TW200838798A - Method for producing activated carbon and recycle system of waste film - Google Patents

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200838798 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種製造活性碳之方法，其中將廢棄之醯 化纖維素膜再使用作爲活性碳之原料，及一種廢棄膜之循 環系統。 【先前技術】 聚合物膜具有優良之光學穿透性及撓性，而且可形成 薄及重量輕之膜。因此聚合物膜廣泛地作爲光學功能膜。 特別地’由醯化纖維素等形成之醯化纖維素膜（以下稱爲 膜）除了以上性質亦具有韌性及低雙折射。此膜係作爲倂 入面板（即近來市場擴大之液晶顯示器（LCD))中之偏光濾 光片的保護膜。 在製造偏光濾光片之偏光濾光片製法中，其丟棄供應 膜總量之約30%。丟棄膜（以下稱爲廢棄膜）因偏光濾光 片之快速市場擴大而快速地增加。然而其尙未發展廢棄膜 之再使用及循環系統，如廢紙之再使用系統及廢棄塑膠之 循環樹脂形成系統。廢棄膜係以額外之廢料處理費用焚燒 或在掩埋場中處置。 然而由近來環境問題及資源節約趨勢之觀點，其希望 再使用廢棄膜。至於再使用廢棄膜之方法，其有一種自廢 棄膜選擇性隔離醯化纖維素（其爲膜之原料）之方法、一 種使用廢棄膜作爲模塑原料之方法等。然而在前者方法中 ，由於在製膜期間加入許多添加劑，其難以自廢棄膜僅選 擇性隔離醯化纖維素。在後者方法中，由於醯化纖維素無 200838798 熔點且因熱分解，廢棄膜無法作爲模塑原料。 已知紙及木材（其爲生質材料）及熱固性樹脂（以酚 樹脂代表）因加熱變成多孔性結構而不造成液化。相反地 ，熱塑性樹脂因加熱而熔化，但是因碳化而不變成多孔性 結構。因加熱而熔化及分解之醯化纖維素的碳化行爲尙不 明瞭。 已知一種再使用廢紙（如舊報紙等）作爲活性碳原料 之方法（參見日本專利公開公告第1 1 - 1 7 1 524號）。此外 已知一種再使用酚樹脂爲主廢料作爲活性碳原料之方法（ 參見日本專利公開公告第7- 1 72808號）。 如上所述，廢棄膜是否可作爲活性碳原料並無參考資 料或硏究。日本專利公開公告第11-171524號揭示一種使 用紙漿（如報紙）作爲活性碳原料之方法。然而在許多情 形，廢棄材料碳化產生之碳化物由於以上原因而不具有高 吸附性質。因而大部分此種碳化物係作爲污垢改良劑、燃 料等，而非吸附劑。 本發明之一個目的爲提供一種製造活性碳之方法，其 中將廢棄膜再使用作爲活性碳之原料，及一種廢棄膜之循 環系統。 【發明内容】 爲了達成以上及其他目的，依照本發明之活性碳之製 法藉由 Q酿化繊維素作爲主要成分之有機物質碳化而產 生碳化物。活性碳係藉由將此碳化物活化而製造。 較佳爲此有機物質爲切片之廢棄膜。較佳爲碳化物係 200838798 在不低於750 °C且不超過950°C之溫度活化。較佳爲碳化物 之活化係使用氧化氣體。較佳爲碳化物係在攪拌時活化。 依照本發明之廢棄膜之循環系統係使用以上之活性碳 製法由廢棄膜製造活性碳。由廢棄膜製造之活性碳具有等 於由棕櫚殼與椰子殼製造之活性碳的吸附性質。製造之活 性碳係作爲例如製膜期間產生之溶劑的吸附劑。 依照本發明由廢棄膜製造具有吸附性質之活性碳。 φ 【實施方式】 在第1圖中，活性碳製造設備10包括漏斗11、碳化 裝置12、及活化裝置13。丟棄膜（以下稱爲廢棄膜）15 _ 係置入漏斗1 1中。廢棄膜15可得自例如製膜設備、偏光 濾光片製造設備等。轉動切割器1 6附於漏斗1 1。轉動切割 器16將廢棄膜15切成約1公分平方之片。廢棄膜15之片 係送至碳化裝置1 2。 膜係在製膜設備中由以下原料製造。膜之不必要部分 φ 變成廢棄膜15。三乙醯纖維素（TAC)爲較佳之醯化纖維素 ’其爲膜之主要成分。主要成分爲膜所含成分中具有最大 重量比例之成分。 其可使用芳族烴（例如苯、甲苯等）、鹵化烴（例如二 氯甲烷、氯苯等）、醇（例如甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇 、一乙一醇等）、酮（例如丙酮、甲乙酮等）、酯（例如乙 酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯等）作爲溶解醯化纖維素之 溶劑。 塗布漆係由上述醯化纖維素及溶劑製備。膜係由塗布 200838798 塑 阻 加 第 述 〇 爲 入 化 出 棄 物 15 22 爲 使 上 化 化 漆製造。在製備塗布漆時，其依照欲製造之膜型式將如 性劑、退化抑制劑、UV吸收劑、光學各向異性控制劑、 滯控制劑、染料、消光劑、剝除劑、剝除改良劑等之添 劑加入塗布漆。醯化纖維素詳述於日本專利公開公告 2005- 1 04 1 4 8號[0140]至[0195]段。上述溶劑及添加劑詳 於日本專利公開公告第2005- 1 04 1 48號[01 96]及[05 16]段 碳化裝置12具有碳化爐20。安裝在碳化爐20內部 輸送機21及電熱器22。碳化爐20具有拾取廢棄膜15之 口 23、及排放在碳化爐20中碳化之廢棄膜（以下稱爲碳 膜）24的出口 25。開關快門（未示）各附於入口 23及 口 25。快門將入口 23及出口 25密封以使碳化爐20在廢 膜15之碳化期間不透氣。在本發明中，碳化表示將含碳 質經熱解及加熱轉化成由大約100 %碳原子組成之物質。 輸送機2 1係藉驅動機構27驅動，而且輸送廢棄膜 。電熱器22將碳化爐20內部加熱。較佳爲使用電熱器 使碳化爐20之溫度不低於450°C且不超過600°C。較佳 碳化時間不小於1 5分鐘且不超過60分鐘。廢棄膜1 5係 用輸送機2 1輸送。然而廢棄膜1 5之輸送方法不限於以 。例如可使用後述之轉動窯3 0。亦可藉由將氮進料至碳 爐20以降低其中之氧濃度而促進碳化。 如上所述，藉由在碳化裝置1 2中將廢棄膜1 5碳化 其防止由於廢棄膜1 5燃燒產生之戴奧辛。此外防止二氧 碳（其爲全球暖化之主因）發散。 活化裝置1 3具有轉動窯3 0及氣體供應來源3 1。轉動 200838798 窯30爲具有扭轉輪葉30a固定於其內圍之圓柱形管。轉動 窯30具有入口 34及出口 35。入口 34自碳化裝置12拾取 碳化膜24。出口 35排放在轉動窯30中活化之碳化膜24。 其對入口 34及出口 35各提供開/關快門（未示）。開/關快 門將入口 34及出口 35密封以使轉動窯30在碳化膜24之 活化期間不透氣。 轉動窯30之外表面係以輥36支撐以使轉動窯30可轉 動。鏈輪40附於轉動窯30。鏈輪40係藉驅動機構41驅動 。鏈輪40轉動而將碳化膜24攪拌輸送通過轉動窯30。 電熱器43係安裝於轉動窯30內部。其較佳爲使用電 熱器43將轉動窯30內部加熱至不低於750°C且不超過950 °C之溫度。如果溫度低於75 0°C，則活化（其爲吸熱反應） 極受阻礙。如果溫度超過950°C，則活化過度進行，其由於 碳化揮發而造成低產率。此外確保耐熱性之安裝成本增加 〇 二氧化碳（C〇2)氣體45係自氣體供應來源31經附於轉 動窯30之氣體入口管47進料至轉動窯30。進料至轉動窯 30之氣體不限於C〇2氣體，而且可使用任何氧化氣體，例 如水蒸氣、或以上氣體之混合物。 碳化膜24係藉活化裝置1 3活化。細微碳化物係自多 個形成於碳化膜24中之微孔去除。由於此微孔，活化碳化 膜24得到相較於活化前之碳化膜24爲令人驚奇之高吸附 性質。即其使用活化裝置1 3由碳化膜24製造活性碳50。 碳化膜24係在轉動窯30中攪拌活化，如此製造具有等於 -10- 200838798 由棕櫚殼與椰子殼製造之活性碳的吸附性質之活性碳50。 如此設計由廢棄膜1 5製造活性碳5 0之循環系統7 1。即使 廢棄膜具有不同之添加劑組成物，循環系統仍可無關添加 劑組成物而製造高吸附性活性碳50。 粉碎機5 2係安裝於活化裝置1 3下游，而且將活性碳 50粉碎成粉末。粉狀活性碳50係作爲用於吸收在製膜設備 中產生之溶劑氣體的吸附劑。溶劑氣體係自揮發性有機溶 劑（如二氯甲烷）蒸發。活性碳50可依用途使用燒結劑或 黏合劑而以粒狀形式使用。燒結劑藉由經加熱熔化或造成 結構變化而黏合及固化活性碳。黏合劑具有聚合物結構且 黏合及固化活性碳。 其次敘述活性碳製造設備1 〇之操作。首先將由製膜設 備、偏光濾光片製造設備等丟棄之廢棄膜15置於漏斗11 中。藉轉動切割器16將廢棄膜15切成片。將廢棄膜15之 片經碳化爐20之入口 23進料至移動輸送機21 °在將特定 量之廢棄膜15進料至輸送機21時，輸送機21停止且藉開 /關快門密封入口 23。因而使碳化爐20爲氣密性’及開始 廢棄膜1 5之碳化。此時較佳爲使用電熱器22將碳化爐20 加熱至不低於450°C且不超過60(TC之溫度。其較佳爲碳化 時間不小於1 5分鐘且不超過60分鐘。 在廢棄膜15之碳化結束時，碳化爐20之出口 25因開 /關快門開放而打開。再度驅動輸送機2 1且將碳化膜24自 碳化爐20之出口 25輸送至活化裝置13之轉動窯30° 將碳化膜24經其入口 34置入轉動之轉動窯30中。在 -11- 200838798 特定量之碳化膜24置入轉動窯30中時，藉開/關快門密 入口 34。因而使轉動窯30爲氣密性，及開始碳化膜24 活化。其較佳爲使用電熱器43將轉動窯30內部加熱至 低於750°C且不超過95 0°C之溫度。將C〇2氣體45自氣 供應來源3 1進料至轉動窯3 0。藉轉動窯3 0之轉動攪拌 活化碳化膜24。調整活化時間以達到50%之活性碳50產 。活化時間亦基於電熱器43之加熱能力及轉動窯30之 動速度而調整。 在碳化膜24之碳化結束時，轉動窯30之出口 35因 放開/關快門而打開。將活性碳50自出口 35排放。藉粉 機5 2粉碎排放之活性碳5 0。 在此具體實施例中，其使用廢棄醯化纖維素膜作爲 性碳5 0之原料。然而原料不限於以上，只要其爲含醯化 維素作爲主要成分之有機物質。 在此具體實施例中，轉動窯30係用於攪拌碳化膜 。然而其不限於轉動窯30。其可使用任何可增加熱傳輸 率及碳化膜24與C〇2氣體45間接觸之機構。例如可實 使用氣體或振動等攪拌。 在此具體實施例中，電熱器22及43係用於將碳化 20及轉動窯3 0加熱。然而加熱裝置不限於此。其可使用 斯本生燈等。亦可燃燒在碳化及/或活化期間產生之廢氣 用於加熱。 在此具體實施例中，碳化裝置1 2及活化裝置1 3係 裝成個別裝置。然而亦可藉由在碳化後將氧化氣體引入 封 之 不 體 而 率 轉 開 碎 活 纖 24 效 行 爐 瓦 以 :安 苴 /、 -12- 200838798 中而在碳化裝置1 2內部實行活化。此組態係用於小型活性 碳製造設備。 活性碳製造設備1 〇係作爲其中循環及再使用廢棄膜 1 5之循環系統7 1的一部分。循環系統7 1具有溶液流延設 備73及活性碳製造設備10。在溶液流延設備73中，醯化 纖維素膜（以下稱爲膜）72係由含醯化纖維素與溶劑之塗 布液製造。溶液流延設備7 3具有製膜段7 5及溶劑回收段 76。在製膜段75中，其將塗布液在撐體上流延及剝除，然 後乾燥剝除膜72。在溶劑回收段76中，其回收在製膜段 75中蒸發之溶劑及精製，然後送回製膜段75。在溶劑回收 段76中精製之溶劑係在製膜段75中再使用作爲塗布液之 原料。然而循環系統71之組態不限於以上。 在溶劑回收段76中，其安裝吸附裝置（未示）。吸附 裝置藉由吸附溶劑蒸氣及解附所吸附溶劑而回收溶劑。將 含溶劑蒸氣之氣體自製膜段75送至吸附裝置。吸附裝置含 活性碳5 0，其自由製膜段7 5送出之氣體吸附溶劑。將吸附 用氣體送至解附裝置且接觸活性碳50。因而將吸附溶劑解 附及回收。 在製膜段75中，廢棄膜15係在膜72之製造期間產生 。將廢棄膜1 5送至活性碳製造設備1 0且形成活性碳50。 依照本發明之循環系統，活性碳50係由含醯化纖維素作爲 主要成分之有機物質製造，而且使用製造之活性碳5 0作爲 在製膜期間產生之溶劑蒸氣的吸附劑。 [實例] -13- 200838798 以下敘述實驗及比較實驗作爲本發明之指定實例。然 而以下實驗及比較實驗不限制本發明之範圍。 [比較實驗] 將碳化爐20之內溫設定爲不低於3 5 0°C且不超過600 °C。藉由在碳化爐20中將廢棄膜1 5之片碳化1 5分鐘而得 到碳化膜24。對碳化膜24未實行活化。碳化膜24之產率 爲1 0重量％。產率値係按用於碳化之片的重量計算。 [實驗1] 將比較實驗產生之碳化膜24置於轉動窯30中。將轉 動窯30之內溫設爲不低於750°C且不超過95 0°C。將C〇2 氣體45自氣體供應來源3 1以1公升/分鐘之流動體積經氣 體入口管47進料至轉動窯30。在轉動窯30中以0.75 rpm 攪拌經90分鐘而將碳化膜^24活化。 [實驗2] 將比較實驗產生之碳化膜24置於電熱爐（未示）中。 將電熱爐之內溫設爲不低於750°C且不超過950°C。將氣體 入口管（未示）安裝於電熱爐中。將C〇2氣體45以4公升 /分鐘之流動體積經氣體入口管進料至電熱爐。將碳化膜24 在電熱爐中活化7 5分鐘 將以上實驗1及2製造之活性碳50及以上比較實驗製 造之碳化膜24冷卻。冷卻表示不使用任何冷卻裝置，將活 性碳50及碳化膜24靜置而自我冷卻。在冷卻後，藉由使 碘與二氯甲烷個別地通過實驗1及2之活性碳50及比較實 驗之碳化膜24而測量吸附性質。碘與二氯甲烷之吸附量係 -14 - 200838798 依照ns (ΚΙ 474)測量。結果示於表i。在表i及以下說明 中’由棕櫚殼及椰子殼製造之活性碳稱爲棕櫚殻及椰子殼 活性碳。 [表1] 吸附性質 碘 二氯甲烷 實驗1 1144 0.57 實驗2 887 0.50 比較例 200或以下 0.05或以下 棕櫚殼及椰子殼活性碳 1064 0.55 在表1中，「碘」欄顯示將碘之吸附量（毫克）除以所 使用活性碳50或碳化膜24之量（克）而得之値。「二氯甲 烷」値顯示將二氯甲烷之吸附量（克）除以所使用活性碳 50或碳化膜24之量（克）而得之値。 如表1所示，在實驗1及2中製造之活性碳5 0具有等 於棕櫚殼及椰子殻活性碳之吸附性質。棕櫚殻及椰子殻活 性碳之碘吸附量爲106 4(毫克/克），及其二氯甲烷量爲0.55 (克/克）。 工業應用力 本發明適合用於使用來自製膜設備、偏光濾色片製造 設備等之廢棄膜製造活性碳，及此廢棄膜之循環系統。 【圖式簡單說明】 第1圖爲依照本發明之活性碳製造設備及包括此活性 碳製造設備之循環系統的略示圖。 【主要元件符號說明】 10 活性碳製造設備 -15- 200838798

11 漏斗 12 碳化裝置 13 活化裝置 15 廢棄膜 16 轉動切割器 20 碳化爐 21 輸送機 22 電熱器 23 入口 24 碳化膜 25 出口 27 驅動機構 30 轉動窯 30a 扭轉輪葉 3 1 氣體供應來源 34 入口 35 出口 36 輥 40 鏈輪 41 驅動機構 43 電熱器 45 二氧化碳氣體 47 氣體入口管 50 活性碳 52 粉碎機 -16- 200838798 71 循 環 系 統 72 醯 化 纖 維 素 膜 7 3 溶 液 流 延 設 備 75 製 膜 段 76 溶 劑 回 收 段

Claims (1)

1. 200838798

   十、申請專利範圍 1. 一種製造活性碳之 將含醯化纖維素ff 化物；及 將該碳化物活化。 2. 如申請專利範圍第 片之廢棄膜。 3 .如申請專利範圍凳 於750°C且不超過 4.如申請專利範圍· 碳化物之該活化。 5 .如申請專利範圍| 時活化。 6. —種廢棄膜之循 範圍第2項之製 7 .如申請專利範圍 作爲製膜期間產 方法，其係包括以下步驟： 爲主要成分之有機物質碳化而產生碳 1項之製法，其中該有機物質爲切成 1項之製法，其中該碳化物係在不低 950°C之溫度活化。 1項之製法，其中將氧化氣體用於該 1項之製法，其中該碳化物係在攪拌 系統，其中活性碳係使用如申請專利 活性碳之方法，由該廢棄膜製造。 6項之循環系統，其中使用該活性碳 之溶劑的吸附劑。 -18-