| 姓名 |
何宜倫(yilun.he)
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畢業系所 |
環境工程研究所 |
| 論文名稱 |
半導體及LED廢切削油泥再利用之可行性研究
(Study on the reuse feasibility for waste oil sludge of cutting fluid in semi-conductor industry and light-emitting diode industry)
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| 摘要(中) |
近年來台灣積極發展半導體、發光二極體等高科技產業，更以成為綠色矽島為自我期許之目標，然而隨著這些產業蓬勃發展、產能逐漸擴大的同時，相對應的其所產生的事業廢棄物也逐年增加，因此在資源有限且面臨資源枯竭的今天，如何有效的將廢棄物資源化將是未來重要的研究課題。本研究之目的主要針對半導體與LED產業中切割程序所產生廢油泥進行再利用研究，因廢油泥成分類似自然界沸石成分，且具有高表面積等特性，故將回收廢油泥改質探討其應用於處理一般含重金屬廢水之可行性及有效性。
本實驗含經改質的吸附劑共十二種，其中以LED高溫鍛燒250℃及LED廢油泥經500°C高溫鍛燒與酸、鹼改質之吸附劑成效最佳，尤其是LED廢油泥經500℃高溫鍛燒與酸、鹼改質之吸附劑，其對鉛離子飽和吸附量已達91.322mg/L，與一般活性碳對銅離子飽和吸附能力相差無幾。各種吸附劑明顯對鉛、銅、鎳三種金屬離子吸附效果不同，總概而論其吸附效果由高至低分別是鉛離子›鎳離子›銅離子，但針對不同金屬離子不同吸附劑的吸附效果仍些許不同，例如LED油泥改質吸附劑中對鉛離子吸附效果最佳為250℃高溫鍛燒油泥，而對鎳離子吸附效果最佳卻是500℃高溫鍛燒油泥。由此可知，不同油泥因鍛燒溫度不同會造成表面化性與官能基的不同，而對金屬離子產生不同吸附能力。本研究發現，油泥吸附效果主要控制變因除了時間以外，主要為溶液pH值的控制，經實驗結果得知油泥吸附金屬反應幾乎是溶液pH值超過3才開始，而且越接近中性，吸附效果越佳。 |
| 摘要(英) |
In recent years, Taiwan has progressive development in semiconductor and light-emitting diodes, and other high-tech industries. and However, at the same time, as these industries are booming, the gradual expansion of product energy resources generates the corresponding product waste year by year. Today, the face with limited resources and resource depletion will be the important research topics and in further how effectively to use the waste as the energy resources. This study focused on the reuse of waste oil sludge, which was generated by semiconductor and LED industry in the cutting process produced the mixture of waste oil and to explore the feasibility and effectiveness in recycling the reformed waste oil as adsorbents to treat the contaminated heavy metal-wastewater. The waste oil is similar to the natural zeolite component.
This experiment deals with the twelve modified adsorbents. The best adsorbents are LED obtained at calcination temperature 250 ℃ and sludge oil with acid at high calcination temperature 500 ℃. Also among all, alkali modified adsorbents are the best. Especially, for LED sludge oil with acid at high calcination temperature (500 ℃) and alkali modified adsorbents, the lead adsorption capacity reached 91.322 mg / L, and this is similar to the adsorption capacity of activated carbon. The various adsorbents have obviously different adsorption capacities for the metal ions (lead, copper and nickel) and their adsorption activities are in the following order; lead > nickel >copper. However, the different modified adsorbents have different activities for different metal ions. For instance, the modified LED sludge-adsorbent has the best adsorption for lead ion in the sludge with the high calcination temperature at 250 ℃. The sludge with the high calcination temperature at 500 ℃ has optimal adsorption effect for the nickel ion. Due to the different calcination temperatures, the different sludges have the different surface chemistry and functional groups and thus resulting in different adsorption capacities for different metal ions. The experimental results indicate that the main control variable for the sludge adsorption is not only the time, but also the pH value of the solution. The experimental results show that metal adsorption reaction in sludge almost starts when pH of the solution is higher than 3 and closer to the neutral pH, the adsorption capacity is enhanced. |
| 關鍵字(中) |
★ 半導體油泥
★ LED油泥
★ 金屬離子
★ 切削(液)油
★ 吸附劑 |
關鍵字(英) |
★ Waste oil sludge
★ adsorbents
★ modification
★ pH
★ metal ions |
| 論文目次 |
目 錄……………………………………………………………………............. I
圖目錄……………………………………………………………………............. V
表目錄……………………………………………………………………............. VIII
第一章 前言…………………………………………………………….................. 1
1-1 研究緣起…………………………………………………………… 1
1-2 研究目的…………………………………………………………... 1
第二章 文獻回顧………………………………………………………………... 3
2-1 半導體產業…………………………………….………….............. 3
2-1-1 半導體產業概述…………………….……………………. 3
2-1-2 半導體產業現況…………………………............................. 7
2-1-3 半導體未來的展望…………………………......................... 8
2-2 LED……………………………………………............................... 9
2-2-1 LED概述………………………………………………….. 9
2-2-2 LED產業現況…………………………………………….. 12
2-2-3 LED產業未來發展……………………………………….. 13
2-3 切削油……………………………………………………………... 14
2-4 碳化矽……………………………………………………………... 15
2-5 氧化鋁……………………………………………………………….. 17
2-5-1 活性氧化鋁……………………………………………….. 20
2-6 廢切削液…………………………………………………………... 21
2-6-1 廢切削液簡述…………………………………………….. 21
2-6-2 廢切削油(液)回收方法…………………………………... 22
第三章 研究方法……………………………………………………………….. 26
3-1 研究流程…………………….……. …………………….……….. 26
3-2 實驗設備…………………………………………………….………. 29
3-3 實驗材料……………………………………………….………….. 33
3-4 實驗方法….……………….………….….……………….…………. 35
3-4-1 半導體、LED切削液油泥成分分析實驗……….…………. 35
3-4-2 半導體切削液廢油泥改質實驗……………………………. 36
3-4-3 LED切削液廢油泥改質實驗……………………………… 37
3-4-4 重金屬吸附實驗……………………………………………. 39
第四章 結果與討論…………………………………………………………....... 40
4-1 半導體廢切削油泥基本性質………….............................................. 40
4-1-1 成分分析………………..………..……………………….. 40
4-1-1-1 光螢光分析(X-RF)…………..…………………… 40
4-1-1-2 感應耦合電漿原子發射光譜法(ICP/OES)……. 41
4-1-1-3 X光繞射分析(X-RD)…………………………... 42
4-1-2 表面形態觀察………………………….…………………… 43
4-1-2-1 EMS………………………..…………………… 43
4-1-2-2 SEM-EDS……………..……..…………………… 45
4-1-3 表面特性分析………………………..…………………… 46
4-1-4 氮氣等溫吸/脫附曲線………………………………… 47
4-2 LED廢切削油泥基本性質…….……............................................. 48
4-2-1 成分分析………………..……………..…………………… 48
4-2-1-1 光螢光分析(X-RF)…………..…………………… 49
4-2-1-2 感應耦合電漿原子發射光譜法(ICP/OES..……... 50
4-2-1-3 X光繞射分析(X-RD)…………………………... 50
4-2-2 表面形態觀察………………………..…………………… 52
4-2-3 表面特性分析…………………………….………………… 55
4-3 改質後廢切削油泥特性分析…………………………..................... 56
4-3-1 不同鍛燒溫度對半導體油泥表面形態之觀察…………… 58
4-3-2 半導體油泥之SEM-EDS…………...……..………………. 65
4-3-3 半導體油泥之表面特性分析..…………………………… 67
4-3-4 半導體油泥之氮氣等溫吸/脫附曲線………………..…... 68
4-3-5 不同鍛燒溫度對LED油泥表面形態之觀察……................ 69
4-3-6 LED油泥之表面特性分析…………..…………………… 74
4-3-7 LED油泥之氮氣等溫吸/脫附曲線…………………….…... 74
4-4 重金屬廢水吸附試驗-鉛…….................……......…………………. 76
4-4-1 半導體廢油泥鉛廢水吸附試驗………………………….. 76
4-4-1-1 pH值影響…………………..…………………… 76
4-4-1-2 等溫吸附模式………..……..…………………… 77
4-4-1-3 鉛金屬吸附試驗……………………………….. 79
4-4-2 LED廢油泥對鉛溶液吸附試驗……...…………………….. 80
4-4-2-1 pH值影響………..…………..…………………… 80
4-4-2-2 等溫吸附模式…………....……..……………… 80
4-4-2-3 鉛金屬吸附試驗…………………………………. 82
4-5 重金屬廢水吸附試驗-銅……………….…….....................……...... 83
4-5-1 半導體廢油泥銅廢水吸附試驗……………………………. 83
4-5-1-1 pH值影響…………………..…………………… 83
4-5-1-2 等溫吸附模式………...……..…………………… 84
4-5-1-3 銅金屬等溫動力吸附試驗………………………. 85
4-5-2 LED廢油泥對銅溶液吸附試驗………...………………….. 86
4-5-2-1 pH值影響…………..………..…………………… 86
4-5-2-2 等溫吸附模式…………………..……..………… 86
4-5-2-3 銅金屬等溫動力吸附試驗…………..………….. 88
4-6 重金屬廢水吸附試驗-鎳……………….…….....................……...... 89
4-6-1 半導體廢油泥鎳廢水吸附試驗……………………………. 89
4-6-1-1 pH值影響…………………..…………………… 89
4-6-1-2 等溫吸附模式………...……..…………………… 89
4-6-1-3 鎳金屬等溫動力吸附試驗………………………. 90
4-6-2 LED廢油泥對鎳溶液吸附試驗………...………………….. 92
4-6-2-1 pH值影響…………..………..…………………… 92
4-6-2-2 等溫吸附模式…………………..……..………… 93
4-6-2-3 鎳金屬等溫動力吸附試驗…………..………….. 94
第五章 結論與建議.…………………………………………………………...... 95
5-1 結論………………………………………………………………... 95
5-2 建議………………………………………………………………... 96
參考文獻…………………………………………………………………………… 97
圖 目 錄
目次 頁次
圖2-1 半導體製程流程圖……………………………………………………… 5
圖2-1 半導體產品分類………………………………….………………….….. 6
圖2-5 拜耳法…………………………………………………………………… 18
圖3-6 廢切削油(液)回收技術流程圖…………….…………………………… 23
圖3-1 半導體廢切削液油泥研究架構圖..……………………..……………… 27
圖3-2 LED廢切削液油泥研究架構圖……………………………………..…. 28
圖3-3 半導體、LED切削液油泥成分分析實驗……………………………… 35
圖3-4 半導體切削液廢油泥改質實驗流程圖………………………………… 36
圖3-5 LED切削液廢油泥改質實驗流程圖…………………………………... 37
圖3-6 實驗流程圖……………………………………………………………… 39
圖4-1 X-RF半導體油泥元素含量…………………………………………….. 41
圖4-2 半導體油泥XRD之晶相圖譜…………………………….………..….. 43
圖4-3 Scanning electorn micrograpHs of 半導體廢油泥at 5K………………. 44
圖4-4 Scanning electorn micrograpHs of 半導體廢油泥at 10K…………....... 44
圖4-6 Scanning electorn micrograpHs of 半導體廢油泥at 80K…………....... 45
圖4-6 半導體廢油泥SEM-EDS………………………………….…………… 46
圖4-7 BET等溫吸附圖.............................................……………………..…… 47
圖4-8 半導體廢油泥之氮氣吸脫付曲線………………………………..…….. 48
圖4-9 X-RF LED油泥元素含量分析圖……………………………………… 49
圖4-10 LED油泥XRD之晶相圖譜…………………………….………..……. 51
圖4-11 Scanning electorn micrograpHs of LED廢油泥at 5K…………………. 52
圖4-12 Scanning electorn micrograpHs of LED廢油泥at 10K…………..…….. 53
圖4-13 Scanning electorn micrograpHs of LED廢油泥at 80K……………........ 53
圖4-14 LED廢油泥SEM-EDS……………......................................................... 54
圖4-15 LED油泥之氮氣等溫吸脫付曲線……………....................................... 56
圖4-16 不同鍛燒溫度半導體廢油泥外觀……………........................................ 59
圖4-17 Scanning electorn micrograpHs of不同鍛燒溫度半導體廢油泥at 5K… 60
圖4-18 Scanning electorn micrograpHs of不同鍛燒溫度半導體廢油泥at 10K. 61
圖4-19 Scanning electorn micrograpHs of不同鍛燒溫度半導體廢油泥at 20K. 62
圖4-20 Scanning electorn micrograpHs of不同鍛燒溫度半導體廢油泥at 50K. 62
圖4-21 Scanning electorn micrograpHs of不同鍛燒溫度半導體廢油泥at 80K. 64
圖4-22 250℃LED廢油泥SEM-EDS……………....……………........................ 65
圖4-23 500℃LED廢油泥SEM-EDS……………....……………....................... 66
圖4-24 850℃LED廢油泥SEM-EDS……………....……………....................... 66
圖4-25 半導體廢油泥之氮氣吸脫付曲線……………........................................ 68
圖4-26 不同鍛燒溫度LED油泥外觀…………….............................................. 69
圖4-27 Scanning electorn micrograpHs of 不同鍛燒溫度LED油泥at5K…… 70
圖4-28 Scanning electorn micrograpHs of 不同鍛燒溫度LED油泥at10K…. 71
圖4-29 Scanning electorn micrograpHs of 不同鍛燒溫度LED油泥at50K…. 72
圖4-30 Scanning electorn micrograpHs of 不同鍛燒溫度LED油泥at80K…. 73
圖4-31 LED油泥之氮氣吸脫付曲線…………….............................................. 75
圖4-32 不同吸附劑於不同PH值下對鉛的吸附效果…………….................... 76
圖4-33 改質不同半導體油泥吸附劑於鉛吸附等溫圖……………................... 77
圖4-34 鍛燒溫度250℃半導體油泥吸附劑於鉛吸附能力……………............ 78
圖4-35 不同鍛燒溫度LED油泥吸附劑於不同PH值下對鉛的去除率……… 80
圖4-36 改質不同LED油泥吸附劑於鉛吸附等溫圖……………...................... 81
圖4-37 鍛燒溫度500℃加酸、鹼改LED油泥吸附劑於鉛吸附能力………… 82
圖4-38 不同吸附劑於不同PH值下對銅的吸附效果……………..................... 83
圖4-39 改質不同半導體油泥吸附劑於銅吸附等溫圖…………….................... 84
圖4-40 鍛燒溫度850℃半導體油泥吸附劑於銅吸附能力……………............. 85
圖4-41 不同改質方式LED油泥吸附劑於不同PH值下對銅的去除率……… 86
圖4-42 改質不同LED油泥吸附劑於銅吸附等溫圖……………....…………. 87
圖4-43 鍛燒溫度500℃加酸、鹼改LED油泥吸附劑於銅吸附能力………… 88
圖4-44 不同吸附劑於不同PH值下對鎳的吸附效果……………..................... 89
圖4-45 改質不同半導體油泥吸附劑於鎳吸附等溫圖…………….................... 90
圖4-46 鍛燒溫度250℃半導體油泥吸附劑於鎳吸附能力……………............. 91
圖4-47 不同鍛燒溫度LED油泥吸附劑於不同PH值下對鎳的去除率………. 92
圖4-48 改質不同LED油泥吸附劑於鎳吸附等溫圖……………....…………. 93
圖4-49 鍛燒溫度500℃加酸、鹼改LED油泥吸附劑於鉛吸附能力………… 94
表 目 錄
目次 頁次
表2-1 LED上中下游產業及其應用…………………………………………… 10
表2-2 各種氧化鋁晶型參數……………………………………………………. 11
表2-3 活性氧化鋁製備方式……………………………………………………. 19
表2-4 廢切削油(液)回收方法…………………….…………………………….. 21
表4-1 X-RD半導體油元素含量………………………………………………... 24
表4-2 ICP元素成分分析……………………………………………………….. 41
表4-3 SEM-EDS元素重量百分比分析………………………………………… 42
表4-4 半導體廢油泥基本特性…………………………………………………. 46
表4-6 X-RD LED油元素含量…………………………………………………. 47
表4-6 ICP元素成分分析……………………………………………………….. 50
表4-7 SEM-EDS元素重量百分比分析………………………………………… 50
表4-8 LED廢油泥基本特性……………………………………………………. 54
表4-9 SEM-EDS半導體油泥元素重量百分比分析…………………………… 55
表4-10 半導體廢油泥基本特性…………………………………………………. 67
表4-11 LED廢油泥基本特性……………………………………………………. 74
表4-12 Langmuir isothern 吸附參數……………………………………………. 78
表4-12 Langmuir isothern 吸附參數……………………………………………. 78
表4-13 Langmuir isothern 吸附參數………………………………………….… 81
表4-14 Langmuir isothern 吸附參數………………………………………….… 84
表4-15 Langmuir isothern 吸附參數………………………………………….… 87
表4-16 Langmuir isothern 吸附參數………………………………………….… 90
表4-17 Langmuir isothern 吸附參數………………………………………….… 93 |
| 參考文獻 |
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| 指導教授 |
李俊福
|
審核日期 |
2013-8-30 |
| 推文 |
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