二氧化碳的固定方法与流程

1.本发明涉及二氧化碳的固定方法。


背景技术：

2.近年来，随着大气中的二氧化碳浓度的上升，全球变暖成为问题，用于回收大气中的二氧化碳的技术开发进行。作为这样的技术，已知有二氧化碳分离回收储存(carbon dioxide capture and storage，ccs)和石油增进回收法(enhanced oil recovery，eor(例如参照专利文献1)。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2019－115888号公报


技术实现要素：

6.发明所要解决的问题
7.附带一句，为了固定大气中的二氧化碳，重要的是使大量的二氧化碳可固定、成本低廉，可半永久性地固定二氧化碳。本发明人等，从这样的观点出发，研究通过使地球上大量存在的无机材料与二氧化碳反应，将其转换成难溶性的碳酸盐的固体，从而将二氧化碳大量且廉价地固定。这一技术思想至少在专利文献1中没有记述。
8.鉴于上述情况，本发明的至少1个实施方式，其目的在于，提供一种能够大量且廉价地固定二氧化碳的二氧化碳固定方法。
9.解决问题的手段
10.为了达成上述目的，本发明的二氧化碳的固定方法包括如下步骤：准备含有钙的含钙物质的步骤；准备钙提取物质的步骤，所述钙提取物质通过与所述含钙物质的反应从所述含钙物质中提取钙离子而生成含钙中间体；通过将所述含钙物质与所述钙提取物质进行混合，生成包含所述含钙中间体的凝胶的步骤；向包含所述含钙中间体的凝胶供给氨或苛性钠等碱性物质和二氧化碳，使难溶性的碳酸钙析出的步骤；除去析出的碳酸钙的步骤。
11.发明的效果
12.根据本发明的二氧化碳的固定方法，借助含钙物质与钙提取物质的反应，使含钙中间体生成，通过含钙中间体与碱性物质和二氧化碳的反应，使难溶性的碳酸钙析出，二氧化碳作为碳酸钙被固定，因此能够大量且廉价地，并半永久性地固定二氧化碳。
附图说明
13.图1是表示本发明的一个实施方式的二氧化碳固定方法的概要的流程图。
14.图2是表示本发明的另一实施方式的二氧化碳固定方法的概要的流程图。
15.图3是用于说明本发明的二氧化碳的固定方法的实施例1的图。
具体实施方式
16.以下，对于本发明的实施方式的二氧化碳的固定方法，基于附图进行说明。该实施方式表示本发明的一个方式，并不限定本发明，可以在本发明的技术思想的范围内任意变更。
17.＜本发明的二氧化碳固定方法的概要＞
18.图1中显示本发明的一个实施方式的二氧化碳固定方法的概要。首先，准备含钙物质(步骤s1)，并且准备钙提取物质(步骤s2)。还有，步骤s1和步骤s2的顺序不限定于此，也可以将准备钙提取物质作为步骤s1，并将准备含钙物质作为步骤s2。
19.在此，含钙物质是含有钙的难溶性或可溶性的钙盐。作为这样的含钙物质，可列举硅灰石(硅酸钙(casio3)、磷矿石(磷酸钙(ca3(po4)2))、石膏(硫酸钙二水合物(caso4·
2h2o))等。石膏在由开采的磷矿石制造磷酸时生成，但石膏的大部分通常被填埋处理。若被填埋的石膏中溶出残留酸性水，则形成酸性湖而发生环境问题。针对于此，若将石膏作为含钙物质加以利用，则通过后述的操作，除了能够固定二氧化碳以外，也可以解决上述环境问题。
20.另外，所谓钙提取物质，是通过与含钙物质的反应从含钙物质中提取钙离子而生成含钙中间体的物质。作为这样的钙提取物质，能够列举具有直链状或环状的碳链的羧酸或羧酸盐、含羧基的蛋白质、果胶等。作为钙提取物质，也可以同时使用其中几个。另外，作为促进钙的提取的物质，也可以并用含氮原子和羧基的螯合剂。
21.例如，羧酸和羧酸盐分别表示为化学式r－cooh和r－coox，r是直链状或环状的碳链，x可列举铵离子(nh
4
)、钠离子(na

)、钾离子(k

)等。作为这样的羧酸，能够使用藻酸，作为这样的羧酸盐，能够使用藻酸铵(algnh4)。还有，r中除了碳原子和氢原子以外，也可以包括氧原子、氮原子、硫原子和磷原子等。另外，作为含氮原子和羧基的螯合剂，能够使用乙二胺四乙酸(edta)、n-羟乙基乙二胺三乙酸(hedta)、二亚乙基三胺五乙酸(dtpa)、氨三乙酸(nta)等。
22.在步骤s1和步骤s2之后，通过混合含钙物质和钙提取物质(步骤s3)，使含钙物质与钙提取物质反应。例如，石膏与藻酸铵的反应，如以下反应式(1)。
23.caso4·
2h2o 2algnh424.→
alg2ca (nh4)2so4 2h2o
…
(1)
25.这种情况下的含钙中间体是藻酸钙(alg2ca)，以凝胶的形态被取得。
26.接着在步骤s4中，向包含着含钙中间体的凝胶供给氨和二氧化碳。由此，通过含钙中间体与氨和二氧化碳反应，碳酸钙析出。即，所供给的二氧化碳作为碳酸钙被固定。经过滤等除去析出的碳酸钙(步骤s5)，由此，能够将固定后的二氧化碳作为碳酸钙利用。还有，二氧化碳的供给源没有特别限定，例如，可以使用从任意的工厂燃烧装置中排出的燃烧废气中回收的二氧化碳。
27.如此，通过含钙物质与钙提取物质的反应，使含钙中间体生成，通过含钙中间体与氨和二氧化碳的反应，使难溶性的碳酸钙析出，二氧化碳作为碳酸钙被固定，因此能够大量且廉价地，并半永久性地固定二氧化碳。
28.图2中显示本发明的另一实施方式的二氧化碳固定方法的概要。从步骤s1到步骤s3的操作，与图1的实施方式相同。在该实施方式中，步骤s4中供给的二氧化碳从大气中回
收(步骤s10)。从大气中回收二氧化碳的方法没有特别限定，例如可以使用直接空气回收(direct air capture，dac)设备。通过供给从大气中回收的二氧化碳，能够将大气中的二氧化碳大量且廉价地，并半永久性地固定。
29.在步骤s10之后，通过与图1的实施方式相同的方式进行步骤s4和步骤s5。为了将在步骤s5中除去了碳酸钙的剩余物质作为钙提取物质再利用，可以返回步骤s2。还有，将在步骤s5中除去了碳酸钙的剩余物质作为钙提取物质进行再利用的操作，也能够适用于图1的实施方式。通过再利用钙提取物质，能够减少钙提取物质的消耗量，因此能够降低二氧化碳固定方法的成本。
30.还有，在图1和2所示的二氧化碳固定方法的步骤s4中，也可以供给任意的碱性物质，例如苛性钠等来代替氨。
31.＜本发明的二氧化碳固定方法的实施例＞
32.(实施例1)
33.基于图3说明实施例1的二氧化碳的固定方法。在实施例1中，作为含钙物质使用石膏(caso4·
2h2o)，作为钙提取物质使用藻酸铵(algnh4)。
34.1)使0.42g(caso4为0.0012mol)的石膏溶解于纯水100ml后，添加0.8质量％的藻酸铵溶液50ml(algnh4为0.0019mol)，从而生成作为凝胶状的含钙中间体的藻酸钙(alg2ca)和硫酸铵((nh4)2so4)。硫酸铵为水溶液的形态。
35.2)由该反应得到的硫酸铵，例如能够作为用于制造肥料的原料使用。
36.3)向凝胶状的藻酸钙供给氨水溶液10ml(氨为0.15mol)。由此，发生由以下反应式(2)表示的反应。还有，替代氨水溶液也可以供给氨气。
37.alg2ca 2nh3 2h2o
→
ca(oh)2 2algnh4…
(2)
38.4)通过反应式(2)的反应，氢氧化钙(ca(oh)2)和藻酸铵溶解于水溶液中。向该水溶液供给二氧化碳气体4小时。通过二氧化碳气体的供给，发生由以下反应式(3)表示的反应，从供给二氧化碳气体起经过1个小时左右时，确认到白色沉淀物。
39.ca(oh)2 co2→
caco3 h2o
…
(3)
40.5)二氧化碳气体的供给停止后，由过滤等分离白色沉淀物时，白色沉淀物的质量为0.13g。通过x射线衍射法(xrd)分析该白色沉淀物时，确认为0.001mol的碳酸钙。由此结果可确认，所使用的石膏中的钙之中，能够以大约以85％这样高的收率转换成碳酸钙。即，将被固定的二氧化碳作为碳酸钙回收。回收后的碳酸钙能够作为建材利用。也可以对于碳酸钙进行填埋处理，但这种情况下，因为酸性湖的形成得到抑制，所以也解决了酸性湖形成这一环境问题。
41.6)通过析出的碳酸钙的分离，可得到藻酸铵的水溶液。该藻酸铵的水溶液，能够作为上述1)的藻酸铵水溶液的一部分使用。
42.在实施例1中，通过供给藻酸铵，能够生成凝胶状的藻酸钙而抑制其他金属的污染，因此能够抑制杂质的析出，提高经过滤所得到的碳酸钙的纯度。
43.上述各实施方式所述的内容，例如由以下方式把握。
44.[1]一种方式的二氧化碳的固定方法，其中，包括如下步骤：
[0045]
准备含有钙的含钙物质的步骤；
[0046]
准备钙提取物质的步骤，所述钙提取物质通过与所述含钙物质的反应从所述含钙
物质中提取钙离子而生成含钙中间体；
[0047]
通过混合所述含钙物质与所述钙提取物质，生成包含所述含钙中间体的凝胶的步骤；
[0048]
向包含所述含钙中间体的凝胶供给碱性物质和二氧化碳而使难溶性的碳酸钙析出的步骤；
[0049]
除去析出的碳酸钙的步骤。
[0050]
根据本发明的二氧化碳的固定方法，通过含钙物质与钙提取物质的反应，使含钙中间体生成，通过含钙中间体与碱性物质和二氧化碳的反应，使难溶性的碳酸钙析出，二氧化碳作为碳酸钙被固定，因此，能够大量且廉价地，并半永久性地固定二氧化碳。
[0051]
[2]另一方式的二氧化碳的固定方法，是在[1]所述的二氧化碳的固定方法中，
[0052]
除去了碳酸钙的剩余物质作为所述钙提取物质的水溶液被再利用。
[0053]
根据这样的构成，能够再利用钙提取物质，因此能够降低钙提取物质的消耗量，能够削减二氧化碳固定方法的成本。另外，除去的碳酸钙也能够利用于各种用途。
[0054]
[3]另一方式的二氧化碳的固定方法，是在[1]或[2]所述的二氧化碳的固定方法中，
[0055]
还包括回收大气中的二氧化碳的步骤，
[0056]
将从大气中回收的二氧化碳，供给到包含所述含钙中间体的凝胶中。
[0057]
根据这样的构成，能够大量且廉价地，并半永久性地固定大气中的二氧化碳。
[0058]
[4]另一方式的二氧化碳的固定方法，是在[1]～[3]中任一项所述的二氧化碳的固定方法中，
[0059]
所述钙提取物质，是具有直链状或环状的碳链的羧酸或羧酸盐、含羧基的蛋白质、果胶之中的至少1个。另外，出于促进钙的提取的目的，也可以并用含氮原子和羧基的螯合剂。
[0060]
根据这样的构成，钙提取物质从含钙物质中提取钙离子，生成含钙中间体，由此能够向包含着含钙中间体的凝胶供给碱性物质和二氧化碳而使难溶性的碳酸钙析出，因此能够大量且廉价地，并半永久性地固定大气中的二氧化碳。
[0061]
[5]另一方式的二氧化碳的固定方法，是在[1]～[4]中任一项所述的二氧化碳的固定方法中，
[0062]
所述含钙物质是石膏、硅灰石、磷矿石。
[0063]
由所开采的磷矿石制造磷酸时也生成石膏，但石膏的大部分被填埋处理。若在被填埋的石膏中溶出残留酸性水，则形成酸性湖而发生环境问题。相对于此，如果将石膏作为含钙物质加以利用，则除了固定二氧化碳的以外，也可以解决上述环境问题。