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CN116669836A - 水溶性气体的结合、输送、反应活化、转化、储存和释放的方法 - Google Patents

水溶性气体的结合、输送、反应活化、转化、储存和释放的方法 Download PDF

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CN116669836A CN202180060246.6A CN202180060246A CN116669836A CN 116669836 A CN116669836 A CN 116669836A CN 202180060246 A CN202180060246 A CN 202180060246A CN 116669836 A CN116669836 A CN 116669836A
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Abstract

本发明涉及在水性介质中选择性结合、选择性膜输送和储存二氧化碳(CO2)的方法。本发明的方法包括：提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液，使其与含有二氧化碳的气体接触以结合受体溶液中的二氧化碳。由此获得的含有结合的二氧化碳的受体溶液可用于将二氧化碳储存在水性介质中，用于再次释放二氧化碳，和用于电化学工艺例如电渗析中，以选择性将结合二氧化碳输送通过分离膜进入水性介质中。本发明还涉及从含有结合的二氧化碳的受体溶液开始制备碳酸盐。

Description

水溶性气体的结合、输送、反应活化、转化、储存和释放的方法
发明领域
本发明涉及在水性介质中选择性结合、选择性膜输送和储存二氧化碳(CO2)的方法。本发明的方法包括提供一种含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液，使该溶液与含二氧化碳的气体接触以结合受体溶液中的二氧化碳。由此获得的含有结合二氧化碳的受体溶液可用于在水性介质中储存二氧化碳，用于再释放二氧化碳，并用于电化学方法如电渗析中，以选择性地将结合的二氧化碳通过分离膜输送至水性介质中。本发明还涉及从含有结合的二氧化碳的受体溶液开始制备碳酸盐和碳酸氢盐。
现有技术
气态元素或元素分子或气态分子化合物通常是化学合成受欢迎的原料。因此，试图获得纯形式的这些元素或元素分子或化合物，这通常需要大量的技术成本或能量输入。在现有技术中，通过使用分离膜的分离回收工业气体的方法是已知的。在空气混合物的情况下，通常存在非常低浓度的待分离的气态元素或元素分子或气态分子化合物。尤其是如果所涉及的元素或元素分子或气态分子化合物在其物理化学性质方面彼此仅略微不同，则分离效率通常不在所希望的范围内。
在气态元素或元素分子或气态分子化合物可以被吸收在液体中的情况下，可以分离不能被吸收/溶解在液体中或仅在很小程度上被吸收/溶解在液体中的气态元素或元素分子或气态分子化合物。如果气态元素或元素分子或气态分子化合物在水性介质中导致水分子的解离，并形成气态元素或元素分子或气态化合物的水溶性化合物，例如酸形式，则情况尤其如此。例如，碳和氧或硫和氧的气态化合物，如二氧化碳(CO2)或二氧化硫(SO2)就是这种情况，其中例如在水性介质中形成低浓度的碳酸或硫酸。这些气体分子化合物，例如二氧化碳(CO2)或二氧化硫(SO2)，导致在水性介质中水分子离解并形成水溶性酸形式，在现有技术中它们也被称为酸性气体。离子或可离子化的化合物，例如盐，可以与液体分离或从液体中分离。为了从水性介质中分离，现有技术中已知例如借助合适的膜的电渗析的方法。电渗析是一种分离盐溶液中离子的方法。盐、酸和碱的脱盐、分离和浓缩是电渗析方法的可能应用。通过经由阳极和阴极施加的电场以及经由离子交换膜或半渗透、离子选择性膜实现必要的离子分离。因此，电渗析是电化学驱动的膜方法，其中离子交换膜与电势差结合使用，以从例如不带电的溶剂或杂质中分离离子化合物。例如这样的电渗析装置是现有技术已知的，其由布置在两个电极之间的阴离子和阳离子交换膜的交替布置组成，并且其中外部连接的电极与在膜上进行的方法分离，并且在单独的室中被电解分解的导电电极水溶液包围。在阴极产生氢气，在阳极产生氧气。问题在于，如果溶解在液体中的与水接触时与水化学反应的水溶性气体或气态化合物如碳酸或二氧化硫的浓度仅非常低，则电渗析电化学方法中的电泳分离性能有限，并且由于在电渗析过程中同时发生的水分子电解而导致能量损失。此外，通常存在的问题是，吸收介质(即待分离的化合物或其与水的反应产物在其中浓缩的介质)也必须是水基的，以便建立导电性，并且分离的化合物或其与水的反应产物必须首先返回到气态供使用。因此，在现有技术中没有这样的方法，其中气体或气态化合物首先溶解在水性介质中，然后选择性地输送到另一水性介质(吸收介质)中，以便将其作为气相回收或能够将其再次作为气体或气态化合物释放。
从沼气中纯化硫和二氧化碳的一种众所周知的方法是所谓的加压水洗。在加压水洗中，水和粗沼气在吸收器中利用逆流原理在压力下被净化，由此待分离的气体和所含的甲烷的一小部分溶解在洗涤溶液中。然而，随后的例如CO2的材料利用对于加压水洗是不可能的。
另一种众所周知的用于在天然气加工中从气体混合物中分离二氧化碳、硫化氢和其它酸性气体的方法是所谓的胺洗。在胺洗中，使用胺如二乙醇胺和单乙醇胺，以及甲基二乙醇胺、二异丙胺、二异丙醇胺和二甘醇胺的弱碱性水溶液，其可以可逆地化学吸收酸性气体组分(化学吸附)。待纯化的气体通常在大约8巴压力和大约40℃的温度下引入胺水溶液中。当CO2被吸收在胺/水混合物中时，CO2首先溶解在水中并形成碳酸。形成的碳酸最初分解成H+和HCO3 -离子。然后这些可与胺反应，以便吸收的CO2化学可逆结合，形成可再溶解在解吸器中的氨基甲酸酯。在解吸器中，化学平衡在高温和低压下逆转，并由此从胺溶液中除去和释放结合的酸性气体。然而，胺洗具有特定的缺点，即在该方法中使用的胺对健康有害，并且被认为是工作场所相关癌症的第三大主要原因。
因此，非常需要一种方法，其中一方面，气态元素或元素分子或气态化合物，特别是二氧化碳，溶解或吸收在含水液体中，并成为离子化或可离子化状态，然后通过扩散或电泳工艺步骤被引导穿过分离膜，并转移到另外的水性介质(吸收介质)中，由此气体和/或分离的化合物的反应性化合物存在于水性介质中，该化合物与另一元素或元素分子或化合物反应或作为气体从水性介质中释放并分离。优选地，应以使得待分离的化合物的能量有效输送成为可能的方式增加气态元素或元素分子或气态化合物的溶解度和可电离度。
因此，本发明的任务是提供一种新的方法，用于在水性介质中结合或吸收并随后储存气态元素或元素分子或气态化合物，尤其是酸性气体，特别是二氧化碳(CO2)，以及回收纯气态元素或元素分子或气态化合物，尤其是二氧化碳(CO2)。因此，本发明的任务涉及提供用于溶解/结合/输送/反应活化/化学转化以及选择性释放可溶于水的气态化合物、特别是二氧化碳的方法。
根据本发明，该任务通过独立权利要求的技术教导来解决。本发明的其它有利实施方案由从属权利要求、说明书、附图以及实施例产生。
发明描述
令人惊奇的是，发现通过提供其中含有有机受体化合物的水性受体介质解决了该任务，所述有机受体化合物具有至少一个脒基和/或胍基并且同时具有亲水性。已经发现，由此可以实现水溶性气态化合物的溶解/结合/输送/反应活化/化学转化以及选择性释放。在本文中，水溶性是指气态物质/气态化合物在与水接触时与水化学反应，例如形成酸酐或酸。然后它作为有机或无机酸存在于水中，或者在水中解离后作为相应的阴离子存在于水中。
当气态化合物与水接触时，可形成水溶性反应产物。在二氧化碳的情况下，与水的反应导致形成碳酸氢盐(HCO3 -)和碳酸盐(CO3 2-)，它们在下文中也被称为二氧化碳衍生物。
在现有技术中已知，通过使用碱性溶液可以增加与水反应形成水溶性衍生物的气态元素或元素分子或气态化合物在水中的溶解度。这特别适用于酸性气体，例如二氧化碳或二氧化硫。
在现有技术中，为了制备碱性溶液，使用碱金属和碱土金属的碱溶液，例如氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液。使用这些化合物在水性介质中溶解和吸收气态化合物，在二氧化碳存在下导致形成碳酸盐或碳酸氢盐(碳酸的盐)并且这些作为固体沉淀，例如碳酸钙，其实际上不溶于水。如果要以纯的气态回收已经进入水溶液的气态化合物，则这是不希望的。
从现有技术中还已知，含有叔或季氮化合物并且适于在水性介质中形成碱性环境的化合物，例如氨，也改进了气体和气态化合物在水性介质中的溶解度。其缺点是现有技术中存在的叔或季氮化合物在水溶液中在直流电场中会动电输送到阴极。因此，它们不适合进行电泳分离，例如在电化学过程如电渗析中。
令人惊奇的是，已经发现，通过使用溶解在水性受体介质中的碱性氨基酸可以增强气体/气态化合物与水的反应，这导致形成气体/气态化合物的水溶性化合物。如本文所用，碱性氨基酸定义为在氨基酸残基(侧链)中具有带自由电子对的氨基或N原子的氨基酸。如果这些N原子接受质子，则形成带正电荷的侧链。氨基酸组氨酸、赖氨酸和精氨酸属于碱性氨基酸。根据本发明，优选的是带有至少一个胍基和/或脒基的碱性氨基酸，例如精氨酸。当使用具有至少一个胍基和/或脒基且易溶于水性介质并接受或能够接受质子的氨基酸水溶液(这些氨基酸在水溶液中以离解形式存在以及通过将其溶解于水中而建立碱性pH)时，据证明如果气体或气体混合物与这种受体溶液接触，则在这种溶液中会发生气态二氧化碳的非常快速的吸收。还发现每个胍基或脒基上各自结合有一个碳酸氢根阴离子或碳酸根阴离子。令人惊奇的是，当溶液的pH＞8时，结合的碳酸氢根阴离子或碳酸根阴离子的解离速率非常低，从而使得为了结合碳酸根/碳酸氢根阴离子，不需要用由二氧化碳组成或含有二氧化碳的气体对水性受体介质加压以保证快速和完全结合在碱性溶液中形成的碳酸根/碳酸氢根阴离子。因此，一方面，可通过具有一个或多个游离胍基和/或脒基的水溶性化合物实现二氧化碳在水性介质中的很好的溶解或吸收，同时确保碳酸根/碳酸氢根阴离子与游离胍基/脒基的非常稳定的结合。可以表明，根据本发明的受体介质的这些性质也可以用于溶解和结合其它有机和无机的气体/气态化合物，例如硫化氢或氯气。这样，可以显著提高可溶于水并与其反应形成水溶性化合物的气体/气体混合物的吸收能力。特别地，在带有一个或多个游离胍基和/或脒基的水溶性化合物存在下，水中二氧化碳的吸收能力可显著提高。因此，在水性介质中的吸收，与水的反应以及二氧化碳及其衍生物在水中的结合得以提高或加速。
因此，发现含有至少一个游离胍基和/或脒基的化合物对二氧化碳及其在水中的衍生物(碳酸根/碳酸氢根阴离子)具有促进反应和结合的性质。二氧化碳或其在水中的衍生物与具有至少一个游离胍基和/或脒基的化合物之间形成的物理化学相互作用能够赋予带有至少一个游离胍基和/或脒基的化合物以实现溶解和结合、以及反应促进和化学转化以及还有使二氧化碳或其衍生物储存在水中的受体性质。因此，具有游离胍基和/或脒基的化合物在下文中称为受体化合物，而其中存在至少一种具有至少一个游离胍基和/或脒基的化合物的介质在下文中称为受体介质。
因此，其中存在至少一种具有至少一个游离胍基和/或脒基的化合物且其以溶解形式存在的水溶液可用于提供受体溶液。
在此优选的是这样一种方法，其中气态化合物在水性受体介质，即受体溶液中的溶解度增加。在此特别优选的是其中气态化合物是二氧化碳的方法。根据本发明，提供一种水性受体介质，即含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的受体溶液，其具有增加气态化合物，特别是二氧化碳的溶解度的技术效果。术语“溶解度”在此上下文中是指与水接触时与水化学反应的水溶性气体的溶解，例如当溶解在水中时形成酸或弱酸的酸性气体。
优选这样一种方法，其中提供含有至少一种具有至少一个游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液，并使其与气体或气体混合物接触。因此，本发明更具体地涉及一种方法，其中提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液，并使该水性受体溶液与含二氧化碳的气体或气体混合物接触以结合来自该气体或气体混合物的二氧化碳。
优选这样一种方法，其中使水性受体介质即受体溶液与含有至少一种溶解于水中以形成酸和/或阴离子的气态成分的气体/气体混合物彼此接触，其中所述至少一种溶解于水中以形成酸和/或阴离子的气态化合物被存在于受体介质即受体溶液中的至少一种受体化合物结合。
优选的是一种提高在水中形成酸/阴离子化合物和/或以阴离子形式存在的气体，即酸性气体，在水性受体介质中的溶解度和将其结合的方法，所述水性受体介质中包含至少一种受体化合物，它是具有至少一个脒基和/或胍基的亲水性有机化合物。优选的方法中，在水性受体介质中的气态化合物与受体化合物阴离子结合。阴离子是指结合的气态化合物在受体溶液中离解，并以阴离子形式存在于水溶液中，受体化合物被质子化并形成抗衡离子。根据本发明，受体化合物具有可被质子化的游离的胍基和/或脒基，以提供阳离子作为受体溶液中气态化合物的阴离子的抗衡离子。
因此，本发明的方法至少包括以下步骤：
a)提供包含至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；以及
b)使包含二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触。
优选的是这样一种方法，其中在水性受体介质中存在至少一种具有至少一个脒基和/或胍基的亲水性有机化合物，以溶解、中和和结合与水接触时形成酸的气态化合物或以阴离子形式存在其中的气态化合物，和/或使该化合物与其它化合物接触并反应或选择性地以气体形式释放结合的气态化合物。优选的方法中，在水性受体介质中存在至少一种具有至少一个脒基和/或胍基的亲水性有机化合物，以溶解、中和和结合酸性气体，特别是二氧化碳。此外，可以使含有结合的酸性气体、特别是二氧化碳的水性受体介质与其它化合物接触，以将结合的酸性气体、特别是二氧化碳转化，例如在二氧化碳的情况下转化为不溶于水或难溶于水的碳酸盐或碳酸氢盐，或者选择性地作为气体、特别是气态二氧化碳释放结合的酸性气体、特别是二氧化碳。
因此，本发明涉及一种在水性介质中选择性结合和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；以及
c)储存来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液。
优选的实施方案包含步骤c)：
c)在大气压下储存来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液。
本发明优选涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤：
a)提供包含至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；以及
c)将步骤b)的受体溶液中结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中。
因此，或者，本发明涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤：
(a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；以及
c)将步骤b)的受体溶液中的碳酸根/碳酸氢根阴离子通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中。
本发明优选涉及一种用于在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤：
a)提供包含至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；以及
c)将步骤b)的受体溶液中结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中，
c2)从步骤c)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的吸收和释放介质中以气相释放二氧化碳。
因此，或者，本发明涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；以及
c)将步骤b)的受体溶液中的碳酸根/碳酸氢根阴离子通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中。
c2)从步骤c)的含有碳酸根/碳酸氢根阴离子的吸收和释放介质中以气相释放二氧化碳。
本发明优选涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；以及
c)使步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液与反应化合物接触。
本发明优选涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；以及
c)将步骤b)的受体溶液中结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中；以及
d2)将反应化合物加入到来自步骤c)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的吸收和释放介质中。
因此，或者，本发明涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；以及
c)将步骤b)的受体溶液中的碳酸根/碳酸氢根阴离子通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中。
d2)将反应化合物加入到来自步骤c)的含有碳酸根/碳酸氢根阴离子的吸收和释放介质中。
本发明优选涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；以及
c)将步骤b)的受体溶液中结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中；或
储存来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液。
因此，或者，本发明涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；以及
c)储存来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液；和/或
将步骤b)的受体溶液中结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中。
因此，本发明优选涉及在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；
c)将步骤b)的受体溶液中结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中；或
储存来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液；以及
c2)从步骤c)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的吸收和释放介质中以气相释放二氧化碳；或
d2)将反应化合物加入到来自步骤c)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的吸收和释放介质中。
本发明优选涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；以及
c)储存来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液；和/或
将步骤b)的受体溶液中结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中；以及
c2)从步骤c)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的吸收和释放介质中以气相释放二氧化碳；或
d2)将反应化合物加入到来自步骤c)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的吸收和释放介质中。
优选的是一种将二氧化碳溶解在水性介质中以形成碳酸根/碳酸氢根阴离子的方法，其中同时在水性受体介质中稳定地物理化学结合所得的碳酸根/碳酸氢根阴离子。
优选的方法是，其中二氧化碳的溶解以及由此形成的碳酸根/碳酸氢根阴离子的结合是通过水性受体介质中的游离胍基和/或脒基或在水性受体介质中的游离胍基和/或脒基上实现的。
优选的方法是，其中水溶性受体化合物是带有游离胍基和/或脒基的化合物，当其溶解于水中时该化合物接受或能够接受至少一个质子。
优选的方法是，其中水溶性受体化合物是具有至少一个胍基和/或脒基且在水溶液中结合或能够结合至少一个质子的氨基酸。
优选的方法是，其中用于溶解二氧化碳以及用于结合和输送二氧化碳，或其在水中的衍生物以及由此形成的碳酸根/碳酸氢根阴离子的水溶性受体化合物是精氨酸和/或精氨酸衍生物。
因此，特别优选的是其中至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物是精氨酸衍生物或最优选精氨酸的方法。已经发现含有至少一种精氨酸衍生物或最优选精氨酸的受体溶液对于在水性介质中结合和储存二氧化碳特别有利和有效。
令人惊奇的是已经发现，使用本发明的方法可以从气体混合物中完全除去包含在气体混合物中的二氧化碳。
完全除去是指在使含有二氧化碳的气体混合物与受体溶液接触之后，在处理过的气体/气体混合物中二氧化碳的含量＜1ppm。
气体或气体混合物与水性受体介质的接触可以在现有技术中已知的各种方法实施方案中进行。例如，两相的接触可以通过将气相引入液相来实现，或者可以引导气相经过被液相润湿的表面。在一个优选的方法实施方案中，使用使气相和液相接触的方法，其在相之间产生非常大的界面。这些是诸如均化器/动态混合器的装置，但也可以是静态混合器，以及填充气体洗涤装置。
优选的是其中气体/气体混合物与受体介质接触的方法。
优选的方法是，其中通过气体/气体混合物与受体介质接触，使存在其中的一定比例的二氧化碳完全溶解在受体介质中并结合在其中。
优选的方法是，其中通过气体/气体混合物与受体介质接触，使存在其中的一定比例的二氧化碳和/或二氧化碳与水的反应产物完全被受体化合物结合。
优选的方法是其中在水性受体介质和含二氧化碳的气相之间产生大的界面。
特别地，游离胍基和/或脒基与碳酸根/碳酸氢根阴离子之间的稳定结合带来的巨大优势尤其在于，尽管受体介质中存在高浓度的溶解二氧化碳，但不会发生再解离成气态，使得不需要对受体介质加压来维持高浓度的溶解二氧化碳或其与水的反应产物。
优选的是其中在不对受体溶液加压的情况下进行二氧化碳及其衍生物的溶解和结合的方法。优选的是其中二氧化碳的溶解和结合在大气压下进行的方法。优选的是其中在没有超压的情况下进行二氧化碳的溶解和结合的方法。根据标准，海平面处的平均大气压(大气压)为101,325Pa＝101.325kPa＝1013.25hPa≈1巴。优选的是其中二氧化碳的溶解和结合在常压下进行的方法。优选的方法是在101.325kPa的常压下进行二氧化碳的溶解和结合。优选的是其中二氧化碳的溶解和结合在没有压力的情况下进行的方法。
根据本发明的方法的优选实施方案包括步骤b)：
b)使包含二氧化碳的气体与来自步骤a)的受体溶液接触，其中步骤b)中的接触在常压或大气压下进行。
根据本发明方法的优选实施方案包括步骤b)：
b)使包含二氧化碳的气体与来自步骤a)的受体溶液接触，其中步骤b)中的接触在常压下进行。
根据本发明方法的优选实施方案包括步骤b)：
b)使包含二氧化碳的气体与来自步骤a)的受体溶液接触，其中步骤b)中的接触在大气压下进行。
根据本发明方法的优选实施方案包括步骤b)：
b)使包含二氧化碳的气体与来自步骤a)的受体溶液接触，其中步骤b)中的接触在没有加压的情况下进行。
根据本发明方法的优选实施方案包括步骤b)：
b)使包含二氧化碳的气体与来自步骤a)的受体溶液接触，其中步骤b)中的接触在无压情况下进行。
在此，在常压下或在大气压下或在没有加压的情况下接触意指在常压下或在大气压下或在没有加压的情况下提供受体溶液。
本发明优选涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；和
c)将步骤b)的受体溶液中结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中；或
储存来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液，
其中步骤b)中的接触在大气压下和/或其中来自步骤c)的受体溶液储存在大气压下。优选的实施方案是其中步骤b)中的接触在大气压下进行；并且其中来自步骤c)的受体溶液储存在大气压下。
优选地，本发明涉及一种用于在水性介质中选择性地结合、输送和储存二氧化碳的方法，该方法包括以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；和
c)储存来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液；和/或
将步骤b)的受体溶液中结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中，
其中步骤b)中的接触在大气压下进行和/或其中来自步骤c)的受体溶液储存在大气压下。优选的实施方案是其中步骤b)中的接触在大气压下进行并且其中来自步骤c)的受体溶液储存在大气压下。
本发明的这个方面为进一步的方法实施方案带来了进一步的特别有利的效果。例如，可以在无压，即没有超压或者在大气压或常压下，将吸收在受体溶液中的二氧化碳或其与水的反应产物储存>6个月时间而没有损失。因此，含有结合的二氧化碳或其与水的反应产物的非腐蚀性受体溶液可以无危险地储存并在容器中输送。此处，所述输送表示将含有结合的二氧化碳的受体溶液运送到可输送容器中，例如大罐、容器或桶等。用于输送液体的合适的输送容器是本领域技术人员公知的。这里的无危险储存和输送不是指将含有结合的二氧化碳的受体溶液中的结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到含水的吸收和释放介质中。因此，将含有结合的二氧化碳的受体溶液中的结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中也可以在本文中称为膜输送。
优选的是其中在不加压受体溶液的情况下溶解和结合气态二氧化碳及其与水的反应产物的方法。优选的方法是在大气压力或常压下溶解和结合气态二氧化碳及其与水的反应产物。优选的方法是其中含二氧化碳的气体与受体溶液的接触是在无压情况下进行的。优选的方法是其中含二氧化碳的气体与受体溶液的接触在大气压下进行。
优选的方法是其中含有溶解的和结合的二氧化碳或其与水的反应产物的受体溶液的存储和/或输送(在输送容器中)在无压情况下进行。优选的是其中含有溶解和结合的二氧化碳或其与水的反应产物的受体溶液的储存和/或输送(在输送容器中)在大气压下进行的方法。
本发明优选地涉及一种用于在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，该方法包括以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；和
c)将来自步骤b)的含有结合的二氧化碳的受体溶液在储存容器和/或输送容器中储存和/或输送，
其中在本文中优选的是，步骤b)中的接触在大气压下进行和/或其中来自步骤c)的受体溶液在大气压下在储存容器和/或输送容器中储存和/或输送。此外，优选的实施方案是其中步骤b)中的接触在大气压下进行，并且其中来自步骤c)的受体溶液在大气压下在储存容器和/或输送容器中储存或输送。
本发明优选涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤:
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；和
c)将步骤b)的受体溶液中结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中；或
储存和/或输送来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液，
其中在本文中优选的是，步骤b)中的接触在大气压下进行和/或其中来自步骤c)的受体溶液在大气压下在储存容器和/或输送容器中储存和/或输送。进一步优选的是其中步骤b)中的接触在大气压下进行并且其中来自步骤c)的受体溶液在大气压下在储存容器和/或输送容器中储存或输送的实施方案。
本发明优选涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤:
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；和
c)储存和/或输送来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液；和/或
将步骤b)的受体溶液中结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中,
其中在本文中优选的是，步骤b)中的接触在大气压下进行和/或其中来自步骤c)的受体溶液在大气压下在储存容器和/或输送容器中储存或输送。进一步优选的是其中步骤b)中的接触在大气压下进行并且其中来自步骤c)的受体溶液在大气压下在储存容器和/或输送容器中储存或输送的实施方案。
然而，在对气体/气体混合物加压的同时使受体介质与含有二氧化碳的气体/气体混合物接触可以增加每单位时间溶解和结合的二氧化碳的量。
因此，在另一个优选的实施方案中，在允许加压的富集装置中用溶解的二氧化碳富集或饱和含有带有胍基和/或脒基的化合物的水性受体溶液。这能够促进富集或达到实现饱和的时刻。是否存在受体介质被二氧化碳饱和可以例如通过已经通过富集装置并离开的气体混合物中二氧化碳浓度的增加来辨别。令人惊讶地，已经发现，如果在水性受体介质中，相对于气体/气体混合物中的二氧化碳分子，存在过量的受体化合物的游离胍基和/或脒基，则当气相与受体介质接触足够长的时间时，二氧化碳完全或几乎完全耗尽。在本上下文中，“几乎完全”是指浓度/比例</＝100ppm。
在这方面，该方法涉及从气体/气体混合物中完全或几乎完全提取二氧化碳。
本发明优选涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤:
a)在允许加压的富集装置中提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触,其中步骤b)中的接触在加压下进行，优选直到受体溶液被二氧化碳饱和。
本发明优选涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤:
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；和
c)将步骤b)的受体溶液中结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中；或
储存来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液，
其中步骤a)的受体溶液在允许加压的富集装置中提供；和
步骤b)中的接触在加压下进行，优选直至受体溶液被二氧化碳饱和。
本发明优选涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤:
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；和
c)储存来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液；和/或
将步骤b)的受体溶液中结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中,
其中步骤a)的受体溶液在允许加压的富集装置中提供；
步骤b)中的接触在加压下进行，优选直至受体溶液被二氧化碳饱和。
优选的是这样一种方法，其中含有二氧化碳的气体/气体混合物与受体溶液接触，直到达到<100ppm的气体的二氧化碳浓度。
优选的是其中使含有二氧化碳的气体/气体混合物与受体溶液接触直至达到<100ppm的气体的二氧化碳浓度的方法，其中接触在压力下进行。
优选的是这样的方法，其中使含有二氧化碳的气体与受体溶液接触直到达到<100ppm的气体的二氧化碳浓度，其中相对于气体/气体混合物中存在的二氧化碳分子的数量，存在过量的受体化合物的游离胍基和/或脒基。
然而，如下所示，该方法也可用于转化经提取和结合的二氧化碳及其衍生物。为此，如果二氧化碳和/或二氧化碳衍生物在水中的浓度/含量尽可能高，则是有利的。因此，优选使受体介质与含有二氧化碳或由二氧化碳组成的气体/气体混合物接触，直到其中不再进行进一步的吸收，即直到受体介质被二氧化碳饱和。这可以例如通过在已经与受体介质接触的气体/气体混合物中二氧化碳的含量再次增加，例如增加到>100ppm的事实而确认。因此，受体介质的吸收能力耗尽并且受体介质被二氧化碳饱和。
优选的是一种用二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子饱和受体介质的方法，其中受体介质与气体/气体混合物接触，直到已经与受体介质接触的气体/气体混合物中的二氧化碳浓度增加到>100ppm。
优选的是用二氧化碳饱和的受体介质。在优选的实施方案中，在根据本发明的方法的步骤b)中获得用二氧化碳饱和的受体溶液。
在一个优选的实施方案中，在富集阶段(其中相对于大气压增加的压力已经用于气体/气体混合物对受体介质进气)之后，进行减压阶段，其中在大气压下或仅在略微增加或降低的压力下，完成溶解的气态化合物的脱气，所述溶解的气态化合物不打算被分离或可能干扰正在进行中的反应步骤，例如氮气或氧气或甲烷。令人惊讶地已经发现，二氧化碳或其与水的反应产物在水性受体介质用二氧化碳饱和后(哪怕这是在升高的压力下进行的)不会解吸或排气，即使当施加100mbar的负压时也不会。在一个优选的实施方案中，在水性受体介质与含有二氧化碳的气体/气体混合物接触之后(这在大气压或超压下进行)，从水性受体介质中除去不对应于二氧化碳的气态化合物是通过减压至大气压和/或向水性受体介质施加负压来实现的。在一个优选的实施方案中，通过减压或施加负压从水性受体介质中除去不对应于二氧化碳或其与水的反应产物的气体/气体组分。
在该实施方案中，二氧化碳的选择性分离优选在减压阶段之后进行。优选的是这样的方法，其中气体/气体混合物与水性受体介质的接触在大气压或提高的压力下进行，并且其中不对应于二氧化碳的气体/气体组分随后在减压阶段中逸出或被提取，所述减压阶段在大气压或负压下进行。
本发明优选涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤:
a)在允许加压的富集装置中提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使包含二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触，其中步骤b)中的接触在加压下进行，优选直到受体溶液被二氧化碳饱和；和
b')在大气压下或在减压下使来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液减压。
或者，本发明因此涉及一种用于在水性介质中选择性地结合和储存二氧化碳的方法，该方法包括以下步骤：
a)在允许加压的富集装置中提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使包含二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液在加压下接触；和
b')使来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液处于大气压或减压。
本发明优选涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤:
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；和
c)将步骤b)的受体溶液中结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性吸收和释放介质中；或
储存来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液，
其中步骤a)的受体溶液在允许加压的富集装置中提供；和
步骤b)中的接触在加压下进行，优选直到受体溶液被二氧化碳饱和，
其中所述方法在步骤b)之后还包括步骤b'):
b')在大气压下或在减压下使来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液减压。
本发明优选涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤:
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；和
c)储存来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液；和/或
将步骤b)的受体溶液中结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中,
其中来自步骤a)的受体溶液在允许加压的富集装置中提供；和
步骤b)中的接触在加压下进行，优选直到受体溶液被二氧化碳饱和，
其中所述方法在步骤b)之后还包括步骤b'):
b')在大气压下或在减压下使来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液减压。
在一个优选的实施方案中，在使含有二氧化碳的气体/气体混合物与受体溶液接触之后，溶解在水性受体介质中的二氧化碳或其与水的反应产物作为气相释放。
通常，电解涉及通过导电液体(电解质溶液)经由两个电极传导直流电流。在电极处，通过电解由电解质中所含的物质产生反应产物。令人惊讶地发现，通过向已经进气了二氧化碳的水性受体介质施加直流电压，二氧化碳会以气泡的形式在两个电极处释放。已经发现，由此允许全部量的(结合的)二氧化碳或其与水的反应产物从水性受体介质中除去/释放。
本发明优选涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤:
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；和
c1)从来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液中释放作为气相的二氧化碳。
本发明优选涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤:
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；和
c1)通过向来自步骤b)的受体溶液施加直流电压，从来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液中释放作为气相的二氧化碳。
因此，优选的实施方案涉及一种用于在水性介质中选择性地结合和释放二氧化碳的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与来自步骤a)的受体溶液接触；和
c1)通过电解从来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液中释放作为气相的二氧化碳。
本发明优选涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤:
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；
c)将步骤b)的受体溶液中结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中；和
c2)通过向步骤c)的吸收和释放介质中施加直流电压，从步骤c)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的吸收和释放介质中释放作为气相的二氧化碳。
优选的是这样一种方法，其中水性受体介质与二氧化碳接触并负载二氧化碳，随后通过向受体介质施加直流电压将溶解/结合在受体介质中的二氧化碳或其与水的反应产物作为二氧化碳气体释放。
如所预期的，除了二氧化碳之外，氧在阳极处释放而氢在阴极处释放。令人惊讶的是然后发现，通过借助于电泳方法从中空间分离受体溶液中存在的碳酸根/碳酸氢根阴离子，并随后通过水分离而释放二氧化碳，可以使二氧化碳作为高纯度气相获得。
已经发现，溶解和结合在水性受体介质中的二氧化碳或碳酸根/碳酸氢根阴离子的电泳分离可以借助于现有技术中可用的电渗析装置来实现。
进一步发现，开孔膜适于实现使溶解的二氧化碳或碳酸根/碳酸氢根阴离子以电泳方式通过。在该过程中，溶解的二氧化碳或碳酸根/碳酸氢根阴离子电泳输送到阳极。如果直流电压施加到电极，则阴离子迁移到阳极并且阴离子可以通过带正电荷的阴离子交换膜。
发现由以下布置组成的、使用电渗析单元的实验布置特别适合于获得最纯形式的气态二氧化碳：阴极室/用于接收受体溶液的室(下文称为受体室)/其中以气相形式释放二氧化碳的室(下文称为吸收和释放室)/阳极室。
为了实现溶解的二氧化碳及其衍生物从受体溶液电泳分离，受体室在阳极侧通过导电介质连接到吸收和释放室，在吸收和释放室中可以优选吸收输送的化合物和/或可以在这里进行这些化合物的释放或反应。存在于吸收和释放室中的介质优选是水溶液，并且下文中称为吸收和/或释放介质。
因此，本发明的优选实施方案涉及一种用于在水性介质中选择性地结合、输送和储存二氧化碳的方法，该方法包括以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；和
c)将来自步骤b)的受体溶液中的结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中，
其中来自步骤b)的受体溶液在电渗析装置的受体室中或被引入电渗析装置的受体室中；和
其中通过在所述受体室与吸收和释放室之间产生的电梯度来进行步骤c)的所述二氧化碳/二氧化碳衍生物的输送，
其中所述受体室与所述吸收和释放室通过所述分离膜彼此分离。
因此，本发明的优选实施方案涉及一种用于在水性介质中选择性地结合、输送和储存二氧化碳的方法，该方法包括以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；和
c)将碳酸根/碳酸氢根阴离子从步骤b)的受体溶液通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中，
其中来自步骤b)的受体溶液在电渗析设备的受体室中或被引入电渗析设备的受体室中；和
其中通过在所述受体室与吸收和释放室之间产生的电梯度根据步骤c)输送所述碳酸根/碳酸氢根阴离子，
其中所述受体室与所述吸收和释放室通过所述分离膜彼此分离。
当在吸收和释放室中的这种布置中使用自来水作为吸收和释放介质时，在吸收和释放室中在将该室与受体室分开的膜处会形成由二氧化碳组成的气泡。已经显示，形成覆盖受体室与吸收和释放室之间的膜平面的气泡是非常不利的，因为由于气体层在这些区域中形成电绝缘，从而显著降低该方法的效率。此外，使用含有电解质的水性介质是不利的，因为可能形成例如碳酸钠和/或碳酸钙形式的固体。特别地，产生几乎不溶于水的碳酸盐如碳酸钙的电解质是不利的。然而，为了实施电泳方法，需要吸收和释放介质具有高导电性。此外，在吸收和释放介质中产生导电性的化合物本身不应在施加的直流电场中电泳传输。令人惊奇地发现，有机和无机酸适合于确保上述要求。
令人惊奇地发现，带有一个或多个酸基团的水溶性有机化合物特别适合于将通过分离膜(Separationsmembran)进入含有吸收和/或释放介质的室内的溶解的二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子转化为气态或分离出它们。如果这种有机化合物不在电场中传输和/或由于其分子大小而不能通过分离膜(Separationsmembran)离开含有吸收和/或释放介质的室，则是特别有利的。
因此，本发明的优选实施方案涉及一种用于在水性介质中选择性地结合、输送和储存二氧化碳的方法，该方法包括以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；和
c)将来自步骤b)的受体溶液的结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中，
其中所述水性的吸收和释放介质包含有机酸或无机酸。
因此，本发明的优选实施方案涉及一种用于在水性介质中选择性地结合、输送和储存二氧化碳的方法，该方法包括以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；和
c)将来自步骤b)的受体溶液的结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中，
其中所述水性的吸收和释放介质包含有机酸或无机酸，并且具有在1与7之间、更优选地在2与6之间、并且更优选地在3与5之间的范围内的pH。
因此，本发明的另一个优选的实施方案涉及一种用于在水性介质中选择性地结合、输送和储存二氧化碳的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与来自步骤a)的受体溶液接触；和
c)将来自步骤b)的受体溶液的结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中，
其中所述水性的吸收和释放介质含有有机酸，并且优选地具有在1和7之间、更优选地在2和6之间、并且更优选地在3和5之间的范围内的pH。优选地，所述有机酸是带有至少一个酸基团并且具有在3和5之间、优选地在3.5和4.5之间的pH范围内的等电点的化合物。在优选的实施方案中，所述有机酸优选地选自包含柠檬酸、酒石酸和抗坏血酸的组或由其组成的组。在特别优选的实施方案中，有机酸是柠檬酸。在特别优选的实施方案中，水性的吸收和释放介质包含柠檬酸。
在进一步优选的实施方案中，水性的吸收和释放介质包含有机酸，其中有机酸是在侧链上具有羧酸基团(-COOH)的酸性氨基酸。本文还优选的是其中水性的吸收和释放介质包含有机酸的实施方案，其中有机酸是带有酸基团的氨基酸。本发明还优选的是其中水性的吸收和释放介质包含有机酸的实施方案，其中有机酸选自包含或由以下组成的组：天冬氨酸和谷氨酸。本发明还优选的是其中水性的吸收和释放介质包含有机酸的实施方案，其中有机酸选自包含或由以下组成的组：柠檬酸、酒石酸和抗坏血酸。特别优选酒石酸。本发明还优选的是其中水性的吸收和释放介质包含无机酸的实施方案，其中无机酸优选选自包含或由以下组成的组：硫酸或焦磷酸。
因此，本发明的一个优选实施方案涉及一种用于在水性介质中选择性地结合、输送和储存二氧化碳的方法，该方法包括以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；和
c)将来自步骤b)的受体溶液中的结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到含有柠檬酸的水性的吸收和释放介质中，
其中步骤b)的受体溶液在电渗析装置的受体室中或被引入电渗析装置的受体室中；和
其中借助于在所述受体室与吸收和释放室之间产生的电梯度来进行步骤c)的所述二氧化碳/二氧化碳衍生物的输送，
其中所述受体室与所述吸收和释放室通过所述分离膜彼此隔离。
发现带有酸基的氨基酸特别好地满足该条件，因此是尤其优选的。优选地，吸收和/或释放介质的pH通过溶解氨基酸的解离而自调节。氨基酸在等电点不显示电泳迁移率。因此，如果水性溶解的氨基酸分别在它们的等电点存在于受体介质和吸收和/或释放介质中，则是特别有利的。由此导致特别有利的效果，即一方面负责溶解、输送而另一方面负责分离/释放二氧化碳/碳酸氢根阴离子的化合物，本身不完全混合或步被消耗，因为它们仍旧留在各自的溶液中。可以表明，碳酸根/碳酸氢根阴离子的电泳分离和溶解的二氧化碳通过开孔介孔膜(例如以陶瓷滤板的形式)的扩散诱导输送是可能的。在这种情况下，受体溶液和吸收和释放介质的pH在电泳期间也不改变，并且二氧化碳的释放在吸收和释放室中完成，因此在电泳期间不存在由于气泡形成和粘附到分离膜上而引起的电压降。在这方面，根据本发明的吸收介质满足以下条件：二氧化碳或碳酸根/碳酸氢根阴离子的吸收和结合在介质中完成，并且吸收/结合的二氧化碳或碳酸根/碳酸氢根阴离子可以从分离介质中去除和输送离开，使得可以在空间上远离分离介质或吸收和释放室而进行二氧化碳的释放。
优选的是这样的方法，其中二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子的溶解、电泳传输和分离/排气通过在水性受体介质中提供碱性氨基酸和在水性吸收和/或释放介质中提供在其等电点的含酸基团的氨基酸来进行。
优选的是这样的方法，其中气体或气态化合物及其衍生物结合在水性受体介质中，并且通过电泳方法，将水中的气体/气态化合物或其衍生物输送通过分离介质(分离膜)，从而进入吸收和释放介质。
优选的是这样的方法，其中气体或气态化合物及其衍生物结合在水性受体介质中，并且通过电泳方法气体/气态化合物或其衍生物在水中通过分离介质输送，从而进入吸收和释放介质，在那里它们作为气相释放和/或化学转化。
优选的是这样一种方法，其中通过分离介质(分离膜)输送的二氧化碳/二氧化碳衍生物的释放在吸收和释放室中以纯二氧化碳气体的形式进行。
优选的碱性氨基酸是精氨酸和赖氨酸。优选的带有酸基的氨基酸是天冬氨酸和谷氨酸。
发现当pKs>3的酸用作吸收和释放介质时，在其中电泳输送的二氧化碳或碳酸根/碳酸氢根阴离子在膜处或在吸收-释放室内没有或仅在很小程度上已经作为气态二氧化碳释放。发现在这种情况下，溶解/结合在吸收和释放介质中的二氧化碳或碳酸根/碳酸氢根阴离子的非常完全释放可以通过引导吸收和释放介质经由优选疏水的表面进入收集容器中而在吸收和释放室外部实现。已经发现，通过这样一种装置布置，作为气体的二氧化碳的释放实际上仅在释放装置中进行并且在吸收和释放室中不进行或仅在非常小的程度上进行，即在所述装置布置中在吸收和释放室中建立分离介质(分离膜)与吸收和释放介质的高溢流速率，特别是通过使用在吸收和释放室中引起湍流的蜂窝状间隔件，并且将其输送到释放装置中，在该释放装置中吸收和释放介质与在其上实现二氧化碳的分离或在其处通过施加负压实现二氧化碳的分离的表面接触。因此，在一个优选的方法实施方案中，作为气体的二氧化碳从吸收和释放介质的释放在其中引入来自吸收和释放室的吸收和释放介质的释放装置中进行(参见图1)。优选在释放装置中提供界面以分离出二氧化碳。优选疏水界面。
用于增加界面面积的合适装置是例如填料。
优选的一种方法是，在二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子在吸收和释放室中的吸收和释放介质中吸收之后，将吸收和释放介质引入释放装置中并且在那里二氧化碳作为气体释放。
因此，本发明的一个优选实施方案涉及一种用于在水性介质中选择性地结合、输送和储存二氧化碳的方法，该方法包括以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；和
c)将来自步骤b)的受体溶液中的结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中，
其中步骤b)的受体溶液在电渗析装置的受体室中或被引入电渗析装置的受体室中；和
借助于在所述受体室与吸收和释放室之间产生的电梯度进行步骤c)的所述二氧化碳/二氧化碳衍生物的输送，
其中所述受体室与所述吸收和释放室通过所述分离膜彼此分离；
其中所述方法在步骤c)之后包括步骤c3):
c3)在释放室中从来自步骤c)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的吸收和释放介质中释放作为气相的二氧化碳。
在一个优选的实施方案中，通过向来自步骤c3)的吸收和释放介质施加直流电压而释放作为气相的二氧化碳。
因此，本发明的一个优选实施方案涉及一种用于在水性介质中选择性地结合、输送和储存二氧化碳的方法，该方法包括以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；和
c)将来自步骤b)的受体溶液中的结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中，
其中步骤b)的受体溶液在电渗析装置的受体室中或被引入电渗析装置的受体室中；和
其中借助于在所述受体室与吸收和释放室之间产生的电梯度来进行步骤c)的所述二氧化碳/二氧化碳衍生物的输送，
其中所述受体室与所述吸收和释放室通过所述分离膜彼此分离；
其中所述方法在步骤c)之后包括步骤c3'):
c3')将来自步骤c)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的水性吸收和释放介质引入释放装置中。
在优选的实施方案中，该方法在步骤c3')之后包括步骤c3):
c3)在释放室中从来自步骤c3')的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的吸收和释放介质中释放作为气相的二氧化碳。
因此，本发明的一个优选实施方案涉及一种用于在水性介质中选择性地结合、输送和储存二氧化碳的方法，该方法包括以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；和
c)将来自步骤b)的受体溶液中的结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中，
其中步骤b)的受体溶液在电渗析装置的受体室中或被引入电渗析装置的受体室中；和
借助于在所述受体室与吸收和释放室之间产生的电梯度来进行步骤c)的所述二氧化碳/二氧化碳衍生物的输送，
其中所述受体室与所述吸收和释放室通过所述分离膜彼此分离；
其中根据步骤c)的方法在步骤c)之后包括步骤c3')和c):
c3')将来自步骤c)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的水性的吸收和释放介质引入释放装置中；和
c3)在释放室中从来自步骤c3')的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的吸收和释放介质中释放作为气相的二氧化碳。
还发现，在释放室/释放装置中或从吸收和释放介质中释放的气体仅由或几乎仅由二氧化碳组成。可以证明，在包括于释放装置中以气相形式释放二氧化碳的根据本发明的方法实施方案中，由于在分离膜处的气体释放或在吸收和释放室内的气泡形成，在电渗析装置内的二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子的电泳传输期间电阻没有增加。
优选的是回收和获得纯二氧化碳气体的方法。
纯气体含有<0.5体积％的来自其他化合物的杂质。
在该方法的另一个优选实施方案中，将离子液体用作释放介质。离子液体是特别有利的，因为它们通常不溶于水并且构成离子液体的阴离子和阳离子化合物没有电泳迁移。因此，将离子液体作为释放介质与将受体室与吸收和释放室分开的开孔膜结合使用是该方法的一个特别优选的实施方案。
优选的是这样的方法，其中气体或气态化合物及其衍生物结合在水性受体介质中，并且通过电泳方法将水中的气体/气态化合物或其衍生物输送通过分离介质(分离膜)，从而进入吸收和释放介质，其中吸收和释放介质是离子液体。
优选的是这样的方法，其中气体或气态化合物及其衍生物结合在水性受体介质中，并且通过电泳方法使气体/气态化合物或其衍生物在水中通过分离介质(分离膜)输送，从而进入离子液体的吸收和释放介质，它们在其中发生化学转化。
在一个特别优选的实施方案中，从气体/气体混合物中分离二氧化碳是半连续或连续的。对于该目的优选的是一种装置，其中在根据本发明的水性受体溶液之一中进行二氧化碳的溶解/分解，同时发生从受体溶液中分离溶解的二氧化碳或碳酸根/碳酸氢根阴离子。结合的二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子的选择性分离优选通过输送通过分离介质(分离膜)来进行。在此优选使用膜作为分离介质来分离溶解的二氧化碳或碳酸根/碳酸氢根阴离子。优选电泳分离。为此目的，特别优选使用电渗析单元。在一个实施方案中，在含有受体溶液的腔室中进气含有二氧化碳的气体/气体混合物。然后将离开该腔室的二氧化碳减少的气体/气体混合物通入含有受体溶液的下一个腔室，这种布置通常可以相继进行任意次数。在此可以在含有相应离析池的受体溶液的腔室中和在其外部的容器中进行进气，由此在容器和离析单元的相应腔室之间建立再循环。优选的是气体/气体混合物在受体介质中尽可能精细的分散。为此可以使用现有技术。通过这种方法布置，可设置气体洗涤塔，使得含二氧化碳的气流顺序地与受体介质接触若干次。
已经证明，在从用二氧化碳饱和的受体介质中分离二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子之后，受体介质可以重新用于溶解、结合和输送二氧化碳。在特别有利的方式中，这使得受体介质能够再循环，同时二氧化碳可以连续或半连续地被吸收、输送和分离而没有损失，并且受体介质可任意多次地供再次的方法过程之用。
优选的方法是其中在从受体介质中分离二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子之后进行受体介质的无损失再利用，以便在其中再次溶解和结合二氧化碳。
已经显示，气态二氧化碳可以完全进入和结合在带有胍基/脒基的化合物的水性溶液中，只有存在溶解的受体化合物的非质子化游离胍基/脒基。以何种比率，二氧化碳相对于其它气态化合物/元素以何种比例存在或是否其是纯的二氧化碳气体流，这不太重要。在这种条件下，根据接触时间和水性受体介质与气体/气体混合物之间所实现的界面，能够从气体/气体混合物中完全(<1ppm)或几乎完全(</＝100ppm)去除二氧化碳。
优选的是从气体或气体混合物中除去二氧化碳的方法。
因此，首次提供了一种方法，使用该方法能够通过与水性受体介质在大气压下接触而从气体或气体混合物中完全或几乎完全除去二氧化碳，并且其中随后可以选择性地再次获得极纯或纯形式的气态二氧化碳。在本文中，极纯是指二氧化碳含量>99.5体积％，纯是指二氧化碳含量>98.5体积％。
在这方面，该方法还涉及纯二氧化碳的选择性分离和回收以及生产纯的二氧化碳。
优选的是用于选择性分离、回收和生产纯的或极纯的二氧化碳的方法。
已经发现，如果气体/气体混合物中含有在水中形成酸的多种气态化合物，则这些气态化合物可以被吸收在受体介质中并因此当仅要回收气态化合物之一时可能影响分离效率。特别是对于在有机材料的发酵期间产生的气体或所谓的“酸性天然气”以及烟道气或腐败气体，情况可能就是如此。此外，烟道气可能含有可导致受体溶液烟灰化(Versottung)的固体。在该方法的一个优选的实施方案中，在气体/气体混合物与受体介质接触之前，将可溶于水性介质或在其中形成水溶性反应产物的所有固体颗粒/液体以及气态化合物分离。这可以采用现有技术方法实现。
因此，优选其中结合或结合并回收二氧化碳的气流的预纯化。
优选的是这样一种方法，其中在使含有二氧化碳的气体/气体混合物与受体介质接触之前，将液体和固体组分以及不对应于二氧化碳且溶解于水中或在与水接触时形成水溶性反应产物的气体组分分离/吸附。
因此，可以提供一种用于吸附、输送以及选择性释放二氧化碳的方法，其中不使用腐蚀性或对健康有害的化合物，并且其中水性受体介质可以在分离其中结合的二氧化碳之后完全再循环并用于重新吸收二氧化碳。
优选的是这样一种方法，其中提供水性受体介质用于吸收、输送以及选择性释放二氧化碳，其中不使用腐蚀性或健康有害化合物，并且其中水性受体介质可以在分离其中结合的二氧化碳之后完全再循环并用于再吸附二氧化碳。
优选的是一种用于在水性受体介质中将气态化合物可逆地结合到溶解在水中的受体化合物的方法。
优选的是这样一种方法，其中气态化合物和存在于水性受体介质中的水溶性受体化合物之间的可逆结合通过气态化合物与水的反应产物来实现。
优选的是这样一种方法，其中气态化合物与水性受体介质的水相的反应产物被溶解的受体化合物可逆地结合。
优选的是这样的方法，其中水性受体介质中的气态化合物被受体化合物结合，并且其中结合的气态化合物可以通过受体溶液的pH的变化、通过添加阴离子化合物置换气态化合物或通过电泳分离而作为气体再次释放。
优选的是这样一种方法，其中在水性受体介质中结合气态化合物，随后再释放气态化合物，其中再生受体化合物并随后提供用于再结合气态化合物的受体介质。
已经发现，通过本发明的用于吸收、输送以及选择性释放二氧化碳的方法可以实现其他种类的方法实施方案。
已经发现，在将二氧化碳溶解在水性受体介质中的过程中释放出氢气。在此，对于结合在受体介质中的每摩尔二氧化碳可以产生0.5至2摩尔的氢气。氢气作为气体进入气体/气体混合物，其在与受体介质接触后逸出。氢气是一种受欢迎的原料；因此，在该方法的一个优选实施方案中，回收在根据本发明的方法实施方案中可获得的氢气量。在一个优选的方法实施方案中，吸附在工艺实施方案期间产生的氢气。用于吸附和分离氢气的方法和装置在现有技术中是已知的。例如，将在与受体介质接触后被收集的气体/气体混合物引导通过适于在其中结合和/或分离氢气并直接或在二次循环中回收和/或反应的介质。在这方面，该方法还涉及氢气的生产和回收。
优选的是这样的方法，其中通过使含有二氧化碳的气体/气体混合物与受体介质接触来生产氢气，并且将所产生的氢气吸附和/或分离并回收。优选的是这样的生产和回收氢气的方法，其中使气体/气体混合物与受体介质接触。优选的是用于生产和回收氢气的受体介质。
令人惊奇的是，已经发现，通过在本发明的水性受体介质中存在或加入阳离子化合物(其中吸收了二氧化碳或其中已经结合了二氧化碳)，会自发形成碳酸盐。已经发现，在水性受体介质中存在钠或钙离子的情况下，当与含有水溶性气态化合物的气体接触时，形成固体。已经发现，当水溶性气态化合物是二氧化碳时，形成碳酸钠或碳酸钙。
优选的是这样的方法，其中气态化合物结合在受体介质中并在这里与一种或多种化合物接触，其中在与受体化合物结合的气态化合物或气态化合物的阴离子形式与至少一种其他化合物之间进行物理化学或化学转化。
优选的是这样的方法，其中受体介质中的气态化合物被受体化合物结合，该受体化合物能够和/或催化结合的气态化合物或阴离子形式的气态化合物与一种或多种其他化合物之间的反应。
随后发现碱金属和碱土金属的盐非常容易溶解在本发明的水性受体介质中。令人惊奇的是，与在水中的溶解过程相比，没有发生反应或发生非常小的放热反应。这特别适用于钙、铁和铝盐(例如氯化钙、氯化铁或氯化铝)的溶解。令人惊奇的是，由此在碳酸盐和碳酸氢盐的制备中产生了进一步特别有利的途径。
当将本发明的受体溶液(其中例如溶解有氯化铝或氯化铁)引入到用二氧化碳饱和的受体溶液中时，形成非常细的白色或浅棕色固体颗粒，其在搅拌下以悬浮液形式存在并且在搅拌停止后沉降。可以证明固体是碳酸铝或碳酸铁。令人惊奇的是，当将含有溶解盐的受体溶液混合到用二氧化碳饱和的受体溶液中时，在大气条件下不会或最小限度地释放气态二氧化碳。因此，可以提供一种方法，利用该方法能够使结合在受体介质中的二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子在常压条件下以及在室温下几乎完全或完全化学转化。
因此，以非常有利的方式，可以将与二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子进行化学转化的化合物(反应化合物)简便、快速且不引起水性介质中的放热反应地完全溶解在含有至少一种受体化合物的受体介质中，并使其与二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子接触而不释放二氧化碳。已经发现，当在吸收和释放介质或用于化学转化的反应介质中以相同的方式提供反应化合物时，也会产生这些有益效果。
优选的是这样的方法，其中将至少一种反应化合物与受体化合物一起引入溶液中，并且使溶解在其中的反应化合物与二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子接触，以使其与二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子化学反应。
还进一步发现，当使其中已经以溶解形式存在可形成碳酸盐和/或碳酸氢盐的阳离子/阳离子化合物的受体溶液与含有二氧化碳的气体/气体混合物接触时，在进气过程中形成碳酸盐和/或碳酸氢盐并沉淀。
优选的是这样的方法，其中气态化合物可以在水性受体介质中通过将它们以与水的反应产物的形式结合到溶解的受体化合物并使它们以这种形式与其它化合物接触而发生化学转化。
优选的是这样一种方法，其中至少一种水溶性无机或有机化合物被溶解在水性受体介质中的受体化合物溶解，或者实现增溶，使得至少一种化合物部分或完全溶解在受体介质中，并且在至少一种化合物溶解的同时或之后使受体介质与至少一种气态化合物接触，由此在至少一种气态化合物和溶解在受体介质中的至少一种化合物之间产生物理化学或化学转化。
在该方法的另一个优选实施方案中，可以形成碳酸盐或碳酸氢盐的阳离子/阳离子化合物的引入是通过借助于电泳方法将它们选择性地引入受体溶液中来进行的。这优选地在一种方法布置中进行，在该方法布置中，将其中适合于产生碳酸盐或碳酸氢盐的阳离子/阳离子化合物以溶解形式存在的电解质溶液在电渗析装置中引入电解质室中，该电解质室代替吸收和释放室连接到包含受体溶液的受体室之一，其中阳离子选择性膜位于所述电解质室和所述受体室之间，通过所述阳离子选择性膜所述室彼此电耦合。通过在所述阳极室和所述阴极室之间施加直流电压，进行阳离子/阳离子化合物从所述电解质室到所述受体室的电泳传输。任选地，所述受体室中可以存在已经被二氧化碳饱和或在离析过程中连续充有二氧化碳的受体溶液。如在以下更详细公开的，二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根与其它化合物的化学转化也是可能的。通过处于受体介质中或输送到受体介质中而可以与二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根反应或转化的化合物，或者与二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子(它们借助于受体介质而溶解和输送)的转化在受体介质外进行的化合物，在下文中称为反应化合物。
因此，可以提供一种转化方法，通过该方法可以使反应化合物与碳酸根/碳酸氢根阴离子接触并使它们彼此发生化学反应。如下面进一步描述的，该转化方法可以设计成各种实施方案并用各种反应化合物实施。
进一步发现，由于受体介质的碱性而改善了溶解度，因此可以制备具有比纯水中可能实现的溶液显著更高浓度，特别是反应化合物的盐(以及非盐形式的化合物)的浓度的溶液。在用由二氧化碳或含有二氧化碳的气体混合物组成的纯气体对含有溶解的钠盐、钙盐或铝盐的受体溶液进行进气的实验中发现，乳状悬浮液非常快速地形成。所得固体自发地沉淀，使得可以通过无搅拌的沉降相或沉降区实现完全的相分离。然而，也可以通过离心或过滤分离方法实现相分离。
以这种方式产生的碳酸盐或碳酸氢盐是化学纯的，并且可以直接以<1μm的非常小的颗粒的形式存在，或者可以以很少的能量输入而分散成非常小的颗粒。
溶解的盐的阴离子(例如氯离子)保留在受体溶液中是不利的。发现可以用各种现有技术方法结合或分离溶解在受体溶液中的盐的引入受体溶液中的阴离子。在一个实施方案中，盐的阴离子的分离是在将盐或盐的溶液引入水性受体介质中之后或在水性受体介质与含有二氧化碳的气体/气体混合物接触之后通过电渗析进行的。
优选的是这样一种方法，其中在结合气态化合物或气态化合物的阴离子形式之后，通过借助于电渗析或与离子交换化合物或吸附剂接触来纯化受体介质去除氢氧根阴离子之外的阴离子化合物，从而再次再生存在于受体介质中的受体化合物。
因此，该方法还涉及可以粉末形式获得的化学纯的碳酸盐和碳酸氢盐的生产。优选地，碳酸盐和碳酸氢盐以无定形形式存在。
优选的是这样一种方法，其中通过借助于含有溶解的带有胍基和/或脒基的化合物的水性受体介质溶解二氧化碳或碳酸根/碳酸氢根阴离子并将它们结合在其中，并使它们与溶解存在的可以形成碳酸根或碳酸氢根的阳离子/阳离子化合物接触，可以化学纯形式获得碳酸盐和/或碳酸氢盐。
优选的是这样的方法，其中通过借助于含有溶解的带有胍基和/或脒基的化合物的水性受体介质将可以形成碳酸盐或碳酸氢盐的阳离子/阳离子化合物溶解其中，并通过使它们分别与二氧化碳或碳酸根/碳酸氢根阴离子接触，可以化学纯的形式获得碳酸盐和碳酸氢盐。
优选的是制备碳酸盐以及碳酸氢盐的方法。
已经发现，这种碳酸盐以及碳酸氢盐可以通过根据本发明吸收和溶解从再生原料源中释放的二氧化碳来生产，例如在发酵成沼气或木材燃烧的过程中。如果将再生阳离子/阳离子化合物(其可以例如通过再生有机和无机化合物的方法之一获得)以及再生能量用于该方法的实施，则此时可以生产再生的碳酸盐以及碳酸氢盐。
优选的是用于生产再生碳酸盐以及碳酸氢盐的方法。
优选的是再生碳酸盐和碳酸氢盐。
因此，在本发明的另一方面，该方法还涉及在水性受体介质中以高浓度提供二氧化碳或碳酸根/碳酸氢根阴离子，并使它们在其中与其他化合物发生化学转化。
优选的是这样一种方法，其中在水性受体介质中以高浓度提供二氧化碳或碳酸根/碳酸氢根阴离子，并在其中使其与其他化合物发生化学转化。
因此，该方法还涉及一种转化方法，采用该方法，由有机和/或无机化合物与溶解的或溶解并输送的气体/气态化合物和/或其衍生物的转化可获得反应产物。
优选的是这样一种转化方法，其中有机和/或无机化合物与溶解的或溶解并输送的气体/气态化合物和/或其衍生物接触并转化。
优选的是可通过有机和/或无机化合物与溶解的或溶解并输送的气体/气态化合物和/或其衍生物的转化获得的反应产物。
优选的是用于选择性结合、输送、反应活化、转化和/或释放二氧化碳的方法。
因此，该任务通过这样一种方法解决，其中将二氧化碳溶解在含有溶解的带有胍基和/或脒基的化合物的水性介质中，并在其中储存和/或用其输送和/或在其中转化和/或从其中释放。
如上所述，令人惊讶地发现，通过溶解在其中的具有游离胍基和/或脒基的化合物，二氧化碳在水性介质中的溶解度与纯水相比显著增加，并且二氧化碳保持结合在水溶液中。进一步令人惊讶的是，观察到随着结合的二氧化碳的量的增加，具有胍基和/或脒基的化合物的溶解可以增加。例如，对于在水中的溶解度极限在20℃下为0.6mol/l(或者，取决于来源，在20℃为约150g/l，并且150g～0.86mol，M(精氨酸)＝174.20g/mol)的精氨酸，已经发现大于3mol/l(522.6g/l)可以被溶解或进入溶液中，同时引入二氧化碳。这过程中水性介质保持澄清并且pH值在10和12.5之间。已经发现，二氧化碳或其在水中的反应产物，例如碳酸根和碳酸氢根阴离子，在无压下(在大气压或常压下)溶解在含有溶解的带有胍基和/或脒基的化合物的水溶液中，并且以摩尔比>/＝1:1结合在其中。因此，通过溶解(在大气压或常压下)在水性介质中的具有游离胍基和/或脒基的化合物，二氧化碳或碳酸根/碳酸氢根阴离子可以在无压条件下(在大气压或常压下)以优选>0.5mol/l、更优选>1.0mol/l、更优选>1.5mol/l、更优选>2.0mol/l、更优选>2.5mol/l、更优选>3.0mol/l、甚至更优选>3.5mol/l的浓度结合。
在一个优选的实施方案中，用于吸收、输送、转化、释放和/或储存二氧化碳的水溶液以受体溶液的形式提供。优选地，受体溶液提供在受体室或受体装置中。
受体装置包括适合于在气体/气体混合物和受体介质之间产生最大可能的交换面积和/或适合于使气体/气体混合物与受体介质接触的装置。对于此目的，现有技术的方法是已知的。
一种形式是气体洗涤装置(也参见图1)或气体洗涤塔。因此，包含在气体洗涤装置或气体洗涤塔中使含二氧化碳的气体与来自步骤a)的受体溶液接触的步骤的方法是优选的。
在含有非气态组分的气体混合物的情况下，优选首先使气体混合物不含非气态成分，例如通过过滤或用另一种液体洗涤气体。在现有技术中分离非气态组分的方法是本领域技术人员已知的。在一个优选的实施方案中，在与根据本发明的受体溶液接触之前过滤和/或洗涤包含二氧化碳的气体以除去非气态组分。为了移除不希望的气体例如H2S和NH3或SO2以及不同于二氧化碳的酸性气体，这些可以在上游气体洗涤塔中从含有二氧化碳的气体中洗出。
还优选地，使气体混合物首先通过酸性溶液经受洗涤。令人惊奇地已经发现，当随后与受体溶液接触时，气体/气体混合物的二氧化碳浓度可以比没有通过使其与含酸溶液接触而预先活化气体混合物的情况显著更快地降低。
本发明优选涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤:
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；和
c)将步骤b)的受体溶液中结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中；或
储存和/或输送来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液,
其中在步骤b)之前通过含酸溶液洗涤含有二氧化碳的气体。
本发明优选涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤:
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；和
c)储存和/或输送来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液；和/或
将步骤b)的受体溶液中的结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中，
其中在步骤b)之前通过含酸溶液洗涤含有二氧化碳的气体。
优选的是这样的一种方法，其中通过使气体混合物与含酸溶液接触来实现气体混合物的活化，从而改善二氧化碳在受体介质中的溶解度。在一个优选的实施方案中，在与根据本发明的受体溶液接触之前，通过含酸溶液洗涤含有二氧化碳的气体。原则上，任何酸或形成酸的化合物都可用于此目的。优选的酸是HCl(盐酸)、硫酸或磷酸。在一个优选的实施方案中，在与根据本发明的受体溶液接触之前，借助于选自盐酸、硫酸或磷酸的含酸溶液洗涤含有二氧化碳的气体。
除了上面已经提到的用于水性受体介质与气体/气体混合物直接接触的方法之外，还研究了能实现气态和液体介质间接接触的方法。已经表明，二氧化碳或其水溶性衍生物可以通过固体或半固体的分离介质(气/液分离膜)，分离含有二氧化碳的气相和水性受体溶液，并从而高效和选择性输送二氧化碳或其衍生物到水性受体介质中。在一个优选的实施方案中，气相和液相的间接接触通过膜接触器实现。
因此，优选的是包括通过膜接触器使包含二氧化碳的气体与来自步骤a)的受体溶液接触的步骤的方法。
在膜接触器中，待彼此接触的相通过膜彼此分离。在一个优选的方法实施方案中，水性受体介质与气体/气体混合物的接触通过膜接触器进行。令人惊讶地发现，当在这种膜接触器中使用开孔膜时，它们允许水溶性气体或气态化合物从气相到液相的非常高的扩散速率。已经发现，气态水溶性化合物的高扩散/输送速率是缘于受体介质的性质。例如，与现有技术的水性吸收介质(如烷醇胺溶液)相比，水性受体溶液的表面张力与水没有不同。与此相对，在具有表面活性剂或醇性质的吸收化合物情况下表面张力降低。因此，当使用具有现有技术的吸收化合物的水溶液时，开孔膜是不适用的，因为会产生液体泄漏。已经表明，在大气压条件下无论在气体侧还是液体侧，受体液体没有通过平均孔径为200μm的开孔膜而泄露或由平均孔径为200μm的开孔膜漏出。已经表明，通过使用膜接触器的配置可能性，可以在膜接触器装置中实现二氧化碳的完全提取，该膜接触器装置具有比配备有填料的气体洗涤装置小得多的空间尺寸。例如，可以提供平面膜组件，其一方面具有用于气相和液相的非常平坦的通道，同时具有相对短的通道长度。这允许设计结构形式的膜接触器，其可以在流动技术方面最佳地适应于各个气体/气体组成以及体积流量。现有技术中已知各种结构形式，例如卷绕组件或中空纤维组件或管组件。
用于使含二氧化碳的气体与根据本发明受体溶液接触的步骤的优选的膜/固体分离介质具有低的构造高度(膜厚度)。这优选<300μm，更优选<200μm，更优选<150μm，更优选<100μm，更优选<50μm，甚至更优选<25μm。因此，优选的是包括借助于具有200μm的平均孔径的气液分离膜在大气压下使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触的步骤的方法。因此，优选的是包括借助于具有<300μm、更优选<200μm、更优选<150μm、更优选<100μm、更优选<50μm并且甚至更优选<25μm的膜厚度的膜使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触的步骤的方法。因此优选的是这样一种方法，其包括借助于平均孔径为200μm的膜使含有二氧化碳的气体在大气压下与步骤a)的受体溶液接触的步骤，其中所述膜的膜厚度<300μm，更优选<200μm，进一步优选<150μm，更优选<100μm，进一步优选<50μm，还进一步优选<25μm。因此，优选的是这样一种方法，其包括借助于平均孔径>10μm、更优选>50μm、更优选>100μm、更优选>150μm、更优选>200μm、还更优选>250μm并且最优选>300μm的膜使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触的步骤。因此，优选的是这样一种方法，其包括借助于平均孔径>10μm、更优选>50μm、更优选>100μm、更优选>150μm、更优选>200μm、还进一步优选>250μm且最优选>300μm的膜在大气压下使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触的步骤，其中所述膜具有<300μm、更优选<200μm、进一步优选<150μm、更优选<100μm、进一步优选<50μm且还进一步优选<25μm的膜厚度。因此优选的是这样一种方法，其包括借助于平均孔径>10μm、更优选>50μm、更优选>100μm、更优选>150μm、更优选>200μm、还进一步优选>250μm且最优选>300μm的膜使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触的步骤，其中所述膜具有<300μm、更优选<200μm、进一步优选<150μm、更优选<100μm、进一步优选<50μm且还进一步优选<25μm的膜厚度。
在上下文中，膜/箔可以固定到载体材料上或者与载体材料连接。优选的是开孔的膜/固体分离介质，即显示出在膜/固体分离介质的两侧开口的连续通道或通道状结构。在现有技术中，报道了平均通道直径或平均孔径。优选的膜/固体分离介质具有平均通道直径或平均孔径>10μm，更优选>50μm，更优选>100μm，更优选>150μm，更优选>200μm，甚至更优选>250μm，最优选>300μm的开放通道。优选的是具有高孔隙率(每单位面积的孔数)的膜/固体分离介质。优选的是具有>50％，更优选>60％，更优选>70％，更优选>80％，甚至更优选>90％的孔隙率的膜/固体分离介质。原则上，可以用来生产现有技术的膜/固体分离介质的任何材料都适用于根据本发明的方法。优选根据各个应用目的作出选择。例如，在将热气体/气体混合物(例如>130℃)与膜接触的应用中，优选选择耐热材料。在这方面，合适的材料包括PTFE(聚四氟乙烯)或PC(聚碳酸酯)或陶瓷膜。因此，优选的是包括以下步骤的方法：借助于具有>10μm、更优选>50μm、更优选>100μm、更优选>150μm、更优选>200μm、更优选>250μm、更优选>300μm的平均孔径的膜使含有二氧化碳的气体与来自步骤a)的受体溶液接触，其中所述膜具有<300μm，更优选<200μm，更优选<150μm，更优选<100μm，更优选<50μm和甚至更优选<25μm的膜厚度，其中所述膜选自聚四氟乙烯(PTFE)膜、聚碳酸酯(PC)膜或陶瓷膜。
可以选择用于制造膜/固体分离介质的特别合适的材料用于不同的应用。例如，在使用空气作为气相以除去其中的二氧化碳含量的一个优选方法实施方案中，优选使用具有疏水性表面性质的膜，所述疏水性表面性质可通过>90°的水接触角测量。优选地，该膜另外表现出亲脂性表面性质，所述亲脂性表面性质可例如通过与油酸<10°的接触角测量。在进一步优选的其中使用空气作为气相的方法实施方案中，使用根据本发明的膜/固体分离介质，所述膜/固体分离介质另外被赋予亲水性表面涂层。优选地，亲水性表面涂层同时表现出流体静力学特性。
已经表明，膜接触器也可以用于从气体/气体混合物中除去除二氧化碳之外的气体/气体组分，条件是它们是水溶性的并且被根据本发明的受体介质吸收。
在一个优选的方法实施方案中，在膜接触器中在膜接触器的膜/固体分离介质处设定液相和/或气相的很高溢流速率。
该受体溶液含有至少一种易溶于水的受体化合物。该受体化合物可以完全或不完全溶解。优选地，在气体/气体混合物引导通过受体溶液/与受体溶液接触期间，进行二氧化碳的受体溶液的吸收/受体溶液与二氧化碳的充分混合。
受体溶液的至少一种溶解的/可溶的化合物优选使溶液具有碱性pH。受体溶液的pH优选在7和14之间，更优选在8和13之间，进一步优选在9和12.5之间。换句话说，在受体化合物溶解时建立在7和14之间，更优选在8和13之间，进一步优选在9和12.5之间的pH。
优选的水溶性受体化合物具有至少一个胍基和/或脒基。优选的是具有胍基和/或脒基的受体化合物，进一步优选的是具有游离胍基和/或脒基的受体化合物。在一些实施方案中，优选具有脒基的受体化合物，进一步优选具有游离脒基的受体化合物。在一些实施方案中，优选具有胍基的受体化合物，进一步优选具有游离胍基的受体化合物。特别优选带有游离胍基的水溶性化合物。
特别优选的带有胍基的化合物是氨基酸精氨酸。受体溶液中受体化合物的优选浓度为10μmol至10mol/l，更优选为10mmol/l至5mol/l，进一步优选为0.1mol/l至3mol/l。应当注意，受体化合物的溶解度可以通过二氧化碳的结合而增加。因此，可以在使含有二氧化碳的气体与受体溶液接触的同时加入受体化合物。
受体溶液与气/气相接触时的温度原则上可以为0至100℃。进行气体/气体混合物与受体溶液接触的优选温度为1至60℃，更优选10至35℃，进一步优选15至30℃。
令人惊奇的是，该受体溶液特别适合于实施溶解的二氧化碳的无压(在大气压或常压下)储存。已经表明，含有溶解的和结合的二氧化碳的受体溶液在12个月的过程中保持稳定，特别是没有二氧化碳的分离或介质的微生物定殖。令人惊奇的是，即使在高浓度的精氨酸(例如3mol/L)下，即使在3℃的温度下储存，也没有精氨酸的结晶或沉淀形成。
根据本发明的水性受体溶液优选是一种、两种或更多种氨基酸和/或肽的溶液，其以10mmol/l至15mol/l，更优选100mmol/l至10mol/l，进一步优选0.1mol/l至5mol/l的单独和/或总浓度存在。这些可以是化合物的L-或D-形式或外消旋体。优选的氨基酸是精氨酸，进一步优选的是它们的衍生物。特别优选的是具有阳离子基团(带正电荷的官能团)的碱性氨基酸和肽。根据本发明可以使用的肽可以是二、三和/或多肽。根据本发明的肽具有至少一个结合或可以结合质子的官能团。因此，优选的分子量低于500kDa，更优选<250kDa，进一步优选<100kDa，特别优选<1000Da。因此，优选的官能团特别是胍基、脒基、胺基、酰胺基、肼基、腙基、羟基亚胺基或硝基。因此，氨基酸可以具有单个官能团或含有几个相同的化合物类别或一个或多个不同化合物类别的官能团。
优选地，根据本发明的氨基酸和肽具有至少一个正电荷基团(阳离子基团/带正电荷的官能团)，或具有正的总电荷。特别优选的肽以任何数目和顺序含有氨基酸精氨酸、赖氨酸、组氨酸中的至少一种。
特别优选的是具有至少一个胍基和/或脒基的氨基酸和/或其衍生物。然而，具有至少一个胍基和/或脒基的其它受体化合物也是优选的。胍基是化学残基H2N–C(NH)–NH-及其环状形式，而脒基是化学残基H2N–C(NH)-及其环状形式。这些胍基化合物和脒基化合物优选在正辛醇和水之间具有小于6.3(KOW<6.3)的分配系数KOW。
精氨酸衍生物是特别优选的。
精氨酸衍生物被定义为具有胍基和羧酸根基团或脒基和羧酸根基团的化合物，其中胍基和羧酸根基团或脒基和羧酸根基团被至少一个碳原子间隔开，即以下基团中的至少一个位于胍基或脒基和羧酸根基团之间：-CH2-、-CHR-、-CRR'-，其中R和R'彼此独立地表示任何化学残基。自然，胍基与羧酸根基团或脒基与羧酸根基团之间的距离可以超过一个碳原子，例如，在以下基团的情况下：-(CH2)n-、-(CHR)n-、-(CRR')n-，其中n＝2、3、4、5、6、7、8或9，例如在脒基丙酸、脒基丁酸、胍基丙酸或胍基丁酸中那样。具有超过一个胍基和超过一个羧酸根基团的化合物包括例如寡聚精氨酸和聚精氨酸。落入该定义的其它化合物实例为胍乙酸、肌酸、胍基乙酸(Glycocyamin)。
优选的化合物具有通式(I)或(II)作为共同特征
其中
R,R',R”,R”'和R””彼此独立地表示-H,-CH＝CH2、-CH2-CH＝CH2、-C(CH3)＝CH2、-CH＝CH-CH3、-C2H4-CH＝CH2、-CH3、-C2H5、-C3H7、-CH(CH3)2、-C4H9、-CH2-CH(CH3)2、-CH(CH3)-C2H5、-C(CH3)3、-C5H11、-CH(CH3)-C3H7、-CH2-CH(CH3)-C2H5、-CH(CH3)-CH(CH3)2、-C(CH3)2-C2H5、-CH2-C(CH3)3、-CH(C2H5)2、-C2H4-CH(CH3)2、-C6H13、-C7H15、环-C3H5、环-C4H7、环-C5H9、环-C6H11、-C≡CH、-C≡C-CH3、-CH2-C≡CH、-C2H4-C≡CH、-CH2-C≡C-CH3,
或R'和R”一起形成基团-CH2-CH2-、-CO-CH2-、-CH2-CO-、-CH＝CH-、-CO-CH＝CH-、-CH＝CH-CO-、-CO-CH2-CH2-、-CH2-CH2-CO-、-CH2-CO-CH2-或-CH2-CH2-CH2-；
X表示-NH-、-NR””-、或-CH2-或取代的碳原子；和
L表示C1-C8线性或支化和饱和或不饱和的碳链，其具有至少一个选自以下的取代基：
-NH2,-OH,-PO3H2,-PO3H-,-PO3 2-,-OPO3H2,-OPO3H-,-OPO3 2-,-COOH,-COO-,-CO-NH2,-NH3 +,-NH-CO-NH2,-N(CH3)3 +,-N(C2H5)3 +,-N(C3H7)3 +,-NH(CH3)2 +,-NH(C2H5)2 +,-NH(C3H7)2 +,-NHCH3,-NHC2H5,-NHC3H7,-NH2CH3 +,-NH2C2H5 +,-NH2C3H7 +,-SO3H,-SO3 -,-SO2NH2,-C(NH)-NH2,-NH-C(NH)-NH2,-NH-COOH，或
优选的，碳链L为C1-C7的范围，更优选C1-C6的范围，优选C1-C5的范围，和最优选C1-C4的范围。
优选地，L表示-CH(NH2)-COOH,-CH2-CH(NH2)-COOH,-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH,-CH2-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH,-CH2-CH2-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH或-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH。
优选的是如下所示的具有游离胍基和/或脒基的通式(III)的化合物：
其中基团X和L具有本文所示的含义。
优选的具有游离胍基和/或脒基的化合物具有通式(III)作为共同特征：
其中
X表示-NH-,-NR””-或-CH2-或取代的碳原子；和
L表示C1-C8的线性或支化和饱和或不饱和的碳链，其具有至少一个选自如下的取代基：-NH2,-OH,-PO3H2,-PO3H-,-PO3 2-,-OPO3H2,-OPO3H-,-OPO3 2-,-COOH,-COO-,-CO-NH2,-NH3 +,-NH-CO-NH2,-N(CH3)3 +,-N(C2H5)3 +,-N(C3H7)3 +,-NH(CH3)2 +,-NH(C2H5)2 +,-NH(C3H7)2 +,-NHCH3,-NHC2H5,-NHC3H7,-NH2CH3 +,-NH2C2H5 +,-NH2C3H7 +,-SO3H,-SO3 -,-SO2NH2,-C(NH)-NH2,-NH-C(NH)-NH2,-NH-COOH，或
R”'表示-H、-CH＝CH2、-CH2-CH＝CH2、-C(CH3)＝CH2、-CH＝CH-CH3、-C2H4-CH＝CH2、-CH3、-C2H5、-C3H7、-CH(CH3)2、-C4H9、-CH2-CH(CH3)2、-CH(CH3)-C2H5、-C(CH3)3、-C5H11、-CH(CH3)-C3H7、-CH2-CH(CH3)-C2H5、-CH(CH3)-CH(CH3)2、-C(CH3)2-C2H5、-CH2-C(CH3)3、-CH(C2H5)2、-C2H4-CH(CH3)2、-C6H13、-C7H15、环-C3H5、环-C4H7、环-C5H9、环-C6H11、-C≡CH、-C≡C-CH3、-CH2-C≡CH、-C2H4-C≡CH、-CH2-C≡C-CH3。
优选的是碳链L在C1-C7的范围，更优选C1-C6的范围，进一步优选C1-C5的范围，和最优选C1-C4的范围。
优选地，L表示-CH(NH2)-COOH、-CH2-CH(NH2)-COOH、-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH、-CH2-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH、-CH2-CH2-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH或-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH。
优选的具有游离胍基和/或脒基的化合物具有通式(I)作为共同特征
其中
X表示-NH-或-CH2-或取代的碳原子，和
L表示C1-C8的线性或支化和饱和或不饱和的碳链，其具有至少一个选自如下的取代基：
-NH2,-OH,-PO3H2,-PO3H-,-PO3 2-,-OPO3H2,-OPO3H-,-OPO3 2-,-COOH,-COO-,-CO-NH2,-NH3 +,-NH-CO-NH2,-N(CH3)3 +,-N(C2H5)3 +,-N(C3H7)3 +,-NH(CH3)2 +,-NH(C2H5)2 +,-NH(C3H7)2 +,-NHCH3,-NHC2H5,-NHC3H7,-NH2CH3 +,-NH2C2H5 +,-NH2C3H7 +,-SO3H,-SO3 -,-SO2NH2,-C(NH)-NH2,-NH-C(NH)-NH2,-NH-COOH或
优选的是碳链L在C1-C7的范围，更优选C1-C6的范围，进一步优选C1-C5的范围，和最优选C1-C4的范围。
优选地，L表示-CH(NH2)-COOH,-CH2-CH(NH2)-COOH,-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH,-CH2-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH,-CH2-CH2-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH,或-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH。
本发明优选涉及一种在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法，包括以下步骤:
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液；
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触；和
c)将步骤b)的受体溶液中结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中；或
储存和/或输送来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液,
其中所述受体化合物具有通式(I)：
其中
X表示-NH-,-NR””-或-CH2-或取代的碳原子；和
L表示C1-C8的线性或支化和饱和或不饱和的碳链，其具有至少一个选自如下的取代基：
NH2,-OH,-PO3H2,-PO3H-,-PO3 2-,-OPO3H2,-OPO3H-,-OPO3 2-,-COOH,-COO-,-CO-NH2,-NH3 +,-NH-CO-NH2,-N(CH3)3 +,-N(C2H5)3 +,-N(C3H7)3 +,-NH(CH3)2 +,-NH(C2H5)2 +,-NH(C3H7)2 +,-NHCH3,-NHC2H5,-NHC3H7,-NH2CH3 +,-NH2C2H5 +,-NH2C3H7 +,-SO3H,-SO3 -,-SO2NH2,-C(NH)-NH2,-NH-C(NH)-NH2,-NH-COOH，或
R”'表示-H,-CH＝CH2,-CH2-CH＝CH2,-C(CH3)＝CH2,-CH＝CH-CH3,-C2H4-CH＝CH2,-CH3,-C2H5,-C3H7,-CH(CH3)2,-C4H9,-CH2-CH(CH3)2,-CH(CH3)-C2H5,-C(CH3)3,-C5H11,-CH(CH3)-C3H7,-CH2-CH(CH3)-C2H5,-CH(CH3)-CH(CH3)2,-C(CH3)2-C2H5,-CH2-C(CH3)3,-CH(C2H5)2,-C2H4-CH(CH3)2,-C6H13,-C7H15,环-C3H5,环-C4H7,环-C5H9,环-C6H11,-C≡CH,-C≡C-CH3,-CH2-C≡CH,-C2H4-C≡CH,-CH2-C≡C-CH3，
L在C1-C7的范围，更优选C1-C6的范围，进一步优选C1-C5的范围，和最优选C1-C4的范围，其中L优选表示-CH(NH2)-COOH,-CH2-CH(NH2)-COOH,-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH,-CH2-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH,-CH2-CH2-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH或-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH。
根据本发明的受体溶液可以含有不具有胍基和/或脒基并且对方法实施具有有利影响的其它化合物。这些化合物可以是例如形成碱的化合物，如赖氨酸和组氨酸，此外，受体溶液可以含有例如具有抗微生物作用或改变介质表面张力的化合物。
优选的是其中受体化合物是氨基酸并且受体溶液的pH在8和13之间的范围内的方法。
在另一个优选的方法实施方案中，水性受体介质含有其它化合物或添加剂。优选的其它化合物特别是氢氧化钾和氢氧化钠。令人惊奇的是，已经表明，当施加直流电压时，由于存在这些化合物能够实现结合在受体介质中的二氧化碳或碳酸根/碳酸氢根阴离子的低能量消耗的可分离性。
钾(KOH)或钠(NaOH)的碱液取决于浓度而改善水的导电率(可电解性)。水所发生电解的起始电压也会降低，取决于所选择的电极配置，其在0.6至2伏的范围内。已经发现，在含有精氨酸作为受体化合物的溶液与氢氧化钾或氢氧化钠溶液的混合物中，不会发生水的电解；而在没有精氨酸的情况下，具有相同浓度的氢氧化钾或氢氧化钠水溶液则是这种情况。例如，在电解装置中30分钟之后，当将12V的电压施加到3％NaOH溶液时，在阳极处产生18.2mL氧气而在阴极处产生6.4mL氢气。使用相同的实验装置，用含有3wt％NaOH的2摩尔精氨酸溶液没有观察到气体形成。使用相同实验装置在已经用二氧化碳饱和的2摩尔精氨酸溶液的情况下，当施加12V的电压时，在30分钟的时间段内没有观察到气体形成。当将NaOH添加到该溶液中使得存在3wt％的溶液时，在相同条件(12V)下在阴极处形成7.8ml的气体且在阳极处未形成气体。在阴极处形成的气体是二氧化碳。因此，可以显示当施加直流电压时，结合在受体介质中的碳酸氢根/碳酸根阴离子，可以由于氢氧根离子的存在而在阴极分离出二氧化碳。已经显示，对于高于40V的直流电压，即使对于在含有精氨酸和溶解的二氧化碳/碳酸氢根/碳酸根阴离子的水溶液中的4重量％的NaOH或KOH溶液，也没有导致氧气形成的水的电解。然而，在较高的直流电压下，在阴极处放出相当大量的二氧化碳。因此，令人惊奇的是，已经显示，在根据本发明的水性受体溶液中存在苛性钾和/或苛性钠溶液可以导致在向富含二氧化碳的受体溶液施加直流电压期间碳酸氢根-碳酸根阴离子分离和气态二氧化碳在阴极处释放，由此不发生引起产生氧气和氢气的水的电解。这允许非常有效地利用从受体溶液中分离和回收二氧化碳所需的电力。
随后发现，在受体液体中存在碱液增加了受体溶液吸收二氧化碳的能力，并且没有产生碳酸钾或碳酸钠沉淀，而在受体介质中不含有本发明的受体化合物时就会有这种情况。这意味着二氧化碳有利地优先与精氨酸反应。
进一步表明，碱液的存在对受体溶液的储存性能没有影响。特别地，在碱液的存在下二氧化碳不会从受体溶液中自发释放。
因此，向水性受体介质中添加苛性钠溶液或苛性钾溶液是根据本发明的方法的一个特别优选的实施方案。
优选地，将NaOH和/或KOH添加到水性受体溶液中，形成0.01重量％至10重量％、更优选0.5重量％至8重量％、更优选1重量％至6重量％、更优选2重量％至5重量％的浓度。在另一个优选的方法实施方案中，提供pH为12至14的含有苛性钾或苛性钠的水性受体溶液。
优选的是这样的方法，其中含有溶解的受体化合物的水性受体介质另外含有苛性钾和/或苛性钠溶液。
优选的是这样的方法，其中将苛性钾和/或苛性钠溶液加入到含有溶解的二氧化碳/碳酸氢根/碳酸根阴离子的受体溶液中，导致碳酸氢根/碳酸根阴离子的无电解电泳分离，并发生分离形成气态二氧化碳作为气相。
通过加入NaOH或KOH随着浓度的增加受体介质的腐蚀性增加。例如，发生由碳或铝制成的电极材料的分解。
已经发现，通过钠盐和/或钾盐也可以改善二氧化碳或其衍生物从本发明受体介质的电泳分离。
例如显示，当将柠檬酸钠或硫酸钠或酒石酸钾加入到2摩尔精氨酸溶液中，使得在每种情况下存在8-14重量％的盐溶液时，与使用NaOH或KOH相比，二氧化碳的电泳分离得到改善，同时溶液的pH保持<12.5。
对含有溶解的钠盐和/或钾盐的水性受体溶液对二氧化碳或其水溶性衍生物的结合能力的研究表明，这可以取决于浓度而增加。因此，通过提供除了含有根据本发明的受体化合物之外还含有溶解的钠盐和/或钾盐的水性受体溶液，可以改善受体溶液对二氧化碳或其衍生物的吸收能力。已经表明，通过电泳方法吸收二氧化碳和解吸都不会导致固体的形成。根据本发明的受体溶液中钠盐或钾盐的优选浓度为0.1重量％至25重量％，更优选1重量％至20重量％，进一步优选2重量％至15重量％。优选的盐的抗衡离子为：硫酸根SO4 2-，磷酸根PO4 3-，乙酸根，柠檬酸根，酒石酸根、草酸根。所述盐可以单独加入到受体溶液中或以任何组合加入到受体溶液中。含有溶解的钠盐和/或钾盐的受体溶液的pH优选在8.0和13.5之间，更优选在8.5和13之间，进一步优选在9和12.5之间。优选的含有钠盐和/或钾盐的受体溶液是非腐蚀性的。
优选的是这样一种方法，其中提供含有至少一种溶解的受体化合物和至少一种溶解的钠盐和/或钾盐的水性受体溶液用于吸收二氧化碳，并且二氧化碳或其衍生物溶解/结合在其中。
已经发现，在大气压下，即使从含有钠盐和/或钾盐的受体溶液中并且所述受体溶液已经进气有二氧化碳至饱和，二氧化碳也不会自发释放。
优选这样的一种方法，其中二氧化碳可以在无压(在大气压或常压下)的情况下借助于水性受体溶液结合超过12个月。
已经发现，该性质还导致能够以无压方式(在大气压或常压下)在水性受体溶液中输送二氧化碳。
优选的是其中二氧化碳可以借助于水性受体溶液而无压(在大气压或常压下)输送的方法。
优选的是这样一种方法，其中输送和/或储存其中具有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液。
因此，该任务通过用于在水性介质中选择性结合、输送和储存二氧化碳的方法来解决，该方法的特征在于以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液,
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触直到达到气体的二氧化碳浓度<100ppm，
c)输送和/或储存步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液。
优选的是这样一种方法，其中受体化合物是氨基酸并且受体溶液的pH在8和13之间的范围内。
优选地，使用去离子水(VE-水)制备受体溶液。一种或多种受体化合物优选完全溶解在水中。在该方法中，可以加热溶液以增加一种或多种化合物的溶解度。
由于已经令人惊讶地发现，通过在一部分受体化合物的热诱导溶解过程期间或之后使二氧化碳与受体溶液接触，可以显著增加受体化合物的溶解度，因此在一个优选的实施方案中，在引入二氧化碳的同时进行受体化合物的溶解过程。由此，未溶解的受体化合物可以溶解/进入溶液中，或者可以进一步增加受体化合物的浓度。以精氨酸为例，显示可以实现5mol/l和更高的浓度。此外，这些溶液保持稳定，即不产生受体化合物的结晶。
优选的是这样一种方法，其中通过使受体介质(其中受体化合物以溶解和/或未溶解的形式存在)与由二氧化碳组成或含有二氧化碳的气体/气体混合物接触来增加受体化合物的溶解度。
优选的是这样一种方法，其中使受体介质与含有至少一种气态化合物的气体/气体混合物接触，所述气态化合物在与水接触时形成水溶性化合物，并且其中水溶性化合物以离子或可离子化形式存在于受体介质中，形成溶解化合物与溶解受体化合物的可逆结合。
优选地，进行气相与受体介质的接触，直到溶解在受体介质中的气体/气态化合物的含量<100ppm。
已经表明，根据本发明提取二氧化碳对于各种各样的气体/气体混合物是可能的，并产生非常有益的效果。例如，对于来自柴油和汽油发动机以及来自高炉煤的燃烧气体，已经表明其中包含的二氧化碳含量(其在10重量％和25重量％之间)可以降低至<0.01体积％，例如通过借助于静态混合器使气体与受体溶液接触。从沼气生产的气体混合物中去除二氧化碳成分(含量为52体积％)也是可行的，由此可以获得纯度为>98.5体积％的生物甲烷。已经发现，在与水接触时不形成酸的气体或气态化合物不会与根据本发明的受体化合物结合，因此既不会从与受体溶液接触的气体/气体混合物中排放，其也不会在受体溶液中以比在气相和受体介质接触时建立的给定分压下的浓度更高的浓度存在。例如，在受体溶液中不富集氧气、氮气、一氧化碳、稀有气体或烃，如甲烷或丁烷。
优选的是用于生产甲烷纯气体的方法。
优选的是用于生产生物甲烷纯气体的方法。
已经发现，通过根据本发明的受体溶液，在与水接触时形成酸的气体/气态化合物可以结合在水性受体溶液中。倘若需要选择性提取和/或获得二氧化碳，则有利的是在气体/气体混合物与根据本发明的受体化合物之一接触之前，从气体/气体混合物除去同样会在水中形成酸并因此可以竞争吸收二氧化碳的其他气体/气态化合物。优选地，从那些气体/气体混合物中除去或减少这类化合物，如SO2、H2S、NO、NO2以及其它氮氧化物或Cl2或HCl。这可以用现有技术的方法进行，如催化剂、吸附剂或含水气体洗涤。待与受体溶液接触的气体/气体混合物的温度优选为0-100℃，更优选为10-85℃，进一步优选为15-70℃。原则上，受体溶液也可用于冷却气体/气体混合物，使得气体/气体混合物的温度也可以更高。为了避免水性受体介质的蒸发，在这种情况下应优选设置冷却溶液。取决于温度、组成、体积流量或接触类型，与水性受体介质接触后可获得的气体/气体混合物可含有水蒸气以及液滴形式的水。可能的是，受体溶液和因此受体化合物会由此而损失。因此，应优选从处理过的气体/气体混合物中尽可能完全除去水成分。这可以用现有技术的方法进行，例如用于冷凝物分离的装置。然后将分离的水相返回到受体溶液中。根据本发明的受体化合物在根据本发明的方法实施过程中不消耗，并且不经历自催化过程。因此，该方法涉及经济的实施工艺，其中受体化合物在再循环方法中无损失地再使用。
优选的是一种工艺经济的方法，其中受体化合物无损失地再利用。
已经发现，当使用膜接触器时，即使与热且干燥的气流接触也不会导致水性受体溶液的相关损失。这可以通过选择合适的膜/固体分离介质来实现。例如，可以在具有聚碳酸酯膜作为界面的膜接触器中处理温度高达150℃的气体。如果使用陶瓷膜，则也可以处理温度>200℃的气流。因此，在一个优选的工艺设计中，通过使受体介质与膜接触器中的气体流接触来提取气流的水溶性气体/气体组分。在一个特别优选的方法实施方案中，温度高达350℃的含有至少一种水溶性气体组分的气流与水性受体介质的接触在膜接触器中进行。因此，在该方法的一个优选实施方案中，使用膜接触器来使受体液体(受体溶液)与具有至少一种水溶性气体组分或由至少一种水溶性气体组分组成的气流接触，并且优选地在10℃至400℃之间、更优选地50℃至350℃之间、并且进一步优选地在70℃与300℃之间的温度范围内引入膜接触器中。
优选的是这样一种方法，其中含有至少一种水溶性气体组分且温度高达350℃的气流与水性受体介质在膜接触器中接触。
气态二氧化碳在与受体介质的界面处被非常快速和完全地吸收，只要其中仍然存在未参与结合二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子的受体化合物。其中二氧化碳完全溶解的二氧化碳饱和的受体溶液是澄清的，并且没有气体的自发释放。
在上下文中，完全溶解是指在含有溶解的二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子的封闭容器中，在20℃下不会由于二氧化碳产生大于2kPa的蒸气压。
已经发现，脱气可以例如通过降低受体介质的pH来进行。这可以例如通过加入酸来进行。
在对通过酸(例如HCl)，通过使含有带有胍基和/或脒基的化合物和以饱和形式溶解在其中的二氧化碳的水性受体溶液脱气而获得的气流的分析中，不能检测到除二氧化碳以外的其他化合物。
已经表明，以纯二氧化碳气相的形式释放溶解在本发明受体介质中的二氧化碳或结合在受体介质中的碳酸氢根/碳酸根阴离子，可以通过导致受体液体(受体溶液)质子化的方法来实现。在该方法的一个实施方案中，例如可以使用来自现有技术的酸。
这些可以是有机或无机酸。优选的有机酸是甲酸或乙酸。优选的无机酸是次氯酸(Hypochlorige)(HCl)或硫酸。酸的浓度和将其添加到受体液体中的体积比原则上是可自由选择的。浓缩的酸是优选的。通过添加酸，将受体液体的pH调节为优选在2至7之间的范围内，更优选在3至6之间的范围内，并且更优选在3.5至5之间的范围内。由此，实现了去除优选>70wt％、更优选>80wt％、更优选>90wt％的溶解/结合在受体液体中的二氧化碳或其水溶性衍生物，并且其可作为纯二氧化碳气相获得。
优选的是这样一种方法，其中水性受体介质用水溶性气体饱和，随后通过将受体介质的pH调节至2至7的范围来释放结合在受体液体(受体溶液)中的水溶性气体。
优选的是这样一种方法，其中水性受体介质用水溶性气体饱和，随后通过加入酸将受体介质的pH调节至2至7的范围来释放结合在受体液体(受体溶液)中的水溶性气体。向受体介质中加入酸导致阴离子的引入，其保留在受体液体中对受体化合物对水溶性气体或其衍生物的再吸收能力具有不利影响。因此，在一个方法实施的优选形式中，在引入不对应于已经用其对受体液体(受体溶液)进气的水溶性气体/气体组分的水溶性形式之一的阴离子之后，在受体液体(受体溶液)再次用水溶性气体/气体组分进气之前，分离所加入的阴离子。为此目的，现有技术方法是已知的。例如，可以通过电渗析除去诸如Cl-(氯离子)或SO4 2-(硫酸根)的阴离子。然而，用这种电泳方法也可以除去有机酸残余物，由此同样可以实现受体液体(受体溶液)的再生。在一个进一步和优选的方法实施方案中，将碱液，例如苛性钾溶液或苛性钠溶液，添加到已经加入无机酸的受体液体(受体溶液)中。优选地，对碱液进行计量加料，使得通过该添加在添加到受体介质中的阴离子与通过添加苛性碱溶液而添加的阳离子之间产生等摩尔比。
优选地，随后分离得到的盐。这可以优选通过电泳方法，例如电渗析进行。然后，以这种方式再生的受体液体(受体溶液)可用于重新吸收水溶性气体/气体组分或其水溶性衍生物。
然而，其他阳离子化合物在现有技术中也是已知的，其可以用作碱液的替代物，以便结合或溶解游离阴离子以及与受体化合物结合的阴离子(其已经被添加以释放水溶性气体)，以便然后使用本文所述的方法类型之一将它们从水性受体介质中除去，使得受体液体(受体溶液)可用于重新吸收水溶性气体/气体组分。
优选的是这样一种方法，其中水性受体介质用水溶性气体饱和，随后通过加入酸释放结合在受体液体(受体溶液)中的水溶性气体，并且随后通过加入碱液和接着通过电泳分离分离形成的盐来再生受体液体(受体溶液)。
在另一个优选的方法实施方案中，通过电化学方法降低用水溶性气体/气体组分或其水溶性衍生物饱和的受体液体(受体溶液)的pH。这可以例如通过将含有溶解的水溶性气体/气体组分或其衍生物的受体液体(受体溶液)引入电渗析装置来实现。优选地，选择电渗析室的布置，其中电解质室在阳极侧连接到受体室。优选地，在室之间有一个阳离子选择性膜。然后碳酸的水溶性衍生物在接受室中以二氧化碳的形式释放。
优选的是这样的方法，其中水性受体介质用水溶性气体饱和，然后通过以电化学过程将受体介质的pH调节至2至7的范围来释放结合在受体液体中的水溶性气体。
优选的是这样一种方法，其中在含有二氧化碳的气体与受体溶液接触直到气体达到<100ppm的二氧化碳浓度之后，或者在输送和/或储存含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液之后，进行以下方法步骤：作为气相释放结合在受体介质中的二氧化碳。
在另一个优选的方法实施方案中，溶解和结合在水性受体介质中的水溶性气体/气体组分或其衍生物的释放是在与受体介质空间分离之后进行的。在一个优选的方法实施方案中，溶解和结合的二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子通过电泳方法被输送到吸收和释放介质中。已经表明，在根据本发明的且碳酸根/碳酸氢根阴离子已经被输送到其中的吸收和/或释放介质中，自发地形成气相。在形成的气相中，仅可以检测到二氧化碳。因此，在不施加任何压力的情况下，可以选择性地从气体混合物中除去二氧化碳并将其以分离的形式释放到收集容器中。
令人惊奇地发现，溶解的二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子可以使用膜方法非常容易地从受体溶液中分离。为此不需要改变受体溶液的pH。因此，发现可渗透气态化合物和/或阴离子的膜适合于二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子的选择性输送。然而，发现开孔膜/分离介质也适合于允许二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子的非选择性通过。
令人惊奇的是，开孔膜特别适用于从本发明的水性介质中分离溶解的二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子。优选微孔或介孔膜。然而，也可以使用大孔和纳米孔膜。膜的外表面和内表面可以是亲水的或疏水的。优选疏水膜表面。已经表明，与阴离子交换膜或由封闭聚合物薄膜组成的双极膜相比，电泳传输的二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子的质量/体积流量可以显著更大。
优选的是通过开孔膜分离溶解的二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子的方法。开孔膜优选是微孔和/或介孔的，并具有疏水表面性质。
二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子的优选输送模式基于扩散过程、浓度梯度、或热或电梯度、以及它们的组合。优选的是开孔膜，即固体或半固体的分离介质(分离膜)，其适于在无压力的情况下保留水性介质并且具有连接膜两侧的开孔并且可渗透气体和/或阴离子。优选地，开孔的平均直径在10nm和1mm之间，更优选在100nm和500微米之间，和更优选1微米和200微米之间。优选的膜在其内表面和/或外表面上具有亲水或疏水的静电性质。
由于根据本发明饱和受体介质，二氧化碳被完全结合，使得没有分离并因此在受体室中没有压力积聚。这是特别有利的，因为由此可以使用开孔分离膜进行用于分离溶解的二氧化碳或其与水的反应产物的分离方法，而无需含有受体介质或吸收和/或释放介质的容器之间的压力平衡。由此，用于吸收和/或释放介质的吸收装置可以对大气压力开放。在一个优选的实施方案中，用于受体介质和用于吸收和/或释放介质的吸收装置(室)对大气压力开放。
令人惊奇的是，当将含有酸的水溶液预置在与受体室相邻的室单元中时，在这种分离膜的两侧上非常快速地形成汇合(汇流)的气泡。因此，通过扩散过程，碳酸根/碳酸氢根阴离子穿过分离介质(分离膜)进入与受体室相邻的且其中预置酸的室中，由此释放二氧化碳。在下文中，该室单元被称为吸收和释放室。因此，位于吸收和释放室中的介质被称为吸收和释放介质。
如下面将讨论的，也可以使用其他分离介质来实现在吸收和释放介质中从水性受体介质输送二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子。
优选这样一种方法，其中通过分离介质(分离膜)从水性受体介质中分离二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子，从而在吸收和释放介质中将其吸收和/或释放。
优选的是这样的方法，其中基于扩散、渗透和/或电泳过程通过分离介质(膜)从水性受体介质中分离二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子。
优选的是这样的方法，其中用于从水性受体介质中分离二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子的分离介质是固体或半固体的分离介质(分离膜)，其能够在无压(大气压)的情况下保留水性介质并且具有连接膜两侧的并且对气体和/或阴离子是可渗透的开孔。
优选的是其中用于分离二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子的固体或半固体的分离介质(分离膜)是分离膜的方法。
优选的是其中用于分离二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子的分离膜是阴离子选择性或双极性聚合物膜的方法。
令人惊奇的是，借助电泳技术可以非常有效地从本发明的受体溶液中分离溶解的二氧化碳或碳酸根/碳酸氢根阴离子。
优选地，进行电渗析以分离溶解的二氧化碳/碳酸氢根阴离子。在这方面，可以使用现有技术的方法和装置进行电渗析。
已经发现，电泳传输的二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子在含有阴离子氨基酸的吸收和/或释放介质中分离，并作为气态二氧化碳逸出。
在一个优选的方法实施方案中，通过将含有二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子的受体介质填充到受体室中来从水性受体介质中分离二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子，所述受体室通过分离介质(分离膜)与与其相邻的吸收和释放室隔开。吸收和释放室中优选存在吸收和/或释放介质。这优选是水性介质。优选地，其pH为1至7，更优选2至6，更优选3至5。在一个特别优选的实施方案中，具有酸基团的化合物溶解在吸收和/或释放介质中。特别优选的是带有至少一个酸基团并且等电点在3和5之间，或更优选在3.5和4.5之间的化合物。特别优选的是带有酸基团的氨基酸，尤其是天冬氨酸和谷氨酸。优选的浓度在1mmol/l和3mol/l之间的范围内。进一步优选的是具有多于一个酸基团并且具有良好水溶性的有机酸，如柠檬酸或抗坏血酸。原则上，无机酸也是合适的，例如硫酸或焦磷酸。当使用无机酸时，这些酸的水溶液的浓度优选为1-50wt％。此外，优选不同酸的混合物。使用吸收和释放介质中的温度范围原则上可以自由选择在1-99℃之间。优选温度范围为30-80℃，进一步优选40-75℃，进一步优选50-70℃。
优选的是这样的方法，其中吸收和释放室内存在吸收和/或释放介质，其中存在至少一种具有至少一个酸基团并且等电点在3和5之间的范围内的化合物。
优选的是其中吸收和/或释放介质是有机和/或无机酸的水溶液的方法。
令人惊奇地已经发现，该方法实施方案适合于实现将二氧化碳或碳酸根/碳酸氢根阴离子选择性地输送到吸收和释放室或吸收和/或释放介质中，其中从吸收和/或释放介质中分离二氧化碳并且通过水的裂解由碳酸根/碳酸氢根阴离子形成气态二氧化碳，从而形成仅包含二氧化碳的气相。因此，可以选择性地结合和输送二氧化碳并将其选择性地释放到任何期望的位置。
在一个优选的方法实施方案中，连续或不连续流动通过具有吸收和释放介质的吸收和释放室，其中优选在分离介质(分离膜)的表面处具有高溢流速度，由此可以完全或几乎完全防止分离介质(分离膜)的表面处的脱气，并且将碳酸氢根/碳酸根阴离子吸收到吸收和释放介质中，由此优选将它们引入单独的容器中，其中随后进行脱气。已经发现，特别有利的是，二氧化碳的脱气在该单独的释放容器中尽可能完全，并且吸收和释放介质随后返回到吸收和释放室，由此可以显著增加通过分离介质和在吸收和释放介质中的输送效率(参见图1)。例如通过在表面上流过可以进行吸收和释放介质的有效脱气。优选地，这涉及由诸如PTFE或石墨的材料制成的疏水表面。此外，可以通过已知技术实现脱气，诸如施加负压、超声冲击、施加剪切力以产生空化和/或加热吸收和释放介质。
在一个优选的实施方案中，通过电渗析方法从水性受体介质中分离二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子。在该方法中，将其中二氧化碳或其与水的反应产物以溶解形式存在的受体溶液进料到电渗析单元的受体室中。在最简单的情况下，电渗析单元由受体室和吸收和释放室组成，它们通过分离介质(分离膜)彼此隔开。
电极可以直接位于处理介质中，即阳极可以位于吸收和/或释放介质中，阴极可以位于受体溶液中。更优选的是这样的电渗析装置，其中电极位于阳极或阴极室(电极室)中，并且其中受体室或吸收和释放室通过离子选择性膜与电极室分开，阳极和阴极室填充有适于电子传输的介质，例如电解质溶液(参见图1)。在另一优选的实施方案中，由受体室和吸收和释放室组成的多室单元以重复的设置连在一起，其中所述室的堆叠体在两端分别通过阳极和阴极室终结并且由此导电连接。在一个优选的方法布置中，第一受体室与阴极室相邻，并且最后的吸收和释放室与阳极室相邻。在另一个优选的方法实施方案中，受体室各自通过双极膜与吸收和释放室分开。
优选地，通过在阴极和阳极之间施加直流电压来进行二氧化碳或碳酸根/碳酸氢根阴离子的输送。实施根据本发明的电渗析的电压和电流取决于具体的工艺参数，例如电极之间的距离、室单元的数量、膜和工艺溶液的电阻以及横截面积，并且因此要逐个情况分别确定。
在一个优选的实施方案中，通过分离介质(分离膜)输送的二氧化碳在含有吸收/释放介质的吸收和释放室中作为气体释放。在另一个优选的实施方案中，通过分离介质(分离膜)输送的二氧化碳或二氧化碳衍生物在吸收/释放介质中吸收并在释放装置中作为气体释放。
优选的是这样的方法，其中步骤b)或c)之后是步骤c1)或d1)：将结合在受体介质中的二氧化碳作为气相释放。
优选的是这样的方法，其中来自步骤b)的受体介质位于或引入电渗析装置的受体室中，并且根据步骤c)的二氧化碳/二氧化碳衍生物的输送借助于在受体室与吸收和释放室之间产生的电梯度进行，其中受体室和吸收和释放室通过分离介质(分离膜)彼此分开。
优选的是其中二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离介质(分离膜)输送的方法，其中分离介质是离子和/或气体分子可渗透的膜。
优选的是这样一种方法，用于借助于在受体室和吸收和释放室之间产生的电梯度来根据步骤c)电渗析受体介质和输送二氧化碳/二氧化碳衍生物，其中分离介质是离子和/或气体分子可渗透的膜。
优选的是这样一种方法，其中通过分离介质(分离膜)输送的二氧化碳/二氧化碳衍生物在吸收和释放室中以纯二氧化碳气体的形式释放。
优选的是这样一种方法，其中通过分离介质(分离膜)输送的二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子在吸收和释放室中以纯二氧化碳气体的形式释放。
优选的是这样的方法，其中步骤b)或c)之后是步骤b2)或c2)：借助于扩散、渗透或电泳方法通过分离介质(分离膜)从受体介质中分离二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子并输送到吸收/释放介质中，其中二氧化碳在吸收/释放介质中作为纯气相释放。
优选的是这样的方法，其中步骤b)或c)之后是步骤b3)或c3)：借助于扩散、渗透或电泳方法通过分离介质(分离膜)从受体介质中分离二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子并输送到吸收/释放介质中，其中二氧化碳在释放装置中作为纯气相从吸收/释放介质中释放。
优选的是这样一种方法，其中步骤c)之后是步骤c3')和c3)：
c3')将来自步骤c)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的水性的吸收和释放介质引入释放装置中；和
c3)：在释放室中从来自步骤c3')的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的吸收和释放介质中以气相形式释放二氧化碳。
优选的是这样的方法，其中来自步骤b)的受体介质位于或引入电渗析装置的阴极室中，并且根据步骤c)的二氧化碳/二氧化碳衍生物的输送借助于在阴极室和阳极室之间产生的电梯度来进行，其中阴极室和阳极室通过离子或气体可渗透的分离介质(分离膜)彼此分隔。
在一个优选的实施方案中，其中释放或可以释放二氧化碳的腔室设置有气体的收集装置，其优选地能实现在该腔室中不发生压力积聚。
在一个优选的实施方案中，在根据于受体介质中结合后的方法之一又释放出的二氧化碳被收集在气体收集装置中，并从那里导入进一步的应用(参见图1)。
优选的是这样的方法，其中二氧化碳在于受体介质中结合/输送或储存后再次作为气相释放并导入进一步应用。
在根据本发明的方法的另一个优选实施方案中，除了分离水溶性气体/气体组分和选择性释放之外，根据本发明的方法布置还用于生产氢气和氧气。在一个优选的其中电渗析装置用于输送二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子的方法实施方案中，在电极室中发生水的电解，因为通常必须施加在各自选择的电解质溶液中会引起电解的电压。已经发现可以将由受体室和吸收和释放室组成的室布置引入到用于电解的方法布置中，由此可以显著提高根据本发明的方法的能量效率。由于氢气和氧气的额外可用性，可以实现该方法的非常高的能量效率，其优选地>90％，更优选地>95％，并且进一步优选地>98％。
在另一个优选的方法实施方案中，在阴极处释放溶解在水性受体介质中的水溶性气体/气体组分。令人惊讶地发现，根据本发明的受体溶液适合于抑制当施加直流电压时导致氧气和氢气形成的水的电解，尽管由于受体溶液的导电性而存在电流。特别是当精氨酸用作受体化合物时会发现这种现象。因此，发生分子电荷转移。已经发现，随着阳极与阴极之间距离的增加，分子电荷转移优先于电解。因此，即使当施加40V的电压和低安培电流流量(<200mA)，也没有观察到气体形成。此外，还意外地观察到，在含有溶解的精氨酸的受体溶液中存在苛性钾或苛性钠溶液的情况下，也没有导致氢气或氧气产生的水的电解，而在相同的电压和电流设置下，使用相同浓度的纯苛性钾或苛性钠溶液时存在水的电解。因此，通过溶解的受体化合物优先进行电荷转移。随后发现，当受体溶液已经进气有水溶性气体时，在受体溶液中形成水溶性衍生物的情况下，在施加直流电压时仅在阳极处形成气体。在使用二氧化碳作为对受体液体(受体溶液)进气的水溶性气体的情况下，在阴极处形成的气体由纯二氧化碳组成。因此，发现了一种方法，通过该方法，当施加直流电压时，水溶性形式的水溶性气体可以在阴极处经由受体溶液的内部电荷转移作为气体选择性地释放出。
优选的是这样一种方法，其中当向水溶液施加直流电压时含有溶解的精氨酸的水溶液引起抑制水的电解，该水的电解会导致氢气或氧气形成。
优选的是这样一种方法，其中当向水溶液施加直流电压时，含有溶解的精氨酸的溶液引起分子电荷转移。
优选的是这样一种方法，其中当施加直流电压时，通过提供受体溶液可以抑制电解。优选的是这样的方法，其中溶解在水性受体溶液中的气体或其水溶性衍生物可以在施加直流电压的情况下在阴极处作为气相释放，而不会导致会形成氢气或氧气的电解。
因此，可以提供一种方法，其中水溶性气体的水溶性衍生物的分离可以在阴极处作为气相进行，其中施加直流电压并且没有由于会形成氧气或氢气的电解而导致的电损失。原则上，该方法可以用来自现有技术的电渗析装置进行。已经表明，根据当施加直流电压时在电极处产生的能量密度，应选择电极之间的距离为足够大，使得不形成氧气(通过在阳极处不形成气体而可看出)。相应的，对于电极的给定配置和它们之间的给定距离，可以如此选择电压，使得当将电压施加到未负载的受体溶液时，在电极处没有气体形成。使用具有大表面积的电极是有利的。如果阳极的表面积大于阴极的表面积，则也是有利的。在一个有利的实施方案中，阳极室和阴极室由分离介质(膜)分隔，由此形成彼此电连接的阳极室和阴极室。如果分离介质(膜)具有最低可能的电阻，则是有利的。优选地，分离介质(膜)应当开孔但避免气体通过。在一个优选的实施方案中，在所述室之间存在直接和开放的连接使得受体流体可以自由地流过，低于电极平面、在电极平面的高度或二者处流过。在另一个优选的实施方案中，通过将加载有水溶性气体的受体液体引入阴极室并使溶液连续通过阳极室来进行通过电极室的流动。在此过程中引导通过开放连接处和/或可为液体通过的分离介质(分离膜)，该分离介质位于电极室之间。已经发现，由此使得溶解在水性受体介质中的气体或其水溶性衍生物的气相的分离显著增加。
原则上，电极材料可以自由选择。如果除了根据本发明的受体化合物之外，在受体介质中还要存在苛性钾或苛性钠，则必须相应地调整选择。优选的电极材料是石墨、镍、不锈钢、铂或金。用于阳极和阴极的材料的组合以及混合合金也是优选的。优选施加在阳极和阴极之间的直流电压取决于电极配置和电极之间的距离，因此必须单独确定。不会导致氢气和氧气形成的最大可能电压可以基于阳极处氧气形成的测试来确定；在此过程中，所选择的电压应低于氧气作为气相而形成的电压。
在这方面，根据本发明的方法还涉及二氧化碳或其他水溶性气体作为纯气相从水性受体介质中阴极分离。
优选的是其中从水性受体介质中进行水溶性气体的阴极分离的方法。
优选的是一种方法，其中通过在水性受体介质中进行阴极分离，将溶解在其中的气体或其水溶性衍生物以纯气相的形式从水性受体介质中分离。
在另一个优选的实施方案中，一种或多种化合物存在于受体和/或释放介质中，所述化合物与从受体溶液输送的二氧化碳或碳酸根/碳酸氢根阴离子反应和/或与它们结合。这些化合物(下文称为反应化合物)可以具有液体、固体或气体状态。此外，反应促进性化合物(例如催化剂)可以存在于吸收和释放介质中。在这里，吸收和释放介质可以具有与受体介质不同的温度。在另一个优选的实施方案中，溶解在受体介质中的二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子与其中存在的合适化合物进行反应和/或结合。优选使用反应化合物来反应和/或结合存在于受体溶液和/或吸收和释放介质中的二氧化碳和/或碳酸根/碳酸氢根阴离子。
优选的是其中用于使二氧化碳和/或碳酸根/碳酸氢根阴离子反应和/或结合的一种或多种反应化合物存在于受体溶液和/或吸收和/或释放介质中的方法。
令人惊奇的是，其中二氧化碳和/或碳酸根/碳酸氢根阴离子以高浓度存在的受体溶液中存在的反应条件特别适合于碳化合物的合成。例如，可以实现羧酸的合成。实例包括与格氏试剂的反应或与钯催化剂的调聚。优选的碳化合物包括但不限于甲酸、甲醇、一氧化碳(CO)和甲醛。已经表明，通过该方法使二氧化碳及其水溶性衍生物的富集成为可能，这可以实现在常压条件下化学合成有机化合物。还表明，在水性受体介质中合成的羧酸可以通过电渗析连续分离。电泳分离的羧酸优选在水性介质中吸收并再从其中释放。已经表明，含有溶解的精氨酸的溶液又非常适合在该方法实施方案中用作输送的羧酸的吸收和/或释放介质。
优选的是其中用于使二氧化碳和/或碳酸根/碳酸氢根阴离子反应和/或结合的一种或多种反应化合物存在于受体溶液和/或吸收和/或释放介质中的方法。
优选的是这样的方法，其中在步骤b)之后，结合在受体溶液中的二氧化碳借助于反应化合物转化为碳化合物。
在一个特别优选的方法实施方案中，将可渗透分子量高达400Da的阴离子的阴离子交换膜用于短链羧酸的选择性电泳输送。
已经表明，烟道气的全部二氧化碳成分可以通过本文所述的方法之一分离、输送和化学转化。
转化方法
优选的是一种方法，其中在步骤b)之后，借助于反应化合物将结合在受体溶液中的二氧化碳转化为碳化合物。
优选的是一种方法，其中在步骤c)之后，结合在受体和/或释放介质中的二氧化碳或输送和释放的二氧化碳借助于反应化合物转化为碳化合物。
因此可以看出，可以在常压条件下增加水性受体介质中二氧化碳和碳酸根/碳酸氢根阴离子的含量/浓度，同时建立最佳反应条件，从而使得可以通过受体溶液中固定的反应促进性化合物进行立即的化学转化。此外已经显示，通过使用根据本发明的方法布置，可以同时连续地除去由化学转化得到的反应物，例如羧酸，这可以例如使用阴离子交换膜进行。此外，已经显示，在这样的方法实施方案中，含有溶解在吸收和释放介质中的带有胍基或脒基的化合物的溶液又适合于吸收和输送由先前反应产生的羧酸，并且其已经通过电渗析输送。
优选的是由二氧化碳生产碳化合物的方法。
在另一个优选的实施方案中，将以碳酸根/碳酸氢根阴离子形式结合在水性受体介质中的二氧化碳化学转化为碳酸盐。
令人惊奇地发现，通过根据本发明吸收二氧化碳及其与水的反应产物，可以用各种方法布置实施化学转化。作为实例，这里列出了3种可能类型的转化方法。
转化方法1：
令人惊奇地发现，溶解在水性受体介质中的二氧化碳以及碳酸根和碳酸氢根阴离子可以直接在受体溶液中或与受体溶液反应形成碳酸盐。为此目的，将其中适于制备碳酸盐的阳离子化合物以溶解(离子化)形式存在的溶液加入到其中二氧化碳或其水溶性衍生物已经以溶解/结合形式存在的受体溶液中。在这种情况下，当将含有反应化合物的溶液引入优选饱和的受体溶液中时，进行化学转化。
在该转化方法的另一个优选实施方案中，在用于碳酸盐/碳酸氢盐生产的阳离子/阳离子化合物的盐已经溶解于其中的受体溶液与二氧化碳接触期间，进行碳酸盐生产。
在另一个方法实施方案中，将其中二氧化碳或其水溶性衍生物已经以溶解/结合形式存在的受体溶液加入到其中适于碳酸盐生产的阳离子/阳离子化合物以溶解(离子化)形式存在的溶液中。当引入饱和受体溶液时进行化学转化。
在所有的方法变型中，迅速形成乳状悬浮液，固体通过沉降从中自发分离。然而，相分离也可以通过现有技术的过滤或离心方法进行。
转化方法2：
在另一个优选的方法实施方案中，在受体溶液与水溶性气体/气体组分(例如二氧化碳)接触期间或随后借助于电泳方法向受体溶液中引入适合于制备碳酸盐/碳酸氢盐的阳离子/阳离子化合物。优选地，这通过电渗析进行。优选地，这在其中受体室在阳极侧与电解质室邻接并通过阳离子选择性膜与后者隔开的方法布置中进行。在电解质室中，适用于生产碳酸盐/碳酸氢盐的阳离子/阳离子化合物以溶解(电离)形式存在。通过施加直流电压，阳离子/阳离子化合物的电泳传输通过阳离子选择性膜进入受体溶液，然后它们在受体溶液中自发地转化为相应的碳酸盐。在该方法中，受体溶液可以已经被二氧化碳饱和，或者在电渗析过程中或随后与二氧化碳接触。
在该方法的另一个优选实施方案中，适合于产生碳酸盐/碳酸氢盐的阳离子/阳离子化合物以离子形式存在于吸收和释放介质中。二氧化碳/碳酸根/碳酸氢根阴离子通过阴离子选择性分离介质(分离膜)从受体室输送到吸收和释放介质中。然后，在该介质中形成相应的碳酸盐。发现该反应的大部分直接发生在分离介质(分离膜)处。令人惊讶地，当本发明的一种受体化合物以溶解形式存在于水性吸收和释放介质中时，该反应在水性吸收和释放介质中进行得更快和均匀。已经显示出双极性膜也可用于该目的。在该方法实施方案中，如果在吸收和释放介质中不存在无机酸和仅存在低含量的有机酸，则是有利的。
转换方法3
在该方法的另一个优选实施方案中，二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子的化学转化在吸收和释放介质中进行，其中一方面，二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子从受体室通过分离介质(分离膜)输送到吸收和释放室中，而另一方面，适合于生产碳酸盐/碳酸氢盐的阳离子/阳离子化合物从其中至少一种阳离子/阳离子化合物以离子或可电离形式存在的电解质室输送进入吸收和释放室。吸收和释放室在阴极侧与受体室和在阳极侧与电解质室邻接。优选地，通过电泳进行物质传递，其中双极性或阴离子选择性膜用作受体室与吸收和释放室之间的分离介质(分离膜)，并且阳离子选择性膜用在吸收和释放室与电解质室之间。在该方法实施方案中有利并且优选的是，至少一种受体化合物以溶解的形式存在于吸收和释放介质中。优选的，在吸收和释放介质中不存在无机酸和仅存在低含量的有机酸。
在转化方法的所有实施方案中，有利的是搅拌其中进行化学转化的水溶液，以防止局部离析过程。在根据本发明的方法实施方案中，在化学转化期间没有或几乎没有二氧化碳作为气相释放。释放可以是由用于碳酸盐生产的化合物的抗衡离子的浓缩引起。因此，从其中进行二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子的化学转化的工艺溶液中除去抗衡离子是有利的。
优选地，在进行转化方法之一期间或之后除去用于提供用于制备碳酸盐的阳离子/阳离子化合物的所用化合物的抗衡离子(阴离子)。这些抗衡离子是例如Cl-或SO4 2-。为此目的，在一个优选的方法实施方案中，其中积聚有抗衡离子的室单元在阳极侧通过阴离子选择性膜连接到阳极室或冲洗室。在冲洗室中存在水性导电介质，该水性导电介质吸收抗衡离子并将它们吸附在其中，或者冲洗液体通过阳极室再循环。在一个优选的实施方案中，由此在阳极室中形成酸，例如盐酸或硫酸，其可以任选被进一步浓缩并用于产生含有适合于碳酸盐生产的阳离子/阳离子化合物的溶液。例如，氯化铝或硫酸亚铁可以通过该方法由金属铝或铁生产，然后可以用于进一步的碳酸盐/碳酸氢盐生产。
转化方法2和3的实施在这方面是特别有利的，因为在受体介质中没有形成固体聚集体，并且没有引入可能与碳酸根/碳酸氢根阴离子的吸收竞争的另外的阴离子。因此可以循环受体溶液以吸收和释放二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子，其在二次循环方法中发生化学转化。在转化方法1中，不对应于碳酸根和/或碳酸氢根阴离子的那些阴离子的连续或不连续分离可以通过吸附方法或电渗析方法进行。因此，在转化方法1中也可以确保受体溶液的再循环。
还已经发现，如果将苛性钾或苛性钠加入到该溶液中，则在电渗析过程中可以用较低的能量输入来分离在碳酸盐生产后保留在受体溶液中的抗衡离子(例如Cl-或SO4 2-)。优选地，以滴定方式计量加料直到溶液的某个pH，在该pH下抗衡离子由受体化合物完全溶解。已经发现，这是进一步特别有利的，因为由此将保留在受体溶液中的阳离子(其在受体溶液的再循环期间添加以吸收水溶性气体)转化为它们的氢氧化物形式如CaOH，因此它们变成固体并且非常容易分离，结果在受体溶液的再循环过程中在气体洗涤装置中没有形成固体(碳酸盐形成)。在将用苛性钾或苛性钠溶液滴定后形成的固体分离之后，通过电渗析纯化受体溶液除去含有的盐组分(例如Na+、K+、Cl-或SO4 2-)。随后，受体溶液可以用于再吸收水溶性气体/气体组分，其吸收能力对应于最初使用的受体溶液的吸收能力。
根据本发明的转化方法优选在5-70℃，更优选10-60℃，进一步优选15-50℃的温度范围内进行。其中进行碳酸盐/碳酸氢盐生产的水溶液的pH优选为5-13，更优选6-12.5，进一步优选7-12。碳酸盐/碳酸氢盐生产优选在常压条件下进行。
在另一个优选的实施方案中，根据转化方法之一的化学转化通过在升高的压力和/或升高的温度下和/或在催化剂存在下进行转化来进行。
然而，转化方法也适用于使其它化合物与二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子接触并使它们相互反应。因此，在一个优选的方法实施方案中，在用一种或多种反应化合物吸收受体溶液中的二氧化碳之前和/或期间和/或之后，将一种或多种化合物(下文中也称为反应化合物)加入到水性受体介质中以使其与二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子接触和相互反应。在另一个优选的方法实施方案中，二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子的化学转化通过将二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子输送到其中包含或输送一种或多种反应化合物的吸收和释放介质中而进行，该化学转化与根据本发明进行的二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子吸收过程并行运行或在根据本发明进行的二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子吸收过程之后运行。
优选的是这样的方法，其中至少一种反应化合物存在于水性受体介质中，并且与二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子的反应在受体溶液中在吸收二氧化碳期间和/或之后进行。
优选的是这样的方法，其中借助于水性受体介质进行受体溶液中的二氧化碳的吸收，并且使含有二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子的水性吸收介质与至少一种反应化合物接触，并且进行二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子与该至少一种反应化合物的反应。
优选的是这样一种方法，其中至少一种反应化合物存在于二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子的吸收和释放介质中，并且与二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子的反应在其中进行，所述二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子被输送通过受体室与吸收和释放室之间的分离介质(膜)。
优选的是一种方法，其中至少一种反应化合物和至少一种受体化合物存在于吸收和释放介质中，并且与已经通过受体室与吸收和释放室之间的分离介质(膜)输送的二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子的化学转化在吸收和释放介质中进行。
优选的是这样的方法，其中借助于水性受体介质进行受体溶液中二氧化碳的吸收，并且其中吸收的二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子通过分离介质(膜)输送到含有至少一种溶解的反应化合物的反应室中并在其中与反应化合物反应。
优选的是一种方法，其中借助于水性受体介质进行受体溶液中二氧化碳的吸收，并且其中吸收的二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子通过分离介质(膜)输送到反应室中，并且其中在将二氧化碳和/或碳酸根和/或碳酸氢根阴离子输送到反应室中之前和/或期间和/或之后，将至少一种反应化合物从其中至少一种反应化合物以溶解形式存在的电解质室输送到反应室中，其中化合物的输送以电泳方式进行。
通过相分离可获得的固体中包含的残余量的受体化合物和/或所用反应化合物的阴离子可以例如通过洗去方法完全除去。
已经发现，获得的固体可以非常容易地干燥。这可以例如在多孔陶瓷膜上进行，其中水被膜非常快速地排除和输送。以这种方式干燥的碳酸盐或碳酸氢盐随后立即作为细粉末存在，或者可以通过研磨过程非常容易地制成这种形式。在这种情况下，颗粒的平均直径<1μm。以这种方式获得的碳酸盐或碳酸氢盐立即以化学纯和无定形形式存在。在上下文中，“纯”意指碳酸盐或碳酸氢盐以>95wt％、更优选>98wt％、进一步优选>99.5wt％的纯度存在。
令人惊讶的是，根据本发明的方法也可以用于生产具有金属离子(例如铁、铝和铜离子)的碳酸盐。
令人惊奇的是，碳酸铝可以通过所描述的转化方法制备。这是可能的，例如通过将氯化铝溶解在含有浓度为0.3mol/L的精氨酸的溶液中，以获得10％的氯化铝水溶液。在搅拌下将该溶液以1：4的比例缓慢加入到已经用二氧化碳饱和的受体溶液(精氨酸溶液2mol/L)中，其中形成发白的浑浊。在悬浮液的加入和搅拌完成后，通过离心分离沉淀的白色固体物质，然后用去离子水冲洗2次。将糊状物质对流干燥，然后机械粉碎，由此得到白色粉末。粉末可以通过浓盐酸完全分解，产生二氧化碳和氯化铝溶液，令人惊奇的是，在氯化铝盐溶解在受体溶液中期间或在溶液接触期间没有气体形成或发热。
令人惊奇地发现，当铵离子同时存在于根据本发明的进行碳酸盐生产的溶液中时，碳酸氢盐的产生优先进行。在一个优选的实施方案中，将氨加入到其中进行碳酸盐/碳酸氢盐生产的溶液中。这可以在使溶液与水溶性气体/气体组分接触之前、期间或之后进行。优选地，在根据本发明的受体溶液的情况下进行该方法实施方案。然而，还可以在转化方法2和3中进行添加，在这种情况下，在反应室和/或吸收和释放室中进行添加。已经发现，在其中进行生成碳酸氢盐/碳酸盐的转化的溶液之一中即使低浓度的氨也足以允许发生碳酸氢盐优先于碳酸盐的形成。在其中进行碳酸氢盐/碳酸盐生产的溶液中，氨的优选的浓度为0.001-5.0wt％，更优选0.005-3.0wt％和进一步优选0.01-1.5wt％。由于碳酸氢盐的优先形成取决于引入的被铵离子结合的阴离子(例如Cl-或SO4 2-)的浓度，所以氨的最佳浓度必须单独确定。使用与本文所述相同的分离技术分离和纯化所得的碳酸氢盐。在一个优选的方法实施方案中，碳酸氢盐或碳酸盐的生产在优选<50℃，更优选<35℃，进一步优选<20℃和甚至更优选<10℃的工艺温度下进行。在一个优选的方法实施方案中，分离存在于受体或反应溶液中的铵盐。优选地，这可以通过电渗析进行。
进一步发现，特别有利的是，借助于与铵的反应，将阴离子或阴离子化合物从其中存在适于制备碳酸盐或碳酸氢盐的阳离子或阳离子化合物以及阴离子或阴离子化合物的电解质溶液中分离。已经发现，除了阳离子或阳离子化合物转化到碳酸盐或碳酸氢盐的更高转化率和转化量之外，还可以非常容易地去除可能存在于电解质溶液中的杂质。例如对于回收的和含有有机化合物的铝材料(尤其铝箔)就可以显示出这一点。借助于浓盐酸进行酸水解。形成pH值为1的灰色固体，该固体可完全溶于水。通过混入25wt％的氨溶液导致从pH值为2.5起开始絮凝，再加入氨溶液时絮凝增强。在pH为4时，离心溶液。发现暗棕色的固体已经一起沉积在白色离心分离物上。上清液是透明的并且在pH为4时无氨的气味。将上清液加入到用二氧化碳饱和的2摩尔精氨酸溶液中，立即产生白色固体。与采用不加入氨的溶液的实验相比，可以从受体溶液中分离出超过三倍量的固体，这也是由于可以向受体溶液中加入超过两倍体积的用氨预处理的电解质溶液直到受体溶液的pH达到不再形成碳酸盐或碳酸氢盐的值的事实。在固体分析中发现纯的碳酸氢铝。还显示了，硫酸根阴离子还可以通过这种工艺从电解质溶液中去除，并且贫硫酸根的电解质溶液使得相比于具有硫酸根或富阴离子的电解质溶液获得更高的阳离子化合物的转化率。在另一个应用中，研究了用于生产去离子水的阳离子交换剂的再生液体(pH 7)。再生是用NaCl溶液进行的。已经发现，通过混入氨导致絮凝，其可借助于离心分离。将澄清的上清液(pH 9)加入到用二氧化碳饱和的受体溶液中，在其中形成固体。在固体分析中记录了碳酸氢钙和碳酸氢镁的混合物。
优选的是一种制备碳酸氢盐的方法，其中将铵离子掺混入电解质溶液中，然后将混合物与用二氧化碳或其水溶性衍生物饱和的水性受体溶液合并并混合。
一种制备碳酸盐和/或碳酸氢盐的优选方法是这样的方法，其中阴离子或阴离子化合物通过铵离子络合并从含有阳离子或阳离子化合物和阴离子或阴离子化合物的电解质溶液分离，然后将贫阴离子的电解质液体与用二氧化碳或其水溶性衍生物饱和的水性受体溶液合并并混合，其中自发形成碳酸盐和/或碳酸氢盐。
因此，原则上，碳酸盐和碳酸氢盐可以由二氧化碳或其衍生物(其在受体溶液中以反应性形式存在或通过受体化合物处于反应性形式，或以与这种反应形式结合的形式存在)通过使它们与作为阳离子/阳离子化合物(即以离子形式)存在的元素或化合物接触而制备，其中进行化学转化。因此，可获得碳酸盐(碳酸氢盐)并且以纯的和非结晶的形式制备它们，例如碳酸钠、碳酸钙、碳酸钡、碳酸镁、碳酸锂、碳酸钴、碳酸铁、碳酸铜、碳酸铝、碳酸硅、碳酸锌、碳酸银、碳酸铅以及碳酸铵，以及相应的碳酸氢盐。
通过根据本发明的方法生产的优选的碳酸氢盐和碳酸盐具有优选<2μm，更优选<1.5μm，进一步优选<1μm，甚至更优选<0.5μm的平均颗粒直径。
优选制备无定形形式的碳酸氢盐和碳酸盐。
优选的是用于低能量生产碳酸盐和/或碳酸氢盐的方法。
优选的是用于从可再生原料低能量生产碳酸盐和/或碳酸氢盐的方法。
优选的是通过根据本发明的方法生产的再生碳酸盐和碳酸氢盐。
优选的是生产碳酸铝的方法。
优选的是通过根据本发明的方法生产的碳酸铝。
优选的是制备碳酸氢铝的方法。
优选的是通过根据本发明的方法生产的碳酸氢铝。
优选的是通过根据本发明的方法制备的碳酸铝，其中反应化合物是铝盐，优选氯化铝。
优选的是通过根据本发明的方法制备的碳酸氢铝，其中反应化合物是铝盐，优选氯化铝。
用于制备碳酸铝和/或碳酸氢铝的铝盐形式的反应化合物本身不是碳酸铝和/或碳酸氢铝。
优选用于根据本发明实施方案之一制备碳酸盐或碳酸氢盐的受体溶液的pH在7至13.5的范围内，更优选在8至12.5的范围内，更优选在8.5至12的范围内。
优选地，制备用于碳酸盐/碳酸氢盐生产的阳离子/阳离子化合物的盐的水溶液，并将其添加到用二氧化碳饱和的受体溶液中。原则上，盐溶液的浓度可以自由选择。优选地，在添加盐溶液时受体溶液的pH不应通过添加盐溶液而降低到4以下，否则将导致结合的二氧化碳释放出。在另一个优选的实施方案中，在压力下引入具有溶解的盐的溶液。为了避免局部降低pH，盐溶液的引入优选在搅拌下进行。盐的阴离子原则上可以自由选择。优选应当使用尽可能低分子量的化合物。优选的阴离子是氯离子、羟基离子、硫酸根离子和柠檬酸根离子。
通过将盐引入受体溶液中，所使用的阴离子聚集，其与受体化合物的胍基或脒基静电结合。因此，通过现有技术方法从受体溶液中除去阴离子是有利的。这可以连续地进行，例如借助于电渗析或不连续地进行，例如使用阴离子交换化合物或吸附/络合剂。
因此，该方法还涉及碳酸盐和碳酸氢盐的生产和获得。因此，特征在于以下步骤的方法是优选的：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液,
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触,
c)转化步骤b)的受体溶液中所包含的和结合的二氧化碳和/或二氧化碳衍生物，其通过以下进行：
-向步骤b)的受体溶液中加入至少一种阳离子化合物并将其溶解并混合在其中，或通过以下进行
d2)-将包含和结合在受体溶液中的二氧化碳和/或二氧化碳衍生物电泳输送到吸收和释放室或反应室中，并在其中与至少一种阳离子化合物接触并混合，
d)获得与步骤c)的二氧化碳和/或二氧化碳衍生物的反应产物，其可在进行反应的室中获得，然后借助于分离方法分离反应产物并干燥。
因此，该方法还涉及碳酸盐和碳酸氢盐的生产和获得。因此，特征在于以下步骤的方法是优选的：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液,
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触，直到达到<100ppm的气体的二氧化碳浓度，
c)转化包含和结合在步骤b)的受体溶液中的二氧化碳和/或二氧化碳衍生物，其通过以下进行：
-将至少一种阳离子化合物加入到步骤b)的受体溶液中并将其溶解并混合在其中，或通过以下进行
d2)-将包含和结合在受体溶液中的二氧化碳和/或二氧化碳衍生物电泳输送到吸收和释放室或反应室中，并在其中与至少一种阳离子化合物接触并混合，
d)获得与来自步骤c)的二氧化碳和/或二氧化碳衍生物的反应产物，其在已经进行反应的室中获得，并且随后反应产物借助于分离方法分离并干燥。
本文描述的方法实施方案进一步优选地适用于其他方法类型，特别是：
优选其中步骤c)中的转化是与反应化合物的化学转化的方法；
优选的是将反应化合物溶解在含有受体化合物和/或吸收和释放化合物的水溶液中以制备反应溶液的方法；
优选其中步骤c)中的转化在可从步骤b)获得的受体溶液中和/或在吸收和释放介质中和/或在反应介质中进行的方法；
优选的是其中反应介质含有至少一种受体化合物的方法；
优选的是这样的方法，其中在步骤c)中的转化，在可从步骤b)获得的受体溶液中或在根据步骤b)将二氧化碳和/或二氧化碳衍生物从受体介质输送之后的吸收和释放介质中，在吸收和释放介质中通过合并溶解或未溶解的反应化合物而进行；
优选的是这样的方法，其中在吸收和释放介质和/或反应介质中进行的步骤c)中的转化在二氧化碳和/或二氧化碳衍生物从可从步骤b)获得的受体溶液输送到相应的介质期间或之后进行；
优选的是一种方法，其中通过电泳工艺将二氧化碳和/或二氧化碳衍生物从可从步骤b)获得的受体溶液输送到吸收和释放介质和/或反应介质中；
优选的是这样的方法，其中步骤c)中的化学转化用允许形成碳酸盐或碳酸氢盐的阳离子/阳离子化合物进行；
优选的是在步骤d)中以无定形形式获得化学纯的碳酸盐和/或碳酸氢盐的方法。
令人惊讶地已经发现，通过本发明的用于溶解和输送二氧化碳的方法与本文公开的任何转化方法组合，二氧化碳和/或其衍生物能够转化为甲烷以及其它烃化合物。
在一个特别优选的实施方案中，转换方法3用于此目的。在一个实施方案中，这在电渗析装置中进行，其中一个或多个室序列在阴极室和阳极室之间串联堆叠，布置为：受体室/反应室/电解质室。优选地，循环通过阳极室的电解质溶液流过电解质室。优选地，在电解质溶液中存在至少一种便利或催化电解的化合物。优选地，在反应室中存在适于吸收和可逆地结合阴离子和阳离子的介质。在一个实施方案中，离子液体用于此目的。优选的是其中盐化合物可以以>/＝1的摩尔比结合氢离子(质子)的离子液体。这可以例如通过一种或多种叔氮化合物或季氮化合物来实现。在另一个实施方案中，将能够结合氢离子(质子)的化合物溶解在离子液体中。在另一个实施方案中，在离子液体中包含具有催化或反应促进性质的化合物。在另一个优选的实施方案中，在电解质室和阴极室之间进行电解质溶液的循环。优选地，在受体室和反应室之间存在开孔膜或双极膜，并且在电解质室和反应室之间存在阳离子选择性膜。已经表明，在这种布置中，在阳极和阴极之间施加直流电压期间，会导致甲烷在反应室中形成并且其从反应室自发地逸出。
有利地，在根据本发明的方法过程中，在根据本发明的方法实施期间或之后，在电渗析工艺中产生的氢气可以直接用于本文公开的转化方法的反应之一并在该过程中转化。
因此，该方法还涉及碳化合物的生产和获得。因此，特征在于以下步骤的方法是优选的：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液,
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触,
c)转化步骤b)的受体溶液中包含和结合的二氧化碳和/或二氧化碳衍生物，或
输送根据步骤b)的受体溶液中含有和结合的二氧化碳和/或二氧化碳衍生物，和d2)在吸收和释放介质或反应介质中进行转化，
d)通过相分离或电泳物质分离获得与步骤c)的二氧化碳和/或二氧化碳衍生物的反应产物。
因此，该方法还涉及碳化合物的回收和生产。因此，特征在于以下步骤的方法是优选的：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液,
b)使含有二氧化碳的气体与步骤a)的受体溶液接触，直到实现受体介质被二氧化碳饱和，
c)转化步骤b)的受体溶液中包含和结合的二氧化碳和/或二氧化碳衍生物，或
输送根据步骤b)的受体溶液中包含和结合的二氧化碳和/或二氧化碳衍生物并且d)在吸收和释放介质或反应介质中进行转化，
d)通过相分离或电泳物质分离获得与步骤c)的二氧化碳和/或二氧化碳衍生物的反应产物。
因此，通过使用含有至少一种溶解的具有至少一个胍基或脒基的受体化合物的受体溶液可以获得极其有利的效果。特别地，可以在常压和室温下从气体/气体混合物中高效和选择性地除去二氧化碳。结合在受体介质中的二氧化碳以及碳酸根和/或碳酸氢根阴离子在其中无压(常压下)保留至少6个月的时间，并且可以以这种形式输送。此外，以其中二氧化碳和碳酸根和/或碳酸氢根阴离子以溶解形式存在的受体介质可提供一种反应溶液，其中二氧化碳和碳酸根和/或碳酸氢根阴离子可立即进行化学转化。此外，受体介质适于溶解和输送由二氧化碳转化产生的羧酸。此外，受体溶液可被二氧化碳饱和任何次数，然后它们可被再除去而不消耗或损失任何受体化合物。
定义
受体介质
术语“受体介质”是指其中存在至少一种溶解的能够结合二氧化碳/二氧化碳衍生物的化合物的液体或溶剂。该化合物在本文中也称为“受体化合物”。受体化合物具有至少一个游离的胍基和/或脒基。受体介质可以包含反应化合物以及其他化合物。如果其中存在至少一种溶解的化合物的液体或溶剂为水，那么“受体介质”在本文中也称为“水性受体介质”或“受体溶液”。术语“水性受体介质”和“受体溶液”或甚至“水性受体溶液”在本文中可互换使用。
受体溶液
本文所用的“受体溶液”应理解为其中存在至少一种能够结合二氧化碳、二氧化碳衍生物的溶解化合物的水性介质。该化合物在本文中也称为“受体化合物”。该受体化合物具有至少一个游离胍基和/或脒基。所述受体溶液可包含反应化合物以及其它化合物。
受体化合物
本文所用的术语“受体化合物”是指具有游离胍基和/或脒基的化合物。该受体化合物特别优选是精氨酸。
阳离子基团
本文所用的术语“阳离子基团”是指在质子吸收后具有正电荷的化学官能团。因此“阳离子基团”表示带正电荷的官能团。本文中“阳离子基团”也称为带正电荷的“带电基团”。本文中优选的具有“阳离子基团”的化合物优选是含有至少一个胍基和/或脒基的氨基酸和/或其衍生物。
阳离子化合物
本文所用的术语“阳离子化合物”是指具有正电荷的物质。特别地，碱金属和碱土金属的盐在本文中称为“阳离子化合物”。特别的是，分别可以形成碳酸盐和碳酸氢盐的碱金属和碱土金属。优选的“阳离子化合物”是碱金属和碱土金属的无机和有机盐，其形成几乎不溶于或微溶于水的碳酸盐或碳酸氢盐。通过将“阳离子化合物”加入到含有结合的二氧化碳的水性受体溶液或含有结合的二氧化碳的水性受体溶液中，可以选择性地获得碱金属和碱土金属碳酸盐或碳酸氢盐。除了碱金属和碱土金属盐，如本文所公开的，也可以使用其它金属阳离子以与碳酸根阴离子或碳酸氢根阴离子反应。本文优选的“阳离子化合物”的实例包括但不限于氯化钙、氯化铁和氯化铝。可用于获得碳酸盐或碳酸氢盐如碳酸钠、碳酸钙、碳酸钡、碳酸镁、碳酸锂、碳酸钴、碳酸铁、碳酸铜、碳酸铝、碳酸硅、碳酸锌、碳酸银、碳酸铅和碳酸铵以及相应的碳酸氢盐以及碳酸铝或碳酸氢铝的物质的实例包括钠、钙、钡、镁、锂、钴、铁、铜、铝、硅、锌、银和铅。钠、钙、钡、镁、锂、钴、铁、铜、铝、硅、锌、银和铅的盐可以用作本文中的阳离子化合物。本文特别优选的阳离子化合物是铝盐，例如氯化铝。
二氧化碳衍生物
本文所用的术语“二氧化碳衍生物”是指通过二氧化碳在水中的溶解过程形成或可能形成的所有化合物。特别地，这些包括H2CO3、HCO3 -、CO3 2-。二氧化碳(CO2)在水中形成碳酸。碳酸(H2CO3)是无机酸和其酸酐二氧化碳(CO2)与水的反应产物。
反应化合物
术语反应化合物是指那些与二氧化碳和/或二氧化碳衍生物发生反应或引起反应的化合物。在该方法中，二氧化碳和/或二氧化碳衍生物发生化学转化和/或结合。本文优选的“反应化合物”是上面定义的“阳离子化合物”。
吸收和释放介质
术语“吸收和释放介质”是指气体、液体或固体，其吸附、吸收、物理吸收或结合二氧化碳和/或二氧化碳衍生物，或者它们在其中转化和/或释放。优选地，所述介质包括影响一种或多种上述性质的化合物。在这方面，吸收和释放介质可以含有反应化合物、受体化合物以及其他化合物。本文特别优选的是水性的吸收和释放介质。本文所用的术语“吸收和释放介质”是指其中可以释放出结合的二氧化碳的介质。在这方面，二氧化碳的释放可以在二氧化碳衍生物(例如碳酸根/碳酸氢根阴离子)进入吸收和释放介质时直接发生。优选地，二氧化碳从吸收和释放介质的释放在其被引入释放装置或释放室之后进行。
元素或元素分子
本文所用的术语“元素”是指根据递增的原子序数排列在周期表(PSE)中的已知化学元素。“元素分子”是仅由单一化学元素的两个或更多个原子组成的分子。与元素分子相反，所有其它分子由至少两个不同化学元素的原子组成(例如由碳和氧构成的二氧化碳(CO2)。“气态元素”或“气态元素分子”是在正常条件下为气态的那些元素或元素分子。这些是六种稀有气体He,Ne,Ar,Kr,Xe,Rn和其它在正常条件下为气态的五种元素：氢气(H2)、氮气(N2)、氧气(O2)、氟气(F2)和氯气(Cl2)。
分子化合物
术语“分子化合物”是指具有不同化学元素的至少两个原子的分子(例如来自碳和氧的二氧化碳(CO2))。术语“气态分子化合物”或简称“气态化合物”是指在正常条件下为气态的分子化合物。在正常条件下为气态的“气态分子化合物”的实例包括但不限于二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氨(NH3)、一氧化碳(CO)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(也称为笑气)(N2O)、二氧化硫(SO2)、氯化氢(HCl)、乙烷(CH3CH3)、丙烷(CH3CH2CH3)、丁烷(CH3CH2CH2CH3)、乙炔(CH≡CH)等。
气体/气相
如本文所用的，术语“气体”或“气相”是指作为纯物质或作为混合物存在的元素或化合物的气相。纯气体的实例是气态二氧化碳、甲烷或氢气。气体混合物的实例是空气、燃烧气/烟气、沼气、污水处理气或酸性天然气。除了固体和液体之外，气态是三种经典的聚集状态之一。对于一些元素和化合物，标准条件(温度20℃，压力101,325Pa)已经足以使它们作为气体存在。在上下文中，术语“空气”是指地球大气的气体混合物。干燥空气主要由两种气体氮气(约78.08体积％)和氧气(约20.95体积％)组成。此外，还存在组分氩气(0.93体积％)、二氧化碳(0.04体积％或400ppm)和浓度小于0.002体积％或20ppm的痕量其他气体，如氖(Ne)、氦(He)、甲烷(CH4)、氪(Kr)、一氧化二氮(N2O)、一氧化碳(CO)、氙(Xe)，各种氯氟烃(FCKW)如二氯二氟甲烷、三氯氟甲烷、氯二氟甲烷、三氯三氟乙烷、1,1-二氯-1-氟乙烷、1-氯,1-1-二氟乙烷，以及四氯化碳、六氟化硫、溴氯二氟甲烷和溴三氟甲烷。
水溶性气体
在气体于液体中的溶解中，术语“溶解度”是指表示当气体在气相和液体之间处于扩散平衡时(即扩散入和扩散出的完全一样多)，在给定的气体压力下溶解在液体中的气体量的系数。溶解度取决于温度、压力，并且对于一些化合物还取决于pH。如本文所用，术语“水溶性气体”在上下文中意指气态分子化合物在与水接触时与水发生化学反应，例如形成酸酐或酸。随后其在水中作为有机或无机酸或作为阴离子存在。本文优选的“水溶性气体”特别是属于术语“酸性气体”的那些气体，其在溶解于水中时形成酸或弱酸。术语“水溶性气体”所涵盖的气体区别于在与水接触时不与水发生化学反应的气体。例如甲烷(CH4)在常压和20℃下的溶解度为36.7ml/l水。甲烷(CH4)不与水发生反应，因此不是“水溶性气体”。
水溶性气体组分
术语“水溶性气体组分”包括存在于气相中并且当与水接触和/或混合时与水形成水溶性化合物的所有气态化合物。实例包括二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、一氧化氮、一氧化二氮、氯化氢或二氧化氯。因此，“水溶性气体组分”包括“水溶性气体”，特别是“酸性气体”。
酸性气体
如本文所用，术语“酸性气体”是指当溶解在水中时形成酸或弱酸的气体甚或气体混合物。酸性气体通常是腐蚀性和苛性的以及有毒的，并且在这方面对人类和环境造成危害。酸性气体可以是天然来源的，或者它们可以在工业过程中作为期望或不期望的反应气体产生。酸性气体的实例包括但不限于二氧化碳(CO2)(在水中形成碳酸和碳酸氢盐)、二氧化硫(SO2)(在水中形成亚硫酸)、硫化氢(H2S)、氯化氢(HCl)(在水中形成盐酸)、二氧化氮(N2O)(在水中形成硝酸)、氰化氢(HCN)(在水中形成氰化氢)、溴化氢(HBr)(在水中形成氢溴酸)、二氧化硒(SeO2)(在水中形成亚硒酸)。
碱性氨基酸
本文所用的术语“碱性氨基酸”是指在氨基酸基团(侧链)中具有氨基或具有自由电子对的N原子的氨基酸。当这些N原子接受质子时，形成带正电荷的侧链。氨基酸组氨酸、赖氨酸和精氨酸属于碱性氨基酸。根据本发明本文优选的是具有至少一个胍基和/或脒基的碱性氨基酸，特别优选的是碱性氨基酸精氨酸。
电泳分离
如本文所用的术语“电泳分离”是指在诸如电渗析的电化学过程中借助于分离膜的电化学分离。
在电解过程中，电解是在一个电解池中进行的。电解池由两个由例如碳或铂制成的电极和一种导电液体组成。连接到正极的电极称为阳极，连接到负极的电极称为阴极。阳离子迁移到带负电荷的阴极和阴离子迁移到带正电荷的阳极。本发明的“电泳分离”中所用的“电泳分离池”由至少两个由分离膜隔开的室组成。“受体室”中有根据本发明的水性受体溶液，其含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物。当向“电泳分离池”施加直流电压时，结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物被输送经过分离膜进入“吸收和释放室”中的吸收和释放介质中。“电泳分离”基于电渗析方法的原理。
电渗析
电渗析是一种分离盐溶液中离子的方法。为此必要的离子分离是通过在阳极和阴极上施加电场以及离子交换膜或半透性离子选择性膜来实现的。电渗析是一种电化学驱动的膜方法，其中离子交换膜与电势差结合使用以将离子物质与不带电的溶剂或杂质分离。最常见的膜材料之一是聚苯乙烯(PS)。为了实现离子选择性，对于阴离子选择性膜，通过引入季胺和对于阳离子选择性膜通过引入羧酸或磺酸基团而在表面进行改性。一些膜类型通过聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)进行机械增强。
分离介质
本文所用的术语“分离介质”是指可在其上可以发生选择性物质输送的介质。因此本文所用的“分离介质”也可称为分离膜或输送膜。
分离膜
如本文所用，“分离膜”或简称“膜”通常是指影响通过该层的质量输送的材料的薄层。在分离技术中，膜用作分离层。膜可以以不同的方式通过：不可渗透的、选择性渗透的、单向渗透的或全方位渗透的。大多数商业膜由聚合物制成。取决于应用领域提出的非常不同的要求，使用大量不同的塑料。两种最常见的形式是缠绕膜和中空纤维。亲脂性聚合物膜可允许一些气体或有机物质通过，但不能通过水和水溶液。然而，在聚合物层中，聚合物中的离子基团也可以阻止离子通过膜。此类膜例如用于电渗析。其他膜仅对水和某些气体是可渗透的。常用的膜材料是：聚砜、聚醚砜(PES)、纤维素、纤维素酯(乙酸纤维素、硝酸纤维素)、再生纤维素(RC)、硅酮、聚酰胺(“尼龙”，更确切地说：PA 6、PA 6.6、PA 6.10、PA 6.12、PA 11、PA 12)、聚酰胺酰亚胺、聚酰胺脲、聚碳酸酯、陶瓷、不锈钢、银、硅、沸石(铝硅酸盐)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氯乙烯(PVC)、聚哌嗪酰胺。陶瓷膜主要用于对过滤器施加高化学或热要求的领域。
电泳分离用的分离膜
如本文所用的术语“分离膜”涉及用于电泳分离或电解的分离介质。优选地，分离膜是开孔膜，进一步优选开孔的介孔膜。在一些实施方案中，分离膜是陶瓷滤板。在一些实施方案中，分离膜是阴离子选择性膜。来自现有技术的所有合适的分离膜可以用作分离膜。现有技术已知离子选择性分离膜和双极分离膜。
用于使含有二氧化碳的气体与受体介质接触的分离膜。
如本文所用的，用于使含二氧化碳气体与受体介质接触的分离介质是指适用于气相与液相之间物质传递的“分离膜”。这些分离介质在本文中也称为“气-液分离膜”。使含二氧化碳的气体与受体介质接触在本文中也称为“间接接触”。气-液分离膜可以以膜接触器的形式提供。膜接触器在本文中优选用于使含二氧化碳的气体与受体介质间接接触。膜片(Membranfolie)也可以作为气-液分离膜提供，其安置于载体材料上。这些气液分离膜是现有技术中已知的。优选的气液分离膜的平均孔径>10μm，更优选>50μm，更优选>100μm，更优选>150μm，更优选>200μm。特别优选平均孔径为200μm的气液分离膜。优选的气-液分离膜的膜厚度<300μm，更优选<200μm，更优选<150μm，更优选<100μm，更优选<50μm，和甚至更优选<25μm。优选的气液分离膜具有平均通道直径>10μm，更优选>50μm，进一步优选>100μm，更优选>150μm，进一步优选>200μm，甚至更优选>250μm，最优选>300μm的开放通道。优选的气液分离膜具有>50％，更优选>60％，更优选>70％，更优选>80％，甚至更优选>90％的孔隙率。孔隙率定义为每单位面积的孔数。用于气-液分离膜的合适的材料包括但不限于PTFE(聚四氟乙烯)或PC(聚碳酸酯)或陶瓷。
气体洗涤
当气体或空气流引导通过洗涤液时，称为气体洗涤或吸收。在该过程中，待吸收的气体组分(待吸收-未结合、已经吸收-结合)结合在洗涤液中(吸收-未负载、吸收-负载)。
盐
本文所用的术语“盐”是指由带正电荷的离子(阳离子)和带负电荷的离子(阴离子)组成的化合物。这些离子之间存在离子键。在“无机盐”中，阳离子通常由金属形成，阴离子通常由非金属或其氧化物形成。“有机盐”是其中至少一种阴离子或阳离子是有机化合物的所有化合物；除了碳酸盐，其根据定义是衍生自无机的碳酸(H2CO3)。
正常条件
术语“正常条件”或STP(标准温度和压力)条件在本文中是指101.325Pa＝1.01325bar＝1atm＝760托的“标准压力”和的“标准温度”。术语“大气压”是指地球大气中任何位置的空气压力。根据标准，海平面处的大气的平均空气压力(“大气压力”)为101325Pa＝101.325kPa＝1013.25hPa≈1bar。术语“大气压”和“标准压力”在本文中可互换使用。本文所用的术语“无压”同样也指术语“大气压”和“常压”。如果在本申请中将方法步骤描述为“无压”下进行，则这对应于在“大气压”和“常压”下进行的方法过程。本文所用的术语“无/不加压”也指术语“大气压”和“常压”。如果在本申请中将方法步骤描述为“无/不加压”进行，则这对应于在“大气压”和“常压”下进行的方法过程。
气体洗涤装置
气体洗涤器、湿式分离器或吸收器是一种工艺装置，其中气流与液体流接触以吸收液体中的气流成分。被转移的气流的成分可以是固体、液体或气态物质。现有技术中已知的气体洗涤装置可用于从烟道气或沼气中分离CO2。气体洗涤装置可包含预洗涤气体洗涤塔。区分为固定床塔、填充塔、板式塔和喷雾塔。
纯气体
如本文所用的术语“纯气体”由分成以下纯度类别：
原料气(也称粗制气)——未纯化的品质
工业气——该气体用于一般工业目的，通常大规模生产并且可能具有外来气味和颜色。
用于合成的气体——气体含有较少量的杂质，其通常不干扰合成，因为在合成产物的生产期间发生纯化。
纯气体(purum)——除非另有说明，否则指的是化学纯的品质，其物质含量>98.5体积％。在颜色和特征数据方面基本对应于相关文献。适合于合成和实验室目的。
极纯气体(purissimum，puriss.)——特别纯的品质，其物质含量至少>99.5体积％。通过常规分析方法不能检测到杂质。外观和特征数据对应于相关文献。
应用
该方法特别适用于由气体或气体混合物选择性去除二氧化碳组分。优选的气体/气体混合物是具有高二氧化碳含量的那些，例如烟道/燃烧气体。此外还有，在技术工艺/合成期间或通过发酵工艺，例如沼气生产产生的气体混合物。这还包括所谓的腐败气体(Faulgase)，其例如在污水残余物的分解期间产生。此外，该方法适合于纯化矿物或工业产生的气体。因此，该方法适合于纯化含有水溶性气体组分的气体/气体混合物。
用该方法可实现的气体/气体混合物的水溶性组分的提取可进一步用于纯化厌氧气相如腐败气体或沼气去除水溶性气体组分，以获得工业上纯的或极纯的气体，例如甲烷或生物甲烷。在这方面，该方法可用于生产工业气体/气体混合物。
该方法还适用于氢气的生产、回收和转化。
该方法还适用于从气体/气体混合物中提取气体组分、输送它们、储存它们和使它们可获得。特别地，该方法可用于获得纯的气态二氧化碳，其可用于各种工业应用中。例如，提取的二氧化碳可用作工业气体、用作推进剂(例如用于分配器(Zapfanlagen))、用于碳酸的富集(例如在食品或混凝土中)或用于干冰生产。因此，该方法适用于生产纯的和高纯的二氧化碳。
特别地，该方法使得可以获得再生的二氧化碳，利用/通过该再生二氧化碳可以生产再生产物。应用的实例是植物育种或再生碳循环经济的生产，由此可以生产循环组分，例如合成燃料化合物或合成碳化合物。因此，该方法适合于生产再生的二氧化碳。
该方法还适合于长时间储存结合的二氧化碳或输送它。
此外，该方法能够使结合的二氧化碳直接化学转化，而无需进一步的能量输入，由此用于有机合成(碳化合物的生产)的重要原料可以直接生产并通过简单的方法分离。因此，该方法适合于生产有机化合物。
此外，可以用很少的技术成本获得纯净形式的碳酸盐和碳酸氢盐。因此，该方法适合于制备碳酸盐和碳酸氢盐。碳酸盐和碳酸氢盐是重要的基础材料，例如作为建筑材料或造纸工业中的填料，但也是人和动物的膳食补剂，以及药片或洁齿剂的成分。
特别地，根据本发明的方法过程适合于生产再生和可持续的产品。
附图说明
图1：用于吸附、输送和释放水溶性气体的装置的示意图。
其中：1)含有水溶性气体或气体组分的任何气体/气体混合物，1a)代表待纯化的气体/气体混合物1)的入口装置；2)代表气体洗涤装置，其中气体1)与受体溶液接触；通过出口3)，气体1)在提取水溶性气体组分之后离开；4)代表在气体洗涤装置2)中与气体1)接触的受体溶液的收集装置；5)表示存在于电渗析装置的气体洗涤装置和受体室7)之间的受体介质的循环回路，其中从4)将以可溶性气体饱和的受体溶液通过入口供应到受体室7)，并且其中可溶性气体已从中抽出的受体溶液从受体室的出口离开，并通过导管导入气体洗涤装置2)中；电渗析装置由以下各个部件组成：6)阴极室、7)受体室、8)吸收和释放室、9)阳极室和10)分离介质(膜)(未示出的是封闭电极室的离子选择性分离膜)；11)表示吸收和释放介质的循环，其中在从受体室吸收电泳传输的气体之后，吸收和释放介质通过出口输送到释放装置12)中，其中发生吸收和释放介质的脱气和经输送的气体的释放，并且其中经脱气的吸收和释放介质随后经由入口重新引入室8)中；在12)中释放的气体被收集在气体收集装置13)中并且可以储存在其中。
实施例
除非另有说明，否则所有研究均在常压条件(101.3kPa)和室温(20℃)下用去离子水(VE水)进行。
实施例1
用去离子水制备0.5摩尔精氨酸溶液并将其置于气体洗涤装置中。用恒定的二氧化碳气流通过装置10小时，连续测定溶液的pH值。当溶液的pH值低于9时，将粉末状精氨酸加入到液体中并用置于装置中的混合单元溶解。重复该过程直至溶液中精氨酸的总摩尔浓度为3mol/L。在达到pH为8时，同时存在无固体的透明液体，此时终止引入气体。取出一部分溶液用于长期实验并在环境压力条件(101.3kPa)下在20℃的温度下储存在用于封闭吸收气体的装置中。在此，测定从已经储存3个月和6个月的时间的溶液中释放出的气体的体积。在长期实验结束时以及对于实验结束后存在的样品，将其填充至气体收集装置并且添加且混入HCl直到达到pH为1。根据测定的释放出的气体的体积和其中存在的二氧化碳的浓度来测定摩尔质量，并计算与溶液中存在的精氨酸的摩尔浓度的关系。重复实验三次。随后在电渗析单元中纯化溶液去除其中存在的氯离子和氢离子，直至溶液pH值为12.5。将这些溶液用于进一步的重复实验，其中将二氧化碳加载到受体溶液中直到溶液pH为8。然后用前述方法步骤再3个样品上确定溶液中结合的二氧化碳气体的量。
结果：
在溶液pH为8时，结合在溶液中的二氧化碳和精氨酸之间的摩尔比为0.96-1.01。在3-6个月的过程中，逸出0.1-0.3体积％的二氧化碳比例。在该过程中溶液保持澄清。当用借助于电渗析再生的精氨酸溶液重新进行实验时，结合的二氧化碳的比例与第一个实验中的比例没有差异。
实施例2
使二氧化碳含量为11.2体积％和16.9体积％的来自水泥生产和来自木片热电联产(Holzhackschnitzel-BHKW)的烟道气通过气体洗涤塔。
在进入洗涤塔之前，引导烟气通过烟灰过滤器。洗涤塔的第一段含有用硝酸酸化至pH为5的50％硝酸铵溶液作为洗涤介质。然后气流通过气溶胶过滤器。气体洗涤塔的第二段具有填充有精氨酸溶液的气体入口装置，气体通过总表面积为60m2的纳米多孔有凸纹的陶瓷膜(Kerafol，德国)排放到受体液体中，该膜位于腔室的底部并且通过其引入烟道气，其中排出的气泡的平均尺寸在1μm至20μm的范围内。该塔段由10个连续排列的室段组成，在室段中各自收集在液面上方的气相并将其通过管道输送到下一个室段的气体入口装置的入口。洗涤塔中的受体溶液以逆流过程通过所述室段。收集经纯化的气体混合物并测定二氧化碳的浓度。在0.1～0.5mol/L的不同精氨酸浓度和100ml～1000ml/min的体积流量下进行实验。此外，待净化的烟道气的体积流量在200cm3-1m3/分钟之间变化。计算达到二氧化碳消耗至<0.01体积％(100ppm)的浓度范围内的接触时间。在此，计算平均气泡尺寸为10μm的接触时间。
结果：
对于两种烟道气混合物，可以实现去除二氧化碳含量至<100ppm。这在所有实验条件下都是可能的，受体溶液和待纯化的气体混合物之间的平均接触时间取决于所选择的精氨酸浓度且范围为1秒至33秒。
实施例3
通过由二氧化碳分离单元和二氧化碳释放单元组成的工艺布置从气体混合物中连续分离二氧化碳。为此目的，使用烟道气、来自沼气生产的气体混合物和二氧化碳浓度在3.5体积％和65体积％之间的工业气体。将这些气体以在500ccm3和1.5m3/小时之间的体积流速通过实施例2中描述的洗涤塔。收集已经通过的气体并测定二氧化碳的浓度。在受体溶液中，精氨酸以0.5mol/L的浓度溶解(用去离子水溶解)。将洗涤塔中富含二氧化碳的受体溶液导入由12个连续的离析室单元组成的电渗析单元中，每个离析室单元由受体室与吸收和释放室组成。引入阴极所在的阴极室中。引导受体液连续通过相邻的受体室。将从阳极侧排出的受体液又返回气体洗涤塔以引入受体液。因此，在气体洗涤塔和电渗析单元之间建立了体积流速在500ml至1.5L/min之间的循环。电渗析单元的吸收室和释放室相互连接，使得可以确保用吸收和释放介质始终填充腔室。在吸收和释放介质的液位上方，存在用于逸出气体的储存室，该气体被引导去大体积的外部气体储存室内。在阴极室和受体室之间以及在吸收和/或释放室之间，存在着经疏水表面涂覆的介孔陶瓷分离膜(水接触角>120°)。与此相邻的离析室单元由电子传导膜(双极性膜)以压力稳定的方式隔开，所述膜夹在受体室与吸收和释放室之间。相应布置其它室单元。在吸收和释放介质中，a)谷氨酸(10g/L)或b)柠檬酸(100g/L)以溶解形式存在。在电渗析期间监测吸收和释放介质的pH。在阴极和阳极之间施加20V的直流电压。测定吸收和释放室中释放的气体体积并分析其中包含的气态化合物。此外，确定已经通过气体收集装置的气体混合物中存在的二氧化碳浓度。计算为了在各试验装置中在引导通过气体洗涤塔的气体混合物中实现二氧化碳浓度降低到<100ppm所需的接触时间。在20℃和常压条件下进行试验。
结果：
对于已经借助于装置布置处理的所研究的所有气体混合物，二氧化碳浓度可以降低到<100ppm。为此所需的接触时间为0.5秒至2分钟，并且主要取决于初始气体混合物的二氧化碳浓度和通过电渗析单元的受体流体的流速。在电渗析单元的吸收和释放室中释放的气体具有>99体积％的二氧化碳含量。在分离的气体体积中的二氧化碳的计算质量对应于已经从初始气体混合物中除去的二氧化碳的计算质量。
实施例4
研究了以溶解或结合的形式存在于受体介质中的二氧化碳或碳酸根/碳酸氢根阴离子的化学可转化性。为此目的，将含有浓度为0.1mol/L至0.5mol/L的受体化合物精氨酸和赖氨酸或组氨酸的水溶液用作受体溶液，该溶液用去离子水制成。借助于根据实施例2的气体洗涤塔引入二氧化碳，采用二氧化碳含量为22体积％的烟气提取二氧化碳。与实施例2中的实验程序不同，根据实施例1在连续记录pH时，如果由于吸收二氧化碳与开始时(Ausgang)相比受体溶液的pH下降超过1，则以固体(粉末)形式加入所用的受体化合物。当总共3mol/L的各受体化合物完全溶解并且存在澄清溶液时，终止加入。用粘合剂将催化剂(钌络合物固定在MCM-41上)固定在PU网上。将这些网夹紧在根据实施例3的电渗析单元的接受室中，使得它们被流过接受室的接受介质循环冲洗。与实施例3不同的是，使用截留值为400Da的阴离子交换膜作为接受室与吸收和释放室之间的分离膜。在本实验中，使用浓度为0.3mol/L的精氨酸溶液作为吸收和释放介质。此外，与实施例3不同，吸收和释放介质在二次循环中循环，在该二次循环中，使介质通过向溶液中加入碳酸钙的分离装置，然后引导进入其中由输送到吸收和释放介质中的羧酸形成的络合物和钙络合物沉降的沉降容器。在通过含有阳离子交换树脂的柱之后，溶液又返回到阳极室。从分离装置的沉降容器中不连续地除去沉降的固体，并且通过离心将固体脱水。通过用乙醇萃取制备结合在离心分离物中的有机酸(白色固体)，然后进行甲基化，然后进行气相色谱分析。
在含有二氧化碳和碳酸根/碳酸氢根阴离子的受体溶液通过受体室期间，在阳极和阴极之间施加20V直流电压进行电渗析。
结果：
可以纯化烟道气将二氧化碳含量纯化至<100ppm的水平。借助于碱性氨基酸以溶解形式存在其中的受体溶液进行吸收和输送。通过将二氧化碳吸收到溶液中，这些氨基酸在溶液中的浓度可以显著增加到所用氨基酸在中性水中各自的溶解度极限以上。这允许在水性受体溶液中制得高浓度的二氧化碳和碳酸根/碳酸氢根阴离子。
借助于从二次循环的分离的钙络合物中进行醇萃取，可以检测到高浓度存在的甲酸。因此可以表明，一方面实现了受体溶液中存在的二氧化碳及其衍生物中的化学转化，而另一方面通过电渗析已经将在此过程中形成的羧酸输送到吸收和释放介质中。
实施例5
二氧化碳转化为碳酸盐的研究
分别用去离子水制备1升2摩尔的精氨酸溶液，并向其中分别加入和溶解200g氯化钠(A)和氯化钙(B)。在根据实施例2的加气装置中将二氧化碳对溶液进气。监测溶液的pH。30分钟后停止加气，将溶液静置24小时。然后将上清液完全倾析，将所得固体用100ml去离子水悬浮。然后将悬浮液离心。将洗涤步骤再重复2次。将获得的离心分离物铺涂在陶瓷滤板上并在室温下干燥。将干燥的固体进行固体-NMR分析。此外，为了检测碳酸盐的存在，借助于浓HCl溶液进行化学分解，其中在氮气充气的玻璃烧瓶中将该浓HCl溶液加入到各个粉末(3g)中。使所得气体通过CO2分析仪。使用阴离子选择膜借助于电渗析处理倾析的上清液。
结果：
溶液最初是透明的。在2分钟的进气持续时间后，受体溶液显示乳状混浊并且其强度快速发展。在进气期间pH分别从12.4(A)和11.8(B)降低到8.6(A)和8.3(B)。在24小时后，在两个反应容器中沉降出白色固体层，并且每种情况下上清液是澄清的。干燥后获得的固体呈白色细粉末形式存在。在酸催化分解期间释放二氧化碳。在NMR分析中发现碳酸钠(A)以及碳酸钙(B)，没有包含其他元素或化合物。通过上清液的电渗析除去了其中所含的氯离子，同时在阳极释放出氯。相应的上清液的pH值因此升高到相应的起始溶液的水平。
实施例6
二氧化碳转化为碳酸盐的研究
在每种情况下，制备1升2摩尔的精氨酸溶液。根据实施例2用二氧化碳将其各自进气1小时。此外，在每种情况下制备1升1摩尔的精氨酸溶液，并分别将(A)氯化铝或(B)氯化铁溶解于其中，直至溶液的pH为8。搅拌下，将溶液各自添加到用二氧化碳饱和的精氨酸溶液之一中。随后进行离心。然后将上清液完全倾析，将所得固体悬浮在100ml去离子水中。然后将悬浮液离心。再重复洗涤步骤2次。将所得离心分离物铺涂在陶瓷滤板上并在室温下干燥。根据实施例5化学分解各2g的粉末。将干燥的固体在900℃下分解，并对残余物进行元素分析。
结果：
当将含有铝或铁离子的溶液混合到用二氧化碳饱和的受体溶液中时，形成白色或铁锈色固体。这些可以通过离心完全分离，并且上清液澄清。在洗出可溶性化合物并干燥后，获得干燥的固体聚集体，其可以在研钵中研磨成细粉末。酸催化分解时释放二氧化碳。通过热分解释放结合的二氧化碳。在元素分析中，仅可以检测到氧化铝(A)或氧化铁(B)。
实施例7
纯气体回收的研究
为了吸收和提取二氧化碳，使用含有用受体溶液连续喷雾的填料的气体洗涤装置(图1：2))。使部分沼气流以体积流量100m3/h通过该装置(图1：2))。用100L/min的受体溶液体积流量冲击填料。为此目的，使用来自储罐1的受体溶液(图1：4)。用于气体洗涤的受体溶液从气体洗涤装置进料到电渗析单元，用于解吸结合在受体溶液中的二氧化碳(图1：5))。这由阴极电解液室(图1：6))和阳极电解液室(图1：9))以及用于接收受体溶液的室(图1：7))和用于接收吸收和释放介质的室(图1：8))的交替布置组成。后者由双极膜(图1:10)彼此隔开，而阳极室用阴离子选择性膜连接到第一受体室，阴极室用阳离子选择性膜连接到最后的吸收和释放室。双极膜的总面积为10m2。选择浓度为2mol/L的精氨酸溶液作为受体溶液。
在吸收过程中将受体溶液加热至34-56℃。使用10wt％的柠檬酸溶液作为吸收和释放介质。流过离析单元的受体介质和吸收介质之间的体积比为2：1。在阳极和阴极之间施加20V的直流电压。
用于接收吸收和释放介质的腔室装置设置有气体出口，该气体出口连接到初始抽空的气体收集装置。用于吸收和释放介质的储存容器也连接到该收集装置，使得可以在无压情况下在其中收集形成的气体。连续测定通过气体洗涤器的气流和在气体收集装置中收集的气流的CO2含量。
结果
经处理的沼气的CO2含量为48体积％。通过气体洗涤器的气体的CO2含量为0.002体积％，甲烷含量为99.1体积％。在连续气体洗涤和受体介质通过电渗析单元期间，CO2在吸收和释放室以及吸收和释放介质的储存容器中释放出。释放和收集的气体的CO2含量>98.5体积％；其中没有检测到甲烷。连续操作可以超过8小时而没有任何干扰。工艺介质没有相关的加热。
实施例8
碳酸盐生产的研究
用去离子水制备5升2摩尔的精氨酸溶液。将500g氯化铁(III)完全溶解在该溶液中。根据实施例2，使CO2气体通过红棕色澄清溶液。由此pH由9.2降低至8.5。该溶液随后澄清并且不含固体。然后，将去离子水以1：1的体积比加入到溶液中并混合。立即形成絮凝的浅棕色固体，其缓慢沉降。倾析上清液。上清液是透明的并具有微红色调。离心沉淀相，将上清液与先前倾析的上清液合并(WP 1)。将离心分离物悬浮在各3升去离子水中并且搅拌1小时。然后在每种情况下借助于离心进行相分离。将棕红色物质铺涂在平均孔径为200μm的陶瓷滤板上。将滤板置于能吸收的材料上直至材料完全干燥。将易碎的棕色材料在研钵中粉碎。得到480g棕色粉末。将样品悬浮于水中并在其中搅拌。随后粉末沉降。随后上清液是透明无色的，pH为与初始时相比未变的6.8。将10％ HCl溶液加入到另一粉末样品中。发生发泡并释放CO2。随后溶液呈红棕色，并且没有固体存在。在该分解溶液的分析中没有检测到氮。因此，获得的粉末对应于碳酸铁。引导WP1通过电渗析单元。使用阴离子选择性膜在阳极侧密封供体室，并使用阳离子选择性膜在阴极侧密封。施加10V的直流电压。已经表明，在阳极室中释放出氯气而在阴极室中释放出氢气。电渗析后，用CO2对溶液进气。在进气后，通过借助于酸(HCl)改变pH，可以再次释放出结合在溶液中的CO2。
实施例9
在二次循环方法中生产碳酸盐
将城市污水处理厂的生物反应器的部分气体流(10m3/h)借助于水射流泵送装置抽出并与水性受体介质接触。将水/气体混合物经由管道导入到静态混合器并使其通过静态混合器。然后混合物进入收集罐，气体从该收集罐可以自由地逸出到大气中。水性受体介质以2摩尔精氨酸溶液形式存在。由收集罐，将载有二氧化碳的受体介质连续泵入二次循环。该二次循环由电渗析装置组成，该电渗析装置由阳极室、阴极室和10个连续的室单元组成，布置为：受体室/反应室/电解质室。受体室由受体介质连续灌注，然后将其导入水喷射泵送装置。反应介质和电解质溶液各自从储罐中取出并分别通过反应室或电解质室。受体室在阳极侧通过阴离子选择性膜与反应室分开。在阴极侧，它们通过双极膜与电解质室隔开。反应室和电解质室由阳离子选择膜隔开。用于反应介质的室单元在阳极侧与电解质室相邻。研究不同的反应介质。为此，在每种情况下由1摩尔精氨酸溶液制备以下反应溶液：a)30％氯化镁溶液，b)20％氯化铜溶液，c)15％氯化铝溶液。在每种情况下，反应介质从沉降槽连续再循环通过反应室。反应室被设计成使得反应介质垂直流过室并通过锥形底部出口排出到收集槽中，从而一起排出产生的固体。在每次进行5小时的各个实验运行之后，不再对反应介质进一步搅拌12小时。然后通过放置在沉降相上方的出口排出水性上清液，之后除去固体并用去离子水冲洗2次，然后在接触带干燥器上干燥。
将电解质溶液在三次循环中进料到另一个电渗析单元，在电渗析单元中分离氯离子。
根据实施例6中的方法检测作为固体获得的相应碳酸盐。
结果:
受体介质的温度范围在45-75℃。污水处理气具有26体积％的二氧化碳含量。通过使污水处理气与受体介质接触，二氧化碳含量降低至<0.01体积％。在受体介质开始流过电渗析单元之后，反应溶液迅速变成乳状，并且在每种情况下发生固体的连续沉淀。对冲洗和干燥的固体的分析显示它们是在每种情况下使用的电解质的阳离子的碳酸盐。因此，制得了碳酸镁、碳酸铜和碳酸铝。
实施例10
研究在再生循环过程中通过用二氧化碳/二氧化碳衍生物转化来物质上利用有机和无机来源的残余材料以获得再生原料级分。
通过分批地以使得氢气和水蒸气逸出的量加入去离子水，在200ml浓硫酸中将粉碎形式的旧铝罐(100g)完全分解。收集蒸汽/气体混合物并分离其中可得的氢气。所得溶液为灰褐色且非常浑浊。使用玻璃料过滤溶液并将其与600ml的1摩尔精氨酸溶液混合。将该混合物分批搅拌到用来自沼气厂的气体混合物的二氧化碳饱和的3摩尔精氨酸溶液中。在混入工序之后，将悬浮液离心并将离心物用去离子水冲洗2次，并在离心后干燥。
将200g纯化的鸡蛋壳样品在500ml的60wt％盐酸溶液中分解。收集逸出的二氧化碳并使用根据实施例2的装置在2摩尔精氨酸溶液中进行吸附。有机物质如蛋壳膜存在于所得混浊溶液中。将其滤出并输送溶液通过根据实施例9的电渗析装置的电解质室。根据实施例9，受体室和反应室分别填充有受体和反应介质，或被受体和反应介质冲洗。在该方法中，受体溶液已被由蛋壳分解得到的二氧化碳饱和。分离反应室中形成的固体，并用去离子水冲洗2次和离心后将其对流干燥。将在研究最后存在的阳极室的电解质溶液通过膜蒸馏而浓缩并且用于另一实验过程。在该研究之后，受体溶液还用于在骨分解过程中吸收二氧化碳。在研究过程中用太阳能来供能。
根据实施例6进行所得固体的分析。
结果：
在两种方法实施方案中获得的固体级分是碳酸铝和碳酸钙。它们以无定形颗粒形式的化学纯粉末形式存在。用于分解起始材料的化合物(酸)可以在二次循环中再生并用于新的实验过程。受体溶液也可以再生并重新使用。因此，可以在使用再生二氧化碳和可再生能量的情况下回收无机残余物，同时实现所用化合物的可持续循环。
实施例11
对于实验过程1)，将50g粉碎的铝箔用300ml的35％ HCl溶液水解。在pH为1时完全转化得到浅灰色物质。将该物质完全溶解在1升去离子水(1A)中。从中分离150ml并在搅拌下用氨溶液滴定至pH为4。10分钟后，将溶液离心并倾析上清液
对于实验过程2)，将100g硫酸铝完全溶解在300ml去离子水(2A)中。从中分离150ml并在搅拌下用氨溶液滴定至pH为3。10分钟后，将溶液离心并倾析上清液
将2摩尔的精氨酸溶液(用去离子水制备)循环通过静态混合器，其中将二氧化碳作为气相混入到静态混合器上游的溶液中。在无压的情况下进气直至受体溶液的pH达到8。
借助于计量泵将澄清和无色的电解质溶液1A、2A和各自分别混合到1000ml的受体溶液中直至达到7的pH，由此进行化学转化。如果制剂中的电解质溶液不能完全消耗/转化，则用新鲜的饱和受体溶液继续混合过程。在混合完成之后15分钟，将反应混合物离心。将上清液倾析并且合并(V1)。将各研究系列获得的离心分离物悬浮于1000ml去离子水中并在其中搅拌15分钟。然后通过离心进行相分离。将该过程再重复2次。将离心分离物铺涂在介孔的陶瓷膜上并在室温下放置24小时。随后称重干燥的材料并取出样品进行分析，该分析根据实施例5和6进行。
在加入茚三酮试剂后，用光谱法测定精氨酸浓度。
结果：
可以由铝箔的水解产物(实验过程1)制备透明溶液。通过混入氨导致絮凝。所形成的固体可以完全离心分离掉。在此，离心分离物2具有不同颜色的部分：在底部纯白色、稍微玻璃状的物质，上面具有灰棕色固体物质。在实验过程2中，当向电解质溶液中加入氨时同样发生絮凝，但是离心分离物是均匀的白色并且具有凝胶状稠度。
对于所有电解质溶液，可以通过与饱和受体溶液混合产生白色固体。视觉上，离心分离相彼此没有不同。为了依据方案混合电解质溶液与受体溶液，对于未用氨预处理的电解质溶液，相比于已经用氨预处理的电解质溶液，必须使用1.6倍(实验过程1)和1.8倍(实验过程2)体积的受体溶液，以便转换电解质溶液的相应总量。另一方面，对于1A和2A，仅可获得80重量％和75重量％的可分别从和获得的固体量。化学分析可以表明，获得的固体是碳酸铝和碳酸氢铝。
第一次离心后的上清液通过电渗析纯化除去其中存在的电解质。随后，通过膜蒸馏减少液体的体积，使得重新建立精氨酸溶液的初始浓度。由此再吸收二氧化碳并重复实验过程。以相同的效率获得碳酸铝和碳酸氢铝。
实施例12
从水性受体介质中阴极释放气相的研究
用去离子水制备2摩尔的精氨酸溶液。从中分离2升并在隔绝空气条件下储存(A0)。根据实施例7用二氧化碳气流进气剩余的受体溶液。通过导电率测量监测二氧化碳或其水溶性衍生物的负载度。用二氧化碳进气受体介质直至达到150mSi的导电率(A1)。
分别制备20wt％的KOH(K)和NaOH(N)溶液作为备用溶液。由这些溶液分别制备2升的a)1wt％、b)2wt％、c)3wt％和d)4wt％溶液。
向每个2升A1中添加固体形式的KOH(A1K)以及NaOH(A1N)并使其溶解，使得这些中的每一种以a)1wt％、b)2wt％、c)3wt％和d)4wt％溶液存在。
制造一个能够容纳500ml液体的矩形玻璃容器，分离装置可以安装在其中心以在容器中彼此分离两个室。作为分离装置置入其通孔具有2mm的直径且孔隙率为70％的聚碳酸酯多孔盘。在腔室中，分别将石墨电极放置在允许电极轴向移位的保持器中，所述电极与分离装置平行布置。容器在顶部气密密封，每个室在盖上都有出口。这些出口各自连接到气体收集装置，该气体收集装置能够将在各个室中形成的气体无压导走。因此可以量化相应的气体体积。该容器在两个前端分别具有用于填充液体和用于液体通过的入口和出口。电极连接到整流器。
用各种实验溶液连续填充容器，使得其中没有空气残留。在实验系列0)中，分别以浓度a)-d)将溶液K)和N)填充到容器中。首先，对于每种溶液测定开始有电流时的直流电压(Smin)。然后测定在两个电极处形成气泡从而导致一定气体体积分离时的电压。在实验系列I)中，随后在浓度a)-d)下连续研究溶液A0和A1以及A1K和A1N。向每种溶液施加恒定电压10分钟，该恒定电压比Smin高至少1伏并且是2的倍数。每10分钟，将电压增加2伏直至高达32伏的电压。记录电极处气泡的形成、每次存在的电流(mA)和电流输送期间产生的气体量。
在实验系列II)中，对于每种溶液，用针对各个溶液已经预先确定的电压(在该电压下在阴极处没有气体形成)重复测试，其中含有相应溶液的容器被灌注，使得通过分离介质从阴极室到阳极室进行流动。分析在阴极室中释放和收集的气体的化学组成。
结果(参见表1A和表1B)：
在实验系列I)中，对于溶液K和N以取决于浓度的方式发生电解，这导致从2-4V之间的电压起形成氢气和氧气。在溶液A0的情况下，在高达24V下都没有电流流动，并且在高达32V下都没有导致形成气相的电解。在溶液A1的情况下，从12V起开始存在电流流动；从20V的电压起开始在阴极处形成气体。甚至在32V的电压下也没有发生在阳极处的气体形成。对于溶液A1K和A1N，随着浓度的增加Smin降低。此外，取决于浓度，导致在阴极处形成气体的所需电压降低。另外，对于这些溶液，在阳极处没有可测量量的氧气形成。在溶液A1、A1K和A1N中在阴极处形成的气体对应于二氧化碳。在此，在相同电压设备下可获得的气体量对于A1K和A1N比对于A1大得多，并且随着所添加的电解质的浓度而增加。
在实验系列II)中，由于用溶液A1、A1K和A1N灌注容器，在阴极处释放的二氧化碳的量增加了20-40体积％。
表1a
V-Nr.＝实验编号，V＝施加的直流电压，单位为伏特；AL nativ＝未加载二氧化碳的受体溶液；AL-CO2＝负载有二氧化碳的受体溶液；NaOH＝受体溶液中氢氧化钠的浓度，以重量％计；KOH＝受体溶液中氢氧化钾的浓度，以重量％计；K＝在常压下在实验时间段内在阴极室中形成的气体体积(以mL为单位)；A＝在常压下在实验时间段内在阳极室中形成的气体体积(以mL为单位)。
表1b
V-Nr.＝实验编号，V＝施加的直流电压，单位为伏特；AL nativ＝未加载二氧化碳的受体溶液；AL-CO2＝负载有二氧化碳的受体溶液；NaOH＝受体溶液中氢氧化钠的浓度，以重量％计；KOH＝受体溶液中氢氧化钾的浓度，以重量％计；K＝在常压下在实验时间段内在阴极室中形成的气体体积(以mL为单位)；A＝在常压下在实验时间段内在阳极室中形成的气体体积(以mL为单位)。

Claims (15)

1.用于在水性介质中选择性地结合、输送和储存二氧化碳的方法，其特征在于以下步骤：
a)提供含有至少一种具有游离胍基和/或脒基的受体化合物的水性受体溶液，
b)使含有二氧化碳的气体与来自步骤a)的受体溶液接触，
c)将步骤b)的受体溶液中结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物通过分离膜输送到水性的吸收和释放介质中；或
储存和/或输送来自步骤b)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的受体溶液。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述受体化合物是氨基酸，并且所述受体溶液的pH在8和13之间的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在步骤b)中，所述接触在不对所述受体溶液加压的情况下进行。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中步骤b)或c)之后是步骤c1)或d1):将结合在所述受体溶液中的二氧化碳作为气相释放。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中来自步骤b)的受体溶液位于或引入电渗析装置的受体室中，并且根据步骤c)的二氧化碳/二氧化碳衍生物的输送借助于在所述受体室与吸收和释放室之间产生的电梯度来进行，其中所述受体室与所述吸收和释放室通过分离膜彼此分隔。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述分离膜是离子和/或气体分子可渗透的膜。
7.根据权利要求5所述的方法，其中在所述吸收和释放室中释放通过所述分离膜以具有>98.5体积％二氧化碳的纯二氧化碳气体的形式输送的所述二氧化碳/二氧化碳衍生物。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中所述吸收和释放室中存在吸收和释放介质，所述吸收和释放介质中存在至少一种具有至少一个酸基并且等电点在3与5之间的范围内的化合物。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中在所述受体溶液和/或所述吸收和释放介质中存在用于二氧化碳和/或碳酸根/碳酸氢根阴离子的反应和/或结合的一种或多种反应化合物。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中在步骤b)之后，借助于反应化合物将结合在所述受体溶液中的二氧化碳转化为碳化合物。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中在步骤c)之后，借助于反应化合物将结合在所述吸收和释放介质中的二氧化碳或输送和释放的二氧化碳转化为碳化合物。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中在步骤c)之后是步骤c3')和c3):
c3')将来自步骤c)的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的水性的吸收和释放介质引入释放装置中；和
c3)在释放室中从来自步骤c3')的含有结合的二氧化碳/二氧化碳衍生物的吸收和释放介质释放作为气相的二氧化碳。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中从所述水性受体溶液阴极分离作为纯气相的二氧化碳。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中在步骤b)之前借助于含酸溶液洗涤所述含有二氧化碳的气体。
15.可通过根据权利要求9所述的方法获得的碳酸铝和/或碳酸氢铝，其中所述反应化合物是铝盐，优选氯化铝。
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