〈工業技術與資訊〉廢液晶玻璃助電鍍業高值化

工研院將LCD玻璃改質,製造出無數個奈米大小且具有吸附重金屬能力的孔洞,再優化其組成結構,就能用來過濾重金屬廢水。
工研院將LCD玻璃改質,製造出無數個奈米大小且具有吸附重金屬能力的孔洞,再優化其組成結構,就能用來過濾重金屬廢水。

撰文/張玉圓

淋漓盡致的物盡其用!工研院將廢棄液晶面板中的玻璃,進行奈米化處理,變身為重金屬吸附材,估計每年可讓 30 萬公噸以上的電鍍製程水重複再利用、減少三分之一重金屬的產生,開拓 1.2 億元以上的循環經濟價值,是科技落實於產業,兼顧經濟及環境的最佳典範。

走進位於彰濱工業區的吉祥電鍍公司,廢水處理場域宛如高科技廠房一般乾淨,一座座比人還高的金屬過濾桶,串連成廢水處理系統,不論是鍍鎳、鍍銅、鍍鉻…… 各種電鍍製程所產生的重金屬廢水,只要流經這套系統,就能完全去除,獲得潔淨的再生水,重返工廠循環使用。

這個場景大大的顛覆了電鍍產業的高汙染形象。以往電鍍產業被視為高汙染產業,廢水處理必須加入化學藥劑,產生大量重金屬汙泥,需加以燒結才能去除其中的銅、鉻、鎳等重金屬,不僅處理成本高,對環境也可能造成極大風險,因此政府主管機關與業者一直在尋找高效能、低成本、低汙染的水處理技術。工研院獨門研發的「LCD 玻璃奈米孔洞材料」,讓廢棄的面板玻璃華麗變身,成為能夠吸附重金屬的奈米材料。

廢面板玻璃變身 吸附重金屬

早在 5、6 年前,工研院便與彰濱工業區的電鍍業者合作試行,歷經多年的努力,已發展出最具效率、可商轉的重金屬廢水處理系統,於 1 年多前正式導入彰濱工業區,以實際成果證明這項技術的循環效益,日前在環保署的推動下,工研院與彰濱工業區、表面處理公會等產研單位,一同宣布這個獨步全球的傲人成果。

環保署資源回收管理基金管理會執行秘書顏旭明表示,2013 年環保署便與工研院合作開發「廢液晶面板再利用處理系統」,這項技術先將液晶從廢棄 LCD 面板中取出,回歸面板製造;如今又替面板玻璃找到高值化應用—將電鍍廢水轉為潔淨工業用水,「透過創新科技賦予廢棄品新生命,每年節省不少水資源及汙水處理費用,也因此讓資源的循環更徹底,扭轉電鍍產業形象,讓業者營運更環保永續。」

工研院與彰濱工業區的電鍍業者歷經多年的努力,已發展出最具效率、可商轉的重金屬廢水處理系統,共創水資源與產業雙贏。
工研院與彰濱工業區的電鍍業者歷經多年的努力,已發展出最具效率、可商轉的重金屬廢水處理系統,共創水資源與產業雙贏。
奈米過濾 電鍍廢水轉為潔淨水

帶領團隊,研發這項技術的工研院材料與化工研究所組長洪煥毅指出,「LCD 玻璃奈米孔洞材料」將電鍍廢水轉化為乾淨的再生水,其原理是將面板玻璃加以奈米孔洞化,表面積膨脹 50 到 100 萬倍,使得 1 公克的玻璃攤開後的表面積,便足以形成半個籃球場的大小,吸附力極強。

LCD 面板採用的是硼矽玻璃,因為熔點高,難以與其他玻璃一起回收,過去難以循環利用。學理上來說,玻璃並無法吸附重金屬,但工研院研發精密熱處理技術將 LCD 玻璃改質,並在其上製造出無數個奈米大小且具有吸附重金屬能力的孔洞,再優化其組成結構,就能用來過濾重金屬廢水。

例如,此次應用於彰濱工業區吉祥電鍍廠的廢水處理系統,當製程水進入系統時,水中的銅、鎳、鉻就會停留在吸附材料的孔洞內,只剩下潔淨水通過,再回歸到電鍍製程重複使用。一旦吸附材料飽和,可將金屬脫附分離,加以回收使用;或者已吸附金屬的孔洞材料可轉做其他應用,例如吸水抗菌材料等等。

廢液晶面板再利用處理系統也在 2017 年獲得「全球百大科技研發獎」(R&D 100 Awards)及「綠色科技特殊貢獻獎」,透過創新科技,解決全球廢棄面板無法妥善去化的問題。當今人類生活中,處處是液晶面板的應用,從電視、筆電、手機、廣告看板等,無所不在;臺灣是全球面板前三大生產國,如何面對每年逾 8,000 噸廢液晶面板的產出,便成了工研院積極投入的重大課題。

國際大獎肯定 經業界驗證成功商轉

面板的組成要件,以液晶、玻璃及重金屬銦等 3 項對環境的危害最大。以往廢棄面板多採掩埋、燃燒或者打碎製成陶瓷磚瓦用之胚土粒料。然而,液晶被封存且附著於兩片玻璃基板內,玻璃基板難以與液晶分離再利用。另一方面,液晶是由苯環、環己烷、鹵素等有毒物質構成,能滲入土壤、地下水,甚至經由燃燒飄散至空氣中,是極為嚴重的汙染源之一。

工研院投入 10 年時間開發出的「廢液晶面板再利用處理系統」,針對液晶、玻璃、銦各自提出解決之道。首先是液晶及銦,藉由分離、萃取、純化等多道程序,成功回歸面板製程再利用,多項相關技術已技轉給國內面板大廠群創。

此次環保署、工研院、彰濱工業區共同發表的重金屬廢水處理成果,則是「廢液晶面板再利用處理系統」之下,專門針對面板玻璃再利用所開發出來的「LCD 玻璃奈米孔洞材料」,每公斤材料可處理 5 噸的電鍍廢水,吸附前為白色,吸附後隨不同金屬呈現不同顏色,且可多次重覆使用。

LCD 玻璃奈米孔洞材料每公斤可處理 5 噸的電鍍廢水,吸附前為白色,吸附後隨不同金屬呈現不同顏色,且可多次重覆使用。
LCD 玻璃奈米孔洞材料每公斤可處理 5 噸的電鍍廢水,吸附前為白色,吸附後隨不同金屬呈現不同顏色,且可多次重覆使用。
彰濱工業區導入 產值估 1.2 億元

環保署資源回收管理基金管理會組長李志怡指出,將「LCD 玻璃奈米孔洞材料」應用在電鍍過程中進行重金屬廢水的分流處理,每日廢水處理量可達 50 公噸,重金屬去除率達 99.9%,且符合放流水的環保標準。未來擴大應用於彰濱工業區,每年不僅能去化 100 噸的廢棄面板,更可減少約 6,000 萬元的廢水處理費用。

導入此技術與未導入的電鍍廠相比,節水量達 30 公噸,重金屬汙泥量可減少三分之一,若以彰濱金屬表面專區一期與二期兩個廠區合併計算,未來可望開拓 1.2 億元以上的產值。李志怡表示,「這是臺灣開創循環經濟的重要里程碑,不僅水資源達成再利用、面板玻璃也達成回收高值化;以廢棄物處理廢棄物,充份體現循環經濟的精神。」

吉祥電鍍公司董事長林振東談起導入此項技術的契機,「數年前,我向產業公會求救,提出電鍍製程的廢水處理困境,得到工研院的全力奧援,」他回憶,當時工研院大隊人馬來到廠內,共同研究如何將「LCD 玻璃奈米孔洞材料」導入廢水處理。最初先小規模試行,一開始每 10 分鐘就必須清理濾水系統、後來慢慢進展至 1 小時、1 天甚至 1 週。「研發團隊千里迢迢地將廢水運回新竹研究,能有今天有這樣的成果,我十分感謝工研院團隊,如今開發出的第五代技術,處理電鍍廢水既輕鬆又環保。」

電鍍業者省水兼省成本

林振東指出,採用這項技術,與過去相比,可減少 3 到 5 成的用水量,且不必再加入化學劑、沒有汙泥產生。以往 1 公斤的汙泥處理費將近 20 元,且傳統汙水處理設備動輒千萬元,相關的感測器和加料機都須定期修理或汰換。林振東說,各種費用換算下來,至少節省了 70% 至 80% 成本,最重要的是替電鍍業者解決了最頭痛的廢水及汙泥問題;「這不止是雙贏、而是業者、政府、環境的多贏,我希望可以大力推廣,惠及其他業者。」

對彰濱工業區而言,此項技術也是兼顧經濟發展與環境永續的解決方案。工業局工業區環境保護中心副執行長洪清水點出,工業區環保中心的本職,以往以資產管理及技術提升為主,近年則擴大至永續發展。彰濱工業區的金屬表面專區,每年產生汙泥量高達 3,000 噸,處理費用將近 6,000 萬元,是令工業區環保中心頗為困擾的環境與經濟效益問題。

洪清水表示,在得知環保署與工研院合作的「LCD 玻璃奈米孔洞材料」技術後,工業區環保中心即促請彰濱工業區服務中心與工研院、環保署三方簽定合作備忘錄,正式於彰濱工業區的金屬表面專區試行,透過廠商的源頭管制,減少汙泥的產出量。「如今驗證有了成果,未來希望持續推廣,若電鍍專區的其他廠商也加以採用,其經濟與環保效益將不可限量。」

顏旭明補充,在水資源愈來愈稀缺的時代,環保署與工研院合作開發的「LCD 玻璃奈米孔洞材料」,能節省大量用水,同時也將面板廢棄物高值化、再利用。「未來將持續與工研院攜手,透過科技創新,在各個領域落實循環經濟,打造兼顧經濟與環境的零廢棄時代,達成真正的綠色家園。」

採用工研院的技術可減少 3 到 5 成的用水量,換算下來至少節省了 70% 至 80% 成本,最重要的是替電鍍業者解決了最頭痛的廢水及汙泥問題。
採用工研院的技術可減少 3 到 5 成的用水量,換算下來至少節省了 70% 至 80% 成本,最重要的是替電鍍業者解決了最頭痛的廢水及汙泥問題。

 

轉載自《工業技術與資訊》月刊第 352 期 2021 年 6 月號,未經授權不得轉載。


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《工業技術與資訊》月刊,現為工研院發行之全院性對外出版品,刊物發行於1991年,目前每期發行數量約為6,000份;對象含括全國具研發單位的中小企業、立法委員、政府官員、媒體等。

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