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NAPAL實驗室

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空氣污染物採樣分析技術發展

●採集酸鹼性氣體及微粒的新型多孔金屬片固氣分離器的研發

●慣性衝擊器之收集效率研究及設計

●平板式熱沉降器的設計、製造及熱泳效率的實驗

●即時微粒監測器、粉塵計的效能評估

●大氣PM10貝他計的準確性研究

●自動無機酸鹼之監測器研發

新型多孔金屬片固氣分離器 (porous metal denuder)

  完成新型多孔金屬片固氣分離器 (porous metal denuder) 的研發,它的體積小且偵測下限低 , 可同時採集空氣中的微粒物質及酸鹼氣體,正使用於科學工業園區周界空氣品質監測,及半導體洗滌塔的去除效率評估及改善工作。 本研究已獲本國專利 (with Tung-Shen Shih et al., Patent 220653, Oct. 2004~ June. 2113) 及美國專利申請中,且已在 2003 年被環保署檢驗所審訂為標準檢測方法: NIEA A452.70B “ 排放管道氫氟酸、鹽酸、硝酸、磷酸及硫酸檢測方法 ” 。 本研發成效為取代進口的蜂巢型 (Honeycomb) 或圓環型 (annular) 固氣分離器。 ( Environ. Sci. Technol. , 35:2572-2575, 2001; Aerosol Sci. Technol., 35:611-616, 2001; Aerosol Sci. Technol., 37:967-974, 2003; J. Aerosol Sci., 37:486-493, 2003)

固氣分離器(煙道採樣用)
固氣分離器(大氣採樣用)

固氣分離器的 規範及特點如下所列。

固氣分離器規範 :

•  Flow rate: 2 LPM

•  For Workplace Sampling:

•  Cut-Off aerodynamic diameter: 2.0 m m

•  2 Porous discs for acid and basic sampling

•  1 Filter pack for particle sampling

•  For Stack Sampling:

•  1 Teflon filter for particle sampling

•  2 Porous discs for acid and basic sampling

特點 :

•  Laboratory tested for gas collection efficiency and adsorption capacity.

•  Good correlation with other commercial denuders and sampling methods.

•  Simultaneous sampling of aerosol and gaseous phases.

•  Affordable price.

參考文獻 :

Tsai, C. J., Huang, C. H., Wang, S. H., and Shih, T. S., 2001, Collection Efficiency and Capacity of Three Samplers for Acidic and Basic Gases, Environ. Sci. Technol. , 35:2572-2575.

Tsai, C. J., Huang, C. H., Lin, Y. C., Shih, B. H., and Shih, T. S., 2003, Field test of a Porous-Metal Denuder Sampler, Aerosol Sci. & Technol.,  37:967-974.

 

慣性衝擊器

慣性衝擊器的收集效率理論及設計 : 本人研究過去 Marple and Rader (1985) 的傳統慣性衝擊器的理論發現,該理論未將微粒本身的重力考慮在內,因而造成 St 50 隨著 Re 的增加而減少的現象,事實上本研究的實驗及理論值均顯示 St 50 應隨著 Re 的增加而增加 ( J. Aerosol Sci., 32:375-387, 2001 ; Aerosol Sci. Technol, 36:714-720, 2002) 。同時研究以多孔金屬及泡棉為收集板的慣性衝擊器理論收集效率推導:為了能?準確的量測高濃度的微粒粒粒分佈,防止微粒反彈的發生,需使用多孔介質為收集板的慣性衝擊器,本研究推導出多孔介質收集板慣性衝擊器的理論收集效率公式,以作為設計的依據 ( Aerosol Sci. Technol., 32:1035-1044, 2001) ,該理論數據已為芬蘭的 Dekati Aerosol Instrument 公司所採用,並使用於其 ELPI(electrical low pressure impactor) 的設計之中。本人也根據這個研究成果設計了一個多孔介質固氣分離採樣設備 (porous metal denuder sampler) ,及防止微粒反彈的多階慣性衝器 ( Aerosol Sci. Technol., 35:611-616, 2001; Aerosol Sci. Technol., 2001; 37:967-974, 2003; J. Aerosol Sci., 37:486-493, 2003) 。

慣性衝擊器

 

微粒濾紙採樣器

微粒濾紙採樣器研究:針對微粒在濾紙上的揮發行為,大氣溼度及微粒靜電對稱重的影響 , 作出具體的模式及實驗數據,可以作為大氣微粒採樣數據修正之依據 ; 並在大氣環境中完成即時微粒監測器的效能評估及貝他計受水氣影響準確性的原因探討,可提高大氣微粒監測結果之準確度,本研究結果並可作為發展微粒 / 氣體固氣分離採樣器及改良微粒監測儀器之參考依據 (Atmos. Environ.,2001, 35(33):5741-5748; The Sci. Total Environ., 2002, 293:201-206; JAWMA, 2000, 50:2120-2128; JAWMA, 2003, 53:1265-1272; J. Aerosol Sci., 2003, 34:1685-1697)

 

新型的鋁製旋風器微粒採樣器

新型的鋁製旋風器微粒採樣器的設計及製造:本採樣器可有效的解決微粒靜電及負荷影響收集效率的問題,使用本採樣器的採樣方法已經變成行政院勞委會的作業場所粉塵標準採樣方法,且己於 2001 年授權典試科技公司製造生產並由美國 Omega Specialty Instrument Co. 行銷金球。本研發成效為取代 10mm nylon 旋風器。 ( J. Aerosol Sci., 30:313-323, 1999; Aerosol Sci. Technol, 31:463-472, 1999) 。新型的鋁製旋風器 規範及特點如下所列。

新型的鋁製旋風器規範 :

•  Flow rate: 1.7 L /min ■ ID of cylindrical body: 18 mm

•  Cut-off aero. dia.: 4.07 ± 0.17 m m ■ . Material: conducting plastic

特點 :

•  Large body diameter to avoid particle build-up on the wall near the inlet.

•  Conducting plastic to eliminate electrostatic effect.

•  Penetration curve matches ACGIH criteria for respirable particle sampling.

•  Outlet tube is an integral part of the body.

•  Cylindrical body can be disassembled for cleaning.

•  Laboratory and field tested.

參考文獻 :

Tsai, C. J., Shiau, H. G. and Shih, T. S., 1999, Field Study of the Accuracy of Two Respirable Sampling Cyclones, Aerosol Sci. & Technol. , 31:463-473.

Tsai, C. J., Shiau, H. G., Lin, K. C. and Shih, T. S., 1999, Effect of Deposited Particles and Particle Electrostatic Charge on the Penetration Efficiency of Small Cyclones, J. Aerosol Sci. , 30:313-323.

        
 鋁製旋風器

自動酸鹼氣體監測器

以高度親水性的多孔玻璃平板作成濕式平板分離器,與離子層析儀結合可以自動監測酸鹼性氣體,省去樣品萃取的步驟, 大幅縮短採樣分析時間。本研究的設計理論與實驗結果已發表於AIChE J.及AAQR。研究成果已獲得專利並技轉給章嘉公司及志尚儀器公司,使用於潔淨室及洗滌塔排氣的自動酸鹼氣體監測之用,並和元太公司、群創公司(新奇美)、友達公司及恒茂公司合作在洗滌塔的排氣端作現場測試。

自動酸鹼氣體監測器

 

奈米微粒溼式靜電採樣器

以高度親水性的多孔銅板表面作為收集電極,及黃金電極線作為放電電極,成功的開發出奈米微粒及細微粒的溼式靜電採樣器及集塵器,其收集板表面不斷被水流清洗而不會有微粒附著而降低效率的情形。本研究的設計與測試結果已發表於Appl. Phys. Letter及AS&T。研究成果已獲得專利,溼式靜電採樣器已用於奈米微粒的採樣及即時的細胞毒性測試之用,相關技術並已技轉給工研院,使用於溼式靜電集塵器作為奈米微粒控制之用。

奈米微粒溼式靜電採樣器 

 

奈米軸向旋風器

利用真空中奈米微粒移動度大幅增加的原理, 設計出奈米軸向旋風集塵器, 並完成理論及實驗的研究,此旋風器可以用於去除奈米粉塵微粒排放,作為奈米微粒的採樣之用,同時也可用於奈米粉塵的分徑之用, 以提高產品的價值。本研究的理論、數值模擬與實驗結果已發表於ES&T,JAS及JNR。本技術的專利和工研院共有,已成功技轉給恆鑫科機公司,使用於細微粒及奈米微粒排放控制。

奈米軸向旋風器

 

高效率文氏洗滌器

本研究以高溫蒸氣混合常溫廢氣、或高溫廢氣混合常溫水霧以產生微粒核凝現象,並利用熱力學及氣膠學的理論公式,求出使微粒增長的最佳廢氣及蒸氣(或細水霧)的混合方法, 再計算出文氏洗滌器對次微米微粒的去除效率。本研究的設計理論與實驗結果已發表於JAWMA及J. Environ. Eng., ASCE。本研究已獲專利並技轉給傑智環境科技及華懋科技公司,使用於局部洗滌器(local scrubber)的細微粒及奈米微粒排放控制。

 

              

高效率文氏洗滌器

 

個人奈米微粒採樣器

開發低微粒損失的奈米微粒多階慣性衝擊器及個人奈米微粒採樣器,其多微孔噴嘴以光罩及電鑄製程製造,較國外MSP公司以蝕刻法製造的微孔平滑及孔徑均勻,且不易受微粒阻塞。研究Marple and Rader (1985)的傳統慣性衝擊器的理論發現,該理論未將微粒本身的重力考慮在內,因而造成St50隨著Re的增加而減少的現象,事實上本研究的實驗及理論值均顯示St50應隨著Re的增加而增加。研究發現並利用多孔金屬作成慣性衝擊器收集板可準確的量測高濃度的微粒粒粒分佈,使用泡綿的多孔物質在未塗敷矽油情況下可以避免固體微粒自收集板反彈,此研究並已推導出多孔金屬收集板慣性衝擊器的理論收集效率公式,以作為設計的依據。根據這個研究成果已設計了一個多孔金屬固氣分離採樣設備(porous metal denuder sampler),可以同時採集大氣中的酸鹼氣體及微粒污染物,已獲得專利並技轉給科安公司,作為煙道及作業場所氣體及微粒的分離採樣之用。目前已將泡綿應用於多階慣性衝器的設計及實驗研究,並發明了可同時採集三種工作場所粉塵的採樣器。

          

個人奈米微粒採樣器

 

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