高濃鹽水減排─薄膜接觸器&生質FDCA 試量產&微反應器技術開發

高濃鹽水減排─薄膜接觸器
▣  技術簡介
隨著工業用水的增加、法規要求、與濃鹽廢水委外處理成本增加等議題下,循環經濟中液體近零排放(Near zero liquid discharge; NZLD) 技術受到相當的重視,現有的分離技術中,逆滲透(Reverse osmosis; RO) 所能處理的進料鹽濃度約為7 wt% 以下,如直接以各種蒸發/ 結晶處理7 wt% 的含鹽廢水,其每噸水的處理成本高於350 台幣,導致液體近零排放的執行成本過高,目前仍沒有一個相對應的成熟技術可以補足進料鹽濃度7~25 wt% 的技術缺口,故需要導入一低能耗/ 高產水效率的分離技術,其中又以處理高鹽濃度與高阻鹽率的薄膜蒸餾(Membrane distillation; MD) 技術為首選。工研院所開發的PVDF 中空纖維膜,因高表面開孔率與機械強度可作為薄膜蒸餾專用膜材,如圖一所示,工研院所製備之聚偏二氟乙烯中空纖維膜的表面開孔率約50%,孔洞尺寸介於0.1 微米至5 微米之間,是目前現有的PVDF 中空纖維(<30%) 所沒有的特性,而該聚偏二氟乙烯中空纖維膜的抗拉強度介於0.6 MPa 至3.5MPa 之間,應用在薄膜蒸餾的通量比3M 之中空纖維膜高10 倍以上,因此工研院之中空纖維膜具備原創獨特性,極適合應用於薄膜蒸餾專用模組。應用的產業如表一所示,應用在高科技產業,可減少78~86% 的廢水,且產水品質與RO 相當,可為製程用水,且原高鹽廢水提濃4.5~7.1 倍,可降低後續處理成本。應用在石化產業含高COD 值與高導電度廢水,透過工研院所製作的薄膜蒸餾專用模組,可減少30% 的廢水排放量,且所產生的水可直接為製程用水。
 
圖:聚偏二氟乙烯中空纖維膜 (a) 薄膜蒸餾模組;(b)PVDF中空纖維膜截面;(c)PVDF中空纖維膜外表面;(d)PVDF中空纖維膜內表面
圖:聚偏二氟乙烯中空纖維膜 (a) 薄膜蒸餾模組;(b)PVDF中空纖維膜截面;(c)PVDF中空纖維膜外表面;(d)PVDF中空纖維膜內表面
 
表:適用之薄膜蒸餾零排系統的直接用戶與產業別
適用之薄膜蒸餾零排系統的直接用戶與產業別
 
生質FDCA 試量產
▣  技術簡介
2,5-呋喃二甲酸(2,5-furandicarboxylic acid,FDCA) 是相當重要的生質關鍵材料,可以作為聚酯的單體, 而聚2,5- 喃二甲酸乙二酯(polyethylene 2,5-furandicarboxylate; PEF) 是性質優越的新世代生質材料,它的阻氣性已經被證明遠遠優於聚對苯二甲酸乙二酯(poly(ethylene terephthalate); PET),預估PEF 在寶特瓶、機能性纖維和包裝材料都能夠建立廣泛的應用。Avantium 將於2023~2024 年於比利時建立5 千噸的FDCA 廠,並與日本Mitsui、Toyobo 公司聯盟積極發展PEF 酯粒、PEF 薄膜產品技術,預期FDCA 相關產品會成為產業的亮點。由於FDCA 的重要性及應用性,本技術平台建立FDCA 試量產技術,除了批次式氧化合成( 每批次~5 Kg),並建置連續式氧化合成平台(7 Kg/day),FDCA 的純度可達98%,藉由純化可將FDCA 純度提昇至99.5%,除了供貨給下游應用開發,本技術平台也提供氧化驗證。除此之外,也建立FDCA 上下游技術平台,從HMF、FDCA、DMFDC 以及PEF 皆提供供貨測試及技術驗證。
 
圖:FDCA 上下游產業鏈
圖:FDCA 上下游產業鏈
 
表:HMF、FDCA、DMFDC 以及PEF 的技術規格
表:HMF、FDCA、DMFDC 以及PEF 的技術規格
 
微反應器技術開發
▣  技術簡介
我國現有化學產業多使用傳統批次生產之技術,除了無法精準生產,也具有耗能、工安及環保等問題。微反應器技術(MRT) 具備可精準控制溫度及壓力和彈性生產等優勢,從而提升化學反應之效率、降低副產物之生成、改善產物品質、提高化學及製藥產業之生產效能及降低生產成本和汙染,利於小分子藥試量產。MRT 可引領我國化學及製藥技術革新突破。
 
本技術應用計算流體力學原理,進行微反應器通道計算,目的為設計出一種新穎的微型流道混合機。經過設計驗證,委由專業加工製作,使用耐酸鹼的鈦金屬材料,製作出三種不同的測試驗證機台,包括實驗室型微反應器模組、小型試驗工廠規模反應器模組與應用MRT 技術產製乳霜全自動商業化機型。
 
使用該技術與本所自行開發機台已經完成初步測試,可以應用在藥物中間體的合成,並已達到縮短反應時間與提高反應選擇率、降低副產品產率等效益。其中tadalafil 可以縮短反應時間5~60 倍,副反應發生率低於專利技術1/3;p-toluenesulfonamide(PTSA) 產率達97.5%,比傳統批次生產方式產率約高出10~15%。以上微反應混合器硬體應用已分別向台灣與美國申請專利,並已獲得中華民國專利。
 
圖:微反應器模組 (a)、(b) 實驗室型微反應器模組;(c) 小型試驗工廠規模反應器模組
圖:微反應器模組 (a)、(b) 實驗室型微反應器模組;(c) 小型試驗工廠規模反應器模組
 
工研院材化所 T200 先導製程與應用研究室
★以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
相關文件:2020MCL-T200.pdf

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