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TWI890195B - 捕獲二氧化碳的方法 - Google Patents

捕獲二氧化碳的方法

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TWI890195B
TWI890195B TW112143859A TW112143859A TWI890195B TW I890195 B TWI890195 B TW I890195B TW 112143859 A TW112143859 A TW 112143859A TW 112143859 A TW112143859 A TW 112143859A TW I890195 B TWI890195 B TW I890195B
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劉瓊芳
陳佑明
張名惠
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財團法人工業技術研究院
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Abstract

捕獲二氧化碳的方法包括：提供粒子，其中粒子包含氧化鎂、氧化鈣、或上述之組合；以及提供混合氣體接觸粒子，其中混合氣體包括水蒸氣、二氧化碳、與氮氧化物，使粒子捕獲二氧化碳以形成碳酸化粒子與處理後的氣體，其中混合氣體的相對濕度為25%至95%，氮氧化物濃度為20 ppm至2000 ppm，且二氧化碳濃度為0.05%至15%。

Description

捕獲二氧化碳的方法
本揭露關於捕獲二氧化碳的方法。
鋼鐵工業是世界重要工業之一，產品於民生、工業與國防具有不可取代的用途。世界粗鋼年產量約16億噸，產生的CO 2排放量佔全球的6-7%，僅次於電力工業與水泥業。捕獲鋼鐵工業所產生的二氧化碳為重要的減碳目標。
目前大部分捕獲二氧化碳的技術其固碳效率偏低(＜35%)，且需額外前處理甚至改質吸附二氧化碳所用的粒子，或需在高溫或高壓下捕獲二氧化碳。綜上所述，目前亟需簡易的捕獲二氧化碳技術，以降低捕獲鋼鐵工業所產生的二氧化碳的成本。
本揭露一實施例提供之捕獲二氧化碳的方法，包括：提供粒子，其中粒子包含氧化鎂、氧化鈣、或上述之組合；以及提供混合氣體接觸粒子，其中混合氣體包括水蒸氣、二氧化碳、與氮氧化物，使粒子捕獲二氧化碳後以形成碳酸化粒子與處理後的氣體，其中混合氣體的相對濕度為25%至95%，氮氧化物濃度為20 ppm至2000 ppm，且二氧化碳濃度為0.05%至15%。
在一些實施例中，混合氣體接觸粒子的溫度為20˚C至100˚C，且壓力為1 atm至1.8 atm。
在一些實施例中，碳酸化粒子包括(a)碳酸鎂、碳酸鈣、或上述之組合，(b)二亞硝酸鎂、二亞硝酸鈣、或上述之組合，以及(c)氫氧化鎂、氫氧化鈣、或上述之組合。
在一些實施例中，混合氣體更包括二氧化硫，且混合氣體的二氧化硫濃度為20 ppm至500 ppm。
在一些實施例中，碳酸化粒子更包括亞硫酸鎂的水合物、亞硫酸鈣的水合物、或上述之組合。
在一些實施例中，混合氣體包括工廠廢氣、電廠煙道氣、焚化廠尾氣、或金屬冶煉業爐氣。
在一些實施例中，粒子包括2 wt%至15 wt%的氧化鎂、30 wt%至62 wt%的氧化鈣、或上述之組合。
在一些實施例中，粒子包括鋼碴。
在一些實施例中，上述方法更包括將碳酸化粒子用於水泥或混凝土。
本揭露一實施例提供之捕獲二氧化碳的方法，包括：提供粒子，其中粒子包含氧化鎂、氧化鈣、或上述之組合。在一些實施例中，粒子包括2 wt%至15 wt%的氧化鎂、30 wt%至62 wt%的氧化鈣、或上述之組合，且粒徑介於10-1000微米。舉例來說，粒子可包括鋼碴。值得注意的是，上述粒子可直接用於捕獲混合氣體中的二氧化碳而不需另外改質粒子，因此可降低捕獲二氧化碳的成本。
接著提供混合氣體接觸粒子，而混合氣體中包括水蒸氣、二氧化碳、與氮氧化物。粒子可捕獲二氧化碳後以形成碳酸化粒子與處理後的氣體。在一些實施例中，混合氣體的相對濕度為25%至95%，且氮氧化物濃度為20 ppm至2000 ppm。水蒸氣與氮氧化物為混合氣體的必要組成，這兩者有助於幫助粒子中的氧化鎂、氧化鈣、或上述之組合形成氫氧化鎂、氫氧化鈣、或上述之組合，以利增進捕獲二氧化碳的效果。若混合氣體的相對濕度過低，則CO 2溶解量低且鈣鎂解離量低。若混合氣體的相對濕度過高，則超過水蒸汽露點，產生凝結現象，氣固反應進行不易。若氮氧化物的濃度過低，則亞硝酸鹽不易形成，粒子水層吸附量不足，碳酸化效率低。若氮氧化物的濃度過高，則造成潮解鹽過度產生，造成泥漿化現象，堵塞碳酸化反應器管道，降低碳酸化效率。可以理解的是，可將水蒸氣通入混合氣體以調整混合氣體的相對濕度。另一方面，可將氮氧化物添加至混合氣體以增加混合氣體中的氮氧化物濃度，或以大氣稀釋混合氣體以降低混合氣體中的氮氧化物濃度。在一些實施例中，二氧化碳濃度為0.05%至15%。若二氧化碳的濃度過低，則需要較長反應時間，才可達到碳酸化反應。若二氧化碳的濃度過高，則形成的碳酸化物易覆蓋粒子表面，抑制粒子中的氧化鈣或氧化鎂的碳酸化反應，造成粒子的利用率偏低。可由大氣稀釋混合氣體，以降低混合氣體中的二氧化碳濃度。
在一些實施例中，混合氣體接觸粒子的溫度為20˚C至100˚C，且壓力為1 atm至1.8 atm。若溫度過低，則無法克服碳酸化反應能障，碳酸化反應難以進行。若溫度過高，則粒子碳酸化總反應為放熱反應，高溫抑制反應進行。若壓力過低，混合氣體與與反應器連通管線因壓差，造成粒子逆向回流至尾氣系統，阻礙碳酸化反應進行。若壓力過高，則需額外增壓設備，提高設備成本。一般而言，可在常壓下使混合氣體接觸粒子以捕獲混合氣體中的二氧化碳，以節省增加壓力的成本。在一些實施例中，碳酸化粒子包括(a)碳酸鎂、碳酸鈣、或上述之組合，(b)二亞硝酸鎂、二亞硝酸鈣、或上述之組合，以及(c)氫氧化鎂、氫氧化鈣、或上述之組合。粒子吸附水蒸氣，使粒子中的CaO與MgO轉成Ca(OH) 2與Mg(OH) 2。混合氣體接觸粒子後會先產生二亞硝酸鎂、二亞硝酸鈣、或上述之組合，其有利於氧化鎂、氧化鈣、或上述之組合形成氫氧化鎂、氫氧化鈣、或上述之組合。氫氧化鎂、氫氧化鈣、或上述之組合在捕獲二氧化碳後會形成碳酸鎂、碳酸鈣、或上述之組合。以XRD (X-ray Diffraction，X光繞射儀)分析捕獲二氧化碳所產生的碳酸化粒子，其除了碳酸化物以外，亦含有部分的氫氧化物與二亞硝酸化物(不會完全消耗)。
在一些實施例中，混合氣體更包括二氧化硫，且混合氣體的二氧化硫濃度為20 ppm至500 ppm。混合氣體中少量的二氧化硫(如20 ppm至250 ppm)有助於小幅改善粒子捕獲二氧化碳的效率。中量的二氧化硫(如250 ppm至500 ppm)會降低吸收劑捕獲二氧化碳的效率(但可忍受)。過量的二氧化硫(如超過600 ppm)會大幅降低吸收劑捕獲二氧化碳的效率。換言之，若混合氣體含有特定濃度的二氧化硫(如20 ppm至500 ppm)，不需先處理混合氣體以除硫，因此可降低捕獲二氧化碳的成本。在這些實施例中，碳酸化粒子更包括亞硫酸鎂的水合物(如MgSO 3．0.5H 2O)、亞硫酸鈣的水合物(如CaSO 3．0.5H 2O)、或上述之組合。藉由XRD可確認上述亞硫酸化物的水合物存在於碳酸化粒子中。
在一些實施例中，混合氣體包括工廠廢氣、電廠煙道氣、焚化廠尾氣、或金屬冶煉業爐氣。可以理解的是，若混合氣體來自於鋼鐵廠，則粒子可採用鋼鐵廠所產生的鋼碴。如此一來，可進一步降低捕獲二氧化碳的成本。在一些實施例中，上述方法更包括將碳酸化粒子用於水泥或混凝土。上述碳酸化粒子有助於強化水泥或混凝土結構。
為讓本揭露之上述內容和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下： [實施例]
在下述實施例中，混合氣體中的SO 2、NO x、O 2、CO 2與N 2，由高壓氣體鋼瓶提供，鋼瓶釋出壓力後，由壓力調節器控制，流量由質量流量計量測。依體積濃度需求由標準濃度氣體調製而成。混合氣體中的水蒸氣的相對濕度依混合氣體的壓力與溫度調整而成。
本揭露實施流程如下：將吸附劑均勻置入舖有石英棉的試樣盤中。打開蒸發器、火爐與加熱帶溫控器，將各溫控器分段逐步調高至所需溫度。調整氮氣流量，打開蒸發器氮氣進料閥。打開微量泵，注入去離子水進入蒸發器。將試樣盤放進反應器。打開設計之反應氣體閥，調整至所需濃度流量，使反應氣體與吸附劑接觸。到達反應時間後，將反應氣體經由三相閥排出，由吸收劑瓶吸收後排放。關閉微量泵，以氮氣去除殘留氣體，再取出碳酸化粒子，進行莫耳分率分析。
實施例1 使含有3%的二氧化碳濃度、相對濕度為30%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的CaO粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。取出碳酸化粒子以碘滴定法量測亞硫酸鹽莫耳分率(XS1)，以離子層析儀量測亞硝酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽的莫耳分率(XN1, XN2與XS2)，利用酸鹼滴定法量測氫氧化物莫耳數(XHL)。碳酸鹽的莫耳分率為1-XHL-XS1-XS2-XN1-XN2。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為3%。實施例2至10的莫耳分率的計算方式，如同實施例1方式進行。
使含有3%的二氧化碳濃度、相對濕度為50%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為 /min)接觸吸收劑(如1 g的CaO粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為6%。
使含有3%的二氧化碳濃度、相對濕度為70%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的CaO粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為10%。
使含有3%的二氧化碳濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的CaO粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為12%。
由實施例1可知，相對溼度越大，CaO粒子捕獲二氧化碳的效率越高。
實施例2 使含有3%的二氧化碳濃度、相對濕度為30%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為9%。
使含有3%的二氧化碳濃度、相對濕度為50%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為22%。
使含有3%的二氧化碳濃度、相對濕度為70%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為28%。
使含有3%的二氧化碳濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為30%。
由實施例1及2可知，Ca(OH) 2捕獲二氧化碳的效率高於CaO捕獲二氧化碳的效率。
實施例3 使含有3%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、100 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為44%。
使含有3%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為52%。
使含有3%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、1000 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為54%。
由實施例3可知，混合氣體中的氮氧化物有助於增進吸收劑捕獲二氧化碳的效率。
實施例4 使含有3%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、100 ppm的SO 2濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為54%。
使含有3%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、300 ppm的SO 2濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為38%。
使含有3%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、500 ppm的SO 2濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為18%。
使含有3%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、1000 ppm的SO 2濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為4%。
由實施例4可知，混合氣體中少量的SO 2(如100 ppm)有助於小幅改善吸收劑捕獲二氧化碳的效率，中量的SO 2(如 300 ppm至500 ppm)會降低吸收劑捕獲二氧化碳的效率(但可忍受)，而過量的SO 2(如1000 ppm)會大幅降低吸收劑捕獲二氧化碳的效率。
實施例5 使含有0.05%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、100 ppm的SO 2濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為25%。
使含有1%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、100 ppm的SO 2濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為52%。
使含有3%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、100 ppm的SO 2濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為54%。
使含有6%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、100 ppm的SO 2濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為55%。
使含有12%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、100 ppm的SO 2濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為53%。
由實施例5可知，吸收劑對超過一定濃度(如1%)的二氧化碳其捕獲量類似。
實施例6 使含有3%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、100 ppm的SO 2濃度、相對濕度為80%、且溫度為30˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為53%。
使含有3%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、100 ppm的SO 2濃度、相對濕度為80%、且溫度為50˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為51%。
使含有3%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、100 ppm的SO 2濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為54%。
使含有3%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、100 ppm的SO 2濃度、相對濕度為80%、且溫度為90˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為50%。
由實施例6可知，吸收劑對不同溫度的混合氣體的二氧化碳的捕獲效率類似。
實施例7 使含有5%的氧氣濃度與600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成處理後的粒子。由XRD可知，處理後的粒子含有亞硝酸鈣。
使含有3%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。由XRD之X光繞射2θ=23.23˚，29.59 ˚，36.14 ˚與39.58 ˚特性尖峰，得知碳酸化粒子含有碳酸鈣。
使含有3%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、100 ppm的SO 2濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。由XRD之X光繞射2θ=16.34˚, 28.54˚與34.46 ˚特性尖峰可知，得知碳酸化粒子含有亞硫酸鈣的水合物與碳酸鈣。
實施例8 使含有3%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。由SEM可知，碳酸化粒子的粒徑為0.01微米至1微米。
使含有3%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、100 ppm的SO 2濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Ca(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。由SEM可知，碳酸化粒子的粒徑為0.01微米至1微米。
實施例9 使含有0.05%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、100 ppm的SO 2濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Mg(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為13%。
使含有1%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、100 ppm的SO 2濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Mg(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為30%。
使含有3%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、100 ppm的SO 2濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Mg(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為35%。
使含有6%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、100 ppm的SO 2濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Mg(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為38%。
使含有12%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、100 ppm的SO 2濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的Mg(OH) 2粒子) 10分鐘，以形成碳酸化粒子。碳酸化粒子的碳酸鹽莫耳分率為39%。
由實施例9可知，吸收劑對超過一定濃度(如1%)的二氧化碳的捕獲量類似。
實施例10 使含有5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的鋼碴粒子A，其含有19.2重量分的SiO 2、6.0重量分的Al 2O 3、11.0重量分的MgO、52.1重量分CaO、與2.2重量分的Fe 2O 3) 10分鐘，以形成處理後的粒子。由熱重分析(TGA)可知，處理後的粒子在280˚C至400˚C具有Ca(OH) 2與Mg(OH) 2的熱重損失，可知上述混合氣體可使吸收劑中的CaO與MgO分別產生Ca(OH) 2與Mg(OH) 2。
實施例11 使含有1%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、100 ppm的SO 2濃度、相對濕度為70%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為0.1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的實施例10的鋼碴粒子A)以形成碳酸化粒子與處理後的氣體。處理後的氣體藉由二氧化碳檢知管(Honeywell ,Gastec Detector Tubes，型號，2L)得知處理後的二氧化碳濃度為0.30%。
使含有3%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、100 ppm的SO 2濃度、相對濕度為70%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為0.1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的實施例10的鋼碴粒子A)以形成碳酸化粒子與處理後的氣體。處理後的氣體藉由二氧化碳檢知管得知處理後的二氧化碳濃度為0.32%。
使含有6%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、100 ppm的SO 2濃度、相對濕度為70%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為0.1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的實施例10的鋼碴粒子A)以形成碳酸化粒子與處理後的氣體。處理後的氣體藉由二氧化碳檢知管得知處理後的二氧化碳濃度為0.43%。接觸混合氣體前的鋼碴粒子A的表面光滑，而碳酸化粒子的表面粗糙。碳酸化粒子的粒徑為0.01微米至1微米。
由實施例11可知，使混合氣體接觸鋼碴粒子A，可有效降低混合氣體中的二氧化碳濃度。
實施例12 使含有5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、相對濕度為80%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為0.1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的鋼碴粒子B，其含有16.8重量分的SiO 2、8.2重量分的Al 2O 3、8.7重量分的MgO、62.3重量分CaO、與1.8重量分的Fe 2O 3) 10分鐘，以形成處理後的粒子。由熱重分析(TGA)可知，處理後的粒子在280˚C至400˚C具有Ca(OH) 2與Mg(OH) 2的熱重損失，可知上述混合氣體可使吸收劑中的CaO與MgO分別產生Ca(OH) 2與Mg(OH) 2。
實施例13 使含有1%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、100 ppm的SO 2濃度、相對濕度為70%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為0.1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的實施例12的鋼碴粒子B)以形成碳酸化粒子與處理後的氣體。處理後的氣體藉由二氧化碳檢知管得知處理後的二氧化碳濃度為0.35%。
使含有3%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、100 ppm的SO 2濃度、相對濕度為70%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為0.1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的實施例12的鋼碴粒子B)以形成碳酸化粒子與處理後的氣體。處理後的氣體藉由二氧化碳檢知管得知處理後的二氧化碳濃度為0.42%。
使含有6%的二氧化碳濃度、5%的氧氣濃度、600 ppm的氮氧化物(NOx)濃度、100 ppm的SO 2濃度、相對濕度為70%、且溫度為60˚C的混合氣體(其他為氮氣，氣體流量為0.1 L/min)接觸吸收劑(如1 g的實施例12的鋼碴粒子B)以形成碳酸化粒子與處理後的氣體。處理後的氣體藉由二氧化碳檢知管得知處理後的二氧化碳濃度為0.40%。
由實施例13可知，使混合氣體接觸鋼碴粒子B，可有效降低混合氣體中的二氧化碳濃度。
實施例14 傳統混凝土的製備方法為將240 g的水泥，128 g的爐石粉、與32 g的飛灰乾拌1分鐘，再加入277 g的六分石、649 g的三分石、600 g的粗砂、與255 g的細砂乾拌1分鐘。秤取175 g的水，緩慢加入上述乾拌料中，攪拌3分鐘，上述混合物至於模具中，1天後脫模。試體置於空氣中養護28天，測量試體抗壓強度(為291 kg f/cm 2)。
取還原渣粒子(含有19.2重量分的SiO 2、6.0重量分的Al 2O 3、11.0重量分的MgO、52.1重量分CaO、與2.2重量分的Fe 2O 3)於60˚C，80% RH，3% CO 2、600 ppm NOx、250 ppm SO 2、5% O 2的混合氣體(其餘為氮氣)下進行碳酸化反應。取20 g的碳酸化產物、220 g的水泥、128 g的爐石粉、與32 g的飛灰乾拌1分鐘，再加入277 g的六分石，649 g的三分石，600 g的粗砂、與255 g的細砂，乾拌1分鐘。秤取175g水，緩慢加入上述乾拌料中，攪拌3分鐘，上述混合物至於模具中，1天後脫模。試體置於空氣中養護28天，測量試體抗壓強度(284 kg f/cm 2)。由上述可知，碳酸化產物可取代部分水泥以形成性質類似的混凝土。捕獲二氧化碳之碳酸化產物可沉積在還原渣粒的孔隙或表面，強化孔隙結構強度，且顆粒間碳酸鹽交互連結，具體降低水泥用量。碳酸化產物在光繞射具有2θ=23.23˚、29.59 ˚、36.14 ˚與39.58 ˚之特性峰。
雖然本揭露已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
無。
無。
無。

Claims (8)

  1. 一種捕獲二氧化碳的方法，包括： 提供一粒子，其中該粒子包含氧化鎂、氧化鈣、或上述之組合；以及 提供一混合氣體接觸該粒子，其中該混合氣體包括水蒸氣、二氧化碳、二氧化硫、與氮氧化物，使該粒子補獲二氧化碳後以形成一碳酸化粒子與一處理後的氣體， 其中該混合氣體的相對濕度為25%至95%，氮氧化物濃度為20 ppm至2000 ppm，二氧化硫濃度為250 ppm至500 ppm，且二氧化碳濃度為0.05%至15%。
  2. 如請求項1之捕獲二氧化碳的方法，其中該混合氣體接觸該粒子的溫度為20˚C至100˚C，且壓力為1 atm至1.8 atm。
  3. 如請求項1之捕獲二氧化碳的方法，其中該碳酸化粒子包括(a)碳酸鎂、碳酸鈣、或上述之組合，(b)二亞硝酸鎂、二亞硝酸鈣、或上述之組合，以及(c)氫氧化鎂、氫氧化鈣、或上述之組合。
  4. 如請求項1之捕獲二氧化碳的方法，其中該碳酸化粒子更包括亞硫酸鎂的水合物、亞硫酸鈣的水合物、或上述之組合。
  5. 如請求項1之捕獲二氧化碳的方法，其中該混合氣體包括工廠廢氣、電廠煙道氣、焚化廠尾氣、或金屬冶煉業爐氣。
  6. 如請求項1之捕獲二氧化碳的方法，其中該粒子包括2 wt%至15 wt%的氧化鎂、30 wt%至62 wt%的氧化鈣、或上述之組合。
  7. 如請求項1之捕獲二氧化碳的方法，其中該粒子包括鋼碴。
  8. 如請求項1之捕獲二氧化碳的方法，更包括將該碳酸化粒子用於水泥或混凝土。
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