JP2018131351A

JP2018131351A - 大気中ｃｏ２を回収して炭素を分離する方法

Info

Publication number: JP2018131351A
Application number: JP2017025336A
Authority: JP
Inventors: 近藤　次郎; Jiro Kondo; 次郎近藤
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2017-02-14
Filing date: 2017-02-14
Publication date: 2018-08-23

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

Description

本発明は、大気中のＣＯ_２を回収して炭素を分離する方法に関するものである。

近年、大気中のＣＯ_２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_２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_２の吸収と分解の両方を簡便に行い、ＣＯ_２をＣへ分解できる方法は無かった。

このように、大気中ＣＯ_２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_２の分解についても触れられている。

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。

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。

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Ｎａ_２Ｏ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、Ｎａ_２Ｏ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_２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。

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。

特許文献３には、導電性マイエナイト化合物にＣＯ_２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_２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_２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。

特開２０１５−１８７０５９号公報特願２０１６−０００５４２号特開２０１２−０２５６３６号公報特許第５８５８９２６号公報

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、Ｎａ_２Ｏ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_２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_２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。

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。

その結果、アルカリ珪酸化物それ自体が、ＣＯ_２を吸収できることを知得し、大気中ＣＯ_２とＨ_２Ｏ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_２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。

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、Ｈ_２Ｏの存在下で大気中のＣＯ_２を吸収させる工程、
前記ＣＯ_２およびＨ_２Ｏ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_２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。

本発明により、簡便な方法で大気中のＣＯ_２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_２から効率良く製造することが可能となり、大気中ＣＯ_２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_２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_２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。

以下、本発明の大気中ＣＯ_２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。

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Ｎａ_２Ｏに対するＳｉＯ_２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Ｎａ_２Ｏ・ｎＳｉＯ_２・ｍＨ_２Ｏ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_２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。

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Ｎａ_２Ｓｉ_２Ｏ_５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。

本発明では、アルカリ珪酸化物に大気中のＣＯ_２とＨ_２Ｏを吸収させた後、加熱することによりＣＯ_２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。

アルカリ珪酸化物へＣＯ_２とＨ_２Ｏ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_２とＨ_２Ｏの吸収量を、各々を独立で測定することは難しいが、ＣＯ_２とＨ_２Ｏ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。

本発明において、アルカリ珪酸化物へのＣＯ_２とＨ_２Ｏ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_２とＨ_２Ｏ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_２とＨ_２Ｏ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_２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。

上述した量の大気中ＣＯ_２とＨ_２Ｏ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。

また、例えば、珪酸ナトリウムへＣＯ_２とＨ_２Ｏ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_２とＨ_２Ｏ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_２とＨ_２Ｏ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。

また、珪酸ナトリウムへＣＯ_２とＨ_２Ｏを吸収させる別法として、大気中にＨ_２Ｏを強制導入して、Ｈ_２Ｏ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Ｈ_２Ｏ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。

無水珪酸ナトリウムがＣＯ_２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_２とＨ_２Ｏ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_２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Ｎａ_２ＣＯ_３・１０Ｈ_２Ｏ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_２とＨ_２ＯからＮａ_２ＣＯ_３の水和物が生成していると考えられる。
ＣＯ_２とＨ_２Ｏを珪酸ナトリウムに吸収させた場合、Ｎａ_２ＣＯ_３・１０Ｈ_２Ｏが生成することを考えると、大気中ＣＯ_２濃度は大凡５００ｐｐｍであるので、大気中の水蒸気としてのＨ_２Ｏ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_２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。

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。

例えば、これら加熱装置に、大気中のＣＯ_２とＨ_２Ｏ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。

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。

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_２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。

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。

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。

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。

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_２とＨ_２Ｏ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_２とＨ_２ＯからＮａ_２ＣＯ_３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Ｎａ_２ＣＯ_３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。

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。

本発明による吸収ＣＯ_２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_２が炭素となることなく再びＣＯ_２として放出されるため、吸収ＣＯ_２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。

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。

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_２を吸収させＮａ₂ＣＯ_３を生成させる。
Ｎａ₂Ｏ＋ＣＯ_２→Ｎａ₂ＣＯ_３
（２）生成したＮａ₂ＣＯ_３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_３を分解すると、以下の反応が進行すると推定される。
ｘ・Ｎａ₂ＣＯ_３＋ｙ（Ｎａ₂Ｏ・ｎＳｉＯ₂）
→ｘ・Ｎａ₂Ｏ＋ｘ・Ｃ＋ｘ・Ｏ_２＋ｙ（Ｎａ₂Ｏ・ｎＳｉＯ₂）
→ｘ・Ｃ＋ｘ・Ｏ_２＋（ｘ＋ｙ）Ｎａ₂Ｏ・ｎＳｉＯ₂

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。

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_２とＨ_２Ｏを吸収させる。
これにより、Ｎａ₂Ｏ・ｎＳｉＯ₂の表面にＮａ₂ＣＯ_３の１０水和物が生成すると推測される。
（ＣＯ_２のＮａ₂Ｏ・ｎＳｉＯ₂に対する吸収比率をｘ：ｙとする。ｘ＜ｙ。）
ｘ（ＣＯ_２＋１０Ｈ_２Ｏ）＋ｙ（Ｎａ₂Ｏ・ｎＳｉＯ₂）
→ｘ（Ｎａ₂ＣＯ_３・１０Ｈ_２Ｏ）＋（ｙ−ｘ）Ｎａ₂Ｏ・ｙｎＳｉＯ₂
（２）その後、この表面にＮａ₂ＣＯ_３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_３・１０Ｈ_２Ｏ）＋（ｙ−ｘ）Ｎａ₂Ｏ・ｙｎＳｉＯ₂
→ｘ・Ｎａ₂Ｏ＋ｘ・Ｃ＋ｘ・Ｏ_２＋１０ｘ・Ｈ_２Ｏ＋（ｙ−ｘ）Ｎａ₂Ｏ・ｙｎＳｉＯ₂
→ｘ・Ｃ＋ｘ・Ｏ_２＋１０ｘ・Ｈ_２Ｏ＋ｙ（Ｎａ₂Ｏ・ｎＳｉＯ₂）
このように、ｘ（Ｎａ₂ＣＯ_３・１０Ｈ_２Ｏ）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。

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。

（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、Ｎａ_２Ｏ：ＳｉＯ_２比が２：１となり、水酸化ナトリウムとケイ砂が反応しＮａ_２Ｏ・０．５ＳｉＯ_２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Ｎａ_２Ｏ・０．５ＳｉＯ_２が生成した場合の質量減少と一致し、Ｎａ_２Ｏ・０．５ＳｉＯ_２が生成したことが判明した。

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Ｎａ_２Ｏ・０．５ＳｉＯ_２を取り出すことができた。Ｎａ_２Ｏ・０．５ＳｉＯ_２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Ｎａ_２Ｏ・０．５ＳｉＯ_２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。

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、Ｎａ_２Ｏ・０．５ＳｉＯ_２粉中の有機物および炭素を完全除去した。又、Ｎａ_２Ｏ・０．５ＳｉＯ_２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。

上記Ｎａ_２Ｏ・０．５ＳｉＯ_２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Ｎａ_２Ｏ・０．５ＳｉＯ_２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。

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。

実験系の中に炭素源は大気中ＣＯ_２しかないので、大気中ＣＯ_２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。Ｎａ_２Ｏ・０．５ＳｉＯ_２によって大気中ＣＯ_２とＨ_２Ｏが吸収された結果Ｎａ_２ＣＯ_２・１０Ｈ_２Ｏが生成したと仮定すると、つまり、ＣＯ_２とＨ_２Ｏ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_２の約５０％に相当する量であった。

又、ナトリウム化合物は、初めにＮａ_２Ｏ・０．５ＳｉＯ_２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Ｎａ_２Ｏ・０．５ＳｉＯ_２のまま変化が無く、濾液を乾燥させＮａ_２Ｏ・０．５ＳｉＯ_２を回収すると、このＮａ_２Ｏ・０．５ＳｉＯ_２を大気中ＣＯ_２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。

（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。

（実施例２：発明例）
実施例２は、Ｎａ_２Ｏ：ＳｉＯ_２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Ｎａ_２Ｏ・２ＳｉＯ_２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。

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_２しかないので、大気中ＣＯ_２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。

又、ナトリウム化合物は、初めにＮａ_２Ｏ・２ＳｉＯ_２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Ｎａ_２Ｏ・２ＳｉＯ_２のまま変化が無く、濾液を乾燥させＮａ_２Ｏ・２ＳｉＯ_２を回収すると、このＮａ_２Ｏ・２ＳｉＯ_２を大気中ＣＯ_２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。

（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。

（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Ｎａ_２Ｏ・０．５ＳｉＯ_２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Ｎａ_２Ｏ・０・５ＳｉＯ_２粉に、ＣＯ_２とＨ_２Ｏ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Ｈ_２Ｏが含有していたと考えられる。

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２Ｎａ_２Ｏ・ＳｉＯ_２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。

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。

実験系の中に炭素源は大気中ＣＯ_２しかないので、大気中ＣＯ_２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_２とＨ_２Ｏが吸収された結果Ｎａ_２ＣＯ_２・１０Ｈ_２Ｏが生成したと仮定すると、つまり、ＣＯ_２とＨ_２Ｏ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_２の約６０％に相当する量であった。

（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Ｎａ_２Ｏ・０．５ＳｉＯ_２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。

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_２しかないので、大気中ＣＯ_２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_２の何％に相当する量であるかは測定できなかった。

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Ｈ_２Ｏ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_２とＨ_２Ｏ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_２とＨ_２Ｏの吸収量が多く、かつ、この吸収ＣＯ_２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。

Claims

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、Ｈ_２Ｏの存在下で大気中のＣＯ_２を吸収させる工程、
前記ＣＯ_２およびＨ_２Ｏ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_２を回収して炭素を分離する方法。
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。
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。