稻草、膨发稻草及沸石对水及氨气的吸持探讨.doc

稻草、膨發稻草及疏水性沸石對水及氨氣之吸持探討 邱春惠1、邱瑞宇1、郭祈男1、葉桂君1、楊秋忠2 1屏東科技大學環境工程與科學研究所，屏東，台灣 2中興大學土壤環境科學研究所，台中，台灣 摘要 養豬業所造成的環境衛生、廢水污染及臭味問題，常困擾附近居民且造成區域性的空氣品質不佳，其中糞尿混雜易造成氨氣的逸散，不僅危害豬隻健康，更是資源的浪費。本試驗使用稻草、膨發稻草及沸石為質材，進行對水的吸脫附動力試驗及氨氣的袋中吸附試驗，並進行發射掃描式電子顯微鏡分析，以了解膨發作用對質材結構的效應及結構差異對水氣及氨氣吸脫附的影響。結果顯示膨發效應改變稻草原本平滑的溝狀表面產生不規則的皺摺表面，雖增加吸附表面卻減少水分子在溝狀表面凝結，導致在85%相對溼度時，1 ~ 2 mm粒徑的稻草對水的平衡吸附量為289.3 g kg-1，膨發稻草為215.2 g kg-1，稻草較膨發稻草多出34.4%的平衡吸附量。沸石雖有明顯的孔洞結構，但對水的吸附量較稻草低，沸石(H1000)為186.9 g kg-1，沸石(H3000) 為45.2 g kg-1；整體而言，質材對水分的相對吸附速率，膨發稻草＝沸石(H3000) 稻草 沸石(H1000)。至於對氨氣的吸附，不論是稻草或沸石皆可在24 hr內，使濃度為18372 ppmv 2 L氨氣，濃度降低一半以上，其中沸石(H1000)更降至1792 ppmv。各質材24 hr對氨的吸附量，稻草27.3 g kg-1，膨發稻草24.0 g kg-1，沸石(H1000) 42.7 g kg-1，沸石(H3000) 26.0 g kg-1。 關鍵字：膨發稻草、吸附、水、氨、沸石 1. 前言 屏東地區為養豬重鎮，該地區之臭味逸散嚴重，常造成附近居民不悅及抗議[1]，其中氨為畜牧場最主要的臭味源，它常伴隨其他化學物質生成，也可能造成二次氣膠、土壤酸化或地表水優養化等問題[2]，其污染在環境保護上應受重視。近年來畜牧業為降低廢水的處理成本及廢水量，學者強調建立完全無排放水之一貫式墊料豬舍[3]，常用的墊料有稻殼[4]及木屑[5]，但稻殼在高溼度下，因吸濕容量小易造成濕透現象[6]，墊料如含水量過高會增強細菌活動力以及含氨量，容易造成豬隻與雞隻的疾病[7]，而木屑粉塵易造成動物吸入引發呼吸道問題及皮膚沾黏。 台灣稻草年產量260萬公噸，其具有質輕軟且韌性強、通氣又保溫、透水又保濕及生物可分解[8]，曝曬後的稻草含水率為12 ~ 14%[9]，如以露天燃燒方式處理，會產生PM10、CO、NOx等污染物[10]，不只降低空氣品質也浪費資源。如能透過膨發作用[11]，改變質材的表面結構，改善其物理性有助於對水的吸附性能，將可應用於墊料上的使用。沸石主要結構是以Si或Al為中心所構成之氧化物，屬於多孔之晶體結構，其特色為有一樣大小孔洞窗口，能針對部分的吸附質來做選擇性的吸附，也可稱為分子篩[12]。傳統式沸石的矽鋁比(Si/Al)通常為1~5，屬於親水性沸石，當把Si/Al 提升至8~10以上，即為疏水性沸石，其具有吸附臭味及VOCs而不易吸水之特性[13]。 本研究探討稻草、膨發稻草及兩種疏水性沸石對水及氨氣的吸附能力，並了解膨發作用對稻草表面的效應及相關的吸脫附機制。 2. 材料與方法 2.1 吸附劑 以稻草(Straw)、膨發稻草(Puffed Straw)及兩種疏水性沸石(Hydrophobic Zeolite)分別為 Hisiv 1000 (H1000)與Hisiv 3000(H3000)，四個質材做為吸附劑，稻草經剪裁而沸石經敲碎處理，篩取1~2 mm粒徑的質材於烘箱中以105℃加熱烘乾24 hr，再置於乾燥器內冷卻及裝瓶以待進行試驗用。 2.2 吸附質 以水(Water)及氨(Ammonia)為吸附質，水採30、60、85%相對溼度(Relative Humidity, RH)的水汽，模擬環境中的溼度狀態；氨則以18372 ppmv進行氣袋吸附試驗，以了解吸附劑對氨的吸附性能。 2.3 質材的表面結構分析 進行發射掃描式電子顯微鏡分析，以了解質材的表面結構及孔隙狀態。 2.4 水的吸脫附動力試驗 本研究使用紀錄式微量天平進行質材對水汽之吸脫附動力實驗，其實驗裝置如Chiu[14]，天平置於恆溫箱內(25 ± 0.1℃)，以減少溫度對天平重量量測之影響。將樣品平鋪於不鏽鋼秤盤上，利用質量流量計調整適合溼度，以露點溼度計監測，將水汽導入微量天平進行吸附實驗再以高純氮進行脫附試驗。 2.5 氨的吸附試驗 以氣袋恆溫震盪方式進行氨的吸附試驗。首先精秤0.5 g的吸附劑加入3 L氣袋中，將氣袋抽至真空，填充2 L的高純氮後，再注入0.1 mL的氨水(15 M)均勻混合，使每袋之氨濃度為18