TW202033475A - 焚化灰渣合成多孔性材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露了一種由焚化灰渣再利用合成多孔性材料的合成方法，包含： (a)  提供一焚化灰渣（Incineration ash）；(b) 調整該焚化灰渣中矽化合物及鋁化合物的一矽鋁比值；(c) 加入一鹼活化劑混合攪拌，並進行一鹼熔反應；(d) 進行一水解反應後分離為一固體及一水解溶液；(e) 將該水解溶液加入一調整液後攪拌形成一前驅液；(f) 將該前驅液進行一水熱合成反應並獲得一沉澱物；以及(g) 將該沉澱物清洗後烘乾並煅燒，形成一多孔性材料。

Description

焚化灰渣合成多孔性材料的方法
本發明提供了一種焚化灰渣合成多孔性材料的方法，尤指一種透過鹼熔水熱法製成多孔性材料的合成方法。
一般而言，焚化灰渣（Incineration ash）包含焚化底渣（Bottom ash）與飛灰（Fly ash），其定義為焚化爐燃燒廢棄物所產生之殘餘物。底渣目前大部分採用破碎、分選處理後再利用於各項工程填料或工程材料，或是直接採掩埋處理；而飛灰目前大部分採用固化／穩定化處理後堆置於掩埋場，或經水洗後再利用於水泥添加料。
然而底渣與飛灰採掩埋處置時，常常面臨掩埋場容量不足等窘境，致使掩埋無法成為長久可行的處理方式。甚者，灰渣再利用仍有重金屬或戴奧辛等有害物質溶出，造成環境二次污染的疑慮及潛在風險。此外，飛灰採用添加水泥與螯合劑的方式進行固化及穩定化處理，不但會增加體積，進一步加快掩埋空間消耗之外，其中所含氯鹽及氧化鈣等無機成份更容易導致固化所需的反應時間延長，甚至是容易吸濕導以致固化物膨脹崩解等缺點。
綜上所述，目前對於焚化底渣急和飛灰的處理方式，有環境污染疑慮及社會觀感不佳等問題，進而影響垃圾焚化處理之穩定發展。也因如此，焚化灰渣的妥善處理與再利用已成為垃圾焚化廠所面臨的迫切問題。
近年來，有鑑於焚化飛灰中富含矽、鋁化物等特定成份的物質，具備合成多孔性材料及環保吸濕或吸附材料之潛力。依現有的技術論之，對於合成多孔性材料及環保吸濕或吸附材料，多半利用天然黏土礦料、淨水污泥或廢棄玻璃等其他廢棄物作為原料。
有鑑於先前技術中所提及的缺點，本發明提供了一種焚化灰渣合成多孔性材料的方法。本發明所揭露的焚化灰渣合成多孔性材料的方法主要包含七大步驟。
首先，執行步驟(a)，提供一焚化灰渣（Incineration ash），接著執行步驟(b)，調整該焚化灰渣中矽化合物及鋁化合物的一矽鋁比值後，進行步驟(c)，加入一鹼活化劑混合攪拌，並進行一鹼熔反應。
執行步驟(d)，進行一水解反應後分離為一固體及一水解溶液，再執行步驟(e)，將該水解溶液加入一調整液後攪拌形成一前驅液。接著將獲得的前驅液進行步驟(f)，將該前驅液進行一水熱合成反應並獲得一沉澱物，最後透過步驟(g)，將該沉澱物取出清洗後烘乾並煅燒，形成一多孔性材料。其中，步驟(e)之該調整液包含一硫酸，並將該前驅液之pH值調整至8-12。
藉此，本發明可成功將焚化灰渣回收再利用，並於適當地調整控制條件，合成出多孔性材料。除了讓焚化灰渣可自行回收再利用之外，更可以應用於焚化廠之空氣污染與水污染控制，開創焚化灰渣之另一種處理方法及再利用管道，減少焚化灰渣處理量與降低可能產生的環境污染，提高焚化灰渣回收與資源化產品的價值與應用效益。
以上對本發明的簡述，目的在於對本發明之數種面向和技術特徵作一基本說明。發明簡述並非對本發明的詳細表述，因此其目的不在特別列舉本發明的關鍵性或重要元件，也不是用來界定本發明的範圍，僅為以簡明的方式呈現本發明的數種概念而已。
為能瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，茲進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如後：
請參照圖1，圖1為本發明實施例焚化灰渣合成多孔性材料的方法之步驟流程圖。如圖1所示，本發明實施例所稱之焚化灰渣合成多孔性材料的方法主要包含七大步驟。
首先，執行步驟(a)，提供一焚化灰渣（Incineration ash）。在本實施例中，該焚化灰渣為底渣（Bottom ash）、飛灰（Fly ash）或其組合，端看焚化廠或相關業者所提供之焚化灰渣而定，本發明並不加以限制。接著執行步驟(b)，調整該焚化灰渣中矽化合物及鋁化合物的一矽鋁比值，再執行步驟(c)，加入一鹼活化劑混合攪拌，並進行一鹼熔反應。
在本實施例之步驟(b)-(c)中，所述的矽鋁比值介於10-40之間，最佳為10、20或40；其調整方式係透過焚化灰渣中回收矽化合物與鋁化合物，並調整適當的矽、鋁莫耳比例。而鹼活化劑可以採用鹼性物質，如氫氧化鈉（NaOH）、氫氧化鉀（KOH）、碳酸鈉（Na2 CO3 ）或其組合，以固定鹼灰比1.5的方式加入並均勻混合。
至於鹼熔反應中會調整適當的液體固體比例，以利下個步驟使用；在本步驟中，推薦調整的液體固體比值可介於100-200之間，且又以100、150或200為佳。而本步驟鹼熔反應所採用的反應硬體為高溫爐，反應時間可介於20-80分鐘之間，反應溫度則可介於攝氏溫度200-800度之間。在本步驟中，最佳的鹼熔反應溫度及時間依序為攝氏溫度400-600度反應40-60分鐘。
接著執行步驟(d)，進行一水解反應後分離為一固體及一水解溶液。本實施例中，水解反應所採用的參數為攝氏溫度105度下反應24小時，反應結束後冷卻降溫，並去除殘留不溶解的物質。
再執行步驟(e)，將該水解溶液加入一調整液後攪拌形成一前驅液。本實施例之步驟(e)中，調整液包含一硫酸，且所述硫酸的體積莫耳濃度為1 M。調整液中更包含總溶液（即調整液和水解溶液的總和）重量百分比濃度1.2%的溴化十六烷基三甲銨（Cetyltrimethylammonium bromide, CTAB）溶液。最後，在本實施例之步驟(d)中，透過硫酸將該前驅液之pH值調整至8-12。
接著將獲得的前驅液繼續進行步驟(f)，將該前驅液進行一水熱合成反應並獲得一沉澱物。在本實施例步驟(f)中，該水熱合成反應所採用的方式為加蓋密封的熱水反應器。其反應時間介於12-48小時之間；而反應溫度介於攝氏溫度80-180度之間。本實施例步驟(f)所採用的最佳參數為反應溫度與時間依序為攝氏溫度105度反應24或48小時。
最後透過步驟(g)，將該沉澱物取出清洗後烘乾並煅燒，形成一多孔性材料。本實施例步驟(g)中，步驟(f)所獲得的沉澱物取出清洗後會進行過濾，接著煅燒的參數採用攝氏溫度450-650度作用3-6小時。
本實施例最終生產出的多孔性材料為沸石（Zeolite）。請參照圖2，圖2為本發明實施例焚化灰渣合成多孔性材料的方法之最終成品圖。如圖2所示，在圖2為掃描式電子顯微鏡圖的前提下，可看出本發明實施例所合成的沸石具有高品質的特性，且可依照不同的條件參數合成出不同性質的沸石，並可應用作為吸附材料（Adsorbent）、觸媒載體（catalyst support）、耐溫材料或表面改質材料等，僅依照實施的需求調整，本發明並不加以限制。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及說明內容所作之簡單變化與修飾，皆仍屬本發明涵蓋之範圍內。
(a)-(g):步驟
圖1為本發明實施例焚化灰渣合成多孔性材料的方法之步驟流程圖。 圖2為本發明實施例焚化灰渣合成多孔性材料的方法之最終成品圖。
(a)-(g):步驟

Claims (13)

  1. 一種焚化灰渣合成多孔性材料的方法，包含： (a)  提供一焚化灰渣（Incineration ash）； (b) 調整該焚化灰渣中矽化合物及鋁化合物的一矽鋁比值； (c) 加入一鹼活化劑混合攪拌，並進行一鹼熔反應； (d) 進行一水解反應後分離為一固體及一水解溶液； (e) 將該水解溶液加入一調整液後攪拌形成一前驅液； (f) 將該前驅液進行一水熱合成反應並獲得一沉澱物；以及 (g) 將該沉澱物取出清洗後烘乾並煅燒，形成一多孔性材料； 其中，步驟(e)之該調整液包含一硫酸，並將該前驅液之pH值調整至8-12。
  2. 如請求項1所述的焚化灰渣合成多孔性材料的方法，其中步驟(a)之該焚化灰渣為底渣（Bottom ash）、飛灰（Fly ash）或其組合。
  3. 如請求項1所述的焚化灰渣合成多孔性材料的方法，其中步驟(b)之該矽鋁比值介於10-40之間。
  4. 如請求項1所述的焚化灰渣合成多孔性材料的方法，其中步驟(c)之該鹼活化劑為氫氧化鈉（NaOH）、氫氧化鉀（KOH）、碳酸鈉（Na2 CO3 ）或其組合。
  5. 如請求項1所述的焚化灰渣合成多孔性材料的方法，其中步驟(c)之該鹼熔反應的反應時間介於20-80分鐘之間；該鹼熔反應的反應溫度介於攝氏溫度200-800度之間。
  6. 如請求項5所述的焚化灰渣合成多孔性材料的方法，其中步驟(c)之該鹼熔反應的最佳反應時間介於40-60分鐘之間；該鹼熔反應的最佳反應溫度介於攝氏溫度400-600度之間。
  7. 如請求項1所述的焚化灰渣合成多孔性材料的方法，其中步驟(e)之該硫酸的體積莫耳濃度為1 M。
  8. 如請求項7所述的焚化灰渣合成多孔性材料的方法，其中步驟(e)之該調整液更包含溴化十六烷基三甲銨（Cetyltrimethylammonium bromide, CTAB）。
  9. 如請求項78述的焚化灰渣合成多孔性材料的方法，其中該溴化十六烷基三甲銨（Cetyltrimethylammonium bromide, CTAB）的重量百分比濃度為該水解溶液加上該調整液之總溶液的1.2%。
  10. 如請求項1所述的焚化灰渣合成多孔性材料的方法，其中步驟(f)之該水熱合成反應的反應時間介於12-48小時之間；該水熱合成反應的反應溫度介於攝氏溫度80-180度之間。
  11. 如請求項10所述的焚化灰渣合成多孔性材料的方法，其中步驟(f)之該水熱合成反應的最佳反應時間為24或48小時；該水熱合成反應的反應溫度最佳為攝氏溫度105度。
  12. 如請求項1所述的焚化灰渣合成多孔性材料的方法，其中步驟(g)之煅燒參數採用攝氏溫度450-650度作用3-6小時。
  13. 如請求項1所述的焚化灰渣合成多孔性材料的方法，其中步驟(g)之該多孔性材料為沸石（Zeolite）、吸附材料（Adsorbent）、觸媒載體（Catalyst support）、耐溫材料或表面改質材料。
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