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技術專文

其中，C in =濾網上游氣體濃度(ppm)；V=測試風量 依⑶式計算所得到的低階活性碳、高階活性碳與中空纖維
(m /min)；T=系統內溫度(℃)；M=標準測試氣體分子量(g/ 於不同去除效率之吸附量與理論使用壽命如 圖8所示。以破出
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mole)；時間為分鐘(min)。 時間與濃度換算所得之結果可知，在維持80%的去除效率時，
低階活性碳、高階活性碳與中空纖維之理論壽命分別為33天、
4. 結果與分析 190天與428天；此結果除顯示中空纖維對低濃度的丙酮分子有
良好之捕捉效益，若製備成化學濾網，其理論使用壽命延長為
4.1 試樣性能測試
高階活性碳的2.25倍，亦即可大幅降低化學濾網更換次數。
實驗結果如 圖7所示，一般活性炭對丙酮幾乎沒有吸附
能力，丙酮分子直接貫穿吸附材，僅短短32.8分鐘，其去除
效率即降至80％，吸附量為0.096wt%；相較之下，高階活性
碳對丙酮之捕捉效益較佳，雖然有部份丙酮分子亦於30分鐘
內貫穿吸附床，但其去除效率可延長到190分鐘方降至80%，
吸附量為0.773wt%。與商用活性碳相比，裝填中空纖維之吸
附材，對丙酮分子可近乎完整捕捉，直到3小時後方有丙酮分
子貫穿，在去除效率降至95%時，中空纖維對丙酮的吸附量
已達0.987wt%。很顯然中空纖維於初始效率(>95%)的性能，
吸附百分比為一般活性碳的四倍以上，深具作為以傳統活性
碳為基材的化學濾網替代材料潛能。
造成此懸殊差異主因來自於丙酮分子尺寸與吸附材孔洞
的分佈。丙酮的動態直徑為4.6Å且為高極性分子，若要在低
圖7、低階活性碳、高階活性碳與中空纖維於風量250L/min、
濃度下達到良好的捕捉效率，吸附材之孔洞分佈需均勻的落
丙酮濃度30mg/m 之破出曲線
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在5~6Å之間，且表面需略帶極性，以增加丙酮分子與孔洞表
面間的吸引力，進而達到良好的捕捉效益。一般活性碳與高
階活性碳之間碘值的差異，即代表活性碳內部微孔(≦10Å)的多
寡；高階之碘值高於1,000mg/g，顯示其內部孔洞結構分佈配
比中，微孔存在比例高於低階活性碳，進而可維持去除效率
80%以上的時間達190分鐘。與此同時，高階活性碳內部的介
孔(2~50nm)與大孔(≧50nm)因無法與丙酮分子產生有效的親
和吸引，導致丙酮分子在活性碳孔洞表面呈現短暫吸附後，
又被後來的丙酮分子推擠出孔洞的狀態，亦即圖二中高階活
性碳破出曲線呈現緩上趨勢，表示高階活性碳吸附床對丙酮
分子的吸附行為處於短暫捕捉後釋放的狀態。至於中空纖維
材料在低濃度的丙酮氣流中吸附超過3小時方有微量的丙酮突
破，這是因為具備均勻分布的微孔孔洞(5~6Å)，且僅略大於
丙酮分子的動態直徑，因此可有效地捕捉丙酮分子，並且無 圖8、低階活性碳、高階活性碳與中空纖維於不同去除效率下之理
其他空間讓其他的丙酮分子進入，進而可讓被吸附的丙酮分 論使用壽命天數
子穩定的停留於孔洞內。
為推估此三種材料製備為化學濾網後，實際運轉之可能 4.2 單濾筒性能測試
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使用壽命，以外氣丙酮濃度30ug/m 進行三種吸附材的理論
為進一步驗證新型中空纖維材料轉換為商用規格的吸附能
壽命計算，計算方法如下：
力，我們以一般MAU用標準Cylinder型AMC濾網濾筒收納各類
吸附材，分別裝填商規高碘值(>1,000mg/g)活性碳，一般填充
(3)
與緊密填充(重量分別為1.9kg與2.8kg)中空纖維進行比較。
如 圖9所示，從活性碳的破出曲線來看，在污染物釋放
後下游濃度急遽上升，維持在95%去除效率的最長時間大約
(4)
在10min左右，吸附量分額約在0.013%以內，而維持在>80%

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