DSpace collection: 學位論文

鎳-鎵及銅基觸媒生產甲醇與二甲醚之製備、特性鑑定及CO2轉化效率之研究

title: 鎳-鎵及銅基觸媒生產甲醇與二甲醚之製備、特性鑑定及CO2轉化效率之研究 abstract: 本研究使用共沉澱法(co-precipitation)，合成鎳-鎵(Ni5Ga3)及銅基(CuO-ZnO-Al2O3，CZA)系列觸媒。並以超音波在觸媒之漿體狀態下使觸媒均勻分散於載體，包含矽膠(silica gel, SiO2)、質子化之Y型沸石(protonated Y-type zeolite, HYZ)與Beta型沸石(protonated Beta-type zeolite, HBZ)之中，製備得分散於載體之鎳-鎵及銅基觸媒 (Ni5Ga3/SiO2、CZA/HYZ及CZA/HBZ)。觸媒之晶體結構及外觀分別以XRD及FE-SEM進行鑑定及觀測，確認鎳-鎵觸媒為Ni5Ga3，銅基觸媒則具有CuO-ZnO-Al2O3之結構。FE-SEM顯示載體可維持觸媒顆粒大小分佈均勻。XPS化學成分分析結果顯示鎳-鎵及銅基系列觸媒之有效成分，分別是鎵與銅化物。鎳-鎵與銅基觸媒之金屬氧化態及其與鄰近原子間之鍵長，則分別由XANES/EXAFS進行分析。結果顯示鎳-鎵觸媒中之鎵分散及反應前為Ga(0)，分散與反應後則為Ga(III)；而鎳則保持為Ni(0)。銅基觸媒中之銅及鋅氧化態則皆為Cu(II)與Zn(II)。鎳-鎵及銅基觸媒之中心金屬(Ni5Ga3: Ni及Ga；CZA: Cu及Zn)與鄰近原子之配位數與鍵長，則隨著反應前後呈現反比關係。此些現象皆可證實鎳-鎵及銅基觸媒經由將其分散於載體之中，於MeOH/DME生成過程中，可保持觸媒本身結構、外觀、化學成分與微結構等。此外，在使用鎳-鎵及銅基系列觸媒於雙通道觸媒反應器中，於定壓變溫下(P= 50 bar，T=150、250與350 oC)，進行MeOH/DME生產反應時所產生之物種及其濃度，則以FTIR及GC進行分析鑑定，藉此獲得進料(MeOH：CO2與H2；DME：MeOH)之轉化率，以及MeOH/DME之反應選擇率與產率。FTIR及GC分析結果顯示鎳-鎵及銅基觸媒分散於載體後，其觸媒表現皆有明顯提升。Ni5Ga3/SiO2於150、250及350oC之最終MeOH產率最高可達62.1、84.7及82.5%。負載前CZA之DME產率為60.2%，負載於HYZ後可達71.5% (CZA/HYZ)，但負載於HBZ則降為31.8% (CZA/HBZ)。動力學分析結果指出，Ni5Ga3/SiO2於150、250及350oC下進行MeOH生成反應，其反應平衡常數最高可達0.150、0.473及0.477 h-1。遠大於理論值4.67×10-4、2.22×10-5及2.47×10-6 h-1。Ni5Ga3和Ni5Ga3/SiO2進行MeOH之活化能，則分別為3.21及2.72 kJ/mol。負載前CZA之最高反應平衡常數為1.65×103 L/mol-h，負載於HYZ後，則可達2.26×103 L/mol-h (CZA/HYZ)。負載於HBZ，則降為0.70×103 L/mol-h (CZA/HBZ)。使用CZA、CZA/HBZ及CZA/HYZ進行DME生成反應之活化能，則分別為2.04、2.26及1.16 kJ/mol。熱力學分析可得生成MeOH較佳之Ni5Ga3/SiO2於150、250及350oC進行MeOH生成反應時，其吉布士能(Gibbs energy)為6.67、3.26及3.83 kJ/mol，遠小於理論值26.97、46.59及66.87 kJ/mol。CZA/HYZ觸媒進行DME生成時，其吉布士能則分別為-40.07、-40.00及-40.67 kJ/mol，較理論值-12.64、-9.96及-7.28 kJ/mol為低。最後以10-TPD (ton per day)煉油廠尾氣再利用設備，進行成本估算，可得日收益USD$5,002,359/d，可於3.49年內回本。

針對三維體積收縮補償法 : 優化射出成型產品翹曲變形之因素與內在機理探索

title: 針對三維體積收縮補償法 : 優化射出成型產品翹曲變形之因素與內在機理探索 abstract: 射出成型製程已經廣泛地應用於各式各樣的產品製備，然而，隨著需求日益嚴苛，品質與精度之要求也越來越高，其中品質與精度如何有效掌控仍舊是大家努力追求的重點，特別是翹曲與變形之優化。為了解其主因與如何有效改善，本研究首先著重於如何應用CAE之輔助，並以手機案例為研究平台，針對翹曲變形如何變化，進而嘗試預先補償進行分析實作。結果顯示針對原始設計之模具系統所遭遇之精度規格要求，產業專家應用試誤法因產品幾何複雜，導致成型後材料展現之收縮很難均勻化，因此很難同一時間被改善。另外，我們應用三維體積補償法進行事先預補償，修正後之結果顯示，當控制因子為50% 保壓壓力時，不論偏離量小的區域 C及H，或是偏離量大的區域 B及L，都幾乎可以同時讓產品精度接近目標值；而且當我們針對不同操作條件，包括保壓時間、不同料溫效應、不同模溫效應，應用三維體積補償法修正之新設計，搭配適當的操作條件進行產品尺寸精度控制是可達成的。
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溫感型複合水凝膠系統作為傷口敷料之研究

title: 溫感型複合水凝膠系統作為傷口敷料之研究 abstract: 本研究為溫感型複合水凝膠薄膜之開發，藉由改變羧甲基幾丁聚醣之比例以及交聯程度，來觀察對薄膜溫感性及物化性質的影響，希望能夠應用在傷口敷料，並且可應用於藥物控制釋放。本研究分為三部分：第一部分為合成P(NI-co-AA)共聚物，利用起始劑過硫酸鉀(KPS)將氮-異丙基丙烯醯胺(NIPAAm)及丙烯酸(AA)進行自由基聚合，當AA添加量為0.1、0.125、0.15 g並反應兩小時後，可以得到AA單元在鏈段上所佔比例分別為1.0%、5.7%、8.0%的P(NI-co-AA)共聚物。在低於PAA的pKa值環境下，隨著AA的比例改變，低臨界溶液溫度(LCST)並沒有明顯變化；在高於PAA的pKa值環境下，隨著AA的比例增加，LCST會隨之上升。第二部分為合成羧甲基幾丁聚醣(CMCS)，在鹼性環境下加入氯乙酸與幾丁聚醣反應，利用FTIR及1H-NMR進行結構鑑定，發現添加不同量的氫氧化鈉以及改變反應溫度，會得到不同取代度的CMCS，當氫氧化鈉的濃度提高，取代度也會隨之上升；增加反應溫度，亦可以得到較高取代度的CMCS。將CMCS做溶解度測試，發現CMCS可以溶在鹼性環境下，隨著取代度越高，在酸性的溶解度越差。第三部分為利用氯化鋁(AlCl3)交聯明膠(Gelatin)、CMCS及P(NI-co-AA)，並倒入鐵氟龍盤中室溫乾燥成水膠膜，利用FTIR進行結構鑑定後確認有成功交聯出水膠薄膜；另外進行SEM、LCST、薄膜含水率、膨潤性、水氣透濕性、抗菌性、生物相容性等測試，透過SEM可得知合成出之水膠薄膜為一緻密薄膜、透過UV及DSC測試，LCST數值大約都在32 oC附近、另外可以發現交聯程度的改變會對薄膜含水率、膨潤率及水氣透濕性有影響；抗菌性則隨著CMCS的含量添加，不論是大腸桿菌還是金黃色葡萄球菌，抗菌能力都有上升；利用L929及HaCaT進行細胞相容性測試，可以顯示水膠複合薄膜具有生物相容性。
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雙硬化型環氧甲基丙烯酸酯複合材料之製備與抗腐蝕性質測試

title: 雙硬化型環氧甲基丙烯酸酯複合材料之製備與抗腐蝕性質測試 abstract: 本研究合成出雙硬化型環氧甲基丙烯酸酯(EMA)，並加入氧化石墨烯(GO)或經乙二醇還原之還原石墨烯(rGO)，製備出EMA/GO、EMA/rGO複合薄膜，期望提高抗腐蝕能力。研究因此分為三個部分，第一部分是將雙酚A型環氧樹脂(DGEBA)與甲基丙烯酸(MAA)利用開環酯化的方式製備出末端分別帶有環氧基及雙鍵的雙硬化型環氧甲基丙烯酸酯(EMA)，利用FTIR以及NMR進行結構鑑定，並分別計算出環氧基轉化率為55.7%以及51.5%。第二部分是以Hummer 法合成出氧化石墨烯，再利用乙二醇還原製備出還原石墨烯(rGO)，以SEM、TEM、FTIR以及Raman進行型態及結構鑑定，利用XRD進行結晶度測試，以及TGA測試含氧官能基團含量。第三部分是將不同含量的填料(GO、rGO)添加至EMA中，製備出雙硬化型環氧甲基丙烯酸酯複合材料(EMA/GO、EMA/rGO)，利用TGA及DSC探討熱性質，之後以旋轉塗佈的方式將複合材料塗佈在冷軋不銹鋼(CRS)上，進行抗腐蝕性質、接觸角以及硬度測試。從實驗結果可得知，EMA本身就具有良好的抗腐蝕性質，其防腐蝕效率(C.P.E.)高達98.5%，而在EMA/GO系統中，可發現添加GO更進一步提升材料之抗腐蝕能力，腐蝕電位進一步上升；至於EMA/rGO系統中，腐蝕電流則是大幅下降，推測是因為rGO延長氧氣接觸鋼片的路徑，造成腐蝕電流下降，添加到2phr時，C.P.E.上升到99.4%，因此可知道EMA/GO以及EMA/rGO系統皆可提升抗腐蝕能力。
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應用聚偏二氟乙烯複合膜直接接觸式薄膜蒸餾於海水淡化之研究

title: 應用聚偏二氟乙烯複合膜直接接觸式薄膜蒸餾於海水淡化之研究 abstract: 本研究以聚偏二氟乙烯(poly(vinylidene fluoride), PVDF)膜材，並使用親水支撐層合成一平板親-疏水複合薄膜，來組裝模組進行直接接觸式薄膜蒸餾用於海水淡化之效能探討，進料分為模擬海水(3.5 wt%的NaCl水溶液)、淡水沙崙區域之海水。合成薄膜的組成為PVDF、磷酸三乙酯(Triethyl phosphate, TEP)及Tween20的混合溶液，其中共三種條件分別為20、40、60 wt%磷酸三乙酯水溶液之沉澱槽，藉由硬性沉澱槽換成軟性沉澱槽的方式來改善平板薄膜表面結構。從SEM解析得知隨著磷酸三乙酯(TEP)在沉澱槽比例的上升，其薄膜表面孔洞數量、孔徑也隨之提升，並探討其薄膜結構對蒸餾操作之影響。在海水前處理之部分，分為兩次過濾，ㄧ次過濾使用4 μm之親水性濾紙，二次過濾使用不同孔徑之親水性PVDF薄膜(0.1、0.2 μm)，並探討不同過濾方式對薄膜蒸餾之影響。在實驗操作部分主要是探討不同的參數對薄膜蒸餾之滲透通量及鹽阻隔率之影響，DCMD中兩側流體流動是逆流方式，其它參數包括在進料溫度(50~70 oC)、進料速度(0.4~0.8 L/min)與不同進料(純水、模擬海水、海水)。在DCMD中其結果顯示隨著沉澱槽TEP wt%的比例增加，所製成的薄膜之通量會高於沒改質的薄膜，是由於隨著TEP在沉澱槽的比例增加薄膜表面皮層結構不易形成，且大孔洞數變多。前處理方面，使用薄膜過濾後之滲透通量皆略高於濾紙過濾。提高進料溫度能明顯增加滲透通量，但極化現象也較嚴重，而增加進料流量則對於滲透通量之提升較不顯著，但對於高溫進料操作之溫度極化現象具有較明顯改善效果。
description: 碩士

二氧化碳併合吸收與氣提薄膜模組之最佳化設計

title: 二氧化碳併合吸收與氣提薄膜模組之最佳化設計 abstract: 物理性吸收技術之能耗低於二氧化碳化學吸收技術，然而僅適用於高二氧化碳分壓系統。創新的二氧化碳併合吸收與氣提薄膜模組(HASMC)，包括可藉由同時進行吸收與氣提，提升模組性能。模組類型包括使用空通道與具間隔物通道之平行流與交錯流模組。本研究在Aspen Custom Model (ACM)平台上建立二維與三維數學模式，針對使用碳酸丙烯酯物理性吸收劑與聚醚醚酮薄膜之系統，分析併合吸收與氣提薄膜模組之模組內部質傳特性、操作參數影響與不同通道截面設計之性能。因上下游緊鄰之吸收與氣提邊界層配置，交錯流併合模組之吸收劑再生效果優於平行流併合模組，此外，因間隔物提供之紊流促進效應，相較於空通道，使用間隔物通道之併合模組具有較佳之吸收與氣提性能。因此，使用間隔物通道之交錯流模組可提供最高之吸收與氣提通量。平行流模組採用縮小通道高度與交錯流模組採用梯形截面之模組設計均僅能提供有限的通量提升。平行流空通道模組之質傳係數與Shah et al. (1978)關聯式預測值較接近，其他模組之質傳係數則均高於各適用關聯式之預測值。
description: 碩士

Analysis on hydrodynamics and cake formation of dynamic microfiltration with different rotating-disk designs

title: Analysis on hydrodynamics and cake formation of dynamic microfiltration with different rotating-disk designs abstract: 本研究設計不同迴轉盤並解析在動態微過濾中之流體力學與濾餅形成。微過濾應用中薄膜結垢被視為主要缺點，為了提高過濾性能和降低功耗，在動態過濾中使用迴轉盤所產生之剪切力可減少薄膜結垢。本研究的第一部分是評估局部過濾通量和濾餅之不均勻性。為了瞭解轉速對過濾性能和通量行為之影響，可藉由過濾實驗中分析濾餅形成機制、局部濾餅特性和粒徑分佈。此實驗部分是使用平均孔徑為0.1 μm之醋酸纖維酯膜過濾粒徑分佈為1.5 μm至25 μm之聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）球型微粒，並且使用計算流體動學（CFD）模擬薄膜表面上的速度和剪切力分佈，藉由力平衡方程式結合實驗局部濾餅性質可分析濾餅形成機制。局部過濾通量、臨界粒徑和操作條件之間的關係可推導出非線性方程式。此研究方法可以估計局部濾餅量和過濾通量，找出最佳操作條件，作為設計高效迴轉盤結構或過濾模組支之基礎。本研究的第二部分是在動態微過濾中選擇最佳操作條件與迴轉盤幾何結構以去除海水中之膠體結垢物。此研究使用計算流體力學模擬各種類型的迴轉盤在動態過濾器中的流體流動。藉由剪切力模擬值可建立濾餅質量和過濾通量之經驗方程式，並且基於過濾性能和功耗之間的關係設計出最佳迴轉盤幾何結構。由結果指出，除去海水中微粒可操作於低轉速度且具有兩個圓形通孔葉片的迴轉盤有高過濾通量和相對低的功率消耗。本研究的第三部分為在動態過濾系統中設計九種迴轉盤並評估微藻濃縮和薄膜結構之過濾性能。藉由過去研究所得知的微藻濾餅性質，並選擇適當的模型以估計濾餅質量和過濾通量。從平均薄膜表面剪切力估算可建立濾餅質量和過濾通量的關係經驗式，並且以高過濾通量和低功耗之間的觀點來判定迴轉盤之最佳設計，本研究可提供未來設計迴轉盤動態過濾器和最佳化操作的指引。
description: 博士

煙道氣之二氧化碳捕捉 : 氨水吸收法 vs. 單乙醇胺吸收法

title: 煙道氣之二氧化碳捕捉 : 氨水吸收法 vs. 單乙醇胺吸收法 abstract: 工業革命以來，最緊迫的環境議題之一是減少人為二氧化碳排放和降低大氣中的溫室氣體濃度。其中二氧化碳是造成地球溫室效應最主要的氣體，因此二氧化碳捕獲技術也成為各國科技發展的主要方向。本研究針對淨輸出功率為550 MWe的燃煤發電廠所排放之廢氣，其組成為13.50 mol% CO2、15.17 mole% H2O、68.08 mole% N2、2.43 mol% O2及0.82 mol% Ar，溫度為57.2℃、壓力為103 kPa，分別比較氨水（NH3·H2O）和單乙醇胺（C2H7NO）兩種溶劑對二氧化碳的吸收能力及能耗多寡。模擬結果顯示，氨水及單乙醇胺皆可吸收99.9 mole%的二氧化碳；耗能方面，氨水吸收劑每吸收莫耳流率13.49 kmol/hr的二氧化碳需要5,695 kW的能量，單位換算後，每吸收一噸二氧化碳需要34.64 GJ，單乙醇胺吸收劑每吸收莫耳流率13.49 kmol/hr的二氧化碳需要4,001 kW的能量，也就是每吸收一噸的二氧化碳需要24.26 GJ，所以單乙醇胺吸收劑能耗較少。值得一提的在嗅覺閾值的控制方面，吾人必須再添加一座吸收塔使得氨氣排出濃度小於5.75 ppm，單乙醇胺所排出濃度小於2.6 ppm，結果顯示，MEA比氨氣需要更多的水，以達到環保法規的要求。本論文使用 “Aspen Plus”進行程序合成與設計，程序流程圖則使用“visio”繪製。
description: 碩士

逆過濾於顆粒濾除之效能研究

title: 逆過濾於顆粒濾除之效能研究 abstract: 本研究使用於國內某半導體產業 CMP 製程所回收的 Slurry，與實驗室自行研究開發的兩種新穎離心過濾設備，主要對其進行 LPC (Large Particle Counts, 指> 1 μm 之顆粒)的濾除效能和於 0.2 ~ 1.0 μm之粒徑區間顆粒的變化情形進行實驗觀測。由結果觀察到 Slurry 於本離心過濾(逆過濾)系統中會因為受到離心力而產生兩種現象行為，一種是小顆粒互相凝聚變大，導致某些粒徑區間顆粒數量有大幅增加的情形，另一種是大顆粒被甩往濾室外圈的濾壁側，而被持續存留於濾室之中進而增加被濾除的效率。結果顯示使用離心機與膜濾旋風分離器的 LPC 濾除效果皆優於一般過濾，且離心機效果更佳，在低濃度的 Slurry 操作條件下，能比高濃度有更好的 LPC 濾除效果且降低顆粒凝聚的情形，在低濃度的Slurry 且轉速為300 rpm 的操作條件下能幾乎抑制顆粒凝聚的情形發生，但 LPC 濾除效果會略微下降。
description: 碩士

多模穴幾何變化與操作條件整合效應對共射成型核心層分佈之影響

title: 多模穴幾何變化與操作條件整合效應對共射成型核心層分佈之影響 abstract: 多模穴共射射出成型系統與技術(Co-injection multi-cavity system)已經廣泛地應用於汽車、結構件、日常生活等許多產品。然而，由於影響因子眾多包括：產品與模具設計、材料特性、皮層/核心層比例(skin/core ratio)、以及操作條件，造就了多模穴共射系統非常複雜。共射射出成型製程是將兩種不同材料成型於同一產品上，當此製程使用於多模穴量產時，容易因兩種塑膠流動性質不同及塑膠競流效應造成每一模穴中材料分佈情形各有不同，導致產品良率不佳。本研究中之系統為非平衡流道系統，其影響效應非常大，僅透過調整成型參數來改善核心層材料(core materials)之分佈情形之效果並不明顯，故本研究以探討模穴幾何變異為主，成型參數改變為輔，對於產品良率不佳之問題進行優化與改善。明確而言，本研究利用Moldex3D R14模流分析軟體進行分離式不平衡多模穴系統，探索發現此系統最大問題為模具間極度不平衡問題，進而導致核心層材料分佈不均問題；經深入探究發現當皮層/核心層比例固定為70/30時，不論是嘗試改變不同操作條件或使用不同材料，都無法有效改善此等問題，因為產品的設計(模穴設計)主導了整個產品的成型機制。為此，本研究特別引入連通區域建構結合型多模穴系統，從充填初始就改變流場，進而改善模穴間極度不平衡問題與核心層材料分佈不均問題。具體而言，從原始設計分離式不平衡多模穴系統至改良式結合型多模穴系統之演進，我們確認透過模穴幾何改變可使平衡度的表現有良好的提升，特別是在模穴1的部份，有幾乎100%的平衡度提升，且三個模穴相對平衡度差距都是在都5%以下的高品質。
description: 碩士

負載於碳黑上鈀-鈷奈米合金氧氣還原反應電催化劑之製備與性質分析

title: 負載於碳黑上鈀-鈷奈米合金氧氣還原反應電催化劑之製備與性質分析 abstract: 本研究為負載於碳黑上鈀-鈷奈米合金氧氣還原反應電催化劑之製備與性質分析，實驗架構主要分為兩部份。 Part 1：使用硼氫化鈉做為還原劑的含浸法製作PdCo奈米合金並負載在碳上，然後在350 oC退火。可以得到四組不同原子比例的催化劑，Pd/C、Pd88Co12/C、Pd76Co24/C、Pd50Co50/C。對製程之電催化劑使用X光繞射分析儀、穿透式電子顯微鏡、化學影像能譜分析儀和動態光散射分析儀測量其表面形態與結構性質分析；並使用旋轉圓盤電極(RDE)進行循環伏安法、線性掃描伏安法，分析電化學活性表面積與ORR效能。PdCo奈米顆粒粒徑為3.9 nm (Pd88Co12/C)到5.5 nm (Pd50Co50/C)之間，PdXCoY/C電催化劑的金屬含量約20 wt%，從電化學測試發現催化活性為Pd88Co12/C > Pd76Co24/C >Pd50Co50/C > Pd/C。 Part 2：別於以往對於PdXCoY/C電催化劑使用熱處理的方式改良其活性，開發新種電化學法氧化處理PdXCoY/C電催化劑並對ORR催化活性進行分析。在鹼性環境下使用定電位氧化PdXCoY/C電催化劑，結果發現電化學法氧化處理PdXCoY/C會造成電催化活性下降，ORR活性也會下降，無法如文獻中熱處理氧化一樣提升ORR活性。
description: 碩士

形狀穩定之聚乙二醇相轉移材料之製備與性質研究

title: 形狀穩定之聚乙二醇相轉移材料之製備與性質研究 abstract: 本次研究是利用膠化劑與固態高分子聚乙二醇(poly(ethylene glycol), PEG)混摻加熱熔融後降溫的方式來製備有機相轉移材料(phase change material, PCM)。利用二苯亞甲基山梨醇(1,3:2,4-dibenzylidene sorbitol, DBS)及其衍生物1,3:2,4-二(3,4二甲基苯亞甲基)山梨醇(1,3:2,4-bis(3,4-dimethylobenzylideno) sorbitol, DMDBS)為膠化劑，在熔融降溫過程中發現有機膠會先產生，之後PEG結晶形成，因此形成在不同的溫度下，具有液態、膠態(有機膠)與固態之材料。本研究分別探討流變性質、結構與形態學及結晶動力學等。由流變分析可發現只有在DBS添加量為7wt%時在降溫過程中會出現成膠溫度，其他濃度之DBS及添加DMDBS則是直接偵測到PEG之結晶溫度；而凝膠熔解溫度(gel dissolution temperature,Td)隨膠化劑添加量增加而提升，而DMDBS有較高之Td是由於DMDBS與DMDBS彼此間作用力強導致。藉由POM可發現在二次升溫過程中添加3-, 5-, 7wt%之DBS可觀察到似球晶結構，且該似球晶結構與PEG球晶結構相符，因此推斷DBS似球晶結構是沿著PEG結晶為模板生長，而添加量為7wt%時則在降溫過程中觀察到似球晶結構的產生，原因是由於較多的DBS添加所致，而在二次升溫後似球晶型態並沒有改變，因此證明PEG結晶並不會破壞似球晶結構；添加DMDBS在本系統中則無法觀測到似球晶結構，原因是由於DMDBS彼此間作用力強，在降溫過程中會迅速形成較粗的纖維結構，來不及排列為似球晶狀態。而SAXS結果表明DBS及DMDBS之結構可能為層狀排列，且在TEM下皆可觀察到奈米纖維，其中，DBS之纖維直徑約為10-20奈米，DMDBS之纖維直徑則為30-40奈米。透過結晶動力學的觀察可知，添加DBS於PEG中，在低溫下進行PEG等溫結晶時，可藉由DBS幫助PEG成核，但隨DBS添加量增加而減慢，在高溫下進行等溫結晶，會促使DBS自組裝行為較明顯，使得成核影響減弱，而是由於鏈端表面自由能影響使得添加DBS後球晶成長變快，推測原因是由於DBS的加入使PEG鏈較不規整，因此鏈端表面自由能較小。最後，吾人針對PCM之應用進行探討，由DSC量測出的熱焓可發現PEG分子量為8,000時擁有最好的儲熱性質，且添加DBS可有效改善PEG在跟溫時的封裝性。
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以掃描式電化學顯微鏡分析由接觸起電引起之表面電場

title: 以掃描式電化學顯微鏡分析由接觸起電引起之表面電場 abstract: 本研究使用靜電場輔助電鍍法(electrostatic field-assisted electrodeposition)，於銦錫氧化物(indium tin oxide, ITO)導電玻璃表面電鍍生成具微米構形之白金薄膜(micropatterned platinum thin film, mPt)。以具有微米構形之靜電膜貼附於ITO表面，移除後進行循環伏安電鍍可得mPt。以光學顯微鏡與掃描式電子顯微鏡觀察表面形貌，可知mPt由密度不同之Pt叢集所組成，且其構形尺寸與靜電膜大致相同。使用掃描式電化學顯微鏡(scanning electrochemical microscope, SECM)對其電催化性質進行分析，mPt表面Pt叢集密度較大處，具有較高催化氧氣還原反應(oxygen reduction reaction)與I-/I2氧化還原反應之能力。為了解微米構形的電鍍機制，本研究使用SECM對經由靜電膜接觸起電程序(contact electrification)於ITO表面所造成的靜電場進行量測。於含有ferrocene methanol/ferrocenium methanol (FcM/FcM+)氧化還原對的水溶液中，分析表面靜電場對探針逼近曲線(probe approaching curve)所造成之影響，並取得表面靜電場之SECM影像。探針於ITO表面經接觸起電位置處所測得的FcM氧化電流，較於原始ITO表面所得值小，顯示表面靜電場之作用為降低ITO還原FcM+的能力。當ITO電位控制於0.1 V~ 0.2 V (vs. Ag/AgCl)時進行SECM掃描，可得清晰的微米構形靜電場影像。
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嵌入式碳纖維板於醇胺類系統之二氧化碳吸收效率提升

title: 嵌入式碳纖維板於醇胺類系統之二氧化碳吸收效率提升 abstract: 本研究主要是針對薄膜氣體吸收系統進行理論分析，利用一維理論模型描述系統中氣體溶質於氣、液兩相內之濃度分佈式，所推導出之解題流程適用於平板之順流與逆流系統。建模過程中使用朗吉庫塔法進行數值分析。實驗的操作參數以改變不同流率、濃度、加裝碳纖維板等進行討論與實驗模擬。吸收效率、吸收速率、平均謝塢數的結果則以實驗和理論之值進行誤差分析與討論。以本論文所推導之理論為基礎，以醇胺對二氧化碳之化學吸收作廣泛的討論，結果發現，不論是何種類型之吸收，增加液體的流率或或以逆流的形式進行實驗皆能增加二氧化碳之吸收效率，而各種濃度變化的趨勢，也都能符合吾等之預期。此外，由平板吸收實驗所得之結果更可以確定本論文所提出的數學模型之正確性。實驗與模擬結果皆也顯示嵌入溝渠式碳纖維板後的確能提升系統透膜吸收效率，最高可以達到40.56%的增益率，而實驗與理論的相對誤差最高為3.95。本研究以操作在低體積流率之設備為主，除了有效利用擾流因子的設定已降低操作成本外，改良之設計更顯著提升了吸收效率。
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製備穩定之油相奈米銀顆粒懸浮液

title: 製備穩定之油相奈米銀顆粒懸浮液 abstract: 電子產品目前充斥在我們的生活當中，而無論電子產品的功能為何，都需要導線來傳遞電流，才能有效製作出品質良好的電子元件，一般來說，金、銀、銅等金屬是常見的印刷用油墨材料。在選擇印刷油墨上，較為理想的金屬油墨須具備以下特點：(1)良好的材料穩定性。(2)易於準備。(3)價格低廉。而製備出來的墨水都必具備以下條件: (1)合成出品質良好，不會產生顆粒絮凝現象。(2)成膜後的導電度高。於此研究中我們將針對如何調配出穩定懸浮的導電油墨、增強墨水與基材的貼合，並尋求最佳化印刷品質之條件。我們擬開發非水性導電油墨，以化學反應合成出品質良好的金屬導電油墨，搭配不同配方之調整，以調配出穩定的分散相溶液系統，並對其中穩定機制以及相關應用做詳細之探討，並利用製備之分散相溶液，搭配滴定塗佈技術製作導電薄膜，並更進一步製作成導電圖騰。實驗中以硝酸銀為金屬前驅物，藉由加入界面活性劑及保護劑，以抗敗血酸作為還原劑。經由一連串的配方調整，目前已開發出非水性導電油墨，懸浮液體之穩定性能維持1年以上不產生顆粒沉降。以載玻片為塗佈之基材，塗佈後放置於高溫中燒結成膜，薄膜片電阻可達到< 0.6Ω /sq，而其導電圖騰電阻可達到3Ω。
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以聚羥甲基3,4-二氧乙基噻吩摻混碳黑複合薄膜組裝固態光電致色變元件及其特性分析

title: 以聚羥甲基3,4-二氧乙基噻吩摻混碳黑複合薄膜組裝固態光電致色變元件及其特性分析 abstract: 本研究可分為三部分，第一部分是在聚3,4-二氧乙基噻吩與聚羥甲基3,4-二氧乙基噻吩鍍液中摻混鹼修飾之碳黑進行定電位析鍍製備其複合薄膜，根據電化學阻抗圖譜與循環伏安結果得知碳黑的摻混提升薄膜導電度，且在摻混比例為1 wt%時有最佳之電致色變性質表現。另一方面，不論碳黑摻混與否，聚羥甲基3,4-二氧乙基噻吩都比聚3,4-二氧乙基噻吩有更傑出的電致色變性質表現，根據掃描式電子顯微鏡影像可推斷聚羥甲基3,4-二氧乙基噻吩之多孔性結構使其離子在薄膜中更容易移動而導致此結果。第二部分為光電致色變元件效能最佳化，將製備之複合薄膜作為電致色變層、塗佈1-4層染敏二氧化鈦作為光陽極搭配液態電解質組裝光電致色變元件。聚羥甲基3,4-二氧乙基噻吩/碳黑之複合薄膜組裝之元件效能均優於聚3,4-二氧乙基噻吩組裝之元件，其中以塗佈3層染敏二氧化鈦光陽極之效能為最佳。第三部分使用前面所得之最佳化元件，以1,3:2,4-二苯亞甲基山梨醇膠態電解質取代液態電解質組裝固態光電致色變元件，其電化學操作下之性能幾乎接近液態電解質之效果，但光照操作下，因其內部阻力大且去色為擴散控制，因此去色需約10分鐘且無法達到完全去色。雖然仍有不足的地方，此固態光電致色變仍較具有應用價值，其內部阻力是最需要克服的地方。
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共射成型中材料黏度差異性對皮層/芯層界面之影響

title: 共射成型中材料黏度差異性對皮層/芯層界面之影響 abstract: 現實生活中共射成型技術是製造多材質產品之有效方法，然而，因為須同時整合許多設計與操作參數，特別是如何有效控制不同材料所構成之中間界面。另一方面，為能大量生產降低成本，許多產品生產牽涉到應用多模穴共射系統，但現階段此等系統內部之機理與操作，也仍未全然掌握有鑑於此，本研究鎖定非幾何對稱之多模穴共射系統，首先我們將探索在不同材料黏度效應組合時，皮層與芯層所構成之中間界面將如何變化。以低黏度A及高黏度B排列三種不同皮層/芯層組合：A/A系統、A/B系統及B/A系統。在A/A組合系統中，當我們固定皮層與芯層比例，以及固定充填流率時，改變其他操作條件幾乎都無法有效改變皮層與芯層之中間界面之行為變化。在A/B組合系統中，對比於A/A系統，它形成較長且較窄之中間界面。在B/A組合系統中，反而形成較短且寬之中間界面。另外，在A/A組合系統中，當射出充填速度增加時，芯層之滲透距離將減少；此種中間界面滲透距離減少現象也同時可在A/B系統及B/A系統中觀察到。最後，實驗驗證結果顯示，實驗與數值分析預測相當吻合。
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二氧化碳併合吸收與氣提薄膜模組之實驗研究

title: 二氧化碳併合吸收與氣提薄膜模組之實驗研究 abstract: 物理性吸收技術之能耗低於二氧化碳化學吸收技術，然而僅適用於高二氧化碳分壓系統。本研究團隊提出創新的二氧化碳併合吸收與氣提薄膜模組(HASMC)，可藉由同時進行吸收與氣提，提升應用於低二氧化碳分壓系統之物理吸收性能。本論文利用氣液通道交錯配置之併合吸收與氣提薄膜模組進行單純吸收(A)、平行式吸收氣提(P-AS)與交錯式吸收氣提(C-AS)三種操作模式之實驗研究，並使用建立於Aspen Custom Model (ACM)平台之數學模式進行模擬研究。本研究使用之物理吸收劑為碳酸丙烯酯與疏水性PTFE薄膜。實驗模組包括液體通道水力直徑高低之兩種模組，CS2與CS1。實驗研究顯示CS1與CS2之吸收通量強化因子(相對於單純吸收)於平行式操作分別為1.17-1.58倍與1.16-1.61倍，交錯式操作則為1.61-2.21倍與1.55-2.15倍。交錯式之強化效果顯著高於平行式模組，CS2模組之強化效果則略微高於CS1模組。此外，強化效果於較低氣體濃度時較高。模擬與實驗結果相當接近，均獲得吸收與氣提通量均隨煙道氣流速、煙道氣濃度與液體流速之提高而增高。模擬結果也揭露交錯式吸收氣提操作之高強化效果是因吸收薄膜之液體邊界層可經由緊接於吸收薄膜後方之氣提薄膜面氣提操作而獲得有效再生。
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改良式太陽能驅動氣隔式薄膜蒸餾海水淡化系統之經濟評估

title: 改良式太陽能驅動氣隔式薄膜蒸餾海水淡化系統之經濟評估 abstract: 本研究針對太陽能驅動氣隔式薄膜蒸餾海水淡化系統進行單位產水價格最適化分析，並發現位於赤道之馬來西亞為系統最佳操作區域，其最低單位產水價格為$ 2.24 /m3，而此成本與目前商業化逆滲透(RO)之單位產水價格$ 0.6~1.2 /m3相比還是非常昂貴，故針對馬來西亞最低單位產水價格進行分析，發現太陽能集熱器成本與薄膜成本約占系統總成本的70%，為降低單位產水價格至$ 1.2 /m3須改良太陽能集熱器與薄膜之效率與成本，故本研究將真空平板式太陽能集熱器(VFPSC)與拋物面槽式太陽能集熱器(PTC)取代原先的平板式太陽能集熱器(FPSC)， PTFE薄膜被廣泛應用於薄膜蒸餾海水淡化系統中，相較於其他種類的薄膜(PVDF、PP…)它具有較高的通量，但是其成本較高，因此本研究為評估系統商業化能力，使用PP薄膜取代PTFE薄膜，並進行程序最適化分析，結果顯示馬來西亞的最低單位產水價格約為$ 1.04 /m3。
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製備碳黑聚偏二氟乙烯複合薄膜

title: 製備碳黑聚偏二氟乙烯複合薄膜 abstract: I. 碳黑分散製備碳黑高分子複合薄，且碳黑相保持足夠之連續性，碳黑顆粒必須保持穩定，第一步先分散碳黑；利用 DLS 分析不同溶劑添加碳黑分散相之平均粒徑比較，由於製作薄膜需要有溶劑、非溶劑、高分子三相系統，本實驗選用水為非溶劑，所以利用水和不同溶劑(NMP、DMAc、DMSO、Acetone)混合，比較碳黑分散相之平均粒徑，並添加界面活性劑分散碳黑。 II. 薄膜製備一般製作多孔結構之薄膜多使用濕式，但濕式結構和乾式結構比相對複雜，故先藉由乾式法初步了解有無添加添加劑之差異性，再進一步比較濕式法差異性，最後使用非溶劑蒸氣相分離方式調節結構，使高分子相和碳黑相達到足夠連續性，並添加 Tween 20 不同比例比較，以 SEM、EIS、DSC、拉力測試、Confocal Raman 分析碳黑高分子複合薄膜之物性。
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應用3DVSCM與DOE對框架型產品平坦度優化控制之研究

title: 應用3DVSCM與DOE對框架型產品平坦度優化控制之研究 abstract: 翹曲變形一直都是塑膠射出成型產品開發最大困擾之一，傳統上利用試誤法(trial-and-error)嘗試延長保壓時間，加大保壓大小或其他可能之方式處理，但常常無法有效改善品質與精度。本研究透過Moldex3D模流分析軟體進行框架型產品實驗設計法(DOE)及三維體積收縮補償法(3DVSCM)探討其對翹曲變形之優化結果，其中實驗設計法(DOE)使用L18(21×37)直交表配置，探討其對S/N比與翹曲變形之影響，最後再由變異數分析(analysis of variance)評估控制因子之影響力;三維體積收縮補償法(3DVSCM)則是先經由模擬分析原始設計產品後得知翹曲變形的區域位置，最後再透過補償修正產品模具的方式進行改善。研究結果顯示，原始設計之產品平坦度偏移量達0.481mm，利用實驗設計法優化後之最佳化設計，平坦度偏移量降為0.129mm，改善率達73% ;使用三維體積收縮補償法修正後之產品分析結果，平坦度偏移量降為0.061 mm，改善率達87%。
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丙烷微流道重組產氫系統之最適化設計

title: 丙烷微流道重組產氫系統之最適化設計 abstract: 本研究選用丙烷作為重組器之燃料，並針對重組程序結合燃料電池系統進行最適化分析，以利於鋰電池替代技術之發展。本研究使用Aspen Custom Modeler®建立重組程序結合燃料電池系統，並與文獻實驗數據進行驗證。此研究將討論丙烷蒸氣重組(SR)與部分氧化重組(POX)程序之最大化單位體積效能，其結構包含丙烷重組器、甲烷自熱式重組器、水轉移反應器、一氧化碳優先氧化反應器。由靈敏度分析得知影響重組程序之最適化變數為燃料進料比、丙烷重組器操作溫度、甲烷自熱式重組器操作溫度、水轉移反應器操作溫度、添加水量及一氧化碳優先氧化反應器長度。最適化結果顯示 SR與POX重組程序之體積差異不大，但效能分別為74.63%與65.58%。而燃料電池設計於相同電力規格，SR程序氫氣濃度較POX程序高，則燃料電池體積較小，故SR與POX程序結合燃料電池之單位體積效能分別為38.63%與26.11%。熱能整合結果顯示系統效能有效提升，但熱交換器體積上升，導致SR與POX程序單位體積效能皆下降，上述分析結果皆顯示SR程序單位體積效能較高，則SR程序較適用於攜帶式產品。
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近θ狀態合成奈米核殼高分子粒子的研究

title: 近θ狀態合成奈米核殼高分子粒子的研究 abstract: 合成高分子電解質的遠期目標，顆粒高分子的直徑範圍為20~50nm。目前，已經可以合成的顆粒大小約為50~200nm。本研究工作主要探討的主題為：避免因為核粒子間的凝聚行為，以及凝聚後的化學鍵結反應，產生不規則的顆粒形態，粒徑分佈不均與過寬等現象，探討反應系統的組成與濃度、起始劑濃度、光起始反應照光週期的調整、混合溶劑系統的組成等，對於沉澱聚合之成核與成長現象的控制與影響。本研究以單體為具備三個雙鍵官能基的TMPTA(1,1,1-Trimethylolpropane triacrylate, 三羥甲基丙烷三丙烯酸酯)為核心的主要成分，並作為殼層的交聯劑。混合溶劑系統主要為異丙醇與水的混合溶液，製備合成高交聯密度的核心高分子微粒子。殼層則以AMPS(2-Acrylamido-2-methyl-1-propane sulfonic acid， 2-丙烯醯胺甲基丙烷磺酸)，為主要單體。適當量的殼層單體AMPS(RMm = AMPS莫耳數/TMPTA莫耳數 = 0.3)時，可以得到圓球形的高分子顆粒。IR檢測的結果，顯示TMPTA的雙鍵官能基幾乎完全反應，以及呈現AMPS的特性官能基SO3H的訊號峰(1040cm-1)，證明此合成接枝反應方式的可行性。
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使用以靜電力場輔助電鍍法製備具微米構形聚二氧乙基噻吩 : 鉑複合薄膜光電致色變元件之製作與性質分析

title: 使用以靜電力場輔助電鍍法製備具微米構形聚二氧乙基噻吩 : 鉑複合薄膜光電致色變元件之製作與性質分析 abstract: 本研究以靜電力場輔助電鍍法製備具微米構形聚二氧乙基噻吩-鉑複合薄膜光電致色變元件之製作與性質分析，實驗分為兩部分。 Part 1：以靜電力場輔助電鍍法製備聚二氧乙基噻吩(PEDOT)和鉑複合薄膜，並且改變PEDOT不同析鍍電量參數(15 ~ 35 mC/cm2,mPEDOT Q15 ~ Q35)，對薄膜以光學顯微鏡、循環伏安法、計時安培法及紫外線可見光光譜分析其表面、電致色變和光學性質。由紫外線可見光光譜與電化學測試發現穿透率調幅(delta T)與著色效率(C.E.)以mPEDOT Q25效果最好。再以脈衝電沉積鉑製備出聚二氧乙基噻吩-鉑複合薄膜，藉由改變電鍍的先後順序，製備出mPEDOT、Pt-mPEDOT (先沉積PEDOT)和mPEDOT-Pt (先沉積鉑)薄膜，發現電致色變的應答時間為mPEDOT-Pt < mPEDOT< Pt-mPEDOT。 Part 2 : 以微米構形聚二氧乙基噻吩-鉑複合薄膜作為光電致色變元件(photoelectrochromic device, PECD)工作電極，對電極用15 wt% P25漿料以旋轉塗佈方式塗佈，再以450℃鍛燒。PECD閉環狀態經由紫外燈照光(365 nm, 5 mW/cm2)一分鐘著色，再以關燈閉環或開環去色觀察元件照光應答時間，以微米構形的聚二氧乙基噻吩-鉑複合薄膜的PECD去色應答時間優於聚二氧乙基噻吩的PECD，表示鉑助於電解質中氧化還原對I3-再生還原成I-過程，使去色應答時間縮短。
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嵌入W型碳纖維板於直接接觸式薄膜蒸餾系統之理論與實驗研究

title: 嵌入W型碳纖維板於直接接觸式薄膜蒸餾系統之理論與實驗研究 abstract: 薄膜蒸餾海水淡化用來製造純水提供民生及工業使用，因其優點特色為具有裝置簡潔、低能耗、可模組化、高介面面積等，為近來廣受重視的一種技術。然而，薄膜蒸餾因模組通道限制，對於系統產能有相當顯著的影響，此現象越明顯則產能相對低落。本研究針對薄膜蒸餾之主要設備進行效率改善的研究，目的為：(1)設計新型紊流促進因子(Eddy promoter) ，以求有效改善系統內部的溫度極化現象進而提升系統產能，並歸納出一經驗公式，描述此型式的紊流促進因子對於通道內部熱對流效應的影響；(2)藉由一維數學模型針對薄膜蒸餾設備的熱量與質量傳送機制進行研究，配合實驗分析以驗證經驗公式與數學模型的正確性；(3)探討設計參數及操作條件對於薄膜蒸餾系統之流體溫度分佈、溫度極化現象、純水透膜通量增加百分率與水力損耗提升百分率的影響。研究結果顯示，嵌入W型碳纖維直接接觸式薄膜蒸餾系統之理論值與實驗值的相對誤差總平均為9.17 %，而本研究設定新型擾流因子能夠有效的提升系統透膜通量，最高可達到單位面積的34.17%的增益。本研究以操作在低體積流率之設備為主，除了有效利用通道內熱側流體以降低操作成本外，經由改善後的設計可提升設備效能並得到增加透膜通量總產量的效果。
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Modeling Rotating Packed Bed on Absorption of CO2 by Aqueous Amines and Ammonia Solutions

title: Modeling Rotating Packed Bed on Absorption of CO2 by Aqueous Amines and Ammonia Solutions abstract: The contributions of this dissertation are listed as following: • Developed a model of the carbon dioxide absorption by monoethanolamine and dilute ammonia solutions in a rotating packed bed based on two-film theory. • Found out that temperature bulge can be found in the rotating packed bed when a large amount of carbon dioxide was removed. • Found out that use of a modified expression for the apparent kinetic constant in the enhancement factor is necessary to predict experiment results using high amine concentrations. • Compared to the traditional packed bed and rotating packed bed by models for different throughput rates, ranging from bench scale to industrial scale. • Found out that the apparent intensification effect of the rotating packed bed is more significant for ammonia than for monoethanolamine solution because of the different operating of CO2 loading. • Found out that the Height of a Transfer Unit is inappropriate to be an indicator for intensification effect of volume. 此論文貢獻如下: • 建立醇胺與稀釋氨水溶液基於雙模理論之超重力轉床模型 • 發現溫度凸波存在於旋轉床之中當大量二氧化碳被移除 • 發現使用修正的表面反應常數在二氧化碳增強因子之中是必要的以增強在高濃度醇胺吸收劑之預測能力 • 使用傳統吸收塔與超重力旋轉床模型進行實驗及到工業級吞吐量的差異比較 • 發現使用氨水溶液，超重力旋轉床有較佳的表現，主要是因為CO2 loading 操作差異造成 • 發現單位質傳高度(Height of a Transfer Unit)不適合作為比較差異的指標 • 體積質傳速率(Volumetric mass transfer rate )為較適合的指標

二苯亞甲基山梨醇與聚乳酸高分子複合材料結構與性質之研究

title: 二苯亞甲基山梨醇與聚乳酸高分子複合材料結構與性質之研究 abstract: 本研究利用二苯亞甲基山梨醇(DBS)及聚乳酸(PLLA)以高溫熔融摻混法製備複合材料。本研究目的為利用二苯亞甲基山梨醇(DBS)以非溶劑之製備方式來改善聚乳酸(PLLA)之特性，研究主要分成二部份進行，一為藉由雙螺桿混煉機製備DBS/PLLA複合材料來探討物理性質分析及結晶行為分析，另一為先雙螺桿混煉機製備成複合材料再利用熱壓成型機製備成DBS/PLLA複合材料膜來進行結構與性質分析。第一部份之混煉製成複合材料以流變分析結果可得知於熔融狀態下儲存模數G’、損失模數G”及複合黏度隨DBS之添加而有下降之趨勢，因DBS為一稀釋劑而導致黏度下降；由DSC結晶行為分析結果可觀察到DBS之添加促進PLLA結晶型態由不規整α’型態轉變為規整α型態。利用POM及DBS等溫結晶分析結果可觀察到於低溫時PLLA之結晶速率因DBS之添加導致表面自由能增加而有延後之趨勢，則於高溫處因DBS纖維無生成而導致結晶速率加速趨勢。第二部份之複合材料以結構分析則可觀察到DBS纖維長於DBS/PLLA複合材料膜之表面及內部。由機械性質分析結果發現DBS之添加提升PLLA之剛性及結晶度，故導致抗張強度與斷裂伸長率呈現隨之下降趨勢。觀察接觸角吸水分析結果，發現DBS之添加能有效地改善PLLA疏水性質且提升其吸水量。
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冪次流體於固定壁溫及熱通量混合邊界下平板式二行程熱交換器之熱傳研究

title: 冪次流體於固定壁溫及熱通量混合邊界下平板式二行程熱交換器之熱傳研究 abstract: 本研究運用冪次流體作為工作流體，設計一可忽略熱阻之鋁板於兩平行板間並加入迴流裝置，使之成為一邊為固定壁溫度，另一邊為固定熱通量之二行程平板型熱交換器。此系統所推導之統制方程式屬於共軛格拉茲問題 (conjugated Graetz problem)，並運用分離變數法、重疊原理(superposition)及正交展開法(orthogonal expansion technique)，求得於一邊固定壁溫與另一邊固定熱通量混合型邊界條件下之解析解。此外，在理論推導過程中，另定義一包含兩端邊界條件之無因次數（β），其可明顯的影響熱交換器之出口溫度，其值主要決定於一端壁加熱功率以及進口流體溫度與另一邊壁溫差之比值。本研究探討流體冪次指數、迴流比大小、β值、隔板位置等參數對熱傳之影響。結果顯示實驗與理論計算值相符合，並且兩端邊界條件β值越大或流體冪次指數越小時，具有較高的熱傳效率。
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二氧化碳吸收與氣提薄膜接觸器之計算流體力學模擬

title: 二氧化碳吸收與氣提薄膜接觸器之計算流體力學模擬 abstract: 本研究提出創新的二氧化碳併合薄膜吸收與氣提薄膜接觸器，並利用計算流體力學(Computational Fluid Dynamics, CFD)模擬探討其流力與質傳特性。本研究使用FLUENT軟體之層流模式與VOF (Volume of Fluid)多相模式，薄膜為可滲透邊界條件，模擬四種併合模組，包括使用空通道與具間隔物通道，以及平行流與交錯流配置之組合。模式之驗證是利用文獻實驗數據且獲得相當接近之結果。具間隔物模組之流力與質傳特性皆受到間隔物配置影響，呈現上下震盪變化，其壓降與質傳係數均高於空通道。具間隔物通道可提升二氧化碳於液體通道中之擴散，交錯流配置則可有效使被吸收之二氧化碳於同側下游薄膜處被氣提。關於質傳係數與文獻關聯式之比較，除平行流空通道模組氣體通道外，各模組質傳係數均較各關聯式預測值高，間隔物通道較空通道之質傳係數與強化因子較文獻關聯式高。
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嵌入碳纖維板之氣隔式薄膜蒸餾於產量提升之理論與實驗研究

title: 嵌入碳纖維板之氣隔式薄膜蒸餾於產量提升之理論與實驗研究 abstract: 氣隔式薄膜蒸餾(air gap membrane distillation)原理乃是利用薄膜兩側之飽和蒸汽壓差為驅動力促使水蒸氣通過薄膜及其氣隔層後，在冷凝板上冷凝，進而達到分離的效果，然而，溫度極化對於系統產能會有相當顯著的影響。本研究針對氣隔式薄膜蒸餾之主要設備進行效率改善的研究，目標為：(1)設計新型紊流促進因子(Eddy promoter)，以有效的改善系統內部之溫度極化現象進而提升系統產能，並歸納出一納賽數經驗公式，描述紊流促進因子對於通道內部熱對流效應的影響；(2)藉由一維數學模型針對薄膜蒸餾設備的熱量與質量傳送機制進行分析，配合實驗分析以驗證經驗公式與數學模型的正確性，並探討在不同之設計參數及操作條件對於薄膜蒸餾系統之流體溫度分佈、溫度極化現象、純水透膜通量增加百分率與水力損耗提升百分率的影響。研究結果顯示，平板型氣隔式薄膜蒸餾系統之理論值與實驗值的相對誤差總平均為8.06 %，而新型紊流促進因子能夠有效的提升系統透膜通量，在本研究設定的操作條件之中，最高可達到約18%的增益。
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網格碳纖維板嵌入於直接接觸式薄膜蒸餾系統之理論與實驗研究

title: 網格碳纖維板嵌入於直接接觸式薄膜蒸餾系統之理論與實驗研究 abstract: 論文提要內容：薄膜蒸餾海水淡化用來製造純水提供民生及工業使用，因其優點特色為具有裝置簡潔、低成本、可模組化、高介面面積等，為近來廣受重視的一種技術。然而，薄膜蒸餾因模組通道限制，對於系統產能有相當顯著的影響，此現象越明顯則產能相對低落。本研究針對薄膜蒸餾之主要設備進行效率改善的研究，目的為：(1)設計新型紊流促進因子(Eddy promoter) ，以求有效改善系統內部的溫度極化現象進而提升系統產能，並歸納出一經驗公式，描述此型式的紊流促進因子對於通道內部熱對流效應的影響；(2)藉由一維數學模型針對薄膜蒸餾設備的熱量與質量傳送機制進行研究，配合實驗分析以驗證經驗公式與數學模型的正確性，並探討設計參數及操作條件對於薄膜蒸餾系統之流體溫度分佈、溫度極化現象、純水透膜通量增加百分率與水力損耗提升百分率的影響。研究結果顯示，網格型直接接觸式薄膜蒸餾系統之理論值與實驗值的相對誤差總平均為4.78 %，而本研究設定新型擾流因子能夠有效的提升系統透膜通量，最高可達到單位面積的45%的增益。本研究以操作在低體積流率之設備為主，除了有效利用通道內熱側流體以降低操作成本外，經由改善後的設計可提升設備效能並得到增加透膜通量總產量的效果。
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蒙脫土補強聚乳酸/十八烯基琥珀酸酐摻合物的製備與性質

title: 蒙脫土補強聚乳酸/十八烯基琥珀酸酐摻合物的製備與性質 abstract: 為了降低以石油為原料的傳統塑膠對環境所帶來的負面影響，生物可分解塑膠的發展逐漸受到重視，由於它對環境的友善性，故被應用在許多日常生活用品上，而聚乳酸(Poly(lactic acid)，PLA)是被應用最廣泛的。本研究以聚乳酸為主材料，首先以十八烯(Octadecene，ODC)與馬來酸酐(Maleic anhydride，MA)兩反應物在高溫下(200C)進行烯-烯反應(Ene-reaction)，得到的產物為十八烯基琥珀酸酐(Octadecenylsuccinic anhydride，ODSA)，之後以混煉機製備出PLA/ODSA摻合物，希望ODSA能當作塑化劑，並且能增加PLA之韌性，由於ODSA結構上帶有碳長鏈基團，質地較為柔軟，故另外比較PLA與蒙托土(Closite Na+)或市售改質蒙托土(Cloisite 30B)摻合物之機械性質，選定其中一個最佳比例，再將自行合成ODSA添加於其中，最後，以Proteinase K酵素進行生物分解實驗。實驗結果顯示ODSA的添加確實能塑化PLA，當ODSA添加含量為5 phr，降伏強度開始出現，斷裂伸長率由原本的3.15 %增加至7.59 %，當ODSA的添加量增加至10 phr，斷裂伸長率更增加至15.08 %，此外，不管是添加蒙托土或市售改質的蒙托土，均可增加PLA之楊氏模數，當PLA加入5 phr的Closite Na+時，斷裂強度由原先的38.9 MPa可增加至47.7 MPa，但是斷裂伸長率降至3.07 %，將ODSA加入於PLA/Closite Na+-5 phr摻合物當中，當ODSA添加含量為7 phr時，斷裂伸長率可增加至6.72 %，而楊氏模數亦可增加至1.47 GPa。由生物分解實驗當中發現，隨著ODSA的添加含量增加至5 phr、7 phr，經過7天後，其重量損失率從PLA的42.6 %分別下降至37.2 %和35.9 %，顯示ODSA的添加會使得PLA/ Closite Na+/ODSA摻合物被Proteinase K酵素分解的能力下降，推測為結晶度增加和疏水性增加之緣故。
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薄膜反應器之模擬與最佳化設計

title: 薄膜反應器之模擬與最佳化設計 abstract: 薄膜反應器是結合反應與分離的程序強化單元，可藉由薄膜供應或分離反應物質，獲得較佳之反應器性能。混合薄膜反應器更進一步藉由間隔安排薄膜位置，提供額外的設計自由度。薄膜與混合薄膜反應器涉及非單一之性能指標，以及許多的設計與操作條件決定。本研究針對兩種應用系統，乙烷加氧脫氫生產乙烯(Oxydehydrogenation of Ethane, ODH)與甲烷自熱蒸氣重組產氫(Autothermal Reforming of Methane, ATR)，建立了薄膜反應器與混合薄膜反應器的一維擬均相數學模式，探討反應器內部的特性分佈，以及操作與設計參數影響。本研究使用遺傳演算法，針對產量/選擇率、產量/轉化率與產量/選擇率/轉化率之雙目標函數與三目標函數，分別完成兩個系統之操作階段與設計階段多目標最佳化分析。最佳化結果顯示，相較於薄膜反應器，使用混合薄膜反應器時，乙烷加氧脫氫與甲烷自熱蒸氣重組反應器之各項性能均可獲得提升，乙烯產量與氫氣產量分別可獲得約25%與一倍之提升。
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聚偏二氟乙烯中空纖維膜應用於海水淡化之研究

title: 聚偏二氟乙烯中空纖維膜應用於海水淡化之研究 abstract: 本研究以實驗室合成之聚偏二氟乙烯(poly(vinylidene fluoride), PVDF)中空纖維膜組裝之模組進行直接接觸式薄膜蒸餾(direct contact membrane distillation)及真空式薄膜蒸餾(vacuum membrane distillation)實驗，進料溶液為3.5 wt%之鹽水溶液，操作參數為進料溫度(50~70 oC)及進料速率(0.2~0.5 L/min)，真空式薄膜蒸餾其真空度為持在8 kPa，直接接觸式薄膜蒸餾之冷水側溫度為13 oC及進料速率0.4 L/min。製備中空纖維膜的條件為改變芯液之組成，其中共4種條件分別為20、30、40、60 wt%磷酸三乙酯(TEP)水溶液，藉由硬性換成軟性的方式來改善中空纖維膜內表面結構。從SEM解析得知隨著磷酸三乙酯(TEP)在芯液的比例增加薄膜內表面皮層結構不易形成，且大孔洞數變多。真空式及直接接觸式薄膜蒸餾操作中，提高進料溫度能明顯增加滲透通量，但極化現象也較嚴重，此外薄膜於真空式薄膜蒸餾會有fouling現象，造成氯化鈉顆粒析出於殼測薄膜表面，此種現象會造成薄膜之有效面積減少，降低純水通量。增加進料流率對於滲透通量之提升較不顯著，但對於高溫進料操作之溫度極化現象具有較明顯改善效果。其結果顯示隨著芯液中TEP wt%的比例增加，所製成的薄膜在直接接觸式薄膜蒸餾有較高的通量，在真空式薄膜蒸餾中更加明顯。孔洞較大的薄膜對於進料溫度及速率的增加在通量的提升效果高於小孔洞之薄膜。此外短模組在真空及直接接觸式薄膜蒸餾操作中的滲透通量都明顯高於長模組。
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聚偏二氟乙烯複合薄膜應用於直接接觸式薄膜蒸餾之研究

title: 聚偏二氟乙烯複合薄膜應用於直接接觸式薄膜蒸餾之研究 abstract: 本研究以聚偏二氟乙烯(poly(vinylidene fluoride), PVDF)膜材，並使用親水支撐層合成一平板親-疏水複合薄膜，來組裝模組進行直接接觸式薄膜蒸餾(Direct Contact Membrane Distillation, DCMD)用於海水淡化之效能探討，進料之模擬海水為3.5 wt%的NaCl水溶液。合成薄膜的組成為PVDF、磷酸三乙酯(Triethyl phosphate, TEP)及Tween-20或 Tween-80的混合溶液，其中共三種條件分別為20、40、60 wt%磷酸三乙酯(TEP)水溶液，藉由硬性沉澱槽換成軟性沉澱槽的方式來改善平板薄膜表面結構。從SEM解析得知隨著磷酸三乙酯(TEP)在沉澱槽的比例增加薄膜表面大孔洞數量，探討其薄膜結構對蒸餾操作之影響。在實驗操作部分主要是探討不同的參數對薄膜蒸餾之滲透通量及鹽阻隔率之影響，DCMD中兩側流體流動是逆流方式，其它參數包括在進料溫度(50~70 oC)、進料速度(0.4~0.7 L/min)與不同進料濃度(純水~15wt%NaCl溶液)。在DCMD中其結果顯示吐溫20為最合適的成孔劑隨著沉澱槽TEP wt%的比例增加，所製成的薄膜之通量皆會高於沒改質的薄膜，是由於隨著TEP在沉澱槽的比例增加薄膜表面皮層結構不易形成，且大孔洞數變多。且提高進料溫度能明顯增加滲透通量，但極化現象也較嚴重，而增加進料流率則對於滲透通量之提升較不顯著，但對於高溫進料操作之溫度極化現象具有較明顯改善效果。
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中空二氧化矽奈米粒子表面改質及其在塑膠基板上製作高穿透高疏水複合塗膜

title: 中空二氧化矽奈米粒子表面改質及其在塑膠基板上製作高穿透高疏水複合塗膜 abstract: 本研究利用溶膠-凝膠法在室溫下合成中空二氧化矽奈米粒子，粒徑約100 nm且進行表面改質。改質分成兩種方式，(I) 3-(三甲氧基甲矽烷基)丙基丙烯酸酯及氟化矽烷共同改質中空二氧化矽奈米粒子；(II)六甲基二矽氮烷改質中空二氧化矽奈米粒子。在方法(I)中，壓克力單體與中空二氧化矽奈米粒子，在PMMA基板上經由旋轉塗佈成膜再進行紫外光曝光，中空二氧化矽奈米粒和壓克力樹酯產生共價鍵結完成複合塗膜。中空二氧化矽奈米粒子與氟化矽烷莫耳比4.5 : 0.2，接觸角109o，在波長380~760 nm平均穿透率99.1%。在方法(II)中，PMMA基板上浸塗一層共聚物poly(MMA-co-MA)，接著浸塗上中空二氧化矽奈米粒子。塗膜接觸角129o、穿透率86%、附著度5B。
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頁岩天然氣凝析液於石化工業之製程研究 : 乙烯與醋酸乙烯單體

title: 頁岩天然氣凝析液於石化工業之製程研究 : 乙烯與醋酸乙烯單體 abstract: 近年頁岩氣的開採技術有所突破後，非傳統油氣資源的頁岩氣和頁岩油，又掀起一股全球油氣浪潮，其影響石化工業甚鉅。本研究以分離頁岩氣後所得之頁岩天然氣凝析液後從中分離出乙烷製造乙烯及其衍生物醋酸乙烯單體。頁岩天然氣凝析液分離製程中，吾人採用蒸餾塔進行頁岩氣之分離，其中分離出之乙烷純度為97.1 mol%。乙烷進入乙烯製程中之裂解爐，透過加入低壓蒸汽於裂解爐中進行蒸汽裂解反應產生乙烯，再將乙烯、氧氣以及氣相醋酸作為進料進入管式觸媒反應器生產醋酸乙烯，管式觸媒反應器之操作條件在溫度150–165°C之間，壓力6.6 atm，內裝有1100根管子，其管長為10公尺，管徑為0.037公尺，以鍋爐飼水控制反應器溫度確保其不超過180°C，以避免觸媒變質劣化，同時也產生低壓蒸汽供製程使用；另外，由於醋酸乙烯反應器是高放熱氧化反應，其製程安全分析也在論文中提出。反應器之產物經共沸塔將醋酸從水和醋酸乙烯中分離出來，最後醋酸乙烯和水再進行純化到高純度之醋酸乙烯即為醋酸乙烯單體。在乙烷蒸汽裂解量產乙烯製程上，以乙烯年產量為十萬公噸、純度達99 mol%為設計目標；在醋酸乙烯單體製程上，以醋酸乙烯單體年產量為三萬公噸、純度達99 mol%為設計目標。值得一提的是在天然氣凝析液分離程序、乙烯的精餾以及醋酸乙烯單體之蒸餾塔設計乃利用吾人提出的「蒸餾塔設計三部曲」做節能設計；此外，並針對醋酸乙烯單體製程進行熱能整合，以求有效達到節能省碳之目的。本論文之主要應用 “Aspen Plus”與“SuperTarget”兩種化工程序軟體，前者用於程序合成與設計；後者則用於狹點分析及換熱器網路合成。
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核殼奈米粒子高分子電解質的合成

title: 核殼奈米粒子高分子電解質的合成 abstract: 本研究的工作主要利用沈澱聚合程序合成高分子微粒子，合成的奈米粒子由兩種主要單體所組成：一為具有磺酸基之電解質單體，2-丙烯醯胺甲基-丙烷磺酸(AMPS)；另一為具有三個乙烯基之三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)。實驗分為兩個階段，首先利用沉澱聚合形成高分子核心，接著再藉由乳化輔助的方式使電解質單體聚合包覆核心而成為殼層。藉由調控反應溶液至θ-state，接著加入AMPS，以獲得交聯度較高並帶有親水性質之核殼粒子。由FTIR圖譜顯示粒子由TMPTA(n ̅= 1732 cm-1, 脂基 C=O)和AMPS (n ̅= 1040 cm-1, 磺酸基)組成。由DLS所測得的流體力學直徑結果為200到300奈米。
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旋風分離器於廢棄積體電路粉末之金回收

title: 旋風分離器於廢棄積體電路粉末之金回收 abstract: 本研究利用水旋風分離器針對廢棄積體電路粉末進行分選，將分選後各個部分的粉末使用UW860化學剝金液，將黃金從廢棄積體電路粉末中萃取出來以便回收再利用。討論利用何種水旋風分離器操作方式，將其未含黃金之廢棄積體電路粉末大量移除，使得需要剝金的顆粒量降低，以讓黃金回收成本降低。利用水旋風分離器的特性，產生的次渦流可以帶動工作流體中密度較小且不含金的塑膠顆粒由溢流口處排出，以減少需要剝金的總體顆粒量。實驗結果顯示，使用較高的工作流體濃度，容易導致分離效率下降，在考慮工廠中的操作方式，由於剝金前需將樣品烘乾，配置濃度越低，導致烘乾時間越長，經濟成本也因此提高，所以採用濃度較高的操作方式。經多種水旋風分離器操作，採用TypeB05水旋風分離器串聯之操作方式效果最佳，可以由溢流端移除約30%之含有極少量金的顆粒。此方法不僅能減少後續需要剝金的顆粒還可以達到顆粒之分離效果，確實具有工業的實用價值。
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研發沉浸式薄膜過濾系統以去除海水中之結垢物質

title: 研發沉浸式薄膜過濾系統以去除海水中之結垢物質 abstract: 本研究以沉浸式過濾系統進行海水淡化前處理。比較不同程序對於濾速與出水品質的提升。使用0.45μm之PVDF膜與活性碳動態膜對模擬海水進行過濾，並探討加入凝聚程序對於整個系統的過濾性質與水質影響。其中活性碳動態膜的生成方法，是預過濾多孔性粉末狀活性碳(PAC)，使其於0.45μm PVDF膜面上形成一定量之活性碳濾餅層，此層濾餅層即稱之為動態膜。希望藉由活性碳動態膜複合式之系統，可將海水中之有機物質及無機微粒去除，以降低逆滲透程序之薄膜結垢的發生。實驗結果顯示，用0.45μm PVDF膜過濾模擬海水，過濾初期因粒子於膜面上累積使濾速下降快速，於過濾結束後80kPa之濾速較40kPa高30%，比較使用活性碳動態膜與0.45μm PVDF膜之膜阻力可發現，於80 kPa操作下，預過濾10分鐘生成之活性碳動態膜之阻力較0.45μm PVDF膜高133%，相較於預過濾5分鐘高13%，但厚度卻增加了50%，故選用10分鐘做為動態膜預過濾時間。本研究使用5 mg/L幾丁聚醣作為凝聚劑，並以0.45μm PVDF膜過濾，其濾速會隨透膜壓差增加而提升，於過濾時間結束時，透膜壓差80kPa與60kPa相較於40kPa時濾速可提升24%與16%。因添加凝聚劑後使模擬海水中之物質粒徑分布增加，形成結構較鬆散之濾餅層，使濾餅所造成的阻力下降，因此無論使用0.45μm PVDF膜或活性碳動態膜皆可使濾速提升。最後綜合比較出水品質(COD、DOC、濁度、腐植酸濃度)與濾速之提升可知結合使用凝聚程序結合活性碳動態膜之複合系統可使上述移除率達最大，且有效使濾速提升。相較於將活性碳懸浮於海水中，使用動態膜可大幅減少活性碳用量。而使用沉浸式過濾系統生成動態膜之時間僅為掃流系統所需時間的8%，可大幅減少動態膜預過濾時間。
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