Preparation of expanded kish graphite and its use in the adsorption of diesel

摘要

一貫作業煉鋼製程中，高爐鐵水中的碳元素在降溫時會因為過飽和而析出凝析石墨，故高爐副產物中含有一定量的凝析石墨。凝析石墨為尚未大量開發的潛在石墨資源，為了拓展凝析石墨的應用及價值，本研究從高爐集塵灰中富集凝析石墨，並透過純化技術提升石墨含量後，以化學氧化插層程序將石墨製備成石墨層間化合物，再藉由高溫熱處理程序使其形成凝析膨脹石墨，並利用柴油吸附試驗，以評估其處理油污染物的能力。此外，亦進行凝析膨脹石墨的重複利用性試驗，期能將資源效益發揮至最大化。 本研究使用天然石墨作為凝析石墨之對照組，天然石墨粒徑主要位於0 297 ~ 0 590 mm，而凝析石墨粒徑分布範圍較廣。在電子顯微鏡影像中，天然石墨表面較平整，凝析石墨則存在孔洞缺陷。 天然石墨以H2SO4作為插層劑製備天然膨脹石墨，搭配HNO3作為氧化劑的膨脹體積優於H2O2。然而在製備凝析膨脹石墨時，因凝析膨脹石墨粒徑相對天然膨脹石墨較細碎且分布不一致，經由實驗後發現在粒徑為0 149 ~ 0 177 mm下製備之凝析膨脹石墨有較佳體積。在提高反應溫度後，可增加凝析膨脹石墨之體積，而HNO3比例、液固比與反應時間超過適當條件後，會導致石墨結構破壞且膨脹體積減小，因此在反應溫度為70 ℃、HNO3 : H2SO4為6 : 24、液固比為30 mL/g、反應時間20 min及熱處理溫度為1000 ℃條件下，獲得凝析膨脹石墨較佳體積79 0 mL/g。 在凝析膨脹石墨吸附試驗中，吸附時間為30 min下，其可吸附約339 1 kg-diesel/m3-EG（26 8 g-diesel/g-EG），且當吸附時間為3 min時，即可達到吸附30 min可吸附容量的87 1%，具有能夠快速地清除油污染物的能力。此外，利用真空抽氣過濾與熱脫附評估凝析膨脹石墨之重複利用性，得知第1次脫附後，凝析膨脹石墨的吸附容量雖下降較大，但第2 ~ 5次脫附後，凝析膨脹石墨的吸附容量下降緩慢，表示其具有良好的穩定性且可重複使用性。 綜合而言，凝析石墨從高爐副產物中富集後，可將其製備為凝析膨脹石墨並應用於油污染物處理，不僅拓展凝析石墨的價值，由於其可重複使用，符合資源永續循環的理念。

獎項日期	2020
原文	English
監督員	Juu-En Chang (Supervisor)