CN101495213A - 具有用于捕获周围co2的功能化离子交换膜的空气收集器 - Google Patents

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Abstract

一种用于从大气中捕获CO2的装置，包括阴离子交换材料，该交换材料在暴露于空气流的矩阵中形成。

Description

具有用于捕获周围CO2的功能化离子交换膜的空气收集器
技术领域
本发明一方面涉及选定的气体从空气中的去除。本发明具有用于从空气中提取二氧化碳(CO2)的特别的用途，并且虽然预期了其它的用途，包括NOx和SO2的其它气体的隔离(sequestration)，但是本发明将结合这样的用途进行描述。
背景技术
有说服力的证据表明，在大气CO2的急剧增加的水平和地球表面温度的相应的增加之间存在很强的相关性。该效应通常被称作全球变暖。在各种CO2散发来源中，存在大量的小而广泛分布的散发器，其在散发源处不可能被减轻。此外，例如以碳氢化合物作为燃料的发电厂的大规模散发器不能完全防止排出的CO2进入大气。这些主要的散发源和其它的源的组合导致产生大气CO2浓度的急剧增加的速度。直到在它们的散发源处的散发器被修改之后，才需要其它技术来捕获虽然相对较低但是增加的大气CO2的本底水平。正在努力进行增加减少散发的现有技术和发展用于直接捕获周围的CO2的新的和新颖的技术。这些努力需要能控制产生的浓缩CO2废气流的方法论，以便防止其再次被引入到大气中。
CO2的产生发生在诸如通过煤产生电的发电厂之类的各种工业应用和在碳氢化合物的使用中，其通常是在燃烧装置(例如发动机)中燃烧的燃料的主要组分。从这样的燃烧装置中排出的废气包含CO2气体，目前其被简单地释放到大气中。但是，当对温室气体的关注增加时，从全部散发源散发的CO2将必须要被减少。对于移动的散发源，最佳的选择可能是直接从空气而不是从汽车或飞机的移动燃烧装置收集CO2。从空气去除CO2的优点是，它消除了在移动装置上贮存CO2的需求。
从周围空气提取的二氧化碳(CO2)将使得采用碳基燃料和在这之后处理相关的温室气体散发是可能的。由于百万分之几的浓度含量的CO2既无毒也无害，但是仅仅通过在大气中的聚积而会产生环境问题，因此将CO2从空气中去除以便在别处和在不同的时间相等尺寸的散发是可能的。
已经开发了多种方法和装置用于从空气中去除CO2。在一个现有技术的方法中，采用充满被称作拉西环填料(Raschig rings)的储液罐中的诸如碱性溶液之类的吸附剂清洗空气，该拉西环填料使气体和液体的混合达到最大。CO2与吸附剂反应并且被其捕获。对于小量的CO2的消除，也可以采用凝胶体吸收器。虽然这些方法在去除CO2中是有效的，但是对于它们来说，为了将二氧化碳有效地从空气去除，这些方法仍具有严重的缺点：空气必须在相当地高压下被驱动通过吸附剂。对于任何技术来说，从空气中净化足够量的低浓度CO2的最令人畏惧的挑战包括采用比初始产生CO2的能量消耗少的能量消耗来处理大量的空气和使CO2集中。在清洗过程中发生的相对的高压损耗导致产生压缩空气所需能量的巨大损失。用于压缩空气的这种额外能量可以具有关于该过程中的总的二氧化碳平衡的不利的效果，因为不考虑过程中的量，用于增加空气压力所需的能量可以产生其自己的、超过所捕获的量的CO2。
这样的现有技术的方法导致不能有效地从空气中捕获CO2，因为这些过程使空气加热或冷却，或者大量地改变空气的压力。因此，CO2的净损失可以被忽略，因为清洁过程可以将CO2作为用于为该过程提供能量的电产生的副产品而导入大气中。
发明内容
本发明在一个方面是提供了一种对现有技术的用于从空气中去除CO2的系统的改进，该系统利用了固相阴离子交换膜用于从空气中直接捕获CO2和例如NOx和SO2的其它酸性气体。具体地，本发明提供了活动元件的实际物理构造，活性元件的制造方法和空气收集器装置的构造选择，以便于基于固相(阴离子交换材料)直接从空气中捕获CO2和其它的酸性气体。
本发明在一个方面是提供了活动空气接触元件的实际物理构造，活性元件的制造方法和空气收集器装置的构造选择，以便于基于固相(阴离子交换材料)直接从空气中捕获CO2和其它的酸性气体。
按照本发明的空气捕获装置组成一较大系统的前端部件，其被设计为捕获周围低浓度CO2、从空气捕获装置化学地去除所捕获的CO2、浓缩CO2用于随后的持久使用、重新组成该方法的化学品和再生制备中的CO2捕获材料以用于下一捕获循环。
空气捕获装置利用功能性的阴离子交换聚合物，其被形成为提供比较大的表面积，这允许空气以最小的阻力流动。在一个实施方式中，阴离子交换聚合物采取稀疏的矩阵或“面条形”线的无序的网格的形式，例如与在蒸发的或增湿的衬垫中发现的形式相似。选择性地，阴离子交换聚合物被形成于单元内或被涂覆在形成于单元内的支撑材料的表面上，这提供了某些重要的捕获性能需求。
在我们2006年7月28日提交的同时待审的PCT申请系列号PCT/US06/029238中，我们描述了对于固相离子交换材料的化学性能的详细要求。本申请在一个方面提出了机械构造和空气侧性能的提高，以当保证具有可重复捕获空气性能的耐用设计时，确保满足整个系统的低能量需要。在另一个方面，本申请描述了用于将CO2重整为其它分子的综合系统，这将永久地防止所捕获的CO2重新被引入大气中。
附图说明
本发明的更多的特征和优点通过下面的详细描述并结合附图将被看到，其中：
图1是说明从空气中捕获CO2的流程图；
图2a-2f是示意性地说明按照本发明的空气捕获介质的各种构造的剖视图；
图2g和2h是说明按照本发明的“面条形”空气捕获介质透视图；
图3a、3b和4是说明按照本发明的空气捕获介质的各种实施方式的透视图；
图5示意性地说明按照本发明的安装在冷却塔中的空气捕获介质；
图6是示出按照本发明的安装在排气系统中的空气捕获介质的示意图；
图7是示出按照本发明的一个优选实施方式的、在隔离之后从空气中捕获CO2的示意图。
具体实施方式
本发明的空气捕获装置的一个目标是，将每单位体积的固相离子交换材料的表面积的最大量提供给高体积流动速度、低压力的空气流，其时通过装置中的空气压降达到最小。
优选地，空气捕获装置也被构造为保证尽可能完全的渗透和全部表面与吸附剂化学品彻底的液体接触，以便去除捕获的CO2和重新活化膜表面。
在操作中，空气捕获装置将被暴露于一空气流一给定的时间，直到通过已知的性能特性，其必须要去除捕获的含碳分子和使固相阴离子交换材料重新活化。然后处理固相阴离子交换材料，例如用吸附剂化学品，例如通过液体池浸浸或喷射来处理，以便去除含碳分子和重新活化固相阴离子交换材料。一旦被排尽，空气捕获装置可以被重新引入空气流中。
优选地，空气捕获装置的主要特征与空气流相适应或基本上垂直面对空气流流动路径。该表面被与空气流的主轴平行并且完全地通过空气捕获装置的体积的通道矩阵渗透。
如前面规定的，通过空气捕获和清洁过程消耗以便捕获和浓缩大气CO2的能量的量必须达到最小。为了是可行的，该过程应当将比被捕获的CO2少的、作为用于为该过程提供能量的电产生的副产品的CO2引入大气中。这影响了空气捕获装置的构造，特别地影响了其引入过程空气流动的空气动力阻抗。
该装置的理想布置将是利用无风扇帮助的可利用的风驱动气流；但是，也必须考虑风扇帮助的气流。假设已知量的空气必须被加工以提取已知量的CO2(对于每单位CO2，近似地为10000单位的空气)并且空气捕获装置提供的阻抗将对风扇输入能量产生直接的影响，使通过该装置的空气侧压降达到最小是必需的。这可以通过低压降特征的设计获得，该设计使得传送空气从具有低流动阻抗的空气捕获装置的入口到出口。
与上述需求所竞争的是，另一个重要的标准需要使装置的特定活动表面面积达到最大。被表示为每单位体积的装置的体积质量的单位活动面积，本发明的一个目标是限制空气捕获装置的总物理尺寸。所关心的问题从由通过实验得出的、在考虑中用于离子交换材料的CO2捕获通量值而出现。虽然相对于其它的CO2捕获方法论，它执行地非常好，并且通量值十分低。具体地，我们已经证明平均的捕获通量是从2到6E-5摩尔CO2/m2/sec。这对获得实际的捕获数量所需的活动材料的表面面积的量具有显著的影响。例如，在目标为每天捕获1吨CO2的2E-5摩尔CO2/m2/sec时，该装置将需要向空气流暴露13150m2的膜。这样，该装置需要构造有高的特定的表面面积矩阵，以便获得不因为收集器尺寸而对其位置有严重的限制的实际的装置。
第三个标准是被去除捕获的CO2和更新活动材料的所需的吸附剂化学品完全地湿润的结构矩阵的能力。与其容易地和完全地湿润的能力相当的是在用于下一个加工循环的制备中完全地干燥的能力。
第四个标准需要结构矩阵被构造为提供坚固的、均匀的和在尺寸上稳定的形状。需要给定下面的因素：
1.首先，材料可以经受由于湿润和干燥状态之间的膨胀和收缩过程而发生的显著的尺寸变化。矩阵的制造必须在分部件之间提供坚固的接头，以便抵抗多年的循环重复的张力而不发生撕裂或割裂。
2.内部特征的设计必须在保持尺寸稳定时调节膨胀和收缩。为了当向将导致暴露的活动膜的减小的空气流提供时，避免剖面面积的局部的和/或总的减小，这是必需的。
但是，非常高的特定活动区域将与用于低压降的需要进行竞争，这由于高的表面区域到体积效率通过非常小的内部特征或通道而获得的事实而发生。此外，非常小的内部特征也可以通过在这些特征中使空气停滞在特有的重要的空气流动下而对空气流动作出让步。
这样，最终的设计和构造将是压降、特定的活动表面面积和总的收集器尺寸的最优化。这也将受到制造坚固的和成本低的装置所需要的实际的制造方法的影响。
活动元件的设计和构造
a.需求概况
本发明的空气捕获装置包括在两个相对的表面之间直接联系的活动元件或特征的场或矩阵，以便使由于空气流动通过这些特征而产生的空气动力能量损失达到最小。在本发明的一个实施方式中，活动元件或特征采取打开的矩阵或“面条形”线的无序网格的形式，这与蒸发的或增湿的衬垫中发现的形式相似。在本发明的另一个实施方式中，活动元件或特征包括重复的形状，例如但不限于完全地占据矩阵的可以变换尺寸和形状的规则的和不规则的多边形。形状、尺寸和分布在整个矩阵上可以变化，以便使空气流动特性和压降分布最优化，以便获得前面提到的、所期望的捕获动力学和结构性能标准。
b.物理和性能属性
给定的特征的剖面面积越小，矩阵的单位体积的特定的面积越高，也就是说，特定面积是面积与体积的比率。例如对于每条边为5mm的等边三角形的行矩阵，被平面分割的每行的特定面积大约为1200m2/m3。10mm的等边三角形的矩阵将提供大约600m2/m3的特定面积。
小的特征尺寸的平衡是具有湍流和压降的空气侧空气动力特性。对于给定的空气流动，当特征的剖面面积减小时，沿着空气路径长度的湍流和压降将会增加。在所限制的程度下，采用固相阴离子交换材料保证湍流具有好的CO2捕获动力性是所期望的。但是，用于更高的湍流和相应的压降的代价是使空气移动通过空气捕获装置所需的更高的能量。对于与过程空气接触的固相阴离子交换材料的给定的表面粗糙度，重要的性能平衡变量是特征剖面面积和均匀性、流动路径长度、矩阵表面处的空气速度通量和固相阴离子交换材料的CO2捕获动力性反应。
涉及这些性能平衡的问题是与特征和矩阵的制造和装配有关的问题。当保证坚固的和一致的装配时，产生小的特征所需的制造方法将反应出起始原料。固相阴离子交换材料的两个最普通的形式是热塑性的板材和珠子。形成小的特征的实用性将由给出这些材料的可用的加工和实践所驱动。这些可以是某些特征尺寸，在其下面，制造方法可能需要潜在地改变，导致更高的单位成本。
c.构造选择
在最离散的水平，重复的特征将由重复的形状构成，例如但不限于可以具有变化的尺寸和形状的规则的和不规则的多边形，该多边形包括完全的矩阵。形状的选择将部分地被特定的面积需求和可制造性所影响。此外，空气捕获装置的总的构造可以指示多于一个的特征形状，以便向空气流的暴露和用于差动空气速度通量的调整达到最大。潜在的形状包括但不限于等腰和等边三角形、梯形、正方形、矩形、其它的规则的和不规则的多边形。参见见例如图2a-2f。成形的阴离子交换材料可以由诸如功能化的聚苯乙烯等之类的阴离子交换材料的片材形成，或包括涂覆有阴离子交换材料的惰性基底材料的片材。选择性地，在本发明的一个优选的实施方式中，阴离子交换材料包括1mm厚、1mm宽的“面条形”的线，该线通过撕裂商业上可用的阴离子交换膜材料形成。一个目前优选的材料是从SnowPure，LLC，San Clemente，California可以得到的阴离子交换膜材料。制造商将这些膜材料描述为包括混合在聚丙烯矩阵中的、并且按照美国专利号6503957和6716888的教导的被挤压为片材的压碎的阴离子交换树脂。“面条”或线通过将1mm厚的SnowPure阴离子交换材料片材撕裂成1mm宽的“面条”或线形成(见图2h-2i)。
按照本发明的一个实施方式，空气捕获装置可以形成为基本上圆形和厚度不变的形状，也就是说，采用多边形的矩阵的盘是厚的，该多边形为螺旋的样式，以便利用波纹形固相阴离子交换材料的、与空气捕获装置一样厚的连续条。见例如图3a和3b。该单元将采用连续波纹形的层和共同连接的平面层缠绕，直到获得所期望的直径。该构造的一个选择是波纹形固相阴离子交换材料的、离散的直径越来越大的环形部分和贴合在一起装配的平面片材分组件，直到获得空气捕获装置的所期望的直径。
上面的实例的变量将具有可变厚度的盘。见例如图4。这在非均匀空气通量场的存在时是所期望的，以便保证通过空气捕获装置整体的均匀的捕获和/或空气动力性能。
圆形剖面的一个优点将是将空气捕获装置的几何形状与例如向上通风冷却塔的冷却塔相配合，该向上通风冷却塔的剖面也是圆形。见例如图5。该圆形特征也有助于改进现有的冷却塔装置的应用。
空气捕获装置的另一种构造将是基本上矩形的，例如图6中所示。矩阵将由规则的场构成，通过平面片材相互分割的、在行或列上重复的多边形。一种选择性的装置将包括具有离散布置的交替形状、样式和/或尺寸的区域的、基本上规则的多边形的场，以便使通过空气捕获装置整体的CO2捕获动力性和空气动力性能最优化。该构造的一个优点是有助于将其安装到标准的航运容器中，便于发展为单独竖立的、完整的和自身包含的装置，该装置通过现有的联合运输基础设施可被容易地进行航运。
在前面讨论的全部的构造中，多边形特征的矩阵装置的一个显著优点是其固有的结构稳定性和强度。在平面片材形式中，固相阴离子交换材料不具有对于稳定性的实际结构和低的特定面积，并且在珠子的形式中，固相阴离子交换材料具有高的压降并且需要外部容纳结构。固相阴离子交换材料的制造矩阵或涂覆有阴离子交换材料的基底产生与用在飞机地板和汽车车体中的结构相似的空间框架结构。在这些应用中，空间框架允许设计者制造非常坚硬、强壮和稳定的结构，该结构重量轻并且具有非常高的强度/重量比率。本质上是相似的规则多边形的矩阵、由重量轻的材料制造、产生高度稳定和强壮的三维结构的实例是蜂窝结构。
制造方法的概况
a.概况和需求
普通的离子交换树脂由聚苯乙烯或纤维素类主干构成，该主干通常通过氯甲基化反应随后被功能化(氨化)为阴离子。
对于装配所提出的矩阵结构是可用的制造方法可以利用通过聚苯乙烯热塑性塑料提供的可成形性。广泛地，有两个路径通向制造方法。第一个包括在其活化或功能化之前装配的矩阵或网格的形成。这允许制造者具有将成熟的塑料制造方法的广泛选择应用于制造空气捕获矩阵的灵活性，否则其会损害或破坏功能化处理过的材料。主要关心的问题是熔融聚苯乙烯时的温度超过功能化材料的上限耐受。
另一制造路径包括采用预处理或功能化材料。虽然为了保护材料的离子性能对于加工条件有一些限制，但这提供了使用预先存在的固相阴离子交换材料工作的选择。该限制由于材料上的功能性的胺基的相对低的温度耐受而产生。温度上限的范围为100-140℃，远低于使热塑性材料熔融所需的加工温度。聚苯乙烯具有大约100℃的Tg或玻璃化转变温度和大约240℃的熔融温度。因此，该材料可以在功能化材料的安全上限附近工作或形成，不会熔融该材料，而这将破坏功能化。
对热塑性塑料固相阴离子交换材料的实验显示，当热影响区高度局部地限制功能化的量时，其被该方法去除，局部熔化接合方法(例如点焊)可以用于矩阵的装配。该方法不会显著地影响固相阴离子交换材料的堆积性能。
b.矩阵的特征和装配的形成
特征的形状的选择将部分地受到可用的制造方法的影响。例如，简单的多边形的选择，例如三角形，有助于一些简单的形成方法。以滚压形式的前或后功能化聚苯乙烯的连续的片材开始，制造波纹的连续形成操作可以借助于使片材在两个被加热和具有相配合轮廓的辊之间通过而获得。精确地间隔的辊将捕获聚苯乙烯，将材料加热到其玻璃化转变温度并形成三角形状。当波纹形的片材从辊中退出时，它们被允许冷却以保证形状保持持久。对于特征急剧弯曲的或需要更剧烈的加工的形状，后功能化材料可能是更适当的，以便允许更高的温度加工。
产生与上面的实例相似的结果的、但是在离散的基础上产生成形的片材的另一种形成方法是将平面片材在两个被加热的和具有轮廓的压盘之间挤压。如前所述，特征的形状可以显示形成温度，并且因此显示前或后功能化材料的选择。
另一种形成方法利用应用到塑料部件的制造中的现有技术。具体地，聚苯乙烯可以被加热并且被挤压或注模以形成复杂的形状。无论是离散的部件还是连续铸造的形状，最终的产品将在成形后被功能化。
另一种形成方法包括聚苯乙烯泡沫材料的产生。通过添加吹塑剂，将会产生开孔泡沫材料，材料被切割成形，材料块将在装配之前被功能化。泡沫的开孔性质将允许空气流通过材料。
另一种制造方法包括两个或多个离散预成形聚苯乙烯部件的熔化。通过材料的熔点或以上的高度局部的高温的应用，产生聚苯乙烯材料的两个或多个块熔化在一起的区域是可能的，例如通过在离散位置的点焊或通过沿连续的线的缝焊。所选择的焊接方法将被选择以与最终部件的最终的装配、加工和所需的坚固度相适合。
最后，可以使用阴离子交换材料的矩阵或无序的“面条形”线网格。
空气捕获装置的设计和构造选择
a.概况和需求
用于矩阵的形状和制造方法的无数设计选择给予其多个空气捕获装置的构造。这些构造提供了用于模块化、专用化的机会，以便配合现有的空间和优化成本、效率和产量。
b.立方体形式
立方体形式有助于有效的包装布置和模块化以便支持性能按比例提高。一个选择是构造为安装到标准的20和40英尺的船运容器中的CO2捕获系统，其中，空气捕获系统基本上是立方体形式。
空气捕获装置也可以由多个共同提供所期望的CO2捕获性能的离散的立方体模块部分构成。这提供了使每个部分一次一个地单独地重新产生的机会，这允许连续的不中断的CO2捕获。
c.圆形形式
圆形形式有助于模仿常规向上通风的冷却塔的设计。该盘可以构造为在其厚度上具有均匀尺寸和特征的“固体”形式。空气流动将沿着与该盘的旋转轴线平行的路径。
在一个布置中，空气捕获盘可以与位于其上的风扇水平定位，以提供向上通风的空气流动。
另一个布置具有与其前方或后方的风扇垂直定位。该盘可以被布置，以便慢慢地旋转通过包含使活动材料重新产生的化学品的槽。
在日新月异的市场中，该盘可以构造为安装在现有的向上通风的冷却塔中，从而利用已有的通风装置。
另一种圆形形式构造是在其中该装置具有环形剖面的构造。在该构造中，过程空气将取决于安装而向前或向后径向移动通过该结构的侧部。
d.其它形式
有许多空气捕获装置的设计形式，包括中空的形式。虽然该构造具有如前面提出的控制性能，但是它将非常地依赖于安装的约束。
e.非均匀剖面形式
对剖面的调整在某些情况下可能是必需的，以便保证空气捕获装置的均匀的和有效的性能。这可以有助于具有非均匀的剖面和/或不对称的轮廓的矩阵构造。安装因素、封闭设计和风扇性能对于最终的设计和矩阵的形式也可以有很大的意义。
f.矩阵或无序的网格形式
1mm厚、1mm宽的矩阵或“面条形”线的无序网格通过撕裂商业上可用的1mm厚的阴离子交换膜材料形成。然后得到的“面条”可以被松散地包装为线管，也就是说，如图2h中所示，空气通过它被引导。
可以使用按照本发明的另一种将高的表面面积和低的压降有利地结合在一起的构造。
在本发明的另一方面，从空气中捕获的CO2被持久地隔离。有几个不连续的方法，其可以被整合在一起以便获得持久的CO2隔离。参照附图7，两个这样的方法是在我们于2005年8月22日提交的同时待审的美国申请系列号11/209962中描述的空气捕获方法，和常规的工业氯碱方法。
氯碱方法是用于在电解池中通过电解从NaCl(例如海水)制造日用品氯(Cl2)和氢氧化钠(NaOH)的普通的工业方法。电化学电流导致氯离子移动到阳极，在此处它被聚集成氯气。氢氧化钠和氢气也被形成。总的过程以下面的化学计量关系操作：
I.2H2O+2NaCl→2NaOH+H2+Cl2    ΔH＝+543kJ/g-mole H2
氯的典型用途包括用于纸浆和造纸工业的漂白剂和消毒剂。氢氧化钠是用于多个化学和材料制造方法的非常普通的给料。氢气流典型地被认为是废气流。虽然一些工厂将该废气流的一部分恢复用作热量和能量燃料源，但是在全世界产生的大部分被简单地燃烧，也就是说，在大气中进行燃烧处理。本发明在一个方面通过插入Sabatier还原方法平衡来自现有的氯碱方法的产品和废气流以及来自空气捕获系统的CO2产品流，Sabatier还原方法是一种位于在两个前面提到的方法的下游的放热方法。更具体地，按照本发明，在空气捕获系统中收集的CO2和H2废气流在升高的温度下在镍或钌催化剂上结合，以下面的化学计量情况将这些供料流改变为CH4(甲烷)和H2O(水)：
II.CO2+4H2→CH4+2H2O    ΔH＝-165kJ/mole@25℃
这样，按照本发明的一方面，来自空气捕获系统的二氧化碳和来自氯碱方法的氢气被用作Sabatier方法的供料流。在低压(大约1bar)和400℃-600℃的操作温度下，形成甲烷和水蒸汽的产品流。为了保证碳在甲烷中持久的隔离，甲烷气体可以变成用于塑料加工工业的给料。甲烷气体也可以作为合成燃料被燃烧，或用作用于形成液体合成燃料的给料。
通过氯碱方法的产品流的进一步结合可以获得另外的CO2隔离。如上面描述的，H2流被利用以通过Sabatier方法帮助CO2的隔离。NaOH流也可被利用以捕获和隔离二氧化碳。具体地，NaOH是CO2的强溶剂。这样，通过将NaOH暴露给大气，大气CO2将按照下面的反应与NaOH反应以形成稳定的碳酸盐：
III.2NaOH+CO2→Na2CO3+H2O和，
IV.NaOH+CO2→NaHCO3
在环境中特别是在海水中自然地生成这些化合物。这样，一旦NaOH在大气中完全地与CO2反应，生成的碳酸盐可以被引入海水中，在其中，它们被补充给海洋生物，并且可以通过固有的海洋生物的使用以形成为坚硬的珊瑚和贝壳这样的重要结构。另一种可能是NaOH被直接注射到海水中，改变海水的PH值，这将允许海水起到在我们前述PCT申请系列号PCT/US06/029238中描述的大气CO2收集器的作用。
氯产品流可以在地球上安全的隔离，也就是说，通过其与自然界的氢氧化镁(MgOH)的反应。氯将被解离到水中，以产生氢氯酸，氢氯酸会与氢氧化镁反应，产生具有多种工业用途的氯化镁和水。另一种可能将是将矿物盐留在原处，用于持久的矿物隔离。
当然，NaOH、Cl2和HCl的氯碱产品流也是可适于市场上销售的日用品，这样，可以被相反处理用于产生收入。
另一种可能包括将CO2直接注射到深井或深海储存。
本发明在几个步骤中产生碳捕获(carbon credit)。一个碳捕获是由从空气中去除CO2而获得。另外的碳捕获是由作为碳酸钠来隔离碳而获得。这两个碳捕获是通过将碳转化为碳酸氢钠而获得的。另外的碳捕获也可以通过碳的酸注射到矿物中(即形成盐)、通过深井或深海储存的CO2或变成塑料甲烷或合成燃料中的碳的隔离而获得。
在不背离本发明的精神和范围的前提下可能有多种改变。例如，NaOH被描述用于重新活化阴离子交换表面吸附剂；但是，本发明不限于氢氧化钠作为吸附剂的用途，其它的能够吸收二氧化碳的吸附剂，例如碳酸钠也可以用在本发明中。同时，虽然离子交换材料被描述为用于形成空气捕获装置的主干的优选材料，但是例如在我们前述的PCT/US06/029238和我们的PCT/US05/029979中描述的其它空气捕获装置也可以有利地使用。同时，代替从阴离子交换片材材料中切割“面条”，也可以通过压碎阴离子交换树脂材料和在粘合剂中挤压被压碎的树脂材料而直接形成“面条”来形成阴离子交换材料丝。在不背离本发明的精神和范围的前提下，也可以作出其它的应用。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于从大气中捕获CO2的装置，包括在暴露于空气流的矩阵中形成的阴离子交换材料。
2.如权利要求1所述的装置，其中，该材料被形成为多个多边形，优选地正方形、矩形、三角形、梯形、五边形或六边形。
3.如权利要求1所述的装置，其中，该材料的形状为螺旋缠绕盘或截去尖端的圆锥。
4.如权利要求1所述的装置，其中，该材料的形状为网格或多个同心层或多个百叶窗。
5.如权利要求1-4中的任一权利要求所述的装置，其中，该材料由聚苯乙烯或纤维素类阴离子交换树脂形成。
6.如权利要求1所述的装置，被安装在冷却塔中或排气系统中。
7.一种用于从大气中捕获CO2的装置，包括形成为蜂窝形或网格的阴离子膜材料。
8.一种用于从空气中去除CO2的方法，包括使空气接触通过如权利要求1-6中任一权利要求所述的装置的步骤，在其上CO2被阴离子材料所捕获，并且包括处理阴离子材料以便去除和浓缩所捕获的CO2的步骤。
9.如权利要求8所述的方法，还包括下列步骤：
(a)包括将所捕获的CO2转化为甲烷的步骤，优选使用Sabatier方法；
(b)包括将所捕获的CO2转化为液体合成燃料或塑料的步骤；或
(c)所捕获的CO2被通到深井或深海储存。
10.一种用于从空气中去除CO2的方法，其中，通过与碱性海水或盐水接触而从空气中去除CO2，其中，海水或盐水被分离成H2、Cl2和NaOH，并且Cl2被注入到碱性岩中以形成盐。
11.如权利要求10所述的方法，其中NaOH被加回到海水或盐水中以增加碱性，从而增加海水或盐水捕获大气CO2的能力。

Claims (19)

1.一种用于从大气中捕获CO2的装置，包括在暴露于空气流的矩阵中形成的阴离子交换材料。
2.如权利要求1所述的装置，其中，该材料被形成为多个多边形。
3.如权利要求1所述的装置，其中，该材料被形成为多个正方形、矩形、三角形、梯形、五边形或六边形。
4.如权利要求1所述的装置，其中，该材料的形状为螺旋缠绕盘。
5.如权利要求1所述的装置，其中，该材料的形状为多个同心层。
6.如权利要求1所述的装置，其中，该材料的形状为截去尖端的圆锥。
7.如权利要求1所述的装置，其中，该材料的形状为多个百叶窗。
8.如权利要求1所述的装置，其中，该材料由聚苯乙烯或纤维素类阴离子交换树脂形成。
9.如权利要求1所述的装置，其中，该材料由网格形成。
10.如权利要求1所述的装置，被安装在冷却塔中。
11.如权利要求1所述的装置，被安装在排气系统中。
12.一种用于从大气中捕获CO2的装置，包括形成为蜂窝形或网格的阴离子膜材料。
13.一种用于从空气中去除CO2的方法，包括使空气接触通过如权利要求1中所述的装置的步骤，在其上CO2被阴离子材料所捕获，并且包括处理阴离子材料以便去除和浓缩所捕获的CO2的步骤。
14.如权利要求13所述的方法，包括将所捕获的CO2转化为甲烷的步骤。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所捕获的CO2采用Sabatier方法被转化为甲烷。
16.如权利要求13所述的方法，其中，所捕获的CO2被转化为液体合成燃料或塑料。
17.如权利要求13所述的方法，其中，所捕获的CO2被通到深井或深海储存。
18.一种用于从空气中去除CO2的方法，其中，通过与碱性海水或盐水接触而从空气中去除CO2，其中，海水或盐水被分离成H2、Cl2和NaOH，并且Cl2被注入到碱性岩中以形成盐。
19.如权利要求19所述的方法，其中NaOH被加回到海水或盐水中以增加碱性，从而增加海水或盐水捕获大气CO2的能力。
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