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JP2018131351A - Method for recovering co2 in air to separate carbon - Google Patents

Method for recovering co2 in air to separate carbon Download PDF

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JP2018131351A
JP2018131351A JP2017025336A JP2017025336A JP2018131351A JP 2018131351 A JP2018131351 A JP 2018131351A JP 2017025336 A JP2017025336 A JP 2017025336A JP 2017025336 A JP2017025336 A JP 2017025336A JP 2018131351 A JP2018131351 A JP 2018131351A
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Japan
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carbon
atmosphere
alkali silicate
heating
silicate
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JP2017025336A
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Japanese (ja)
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近藤 次郎
Jiro Kondo
次郎 近藤
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
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Abstract

【課題】地球温暖化の原因と言われている大気中CO2を工業的に簡便に回収し、かつ、分解する方法を提供する。又、有害性の無い一般的な化学物質一種類のみを使用し、かつ、この化学物質の再利用も目指す。【解決手段】アルカリ珪酸化物を用意する工程、前記アルカリ珪酸化物に、H2Oの存在下で大気中のCO2を吸収させる工程、前記CO2およびH2Oを吸収したアルカリ珪酸化物を、非酸化性雰囲気中で、700℃以上1600℃以下に加熱し、炭素を分離する工程を含むことを特徴とする、大気中CO2を回収して炭素を分離する方法。【選択図】なしAn object of the present invention is to provide a method for industrially easily recovering and decomposing CO2 in the atmosphere, which is said to cause global warming, industrially. In addition, only one kind of general chemical substance that is not harmful is used, and this chemical substance is also reused. A step of preparing an alkali silicate, a step of causing the alkali silicate to absorb CO2 in the air in the presence of H2O, and an alkali silicate having absorbed the CO2 and H2O in a non-oxidizing atmosphere. A method for separating carbon by recovering CO2 in the atmosphere, comprising a step of separating the carbon by heating to 700 ° C. or more and 1600 ° C. or less. [Selection figure] None

Description

本発明は、大気中のCOを回収して炭素を分離する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for separating CO by recovering CO 2 in the atmosphere.

近年、大気中のCOは増加の一途を辿っており、これが地球温暖化の一因であると言われているが、簡便な方法で大気中のCOを回収し、かつ、Cへ分解する方法は確立されていなかった。例えば、単一の化学物質を用いて大気中COの吸収と分解の両方を簡便に行い、COをCへ分解できる方法は無かった。 In recent years, CO 2 in the atmosphere has been steadily increasing, and this is said to contribute to global warming. However, CO 2 in the atmosphere is recovered by a simple method and decomposed into C. The method to do was not established. For example, there was no method that could easily absorb and decompose CO 2 in the atmosphere using a single chemical substance and decompose CO 2 into C.

このように、大気中COの回収と分解を同一の化学物質で行おうとする試みはほとんど無いが、先に本発明者ら先願である特許文献1及び2には、アルカリ珪酸化物を用いて、炭酸化物から炭素を分離する方法が示されている。大気中COの分解についても触れられている。 As described above, there is almost no attempt to recover and decompose atmospheric CO 2 with the same chemical substance. However, in Patent Documents 1 and 2 that were previously filed by the present inventors, alkali silicate is used. Thus, a method for separating carbon from carbonate is shown. It has also been mentioned for the degradation of atmospheric CO 2.

特許文献1には、アルカリ元素の炭酸化物および/またはアルカリ土類元素の炭酸化合物を、水ガラス又はアルカリ珪酸化物と混合して、非酸化性雰囲気中で、700℃以上1600℃以下に加熱して炭酸化物からの炭素を分離する、遊離炭素の製造方法が記載されている。   In Patent Document 1, an alkali element carbonate and / or an alkaline earth element carbonate compound is mixed with water glass or alkali silicate and heated to 700 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower in a non-oxidizing atmosphere. A method for producing free carbon is described which separates carbon from carbonates.

特許文献2には、水ガラスと、アルカリ元素の炭酸化物および/またはアルカリ土類元素の炭酸化物を混合した混合物をシリカアルミナ系セラミックス焼結体の表面に塗布し、非酸化性雰囲気中で、700℃以上1600℃以下に加熱して、炭酸化物から炭素を分離して膜状遊離炭素を製造する方法が記載されている。   In Patent Document 2, a mixture of water glass and an alkali element carbonate and / or an alkaline earth element carbonate is applied to the surface of a silica-alumina ceramic sintered body, and in a non-oxidizing atmosphere, A method for producing film-like free carbon by heating to 700 ° C. or more and 1600 ° C. or less to separate carbon from carbonate is described.

特許文献1、特許文献2に記載の遊離炭素の製造方法は、炭素源として、アルカリ元素の炭酸化物および/またはアルカリ土類元素の酸化物が必要であった。
しかしながら、CaOやNaOに代表されるアルカリ土類及びアルカリ金属の酸化物は強アルカリ化合物である。又、NaOに代表されるアルカリ金属の酸化物は非常に不安定であり、装置を構成する各種材質とも反応し易い。これらの強アルカリ性の酸化物を用いることなく、大気中COの回収とCへ分解を行うことが出来れば非常に好ましい。又、当然のことながら、使用する化学物質が少ない方が、経済的にも有利である。
The methods for producing free carbon described in Patent Document 1 and Patent Document 2 require alkali element carbonates and / or alkaline earth element oxides as a carbon source.
However, alkaline earth and alkali metal oxides represented by CaO and Na 2 O are strong alkali compounds. In addition, alkali metal oxides typified by Na 2 O are very unstable and easily react with various materials constituting the apparatus. It would be highly desirable if atmospheric CO 2 could be recovered and decomposed into C without using these strongly alkaline oxides. Of course, it is economically advantageous to use fewer chemical substances.

さらに、Na2OにCO2を吸収させた場合には、特許文献1の明細書中の段落0025に記載されているように、「炭酸化物から二酸化炭素が放出され、残りの部分がアルカリ珪酸化物と化合物を生成する反応が本発明の反応と同時に進行する…」とある。すなわち、Na2O使用の場合、反応回数を重ねると、Na2O比率が大きくなる方向にNa2O・nSiO2の組成が徐々にずれていき、いずれNa2O・nSiO2を再利用できなくなる、と言う問題があった。
特許文献2においても、反応メカニズムは特許文献1と同じであるので、やはり、Na2O使用の場合、反応回数を重ねると、Na2O比率が大きくなる方向にNa2O・nSiO2の組成が徐々にずれていき、いずれNa2O・nSiO2を再利用できなくなる、と言う問題があった。
Further, when CO 2 is absorbed by Na 2 O, as described in paragraph 0025 in the specification of Patent Document 1, “carbon dioxide is released from the carbonate, and the remaining part is alkali silicate. The reaction to form a compound and a compound proceeds simultaneously with the reaction of the present invention. That is, when Na 2 O is used, the composition of Na 2 O · nSiO 2 gradually shifts in the direction of increasing the Na 2 O ratio as the number of reactions is repeated, and Na 2 O · nSiO 2 can be reused. There was a problem of disappearing.
Also in Patent Document 2, since the reaction mechanism is the same as that of Patent Document 1, when Na 2 O is used, the composition of Na 2 O · nSiO 2 increases in the direction of increasing the Na 2 O ratio when the number of reactions is repeated. Gradually deviated and eventually Na 2 O · nSiO 2 could not be reused.

特許文献3には、導電性マイエナイト化合物にCOを吸着させ、それを加熱しCOに還元する方法が開示されている。
特許文献4には、ジルコニウム含有酸化セリウムとCOを、加熱下で接触させ化学量論反応によってCOへ還元する方法が開示されている。しかし、特許文献3、特許文献4記載の製造方法では、COを分解し得られる生成物はCOである。炭素自体を得るには、更に還元工程が必要となる。もちろん、COは各種合成反応の原料として有用ではあるが、生成物がCであればより直接的に熱エネルギー源として利用できるので、より好ましいと言える。
Patent Document 3 discloses a method of adsorbing CO 2 on a conductive mayenite compound and heating it to reduce it to CO.
Patent Document 4 discloses a method in which zirconium-containing cerium oxide and CO 2 are brought into contact under heating and reduced to CO by a stoichiometric reaction. However, in the production methods described in Patent Document 3 and Patent Document 4, the product obtained by decomposing CO 2 is CO. In order to obtain carbon itself, a further reduction step is required. Of course, CO is useful as a raw material for various synthesis reactions, but if the product is C, it can be said that it is more preferable because it can be directly used as a heat energy source.

特開2015−187059号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-187059 特願2016−000542号Japanese Patent Application No. 2006-000542 特開2012−025636号公報JP 2012-025636 A 特許第5858926号公報Japanese Patent No. 5858926

本発明は、上記実情に鑑み、炭酸化物源としてCaOの様な強アルカリ化合物を使用することなく、又、NaOの様な強アルカリ性で不安定な化合物を使用することなく、有害な性質を有しない、入手可能な単一の化学物質を用いて、大気中COの回収し、炭素を分離する方法を提供することを目的とする。又、この一般的な一つの化学物質を大気中COの回収とCへの分解のために、何度でも再利用可能とすることを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention has no harmful properties without using a strong alkali compound such as CaO as a carbonate source and without using a strong alkaline and unstable compound such as Na 2 O. The object is to provide a method for the capture of atmospheric CO 2 and separation of carbon using a single available chemical that does not have any of the above. Another object of the present invention is to make this common chemical substance reusable any number of times for the recovery of atmospheric CO 2 and decomposition into C.

本発明者らは、水ガラス又はアルカリ珪酸化物と炭酸化物を混合し、非酸化性雰囲気中で、700℃以上1600℃以下に加熱して炭酸化物からの炭素を分離する技術を見出し、既に、特許文献1において報告している。そこで、本発明者らは、この技術の研究過程において、上記課題を解決する方法についても鋭意検討した。   The present inventors have found a technique for mixing carbon from water glass or alkali silicate and carbonate, heating in a non-oxidizing atmosphere to 700 ° C. or more and 1600 ° C. or less to separate carbon from the carbonate, This is reported in Patent Document 1. Therefore, the present inventors diligently studied a method for solving the above problem in the research process of this technology.

その結果、アルカリ珪酸化物それ自体が、COを吸収できることを知得し、大気中COとHOを室温にて吸収させた後、非酸化性雰囲気中で、700℃以上1600℃以下に加熱することにより、吸収されたCOから遊離炭素を効率良く製造する技術を見出し、本発明を完成するに至った。 As a result, it was found that the alkali silicate itself can absorb CO 2, and after absorbing atmospheric CO 2 and H 2 O at room temperature, in a non-oxidizing atmosphere, 700 ° C. or more and 1600 ° C. or less. As a result, a technique for efficiently producing free carbon from absorbed CO 2 was found, and the present invention was completed.

本発明の要旨は次の通りである。
(1) アルカリ珪酸化物を用意する工程、
前記アルカリ珪酸化物に、HOの存在下で大気中のCOを吸収させる工程、
前記COおよびHOを吸収したアルカリ珪酸化物を、非酸化性雰囲気中で、700℃以上1600℃以下に加熱し、炭素を分離する工程
を含むことを特徴とする、大気中COを回収して炭素を分離する方法。
(2)前記アルカリ珪酸化物が、珪酸ナトリウムであることを特徴とする(1)に記載の方法。
(3)前記炭素を分離した後のアルカリ珪酸化物を、前記アルカリ珪酸化物を用意する工程において、再使用することを特徴とする(1)に記載の方法。
The gist of the present invention is as follows.
(1) preparing an alkali silicate;
Allowing the alkali silicate to absorb atmospheric CO 2 in the presence of H 2 O;
The alkali silicate product that has absorbed the CO 2 and with H 2 O, in a non-oxidizing atmosphere, heated to 700 ° C. or higher 1600 ° C. or less, characterized in that it comprises a step of separating the carbon, the atmosphere CO 2 A method to recover and separate carbon.
(2) The method according to (1), wherein the alkali silicate is sodium silicate.
(3) The method according to (1), wherein the alkali silicate after separating the carbon is reused in the step of preparing the alkali silicate.

本発明により、簡便な方法で大気中のCOを回収し、かつ、Cへ分解することができる。通常の工業材料または燃料の炭素源として使用することができる炭素を、大気中のCOから効率良く製造することが可能となり、大気中COの回収と有効利用の両方が可能となる。又、炭酸化物源として、強アルカリ化合物もしくは不安定な反応性に富む化合物を使用することなしに、直接COから炭素を生成することができる。
さらに、本発明の方法では、炭素を分離した後のアルカリ珪酸化物を、大気中COの回収とCへの分解のために、何度でも再利用することができる。
According to the present invention, atmospheric CO 2 can be recovered and decomposed into C by a simple method. The carbon can be used as a carbon source for ordinary industrial materials or fuel, it is possible to manufacture efficiently from CO 2 in the atmosphere, it is possible to both effective use and recovery of atmospheric CO 2. Moreover, carbon can be directly generated from CO 2 without using a strong alkali compound or a compound having a high unstable reactivity as a carbonate source.
Furthermore, in the method of the present invention, the alkali silicate after carbon separation can be reused any number of times for the recovery of atmospheric CO 2 and decomposition into C.

以下、本発明の大気中COを回収して炭素を分離する方法について、以下順次説明する。
まず、アルカリ珪酸化物を用意する工程において使用するアルカリ珪酸化物について説明する。
Hereinafter, the method for separating carbon by recovering atmospheric CO 2 according to the present invention will be sequentially described.
First, the alkali silicate used in the step of preparing the alkali silicate will be described.

出発物質として用いるアルカリ珪酸化物としては、例えば珪酸ナトリウムが代表的な化合物であり、Na2O・nSiO2の分子式で記載される。ここで、係数nはNaOに対するSiOの比を表し、連続的に変化することができる。本発明において、特にnが限定されるわけではない。一般的には、n=0.3〜4程度のものが多いが、本発明において、特にnが限定されるわけではない。Na2O・nSiO2で表される化合物は無水物の珪酸ナトリウムであるが、この他に、配位水又は結晶水を有する固体状のNaO・nSiO・mHOで表される珪酸ナトリウムも用いることができる。尚、これらアルカリ珪酸化物、例として上げている珪酸ナトリウムは全て固体であり、珪酸ナトリウムの高粘性水溶液である水ガラスとは区別され、CO吸収特性等の化学的性質も異なる。又、水ガラスの製法としては、固体状の珪酸ナトリウムと水を混合し、オートクレーブ等を使用し10気圧近くに加圧し、さらに100℃以上へ加熱することにより製造する方法が一般的であり、大気圧下、特に室温下で、珪酸ナトリウムと水を混合しただけで容易に水ガラスが得られるわけでもない。 As an alkali silicate used as a starting material, for example, sodium silicate is a typical compound, and is described by a molecular formula of Na 2 O · nSiO 2 . Here, the coefficient n represents the ratio of SiO 2 to Na 2 O and can be varied continuously. In the present invention, n is not particularly limited. In general, n = 0.3 to 4 in many cases, but in the present invention, n is not particularly limited. The compound represented by Na 2 O · nSiO 2 is anhydrous sodium silicate, but in addition, it is represented by solid Na 2 O · nSiO 2 · mH 2 O having coordination water or crystal water. Sodium silicate can also be used. In addition, these alkali silicates, for example, sodium silicate mentioned as an example are all solids, and are distinguished from water glass which is a highly viscous aqueous solution of sodium silicate, and have different chemical properties such as CO 2 absorption characteristics. Moreover, as a method for producing water glass, a method of producing by mixing solid sodium silicate and water, pressurizing near 10 atm using an autoclave or the like, and further heating to 100 ° C. or more is common. Water glass is not easily obtained just by mixing sodium silicate and water at atmospheric pressure, particularly at room temperature.

本発明で用いることができる、Na2O・nSiO2は、炭酸化物源となることができるとして特許文献1、特許文献2に記載されているNa2Oとは全く異なる性質を有する。アルカリ珪酸化物すなわちNa2O・nSiO2のn=2であるNa2O・2SiO2を例として挙げると、本来これはNaSiと記載されることが多く、非常に安定な化合物であり一般に市販されている。これに対し、Na2Oは非常に不安定な化合物であり、工業製品としてはもちろん、試薬としてもほとんど市販されていない。又、わずかに市販されているNa2Oも純度が低く、せいぜい90%程度の純度である。この様に、Na2Oは特別に合成する等のことがなければほとんど眼にすることはないが、Na2O・nSiO2は一般的に入手可能な安定な化合物であり、工業製品として多く流通している。 Na 2 O.nSiO 2 that can be used in the present invention has completely different properties from Na 2 O described in Patent Document 1 and Patent Document 2 as being capable of becoming a carbonate source. By way of example the Na 2 O · 2SiO 2 is n = 2 of the alkali silicate compound i.e. Na 2 O · nSiO 2, often inherently This is described as Na 2 Si 2 O 5, very stable compound And is generally commercially available. On the other hand, Na 2 O is a very unstable compound and is hardly commercially available as a reagent as well as an industrial product. Slightly commercially available Na 2 O is also low in purity and is at most about 90% pure. In this way, Na 2 O is hardly noticed unless it is specially synthesized, but Na 2 O · nSiO 2 is a generally available stable compound, and it is widely used as an industrial product. It is in circulation.

本発明では、アルカリ珪酸化物に大気中のCOとHOを吸収させた後、加熱することによりCOを炭素へ転化するので、アルカリ珪酸化物の気体吸収性が優れる方が好ましい。このため、アルカリ珪酸化物の形状については、塊状のものより粉末状又は粒状のものが好ましい。個々の粒径が0.1μm〜数mmであるのが好ましく、さらに好ましくは1μm〜1mmである。これは、粒径を小さくしすぎると粉砕の過程でアルカリ珪酸化物に不純物が混入することが懸念されるので、粉砕したとしても1μm程度までとする方が好ましい。ただ、本発明において、アルカリ珪酸化物の粒径・形状は特に限定されるわけではない。 In the present invention, CO 2 and H 2 O in the atmosphere are absorbed by the alkali silicate, and then heated to convert CO 2 to carbon. Therefore, it is preferable that the gas absorption of the alkali silicate is excellent. For this reason, about the shape of an alkali silicate, a powder form or a granular form is preferable rather than a lump form. The individual particle size is preferably 0.1 μm to several mm, more preferably 1 μm to 1 mm. If the particle size is too small, there is a concern that impurities are mixed into the alkali silicate during the pulverization process. Therefore, even if pulverized, it is preferably about 1 μm. However, in the present invention, the particle diameter and shape of the alkali silicate are not particularly limited.

アルカリ珪酸化物へCOとHOを吸収させる方法としては、例えば上述したような粉末状又は粒状のアルカリ珪酸化物を室温で、一定時間放置すれば良い。この場合、大気中COとHOの吸収量を、各々を独立で測定することは難しいが、COとHOの合計の吸収量をアルカリ珪酸化物の質量増加から測定することができる。 As a method for absorbing CO 2 and H 2 O into alkali silicate, for example, powdery or granular alkali silicate as described above may be allowed to stand at room temperature for a certain period of time. In this case, it is difficult to measure the absorption amounts of CO 2 and H 2 O in the air independently, but the total absorption amount of CO 2 and H 2 O can be measured from the increase in mass of the alkali silicate. it can.

本発明において、アルカリ珪酸化物へのCOとHOの合計の吸収量は特に限定されるわけではないが、例えば、COとHOを合わせて、アルカリ珪酸化物の0.01〜70質量%吸収させることができる。好ましくは、COとHOを合わせて、アルカリ珪酸化物の1〜50質量%吸収させれば良い。これは、1質量%より少なければCO回収・分解効率が工業的観点から低く、50質量%より多い場合は、一般的な気象条件、例えば、気温5〜35℃、湿度20〜80%程度では、吸収させるのに長時間を要することが多く工業的に非効率だからである。 In the present invention, the CO 2 absorption amount of the sum of H 2 O is not particularly limited to the alkali silicate compound, for example, the combined CO 2 and H 2 O, 0.01 to alkali silicate product 70% by mass can be absorbed. Preferably, CO 2 and H 2 O may be combined to absorb 1 to 50% by mass of the alkali silicate. If it is less than 1% by mass, the CO 2 recovery / decomposition efficiency is low from an industrial point of view. If it is more than 50% by mass, general weather conditions, for example, temperature 5 to 35 ° C., humidity 20 to 80% This is because it takes a long time to absorb and is industrially inefficient.

上述した量の大気中COとHOをアルカリ珪酸化物へ吸収させる時間は、周囲の条件、アルカリ珪酸化物の粒径等に依存し、一概には規定できない。一般的には、半日程度から数日のことが多いが、あくまでも目安であり、アルカリ珪酸化物の質量増加率を測定しつつ、適切な吸収量となったところで、次の工程である加熱へ移行する。 The time for which the above amounts of atmospheric CO 2 and H 2 O are absorbed into the alkali silicate depends on the surrounding conditions, the particle size of the alkali silicate, etc., and cannot be specified unconditionally. In general, it is often from half a day to several days, but it is only a guideline, and when the mass increase rate of alkali silicate is measured, when the appropriate absorption amount is reached, the next step is heating. To do.

また、例えば、珪酸ナトリウムへCOとHOを吸収させる方法としては、上述した自然吸収以外に、水を配置した近傍の大気中に放置する方法、水中をバブリングさせた大気を流通させている容器内に放置する方法等、強制的に吸収させる方法がある。
前者の場合は、例えば、上部開放の容器内に、水を入れた上部開放の小容器と、アルカリ珪酸化物を入れた小容器を同時に配置することで、アルカリ珪酸化物周りの湿度を一般大気より高湿度に保つことができ、効率的に大気中COとHOをアルカリ珪酸化物に吸収させることができる。
後者の場合は、ガスの出入り口を有する密閉容器内へ、タンクに溜めた水の中を室温でバブリングさせた大気を送り込み流通させ、この密閉容器内にアルカリ珪酸化物を放置し、大気中COとHOを吸収させればよい。この場合、大気を水中にバブリングさせた結果、導入した大気は飽和蒸気圧に近い量の水蒸気を含有していると考えられる。
In addition, for example, as a method of absorbing CO 2 and H 2 O into sodium silicate, in addition to the above-described natural absorption, a method of leaving it in the atmosphere in the vicinity where water is disposed, or a method of circulating an atmosphere in which water is bubbled is circulated. There is a method of forced absorption, such as a method of leaving it in a container.
In the former case, for example, by placing a small open container with water and a small container with alkali silicate in the upper open container at the same time, the humidity around the alkali silicate is higher than that of the general atmosphere. High humidity can be maintained, and atmospheric CO 2 and H 2 O can be efficiently absorbed into the alkali silicate.
In the latter case, the closed vessel having inlet and outlet of the gas, through the water reserved in the tank was circulated feeding the atmosphere was bubbled at room temperature, allowed to stand an alkali silicate compound in the sealed container, the atmosphere CO 2 And H 2 O may be absorbed. In this case, as a result of bubbling the atmosphere into water, the introduced atmosphere is considered to contain water vapor in an amount close to the saturated vapor pressure.

また、珪酸ナトリウムへCOとHOを吸収させる別法として、大気中にHOを強制導入して、HOの量をコントロールした大気を用いることができる。この方法で、強制導入するHOの量は、珪酸ナトリウムに接触させる大気中、飽和蒸気圧に近いことが好ましい。 As another method of absorbing CO 2 and H 2 O into sodium silicate, an atmosphere in which H 2 O is forcibly introduced and the amount of H 2 O is controlled can be used. In this method, the amount of H 2 O to be forcibly introduced is preferably close to the saturated vapor pressure in the atmosphere brought into contact with sodium silicate.

無水珪酸ナトリウムがCOを吸収することは、一般的に知られていない。このメカニズムは不明であるが、珪酸ナトリウムがCOとHOを一緒に吸収することによる、いわゆる潮解状態となっていると考えられる。この際の生成物は厳密には判明していない。ただ、無水の珪酸ナトリウムの粒状物をCOと水蒸気の存在下に放置後、赤外分光法により赤外スペクトルを得ると、粒子表面にNaCO・10HOの生成が認められた。このことから、珪酸ナトリウムの表面には、大気中のCOとHOからNaCOの水和物が生成していると考えられる。
COとHOを珪酸ナトリウムに吸収させた場合、NaCO・10HOが生成することを考えると、大気中CO濃度は大凡500ppmであるので、大気中の水蒸気としてのHO含有量はこの10倍以上、すなわち0.5%以上であることが好ましい。この濃度であれば、大気中COを効率良く珪酸ナトリウムに吸収させることが可能と考えられる。
The anhydrous sodium silicate absorbs CO 2 is not generally known. Although this mechanism is unknown, it is thought that sodium silicate absorbs CO 2 and H 2 O together to form a so-called deliquescent state. The product at this time is not exactly known. However, when an anhydrous sodium silicate granule was allowed to stand in the presence of CO 2 and water vapor and an infrared spectrum was obtained by infrared spectroscopy, formation of Na 2 CO 3 .10H 2 O was observed on the particle surface. . From this, it is considered that a hydrate of Na 2 CO 3 is formed on the surface of sodium silicate from CO 2 and H 2 O in the atmosphere.
When CO 2 and H 2 O are absorbed into sodium silicate, considering that Na 2 CO 3 · 10H 2 O is generated, the atmospheric CO 2 concentration is approximately 500 ppm. The 2 O content is preferably 10 times or more, that is, 0.5% or more. If this concentration is considered to be able to absorb atmospheric CO 2 efficiently sodium silicate.

次に、加熱工程について説明する。
加熱方法としては各種加熱炉、加熱装置が使用可能である。また、様々な高温プロセスから排出される排熱も、温度が適合すれば使用可能であり、排熱利用の加熱装置も使用できる。また、太陽光を集光する加熱装置も使用可能である。太陽光を集光する加熱装置については、一般に、温度制御が大雑把であるので使用し難いが、本発明においては、反応の温度ウインドーが広いので使用可能であり、この点は本発明の特長である。
Next, the heating process will be described.
Various heating furnaces and heating devices can be used as the heating method. In addition, exhaust heat exhausted from various high-temperature processes can be used if the temperature is suitable, and a heating device using exhaust heat can also be used. Moreover, the heating apparatus which condenses sunlight can also be used. In general, a heating device that collects sunlight is difficult to use because the temperature control is rough, but in the present invention, it can be used because the temperature window of the reaction is wide, and this point is a feature of the present invention. is there.

例えば、これら加熱装置に、大気中のCOとHOを吸収させたアルカリ珪酸化物を入れたルツボを装入し、非酸化性雰囲気中で加熱することができる。ルツボ材質としては、特に限定されるものではないが、加熱温度に対し耐熱性のあるものが選択されるものが良い。例えば、シリカアルミナ、アルミナ、石英等の材質のルツボが使用可能である。 For example, these heating apparatuses can be charged with a crucible containing alkali silicate that has absorbed CO 2 and H 2 O in the atmosphere and heated in a non-oxidizing atmosphere. The crucible material is not particularly limited, but a material having heat resistance to the heating temperature is preferably selected. For example, a crucible made of silica alumina, alumina, quartz or the like can be used.

加熱の際の雰囲気として、非酸化性雰囲気が選択される。それは、生成した炭素の酸化を防止するためであり、例えば、アルゴン雰囲気等の不活性ガスの雰囲気、また窒素雰囲気を非酸化性雰囲気として選択できる。使用する非酸化性ガスの純度としては、一般的なガスボンベの純度、例えば、99.99%で十分である。この程度の純度があれば、加熱装置としての一般的な反応装置において、生成した炭素が酸化することを実質的に無視することができる。非酸化性ガスの流量としては特に制約は無く、経済的な観点から少量でよい。加熱による反応容器内圧力の上昇・破損を防ぐ目的で、ガスフロー系にて本発明を実施する場合は、排気管から非酸化性ガスが逆流しない流量であればよい。この流量として、例えば、数10mL〜数10L/分、好ましくは、100mL〜2L/分の流量を挙げることができる。   A non-oxidizing atmosphere is selected as the atmosphere during heating. This is to prevent the generated carbon from being oxidized. For example, an inert gas atmosphere such as an argon atmosphere or a nitrogen atmosphere can be selected as the non-oxidizing atmosphere. As the purity of the non-oxidizing gas to be used, the purity of a general gas cylinder, for example, 99.99% is sufficient. With such a purity, it can be substantially ignored that the generated carbon is oxidized in a general reaction apparatus as a heating apparatus. There is no restriction | limiting in particular as a flow volume of non-oxidizing gas, and a small amount may be sufficient from an economical viewpoint. When the present invention is carried out in a gas flow system for the purpose of preventing an increase or breakage of the pressure in the reaction vessel due to heating, the flow rate may be such that the non-oxidizing gas does not flow backward from the exhaust pipe. Examples of the flow rate include a flow rate of several tens of mL to several tens of L / min, preferably 100 mL to 2 L / min.

加熱温度は、700℃以上1600℃以下が良く、さらに好ましくは、850℃以上1300℃以下である。実施例から分かるように、本発明により炭素を生成させるためには、700℃以上が必要である。さらに、700℃以上で850℃程度以下の加熱では、上記COを吸収したアルカリ珪酸化物は加熱により溶融状態とはならない場合が多く、生成した炭素は固形物として広く分布することが多い。850℃程度以上に加熱すると、上記アルカリ珪酸化物は加熱により溶融状態となる場合が多く、生成した炭素は、ルツボ壁面や溶融物上面に集まり易く、炭素の回収に好都合である。 The heating temperature is preferably 700 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower, more preferably 850 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. As can be seen from the examples, 700 ° C. or higher is necessary in order to produce carbon according to the present invention. Furthermore, when heating at 700 ° C. or more and about 850 ° C. or less, the alkali silicate that has absorbed the CO 2 is often not brought into a molten state by heating, and the generated carbon is often widely distributed as a solid. When heated to about 850 ° C. or more, the alkali silicate is often in a molten state by heating, and the generated carbon is likely to collect on the crucible wall surface or the upper surface of the melt, which is convenient for carbon recovery.

また、加熱温度が1600℃より高くなると、炭素は少ししか認められなくなるので、加熱温度は1600℃以下が良い。この理由は、1600℃より高温では、一旦生成した炭素がアルカリ珪酸化物により酸化されるために減少するのではないかと推測しているが、詳細は不明である。さらに、一般的なルツボの耐熱性を考慮すると、1300℃以下がより好ましい。   Further, when the heating temperature is higher than 1600 ° C., only a little carbon is recognized, so the heating temperature is preferably 1600 ° C. or less. The reason for this is presumed that at a temperature higher than 1600 ° C., once generated carbon is oxidized by the alkali silicate, it decreases, but the details are unknown. Furthermore, considering the heat resistance of a general crucible, 1300 ° C. or lower is more preferable.

加熱時の昇温速度は、特に制約が無く、例えば、通常の加熱炉の昇温速度である1〜40℃/分を選択でき、好ましくは、10〜20℃/分を選択できる。最高温度到達後の保持時間も、特に制約は無い。経済的な観点から短時間の保持時間を選択してよく、例えば、1〜180分、好ましくは、10〜60分で十分である。冷却速度も、特に制約は無く、最高温度到達後の保持時間終了後、直ちに加熱を終了し、装置の自然冷却に任せてよく、もし、装置の構造上から冷却速度に制限があるならば、それに従ってよい。   There is no restriction | limiting in particular in the temperature increase rate at the time of a heating, For example, 1-40 degrees C / min which is the temperature increase rate of a normal heating furnace can be selected, Preferably, 10-20 degrees C / min can be selected. The holding time after reaching the maximum temperature is not particularly limited. A short holding time may be selected from an economical point of view, for example, 1 to 180 minutes, preferably 10 to 60 minutes is sufficient. The cooling rate is not particularly limited, and immediately after the holding time after reaching the maximum temperature, heating may be terminated immediately and left to natural cooling of the device. If the cooling rate is limited due to the structure of the device, Good according to it.

これらの製造方法によって、生成した炭素は、温度が低下してから、装置内に炭素が偏析していれば破砕して分離し、炭素が固形物に広く分布していれば、熱水もしくはフッ化水素酸で固形物を溶解し、残った炭素を分離すればよい。
以上のようにして得られた炭素は、その後、燃料等の通常の炭素源として使用することができる。
By these manufacturing methods, the produced carbon is crushed and separated if the carbon is segregated in the apparatus after the temperature is lowered, and if the carbon is widely distributed in solids, hot water or water is used. What is necessary is just to melt | dissolve a solid substance with hydrofluoric acid and isolate | separate the remaining carbon.
The carbon obtained as described above can then be used as a normal carbon source such as fuel.

本発明の方法により炭素が生成する反応メカニズムについてほとんど分かっていないが、以下のメカニズムが推測される。
アルカリ珪酸化物は最大量の酸素原子を有しており還元物質としては作用できない。従って、反応の進行に還元物質は関与しておらず、アルカリ珪酸化物は触媒として作用すると考えられる。さらに前述したように、アルカリ珪酸化物がCOとHOを吸収すると、アルカリ珪酸化物の表面には、例えば、大気中のCOとHOからNaCOの水和物が生成すると考えられる。このことから、加熱中の推測されるメカニズムとしては、生成したNaCOの水和物の酸素原子が珪酸ナトリウム中を拡散し、その結果炭素が取り残されるというものである。このメカニズムでは酸素原子が酸素分子として溶融状態のアルカリ珪酸化物から離脱せねばならないが、今のところ、この現象が確認できているわけではなく、推定である。
Although little is known about the reaction mechanism by which carbon is produced by the method of the present invention, the following mechanism is presumed.
Alkali silicates have the maximum amount of oxygen atoms and cannot act as reducing substances. Therefore, the reducing substance is not involved in the progress of the reaction, and the alkali silicate is considered to act as a catalyst. Further, as described above, when an alkali silicate compound absorbs CO 2 and H 2 O, the surface of the alkali silicate compound, for example, hydrates of Na 2 CO 3 from the CO 2 and of H 2 O in the atmosphere generated I think that. From this, the presumed mechanism during heating is that oxygen atoms of the produced Na 2 CO 3 hydrate diffuse in the sodium silicate, and as a result carbon is left behind. In this mechanism, oxygen atoms must be detached from the molten alkali silicate as oxygen molecules, but this phenomenon has not been confirmed so far, but is estimated.

ただ、このメカニズムから推測すると、700℃以下ではアルカリ珪酸化物中の酸素拡散速度が十分でなく、従って、本発明では700℃以上が必要と考えられる。また、1600℃より高温では一度生成した炭素がアルカリ珪酸化物により酸化されると推測される点は、上述したとおりである。   However, if estimated from this mechanism, the oxygen diffusion rate in the alkali silicate is not sufficient at 700 ° C. or lower, and therefore it is considered that 700 ° C. or higher is necessary in the present invention. In addition, as described above, it is assumed that once generated carbon is oxidized by alkali silicate at a temperature higher than 1600 ° C.

本発明による吸収COからの炭素生成効率は、後述する本発明例1に記載しているように50%程度である。炭素生成効率が100%より低い理由としては、アルカリ珪酸化物加熱時に、吸収されたCOが炭素となることなく再びCOとして放出されるため、吸収COからの炭素生成効率が100%に達しないと考えられる。炭素を分離した後のアルカリ珪酸化物、例えば珪酸ナトリウムは、出発原料の珪酸ナトリウムとして、再使用することができる。 The carbon production efficiency from the absorbed CO 2 according to the present invention is about 50% as described in Invention Example 1 described later. The lower reasons than 100% carbon generation efficiency, when an alkali silicate product heating, since the absorbed CO 2 is released as CO 2 again without the carbon, the 100% carbon efficiency of generation of the absorbing CO 2 It is thought that it does not reach. The alkali silicate after separating the carbon, such as sodium silicate, can be reused as the starting sodium silicate.

本発明者らが先に開示した特許文献1、2と、本発明の違いを、反応式にて説明する。   Differences between the present invention and Patent Documents 1 and 2 previously disclosed by the present inventors and the present invention will be described by reaction equations.

特許文献1、特許文献2では、Na2O使用の場合、次の反応式となる。
(1)予め、別の装置にて、Na2OにCOを吸収させNa2COを生成させる。
Na2O+CO→Na2CO
(2)生成したNa2COとNa2O・nSiO2を混合する。混合比をx:yとする。
(3)混合物を加熱し、Na2COを分解すると、以下の反応が進行すると推定される。
x・Na2CO+y(Na2O・nSiO2
→x・Na2O+x・C+x・O+y(Na2O・nSiO2
→x・C+x・O+(x+y)Na2O・nSiO2
In Patent Literature 1 and Patent Literature 2, when Na 2 O is used, the following reaction formula is obtained.
(1) In advance, in another apparatus, Na 2 O absorbs CO 2 to generate Na 2 CO 3 .
Na 2 O + CO 2 → Na 2 CO 3
(2) The produced Na 2 CO 3 and Na 2 O.nSiO 2 are mixed. Let the mixing ratio be x: y.
(3) When the mixture is heated to decompose Na 2 CO 3 , it is presumed that the following reaction proceeds.
x · Na 2 CO 3 + y (Na 2 O · nSiO 2 )
→ x · Na 2 O + x · C + x · O 2 + y (Na 2 O · nSiO 2 )
→ x · C + x · O 2 + (x + y) Na 2 O · nSiO 2

上記の(3)から分かるように、Na2O使用の場合、反応回数を重ねると、生成するNa2O・nSiO2の組成が、Na2O比率が大きくなる方向に徐々にずれていき、いずれNa2O・nSiO2を再利用できなくなる。 As can be seen from the above (3), when Na 2 O is used, the composition of Na 2 O · nSiO 2 to be produced gradually shifts in the direction of increasing the Na 2 O ratio when the number of reactions is repeated. Eventually, Na 2 O · nSiO 2 cannot be reused.

上記に対し、本発明の反応式は次のごとくとなる。
(1)Na2O・nSiO2にCOとHOを吸収させる。
これにより、Na2O・nSiO2の表面にNa2COの10水和物が生成すると推測される。
(COのNa2O・nSiO2に対する吸収比率をx:yとする。x<y。)
x(CO+10HO)+y(Na2O・nSiO2
→x(Na2CO・10HO)+(y−x)Na2O・ynSiO2
(2)その後、この表面にNa2COの10水和物が生成したNa2O・nSiO2を加熱すると、以下の反応がおきる。
x(Na2CO・10HO)+(y−x)Na2O・ynSiO2
→x・Na2O+x・C+x・O+10x・HO+(y−x)Na2O・ynSiO2
→x・C+x・O+10x・HO+y(Na2O・nSiO2
このように、x(Na2CO・10HO)は、y(Na2O・nSiO2)由来の物なので、結果としてNa2O・nSiO2の組成に変化は無い。
In contrast to the above, the reaction formula of the present invention is as follows.
(1) Absorb CO 2 and H 2 O in Na 2 O.nSiO 2 .
Thereby, it is presumed that Na 2 CO 3 decahydrate is formed on the surface of Na 2 O · nSiO 2 .
(The absorption ratio of CO 2 to Na 2 O · nSiO 2 is x: y, x <y.)
x (CO 2 + 10H 2 O) + y (Na 2 O · nSiO 2 )
→ x (Na 2 CO 3 · 10H 2 O) + (y−x) Na 2 O · ynSiO 2
(2) Then, when Na 2 O · nSiO 2 in which Na 2 CO 3 decahydrate is formed is heated on this surface, the following reaction occurs.
x (Na 2 CO 3 · 10H 2 O) + (y-x) Na 2 O · ynSiO 2
→ x · Na 2 O + x · C + x · O 2 + 10x · H 2 O + (y−x) Na 2 O · ynSiO 2
→ x · C + x · O 2 + 10 x · H 2 O + y (Na 2 O · nSiO 2 )
Thus, since x (Na 2 CO 3 .10H 2 O) is derived from y (Na 2 O.nSiO 2 ), there is no change in the composition of Na 2 O.nSiO 2 as a result.

すなわち、本発明では、反応回数を重ねても、Na2O・nSiO2の組成に変化は無く、何回でもNa2O・nSiO2を再利用できる。 That is, in the present invention, even if the number of reactions is repeated, the composition of Na 2 O · nSiO 2 does not change, and Na 2 O · nSiO 2 can be reused any number of times.

(実施例1:発明例)
市販の水酸化ナトリウム(粒状の特級試薬)とケイ砂(SiO2)(200〜300メッシュ)を、NaO:SiO比が2:1となり、水酸化ナトリウムとケイ砂が反応しNaO・0.5SiOが生成した場合に約20gとなる量を各々秤量し、上部内径約36mm深さ約36mmのニッケルルツボに装入した。これを内径約41mm深さ約115mmの石英ルツボへ入れた。石英ルツボにアルミナ製の蓋をし、Ar雰囲気の加熱炉で1200℃まで10℃/分で昇温し、30分間保持後、室温まで自然冷却した。冷却後、ニッケルルツボの中にはほぼ無色透明の均一なガラス状物質が生成していた。この生成物の質量減少を測定すると、水酸化ナトリウムが完全に脱水しケイ砂と反応しNaO・0.5SiOが生成した場合の質量減少と一致し、NaO・0.5SiOが生成したことが判明した。
(Example 1: Invention Example)
Commercially available sodium hydroxide (granular special grade reagent) and silica sand (SiO 2 ) (200-300 mesh) have a Na 2 O: SiO 2 ratio of 2: 1, and sodium hydroxide and silica sand react to form Na 2. When O.0.5SiO 2 was formed, the amount of about 20 g was weighed and charged into a nickel crucible having an upper inner diameter of about 36 mm and a depth of about 36 mm. This was put into a quartz crucible having an inner diameter of about 41 mm and a depth of about 115 mm. The quartz crucible was covered with an alumina lid, heated to 1200 ° C. at 10 ° C./min in a heating furnace in an Ar atmosphere, held for 30 minutes, and then naturally cooled to room temperature. After cooling, an almost colorless and transparent uniform glassy substance was formed in the nickel crucible. When the mass loss of this product was measured, the sodium hydroxide was completely dehydrated and reacted with silica sand to form Na 2 O · 0.5SiO 2, which was consistent with the mass loss, Na 2 O · 0.5SiO 2. Turned out to be generated.

ニッケルルツボにはテーパーが付いているが、ニッケルルツボを伏せて底を軽く叩くと生成したガラス状のNaO・0.5SiOを取り出すことができた。NaO・0.5SiOのニッケルルツボとの接触部分は、所々わずかに薄い黄色を帯びていたので、この部分をステンレス製のスクレーパーで削り落とし無色のNaO・0.5SiO塊を得た。この塊をアルミナ乳鉢にて1mm以下へ粉砕し、その内の約5gをシリカアルミナルツボへ装入した。 The nickel crucible has a taper, but when the nickel crucible was turned down and the bottom was tapped, the generated glassy Na 2 O · 0.5SiO 2 could be taken out. The parts of the Na 2 O · 0.5SiO 2 contacted with the nickel crucible were slightly light yellow in some places, so this part was scraped off with a stainless steel scraper to obtain a colorless Na 2 O · 0.5SiO 2 lump. Obtained. This lump was pulverized to 1 mm or less in an alumina mortar, and about 5 g of the mass was charged into a silica alumina crucible.

上記シリカアルミナルツボを加熱炉へ入れ、乾燥空気を2L/分で流しながら、10℃/分で昇温し700℃で12時間保持後室温まで自然冷却した。この酸化処理により、NaO・0.5SiO粉中の有機物および炭素を完全除去した。又、NaO・0.5SiO粉は完全に無水物となったと考えられる。冷却後、加熱炉からシリカアルミナルツボを取り出し、直ちに秤量し、大気中に放置した。 The silica alumina crucible was placed in a heating furnace, heated at 10 ° C./min while flowing dry air at 2 L / min, held at 700 ° C. for 12 hours, and then naturally cooled to room temperature. By this oxidation treatment, organic substances and carbon in the Na 2 O · 0.5SiO 2 powder were completely removed. Further, Na 2 O · 0.5SiO 2 powder is totally considered to have become an anhydride. After cooling, the silica alumina crucible was taken out from the heating furnace, immediately weighed, and left in the atmosphere.

上記NaO・0.5SiO粉を入れたシリカアルミナルツボを大気中に約30時間放置したところ、700℃酸化処理直後のNaO・0.5SiO粉の質量に対し約15%の質量増加があった。このシリカアルミナルツボを、Ar雰囲気の加熱炉で10℃/分で800℃、1000℃、1200℃、1500℃の温度までそれぞれ昇温し、30分間保持後室温まで自然冷却した。冷却後、シリカアルミナルツボの内壁が黒く変色し、黒色物が析出していた。以上の実験条件及び結果を表1に示す。 When the silica alumina crucible containing the Na 2 O · 0.5SiO 2 powder was left in the atmosphere for about 30 hours, it was about 15% of the mass of the Na 2 O · 0.5SiO 2 powder immediately after the 700 ° C. oxidation treatment. There was an increase in mass. The silica alumina crucible was heated to a temperature of 800 ° C., 1000 ° C., 1200 ° C., 1500 ° C. at 10 ° C./min in a heating furnace in an Ar atmosphere, held for 30 minutes, and then naturally cooled to room temperature. After cooling, the inner wall of the silica alumina crucible turned black and a black product was deposited. The above experimental conditions and results are shown in Table 1.

ルツボ壁を大まかに砕き熱水で洗浄したところ、粉状の黒色物が分離し熱水表面に浮上したので、これを濾過分離し、さらに加熱した純水で洗浄、その後乾燥した。表1の全実験(No.1〜4)について、乾燥した粉状の黒色物を燃焼赤外線吸収法で炭素分析したところ、ほぼ100%の炭素であった。さらに、表1のNo.4の黒色析出物について、XPS(X線光電子分光法)による分析を行ったところ、グラファイト型カーボンであった。   When the crucible wall was roughly crushed and washed with hot water, a powdery black product separated and floated on the surface of the hot water, which was separated by filtration, further washed with heated pure water, and then dried. About all the experiments (No. 1-4) of Table 1, when the carbon analysis was carried out for the dried powdery black thing by the combustion infrared absorption method, it was almost 100% carbon. Furthermore, No. 1 in Table 1 When the black precipitate of No. 4 was analyzed by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy), it was graphite type carbon.

実験系の中に炭素源は大気中COしかないので、大気中COが珪酸ナトリウムに吸収され、加熱により炭素が生成したことが判明した。又、生成した炭素は、ほぼ100%純度の炭素であったので、燃料等の炭素源として使用することができる。NaO・0.5SiOによって大気中COとHOが吸収された結果NaCO・10HOが生成したと仮定すると、つまり、COとHOの吸収量のモル比が1:10であったと仮定すると、回収された炭素は吸収COの約50%に相当する量であった。 Since there is only atmospheric CO 2 is the carbon source in the experimental system, atmospheric CO 2 is absorbed in sodium silicate was found to be produced carbon upon heating. Moreover, since the produced | generated carbon was carbon of about 100% purity, it can be used as carbon sources, such as a fuel. Assuming that Na 2 CO 2 · 10H 2 O was generated as a result of the absorption of CO 2 and H 2 O in the atmosphere by Na 2 O · 0.5SiO 2 , that is, the molar amount of CO 2 and H 2 O absorbed. When the ratio is assumed to have been 1:10 recovered carbon was an amount corresponding to about 50% absorption CO 2.

又、ナトリウム化合物は、初めにNaO・0.5SiOを合成した際にしか使用していないので、熱水に溶解したナトリウム珪酸化物の組成はNaO・0.5SiOのまま変化が無く、濾液を乾燥させNaO・0.5SiOを回収すると、このNaO・0.5SiOを大気中COの回収分解に再度利用することができた。
この様に、本発明においては、アルカリ珪酸化物を何度でも再利用することができる。
In addition, since the sodium compound is used only when Na 2 O · 0.5SiO 2 is first synthesized, the composition of sodium silicate dissolved in hot water remains Na 2 O · 0.5SiO 2 When the filtrate was dried and Na 2 O · 0.5SiO 2 was recovered, this Na 2 O · 0.5SiO 2 could be reused for the recovery and decomposition of CO 2 in the atmosphere.
Thus, in the present invention, the alkali silicate can be reused any number of times.

Figure 2018131351
Figure 2018131351

(比較例1)
比較例1は、Ar雰囲気炉の昇温温度を変更したことを除いて、本実施例1と同様の実験を行った。比較例1では、実験終了後、黒色物は視認できなかった。実験条件及び結果を表2に示す。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, the same experiment as in Example 1 was performed except that the temperature rising temperature of the Ar atmosphere furnace was changed. In Comparative Example 1, no black matter was visible after the experiment. The experimental conditions and results are shown in Table 2.

Figure 2018131351
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(実施例2:発明例)
実施例2は、NaO:SiO比が1:2となるように水酸化ナトリウムとケイ砂を秤量し装入した点、700℃酸化処理後の大気中放置時間を約60時間とした点以外は、本発明例1と同様の実験を行った。尚、大気中放置により、700℃酸化処理後のNaO・2SiO粉の質量に対し約10%の質量増加があった。実験条件及び結果を表3に示す。
(Example 2: Invention example)
In Example 2, sodium hydroxide and silica sand were weighed and charged so that the Na 2 O: SiO 2 ratio was 1: 2, and the standing time in the atmosphere after 700 ° C. oxidation treatment was about 60 hours. Except for this point, the same experiment as in Example 1 of the present invention was performed. Incidentally, the left in the air, there was about 10% of the mass increases to the mass of 700 ℃ Na 2 O · 2SiO 2 powder after the oxidation treatment. Table 3 shows the experimental conditions and results.

表3の全実験(No.7〜10)について、乾燥した粉状の黒色物を燃焼赤外線吸収法で炭素分析したところ、ほぼ100%の炭素であった。さらに、表3のNo.10の黒色析出物について、XPS(X線光電子分光法)による分析を行ったところ、グラファイト型カーボンであった。
実験系の中に炭素源は大気中COしかないので、大気中COが珪酸ナトリウムに吸収され、加熱により炭素が生成したことが判明した。また、生成した炭素は、ほぼ100%純度の炭素であったので、燃料等の炭素源として使用することができる。
About all the experiments (No. 7-10) of Table 3, when the carbon analysis was performed for the dried powdery black thing by the combustion infrared absorption method, it was about 100% carbon. Further, in Table 3, No. 10 black precipitates were analyzed by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) and found to be graphite-type carbon.
Since there is only atmospheric CO 2 is the carbon source in the experimental system, atmospheric CO 2 is absorbed in sodium silicate was found to be produced carbon upon heating. Moreover, since the produced | generated carbon was carbon of about 100% purity, it can be used as carbon sources, such as a fuel.

又、ナトリウム化合物は、初めにNaO・2SiOを合成した際にしか使用していないので、熱水に溶解したナトリウム珪酸化物の組成はNaO・2SiOのまま変化が無く、濾液を乾燥させNaO・2SiOを回収すると、このNaO・2SiOを大気中COの回収分解に再度利用することができた。
この様に、本発明においては、アルカリ珪酸化物を何度でも再利用することができる。
In addition, since the sodium compound is used only when Na 2 O · 2SiO 2 is first synthesized, the composition of sodium silicate dissolved in hot water remains Na 2 O · 2SiO 2 and the filtrate is not changed. When Na 2 O · 2SiO 2 was recovered, this Na 2 O · 2SiO 2 could be reused for the recovery and decomposition of CO 2 in the atmosphere.
Thus, in the present invention, the alkali silicate can be reused any number of times.

Figure 2018131351
Figure 2018131351

(比較例2)
比較例2は、Ar雰囲気炉の昇温温度を変更したことを除いて、本実施例2と同様の実験を行った。比較例2では、実験終了後、黒色物は視認できなかった。実験条件及び結果を表4に示す。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, the same experiment as in Example 2 was performed except that the temperature rising temperature of the Ar atmosphere furnace was changed. In Comparative Example 2, no black matter was visible after the experiment. Table 4 shows the experimental conditions and results.

Figure 2018131351
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(実施例3:発明例)
本発明例3は、700℃で12時間加熱および自然冷却までは実施例1と同様に進め、実施例1のNaO・0.5SiO粉の無水物入りのシリカアルミナルツボを大気中に放置するところから操作を変更し、これ以降は次の操作を行った。ガスの出入り口を有する密閉容器内にこのシリカアルミナルツボを入れ、この密閉容器へ、タンクに溜めた水の中を、室温(20℃)でバブリングさせた大気を2L/分で送り込み流通させ、シリカアルミナルツボ内のNaO・0・5SiO粉に、COとHOを吸収させた。尚、大気を水中にバブリングさせた結果、導入した大気は飽和蒸気圧に近い水蒸気量3vol%程度のHOが含有していたと考えられる。
(Example 3: Invention example)
Example 3 of the present invention proceeds in the same manner as Example 1 until heating at 700 ° C. for 12 hours and natural cooling, and the silica alumina crucible containing anhydrous Na 2 O.0.5SiO 2 powder of Example 1 is left in the atmosphere. The operation was changed from where it was done, and the following operation was performed after this. This silica alumina crucible is placed in a sealed container having a gas inlet / outlet, and the air stored in the tank is bubbled into the sealed container at room temperature (20 ° C.) at a flow rate of 2 L / min. CO 2 and H 2 O were absorbed into the Na 2 O · 0.5SiO 2 powder in the alumina crucible. As a result of bubbling the atmosphere into water, it is considered that the introduced atmosphere contained H 2 O having a water vapor amount of about 3 vol% close to the saturated vapor pressure.

約10時間経過後にシリカアルミナルツボを秤量したところ、700℃酸化処理後の2NaO・SiO粉の質量に対し約20%の質量増加があった。これ以降は、また、実施例1と同様の操作で、実験を進めた。実験条件及び結果を表5に示す。 When the silica alumina crucible was weighed after about 10 hours, there was a mass increase of about 20% with respect to the mass of 2Na 2 O · SiO 2 powder after 700 ° C. oxidation treatment. After this, the experiment was advanced by the same operation as in Example 1. Table 5 shows the experimental conditions and results.

Figure 2018131351
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ルツボ壁を大まかに砕き熱水で洗浄したところ、粉状の黒色物が分離し熱水表面に浮上したので、これを濾過分離し、さらに加熱した純水で洗浄、その後乾燥した。表5の全実験(No.13〜16)について、乾燥した粉状の黒色物を燃焼赤外線吸収法で炭素分析したところ、ほぼ100%の炭素であった。さらに、表5のNo.16の黒色析出物について、XPS(X線光電子分光法)による分析を行ったところ、グラファイト型カーボンであった。   When the crucible wall was roughly crushed and washed with hot water, a powdery black product separated and floated on the surface of the hot water, which was separated by filtration, further washed with heated pure water, and then dried. About all the experiments (No. 13-16) of Table 5, when the carbon analysis was performed for the dried powdery black thing by the combustion infrared absorption method, it was almost 100% carbon. Further, in Table 5, No. The 16 black precipitates were analyzed by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) and found to be graphite-type carbon.

実験系の中に炭素源は大気中COしかないので、大気中COが珪酸ナトリウムに吸収され、加熱により炭素が生成したことが判明した。又、生成した炭素は、ほぼ100%純度の炭素であったので、燃料等の炭素源として使用することができる。又、COとHOが吸収された結果NaCO・10HOが生成したと仮定すると、つまり、COとHOの吸収量のモル比が1:10であったと仮定すると、回収された炭素は吸収COの約60%に相当する量であった。 Since there is only atmospheric CO 2 is the carbon source in the experimental system, atmospheric CO 2 is absorbed in sodium silicate was found to be produced carbon upon heating. Moreover, since the produced | generated carbon was carbon of about 100% purity, it can be used as carbon sources, such as a fuel. Assuming that Na 2 CO 2 .10H 2 O was produced as a result of absorption of CO 2 and H 2 O, that is, the molar ratio of the absorption amount of CO 2 and H 2 O was 1:10. Then, the recovered carbon was an amount corresponding to about 60% of the absorbed CO 2 .

又、ナトリウム化合物は、初めにNaO・0.5SiOを合成した際にしか使用していないので、熱水に溶解したナトリウム珪酸化物の組成はNaO・0.5SiOのまま変化が無く、濾液を乾燥させNaO・0.5SiOを回収すると、このNaO・0.5SiOを大気中COの回収分解に再度利用することができた。
この様に、本発明においては、アルカリ珪酸化物を何度でも再利用することができる。
In addition, since the sodium compound is used only when Na 2 O · 0.5SiO 2 is first synthesized, the composition of sodium silicate dissolved in hot water remains Na 2 O · 0.5SiO 2 When the filtrate was dried and Na 2 O · 0.5SiO 2 was recovered, this Na 2 O · 0.5SiO 2 could be reused for the recovery and decomposition of CO 2 in the atmosphere.
Thus, in the present invention, the alkali silicate can be reused any number of times.

(比較例3)
比較例3は、密閉容器へ、吸湿剤を使用して乾燥させた大気を導入したこと以外は、実施例1と同様の実験を行った。乾燥大気導入により、700℃酸化処理直後のNaO・0.5SiO粉の質量に対し約3%の質量増加があった。実験条件及び結果を表6に示す。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, the same experiment as in Example 1 was performed except that air dried using a hygroscopic agent was introduced into a sealed container. There was an increase in mass of about 3% with respect to the mass of Na 2 O · 0.5SiO 2 powder immediately after the 700 ° C. oxidation treatment by introduction of dry air. The experimental conditions and results are shown in Table 6.

表6の全実験(No.17〜20)について、乾燥した粉状の黒色物を燃焼赤外線吸収法で炭素分析したところ、ほぼ100%の炭素であった。さらに、表6のNo.20の黒色析出物について、XPS(X線光電子分光法)による分析を行ったところ、グラファイト型カーボンであった。
実験系の中に炭素源は大気中COしかないので、大気中COが珪酸ナトリウムに吸収され、加熱により炭素が生成したことが判明した。また、製造された炭素は、ほぼ100%純度の炭素であったので、燃料等の炭素源として使用することができる。
又、回収された炭素は量が少なく定量できず、吸収COの何%に相当する量であるかは測定できなかった。
About all the experiments (No. 17-20) of Table 6, when the carbon analysis was performed for the dried powdery black thing by the combustion infrared absorption method, it was almost 100% carbon. Furthermore, in Table 6, No. About 20 black deposits, when it analyzed by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy), it was graphite type carbon.
Since there is only atmospheric CO 2 is the carbon source in the experimental system, atmospheric CO 2 is absorbed in sodium silicate was found to be produced carbon upon heating. Moreover, since the produced carbon was carbon of almost 100% purity, it can be used as a carbon source for fuel and the like.
Further, the amount of recovered carbon was small and could not be quantified, and it was not possible to measure what amount of absorbed CO 2 corresponds to.

Figure 2018131351
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実施例3と、実施例1および比較例3とを比較すると、実施例3では積極的に大気にHOを導入した結果、表7にまとめたような利点があった。
すなわち、実施例3では、COとHOの吸収時間が実施例1および比較例3の1/3と非常に短いにもかかわらずCOとHOの吸収量が多く、かつ、この吸収COからの炭素回収率も優れていた。
実施例3は実施例1に対し、吸収量は約1.33倍(=20/15)、炭素回収率で約1.2倍(=60/50)であり、この結果、吸収時間1/3にもかかわらず炭素回収量は約1.6倍(=1.33×1.2)となった。
また、乾燥大気を使用した比較例3では炭素回収量が非常に少なく、本発明例3の方が遙かに優位な結果となった。
When Example 3 was compared with Example 1 and Comparative Example 3, Example 3 had the advantages as summarized in Table 7 as a result of positively introducing H 2 O into the atmosphere.
That is, in Embodiment 3, CO 2 and H 2 1/3 and absorption of very short even though CO 2 and of H 2 O absorption time Example 1 and Comparative Example 3 O is large, and, The carbon recovery rate from the absorbed CO 2 was also excellent.
In Example 3, the absorption amount is about 1.33 times (= 20/15) and the carbon recovery rate is about 1.2 times (= 60/50) compared to Example 1. As a result, the absorption time 1 / However, the carbon recovery amount was about 1.6 times (= 1.33 × 1.2).
Further, in Comparative Example 3 using dry air, the amount of carbon recovered was very small, and Example 3 of the present invention was much more advantageous.

Figure 2018131351
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Claims (3)

アルカリ珪酸化物を用意する工程、
前記アルカリ珪酸化物に、HOの存在下で大気中のCOを吸収させる工程、
前記COおよびHOを吸収したアルカリ珪酸化物を、非酸化性雰囲気中で、700℃以上1600℃以下に加熱し、炭素を分離する工程
を含むことを特徴とする、大気中COを回収して炭素を分離する方法。
Preparing an alkali silicate,
Allowing the alkali silicate to absorb atmospheric CO 2 in the presence of H 2 O;
The alkali silicate product that has absorbed the CO 2 and with H 2 O, in a non-oxidizing atmosphere, heated to 700 ° C. or higher 1600 ° C. or less, characterized in that it comprises a step of separating the carbon, the atmosphere CO 2 A method to recover and separate carbon.
前記アルカリ珪酸化物が、珪酸ナトリウムであることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the alkali silicate is sodium silicate. 前記炭素を分離した後のアルカリ珪酸化物を、前記珪酸ナトリウムを用意する工程において、再使用する、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the alkali silicate after separating the carbon is reused in the step of preparing the sodium silicate.
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