不峧矽鈉尬於tft-lcd 廢玻璃無機聚峯物之特性研究twcheng/gppaper/cc08.pdf ·...

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1 不矽鈉於 不矽鈉於 不矽鈉於 不矽鈉於TFT-LCD廢玻璃無機聚物之特性研究 廢玻璃無機聚物之特性研究 廢玻璃無機聚物之特性研究 廢玻璃無機聚物之特性研究 林凱隆 許皓翔 羅康維 黃龍 鄭大偉 (國宜蘭大學環境工程系, 宜蘭 26047) (國科技大學資源工程研究所, 10608) (國灣科技大學營建工程系暨研究所, 10607) 摘要 無機聚物係藉鋁矽酸鹽鹼活化的式形成,具有極佳之物化特性,而 成過程中所耗能源明顯低於泥,CO 2 排放量低於傳統泥60%,為一環境 友善之材料。近年來,於TFT-LCD面板貨量大量增,屆時將大量廢棄, TFT-LCD廢棄玻璃極待處置。TFT-LCD廢玻璃要組成為SiO 2 Al 2 O 3 ,做無 機聚物成之鋁矽酸鹽原料,研究係鹼激發的式,利不SiO 2 /Na 2 O 及添不例之TFT-LCD廢玻璃 (0-40%)取變高嶺土,製備無機聚物, 探討矽鈉對於TFT-LCD廢玻璃成無機聚物並應營建資材之潛力。結果 顯,低SiO 2 /Na 2 O (SiO 2 /Na 2 O= 0.8)成之無機聚物,於養護齡期1-3天時其 抗彎強度發展較;NMR實驗顯,不SiO 2 /Na 2 O之廢玻璃無機聚物,其 振頻率SiO 2 /Na 2 O1.6時,其振頻率隨著SiO 2 /Na 2 O的增而逐漸往低頻率 移動,但當SiO 2 /Na 2 O2.0時,則並觀察其振頻率有明顯移動之趨勢,推 測當SiO 2 /Na 2 O超過2.0時,其變化情形會較不明顯;TG/DTA實驗顯,隨著矽鈉 的提高,其整體重量損有逐漸減少的趨勢,其能原為矽鈉為2.0時, 其結構較緻密使得試體分較少,此隨著矽鈉提高而逐漸降低。綜上述結 果顯,矽鈉為2.0TFT-LCD廢玻璃無機聚物具利為營建資材之潛力。 關鍵詞:TFT-LCD廢玻璃;無機聚物;矽鈉;變高嶺土 Effects of SiO 2 /Na 2 O ratios on TFT-LCD waste glass metakaolin-based geopolymers Kae-Long Lin 1 Hau-Shing Shiu 1 Kang-Wei Luo 1 Chao-Lung Hwang 2 Ta-Wui Cheng 3 ( 1 Department of Environmental Engineering, National Ilan University, Taiwan Ilan 26047) ( 2 Department of Institute of Construction Engineering, National Taiwan University of Science and Technology, Taipei City, 106, Taiwan) ( 3 Department of Institute of Mineral Resources Engineering, National Taipei University of Technology, Taipei City, 106, Taiwan)

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    不同矽鈉比於不同矽鈉比於不同矽鈉比於不同矽鈉比於TFT-LCD廢玻璃無機聚合物之特性研究廢玻璃無機聚合物之特性研究廢玻璃無機聚合物之特性研究廢玻璃無機聚合物之特性研究

    林凱隆 許皓翔 羅康維 黃兆龍 鄭大偉 (國立宜蘭大學環境工程系, 台灣 宜蘭 26047)

    (國立台北科技大學資源工程研究所, 台灣 台北 10608) (國立台灣科技大學營建工程系暨研究所, 台灣 台北 10607)

    摘要 無機聚合物係藉由鋁矽酸鹽鹼活化的方式形成,具有極佳之物化特性,而在合成過程中所耗用能源明顯低於水泥,且CO2排放量低於傳統水泥60%,為一環境友善之材料。近年來,由於TFT-LCD面板出貨量大量增加,屆時將大量廢棄,TFT-LCD廢棄玻璃極待處置。因TFT-LCD廢玻璃主要組成為SiO2與Al2O3,可做無機聚合物合成之鋁矽酸鹽原料,本研究係以鹼激發的方式,利用不同SiO2/Na2O比及添加不同比例之TFT-LCD廢玻璃 (0-40%)取代變高嶺土,製備無機聚合物,以探討矽鈉比對於TFT-LCD廢玻璃合成無機聚合物並應用在營建資材之潛力。結果顯示,以低SiO2/Na2O (SiO2/Na2O= 0.8)合成之無機聚合物,於養護齡期1-3天時其抗彎強度發展較好;NMR實驗顯示,不同SiO2/Na2O比之廢玻璃無機聚合物,其共振頻率在SiO2/Na2O≦1.6時,其共振頻率隨著SiO2/Na2O比的增加而逐漸往低頻率移動,但當SiO2/Na2O比為2.0時,則並未觀察出其共振頻率有明顯移動之趨勢,推測當SiO2/Na2O超過2.0時,其變化情形會較不明顯;TG/DTA實驗顯示,隨著矽鈉比的提高,其整體重量損失有逐漸減少的趨勢,其可能原因為在矽鈉比為2.0時,其結構較緻密使得試體水分較少,因此隨著矽鈉比提高而逐漸降低。綜合上述結

    果顯示,矽鈉比為2.0之TFT-LCD廢玻璃無機聚合物具再利用為營建資材之潛力。 關鍵詞:TFT-LCD廢玻璃;無機聚合物;矽鈉比;變高嶺土

    Effects of SiO2/Na2O ratios on TFT-LCD waste glass

    metakaolin-based geopolymers

    Kae-Long Lin1 Hau-Shing Shiu1 Kang-Wei Luo1 Chao-Lung Hwang 2

    Ta-Wui Cheng 3

    (1Department of Environmental Engineering, National Ilan University,

    Taiwan Ilan 26047) (2Department of Institute of Construction Engineering, National Taiwan

    University of Science and Technology, Taipei City, 106, Taiwan) (3Department of Institute of Mineral Resources Engineering, National

    Taipei University of Technology, Taipei City, 106, Taiwan)

    David Cheng註解林凱隆,許皓翔,羅康維,黃兆龍,鄭大偉,(2012),不同矽鈉比於TFT-LCD廢玻璃無機聚合物之特性研究,2012年兩岸環境與能源研討會暨第一屆全球華人環境與能源研討會,民國101年10月12日,新竹市政府,新竹

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    Abstract Geopolymers are generally synthesized from an aluminosilicate material in a

    highly alkaline environment. Geopolymer degradation is estimated to emit 60% less CO2 than ordinary Portland cement (OPC). Metakaolin is therefore more environmentally friendly than OPC. TFT-LCD waste glass comprises mainly SiO2 and Al 2O3 and can be used to produce geopolymers. This study investigates the effects of the TFT-LCD waste glass (0-40%) and SiO2/Na2O ratios on the properties of metakaolin-based geopolymers. After 1-3 days of curing, the compressive strength of specimens with SiO2/Na2O ratios of 0.8 showed best flexural strength. These results show that increasing the SiO2/Na2O ratio increases the low resonance frequency of geopolymers. These results show that increasing the SiO2/Na2O ratio decreases the weight loss of geopolymers. TG/DTA results indicated that the weight loss of specimens with SiO2/Na2O ratios of 2.0, Compressive strength is related to the amount of water in the geopolymer system and is significantly affected by the degree of polymerization. SiO2/Na2O ratios of 2.0, TFT-LCD waste glass has the potential to partially replace metakaolin as a geopolymer material because of its useful mechanical characteristics. Keywords: Thin-film transistor liquid-crystal display waste glass, Geopolymer, Metakaolin, SiO2/Na2O ratio 1.前言

    近年來,由於資訊產業的快速發展,使得全球TFT-LCD面板出貨量大量的增加,屆時將有大量廢TFT-LCD廢玻璃亟待處理,因此,將廢棄物資材化,應用於建築材料上係未來的發展方向。根據統計資料顯示,2007年TFT-LCD製造業所產生之廢棄物總量為140,280公噸,再利用量為97,645公噸,再利用率為69% (高瑛紜等人,2008)。由Display Search指出TFT-LCD玻璃基板在2010年成長率高達41%,在2011年整個TFT-LCD基板的需求面積有望上升10.4%,在2014年TFT-LCD面板需求量約可達420 Mm2 (Displaysearch),屆時將有大量TFT-LCD廢面板玻璃亟待處理。為了提高TFT-LCD廢玻璃的再利用率,必須提供更多TFT-LCD再利用的管道,以達成TFT-LCD廢玻璃達到零廢棄全資源化的目標。

    Geopolymer一詞主要為描述無機聚合物,在1970年代由 Davidovits所發展。無機聚合物主要是將卜作嵐材料或富含鋁矽酸鹽之材料,與強鹼性溶液混合產生

    (Davidovits, 1991),而生成之無機聚合物以SiO4、AlO4之四面體組成架狀結構,其結構相似於沸石,但無機聚合物主要為無定形。無機聚合物擁有極好的機械特性、

    耐酸鹼性以及良好的耐火特性(Rovnaník, 2010),這些特性使無機聚合物擁有與波特蘭水泥建之潛力,且其耐久性也符合混凝土之耐久性要求。通常製造波特蘭水

    泥在燒製過程中至少需要1400℃的高溫燒製而成,而無機聚合物的製備在低於100℃的環境中即可合成(Temuujin et al., 2009),不需花費太多的能量合成,因所耗用能源低排放少量的CO2,故無機聚合物為一環保材料(FASTS)。無機聚合作用包含下列四個步驟:這些反應是同時進行的,所以並不會特別的顯著,(1)在高鹼性的環境中,富含鋁矽酸鹽材料之Si、Al溶出;(2)溶出之Si、Al離子與溶液中正矽酸鹽反應,形成由Si-O-Si和Si-O-Al鍵結所組成之齊聚物前導物;(3) 齊聚物進行縮聚反應形成鋁矽酸鹽的架狀物;(4) 無機聚合架狀結構中與未溶解的固體粒子鍵結,而整個系統開始固化最後形成固態的無機聚合結構 ( Xu et al., 2000;Panias et al., 2007)。 另外,由於 TFT-LCD的主要組成為 SiO2與 Al 2O3,而鋁矽礦物通常是利用鹼

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    激發的方式來製成材料,故 TFT-LCD可以取代部分鋁矽酸鹽礦物做為鹼激發膠結材中之原料,因此,本研究嘗試利用無機聚合反應以做為一種廢棄物轉換的經濟

    可行技術。本研究主要目的是針對不同 SiO2/Na2O 比及添加不同比例之 TFT-LCD廢玻璃 (0-40%)取代變高嶺土,所製備之無機聚合物其抗彎強度之變化,最後再輔以 NMR、TG/DTA 等微觀分析,以綜合評估 TFT-LCD 廢玻璃作為無機聚合物之潛力。 2.材料與方法 本研究所使用之高嶺土為美國進口之高嶺土,偏高嶺土係由高嶺土經由 650℃煅燒 3小時所產生;TFT-LCD廢玻璃則取自於北部某面板廠;以 XRF 分析高嶺土、偏高嶺土及 TFT-LCD 廢玻璃其化學組成。另依環檢所公告之 NIEA R208.03C標準方法,以 1:10比例添加蒸餾水測得材料之 pH 值,而依照比重瓶法測量材料於煤油中之比重;另使用篩分析法做材料之粒徑分布分析。本研究分別使用 NIEA R355.00C和 NIEA R201.14C之方法,以火焰式原子吸收光譜儀 (FLAA) 測定材料之重金屬總量及重金屬 TCLP溶出濃度。 本研究進行不同矽鈉比以不同取代量將 TFT-LCD廢玻璃取代部分偏高嶺土製成無機聚合物。製備條件如下:矽鈉比(SiO2/Na2O)分別為 0.8、1.2、1.6 及 2.0,TFT-LCD廢玻璃取代量為 0%、10%、20%、30%及 40%,而養護齡期分別為 1、3、7、14、28及 60天。本研究主要以抗彎強度、TG/DTA 分析及 NMR 等實驗進行分析,以探討矽鈉比對於廢玻璃無機聚合物之反應行為。 3.結果與討論 3.1 實驗材料基本特性 表1為使用原料之基本特性分析結果。表1顯示,高嶺土鍛燒前後其物理性質差異不大,鍛燒前與鍛燒後高嶺土比重與密度皆為3.35 (與煤油比 )與2.65 (g/cm3);高嶺土鍛燒前pH為6.52,鍛燒後高嶺土pH為5.74,其原因為高嶺土在煅燒過程中進行脫羥基作用,故使得鍛燒後呈現弱酸性。圖1為原料粒徑分佈圖。由圖中得知,高嶺土之粒徑大於100 µm約佔73%;而變高嶺土之粒徑大於100 µm約佔90%,而TFT-LCD廢玻璃之粒徑大於100 µm約佔60%。

    表 1 實驗材料之基本特性分析

    物理特性 Waste glass Metakaolin Kaolinite

    Specific Gravity 3.1 3.35 3.35

    Density (g/cm3) 2.46 2.65 2.65

    pH 6.96 5.74 6.52

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    Waste glass

    Kaolinite

    Metakaolin

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    1. Kaolinite (Al2(SiO5)OH4)2. Silicon Oxide (SiO2)

    Kaolinite

    Metakaolin

    Waste glass

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    圖 1 實驗材料之粒徑分布累積曲線 圖 2 實驗材料之 XRD 圖譜

    表 2 實驗材料之化學組成

    Composition Waste glass Kaolinite Metakaolin

    SiO2 (%) 66.92 53.70 59.60

    Al 2O3 (%) 16.92 37.88 38.00 Fe2O3 (%) 0.27 0.88 1.30

    CaO (%) 13.00 0.20 0.246 MgO (%) 1.23 N.D. N.D.

    SO3 (%) N.D. N.D. 0.04

    Na2O (%) 0.04 0.04 0.04

    K2O (%) 0.04 0.34 0.32

    LOI (%) 1.58 6.96 0.46

    本研究XRF分析結果如表2所示。由表中得知,高嶺土主要組成為SiO2和

    Al 2O3,分別佔47.34%和32.71%,而偏高嶺土之SiO2與Al 2O3成分分別為51.42%與38.00%。而TFT-LCD廢玻璃主要組成為SiO2與Al 2O3,分別為62.48%及18.10%;另外,CaO含量為5.78%。Xu, and Van Deventer等人指出當無機聚合物中含有兩種以上礦物時有助於提升無機聚合物之機械性質,而材料中CaO對無機聚合物之機械性質也有正面的幫助Xu, and Van Deventer, 2000)。 圖 2為各材料之 XRD 分析結果。由圖 2得知,高嶺土中主要晶相為鋁矽酸鹽 (Al 2(SiO5)OH4),而偏高嶺土其晶相則由結晶相轉變為半晶質之結晶相,只有少數SiO2結晶殘存。另外,TFT-LCD 廢玻璃經 XRD 繞射分析顯示,TFT-LCD 廢玻璃無明顯之繞射峰,故判定 TFT-LCD廢玻璃屬於非結晶之物質。 3.2 實驗材料之重金屬總量及TCLP試驗 表 3 及表 4 分別為材料之重金屬總量及毒性溶出試驗之結果。由表 3 得知,高嶺土中重金屬含量很低,而偏高嶺土重金屬含量較高嶺土高,其原因為煅燒過

    程中高嶺土之部分難揮發重金屬累積,致使偏高嶺土其重金屬含量較多,另外,

    偏高嶺土中未檢測出含有重金屬鉛,主要原因為鉛屬於易揮發之重金屬,表示鉛

    在鍛燒過程中完全揮發,故偏高嶺土之重金屬鉛並未檢測出。由表 4 可看出,高嶺土僅有 Cu與 Zn微量的溶出,其溶出值僅為 0.02 mg/L與 0.08 mg/L,而偏高嶺土分別為 0.02 mg/L與 0.16 mg/L,而 TFT-LCD 廢玻璃之溶出值遠低於法規標準

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    值,故 TFT-LCD廢玻璃極具資源化再利用之潛力。 表 3 實驗材料之重金屬總量 Total Metal (mg/kg) Waste glass Metakaolin Kaolinite

    Cu 7.1 ±0.5 40.8 ±1.2 23.8 ±1.6 Pb N.D. N.D. 178.5 ±3.5

    Zn 27.2 ±3.3 187.0 ±14.3 44.2 ±8.7

    Ni 35.7 ±5.7 112.2 ±15.1 N.D. Cr 14.2 ±0.1 64.6 ±3.3 N.D. Cd N.D. N.D. N.D.

    表 4 實驗材料之毒性溶出試驗結果

    TCLP(mg/L) Waste glass Metakaolin Kaolinite

    Regulatory Limits

    Cu 0.04 0.02 0.02 15.0

    Pb N.D. N.D. N.D. 5.0

    Zn 0.26 0.16 0.08 - Ni N.D 0.01 N.D. - Cr 0.07 N.D. N.D. 5.0 Cd N.D. N.D. N.D. 1.0

    3.3 不同矽鈉比廢玻璃無機聚合物之抗彎強度發展

    圖 3(a)為 SiO2/Na2O比為 0.8之廢玻璃無機聚合物抗彎強度之發展情形。由圖中得知,純偏高嶺土無機聚合物其抗彎強度隨著齡期的增加而增加;另外,當

    TFT-LCD 廢玻璃取代部分偏高嶺土時,其廢玻璃無機聚合物之抗彎強度,隨著取代量的增加而逐漸下降之趨勢;當取代量為 40%時,於養護齡期 1-3天時,可明顯觀察得知其抗彎發展明顯較低。此外,廢玻璃無機聚合物其抗彎強度雖隨著養護

    齡期的增加而增加,但並無明顯的增加其強度。 圖 3(b)為 SiO2/Na2O比為 1.2之廢玻璃無機聚合物其抗彎強度之發展情形。由

    圖中得知,純偏高嶺土無機聚合物其抗彎強度隨著齡期的增加而增加;另外,當

    TFT-LCD 廢玻璃取代部分偏高嶺土時,廢玻璃無機聚合物其抗彎強度隨著TFT-LCD 廢玻璃取代量的增加而逐漸下降,但其抗彎強度發展較 SiO2/Na2O 比為0.8之廢玻璃無機聚合物為佳。

    圖 3(c)與圖 3(d)分別為 SiO2/Na2O 比為 1.6及 2.0之廢玻璃無機聚合物其抗彎強度發展情形。由圖可知,純偏高嶺土無機聚合物其抗彎強度隨著齡期的增加而

    增加;另外,廢玻璃無機聚合物其抗彎強度亦隨著取代量之增加而有逐漸下降之

    趨勢。Zhang等人利用偏高嶺土與爐石合成無機聚合物,其結果顯示,當爐石取代量越高時,其抗彎強度隨著爐石取代量的增加而增加 (Zhang, 2007),而本研究,利用廢玻璃取代偏高嶺土,其抗彎強度並未隨著廢玻璃的取代量增加而增強。

    Rovnanik 研究結果發現,利用偏高嶺土合成之無機聚合物,其抗彎強度發展與抗壓強度發展趨勢相似,且於低溫合成無機聚合物時,其抗彎強度與高溫合成相當 (Rovnanik, 2010);另外,Wang等人研究中發現,以不同濃度之氫氧化鈉溶液合成無機聚合物,其結果顯示,以濃度較高之鹼性溶液合成之無機聚合物其抗彎強度

    較佳 (Wang et al., 2005)。 本研究中,以低 SiO2/Na2O (SiO2/Na2O= 0.8)合成之無機聚合物,於養護齡期

    為 1-3天時發展較好,主要原因為低 SiO2/Na2O之鹼性溶液中,含有較多之氫氧化

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    SiO2/Na2O=0.8

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    SiO2/Na2O=1.6

    Repalcement Level

    鈉溶液,較易使原料中之 Si 與 Al 溶出,且溶出之 Si 與 Al 離子會立即與矽酸鈉中之矽酸鹽進行縮聚作用,故於養護齡期為 1-3天時抗彎強度發展有較快之趨勢。

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    SiO2/Na2O=2.0

    Repalcement Level

    圖 3 不同矽鈉比廢玻璃無機聚合物之抗彎強度發展(a) SiO2/Na2O= 0.8

    (b) SiO2/Na2O= 1.2 (c) SiO2/Na2O= 1.6 (d) SiO2/Na2O= 2.0

    3.4不同矽鈉比之廢玻璃無機聚合物 NMR 分析 圖 4(a)為 SiO2/Na2O= 0.8之廢玻璃無機聚合物之 NMR 分析圖。由圖中可得

    知,其純偏高嶺土無機聚合物其共振頻率在-82.0- -84.9 ppm處,顯示其共振頻率未隨著養護齡期的增加而有明顯之變化;當 TFT-LCD取代部分偏高嶺土時,其廢玻璃無機聚合物共振頻率在-82.0- -86.3 ppm處,與純偏高嶺土無機聚合物之共振頻率差異不大。

    圖 4(b)為 SiO2/Na2O= 1.2之廢玻璃無機聚合物之 NMR 分析圖。由圖中可看出,純偏高嶺土無機聚合物其共振頻率於-85.5- -88.3 ppm處,顯示其共振頻率未隨著養護齡期的增加而有明顯之變化;當 TFT-LCD取代部分偏高嶺土時,其廢玻璃無機聚合物共振頻率在-85.5- -89.8 ppm處,與純偏高嶺土無機聚合物之共振頻率差異不大;與 SiO2/Na2O= 0.8之廢玻璃無機聚合物相比,其共振頻率有逐漸朝較低頻率移動之趨勢。

    圖 5(a)為 SiO2/Na2O= 1.6之廢玻璃無機聚合物之 NMR 分析圖。由圖中可以看出,其純偏高嶺土無機聚合物其共振頻率在-88.1- -90.1 ppm處,顯示其共振頻率未隨著養護齡期的增加而有明顯之變化;當 TFT-LCD取代部分偏高嶺土時,其廢玻璃無機聚合物共振頻率在-89.3- -90.1 ppm處,與純偏高嶺土無機聚合物之共振頻率差異不大。

    圖 5(b)為 SiO2/Na2O= 2.0之廢玻璃無機聚合物之 NMR 分析圖。由圖中可以看出,其純偏高嶺土無機聚合物其共振頻率在-88.7- -90.2 ppm處,顯示其共振頻率未隨著養護齡期的增加而有明顯之變化;當 TFT-LCD取代部分偏高嶺土時,其廢

    (a) (b)

    (c) (d)

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    玻璃無機聚合物共振頻率在-89.2- -91.3 ppm處,與純偏高嶺土無機聚合物之共振頻率差異不大。比較不同 SiO2/Na2O 比之廢玻璃無機聚合物,其共振頻率在SiO2/Na2O≦1.6時,其共振頻率隨著 SiO2/Na2O比的增加而逐漸往低頻率移動,但當 SiO2/Na2O 比為 2.0 時,則並未觀察出其共振頻率有明顯移動之趨勢,推測當SiO2/Na2O超過 2.0時,其變化情形會較不明顯。

    -140 -90 -40 10 60 110

    ppm

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    SiO2/Na2O= 1.2

    圖 4 不同矽鈉比之廢玻璃無機聚合物 NMR 分析

    (a) SiO2/Na2O= 0.8 (b) SiO2/Na2O= 1.2

    -140 -90 -40 10 60 110

    ppm

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    10% 1 day

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    30% 28 days

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    40% 1 day

    40% 28 days

    40% 60 days

    SiO2/Na2O= 2.0

    圖 5 不同矽鈉比之廢玻璃無機聚合物 NMR 分析

    (a) SiO2/Na2O= 1.6 (b) SiO2/Na2O= 2.0

    -140 -90 -40 10 60 110

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    40% 60 days

    SiO2/Na2O= 0.8 (b)

    -140 -90 -40 10 60 110

    ppm

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    10% 1 day

    10% 28 days

    10% 60 days

    20% 1 day

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    30% 1 day

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    30% 60 days

    40% 1 day

    40% 28 days

    40% 60 days

    SiO2/Na2O= 1.6(a) (b)

    (a)

  • 8

    3.5不同矽鈉比之廢玻璃無機聚合物 TG/DTA 分析 本研究以 TFT-LCD廢玻璃取代偏高嶺土製備無機聚合物,並利用 TG/DTA 觀

    察 TFT-LCD廢玻璃無機聚合物之重量損失變化,並藉由熱重分析結果,以了解於不同養護齡期及不同取代量下,無機聚合物其重量損失狀況。

    一般而言,由 DTA 圖譜可明顯的觀察出有二個明顯之吸熱峰,而第一個吸熱峰並不完全對稱,因此可推測其於第一吸熱峰處,有兩種以上之吸熱峰存在,且

    有部分溫度範圍重疊,因此將其區分為四個區域:室溫-230℃、230-400℃、400-600℃與大於 600℃。第一個區間可推測係為碳酸鹽所造成的;而第二個區間為 230-400℃,可歸因於無機聚合物中孔洞結構中水所造成,其波峰會因其結合緊密程度,而有些微的位移;而第三個峰則為無機聚合物中之不定形組成物所產生

    (Henon, 2011);第四個吸熱峰則為膠體中之水損失 (Duxson, 2007),波峰位於 750℃處之吸熱峰,主要產生原因係為無機聚合物中之矽醇 (silanol)或鋁醇 (aluminol)膠體,其水份從膠體表面散失所造成,其反應主要根據下列方程式所示:

    ≡T-OH + HO-T≡ → ≡T-O-T≡ +H2O 式中,T 為 Al 或 Si,此反應式主要係顯示為矽醇與鋁醇經縮合作用,脫水而

    形成 T-O-T之結構。 圖 6 至圖 10為不同矽鈉比之 TFT-LCD 廢玻璃無機聚合物的 TG/DTA 分析。

    在 230-400℃時其重量損失主要是孔洞內之自由水的蒸發所造成 (Duxson et al., 2007),而於 400-600℃則為結構水損失之溫度範圍 (Newman, 1987) (王俊堯,2011)。無機聚合物因合成過程中所添加之鹼液所含之水份,會因蒸發而產生較大之孔隙 (Kong et al., 2007),根據 Duxson等人鹼活化鋁矽酸鹽材料模型指出,無機聚合反應會逐漸產生水份,使得無機聚合作用所產生之水份,以吸附水的方式存

    在於此孔洞中 (Duxson et al., 2007)。由圖得知,在養護齡期 60天時,於 230-400℃之重量損失,會隨著取代量的增加而逐漸減小;於 400-600℃重量損失則呈現相反的趨勢。

    隨著矽鈉比的提高,其整體重量損失有逐漸減少的趨勢,其可能原因為在矽

    鈉比為 2.0 時,其結構較緻密使得試體水分較少,因此隨著矽鈉比提高而逐漸降低;另外,隨著 TFT-LCD 取代量增加,在溫度範圍於 230-400℃時之重量損失有逐漸增加的現象,而溫度範圍於 400-600℃時則呈現相反之趨勢,推測其原因為,當 TFT-LCD廢玻璃取代量 (40%)較高時,其結構較為鬆散,因此其水份主要存在於孔洞中,致使 230-400℃時之重量損失隨著取代量的增加而逐漸增加。

  • 9

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    DTA curve of 28 days alkali-activated

    SiO2/Na2O= 2.0Replacement Level= 0%

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    DTA curve of 28 days alkali-activated

    SiO2/Na2O= 1.2Replacement Level= 0%

    60 days

    圖 6 不同矽鈉比廢玻璃無機聚合物 TG/DTA 圖譜 (Replacement Level= 0%) (a) SiO2/Na2O= 0.8 (b) SiO2/Na2O= 1.2 (c) SiO2/Na2O= 1.6 (d) SiO2/Na2O= 2.0

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    DTA curve of 28 days alkali-activated

    SiO2/Na2O= 1.2Replacement Level= 10%

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    DTA curve of 28 days alkali-activated

    SiO2/Na2O= 2.0Replacement Level= 10%

    60 days

    圖 7 不同矽鈉比廢玻璃無機聚合物 TG/DTA 圖譜 (Replacement Level= 10%) (a) SiO2/Na2O= 0.8 (b) SiO2/Na2O= 1.2 (c) SiO2/Na2O= 1.6 (d) SiO2/Na2O= 2.0

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    DTA curve of 28 days alkali-activated

    SiO2/Na2O= 2.0Replacement Level= 20%

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    圖 8 不同矽鈉比廢玻璃無機聚合物 TG/DTA 圖譜 (Replacement Level= 20%) (a) SiO2/Na2O= 0.8 (b) SiO2/Na2O= 1.2 (c) SiO2/Na2O= 1.6 (d) SiO2/Na2O= 2.0

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    SiO2/Na2O= 2.0Replacement Level= 30%

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    圖 9 不同矽鈉比廢玻璃無機聚合物 TG/DTA 圖譜 (Replacement Level= 30%) (a) SiO2/Na2O= 0.8 (b) SiO2/Na2O= 1.2 (c) SiO2/Na2O= 1.6 (d) SiO2/Na2O= 2.0

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    SiO2/Na2O= 0.8Replacement Level= 30%

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    DTA curve of 28 days alkali-activated

    SiO2/Na2O= 1.6Replacement Level= 30%

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    SiO2/Na2O= 0.8Replacement Level= 20%

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    SiO2/Na2O= 1.6Replacement Level= 20%

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    SiO2/Na2O= 1.2Replacement Level= 40%

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    60 days

    圖 10 不同矽鈉比廢玻璃無機聚合物 TG/DTA 圖譜 (Replacement Level= 40%) (a) SiO2/Na2O= 0.8 (b) SiO2/Na2O= 1.2 (c) SiO2/Na2O= 1.6 (d) SiO2/Na2O= 2.0

    4. 結論結論結論結論 1.TFT-LCD廢玻璃其重金屬溶出(TCLP)符合法規值,顯示已無害化,具資源再利用之潛力。

    2.SiO2/Na2O為0.8時之無機聚合物,於養護齡期1-3天時其抗彎強度發展較佳。 3.不同SiO2/Na2O比之廢玻璃無機聚合物,其共振頻率在SiO2/Na2 ≦O 1.6時,其共振頻率隨著SiO2/Na2O比的增加而逐漸往低頻率移動,但當SiO2/Na2O比為2.0時,則並未觀察出其共振頻率有明顯移動之趨勢,推測當SiO2/Na2O超過2.0時,其變化情形會較不明顯。

    4.TG/DTA實驗顯示,隨著矽鈉比的提高,其整體重量損失有逐漸減少的趨勢,其可能原因為在矽鈉比為2.0時,其結構較緻密使得試體水分較少,因此隨著矽鈉比提高而逐漸降低。

    誌謝誌謝誌謝誌謝

    本研究經費來源係由國科會計畫NSC 101-2923-I-011-001-MY4所提供,謹此致謝。

    參考文獻參考文獻參考文獻參考文獻 [1] 高瑛紜、劉蘭萍、王義基,液晶面板製造業廢棄物資源化現況評析,綠基會通

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    SiO2/Na2O= 0.8Replacement Level= 40%

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    DTA curve of 28 days alkali-activated

    SiO2/Na2O= 1.6Replacement Level= 40%

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    (a) (b)

    (c) (d)

  • 12

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