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製備含氮官能基之螯合樹脂及其在銅離子吸附應用

本研究利用無乳化劑乳化聚合反應製備聚氯甲基苯乙烯(Poly(vinylbenzyl chloride), PVBC)顆粒做為後續反應的反應物。利用2-(胺甲基)吡啶取代PVBC顆粒表面的氯官能基，合成含氮螯合樹脂顆粒，探討改變2-(胺甲基)吡啶的添加量及進行取代反應時間長短對於取代量之影響。 由實驗結果得知，聚氯甲基苯乙烯顆粒粒徑隨親水性共單體增加而減小。固定反應時間及溫度下，當2-(胺甲基)吡啶添加量增加，PVBC顆粒表面氯官能基被2-(胺甲基)吡啶的取代量會隨之增加。固定2-(胺甲基)吡啶添加量時，PVBC顆粒表面氯官能基的被2-(胺甲基)吡啶之取代量會隨著反應時間的增加而增加。 另一方面，利用原子轉移自由基聚合法將苯乙烯(Styrene, St)接枝於PVBC顆粒表面上，改變接枝時間製備出不同梳狀長度的PVBC-g-PS顆粒，再利用2-(胺甲基)吡啶取代PVBC-g-PS顆粒末端的氯官能基，探討不同長度梳狀高分子對於取代量的影響。由實驗結果得知，當接枝時間增加時，PVBC-g-PS/APy顆粒對銅離子的吸附量會隨著PVBC表面接枝的PS長度增加而增加，但當接枝長度較長時，PVBC-g-PS/APy顆粒對銅離子的吸附量頓時下降。在再生測試中，顆粒經過五次吸脫附程序後，對銅離子仍有不錯的吸附能力。

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膜孔大小和進料組成對於直接接觸薄膜蒸餾 效能影響之探討

薄膜蒸餾發展至今已四十餘年，在水資源匱乏問題日益嚴重的現今，已有許多國家致力於發展薄膜蒸餾水處理程序，本研究先以程式模擬分析薄膜孔徑分佈對於直接接觸薄膜蒸餾滲透通量之影響，分別建立三種不同的分佈型態(狹窄分佈、常態分佈、小孔洞較多之分佈)，結果顯示，狹窄分佈之滲透通量皆高於小孔洞較多之分佈，其中又以0.2μm之薄膜較為明顯，在薄膜兩端溫度差為40℃時，平均孔徑為0.2μm及0.45μm之條件下，狹窄分佈者之通量分別高約20%以及9.9%，而狹窄分佈僅較常態分佈通量高約2%及0.3%左右而已。 本研究主要部份即自行配製仿海水溶液做為進料溶液，並操作不同之實驗參數探討其滲透通量、鹽類阻擋率變化及結垢情形，所選用的膜材為中原薄膜中心 PTEE 0.12μm以及Millipore PVDF 0.2μm進行實驗，實驗結果顯示 PTEE薄膜操作仿海水進料溶液溫度差為30～70℃時，其第一小時滲透通量可達96.15( kg/m2.hr)，但由於膜表面結垢的生成使得系統經24小時操作滲透通量下降31.63%，而PVDF薄膜因滲透通量較小，因此薄膜結垢的程度較低，且因操作過程伴隨薄膜潤濕現象發生，因此滲透通量幾乎維持在25～30( kg/m2.hr)。研究中亦發現系統操作在低溫度差及高進料流量時，能夠較有效改善薄膜結垢生成。 為了減緩薄膜結垢，本研究於仿海水進料溶液添加檸檬酸，結果顯示檸檬酸能有效抑制膜結垢的生成， PTEE薄膜操作24小時通量僅由112.9 下降至106.03( kg/m2.hr)，下降幅度僅僅5%左右，但因添加檸檬酸會造成薄膜些微的潤濕，因此鹽類阻擋率稍稍下降至99%。 本研究亦探討PTFE及PVDF薄膜經電漿改質後操作仿海水系統其效能之變化，電漿改質功率為100w/2min，雖然實驗初期經電漿改質之薄膜滲透通量有所提升，但無法持續維持改質效果，兩種膜材經電漿改質後鹽類阻擋率有下降的趨勢，且PVDF薄膜較為明顯，原因為當薄膜經電漿改質使其表面較為親水，進料端膜面較易產生潤濕現象，使鹽類阻擋率下降，此時蒸氣分子在此親水層不斷擴散至滲透端，易在膜內形成結垢，造成滲透通量衰退。 最後探討進料溶液為腐植酸溶液時其滲透通量之變化，所配製腐植酸溶液為0.1wt%，實驗中發現滲透通量在實驗操作24小時後仍可維持在70 kg/m2.hr，並不會有通量衰退的趨勢，且將腐植酸加入仿海水中進行操作，其滲透通量降幅與單純仿海水溶液接近，因此可知腐植酸溶液並不是造成薄膜結垢的主因。 希望藉此研究能有助於薄膜蒸餾於海水淡化上的應用，改善目前全球面臨的缺水問題。

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利用電場奈米過濾及超過濾去除鐵錳砷

摘要 在台灣地區，地下水是公共給水的重要水資源之一，而地下水普遍常見鐵和錳兩種元素，造成處理上的困擾，大多是先將溶解性的二價鐵及二價錳氧化成非溶解性的三價鐵及四價錳，而後再進行固液分離。而砷則是台灣西南部及東北部地下水或井水中常見的天然汙染物，因砷的劇毒性，若長期飲用含有砷的地下水，會對人體健康有很大的危害，因砷的體積較小去除不易，需藉由混凝程序或吸附等方法來去除。 近年來，因淨水品質的提升，國內外許多淨水場陸續採用薄膜程序的方式來處理水質，且薄膜系統有較為節省空間之優點，不僅在淨水工程上，也可應用在食品工業及生化等方面。本研究以奈米過濾及超過濾方式，過濾含有高濃度的鐵溶液、錳溶液、鐵錳混合溶液以及五價砷溶液，並且在膜面的兩端施加不同強度的電場，分析離子在電場作用下的去除效率及濾液通量的提升，探討在不同進料組成、溶液條件、電場強度等操作條件對過濾效能之影響。 有機薄膜大多含有可解離之官能基，因此溶液性質對膜面界達電位之影響甚大，而膜電性與溶質間之靜電作用力也常是影響離子分離效能的重要因素，NF-270及兩種孔洞大小的UF膜材之膜面界達電位皆隨溶液pH值的提高而增加。以NF-270過濾單一鐵、錳及混合溶液時，其壓力對離子阻擋率影響不明顯，但三者的過濾通量隨著pH上升而有下降的趨勢，離子阻擋率則有些微的上升，過濾後濾液鐵濃度皆可符合飲用水標準的0.3 mg/L，而錳的濃度還是偏高，無法低於標準0.05 mg/L。而後以RC-10kDa的UF薄膜搭配不同強度的電場，過濾鐵錳混合溶液，過濾通量因施加一高電場強度而有明顯的上升，不管是否有施加電場，鐵的濾液濃度已經符合標準，錳則需在較高pH值下，其去除率才能有效提高。 在砷的部分，先以30及10 kDa的UF薄膜過濾在pH6、進料為1 mg/L下過濾五價砷溶液，30 kDa的薄膜因為孔洞較大，對於五價砷幾乎沒有去除效果可言，10 kDa的去除效果隨著施加電場強度的增加而上升，因為五價砷在此環境下帶負電，施加電場後遠離膜面而提高去除率。調高五價砷溶液的pH值，使五價砷帶有更多的負電，再經NF-270過濾，有顯著的去除效果，施加電場後，不僅提高過濾通量也使阻擋率增加。

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製備多孔疏水性二氧化矽薄膜及其於二氧化碳捕捉之應用

本研究旨在將具有耐化性、耐熱性與高機械強度的無機陶瓷材料製備成薄膜接觸器，並應用於Post-combustion的二氧化碳捕捉，文中將探討薄膜表面疏水程度與薄膜孔洞對二氧化碳回收效能之影響。 研究中先以FAS溶劑對氧化鋁陶瓷薄膜表面進行疏水改質，其結果發現，改質時間從2 hr增加至10 hr，接觸角從123°提升至142°，而當改質時間超過10小時後則再無明顯地變化，接觸角幾乎維持一定值，這結果表示薄膜表面能接枝疏水官能基的活性點已趨飽和。然而，在長時間連續操作的吸收實驗中，由結果可得知，導致薄膜被濕潤的因素不僅與膜材表面之疏水程度有關外，孔洞大小亦是影響的主因之一。 因此，本研究也將針對陶瓷薄膜孔洞進行縮孔改質，以提升薄膜之抗濕性與耐久性。為達到縮孔之目的，在實驗中，成功以溶膠凝膠法將具有中孔洞的二氧化矽氣凝膠成長於陶瓷薄膜孔洞與表面上，再對此複合型薄膜進行表面疏水化改質（定義為Al2O3/SiO2-FAS），而改質後的複合型薄膜之液滴接觸角仍具有高疏水性質，因此能同時具有縮孔及疏水之特性。此外，由吸收實驗中發現，二氧化碳之初始吸收通量於薄膜縮孔前後並無明顯差異，顯示出二氧化矽氣凝膠確實具有相當高之孔隙度(90%以上)以利氣體透過並維持一高通量值。隨後，再以長時間連續操作的吸收實驗測試此薄膜之耐久性後發現，氣凝膠縮孔技術確實能有效地減緩液體滲入薄膜，使其吸收通量可維持非常好地穩定性。 最後，本研究中利用FAS的自我接枝特性，試圖於薄膜表面與孔洞中成長出網狀的疏水結構，使疏水程度增高，減低薄膜潤濕以提升二氧化碳之吸收通量。從實驗結過顯示，隨著接枝次數的增加；表面接觸角亦有些微地增加，在四次的接枝改質後，其液滴接觸角能提升至149°左右，幾乎已達超疏水標準，而二氧化碳吸收通量亦由0.00085 mol/m2s提升至0.0011 mol/m2s左右，並於四天的連續式吸收實驗下展現出良好之穩定性，證明了藉由多次的接枝改質步驟能有效地提升薄膜之抗濕性與耐久性，並成功地將無機薄膜應用於薄膜接觸器之二氧化碳捕捉技術上，且能獲得良好的穩定吸收效能。

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孔隙性二氧化矽顆粒製備與探討

利用懸浮聚合法和粒種乳化聚合法製備孔隙性聚苯乙烯-二乙烯苯共聚合物作為後續製備孔隙性二氧化矽顆粒的模版，並改變稀釋劑的種類和添加量來觀察其孔隙性的變化。再添加入四乙基矽烷(Tetraethyl orthosiliate,TEOS)於模板中並行水解縮合反應，之後利用高溫鍛燒方式將模板去除而得到具有孔隙性的微米級二氧化矽顆粒。另外以溶膠凝膠法並添加離子型界面活性劑溴化十六烷基三甲酯(cetyltrimethylammonium bromide ,CTAB)與十二烷胺鹽酸鹽(Dodecylamine Hydrochloride ,DLHC)製備奈米級孔隙性二氧化矽顆粒，添加三乙醇胺(Triethanolamine, TEA)改質TEOS減緩其反應速率以減低二氧化矽顆粒間的團聚現象，並改變乙醇的添加量來減緩凝膠化時間以使顆粒間的分散度達到最大，在以改變離子型界面活性劑的添加量來觀測其孔隙度的變化。 使用的分析儀器包括SEM、BET等儀器，在SEM上，可觀察顆粒的粒徑大小和表面結構以及顆粒間的分散情形，從BET中，觀測顆粒的比表面積和孔洞大小以及孔隙體積。

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氧代氮代苯并環己烷改質碳奈米管之合成與性質研究

摘要 本實驗室成功的利用氧代氮代苯并環己烷(BPA-FBz) 與BPA-FBz-DDM-BMI，在100℃下，利用Diels-Alder (DA) 環加成反應接枝上碳奈米管並製備成奈米複合材料，包含塊材、膜材與錠材。而後再以傅立葉光譜儀、拉曼光譜儀、熱重分析儀來探討其結構，並以DMA(Dynamic Mechanical Analysis )探討其機械性質。 而後將改質後的碳奈米管CNT-BPA-FBz與CNT-BPA-FBz-DDM-BMI，利用壓錠的方法將它製作成塊材，再進行交聯；並分別與 BPA-FBz 與BPA-FBz-DDM-BMI利用模具製備成複合塊材，在導電性質方面添加2.5wt% MWCNT-BPA-FBz至BPA-FBz中可以從3.8×10-13上升到6.8 × 10-5 S/cm，添加5wt% MWCNT-BPA-FBz-DDM-BMI至BPA-FBz-DDM-BMI中導電度可以上升到1.37 × 10-5 S/cm。 在機械性質方面，不添加改質後碳奈米管之BPA-FBz複合材料，儲存模數約為447.2 Mpa，玻璃轉移溫度(Tg)約為273oC; 添加3wt% MWCNT-BPA-FBz至BPA-FBz中儲存模數提升至1238.8 Mpa，玻璃轉移溫度(Tg)提升至291 oC;不添加改質後碳奈米管之BPA-FBz-DDM-BMI複合材料，儲存模數約為828.7 Mpa，玻璃轉移溫度(Tg)約為210.2oC; 添加3wt% MWCNT-BPA-FBz-DDM-BMI至BPA-FBz-DDM-BMI中儲存模數提升至3250Mpa，玻璃轉移溫度(Tg)提升至277.3 oC。

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固定化澱粉質吸附材於乙醇脫水 之動態吸附研究

在酒精和水混合物的分離技術當中，於一大氣壓下，酒精和水組成為95.6wt％時，在78.2℃會瓹生共沸點，而吸附分離相較於傳統共沸蒸餾或萃取蒸餾為一種較節能的程序，因此被廣泛運用在酒精脫水。由於其吸附選擇性及再生效率較差，近年來有些學者開始利用澱粉等材料來當作吸附材，但未經處理的澱粉吸附材有膨潤及糊化等問題。因此，本研究利用Sol-Gel法成功將澱粉固定化在矽膠基材上，以解決澱粉在吸附上所遇到的問題。本論文先利用BET比表面積測定儀，使用固定化澱粉作為吸附劑，得到不同的吸附帄衡數據，由數學分析等溫線吸附帄衡關係式，取得等溫吸附帄衡曲線圖及其參數。最後由實驗方式將顆粒狀固定化澱粉填充於單一吸附塔中進行模擬，研究中藉由改變不同的操作條件(如進料濃度、氣體流速、吸附材顆粒大小及床層高度)探討各種變因對貫流行為的影響，並以傅立業紅外線光譜儀取代傳統氣相層析儀，快速有效率的偵測濃度的變化。結果可發現，貫流曲線的突破時間因進料濃度和氣體流速的增加而提前，而床層高度的增加會使突破時間延後。吸附材顆粒大小及床層高度對於出口濃度C/Co值影響較為顯著，且系統Roll-over 的現象也隨著氣體流速的增加而愈明顯。在動態吸附實驗中，其貫流曲線斜率及出口濃度 C/Co 值最能代表系統行為，本研就藉由回應曲面法( Response surface methodology, RSM )，發現在進料濃度為92%、吸附材顆粒為1~2 mm、進料氣體流速為500 sccm及床層高度7 cm 速率下，為本研究實驗範圍內的佳操作條件。

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高含氮料源於渦旋式流體化床燃燒爐中燃燒之研究

中文摘要 本研究係於一實驗室規模之渦旋式流體化床燃燒爐中進行，其乾舷區內徑為0.154公尺，高4公尺，燃燒室截面積為0.22公尺 × 0.11公尺，二次空氣由乾舷區下端以切線方向進入爐內，其注入點位於分配板上方0.796公尺，本研究以氮含量為16.8 wt%之豬皮為燃料，矽砂為床質，利用含氮量高達16.8%之豬皮進行燃燒之研究，探討各操作參數如床溫、床下計量氧比、過量氧率、乾舷區溫度、床高、床質粒徑及旋風分離器對爐出口之CO、NO排放濃度之影響。 研究結果顯示，乾舷區溫度效應對於爐出口之CO影響最為顯著，其次為過量氧率效應；對於NO排放濃度而言，以過量氧率影響最為顯著，其次為床溫效應，再者為乾舷區溫度效應；當實驗操作在乾舷區溫度750℃及800℃時，發現CO排放濃度呈現較高且NO排放濃度較低之現象，同時於實驗中發現當乾舷區溫度在900℃時，NO會有下降之趨勢。旋風分離器對於CO排放有降低效應，尤其是在高CO濃度時，效應更為顯著，對於NO之排放濃度並無顯著效應。

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脫毒程序對麻瘋樹籽渣中毒性物質及抗營養因子的影響

麻瘋樹是一種具有多用途的植物，其種仁含有高達50%的含油量，一般用來做為生質柴油的原料，此外，由於其為非糧食作物，使得麻瘋樹成為熱門的能源作物。然而在萃取種子的油脂後會產生大量的籽渣，經研究後發現籽渣中含有豐富的營養蛋白，對動物而言是極佳的營養來源，但亦含有毒性物質與抗營養因子，這些物質會對動物健康造成負面影響，若要將籽渣做為動物飼料則必須將其中的毒性物質及抗營養因子脫除或降解，而脫毒為其中的方式之一。本研究採用溶劑萃取與加熱處理做為脫毒程序進行脫毒處理，並藉由實驗設計中的回應曲面法，了解系統的各種操作參數對目標函數的重要性，實驗中針對濃度、處理時間與料液比等操作參數進行討論，以了解各種參數對去除率的影響，結果顯示皂素的去除率易受到乙醇濃度的影響，濃度太高或太低皆不利於皂素的去除，經過脫毒可去除超過60%的皂素含量。植酸則是容易受鹽酸影響，提升籽渣鹽酸比對植酸去除率有較顯著影響，去除率達50%。脫毒後，皂素與植酸含量分別為0.334 (g/100g)與0.831 (g/100g)，皆低於一般市售大豆籽渣的含量。

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玉米穗軸於渦旋式流體化床燃燒爐中燃燒之研究

本研究係在一渦旋式流體化床燃燒爐中，進行玉米穗軸之燃燒實驗。實驗所用之設備，爐體總高度4.6m，燃燒室為面積0.8m × 0.4m之矩形，乾舷區為內徑0.75m之圓柱形，二次空氣從乾舷區下端，距氣體分佈器2.05m高，以切線方式通入。以破碎後之玉米穗軸為研究對象，燃料顆粒大小在5mm以下，針對不同操作模式：(1)只通一次空氣 (2)階段燃燒 (3)煙氣迴流，以及各種不同操作條件，包括床溫、配風比、床下計量氧比，來探討軸向溫度分佈、CO、NOx排放濃度、燃燒效率、燃燒份額、床下以熱傳管移除之熱量，共13組實驗，另外加做1組以切塊方式準備之大顆粒燃料，長度與直徑皆30mm左右之圓柱狀，探討燃料顆粒大小之影響。 實驗結果顯示，最佳之操作模式為煙氣迴流，有最低之CO及NOx排放濃度，燃燒效率有85%~90%左右，床溫操作於700℃、過量空氣量46%及床下計量氧比100%為最佳。另外，燃料大小以大顆粒較佳，有助於NOx降低及燃燒效率之提升，而CO只有些微上升。若以熱能回收角度來看，採用只通一次空氣，可得到較高之燃燒效率，床區之燃燒份額較高，床下熱傳管回收之熱量也最多，床溫操作在700℃、過量空氣量83%、使用小顆粒燃料，床內之熱能回收就可達燃料燃燒產生之熱量的四分之一，且污染物排放濃度皆在法規標準之下，若使用大顆粒燃料，不僅可再提升燃燒效率及床區燃燒份額，還能降低NOx之排放濃度。