向生產原物料整合中的水處理技術
傳統水處理技術持續因應新科技的產生與相對的環境規範而快速精進，技術能量也持續累積。在環境與公共衛生的考量上，既往水處理技術著重在削減污染物濃度，使承受水體在可淨化能力範圍內讓人類與環境得以互容共生；之後隨著其他環境議題的加成與全球效應，呼應氣候變遷降雨不均所衍伸的製程節水優化與水回收再利用，成為次世代水科技的顯學與技術里程碑；時至今日，世界在政經上的區域整合趨勢，所形成的地球資源壟斷與通路窄化，再將環境處理技術與資源擷取結合，期待在產業生產的原物料上，能夠以技術方式得到最大化的利用價值，此即進入水處理程序的加值化領域。廢水處理將不單是污染物去除、削減與水回收，而是必須進化到循環回用的嶄新境界，達成資源、能源的高度整合乃至永續循環。

迄今世界上有超過一半以上的人口因為飲用水受到污染而罹病，每天超過6,000人因而死亡，可見淨水處理技術研發之重要性。水為維持生物生命之必需，故基於人道救援考量，研發高科技技術來解決急難時的用水問題，確有其必要性與急迫性。然而，傳統之淨水技術、供水技術並無法直接應用於緊急、救災之需求，「分散式供水系統的發展與應用」介紹工研院開發之緊急供水系統Qwater，藉由分散式小量供水概念，降低大區域缺水風險，以提升國內防災技術能量，災害時能提供安全衛生無虞之飲用水。Qwater緊急淨水技術及分散式供水系統研發至今成果豐碩，有鑒於緊急淨水技術能擴大應用於民生，未來可將相關研發的救災技術成果與創新服務模式結合，共同建立起一套完整的分散式供水系統服務產業鏈。

石化廢水為工業區廢水處理廠放流水主要來源之一，因其導電度偏高，若不進行除鹽則無法再利用，可依據再生水用途，選用適當處理技術降低再生成本。「石化廢水水回收的可行性評估」一文評估石化業廢水水回收再生之可行性。石化業廢水來源複雜，雖然已達水質標準才放流，仍含有高濃度之總溶解固體物(TDS)，因此，再生時多以薄膜技術分離水中鹽類及其他無法生物降解之污染物。利用倒極式電透析(EDR)濃縮提高鹽類濃度，能增加水再生效率。因應水資源的匱乏及嚴峻的法規規範，廢水回收再利用勢在必行，水再生技術將成為各事業單位發展之重點項目。未來若需進行工業區廢水廠放流水再生，考量其不確定性與技術複雜度均高於都市污水處理廠放流水，故在規劃評估階段需設置小型模廠，實際進行監測水質及處理效能，以確立再生產水水質，並確立各項設備操作參數與水質變異預警處理機制。

工業廢水的有價資材回收議題方興未艾，其中酸鹼回收因其用途廣泛、用量龐大，為產業界所矚目與優先發展的重點。將電透析作為酸鹼回收的有力工具，除了能在回收效率以及操作成本上具有競爭優勢外，亦可在設定範圍內得到回收品質的酸與鹼。作為電透析關鍵零組件的離子交換膜，在酸鹼回收應用上有多種選擇，「工業廢水回收酸鹼案例與探討」一文針對其在技術應用上做比較探討，案例研究顯示，回收酸鹼由產品回收濃度、效率與成本觀察，單極膜組成之隔膜電解系統皆優於雙極膜電透析系統。對比其他酸鹼回收技術可操作性與應用範圍，如能合理設計與操作，電透析系統實為強而有力的廢水有價資材回收技術。

硝酸鹽為水體常見之污染物，其對環境造成之危害受到全球的關注，因此環保署對於各產業放流水之硝酸鹽管制日趨嚴格。目前已受到管制規範之產業包含光電業、晶圓製造與半導體業、石化產業、化工產業，管制濃度為50 mg/L。硝酸鹽管制標準之公告與實施，對於上述相關產業勢必產生重大影響。硝酸鹽廢水處理之困難度高，需嚴謹評估適合之處理方式。目前常用有效之硝酸鹽廢水處理方法依據操作原理的不同，可區分為生物處理、物理處理與化學處理等方式。對於工廠在既有的用地空間不足情況下，以電化學系統處理硝酸鹽廢水為經濟有效之方法。就目前之硝酸鹽廢水處理方法與原理進行說明「電化學在水中硝酸鹽處理的發展與應用」，並針對電化學方法介紹，期能提供各產業參考，共同解決硝酸鹽廢水處理問題。

跨領域整合 X光三維檢測於醫材研發扮演關鍵角色
1895年倫琴發現X光，由於X光具有高穿透力且可以執行非破壞性檢測，相關的檢測技術自此被廣泛地應用於工業界與醫療界。近年來，從小到大各種尺度的三維斷層掃描系統，能非破壞且精準地提供病患以及檢體內部結構精確完整的三維資訊，同時搭配先進分析技術，進一步結合模擬演算與2D成分分析，這在臨床疾病檢測與治療、材料研發、製程檢測以及醫材開發都占有決定性的地位。X光三維檢測這項非破壞性檢測技術在國際上已被廣泛使用於臨床應用與材料開發，本期「三維影像於醫材研發之應用」技術專題整合系統開發單位、儀器銷售應用單位、醫材開發單位到臨床醫師，提供了從系統開發端、材料設計端以及臨床需求與研發端的詳細介紹。

X光三維成像系統廣泛應用於醫療界以及材料開發上，且X光檢測系統在工業應用與電子業應用上也備受重視。3D成像市場在2015年已有46億美元，而預期在2022年市場規模會達到213億美元。「從臨床醫學到材料工業談X光三維檢測之開發與應用」一文，首先就X光儀器最重要的光源以及偵測器的系統開發技術進行介紹，因為良好的影像對後續三維結構重建與解析十分關鍵。接續的影像優化以及如何達到國家量測標準，對於X光三維成像系統的開發端亦是重要課題。在應用端中，三維斷層掃描系統常應用於疾病檢測以及提供三維資訊俾醫師擬定治療策略，也常使用於動物疾病模式，這種快速又精確的檢測對於藥物開發以及基因治療產業扮演相當有助益的角色。更特別的是，三維X光檢測可以快速且精確地顯示檢體的內部結構，並能利用演算法結合二維特性分析，這類技術能提供充足資訊，應用在醫材開發甚至地質學與能源開發上，以加速研發，提高產品成功率。

電腦斷層掃描的發展不僅促成了近年來牙科臨床治療技術的進步，於牙科研究方面亦有諸多應用。「X光三維結構整合分析於牙科生醫材料研發之應用」提供兩例關於三維X光電腦斷層結構整合分析於牙科材料研發之應用科學研究案例，包含了非活體試驗與活體試驗，同時與掃描式電子顯微鏡和組織切片之二維影像來搭配討論。第一例為抗牙本質敏感材料之非活體試驗，使用超高解析度之次微米X光電腦斷層掃描儀分析，並與電子顯微鏡下觀察到之影像相佐證。第二例為覆髓材料之動物模型試驗，以高解析微米電腦斷層掃描儀進行非破壞性掃描，並進一步驗證組織切片染色的結果。除了有先進的儀器和影像分析軟體外，亦需要具有專業分析技術之研究人員，依據不同實驗條件，選擇符合實驗需求的電腦斷層掃描機型、模式設定、應用軟體及分析方式來達到跨領域的合作，方能促進牙醫學材料及治療發展的突破。

由於偵測掃描技術的躍進，電腦斷層掃描跨越醫療之領域，發展至各行各業。醫用的電腦斷層掃描解析度均在400微米上下，適合人體結構的分析診斷；但對大多數自然科學、工業界、食品、動植物等，依舊無法滿足絕大多數的運用。現階段對於細小奈米化的元件，雖可走入電子顯微鏡系列的設備去呈現其二維表面影像，但對於微奈米物件的三維結構透視影像世界，微型電腦斷層掃描將是唯一的選擇。「微型電腦斷層掃描分析在製藥業之應用」藉由錠劑製藥的運用解釋，引導各業思考微型電腦斷層掃描分析之應用可行性。錠劑藥物製作在程序上包含粉碎、篩粉、混合、攪拌、乾燥、顆粒、壓錠、製丸、糖衣、乾燥、包裝。製造中，每一項程序均會影響錠劑之產品品質，不良的製程會導致無法達到藥品其定義之藥效及療程之目的。如何確保數十萬、百萬或千萬顆藥錠，具備有等量的成分，是製程中重要的關鍵。這些品質參數藉由微型電腦斷層掃描就可得到上述視覺及數據證實。

三維影像目前已廣泛運用於醫學領域，透過影像處理軟體將二維醫學影像重組為三維醫學影像，不僅能提供臨床醫師更清楚的解剖構造細節，更可做為醫療器材設計的重要參考資訊。「三維影像應用於創新設計之全人工踝關節植體與手術流程開發」一文以全人工踝關節手術流程及植體設計為例，根據三維醫學影像參考解剖構造分析下肢負重軸線及活動軸，搭配新設計之植入物及手術導航技術，重建病患的下肢生物力學機制。改善手術器械及手術流程提高手術精準度，並回復踝關節正常的功能，改善病患的癒後，增進全人工踝關節手術之醫療品質。
　　
主題專欄
由於排放法規日益嚴苛，全球標竿車廠均積極改善汽車的燃油經濟性，輕量化材料與技術之運用亦成為全球汽車產業研發重點。考量到提高燃油經濟效率、EV電池續航力、汽車安全與整體駕駛性能表現，車廠已開始採用多元材料的設計方法，在最佳應用中選擇最適合的材料。市場瞭望專欄「汽車輕量化材料發展趨勢」一文指出，未來車體輕量化趨勢可以從高強度鋼、鋁合金、CFRP等面向來看：高強度鋼板強度持續提升，以減少使用量；高強度鋁合金的需求將持續成長；而如何利用自動化來降低製造成本、提高量產車的普及應用，將是碳纖維CFRP的發展課題。

技術融合於紡織品，牽動智慧化紡織品的興起。根據統計，2017年全球電子化紡織品市場規模為2.4億美元，預期2026年可達32.6億美元，2017~2026年年複合成長率高達33%，主因在於技術與製程技術成熟、智慧材料和纖維開發與應用場域需求增加。市場瞭望專欄「全球智慧化醫療紡織品的現況與趨勢」介紹智慧化紡織品領域中常見的應用材料以及新穎的可拉伸導電油墨與薄膜科技，說明應用於此產業的技術和最新應用案例分析，進而剖析於智慧化紡織品開發時，須符合各應用場域的需求和特殊功能的製造，挑選合適的材料和製程方式與設計注意的重點，藉此勾勒出臺灣投入智慧化紡織品設計開發的布局規劃。

銦廣泛應用於工業中，大量廢液也越來越多，回收銦、錫所帶來的經濟效益不容小覷。材料與技術專欄「以分散反萃取相支撐式液態薄膜回收貴金屬」提出液膜分離法具有初設成本與運行成本低、選擇性高、處理速度快、低耗能、廢液量少、易於放大等優點。而液膜分離又分為非支撐式及支撐式兩種。根據支撐式液態薄膜實驗結果，銦離子在萃取劑中純度約10%，而反萃取劑中錫離子純度及濃度分別為98%、30,000 ppm，證實分散反萃取相支撐式液膜有操作簡便、高濃縮倍數及反應快等優點。且有機萃取劑之用量及耗損較少，萃取劑可重複使用不必每次更換，產生之廢溶劑量隨之減少，能針對廠商所需之處理水量做裝置的設計，從經濟及環境面來看，都是非常具有發展性的技術。

台灣能源的使用需求具有區域性的明顯差異，北部地區平均每年的電力能源缺口高達130億度以上，而在北部的大屯火山系即蘊含豐富地熱潛能，成為台灣能源產業發展之重要考量。然而大屯火山系地熱泉的混酸特性，可能造成設備、管路腐蝕。因此地熱電廠的開發需要經由現場勘查、環境採樣分析，參照地熱電廠材料選用規範以符合該場域地熱泉特性，建置符合地質特性之地熱發電技術。金屬材料專欄「高效能地熱發電耐酸蝕金屬材料」報導因應地熱泉水質之獨特性，導入地熱先進地區關於金屬材料應用於地熱之相容性評估與成果。參照國際規範經由各式實驗室模擬場域環境檢測，驗證金屬材料與該區地熱泉水相容程度，有效率的篩選出具有經濟競爭力之工業結構用金屬材料。

掌性分子因具有光學活性的特性，使其被廣泛地應用於醫藥品、環境用藥、食品添加劑與光電材料。台灣醫藥產業上下游產業鏈完整，藥物中間體所用到之掌性分子需具高純度之規格需求，由於該合成製程技術門檻甚高，國內業者大多直接購買國外關鍵掌性分子原料進行後段加工，導致利潤一再被稀釋；其次，過度依賴進口國外之關鍵掌性分子原料，也影響國內高純度掌性分子材料技術發展。化學/化工專欄「掌性分子設計與合成應用」介紹掌性分子之特性與其重要性及應用，同時也介紹目前工研院的掌性相關研究技術。工研院已陸續建立QSPR模擬基礎技術、高效率/低廢/綠色/連續式微反應器合成技術，可有效縮短Trial and Error合成時間，加速高純度掌性分子相關產品開發，並運用於液晶分子、光學活性分子與特用化學品等研究領域。

工研院於六甲院區設置精密塗佈試量產工廠，導入有用的製造業改善工具，經過五年協助產業界試量產，已經成功將實驗室樣品快速達到產業商品化的品質需求，並達成先期量產，有時效地取得市場，得到國際大廠客戶優先採用。光電/顯示專欄「光學膜製造之精進」闡述多年光學膜製造經驗及有效地導入管理制度的作法，並如何有效地將田口實驗運用於製造產線的品質改善上，使產品良率在一年內提升兩倍以上。期能提供管理生產線的工程師們，得到一些實用的改善手法及管理工具，實際協助產業在光學膜製造上得到顯著進步，提升產業競爭力，將具國際競爭性產品加速推展上市。

熱門專利組合本月推出工研院材化所兩類八項優質專利組合。「水處理技術專利組合」精選除氯淨水裝置、工業廢水處理技術、水回收再利用技術、水回收過濾膜技術、水質監測技術、氨氮生物處理技術；「有機太陽能電池OPV專利組合」則包含有機太陽能電池材料技術、有機太陽能電池元件技術。材化所技術豐富多元，歡迎業界與材化所智權加值推廣室（03-5913737）聯繫洽談。
　　
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