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論文

水熱菱角殼製備高比表面積活性碳及其應用

施朝桂

崑山科技大學 材料工程研究所

2019

菱角為台南官田區特產，每年9~10月為盛產期，產量全國居冠，直接蒸煮後的菱角仁口感鬆軟清甜，可以當零嘴食用。因菱角仁天然、零脂肪，含有豐富鉀、磷、鐵、鈣等礦物質及維生素，成為減肥、防癌的養生聖品，廣受民眾喜歡。加工菱角後的菱角殼乃是富含有機纖維的生物質，若是當固態廢棄物任意丟棄，會造成廢棄物處理上的問題，如何運用菱角殼成為循環經濟的一環是一頗值得研究的課題。本研究選用台南官田區菱角殼為原料，採用水熱法製備生物炭，再進一步以KOH為活化劑對生物炭進行活化與碳化，探討水熱時菱角殼與水的重量比例(1:10、1:15與1:20)與活化時生物炭與KOH的重量比例(1:3、1:4與1:5)對菱角活性碳形貌、孔結構特性之影響。最後以亞甲基藍為染料，由吸附亞甲基藍染料的結果，找出最適當的水熱碳化法製備菱角活性碳參數。實驗結果顯示，菱角殼粉末與水的比例為1:10及1:15的菱角活性碳表面積、微孔體積及微孔表面積較比例1:20來得大；KOH比例為4皆在分組中有最大的比表面積。掃描式電子顯微鏡觀察菱角活性碳，在放大5000倍的狀態下，1:15與1:20的樣品比1:10有更多的孔洞小碎片與多孔洞的海綿狀，隨KOH的比例增加，孔洞結構亦隨著增加。使用Langmuir模式與Freundlich模式對亞甲基藍吸附進行數據分析，菱角殼重量與水的比例為1:15與KOH比例為4所製備的菱角活性碳，其Langmuir模式相關係數皆大於0.95，亦有最大的單層飽和吸附量。菱角活性碳高吸附能力歸因於高比表面積、大的微孔體積、微孔表面積與豐富的微孔孔洞結構。本研究採用水熱碳化法能將廢棄菱角殼成功轉化成多孔高比表面積活性碳，搖身一變為吸附材或導電材等高價值產品，菱角殼棄置問題迎刃而解，除廢物兼拚綠金。

菱角殼、生物質、生物炭、菱角活性碳

https://hdl.handle.net/11296/e5x6y2