電鍍產生的金屬廢水，過去數十年都只能用傳統的化學混凝法，不僅流程繁瑣，成本也高又耗能。工研院瞄準產業痛點，全球首創新材料「NaPoGlass」，打造具奈米孔洞的玻璃材料，可高效吸附廢水中的金屬離子，兼具碳排低、無汙染特色，廢水、金屬和孔洞材料皆可循環使用，榮獲2025愛迪生獎金牌獎肯定。
看似遙遠的金屬電鍍，其實與生活息息相關，隨處可見的水龍頭、五金、螺絲、手機、汽車零件，甚至半導體產業，全都離不開金屬電鍍或表面處理。然而，製程加工後的金屬廢水該如何處理？
過去業界行之有年的處理方式是化學混凝法，工研院材料與化工研究所組長洪煥毅解釋，此法是在廢水中加入化學藥劑，將水中的金屬沉降下來，但這會形成金屬汙泥，又是一個新的汙染產生，僅需在經過要汙泥烘乾、固化掩埋等二次處理，成本高又耗能，水資源與金屬也無法再利用。
工研院研發新材料「NaPoGlass」，將LCD廢玻璃轉製為具有獨特結構的奈米孔洞材料，洪煥毅表示「我們的技術可以將密密麻麻的10至20奈米大小的孔洞布滿在玻璃材料之中，若把所有孔洞攤開來，光是1克的NaPoGlass，表面積就有200平方公尺，相當於半個籃球場」，因此吸附效果極佳，可完全將廢水中的金屬離子幾乎100％的吸附，碳排低且無汙染物產生，廢水、金屬和孔洞材料還能循環使用。
這套NaPoGlass系統就像家用濾水器的管柱，由4根管柱組成，總重約400公斤，大約可處理3,000噸的金屬廢水，可以吸附約80公斤的金屬離子。被吸附的金屬離子可再脫附出來，呈現純金屬狀態，就可以冶煉或二次使用；而過濾後的水就像自來水，無需二次處理，可直接回收使用或排放，不會造成環境汙染。
而NaPoGlass本身材料可重複使用10至20次，不管是水、金屬或孔洞材料，「全都體現循環經濟的精神，從搖籃到搖籃，所有材料一直在這個循環裡面。」
無心插柳發現新材料 讓廢物變黃金
談及研發起源，洪煥毅笑言是無心插柳。約在20多年前，團隊在研發玻璃相關技術時，偶然發現在加入特定的造孔劑配方和溫度控制下，玻璃會形成表面積非常大的特殊奈米孔洞結構，非常適合拿來吸附物質。
同時，工研院另一個團隊在研發水科技相關技術，處裡業界廢水經驗豐富，卻獨缺金屬廢水處理的創新技術，而NaPoGlass材料就是業界最需要的技術，於是在7、8年前便開始將這個特殊的奈米孔洞結構，應用在處理金屬廢水上。
然而，玻璃雖有孔洞，要真正吸附金屬離子，還得經過「改造」才行。洪煥毅表示，金屬大多帶正電，團隊便透過製程讓孔洞帶負電，透過正負相吸的原理，金屬離子便能輕易被孔洞吸附，目前針對金屬廢水中常見的銅、鎳、鋅、鉻、鈷、鉛等金屬，全都能無痛吸附。
NaPoGlass不僅低碳環保，目前主要的製造材料更是來自廢玻璃。臺灣是LCD製造大國，相對每年產生約6,000至1萬噸廢玻璃，正好可作為NaPoGlass的主材料之一，提升廢玻璃的價值，也落實資源再利用。此外，玻璃本身具有高硬度、耐酸鹼的特性，「可用在各種不同廢水的處理上，酸的可以承受，鹼的也可以承受。」
相比傳統的化學混凝法，NaPoGlass還具備占地空間小的優勢。傳統化學混凝桶槽至少需要10坪左右的空間，但一套NaPoGlass只需2坪即可安置，對業者來說，空間使用更有效率。
找出最佳配方參數 挺過量產關卡
洪煥毅坦言，研發過程最艱難的挑戰就是量產到足夠商業應用。過去的造孔劑配方和參數控制條件，在實驗室小量階段也許沒問題，但進入量產階段，「每個參數調整都不一樣，控制不好的話，製作出來的材料根本不能用。」團隊花了很多時間尋找最佳配方參數，從一天只能量產5公斤，到現在一天已能量產300公斤，最終成功推向實際應用場域。目前臺灣已有10多家業者採用NaPoGlass，累計完成水循環1萬公噸，回收金屬500公斤，並減少100公噸碳排放；未來若全臺相關廠商都採用NaPoGlass的話，每年更可消化高達600噸廢玻璃。
NaPoGlass吸附的金屬離子經脫附後，後續再應用的商機也很大。洪煥毅指出，金屬本就具備抗菌、除臭功能，比如銅離子本身就是天然的抗菌劑，將這些金屬離子的NaPoGlass添加在不同材料上，就能成為很好的抗菌、除臭用品；此外運用孔洞材料極佳的吸附功能，也能製成吸濕用品，目前工研院便已開發抗菌除臭鞋墊、空氣濾網、廚房防霉噴罐、調濕壁磚等相關產品，進一步發揮材料價值。
臺灣金屬加工需求大，更有專屬的產業聚落，堪稱隱形冠軍，比起其他國家，臺灣對於處理金屬廢水的需求更大。NaPoGlass技術的出現，不僅提供更有效率、低碳的廢水處理方式，更讓廢玻璃變黃金，實現資源循環再利用，真正落實綠色科技與永續發展。
（本文由工業技術與資訊授權轉載）
