黃任賢、黃瑞雄 / 台灣中油綠能科技研究所；蕭美慧、劉佳兒、顏吟赬 / 工研院材化所
為提升油品品質並改善空氣污染，台灣中油公司須有效降低油品中的硫含量。為此，在煉製過程中需加入觸媒，以促進加氫脫硫反應。然而，觸媒在長時間使用下，容易因有機物或金屬雜質的沉積與毒化而導致活性衰退。當觸媒活性下降至無法滿足製程需求時，必須更換新觸媒，而卸除的舊觸媒則被歸類為有害事業廢棄物，不僅處理成本高昂且具潛在環境風險。本研究旨在從廢觸媒中回收具高附加價值的釩金屬，進一步製備五氧化二釩(V2O5)，並與碳酸鋰(Li2CO3)經由噴霧造粒法合成具快充特性的鋰釩氧化物（Li3VO4，簡稱LVO）負極材料。所開發之LVO材料於0.1C與10C倍率條件下，分別展現349.8 mAh/g與228.7 mAh/g的比容量，並在200次充放電循環後，仍保有91.4%的容量，展現優異的倍率性能與循環穩定性。本研究成果不僅提供台灣中油公司一項有效的廢觸媒資源化方案，有助於降低環境負擔與處理成本，更具體實踐了綠色循環經濟與高值化資源再利用的核心理念。
【內文精選】
廢觸媒之回收再利用
本研究利用中油公司的廢觸媒回收，並將含釩之物質提製成V2O5作為釩源來製備LVO負極材料，其合成過程如圖一(a)所示。廢觸媒首先在350˚C下進行熱處理以去除殘留的溶劑，然後以機械研磨成細粉。乾燥後的粉末與Na2CO3一起煅燒，將含釩化合物轉化為釩鹽，而這些釩鹽可以透過水浸取以獲得溶解的釩離子溶液，並利用氨水調整pH值使NH4VO3從釩溶液中析出。所獲得的NH4VO3可進一步在500˚C下退火以生成V2O5。從廢觸媒中回收的V2O5之XRD圖譜如圖一(b)所示，從XRD圖譜中可觀察到，所有繞射峰均與JCPDS No. 89-0612之標準圖譜相符，且無其他雜相的存在。另外從XPS全譜圖中（圖一(c)）可以確認在V2O5中存在V、O和C元素，且沒有任何其他不純之元素，代表此製程可成功地透過廢觸媒回收並再製成V2O5粉體。而回收之V2O5的SEM表面形貌如圖一(d)所示，V2O5粉末顯示出具有光滑表面的多邊形結構，粒徑約在0.3 μm至0.8 μm之間。
圖一 (a)石化廢觸媒之回收再利用，提製高純度V2O5以及於鋰電池負極材料之應用；(b)從廢觸媒提製的V2O5晶體結構；(c) XPS元素分析；(d) SEM影像
LVO負極材料開發
本研究亦採用掃描式電子顯微鏡(SEM)與聚焦離子束掃描電子顯微鏡(FIB-SEM)對LVO/CNT複合材料的表面與內部結構進行系統性分析。如圖三所示，未摻入CNT時所得之LVO顆粒在表面形貌上呈現不規則狀（圖三(a)）；當在前驅漿料中添加MWCNT後，所得粉體則顯現出噴霧造粒法典型的球狀微米級顆粒結構（圖三(b)）。這一現象可能是由於摻入CNT後前驅漿料的黏度提升，從而改變其流變特性，使其在噴霧造粒過程中更易形成均勻且細微的液滴。於高倍率觀察下（圖三(c)），LVO/CNT複合材料表面可見許多CNT緊密纏繞，並均勻分布於整個顆粒表面上。另外在不同CNT添加量（1 wt%、3 wt%、6 wt%）之下的LVO/CNT複合物之截面構造如圖三(d)-(f)所示，其結果顯示當CNT之摻雜量在3 wt%以下時，截面的型貌呈現出均勻的多孔結構----以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖三 LVO/CNT之SEM影像，(a) LVO；(b) LVO/CNT (6 wt%)；(c)高倍率LVO/CNT之截面SEM影像；(d) LVO/CNT (1 wt%)；(e) LVO/CNT (3 wt%)；(f) LVO/CNT (6 wt%)
★本文節錄自《工業材料雜誌》465期，更多資料請見下方附檔。