臺灣博碩士論文加值系統

高科技業於平面顯示器加工過程產生大量的拋光粉廢料，其廢料通常含50%的氧化鈰、20%的氧化鑭及其他化合物。依目前統計，全世界每年約有一萬多公噸的拋光粉消耗量，由於拋光粉大多以掩埋或焚燒作為處理方式而無再利用形成資源浪費。因此回收再利用拋光粉中的鑭與鈰元素，能大幅降低企業成本並資源循環再利用。
固態氧化物燃料電池陰極材料主要由鑭與鈰等稀土元素組成，本研究利用酸溶法溶解廢棄拋光粉中鑭與鈰，將酸溶液直接回收使用，透過GNP法嘗試合成SOFC的鈣鈦礦結構La0.85Sr0.05Ca0.1Fe0.8Co0.2O3-δ 及鈰釓氧化物Gd0.1Ce0.9O2-δ複合陰極材料。
結果顯示酸溶以10N硝酸溶液在1小時對鑭的溶浸率可達94.46%以上、鈰的溶浸率達100%，以GNP法製備LSCCF-GDC複合陰極與直接以商業藥品用GNP法製備成的複合陰極材料及商業複合陰極材料進行比較，顯示已能成功回收溶液製備複合陰極。本研究並探討添加氨水於起始溶液中對於產物的影響，結果顯示回收拋光粉不加氨水的效果最佳，其可以得到粒徑更細、產量達100%的粉體。回收合成粉末的氧催化效果優於商業粉，回收合成粉末的導電率活化能效果優於商業粉。
本研究證實廢棄拋光粉極具回收價值，並以GNP法合成複合多孔材料，具有開發潛力成為催化材料或固態氧化物燃料電池材料，採用本研究技術不僅是綠能環保技術，實驗成本更能降低2倍。

Processing of flat-panel displays generates huge amount of wasted glass polishing powder, with high concentration of cerium and other elements such as lanthanum. According to the current statistics, consumption of polishing powder was approximately ten thousand tons per year in world. Nevertheless, wasted polishing powder was usually buried or burned. If the lanthanum and cerium compounds in the wasted polishing powder could be recycled, that will greatly reduce enterprise cost and implement waste circulation.

Cathodes of SOFCs are the principal consisting of rare earth elements such as lanthanum and cerium. In this study, we recycled the lanthanum and cerium from wasted glass polishing powder by acid-solution method, and synthesized La0.85Sr0.05Ca0.1Fe0.8Co0.2O3-δ and Gd0.1Ce0.9O2-δ(LSCCF-GDC) composite cathode material for SOFCs by glycine-nitrate combustion (GNP) method.

The results show that the recovery rates of lanthanum and cerium could accomplish up to 94.64% and 100% under 10N nitric acid solution within one hour.
Comparing with the XRD data of the commercial LSCCF-GDC powder and the LSCCF-GDC product synthesized with chemicals, we find that the LSCCF-GDC was successfully synthesized with the recycled La & Ce solution by GNP method. The effect of adding ammonia to the product was also discussed, the grain size is finer and recovery rate of the product is higher without the addition of ammonia to the solution.

The waste glass polishing slurry has a salvage value, the product is melt-ceramic sponges by GNP method that was considerable as catalyst and material of SOFC. Technology of this study is green and reduced half cost of production.

中文摘要 I
ABSTRACT III
致謝 V
目錄 VII
表目錄 IX
圖目錄 XI
第一章 導論 1
1.1前言 1
1.2研究動機 2
1.3研究目的 5
第二章 文獻回顧 6
2.1稀土氧化物 6
2.1.1稀土氧化物結構 6
2.1.2鑭與鈰氧化物性質 8
2.2稀土玻璃材料－拋光粉 8
2.2.1稀土拋光劑的拋光機理 9
2.2.2拋光粉種類和製備方法 10
2.2.3拋光粉性能 15
2.2.4拋光粉生產量與使用量 16
2.2.5拋光粉回收技術及回收狀況 17
2.3固態氧化物燃料電池 21
2.3.1固態氧化物燃料電池工作原理 21
2.3.2固態氧化物燃料電池複合陰極 22
2.3.2.1 鈣鈦礦陰極 22
2.3.2.2 螢石 24
2.3.3複合陰極合成法 25
2.3.3.1 溶膠‒凝膠法 25
2.3.3.2 自蔓延高溫合成法 26
2.3.4複合陰極催化 28
2.3.4.1 氧的吸附態 28
2.3.4.2 半導體類型 29
2.3.4.3 摻雜對半導體電子分布及導電性能的影響 31
2.3.4.4 鈣鈦礦結構的雙氧水催化 32
2.3.5三相界 33
2.3.6 複合陰極文獻 34
第三章 研究方法 36
3.1 實驗藥品 36
3.2 回收廢棄拋光粉 37
3.3 實驗儀器與設備 39
3.3.1 X射線繞射分析儀(XRD) 39
3.3.2 X射線螢光光譜分析儀(XRF) 40
3.3.3 感應耦合電漿光譜儀(ICP-OES) 41
3.3.4 場發射掃描式電子顯微鏡(SEM) 43
3.4 製備複合陰極 44
3.4.1非化學計量配比 45
3.4.2製備粉體―甘胺酸燃燒合成法
(Glycine Nitrate Process Combustion, GNP) 45
3.4.3 煆燒粉體 46
3.4.4單軸壓胚與燒結生胚 47
3.5 雙氧水催化 48
3.6 導電率量測 49
第四章 結果與討論 51
4.1廢棄拋光粉分析 51
4.1.1 定性分析-元素 51
4.1.2 定性分析‒化合物 52
4.1.3 SEM顯微結構 53
4.1.4 定量分析-元素 54
4.1.5 定性分析-酸溶後未溶解物 57
4.2 複合陰極材料性質探討 59
4.2.1 非化學劑量配比 59
4.2.2 XRD晶相結構 60
4.2.3 SEM結構形貌 64
4.2.4 過氧化氫催化 68
4.2.5 導電性 70
第五章 結論 74
參考文獻 76
附錄 80

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