杜子邦、呂健瑋、洪煥毅／工研院材化所
2021年，我國遭遇56年以來最嚴重的缺水危機，讓包括產/政/學/研，均重新檢視各個產業工廠生產製程中的水資源利用狀況，節水及再生水如何在製程中實現，已成為產業未來發展的重要項目。工研院以專利奈米孔洞化技術，在LCD玻璃上製造出無數個奈米大小、且具有吸附重金屬能力的孔洞，將其轉化為「玻璃奈米孔洞材料」，並應用於電鍍製程水的吸附處理。此技術不僅可將LCD玻璃轉化為高效能重金屬吸附材料進行高值再利用，更可協助電鍍產業建立更好的水資源循環方式，共同創造多方面的經濟循環新價值，達成資源永續使用之目的。
【內文精選】
LCD玻璃改質奈米孔洞材料我國是全球液晶顯示器(LCD)的主要生產國之一，每年可生產數億片LCD面板，卻也產出約1萬公噸的廢LCD玻璃，目前僅能以掩埋方式去化，對於地狹人稠的台灣實為一沉重的環境負擔。我國亦為全球水五金的生產重鎮，其中扮演關鍵角色的電鍍產業，每年會產生數百萬公噸的含重金屬廢水，以目前主流的化學混凝沉降法處理，不僅需要加入大量化學藥劑，更會產生大量重金屬污泥形成二次污染，因此亟需符合經濟效益兼具環境永續的處理方式。由於LCD玻璃的硬度、熔點比普通玻璃高出許多，且微量的有機、無機物質會使玻璃產生各種金屬光澤，所以無法回收重複使用；我們在研究中發現，面板玻璃透過合成玻璃的方式製作，其組成幾乎不會改變，且因成分以B2O3-SiO2為主，而成為玻璃奈米孔洞材料的合適原料。
電鍍產業水資源循環之應用案例
電鍍是金屬製程中關鍵且重要的一環，它不僅提供金屬製品防護力，更可美化其外觀提升產品的品質與價值。電鍍製程因應產品需求會產生多種重金屬廢水，廢水中混合多種重金屬而難以分離再利用，僅能以化學混凝沉澱法進行處理。因此，若能在電鍍業的源頭排放端將僅含單一金屬的重金屬廢水先進行金屬吸附，不僅吸附後的金屬可脫附再利用，且除去重金屬後的水可重新導入製程再次使用，如圖四。
利用LCD玻璃改質而成的玻璃奈米孔洞材料對銅、鉻、鋅、鎳等重金屬離子具備良好的吸附能力，每公斤吸附材料可吸附160公克以上的重金屬，吸附後則呈現不同顏色樣貌，如圖五。吸附後的材料可脫附再生重複使用，非常適合應用於電鍍製程後單一重金屬廢水的吸附處理。故與彰濱工業區內的電鍍業者合作，於該工廠內設置噸級重金屬廢水吸附處理系統，將其直接連結至電鍍製程產線的製程水出口，並搭配玻璃奈米孔洞材料進行單一重金屬廢水吸附處理的實廠驗證。
玻璃奈米孔洞材料再生與循環
玻璃奈米孔洞材料的重金屬吸附量可達16 wt%以上，也就是說，每支吸附管柱可以吸附16公斤的重金屬，吸附量比一般的吸附材料高出許多。吸附重金屬的玻璃奈米孔洞材料，可利用脫附再生程序，進行再生並循環回用，如圖八。脫附液則可透過電解沉積的方式…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖八、玻璃奈米孔洞材料脫附再生循環
★本文節錄自《工業材料雜誌》421期，更多資料請見下方附檔。