BioCarbon Material Industry-Academia Technology Alliance

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☆生物資源循環經濟☆「生態碳材技術論壇」

相關資訊

農林廢料碳材利用新契機

農林廢料熱處理設備

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https://reurl.cc/Yqq29a

碳材料特性分析(含儀器)

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貴重儀器中心儀器介紹

https://reurl.cc/MjjaRp

關於聯盟

農林業生產或作業活動除產出標的物外，難免會衍生出農林廢料或農林(產)剩餘資材。由於農​林廢料通常具有生物可分解及可資源化、能源化之性質，故農業與環保相關單位會輔導這些農​業生產剩餘資材進入農業生態養分循環系統中再利用或進行能源回收處理，惟此類處理、再利​用或處置易造成環境污染問題，包括臭味、水污染、溫室氣體排放等。一般而言，農業相關的​溫室氣體排放為二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)與氧化亞氮(N₂O)。故可否探討較為有效的減緩溫室​氣體排放作法，將農林廢棄物轉化為高值化之碳材料，或者直接作為緩釋型生物炭。此外，國​內對於2050年淨零碳排之具體有效做法之一為多使用由木質纖維素所產製的負碳材料產品 (包括​活性碳及生物炭)於工業、農業等民生產業；而國內對於這些大宗農林剩餘資材多為低層次或低​價性再利用，較少觸及將其轉化為具有高值化產品之學術應用研究及產業高端應用推廣。

技術與服務內容

• 提供生態碳材產業之國內相關環保/農業/能源相關法規、政策推動與淨零碳排相關新聞等資訊服務

• 提供生態碳材國內外相關生產技術、碳材特性專業名稱、應用領域與商品等資訊服務

• 提供生態碳材產品物化特性分析之諮詢、分析費用折扣(委託本校貴儀中心及計畫主持人實驗室儀器)、分​析數據解析等服務。

• 提供生態碳材業者產品展示平台(透過計畫所建立的產業聯盟網路平台)及展示機會(例如透過計畫主持人服​務學校校慶或舉辦的工作仿)。

• 提供國內生態碳特性分析之學術及非學術機構(例如SGS、工研院)及其可分析項目、收費標準、完成時程​等資訊服務。

• 提供生態碳材業者可免費參加計畫辦公室所舉辦的工作坊及示範參訪活動(包括餐盒或餐點、飲料、講義、隨​身碟、文具等)。

活性碳規範測試方法

可用於活性碳生產與銷售之品質測試標準:

• 中華民國國家標準（National Standards of the Republic of China/ Chinese National Standards, CNS)
• 中國國家標準 (National Standards of the People's Republic of China/ China National Standard, GB)
• 美國測試與材料協會 (American Society for Testing and Materials, ASTM)
• 日本工業規格 (Japanese Industrial Standards, JIS) (即JIS-K-1474-2014)
• 美國自來水廠協會 (American Water Works Association, AWWA)
• 其他，例如一些著名活性碳製造商(Calgon Carbon Co., Cabot Norit Co.)所發展的測試方法，一些軍事規格

(Military Specification)

以下為美國測試與材料協會(ASTM)對於活性碳於氣相與液相評估之標準測試方法

D5832-98(2021) Standard Test Method for Volatile Matter Content of Activated Carbon Samples

D5159-21 Standard Guide for Dusting Attrition of Granular Activated Carbon

D7385-21 Standard Guide for Estimating Carbon Saturation by Temperature Rise Upon Immersion

D2866-11(2018) Standard Test Method for Total Ash Content of Activated Carbon

D2854-09(2019) Standard Test Method for Apparent Density of Activated Carbon

D3467-04(2020) Standard Test Method for Carbon Tetrachloride Activity of Activated Carbon

D5160-95(2019) Standard Guide for Gas-Phase Adsorption Testing of Activated Carbon

D4069-95(2020) Standard Specification for Impregnated Activated Carbon Used to Remove Gaseous Radio-Iodines from Gas Streams

D2862-16(2022) Standard Test Method for Particle Size Distribution of Granular Activated Carbon

D3803-91(2022) Standard Test Method for Nuclear-Grade Activated Carbon

D6646-03(2022) Standard Test Method for Determination of the Accelerated Hydrogen Sulfide Breakthrough Capacity of Granular and Pelletized Activated Carbon

D2867-23 Standard Test Methods for Moisture in Activated Carbon

D3802-23 Standard Test Method for Ball-Pan Hardness of Activated Carbon

D3466-06(2023) Standard Test Method for Ignition Temperature of Granular Activated Carbon

D5228-16(2023) Standard Test Method for Determination of Butane Working Capacity of Activated Carbon

D5742-16(2023) Standard Test Method for Determination of Butane Activity of Activated Carbon

註: 可採用ASTM其他方法(例如Standard Test Method for Surface Area of Catalysts and Catalyst Carriers, ASTM D3663; Standard ​Test Method for Carbon Black - Total and External Surface Area by Nitrogen Adsorption, ASTM D6556)作為活性碳比表面積評估​之參考測試方法

液相評估之標準測試方法(Liquid Phase Evaluation)

D6586-03(2021) Standard Practice for the Prediction of Contaminant Adsorption on GAC in Aqueous Systems Using Rapid Small-Scale Column Tests

D4607-14(2021) Standard Test Method for Determination of Iodine Number of Activated Carbon

D6781-02(2021) Standard Guide for Carbon Reactivation

D6647-18 Standard Test Method for Determination of Acid Soluble Iron via Atomic Absorption

D6851-20 Standard Test Method for Determination of Contact pH with Activated Carbon

D3860-98(2020) Standard Practice for Determination of Adsorptive Capacity of Activated Carbon by Aqueous Phase Isotherm Technique

D5029-98(2020) Standard Test Method for Water Solubles in Activated Carbon

D5919-96(2022) Standard Practice for Determination of Adsorptive Capacity of Activated Carbon by a Micro-Isotherm Technique for Adsorbates at ppb ​Concentrations

D6385-22 Standard Test Method for Determining Acid-Extractable Content in Activated Carbon by Ashing

D5158-23 Standard Test Method for Determination of Particle Size of Fine Mesh and Powdered Activated Carbon by Air-Jet Sieving

D8176-18(2023) Standard Test Method for Mechanically Tapped Density of Activated Carbon (Powdered and Fine Mesh)

D3838-23 Standard Test Method for pH of Activated Carbon

CNS活性碳檢測規範一覽

國內廠商獲資源再生綠色產品(再生活性碳)資訊一覽

國內近年(2018-2023)生物性農業廢棄物之產生量統計

1資料來源[https://agrstat.moa.gov.tw/sdweb/public/common/Download.aspx]，2020年起尚有統計果樹枝條及竹筍園剩餘殘體。

2包含生物性農業廢棄物與非生物性農業廢棄物，後者為農產廢棄物之塑膠膜(布、網、盤)及廢棄菇包塑膠袋、水產養殖廢棄物、批發市場廢棄物之​果菜廢棄包裝/花卉廢棄包裝/漁產廢棄包裝、食品加工廢棄物。

國內於近10年(2013-2023)年活性碳進口之統計數據

關務署海關進出口統計

https://portal.sw.nat.gov.tw/APGA/GA35

元素分析原理與方法-NIEA M403.01B

C/H/N/S元素分析原理：

儀器分析方法是利用垂直式燃燒管，將欲分析之物質盛於錫／銀金屬容器內，置於樣品自動供給器上，利用重力原理，定期加入1150℃左右燃燒​管，在錫／銀之助燃下使樣品瞬間燃燒溫度高達1800℃，促使樣品足以完全燃燒，再經過銅還原處理後，生成之Ｎ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ混合物經過特​殊之分離管分離後，可利用熱傳導偵檢器（TCD）分別測定其含量，再經資料處理機運算，即可自動列計碳、氫、氮及硫之重量百分比。

O元素分析原理：

氧元素分析時，採不進氧的高溫裂解方式進行。裂解管中充填微粒碳黑顆粒，當樣品掉入時，則產生下列反應：

Oxygenated sample + C → CO + CO2 + H2O

H2O + C → CO + H2

CO2 + C → 2 CO

進入分析管前，經過氫氧化鈉等吸附劑將不純氣體吸附，在經過吸附脫附管將CO 吸附，通過分析管後 由 TCD 偵測氧含量。

以下為環境部所公告的廢棄物元素分析方法 (NIEA M403.01B)

天然食用色素衛生標準-植物碳

法規名稱：天然食用色素衛生標準

修正日期：民國 112 年 03 月 29 日

第 1 條　本標準依食品安全衛生管理法第十七條規定訂定之。

第 2 條　萃取天然食用色素之溶劑來源，包括：

一、水、乙醇、植物油或其他食品原料。

二、加工助劑衛生標準准用之溶劑。

第 3 條　添加賦形劑或其他添加物之天然食用色素，其所添加者，限於食品添加物使用範圍及限量暨​規格標準所載品名別，或其他可供食用之食品原料。

第 4 條　天然食用色素之來源、主成分及規格，應符合附表之規定。

第 5 條　本標準自中華民國一百十三年一月一日施行。

第四條附表修正規定

附表

Vegetable Carbon (須符合E153-2012)

植物碳（須符合E153-2012）

Identifiers

INS No. 153

Vegetable Black

E 153

元素分析方法 (NIEA M403.01B

Regulatory Approvals

JECFA: No ADI allocated (31st Meeting, 1987)

EU: EU: No ADI allocated (EFSA, 2012). Specific food categories where ​vegetable carbon is authorized for use at quantum satis have been ​defined in Directive 94/36/EC on colors for use in foodstuffs.

CAS台灣優良農產品標章-林產品項目-竹炭

CAS林產品分為三大類：

• 一般用途竹炭、一般用途竹醋液及天然食用色素竹炭粉
• 一般用途木炭及一般用途木醋液
• 木製材品

CAS竹炭是以台灣產3年生以上且未經防腐劑、防蟻劑、膠合劑、塗料或其他藥劑處理過的成熟竹為材料，以炭化窯（土窯、磚窯等）、機械爐等設備，經高溫炭化技術，精心煉製而成。

CAS木炭則是以木材炭化所得之炭化物，原料材之種類如闊葉樹、針葉樹、混合材及木屑成型物等，且不得經防腐劑、防蟻劑、膠合劑、塗料或其他藥劑處理過者。在木炭前面冠以樹種名​稱，如相思樹炭、龍眼炭等以區別其原料種類。以混合材為原料者稱之為混合材炭，以木屑成型物為原料者稱之為木屑炭。

另將炭化窯排煙口所排出的煙，經過冷卻後所得之液體，再靜置6個月後，去除上層部分的輕質油及下層部分的沉澱焦油，所得中層部分的液體為竹醋液或木醋液，或經蒸餾成蒸餾竹醋液或​蒸餾木醋液。

CAS木製材品以來自台灣所生產並具國產木竹材生產地證明書之材木，原料挑選無蟲蛀、腐朽之完整木材，依樹種、產地伐採日期或取得日期，做明確標示 ， 分倉或置 貯放管理，使其免​於遭受污染、損壞與劣化。製材過程中選(原料類別 )、使用量、產量及製材利用率應紀錄完整。

● CAS竹炭、竹醋液、木炭及木醋液之特色

★影響竹炭及木炭品質的因素很多，因此CAS竹炭及木炭評核時，會針對作業區環境及硬體、原料、製程、品質、衛生、倉儲管理等項目，進行嚴格的審核，並要求業者必須在包裝上標示​清楚，如依用途別標示精煉度、元素分析碳含量、比表面積、硬度、含水率（僅適用木炭）及熱值（僅適用木炭），並詳述原料木竹產地及種類、製造方式、形狀、淨重、使用說明及注意事​項、製造日期、製造者等相關資料。

★竹醋液及木醋液在收集過程中，亦會因炭化溫度不同，造成成份的變化。

因此CAS竹醋液及木醋液特別規定，收集範圍應為炭化窯排煙口溫度80℃～140℃或機械爐爐內溫度200℃～350℃所排出的煙，並依製造方法的不同，分為竹醋液及蒸餾竹醋液、木醋液及​蒸餾木醋液。其具有獨特煙燻香氣之酸性液體，比重約為1.002~1.02，pH值則約為2~3.7左右，其中水佔大部分，約有90％以上，其他則是以醋酸為主之複雜天然有機成分。

● 如何選購CAS竹炭、竹醋液、木炭及木醋液

1. 選擇具有CAS標章之產品。

2. 竹炭及木炭

（1）外觀：平整且表面無焦油層。

（2）炭化程度：整體炭化完全。

（3）氣味：無其他異味。

（4）無污染物、霉斑或其他異物附著。

（5）包裝須堅固完整，不可使內容物外漏或變質。

（6）標示清楚完整者。

3. 竹醋液及木醋液

（1）透明或無色／淡黃色／淡紅褐色／紅褐色。

（2）無懸浮物，不得有焦油微粒子或其他雜質、異物。

（3）具備竹醋液及木醋液之特殊氣味。

（4）本品之容器應使用耐酸性材質。

（5）所使用包裝應密閉完好、外觀良好潔淨、無銹蝕、無溢出或其他變形。

（6）標示清楚完整者。

● CAS竹炭、竹醋液、木炭及木醋液之用途

1. 竹炭的炭質結構孔隙多，因此具有很強的吸附能力及調節溼度和消除臭味等功能。另外竹炭還能釋放適合人體吸收的遠紅外線，而達到保溫蓄熱、促進血液循環。目前已應用於開發系列​新興民生用品，如洗劑類、煮飯類、活性碳類及竹炭紗類等。

2. 木炭亦具吸附能力及調節溼度和消除臭味等功能。但因木炭所具之孔洞數量及大小與竹炭有所差異，故吸附及調濕效能較竹炭低。木炭亦能釋放適合人體吸收的遠紅外線，而達到保溫蓄​熱、促進血液循環的功能。完全炭化之木炭，當燃料使用時較不易產生煙。

3. 竹醋液及木醋液可以除臭、防腐和抑菌。

參考網站https://cas.moa.gov.tw

活性碳應用國內法規

粉粒狀碳材料粒徑分析

• 碳材料的形狀大小相當多樣化，很難以單一大小表示，尚且其幾何形狀也不一，故只能以通過篩網（screen)之網目(mesh)代表其粒徑大​小。
• ASTM標準篩網之直徑包括 100, 200, 300　mm等篩子，以及孔徑從125 mm-20 µm (mesh No. 600)之大小尺寸等等。若依材質分為不鏽​銹鋼篩網、銅邊不鏽鋼篩網及銅篩網三種。
• 依ASTM標準篩網網目號碼及網孔大小
  

• 各種標準篩都會規定各篩網的規格，如 線徑 (wire diameter) ， 孔徑 (opening)，網目數(mesh) 等。
• 網目數愈大，孔徑愈小。若碳材粒徑為10*30網目表示其通過10網目/截留在30網目，平均粒徑為0.8 ​mm [(1.0 + 0.6)/2]，不過在計算平均粒徑尚須考慮其重量分率。
• 篩析法適用於 40mm (約400 mesh No.)以上粒子之大小分析。
  

孔洞特性介紹

1.比表面積

碳材料單位重量的表面積(比表面積)由於其為多孔性，且形狀大小相異性高，很難真實地量測得到。

假設碳材料為圓球實體，則可以簡單的數學式子表達上述比表面積(Sw)反比於圓球固體(假設其密度為ρ)直徑，如下所示

S = π×Di2

　W = π×Di3×ρ/6

　Sw = Σ (ni × π× Di2)/Σ (ni ×πDi3 ×ρ/6) = 6/(Dm×ρ)

ni:具有直徑Di之圓球固體數目

Di:圓球固體直徑

S:直徑Di圓球固體之表面積

Dm:圓球固體之比表面積直徑,1/Dm=Σ (ni×Di2)/Σ (ni Di3)

多孔性材料之比表面積量測皆是間接得到的。最常使用且有高再現性的方法係使用氮氣為探測分子，於液態氮溫度(-196℃)下進​行多孔材料之等溫吸附(isotherm)分析量測。

傳統上此一等溫吸附曲線分為六種類型，如下圖所示。用此分類來得知所分析之固體其孔洞特性，而此分類最早由Brunauer、​Deming、Deming and Tellern四人所提出，故又稱BDDT分類，或簡稱為Brunauer或IUPAC分類。圖中所示的每一種物理吸附​型式，被吸附之量皆隨吸附氣體分壓增加而增加。在某一分壓下達到單層吸附之後，再增加時則變成多層吸附。通常活性碳為​型式I (微孔特徵)，但也附含有型式IV (中孔特徵)。

(資料來源： H. Marsh, F. Rodriguez-Reinoso, Activated Carbons, Elsevier, 2006.)

一般碳材料之比表面積計算係使用Brunauer, Emmett, 及Teller三位學者（簡稱BET）之等溫物理吸附理論，而得到的BET方程​式。通常於P/Psat 0.05-0.35間迴歸作圖，可得到一直線，其斜率(S)與截距(I)可據以計算樣品材料之比表面積 (BET表面積，​SBET)

2.孔洞體積

一般而言，若相對壓力(P/P0)接近1.00時表示碳材料中所有孔洞已被吸附質氣體凝結佔滿，故可計算出總孔洞體積 (total pore ​volume, Vt, cm3/g)。

通常BET表面積與總孔洞體積呈高正相關性，即總孔洞體積越高者，其總孔洞體積亦越大。

3.孔洞分布

一般而言，碳材料孔洞大小分佈係假設孔洞為均勻圓柱狀，利用Kelvin 方程式（描述孔洞中吸附氣體凝結成新月形液體蒸氣壓力與​孔徑之關係式）而計算得到。由於此法係由Barrett, Joyner及Halenda提出，故稱BJH法。

BJH法一可用以分析氣體吸附曲線或脫附曲線，但由於Kelvin 方程式描述的是一氣液相平衡狀態，而脫附過程之hysteresis loop較​能反應此平衡狀態，故一般係以樣品脫附曲線進行BJH分析法來評估材料孔洞大小分佈。

另一種孔洞大小分佈分析方法係利用汞液體注入於多孔顆粒內的量與其外界壓力大小有關。

4.平均孔徑

由總孔洞體積(Vt)與BET表面積(SBET)之測值可大致估算碳材料平均孔洞大小。其原理乃假設孔洞為圓柱體狀，且各孔洞不相通而獨​立；若樣品材料重為mp，其孔洞共有n個，且具有相同的直徑D及長度L，則平均孔洞為

mp . SBET = (π. D . L) × n

mp . Vt = [π. (D/2) 2. L] × n

→ D = 4 × Vt / SBET

孔徑可分為三種

微孔(Micropore): D ＜ 2.0 nm

中孔(Mesopore) : 50.0 nm ＞ D ＞ 2.0 nm

巨孔(Macropore) : D ＞ 50.0 nm

新書介紹

出版年月：2020年6月

發 行 人：張 彬

作 者：江汶錦、吳有恒、吳羽婷、吳耿東李宜映

林文風、林裕仁、邱祈榮、倪禮豐、徐英綺、張敬宜

張廖伯勳、梁瑩如、陳韋辰、陳琦玲、陳鴻堂

黃文益、楊蔚因、劉俊宏、蔡正賢、鄭美如、龍 暐

薛佑光、簡士濠（依姓氏筆劃排列）

編 輯 ：吳孟玲、林裕仁、李宜映、陳韋辰、林文風

美術設計：施品安、利安禾、林家與、許棨崴

林業叢刊第291號　臺灣生物炭產製與農業應用指南

https://www.tfri.gov.tw/News_Content4.aspx?n=7500&s=4447

Edited By Johannes Lehmann, Stephen JosephEdited By Johannes Lehmann, Stephen Joseph

Edition3rd Edition

First Published2024

eBook Published3 June 2024

Pub. LocationLondon

ImprintRoutledge

Science, Technology and Implementation

https://doi.org/10.4324/9781003297673

Edited byChandrabhan Verma;Mumtaz A. Quraishi

DOI:https://doi.org/10.1039/9781839169861

Hardback ISBN:978-1-83916-780-5

PDF ISBN:978-1-83916-986-1

EPUB ISBN:978-1-83916-987-8

Special Collection: 2023 ebook collection

No. of Pages:450

Publication date:10 May 2023

Activated Carbon: Progress and Applications

https://books.rsc.org/books/edited-volume/2104/Activated-​CarbonProgress-and-Applications

會員專區

☐鑽石級會員　伍萬元整　(生態碳材特性最高6折優惠)

☐白金級會員　参萬元整　(生態碳材特性最高7.5折優惠)

☐黃金級會員　壹萬元整　(生態碳材特性最高9折優惠)

服務對象：

凡以木質纖維素組成為原料（木質料、農業剩餘資材會廢料）而製負碳生態材料（生物碳、木炭、竹炭、活性碳）之​相關製造廠商（含設備廠商）、再生廠商、應用廠商（環境工程業者、淨水器業者、工業製造業者）、儀器設備商等，​並以提升國內產業界於顧碳增匯及循環經濟為目標。

• 生態碳材產學技術聯盟服務項目
• 享有本聯盟資訊平台服務
• 享有本聯盟應用端/設備端廠商會員對產學研合作需求之資訊
• 教育訓練課程折扣優惠(若有辦理)
• 生態碳材特性分析折扣優惠(資助聯盟之會員公司會有較高折扣優惠)
• 免費參與產學技術工作仿、產品展示(或發表)及現場參訪等活動
• 免費線上教育課程影片觀賞

申請入會注意事項

請欲加入聯盟之廠商將申請書填寫完成並用印，將申請書正本一式兩份

寄回至：912 屏東縣內埔鄉學府路1號 生物資源博士班 蔡文田教授 收

待聯盟完成相關行政程序後，會將收據、相關匯款方式資料及申請書正本一份寄送予貴單位

再請收到相關資料後，於匯款後將匯款單據e-mail至mtou2173@gmail.com，並來電確認​08-7703202#5187 請洽黃先生或黃小姐

會員效期為一年，正式生效日期為雙方用印完成後，可於效期滿後再續約。

會員申請書

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團隊成員

國立屏東科技大學生物資源研究所

蔡文田 教授

專長：生質能源技術、碳材料、溫室氣體減緩與政策、廢棄物利用與循環化

工作項目：計畫整體規劃和督導，生態碳材國內外最新文獻資料收集與分析整理，生態碳材廠商拜​訪 與輔導，分析儀器設備採購驗收，聯盟年度活動規劃，聯盟網站內容規劃，口頭/書面報告/投​稿論文撰寫或修訂

國立臺灣科技大學化學工程系

蔡伸隆 教授

專長： 生物奈米催化劑、環境工程、藥物載體

工作項目：北部生態碳材廠商拜訪與輔導、協助北部生態碳材廠商研提政府補助資源計畫、​北部工作坊場地安排與學校貴儀分析協助

國立雲林科技大學化學工程與材料工程系

陳文星 教授

專長：觸媒、石油煉製、污染防治

工作項目：中部生態碳材廠商拜訪與輔導、協助中部生態碳材廠商研提政府補助資源計畫、​中部工作坊場地安排與學校貴儀分析協助