都市垃圾焚化飛灰中含有高量的可溶解性鹽類(如氯鹽、鈉鹽…)，且重金屬有溶出之疑慮，進而影響其再資源化發展。因此，去除鹽類的水萃程序為前處理最常用的方法之一。水萃可去除溶解性鹽類，同時也將大量的重金屬鉛和其他重金屬帶到水萃液中，使得水萃液中含大量重金屬。根據文獻，坡縷石是一種多孔性的天然黏土礦物，具有高吸附量的優點，且濕式研磨對焚化飛灰有穩定重金屬的效果，因此本研究以坡縷石吸附飛灰水萃液之重金屬，並引進機械化學濕式研磨技術，使重金屬達到穩定不易溶出的效果，製造出無害化的原料。
研究分為兩部份，第一部份：坡縷石吸附重金屬能力之研究，解決水萃廢水中重金屬含量的問題，以實際水萃程序所產生之水萃液，探討坡縷石在此環境中對重金屬的吸附能力。第二部份：研磨對水萃灰加吸附後坡縷石的穩定效果探討，解決水萃灰和吸附後坡縷石重金屬溶出的問題，在水萃灰與吸附後坡縷石混合的情況下，探討機械化學對重金屬穩定的影響，最後應用序列萃取(Sequential Extraction Procedure)討論各種重金屬研磨後之穩定特性。
    由實驗結果得知，添加3 g改性後的坡縷石能有效的將100 ml的水萃液中重金屬吸附處理到符合放流水標準。將水萃灰與吸附重金屬的坡縷石以乾重比10：3混合並進行研磨，研磨能有效減少混合灰粉體粒徑至2.5 μm，且對混合灰中重金屬具有穩定的作用，使用研磨2小時即可抑制鉛、鋅的TCLP溶出，分別從1.18與0.66 mg/L降至0.03與0.01 mg/L；序列萃取結果也顯示研磨之後，重金屬鉛、鋅、銅、鎘，皆傾向形成較穩定的重金屬型態，顯示濕式研磨對水萃灰與坡縷石兩種材料混合一樣能有效降低其重金屬溶出，將重金屬穩定在粉體中。

Municipal solid waste incinerator (MSWI) fly ash contains a large amount of solubility of salts (ex: chloride, sodium …), and easily dissolved heavy metals that can affect its recycling. Therefore, the water extraction was usually used to remove the salts as the pretreatment process for fly ash recycling. Pb and other heavy metals would be removed into the water extraction solution at the same time. The waste water from water extraction could contain a large number of the heavy metals. Many studies indicate that palygorskite is porous natural clay minerals and have the advantage of adsorption. The wet milling process can stabilize the heavy metals of MSWI fly ash. In this study, palygorskite was used to adsorb the heavy metals of extracted water and then the wet milling process was used to stabilize the heavy metals in the milled mixture of the fly ash and the adsorbed palygorskite. Finally, a non-hazardous mater will be made after the processes.

This study consists of two parts: first one, discussing palygorskite adsorption capacity of heavy metals to solve the problem of the heavy metal of extracted solution. Second one, the wet milling was used to investigate the stabilization effect on water extracted fly ash and adsorbed Palygorskite.

The results of the experiment show that add 3g of modified palygorskite was able to effectively treat heavy metals to meet the effluent standards for water-extraction solution of 100ml. The extracted fly ash and adsorbed Palygorskite mixed and milled by the dry weight ratio 10:3. Milling can effectively reduce the mixed ash of the particle size D50 to 2.5 μm and stabilized the heavy metals in the mixed ash. The milling can restrain the leaching of Pb and Zn of TCLP after 2 hours extraction. The TCLP concentration of Pb and Zn were decreased from 1.18 and 0.66 mg/L to 0.03 and 0.01 mg/L. The results of sequential extraction procedure (SEP) shows that the heavy metals of Pb, Zn, Cu, Cd were tend to form more stable species after milling.

目錄
圖目錄	IV
表目錄	VII
第一章 前言	1
1-1 研究緣起	1
1-2 研究目的	2
第二章 文獻回顧	4
2-1 垃圾焚化飛灰之特性	4
2-1-1 焚化飛灰之物理特性	5
2-1-2 焚化飛灰之化學特性	7
2-1-3 焚化飛灰溶出特性	8
2-1-4 焚化飛灰水萃前處理	9
2-2 坡縷石簡介	11
2-2-1 坡縷石特徵	11
2-2-2 坡縷石之物化特性	12
2-2-3 坡縷石熱活化技術	13
2-2-4 坡縷石在環境方面應用	16
2-2-5 等電位點pH值	18
2-3 吸附理論	19
2-3-1 吸附現象	19
2-3-2 吸附模式	20
2-4 研磨粉體技術	24
2-4-1 超細粉體之物理化學性質	25
2-4-2 研磨程序相關研究	28
2-5 重金屬鏈結型態	29
第三章 研究方法	31
3-1 實驗設計	31
3-2 實驗步驟	32
3-2-1 水萃前處理操作參數	34
3-2-2 等溫吸附實驗參數	34
3-2-3 桌上型球磨機操作參數	34
3-3 實驗材料	36
3-4 樣品分析方法	37
3-5 實驗設備與分析儀器	40
3-5-1 實驗設備	40
3-5-2 分析儀器	43
第四章 結果與討論	46
4-1 樣品物化特性之研究	46
4-1-1 焚化飛灰之物化特性	46
4-1-2 坡縷石之物化特性	54
4-2 坡縷石對重金屬吸附之影響	58
4-2-1 坡縷石量對不同重金屬吸附之變化	58
4-2-2 時間對吸附量的影響	60
4-2-3 等溫吸附模式	60
4-2-4 吸附後的坡縷石重金屬TCLP溶出	62
4-2-5 吸附對水萃液氯離子影響	62
4-3 研磨對水萃灰和坡縷石性質的影響	63
4-3-1 粒徑分析	63
4-3-2 晶體型態分析	66
4-3-3 SEM表面微觀結構分析	68
4-3-4 重金屬質量平衡	74
4-3-5 重金屬TCLP溶出	77
4-3-6 序列萃取之重金屬溶出	79
第五章 結論與建議	83
5-1 結論	83
5-2 建議	84
參考文獻	85
圖目錄
圖2- 1 反應灰之SEM圖	6
圖2- 2 液/固比5 水萃後水萃廢液氯離子含量變化	10
圖2- 3 坡縷石在晶面上的離子、分子投影圖	 12
圖2- 4 坡縷石不同溫度熱活化之SEM圖	15
圖2- 5 吸附平衡濃度與平衡吸附容量關係圖 (Freundlich) 21
圖2- 6 吸附平衡濃度與平衡吸附容量關係圖 (Langmuir)	22
圖2- 7 吸附平衡濃度與平衡吸附容量關係圖 (B.E.T)	 23
圖2- 8 在球磨機中球體示意圖	25
圖3- 1 實驗流程圖	33
圖3- 2 序列萃取實驗流程圖	39
圖3- 3 電熱式乾燥烘箱	40
圖3- 4 電加熱式矩形高溫爐	41
圖3- 5 毒性特性溶出(TCLP)程序裝置	41
圖3- 6 桌上型球磨機	42
圖3- 7 恆溫震盪器	42
圖3- 8 感應耦合電漿原子發射光譜分析儀	43
圖3- 9 雷射粒徑分析儀	44
圖3- 10 敞發射掃描式電子顯微鏡	44
圖3- 11 X光粉末繞射分析儀	45
圖4- 1 焚化飛灰外觀	46
圖4- 2 原飛灰(FA)及水萃灰(WFA)之粒徑分佈	48
圖4- 3 原飛灰(FA)之SEM(x1,000)	48
圖4- 4 原飛灰(FA)之SEM(x5,000)	49
圖4- 5 原飛灰(FA)之SEM(x10,000)	49
圖4- 6 水萃灰(WFA)之SEM(x1,000)	50
圖4- 7 水萃灰(WFA)之SEM(x5,000)	50
圖4- 8 水萃灰(WFA)之SEM(x10,000)	51
圖4- 9 焚化飛灰之物種分析	53
圖4- 10 坡縷石外觀	54
圖4- 11 坡縷石之粒徑分析	55
圖4- 12 坡縷石之SEM(x1,000)	56
圖4- 13 坡縷石之SEM(x15,000)	56
圖4- 15 時間對吸附量的影響	60
圖4- 16 研磨0~4小時研磨灰之粒徑分佈	64
圖4- 17 研磨8~96小時研磨灰之粒徑分佈	65
圖4- 18 不同研磨時間研磨灰之平均粒徑    65
圖4- 19 不同研磨時間的研磨灰之物種分析	67
圖4- 20 研磨前(FP-0)之SEM圖(x1,000)	70
圖4- 21 研磨前(FP-0)之SEM圖(x5,000)	70
圖4- 22 研磨前(FP-0)之SEM圖(x10,000)	71
圖4- 23 研磨1小時(FP-1)之SEM圖(x1,000)	71
圖4- 24 研磨1小時(FP-1)之SEM圖(x10,000)	72
圖4- 25 研磨24小時(FP-24)之SEM圖(x1,000)	72
圖4- 26 研磨24小時(FP-24)之SEM圖(x10,000)	73
圖4- 27 研磨96小時(FP-96)之SEM圖(x5,000)	73
圖4- 28 研磨96小時(FP-96)之SEM圖(x10,000)	74
圖4- 29 序列萃取之重金屬Pb型態變化	80
圖4- 30 序列萃取之重金屬Cu型態變化	81
圖4- 31 序列萃取之重金屬Zn型態變化	81
圖4- 32 序列萃取之重金屬Cd型態變化	82
圖4- 33 序列萃取之重金屬Cr型態變化	82

表目錄
表2- 1 國外都市垃圾焚化飛灰之元素分析	7
表2- 2 重金屬個鍵結型態之移動性	30
表4- 1 焚化飛灰物理特性	47
表4- 2 焚化飛灰之元素組成	52
表4- 3 焚化飛灰之重金屬總量	52
表4- 4 焚化飛灰之重金屬TCLP溶出量	54
表4- 5 坡縷石物理特性	55
表4- 6 坡縷石之元素組成	57
表4- 7 不同坡縷石添加量吸附100ml飛灰水洗液重金屬濃度變化	59
表4- 8 等溫吸附模式模擬	61
表4- 9 吸附後的坡縷石之重金屬TCLP溶出量	62
表4- 10 吸附前後水萃液氯離子濃度	63
表4- 11 研磨後研磨灰與研磨液之質量平衡	76
表4- 12 混合灰研磨後重金屬TCLP溶出量	78

Abe, S.-i., F. Kambayashi, M. Okada (1996), "Ash melting treatment by rotating type surface melting furnace", Waste Management 16(5–6): 431-443.
Alba, N., S. Gasso, T. Lacorte, J. Baldasano (1997), "Characterization of municipal solid waste incineration residues from facilities with different air pollution control systems", Journal of the Air & Waste Management Association 47(11): 1170-1179.
Bradley, W., F. (1940), "The structure scheme of attapulgite", Am Mineral 25(405-410).
Buchholz, B., S. Landsberger (1993), "Trace metal analysis of size‐fractioned municipal solid waste incinerator fly ash and its leachates,", Journal of Environmental Science & Health Part A 28(2): 423-441.
Buchholz, B. A., S. Landsberger (1995), "Leaching Dynamics Studies of Municipal Solid Waste Incinerator Ash", Journal of the Air & Waste Management Association 45(8): 579-590.
Chen, H., A. Wang (2007), "Kinetic and isothermal studies of lead ion adsorption onto palygorskite clay", J Colloid Interface Sci 307(2): 309-316.
Chen, H., J. Zhao, A. Zhong, Y. Jin (2011), "Removal capacity and adsorption mechanism of heat-treated palygorskite clay for methylene blue", Chemical Engineering Journal 174(1): 143-150.
Chen, W. S., F. C. Chang, Y. H. Shen, M. S. Tsai, C. H. Ko (2012), "Removal of chloride from MSWI fly ash", J Hazard Mater 237-238: 116-120.
Chimenos, J. M., M. Segarra, M. A. Fernández, F. Espiell (1999), "Characterization of the bottom ash in municipal solid waste incinerator", Journal of Hazardous Materials 64(3): 211-222.
Frost, R. L., Z. Ding (2003), "Controlled rate thermal analysis and differential scanning calorimetry of sepiolites and palygorskites", Thermochimica Acta 397(1–2): 119-128.
Gan, F.,J. Zhou,H. Wang,C. Du,X. Chen (2009), "Removal of phosphate from aqueous solution by thermally treated natural palygorskite", Water Research 43(11): 2907-2915.
Gong, Y., D. W. Kirk (1994), "Behaviour of municipal solid waste incinerator flyash: I: General leaching study", Journal of Hazardous Materials 36(3): 249-264.
Hu, H. Y., H. Liu, W. Q. Shen, G. Q. Luo, A. J. Li, Z. L. Lu, H. Yao (2013), "Comparison of CaO's effect on the fate of heavy metals during thermal treatment of two typical types of MSWI fly ashes in China", Chemosphere 93(4): 590-596.
Iori, J. (1995), "Detoxification of municipal waste incineration residues by vitrification", Fuel and Energy Abstracts 36(6): 459.
Jakob, A., S. Stucki, P. Kuhn (1995), "Evaporation of Heavy Metals during the Heat Treatment of Municipal Solid Waste Incinerator Fly Ash", Environmental Science & Technology 29(9): 2429-2436.
Kida, A., Y. Noma, T. Imada (1996), "Chemical speciation and leaching properties of elements in municipal incinerator ashes", Waste Management 16(5–6): 527-536.
Kim, J.-M., H.-S. Kim (2004), "Glass-ceramic produced from a municipal waste incinerator fly ash with high Cl content", Journal of the European Ceramic Society 24(8): 2373-2382.
Korzun, E. A., H. H. Heck (1990), "Sources and fates of lead and cadmium in municipal solid waste", Journal of the Air & Waste Management Association 40(9): 1220-1226.
Loiselle, S., M. Branca, G. Mulas, G. Cocco (1996), "Selective mechanochemical dehalogenation of chlorobenzenes over calcium hydride", Environmental science & technology 31(1): 261-265.
Mangialardi, T. (2003), "Disposal of MSWI fly ash through a combined washing-immobilisation process", Journal of Hazardous Materials 98(1–3): 225-240.
Matsunaga, T., J. K. Kim, S. Hardcastle, P. K. Rohatgi (2002), "Crystallinity and selected properties of fly ash particles", Materials Science and Engineering: A 325(1–2): 333-343.
Montinaro, S., A. Concas, M. Pisu, G. Cao (2007), "Remediation of heavy metals contaminated soils by ball milling", Chemosphere 67(4): 631-639.
Neaman, A., A. Singer (2000), "Kinetics of hydrolysis of some palygorskite-containing soil clays in dilute salt solutions", Clays and clay minerals 48(6): 708-712.
Nomura, Y., K. Fujiwara, A. Terada, S. Nakai, M. Hosomi (2010), "Prevention of lead leaching from fly ashes by mechanochemical treatment", Waste Management 30(7): 1290-1295.
Nomura, Y., T. Okada, S. Nakai, M. Hosomi (2006), "Inhibition of heavy metal elution from fly ashes by mechanochemical treatment and cementation", Kagaku Kogaku Ronbunshu 32(2): 196-199.
Ontiveros, J., T. Clapp, D. Kosson (1989), "Physical properties and chemical species distributions within municipal waste combuster ashes", Environmental Progress 8(3): 200-206.
Pehlivan, E., T. Altun (2008), "Biosorption of chromium(VI) ion from aqueous solutions using walnut, hazelnut and almond shell", J Hazard Mater 155(1-2): 378-384.
Potgieter, J. H., S. S. Potgieter-Vermaak, P. D. Kalibantonga (2006), "Heavy metals removal from solution by palygorskite clay", Minerals Engineering 19(5): 463-470.
Serratosa, J. M. (1979), "Surface Properties of Fibrous Clay Minerals (Palygorskite and Sepiolite) ",  27: 99-109.
Tessier, A., P. Campbell, G,C., M. Bisson (1979), "Sequential Extraction Procedure for the Speciation of Particulate Trace Metals", ANALYTICAL CHEMISTRY 51(7): 844-850.
Wang, W., H. Chen and A. Wang (2007), "Adsorption characteristics of Cd(II) from aqueous solution onto activated palygorskite", Separation and Purification Technology 55(2): 157-164.
Wey, M. Y., K. Y. Liu, T. H. Tsai, J. T. Chou (2006), "Thermal treatment of the fly ash from municipal solid waste incinerator with rotary kiln", J Hazard Mater 137(2): 981-989.
Wiles, C. C. (1996), "Municipal solid waste combustion ash: State-of-the-knowledge", Journal of Hazardous Materials 47(1–3): 325-344.
Wu, C. W., C. J. Sun, S. H. Gau, C. L. Hong, C. G. Chen (2013), "Mechanochemically induced synthesis of anorthite in MSWI fly ash with kaolin", J Hazard Mater 244-245: 412-420.
Wunsch, P., C. Greilinger, D. Bieniek, A. Kettrup (1996), "Investigation of the binding of heavy metals in thermally treated residues from waste incineration", Chemosphere 32(11): 2211-2218.
Yan, W., D. Liu, D. Tan, P. Yuan, M. Chen (2012), "FTIR spectroscopy study of the structure changes of palygorskite under heating", Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc 97: 1052-1057.
Zhang, Y., W. Wang, J. Zhang, P. Liu, A. Wang (2015), "A comparative study about adsorption of natural palygorskite for methylene blue", Chemical Engineering Journal 262: 390-398.
丁建峰、査飛、丁健 (2011)，“坡縷石吸附材料的研究進展”，廣州化工，40-41。
王文己、陳浩、王愛勤 (2006)，“熱酸處理凹凸棒石黏土對Pb2+吸附性能的研究”，非金屬礦，29：4。
冉松林、沈上越、湯慶國、劉新海 (2004)，“坡縷石/聚合物納米復合材料的研究進展”，地球科學與環境學報，28-31。
田煦、鄭自立 (1996)，“中國坡縷石礦石特徵及物化性能研究”，礦產綜合利用，1-4。
汪建民 (1994)，“陶瓷技術手冊”：中華民國產業科技發展協進會暨粉末冶金協會出版。
何林、周元康、閆建偉、楊綠(2012)，“坡縷石及其微奈米材料的改性與工程應用”，北京：國防工業出版社。
何鴻哲 (2008)，“垃圾焚化飛灰中揮發性重金屬之移動特性”，水資源及環境工程學系博士班，博士論文，淡江大學。
吳靜薇 (2013)，“機械化學處理焚化飛灰對鉛穩定機制及製備陶瓷材料之研究”，水資源及環境工程學系博士班，博士論文，淡江大學。
李明國 (2010)，“研磨的機械化學作用促進焚化飛灰重金屬穩定化及燒結資源化之研究”，水資源及環境工程學系博士班，博士論文，淡江大學。
李俊德 (1996)，“輕質骨材性質與最佳混凝土強度之關係”，營建工程技術學系，碩士論文，國立台灣科技大學。
李冠蓁 (2003)，“細粒徑之都市垃圾焚化底灰以磷酸穩定處理之研究”，第十八屆廢棄物處理技術研討會論文集，。
周錦東、蕭溫華、何鴻哲 (2004)，“水洗與磷酸前處理對垃圾焚化飛灰之穩定作用”，第十九屆廢棄物處理技術研討會論文集，。
孫常榮 (2001)，“都市垃圾焚化飛灰水溶性與矽質成分在燒結熱處理過程對重金屬行為之影響”，環境工程研究所，博士論文，國立中央大學。
郝艷玲、范福海 (2008)，“Cd2+在甘肅靖遠坡縷石粘土上的吸附作用研究”，巖石礦物學雜志，567-571。
郝艷玲、范福海 (2011)，“坡縷石黏土吸附水中Zn2+的實驗研究”，非金屬礦，66-68。
郝艷玲、董明、劉昌寧 (2013)，“鐵氧化物改性坡縷石粘土對Cr(Ⅵ)的吸附性能”，巖石礦物學雜志，947-951。
高思懷、林家禾 (1995)，“垃圾焚化飛灰中無機鹽對重金屬溶出之影響”，第十四屆廢棄物處理技術研討會，247-254。
高華 (2010)，“凹凸棒土的改性與應用研究”，碩士學位，安徽大学。
張君偉 (2000)，“水洗前處理與添加劑對都市垃圾焚化飛灰燒結特性的影響”，環境工程研究所，碩士論文，國立中央大學。
莊家榮 (2005)，“濕式研磨對MSWI飛灰特性影響之研究”，水資源及環境工程學系碩士班，碩士論文，淡江大學。
陳天虎 (2000)，“凹凸棒石粘土吸附廢水中污染物機理探討”，高校地質學報，265-270。
陳達松 (2008)，“水萃研磨程序對都市垃圾焚化飛灰重金屬穩定之影響”，水資源及環境工程學系碩士班，碩士論文，淡江大學。
黃坤祥 (2007)，“粉末冶金學”，新北市：新文京開發出版有限公司。
黃彥為 (2008)，“高能球磨飛灰內重金屬在高溫環境下穩定之研究”，水資源及環境工程學系碩士班，碩士論文，淡江大學。
楊金鐘、周順裕 (1997)，“利用磷酸鹽穩定化處理都市焚化飛灰之效果評估”，第十二屆廢棄物處理技術研討會論文集，。
楊逸楨 (2006)，“土壤無機相對有機污染物吸附特性之研究”，環境工程研究所，碩士論文，國立中央大學。
經濟部工業局工業污染防治技術手冊之七(1987)，“工業廢水活性碳處理”，
蓋國胜 (2004)，“超微粉體技術”，北京：化學工業出版社。
樊海明、何少華、周煬、谷志攀 (2008)，“凹凸棒石吸附廢水中的重金屬”，礦業工程，60-62。
鄭人豪 (2011)，“濕式研磨都市垃圾焚化飛灰程序對鉛之穩定效率及機制探討”，水資源及環境工程學系碩士班，碩士論文，淡江大學。
魯峰 (2010)，“改性坡縷石的制備及其對重金屬離子吸附性能的研究”，碩士學位，西北師範大学。