能之影響
論文名稱(外文):The Effects of Acrylic Ester Emulsion as Binder in the Performance of Activated Carbon Filters
指導教授:黃金城黃金城引用關係
指導教授(外文):Prof. Dr. Jin-Cherng Huang
學位類別:碩士
校院名稱:國立嘉義大學
系所名稱:林業暨自然資源研究所碩士班
學門:農業科學學門
學類:林業學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:結合劑乳化型丙烯酸樹脂活性炭過濾材脫臭性質比表面積
外文關鍵詞:BinderAcrylic ester emulsionActivated carbon filtersDeodorizationSpecific surface area
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摘要

本研究係以甲基丙烯酸甲酯(methyl methacrylate, MMA)、丙烯酸乙酯(ethyl acrylate, EA)、丙烯酸正丁酯(n-butyl acrylate, BA)、甲基丙烯酸(methacrylic acid, MAA)等單體為原料,以陰離子型乳化劑(AM-20)、水溶性起始劑KPS及去離子水,於78℃下,進行乳化聚合反應,合成5種不同配方之乳化型丙烯酸樹脂,並分別與煤質炭(SC)及椰殼炭(LG)兩種活性炭,依據不同的比例,製備成不同條件的活性炭過濾材。探討乳化型丙烯酸樹脂作為活性炭過濾材之結合劑時,其配方對活性炭過濾材之吸附能力及掉炭情形的影響。
BET比表面積試驗結果顯示,採用5種不同配方結合劑之添加量為20 %時,活性炭過濾材之BET比表面積之保持率約為70〜80 %;而當結合劑添加量為10 %時,活性炭過濾材的BET比表面積之保持率,約為76〜83 %。即結合劑添加量20 %時,活性炭過濾材的吸附能力會較添加量為10 %者低,不同配方的結合劑及不同條件的活性炭過濾材皆有相同的情形。此外,就結合劑之間相較,以玻璃轉移溫度為35 ℃之EAS-5結合劑可獲得較高的比表面積。
此外,活性炭重量留存率試驗結果顯示,隨著震盪時間的增加,活性炭過濾材的掉炭量會隨之增加,在經過30 min的震盪後,活性炭之脫落情形趨於緩和。就不同條件之活性炭過濾材間相比較,顯示經過30 min的震盪後,所有活性炭過濾材之留存率皆為94 %以上,表示合成之乳化型丙烯酸樹脂結合劑能有效的將活性炭附著於聚酯纖維上。就活性炭而言,採用LG活性炭之過濾材的留存率較SC活性炭高;而在結合劑添加量影響方面,添加量20 %之過濾材的留存率較添加量10 %為高。
至於活性炭過濾材之脫臭性質方面,測量活性炭過濾材對香菸燃燒完全後所產生氣體包括氨氣、乙酸及乙醛的去除率之結果顯示,活性炭過濾材對香菸燃燒所產生的乙酸去除率約為75〜85 %,較氨氣之13〜27 %及乙醛之10〜50 %者為高,且綜合去除率約為30〜48 %,較單獨使用聚酯布者提高約2〜4倍。因此,使用添加活性炭之過濾材,能有效吸附空氣中香菸燃燒所產生的污染物質。

【關鍵詞】結合劑、乳化型丙烯酸樹脂、活性炭過濾材、脫臭性質、比表面積
Abstract

Acrylic ester emulsion were prepared by emulsion polymerization process using methyl methacrylate (MMA), ethyl acrylate (EA), n-butyl acrylate (BA) and methacrylic acid (MAA) as the co-monomers, AM-20 (anionic surfactant) as the emulsifier, potassium persulfate (KPS) as the initiator and deionized water at 78 ℃. For the preparation of filters, two kinds of activated carbons, SC (coal char), LG (coconut char) and five types of self-synthesized binders were used. Experimental activated carbon filters based on various different conditions were manufactured. The objectives of study were to investigate the effect of acrylic ester emulsion recipes on the adsorption capacities and the carbon loss.
The results of Brunauer Emmett Teller (BET) specific surface area indicated that with 20 % for 5 types of binders the retention percent of BET specific surface area of activated carbons filters was about 70 to 80 %, but for the binders added to 10 %, the retention percent of BET specific surface area was about 76 to 83 %. It is suggested that the activated carbons filters of adsorption capacity with 10 % binders more than added to 20 %. The activated carbon filters with the different binders and activated carbons obtained the same as above-results. On the other hand, the EAS-5’s (glass transition temperature about 35 ℃) blinder was able to obtain a higher BET specific surface area.
Besides, the activated carbon of weight for shake experimental results indicated that the weight retention percent of activated carbons filters decreased according to a tendency of the increased in shaking time. After 30 min, it enabled to slow down. However, to compare with the different conditions of activated carbons filters, the weight retention percent of all the filters was over 94 % after shaking 30 min, suggesting that the activated carbons adhered to polyester staple fibers with synthesize of acrylic ester emulsion binders. The results also indicated that the weight retention percent of the activated carbons of LG was higher than that of SC, and also weight retention percent of binder at 20 % was higher than that at 10 %.
The deodorization of activated carbon filters showed that the remove percent of acetic acid was about 75 to 85 % and more then that of ammonia about 13 to 27 %, and that of acetaldehyde about 10 to 50 %, which the gas from cigarettes with total combustion producing gas ingredient. In this case, the total of removed percent was about 30 to 48 % and increased about 2 to 4 times by using only polyester staple fibers. Thus, activated carbon filter was able to adsorb the cigarettes smokes when it added the activated carbon with the different amount of 5 types of binders.

【Keywords】Binder, Acrylic ester emulsion, Activated carbon filters, Deodorization, Specific surface area
目 錄

摘要………………………………………………………………………… Ⅰ
Abstract …………………………………………………………………… Ⅲ
誌謝………………………………………………………………………… Ⅴ
目錄………………………………………………………………………… Ⅵ
表目錄………………………………………………………………………Ⅹ
圖目錄……………………………………………………………………ⅩⅡ

Ⅰ、緒論………………………………………………………………………1
Ⅱ、文獻回顧…………………………………………………………………3
(Ⅰ)活性炭之應用及其性質……………………………………………...3
一、炭應於氣體吸附之沿革……………………………………………3
二、活性炭過濾材之清淨技術…………………………………………5
三、吸附理論……………………………………………………………8
(一)吸附現象………………………………………………………8
(二)吸附等溫曲線…………………………………………………9
(三)藍牟爾吸附理論 …………………………………………….11
(四)BET吸附理論………………………………………………..12
四、活性炭的吸附反應理論 …………………………………………14
五、活性炭孔洞之分類 ………………………………………………16
(Ⅱ)過濾材中結合劑的選擇…………………………………………….17
(Ⅲ)乳化型丙烯酸樹脂………………………………………………….18
一、常見丙烯酸系單體………..……………………………………….18
二、丙烯酸系單體之物理性質 ……………………………………….19
三、結合劑之單體的選擇 …………………………………………….21
四、玻璃轉移溫度 …………………………………………………….22
五、共聚合物之玻璃轉移溫度 ……………………………………….23
六、乳化聚合反應 ……………………………………………………24
Ⅲ、乳化型丙烯酸樹脂之合成及其性質…. ………………………………27
(Ⅰ)材料與方法………………………………………………………….27
一、試驗材料…………………………………………………………...27
二、樹脂合成…………………………………………………………..27
三、樹脂基本性質之測定……………………………………………..30
1、固形分……………………………………………………………30
2、黏度………………………………………………………………30
3、pH值 ……………………………………………………………30
4、熱重量損失分析…………………………………………………31
(Ⅱ)結果與討論………………………………………………………….32
一、基本性質…………………………………………………………..32
二、熱分解性質………………………………………………………..33
Ⅳ、活性炭之性質評估 …………………………………………………….35
(Ⅰ)材料與方法………………………………………………………….35
一、試驗材料…………………………………………………………..35
二、性質測定…………………………………………………………..35
1、含水率……………………………………………………………35
2、粒度………………………………………………………………36
3、pH值 ……………………………………………………………36
4、灰分………………………………………………………………36
5、表面積分析………………………………………………………37
6、熱重量損失分析…………………………………………………37
7、電子顯微鏡觀測…………………………………………………37
(Ⅱ)結果與討論…………………………………………………………38
一、基本性質…………………………………………………………...38
二、熱分解性質………………………………………………………..39
三、電子顯微鏡觀察…………………………………………………...41
Ⅴ、乳化型丙烯酸樹脂結合劑應用在活性炭過濾材之性質評估………...42
(Ⅰ)材料與方法…………………………………………………………42
一、試驗材料…………………………………………………………...42
二、活性炭過濾材之製備……………………………………………..42
三、活性炭過濾材之性質測定………………………………………..43
1、表面積測定………………………………………………………43
2、重量留存率………………………………………………………44
3、電子顯微鏡觀測…………………………………………………46
4、脫臭性能……………………………..…………………………46
(Ⅱ)結果與討論…………………………………………………………47
1、吸附能力的評估…………………………………………………47
(1)氮氣吸附等溫線…………………………………………...47
(2)BET比表面積……………………………………………..54
2、重量留存率………………………………………………………58
(1)不同結合劑之影響………………………………………...58
(2)結合劑添加量之影響……………………………………..58
(3)不同活性炭之影響………………………………………...60
3、電子顯微鏡觀測………………………………………………62
4、脫臭性能………………………………………………………….......56

Ⅴ、結論……………………………………………………………………..65
Ⅵ、引用文獻………………………………………………………………..67
Ⅵ、引用文獻

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