新型玻璃奈米孔洞吸附材料於重金屬廢水之吸附處理應用

 

刊登日期:2018/4/5
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本文將從以下大綱,介紹工研院利用全球首創的奈米改質技術,將廢液晶面板玻璃轉化為對重金屬具高吸附效能的玻璃奈米孔洞吸附材料,可用以徹底解決國內外重金屬廢水問題。此材料的優點尚包含:具極佳的耐酸、耐化性;吸附範圍廣(sub-ppm~%);可重複再生;重金屬可脫附再使用;廢水不需前處理且不產生二次汙染等。

‧重金屬的來源及影響
‧重金屬廢水之處理技術
 1. 化學混凝沉澱法
 2. 離子交換樹脂法
 3. 吸附法
 4. 薄膜法
‧廢液晶面板玻璃改質–玻璃奈米孔洞吸附材料
‧玻璃奈米孔洞吸附材料應用於電鍍廢水之吸附處理

【內文精選】
重金屬廢水之處理技術
現階段市面上已存在多種重金屬廢水處理(Wastewater Treatment)技術,可將廢水中的重金屬去除至放流水標準,例如化學混凝沉澱法、離子交換樹脂法、吸附法與薄膜法等,茲將這幾種處理技術的優缺點說明如下,並整理於表三。

表三、各重金屬廢水處理技術之比較
表三、各重金屬廢水處理技術之比較

3. 吸附法
藉由吸附劑本身之高比表面積及多孔性特質,透過凡德瓦爾力、錯合或靜電吸引等機制,與重金屬離子產生物理吸附行為。圖五顯示重金屬離子於水相-固相吸附劑吸附擴散之行為,當重金屬濃度膜外層比內層大時(CAb>CAa),溶液中重金屬離子先由擴散通過固體吸附劑邊界層,再擴散至吸附劑表面上,最後會進入孔洞內,因此吸附劑表面積與孔洞數量越多,其吸附能力越強。

圖五、重金屬離子於吸附劑之吸附行
圖五、重金屬離子於吸附劑之吸附行

國內廠商基於成本考量,大都以化學混凝沉澱法為主。不過,近年來以吸附法處理廢水重金屬離子廣泛被研究,相關研究證實吸附法對廢水中重金屬離子具有高吸附效率、高吸附能力、能脫附再生使用,且無二次汙泥產生問題。

廢液晶面板玻璃改質–玻璃奈米孔洞吸附材料
廢面板玻璃是一種低鹼金屬含量的硼鋁矽玻璃,其組成除了約60%的二氧化矽外,尚有鋁、硼、鈣、鎂、鍶等金屬氧化物,其中又以三氧化二鋁的含量最多。由於二氧化矽、三氧化二鋁和氧化鎂等都是常見的吸附劑,主要可用以吸附無機金屬離子,再加上相關文獻指出,這類型材料可製成多孔性材料,因此,工研院以先進且精準的材料分析與鑑定技術,確認各類型面板玻璃的組成穩定後,以液晶面板玻璃作為原料,利用奈米改質技術於其中創造大量孔洞結構(孔洞大小<10 nm),並將其設計為兼具離子交換能力、不對稱電荷和高比表面積(比表面積>180 m2/g)的重金屬吸附材料,如圖六所示。

為證實玻璃奈米孔洞吸附材料(Green Glass Adsorbent)對於各種重金屬之吸附能力,配製pH 3、基質為硝酸且分別含鉛、鋅、銅、鉻、鎘、鎳等重金屬離子之水溶液,於室溫下個別進行24小時之吸附測試,再以Langmuir等溫吸附模式進行計算,實驗結果確認,玻璃奈米孔洞吸附材料對各重金屬離子之最大吸附量分別為135、115、68.5、65.8、59.9、49.6 mg/g,顯示此材料對各種重金屬具有相當高的吸附效能。

玻璃奈米孔洞吸附材料應用於電鍍廢水之吸附處理
電鍍製程因應產品需求會產生多種重金屬廢水,例如含銅廢水、含鉻廢水、含鎳廢水、含鋅廢水、含鎘廢水等。為協助電鍍業者解決電鍍重金屬廢水問題,工研院首先製作一套噸級重金屬廢水吸附處理系統,整體採模組化設計並整合吸附、脫附和再生等功能…...以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

作者:許宗洲、李念祖/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」376期,更多資料請見下方附檔。


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