一，前言

挥发性有机化合物（Volatile Organic Compound，VOC）广泛应用在许多工业中，如电子工业，涂装工程，以及

其他化学工程。由于VOC具有渗透，溶脂，及挥发等特性，所以人体与VOC接触或经呼吸后，可能对呼吸道，肺，

神经，肝系统造成危害。因此美国EPA在1999年的新污染源操作标准中将101种VOC列为管制对象，并订定排放

暨监测系统标准[1] [2]。

苯（苯），甲苯（甲苯），二甲苯（二甲苯）经常使用为药品与化学品之原料，塑胶和轮胎工业之黏着剂，

以及印刷厂与各种化工厂之溶剂等，但常引起作业附近环境空气品质恶化，影响工厂员工之健康。另外由于吸入黏

着剂所引起慢性中毒之社会新闻亦时有所闻[3] [4]。而这些芳香烃之毒性，一般比烷烃类较大，除有爆炸，燃烧性及

中枢神经中毒作用之外，往往伴随有血液毒，肝毒，肾毒及致癌性等[5]。

根据前人研究可知[5]，每克活性碳在空气中约可吸附0.15 0.25g的甲苯，随浓度不同而有所变化。经常存在于

环境中相关衍生物，大都具有高度毒性，因此必须有效地加以控制排放至大气环境中。甲苯主要暴露途径为吸入，

接触或由摄食进入人体，其多半会造成人体中枢神经系统，脾脏，肝脏及肾脏等方面的慢性或急性危害，因此甲苯

之处理颇为重要。

而针对挥发性有机化合物之控制技术有非破坏性的（非破坏性）技术与破坏性（破坏性的）技术。非破坏性

技术如冷凝法，吸收法，吸附法，薄膜分离法;破坏性技术如生物过滤法，热焚化法，触媒焚化法，高级氧化法，

其他方法如电晕破坏（corona destruction）及电浆（plasma）技术等。

一般活性碳为目前最广为被使用的吸附法，不须使用特别方法，处理浓度不高的污染物时，有绝佳的效果，再

者，其价格便宜而广被接受。然而，单位表面积的吸附效能有限，对于吸附高浓度之污染物，使用量随之增高，且

易受水汽影响，针对一般活性碳之吸附效能不佳的情形，本研究探讨利用添着活性碳作为吸附剂，而且以甲苯作为

代表性吸附质，利用对活性碳的加工处理制成碱性，酸性两种添着活性碳，来提高活性碳对挥发性有机溶剂的吸附

效能，且可视污染物的性质不同采用不同的添着活性碳加强对污染物的吸附。

用浸染铬离子后FT200-20碳纤布吸附铬离子量远高于FT200-10碳纤布，含浸铬离子之FT200-20碳纤布对硫化

氢具有良好吸附效果，尤以含浸铬离子溶液pH值为3时最佳，贯穿时间及吸附量比未浸染碳纤布可增加数十倍以上，

若要使用FT200-10碳纤布则使用未浸铬离子的较佳[6]。此外尤建华等[2]曾做活性碳热脱附实验，以求得活性碳对不

同吸附质（丁酮，甲苯，己醇）的脱附反应动力参数，实验后发现用于不同的吸附质，其沸点可能是活性碳热脱附

的主要影响机制。

与我们生活息息相关的掩埋场，也利用活性碳作为吸附剂，吸附掩埋场中的苯及甲苯[5]。每克活性碳在空气中

约可吸附0.15 0.25g的甲苯及0.12 0.16g的苯，且随浓度不同而有所改变，在CH4及CO2气体中其吸附量则依背景

气体组成之比例而有所变化，1999年，吴新富提到添加活性碳可提升生物滤床处理效果。以猪粪堆肥及猪粪堆肥混

合活性碳为滤材之生物滤床并植种工业污泥或丁二烯分解菌，针对苯乙烯，丁二烯进行试验，结果得知;在堆肥滤

床中添加活性碳并植种纯菌有助于提升丁二烯之去除率及最大有机处理能力。

使用碱液添着之活性碳亦可吸附含水汽之臭味[3]，在此研究中探讨到废气含水量对碱性添着碳吸附硫化氢及甲

硫醇能力之影响，借实验分析氢氧化钠碱液含浸制备条件对活性碳物理特性及化学特性之关系，以及对效率之影响。

活性碳经浸泡NaOH后可提高吸附硫化氢与甲硫醇之能力。此外用过的活性碳亦可回收再利用，张达遑[4]曾经使用

废弃活性碳再运用于含硫臭气吸附之处理研究上。将废弃活性碳先予加热再生处理，再以碱液（NaOH）的添着后制成

碱性添着碳，用以吸附含有硫化氢及甲硫醇之废气。虽然比以新鲜活性碳经制成添着碳吸附量减少17％，但是再生

添着碳对CH3SH吸附量为原废弃活性碳吸附量之63倍。

为探讨活性碳吸附能力与处理条件之关系，并预测其吸附能力，需建置等温吸附模式[7] [8] [9]。有关活性碳吸附

模式主要有Freundlich，Langmuir，B.E.T。等方程式。由于活性碳表面属非极性，故一般活性碳吸附有机物可以Freundlich

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142

或Langmuir吸附模式解释。但具极性之合成吸附剂如XAD-8及AD-2等对有机物之吸附结果，则较符合B.E.T.多分

子层吸附模式，因此B.E.T.模式不在此研究中探讨。

二，研究方法及步骤

（一）实验步骤说明

活性碳吸附甲苯之设备及流程如图1及图2所示。调整空气流量和甲苯曝气量得到适当的甲苯操作浓度，并以

废气分析仪（Horiba MEXA-441GE）先量测未经吸附的甲苯浓度。秤取5g或10g粒径约1.9mm的活性碳置入恒温箱

之吸附设备中，调整至适的操作温度，流量，每隔十分钟量测并记录未被吸附之甲苯浓度及其变化，待浓度稳定不

变时即达吸附饱和。将纪录数据制作成表格及图形，并计算吸附量。详细之实验操作条件如表1所示。

（二）添着活性碳之备制

1.碱性添着碳之备制：

将一般活性碳置入冲击瓶内，于140℃下通入氮气干燥1 1.5hrs。取上述活性碳70克，置于过滤瓶内，加入550ml

2N NaOH溶液并浸4小时。过程中先搅拌器搅拌30分钟，再将过滤瓶与真空泵连接，使反应在真空下进行。

浸泡完成后将浸泡溶液过滤，取出活性碳，置入烘箱以80 130℃处理60hrs，至此碱添着活性碳备制完成。

2.酸性添着碳之备制：

将一般活性碳置入缓冲瓶内，于140℃温度下通入氮气干燥1 1.5hrs。取上述活性碳90克，置于1L烧杯内，

加入360ml 2N H2SO4浸液，再将此烧杯移置95±5℃水浴器中浸泡4hr，随后使用抽气过滤设备以2000ml去离子

水清洗浸过过活性碳。将适量0.1％氢氧化钠溶液加至上述洗涤过之活性碳中，待30分钟反应完全后调整pH

值至大于7.再将适量4％盐酸溶液加至上述氢氧溶液中，待30分钟反应完全后调整pH值至1.5以下，随后以

去离子水过滤清洗活性碳，直至过滤水中无氯离子存在。过滤后之活性碳移置于冲击瓶内，于140℃温度下通氮

气干燥1 1.5hrs，至此酸添着活性碳备制完成。

（三）等温吸附曲线建立

因解释等温吸附之模式有Freundlich方程式，Langmuir方程式，兹将公式各系数求法说明如下：

（1）Freundlich方程式

Freundlich依恒温吸附实验结果提出恒温吸附经验式，其吸附方程式如下：

n qe k Cf

1

='⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯...（公式一）

上式中，Cf为平衡浓度（mg / ppm），qe为平衡浓度（Cf）下的吸附容量（mg / g），而k与n则为常数。当n大于1

时为有利性吸附，当n小于l时为不利性吸附，而当n等于l时则为直线吸附。在使用时经常取其对数形式，即：

 log qe = log k +

ñ

1

log Cf⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯...（公式二）

以log qe对log Cf作图，可得一直线，斜率为1 / n，截距为log k，由实验结果即可得k与n之值。

（2）Langmuir方程式

Langmuir提出等温吸附理论，此一理论假设：（a）固体表面具有均匀的无数吸附位置，每个吸附位置只能吸附

一个分子，（b）中各吸附位置对被吸附物之亲和力相同，（c）中固体表面单分子层吸附最大吸附容量为单层之饱和吸附容

量，（d）吸附之分子不会脱附由以上假设，得其吸附方程式如下：

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F

F

Ë

非晶碳

ABC

q

+

=

1

⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。（公式三）

上式中，Cf为平衡浓度（mg / ppm），qe为平衡浓度（Cf）下之吸附容量（mg / g），而a，b则为常数。上式亦可以

写成另一形式之等温吸附方程式，即：

 

ab C b

q

F

Ë

1 1 1

='+⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯...（公式四）

Langmuir方程式可以较佳的反映出低浓度至高浓度中的等温吸附曲线。

三，结果与讨论

（一）入口浓度之差异

当操作变因为入口浓度时，其吸附量（毫克）大小随所进行吸附之甲苯浓度而改变，入口浓度越高，则吸附能力

（mg / g）越佳，其结果如图3所示，乃因活性碳孔隙小，易发生浓缩冷凝现象（即墨水效应，ink effect），因而入流

浓度越高吸附能力越大。如浓度在700ppm时，吸附能力约为43.5mg / g;若浓度在400ppm时，其吸附能力仅约为9.7mg / g。

（二）不同温度之差异

从图4的数据中可看出温度越高，吸附能力越低。当温度低时，污染物吸附后所放热能量，易被移除，因而温

度越低，吸附能力越大;反之，当温度高时含甲苯废气停留时间短，吸附能力较小。如温度在15℃时，吸附能力约

为52.48mg / g，若温度在30℃时，吸附能力仅为为37.87mg / g。

（三）流速之影响

当将活性碳置于恒温箱中，并控制温度在25℃，且浓度调整为300ppm，使用不同的流速进行吸附处理，如图5

可看出，流速较低时污染物停留时间越长，易促使活性碳之吸附能力提升;反之，流速较大时，则会降低活性碳之

吸附能力。

（四）不同活性碳之差异

由图6看出酸性活性碳之吸附量最大，且其吸附能力远高于一般活性碳及碱性活性碳，而一般活性碳之吸附量

最小。因本研究所制造之酸性活性碳其表面积较大，且存在活性区较多，易进行甲苯之吸附行为，故使用酸性活性

碳之吸附能力最大，较一般活性碳吸附能力大约四倍。依袁菁[10]与张根积[11]研究结果得知，经浸泡2N H2SO4之酸

性活性碳，其表面积约介于1000 1200 m2

/ g之间，略高于浸泡2N NaOH之碱性活性碳，其表面积约介于800 1000 m2

/G

之间，而本研究所使用未浸泡活性碳，其表面积仅约为650平方米

/G。

（五）等温吸附模式预测结果

为预测活性碳之吸附能力，乃进行等温吸附模式之建置，如将甲苯之入流浓度与吸附量分别取日志及倒数如表

2，表3及表4所示，则可得如图7至图12之等温吸附回归公式。

1。一般活性碳

计算出一般活性碳的Freundich及Langmuir等温吸附模式，如公式（五）与公式（六）所示。

Freundich式：（R

2

= 0.9865）

QE = 1.87 * 10

-6

*比照

2.583

............................................................（公式五）

Langmuir式：（R

2

= 0.9718）

F

F

Ë

C

C

q

1 0.001

0.014

- 

=⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯...（公式六）

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由所建置之等温吸附模式可知，一般活性碳之吸附行为较适合用Freundich等温吸附模式进行预测。

2。碱性活性碳

计算出碱性活性碳的Freundich及Langmuir等温吸附模式，如公式（七）与公式（八）所示。

Freundich式：（R

2

= 0.8879）

QE = 1.82 * 10

-6

*比照

2.769

...............................................................（公式七）

Langmuir式：（R

2

= 0.9508）

F

F

Ë

C

C

q

1 0.001

0.044

- 

= ............................................. ..................（公式八）

由所建置之等温吸附模式可知，碱性活性碳之吸附行为较适合用Langmuir等温吸附模式进行预测.3。酸性活性碳计算出酸性活性碳的Freundich及Langmuir等温度附模式，如公式（九）与公式（十）所示.Freundich式：（R2 = 0.9113）qe = 7.33 * 10-8 * Cf3.369 ... ........................................................................ （公式九）Langmuir式：（R2 = 0.9764）ffeCCq1 0.0010.061- = ................................................... .........（公式十）由所建置之等温吸附模式可知，酸性活性碳之吸附行为亦较适合用Langmuir等温吸附模式进行预测。四，结论1.入流浓度愈大时，活性碳吸附能力愈大。入口浓度700ppm时，吸附量为43.5mg / g最大，入口浓度400ppm时，吸附量为9.7mg / g最小.2。处理温度愈大时，活性碳吸附能力愈小。处理温度30℃时，吸附量为37.9mg / g最小，处理温度15 ℃，吸附量为52.5mg / g最大.3。流速与吸附能力之关系可知其相关系数（R2值）可达0.98以上，当流速差1.75倍，吸附能力相差2.2倍;而流速差1.5倍时，吸附能力则略降低2倍.4。各种活性碳对甲苯之吸附量分别为酸性活性碳>碱性活性碳>一般活性碳，酸性活性碳较一般活性碳吸附能力约大4倍5.一般活性碳适合用Freundich等温吸附模式（qe = 1.87 * 10-6 * Cf2.583）来预测吸附能力（如表5所示），碱性活性碳，酸性活性碳则适用Langmuir式【分别为ffeCCq1 0.0010.044- =与ffeCCq1 0.0010.061- =】来预测其吸附能力。五，参考文献1。陈朝棋，柳绪昶，林幸蓉，张良丽（2001），活性碳对甲苯的吸附实验，宜兰技术学院空污实验室0.2。尤建华，黄福全，张保兴（1997），活性碳添加NiO对有机溶剂蒸气MEK吸附效能的影响，第十四届空气污染控制技术研讨会论文专集.3。蔡建梁，张达遑，蔡俊鸿，江鸿龙（1998），碱性添着活性碳吸附含水气臭气体特性分析，第十五届空气污染控制技术研讨会论文专集。宜兰技术学报第九期工学专辑1454。张达遑，江鸿龙，张根穆，蔡俊鸿（1999），废弃活性再应用于含硫臭气吸附处理研究，第十六届空气污染控制技术研讨会论文专集0.5。黄奕睿，林财富（1999年），活性碳对掩埋场气体中苯及甲苯吸附量研究，第十六届空气污染控制技术研讨会论文专集0.6。江右君，蒋本基（2001），活性碳吸附特性指标及参数特性曲线之建立，第十八届空气污染控制技术研讨会论文专集0.7。黄正义，陈王琨（1994），空气污染防治学，第287-291页，淑馨出版社，台北.8。陈庆和，王宇杰（1999），环工单元操作实习，第281-284页，文京图书有限公司，台北.9。张章堂（1999），空气污染学，第95页，国立宜兰技术学院环境工程系，宜兰.10。袁菁（1989），以添着活性碳处理无机性臭味气体之研究，台大环工所硕士论文，民国七十八年0.11。张根积（1996），碱性再生活性碳处理含硫臭气之等温现象探讨，成大环工所硕士论文，民国八十五年。91年08月26日投稿91年10月4日接受宜兰技术学报第九期工学专辑146图1活性碳吸附流程图2实验流程图表1吸附实验参数与条件试验参数试验条件进口浓度（ppm）300,400,500,600,700处理温度（℃）20 ，25,30,40流速大小（cm / sec）20,25,30,35吸附剂一般活性碳，碱性活性碳，酸性活性碳表2一般活性碳对甲苯吸附量与浓度之关系甲苯入流浓度（ppm）吸附能力（mg / g）1 / qe 1 / Cf lnqe lnCf400 9.69 0.103 0.0022 1.0 2.7500 18.63 0.053 0.0019 1.3 2.7600 25.35 0.039 0.0017 1.4 2.8700 43.53 0.023 0.0014 1.6 2.8宜兰技术学报第九期工学专辑147表3碱性活性碳对甲苯吸附量与浓度之关系甲苯入流浓度（ppm）吸附能力（mg / g）1 / qe 1 / Cf lnqe lnCf400 31.14 0.032 0.0025 1.5 2.6500 56.56 0.018 0.0020 1.8 2.7600 64。 13 0.016 0.0017 1.8 2.8700 171.94 0.006 0.0014 2.2 2.8图3不同入口浓度下之吸附能力比较（温度2 5℃，流速1 9 cm / sec，5 g一般活性碳）表4酸性活性碳对甲苯吸附量与浓度之关系甲苯入流浓度（ppm）吸附能力（mg / g）1 / qe 1 / Cf lnqe LnCf400 47.39 0.021 0.003 1.7 2.6500 90.26 0.011 0.002 2.0 2.7600 119.14 0.008 0.002 2.1 2.8700 363.97 0.003 0.001 2.6 2.8表5等温吸附模式活性碳种类Freundlich式Langmuir式一般活性碳qe = 1.87 * 10-6 * Cf2.583R2 = 0.9865 ffeCCq1 0.0010.014- = R2 = 0.9718碱性活性碳qe = 1.82 * 10-6 * Cf2.769R2 = 0.8879 ffeCCq1 0.0010 .044- = R2 = 0.9508酸性活性碳qe = 7.33 * 10-8 * Cf3.369R2 = 0.9113 ffeCCq1 0.0010.061- = R2 = 0.9764不同入口浓度之吸附能力比较9.718.625.443.501020304050400 500 600 700入口浓度（ ppm）吸附能力（mg / g）图4不同温度下之吸附量比较（浓度300ppm，流速1 9 cm / sec，10g一般活性碳）图5不同流速大小之吸附能力比较（浓度300ppm，温度2 5℃，10g一般活性碳）图6不同性质活性碳下对甲苯吸附能力比较（浓度500 ppm，温度2 5℃，流速44. 7cm / sec，活性碳5 g）不同流速之吸附能力比较32.746.362.070.102040608020 25 30 35流速（cm / sec）吸附能力（mg / g）18.656.690.3020406080100一般AC碱性AC酸性AC各类活性碳吸附能力（mg / g）不同温度之吸附能力比较29.2 28.259.532.301020304050607020 25 30 40温度（0C）吸附能力（mg / g）宜兰科式学报第九期工学专辑149Frundich式y = 2.7686x - 5.7391R2 = 0.88790.00.51.01.52.02.52 .6 2.6 2.7 2.7 2.8 2.8 2.9 2.91nCflnqe图7中性活性碳吸附甲苯之Freundich等温度附模式Langmuir式y = 73.473x - 0.0847R2 = 0.97180.000.020.040.060.080.100.120.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020 0.0025 0.00301 / Cf1 / qe图8中性活性碳吸附甲苯之Langmuir等温度附模式Freundich式y = 2.5826x - 5.7285R2 = 0.98650.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.6 2.6 2.7 2.7 2.8 2.8 2.9 2.9lnCflnqe图9碱性活性碳吸附甲苯之Freundich等温吸附模式宜兰技术学报第九期工学专辑150Langmuir式y = 22.794x - 0.0255R2 = 0.95080.000.010.020.030.040.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020 0.0025 0.00301 / Cf1 / qe图10碱性活性碳吸附甲苯之L angmuir等温吸附模式Frundich式y = 3.3693x - 7.1347R2 = 0.91130.01.02.03.02.6 2.6 2.7 2.7 2.8 2.8 2.9 2.9lnCflnqe图11酸性活性碳吸附甲苯之Freundich等温度附模式Langmuir式y = 16.34x - 0.0202R2 = 0.97640.000.010.010.020.020.030.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020 0.0025 0.00301 / Cf1 / qe图12酸性活性碳吸附甲苯之Langmuir等温度附模式