自製活性碳對染整廢水 (Acid Blue 113) 處理之研究

1. 自製活性碳對染整廢水(Acid Blue 113)處理之研究 國立員林崇實高工 化工科 教師：張家銘 學生：蕭宜弘 魏柏瑄 吳昇樺 吳權哲 弘光科技大學 環境與安全衛生工程系

2. 摘要 • 染整業廢水問題主要在於高色度，因此染整相關產業需尋求適合高色度廢水脫色之有效處理技術。 • 染整廢水主要之特性具有多變性、高COD、高色度及生物難分解性(註1)，因此需尋求一低成本、有效且具經濟效應方法。

3. 竹炭有吸附及脫色的功能，目前已廣泛使用於去除環境中污染物質。竹炭有吸附及脫色的功能，目前已廣泛使用於去除環境中污染物質。 利用竹炭吸附及脫色作用，將污染物吸附去除，此法不但能以最低成本淨化水質 ，還能有效利用廢棄竹筷，更能達到環保的功效，對生態環境也更是一層的保障！

4. 壹、研究動機 竹炭為多孔性碳之名詞，乃含碳物質熱分解及高溫活化後的產物，這物質具有相當特殊的孔洞結構，表面上附著具有少量的化學鍵結性之氫和氧，形成表面官能基。 台灣竹筷的生產與利用已大幅破壞自然生態，嘗試將廢棄竹筷燒製成竹炭再利用，以落實環保回收再利用的。

5. 染料為特殊化學工業之一，隨著染料科技之日新月異，染料廢水的處理日漸困難，高化學需氧量（COD）、高色度及生物難分解性為染料廢水的主要特性，這些染料業廢水未經適當處理，即排入河川、湖泊等水體中，不但會造成水質污染惡化，且會對水體造成嚴重感官不適。染料為特殊化學工業之一，隨著染料科技之日新月異，染料廢水的處理日漸困難，高化學需氧量（COD）、高色度及生物難分解性為染料廢水的主要特性，這些染料業廢水未經適當處理，即排入河川、湖泊等水體中，不但會造成水質污染惡化，且會對水體造成嚴重感官不適。 • 雖然色度可有效去除，但可能衍生致癌之中間產物或生物毒性問題，一旦進入承受水體將造成生態與環境污染，並極易引起鄰近民眾之厭惡感。

6. 據統計，台灣每天使用約280萬雙的竹筷，一年約十億雙，日本是較早使用免洗衛生筷的國家，在1999年(民國89年)曾估計一年需消耗一百億雙免洗筷，中國現在每年生產450億雙一次性筷子(大陸稱免洗筷為一次性筷子)。據統計，台灣每天使用約280萬雙的竹筷，一年約十億雙，日本是較早使用免洗衛生筷的國家，在1999年(民國89年)曾估計一年需消耗一百億雙免洗筷，中國現在每年生產450億雙一次性筷子(大陸稱免洗筷為一次性筷子)。 • 台灣環保署統計，竹筷在零回收的情況下製造四點五萬噸垃圾。包括砍樹、垃圾焚化等過程，每年產生九萬噸二氧化碳(註2)，如果沒有再加以利用，地球損傷將會更嚴重。

7. 本專題為節省處理成本，將廢棄竹筷回收再利用，利用竹炭脫色能力，將染料吸附去除，此法不但能以最低成本、最低污染的方式來淨化水質，還能有效利用廢棄物，減緩溫室效應的惡化，對生態環境更是一層的保障！本專題為節省處理成本，將廢棄竹筷回收再利用，利用竹炭脫色能力，將染料吸附去除，此法不但能以最低成本、最低污染的方式來淨化水質，還能有效利用廢棄物，減緩溫室效應的惡化，對生態環境更是一層的保障！

8. 貳、研究目的 • 一、利用炭粉測試對染整廢水吸附效果作以下探討： • (一)利用不同顆粒的炭粉，測試相同濃度染整廢水的吸附效果。 • (二)利用相同的顆粒的炭粉，測試不同濃度染整廢水的吸附效果。 • 二、妥善利用廢棄竹筷，提倡廢物再利用，以落實綠色環保議題。 • 三、尋求染整廢水第二處理方法。

9. 叁、研究設備及器材 • （一）連續刀切粉碎機:又稱破碎機【Breaker】 用於破碎竹炭。 • （二）泰勒式震盪機:【Tyler Shaker】 用於篩選竹炭粒徑。 • （三）蠕動式幫浦:控制染料廢水【Acid Blue 113】平均流速。 • （四）玻璃管柱（含石英棉）:為玻璃材質，內徑為2.5cm，總長38.5cm，離下方出口處4.5cm具一鐵氟龍材質之控制開關。 • （五）烘箱:用於烘乾收集瓶，使數據更精準。 • （六）超音波振盪器:使【Acid Blue 113】溶解更完全。 • （七）高溫爐:用於燒製竹炭。 • （八）紫外光- 可見光分光光度計：【UV-VIS spectrophotometer NEWLABUV-7504 PC】。

10. （九）Acid Blue 113: Acid Blue 113 雙偶氮染料分子式C32H21N5Na2O6S2，特徵波長為566nm，結構如下圖13 所示。 • （十）石英砂:減少竹炭連同廢液一同流出，以及控制流速。 • （十一）玻璃珠:填充於玻璃管柱，用於使染色廢水擴散完全。 • （十二）竹炭:填充在玻璃管柱第二層，進行脫色處理。 • （十三）鋁箔紙:用於包裹廢棄竹筷，使燒製時處於密閉狀態並受熱均勻。 • （十四）洗滌瓶:填裝去離子水。 • （十五）1000ml秤量瓶:配置【Acid Blue 113】成25/50/75/100ppm等。 • （十六）去離子水機:用於所有配藥用水以及潤洗，已達到數據的精準。 • （十七）刮杓:用於取用待測藥品之器具 • （十八）電子天平:小數點後4位 用於精秤各種藥品。 • （十九）石英管:用於待測紫外光- 可見光分光光度計，而計算出脫色率。

11. Acid Blue 113 雙偶氮染料結構

12. 竹炭製備 (0.84mm、0.42mm、0.25mm、0.074mm、小於0.074mm ) 填裝管柱 改變顆粒大小 (0.84mm、0.42mm、0.25mm、0.074mm、小於0.074mm ) 改變染液濃度 (25、50、75、100ppm) 探討吸附能力 肆、研究過程或方法 繪製檢量線

13. 一、繪製檢量線： （一）精秤0.1公克的Acid Blue 113，配置到一 公升定量瓶。 （二）分別吸取溶液到50ml的定量瓶，配置成10.20.30.40.50.60.80.100ppm。 （三）利用紫外光- 可見光分光光度計測出吸光值(abs)，繪出Acid Blue 113檢量線。

14. 二、竹炭的製備： （一）竹筷處理：將收集的廢棄竹筷，以清水沖洗過後，烘乾並用鋁箔紙包裹使之受熱均勻，並包裹密封，竹炭才有足夠的脆度以及孔徑大小平均。 （二）燒製程序：預先將高溫爐提升至500℃，將以鋁箔紙包裹後的竹筷放入高溫爐一小時。 （三）破碎、篩選竹炭：燒製好的竹炭放入連續刀切粉碎機進行破碎工作，再利用泰勒式震盪機篩選出竹炭粒徑大小(0.84mm、0.42mm、0.25mm、0.074mm、小於0.074mm)，分帶包裝。

15. 燒製前 燒製後

16. 三、填裝管柱： • 拿取玻璃管柱（含石英棉），填裝管柱： １、第一層：精秤30公克石英砂 ２、第二層：精秤各不同竹炭粒徑５公克 ３、第三層：精秤石英砂10公克 ４、第四層：精秤玻璃珠10公克 　將裝填完的管柱潤洗過。如右圖

17. 四、改變粒徑大小進行脫色工作： （一）填裝管柱（精秤各不同竹炭粒徑５公克 ） （二）配置染色廢液：50ppm （三）以「蠕動式幫浦」抽取染色液進行脫色： （四）以紫外光- 可見光分光光度計測UV值：

18. 五、改變濃度高低進行脫色工作： (一)填裝管柱：精秤粒徑<0.074mm竹炭５公克 (二)配置染色廢液：不同濃度 （三）以「蠕動式幫浦」抽取染色液進行脫色： (四) 以紫外光- 可見光分光光度計測UV值：

19. 伍、研究結果 • 一、Acid Blue 113 檢量線： 分別配置10.20.30.40.50.60.80.100ppm的Acid Blue 113染色液，在檢測出Acid Blue 113染色液的吸光值，在繪製成檢量線，並推得吸光值與濃度之間的轉換式：

20. 二、自製竹炭分別用不同粒徑，對固定染 料濃度脫色的結果如下：

21. 三、固定竹炭粒徑，對各別染料濃度脫色的結果如下：三、固定竹炭粒徑，對各別染料濃度脫色的結果如下： 固定竹炭粒徑，對各別染料濃度脫色的結果

22. 陸、討論 • 一、實驗結果的討論 本專題是將自製竹炭篩選出不同粒徑進行染整廢液的脫色，探討竹炭吸附染色液的效率，試圖達到使染色液完全的脫色。本專題實驗探討竹炭粒徑大小的改變、溶液濃度的改變。 （一）針對不同的粒徑去探討吸附的能力，結果發現，越大的粒徑對於相同濃度的染色液之吸附效果比越小的粒徑差，原因是因為表面積的不同所以造成此結果。 （二）針對不同溶液濃度去探討吸附能力，結果發現，濃度越大之脫色時間比濃度越小的時間短，原因是因為濃度越高同體積所需吸附的量提升，因而越容易達到飽和。

23. 柒、對產業革新、創新之效益： • 尋找能改善飲用水質的最佳竹炭製程，降低成本，使國產竹炭得以替代進口椰炭，擴大竹炭用途，使新興竹炭產業得以永續發展，不但可以增加竹農與業者的收益，且由於產品品質的提升，更可大大增加我國林產工業的競爭力。 • 未來將規劃以更少量的竹炭克數方式來進行吸附實驗，進行探討其他染整廢水吸附的效果，另外，也將探討如何將吸附飽和的竹炭能重複再利用的方式，更能節省資源，減少垃圾量，讓此研究更加完善。

24. 捌、參考資料 • 1、蘇弘毅、張明琴、王雅君，利用零價鐵管柱處理染料廢水之研究，中華民國環境工程學會2006 廢水處理技術研討會。 • 2、2009-01-06．聯合報．A6版．生活．記者朱淑娟、吳雨潔／台北報導 • 3、http://www.coa.gov.tw/view.php?catid=17569 • 4、新世代林產品－推動林產物利用與研發成果 林務局造林生產組　許美玲農政與農情第191期（2008年5月）http://www.coa.gov.tw/view.php?catid=17569 • 5、木、竹炭在生活上的應用 台灣大學森林系博士後研究⊙洪崇彬 林業研究專訊•第十一卷第三期（2004年6月） http://www.tfri.gov.tw/cht/files/%E5%B0%88%E9%A1%8C4-1330910404.pdf • 6、農業兒童網 http://kids.coa.gov.tw/theme.php?k_type=view_suggest&theme_id=11752&catid=11755 • 7、蔡明秀，「竹炭製備條件對重金屬離子吸附效應」，森林環境暨資源學研究所2006，碩士，臺灣大學。 • 8、呂浩平，2008，「利用MnO2與MnO2/O3土裡染料廢水之可行性研究」，碩士，弘光科技大學 • 9、行政院農業委員會，林務局http://www.forest.gov.tw/content.asp?mp=1&CuItem=28174 • 10、晶宸企業有限公司 http://www.jinseng.com.tw/p2.htm • 11、台灣竹炭衣 陳俞君 棋碁文化出版

25. 感謝 下台一鞠躬