CN104540575A - 用于减少co2量的可再生离子交换材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通过使用可再生离子交换材料来减少在含二氧化碳源中的CO2量的方法。

Description

用于减少CO2量的可再生离子交换材料
本发明涉及通过使用可再生离子交换材料来减少在含二氧化碳源中的CO2量的方法，以及可再生离子交换材料用于减少来自含二氧化碳源的CO2量的用途。
气候系统改变的证据来自于观察到的全球平均空气和海洋温度的升高。此外，气候模型表明在21世纪期间，全球表面温度可能进一步上升约6℃。在此评估中，温室气体浓度的提高被认为扮演了重要角色。然而，排放的温室气体在很大程度上源自于人类活动例如砍伐森林和燃烧化石燃料(例如煤、汽油、石油等)，其中二氧化碳是排放的主要气体。
因此，在此方面的主要议题之一是减少目前温室气体的浓度，尤其是二氧化碳的浓度，此外，减少或避免此类气体排放到大气中。
在本领域中，已经提出数种用于减少大气中二氧化碳浓度和减少或避免此类气体排放到大气中的方法。例如，WO 2011/049759描述了用于减少来自不同类型含二氧化碳的气体排放源中的二氧化碳的工艺，包括通过使用离子交换材料来减少来自工业气体排放源的二氧化碳。US2011/0091955A1描述了一种方法，包括(i)使包含CO2的气体流与催化剂接触而形成包含水合CO2的溶液；和(ii)处理该溶液以产生包含亚稳态碳酸盐的组合物。该亚稳态碳酸盐据描述在盐水中比在淡水中更稳定。亚稳态碳酸盐可以选自球霰石、文石、无定形碳酸钙及其组合。
此外，US 2011/041688A1描述了在进一步的结构和技术中使用吸附结构以结合载有二氧化碳的空气流中的二氧化碳，以及使用工艺热从吸附结构中分离二氧化碳并且使吸附结构再生。US 2010/258506A1描述了降低流体中CO2浓度的方法，该方法包括把包含痕量或无CO2的第一气流应用到包含第二气体、盐和液体的流体中，所述第二气体包含浓度至少比见于空气-水平衡中的浓度高的CO2，由此固体碳酸盐在所述流体中形成，并且在所述流体中的所述CO2的浓度降低。US 2008/289495A1描述了从大气中移除二氧化碳以减少全球变暖的系统，所述系统包括空气萃取系统，其通过介质从大气收集二氧化碳和从该介质中移除二氧化碳；固存系统，其把移除的二氧化碳隔离到至少一个存储位置，并且其可以提高可再生能源或非燃料产物例如肥料和建筑材料的可用性；和一个或更多个能源，其向空气萃取系统供应工艺热以从介质中移除二氧化碳，并且可以使移除的二氧化碳再生以持续使用。
US 2004/219090A1描述了通过把二氧化碳转化成固体稳定形式来从气流中选择性地移除二氧化碳的工艺。在固存工艺中，富含二氧化碳的空气经过气体扩散膜以把二氧化碳转移到流体介质中。然后，富含二氧化碳的流体经过包含特别针对二氧化碳的催化剂的基质，加速二氧化碳向碳酸的转化。在最后的步骤中，把矿物离子加入到反应中，由此形成碳酸盐的沉淀。US 7,314,847描述了生产吸附剂的方法，以协助从大气或从其它来源例如发电站中移除二氧化碳(CO2)。
然而，所描述的用于减少大气中二氧化碳浓度和减少或避免此类气体排放到大气中的方法具有二氧化碳通常不是化学结合的缺点，此外，在所描述的方法期间消耗了使用的吸附材料。
因此，持续需要用于减少含二氧化碳源中的CO2量的改进方法，所述方法解决前面描述的技术问题，尤其是允许在使使用的吸附材料再生的同时减少二氧化碳浓度。
由此，本发明的一个目的是提供一种使用可再生吸附材料来减少含二氧化碳源中的CO2量的方法。另一个目的是提供一种用于减少含二氧化碳源中的CO2量的方法，以使捕获的二氧化碳转化成随时间稳定的形式。又一个目的是提供一种用于减少含二氧化碳源中的CO2量的方法，以使捕获的二氧化碳的稳定形式可以被简单地分离。还一个目的是提供一种用于减少含二氧化碳源中的CO2量的方法，其可以在成本有效的条件下进行，即，减少基于人造资源的成本密集型原材料的含量或避免其使用。可以从本发明的以下说明中得出其他目的。
前述的和其他目的由本发明中上下文定义的主题来解决。
根据本发明的第一个方面，提供了一种通过使用可再生离子交换材料来减少含二氧化碳源中的CO2量的方法，其中该方法包括以下步骤：
a)提供包含至少一种碱土金属阳离子的至少一种离子交换材料，
b)提供至少一种含二氧化碳源，
c)提供至少一种阳离子的至少一种来源，该阳离子能够置换至少一种离子交换材料的至少一种碱土金属阳离子，
d)提供至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源，
e)使步骤a)中的至少一种离子交换材料与步骤c)中的至少一种阳离子的至少一种来源接触，以获得混合物，所述混合物包含
i)至少一种离子交换材料，和
ii)从步骤a)的至少一种离子交换材料中释放的至少一种碱土金属阳离子，
f)使步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子与步骤i)的至少一种离子交换材料分离，
g)使步骤f)中获得的至少一种碱土金属阳离子与步骤b)中的至少一种含二氧化碳源接触，以获得至少一种碱土金属阳离子的碳酸盐，和
h)使步骤f)中获得的至少一种离子交换材料与步骤d)中的至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源接触，以使步骤a)中的至少一种离子交换材料再生。
发明人出乎意料地发现，根据本发明的前述方法导致了稳定的碱土金属碳酸盐产物，即，可以被简单地分离并且通过使用可再生吸附材料避免了使用基于人造资源的成本密集型原材料。更准确地，发明人发现，通过使用所定义的可再生离子交换材料，含二氧化碳源中的二氧化碳的浓度可以通过把二氧化碳转化成所定义的碳酸盐而得到减少。
应当理解，为了本发明的目的，以下术语具有以下含义：
为了本发明的目的，术语“可再生”离子交换材料是指在方法循环过程中重新产生的材料。
为了本发明的目的，术语“离子交换材料”是指能够将碱土金属阳离子与能够置换碱土金属阳离子的阳离子交换且反之亦然的材料。
当下文中提及本发明的通过使用可再生离子交换材料来减少含二氧化碳源中的CO2量的方法的优选实施方案或技术细节时，应当理解这些优选实施方案或技术细节也是指本文定义的本发明用途并且反之亦然(如果适用的话)。例如，如果指出本发明方法的至少一种离子交换材料是天然离子交换材料和/或合成离子交换材料，那么本发明用途的至少一种离子交换材料也是天然离子交换材料和/或合成离子交换材料。
本发明将参照具体实施方案并参照附图来进行描述，但本发明不限于此，而仅由权利要求书来限定。除非另外指出，否则下文列出的术语一般以它们的普通含义来理解。
本说明书和权利要求书中使用术语“包含”的地方，不排除其它非特定的有主要或次要功能上的重要性的要素。为了本发明的目的，认为术语“由......组成”是术语“包含”的优选实施方案。如果下文中某一个组定义为包含至少一定数目的实施方案，那么这也要理解为公开了一个组，该组优选地仅仅由这些实施方案组成。
使用术语“包括”或“具有”时，这些术语意为等同上面定义的“包含”。
在提到无数量词的单数名词时，这包括多个该名词，除非有些另外具体指出。
根据本发明的另一个方面，提供了可再生离子交换材料用于减少来自含二氧化碳源的CO2量的用途。优选地，可再生离子交换材料中包含膨润土。
本发明的有利的实施方案在相应的从属权利要求中定义。
根据本发明的一个实施方案，步骤a)中的至少一种离子交换材料选自天然离子交换材料、经改性的离子交换材料、合成离子交换材料及其混合物。
根据本发明的另一个实施方案，步骤a)中的至少一种离子交换材料包含选自包含层状硅酸盐、沸石、云母、蒙脱土、蓝黑镁铝石(mauritzite)及其混合物的组的天然离子交换材料和/或选自EDTA、离子交换树脂及其混合物的组的合成离子交换材料，优选层状硅酸盐。
根据本发明的又一个实施方案，步骤a)中的至少一种离子交换材料包含选自包含镁、钙、锶及其混合物的组的至少一种碱土金属阳离子，优选钙和/或镁。
根据本发明的一个实施方案，步骤a)中的至少一种离子交换材料以固体或水性悬浮体或乳液或过滤材料或流化床的形式提供。
根据本发明的另一个实施方案，步骤a)中的至少一种离子交换材料以水性悬浮体的形式提供，所述水性悬浮体具有按水性悬浮体的总重量计为2重量％到50重量％、优选地5重量％到40重量％、更优选地7.5重量％到30重量％以及最优选地10重量％到20重量％的离子交换材料含量。
根据本发明的又一个实施方案，步骤a)中的至少一种离子交换材料由膨润土组成，所述膨润土包含选自包含蒙脱土和伴生矿物的组的各种粘土矿物，所述伴生矿物为例如石英、云母、长石、硫铁矿、方解石、方石英及其混合物。
根据本发明的一个实施方案，步骤a)中的至少一种离子交换材料由膨润土组成，所述膨润土具有按膨润土的总重量计为至少60重量％、优选至少80重量％，例如在85重量％到95重量％之间的蒙脱土含量。
根据本发明的另一个实施方案，步骤a)中的离子交换材料由其夹层空间主要被钙和/或镁离子所占据的膨润土组成。
根据本发明的又一个实施方案，步骤a)中的至少一种离子交换材料由重量中值粒径d50为0.02到100μm、0.075到50μm、0.1到5μm、优选0.2到3μm的膨润土组成。
根据本发明的又一个实施方案，步骤b)中的至少一种含二氧化碳源选自气体、液体、固体、复合物、离子交换材料及其混合物，优选气体。
根据本发明的一个实施方案，步骤b)中的至少一种含二氧化碳源选自空气、工业废气流、废弃气流、火山放气及其混合物。
根据本发明的另一个实施方案，步骤b)中的至少一种含二氧化碳源包含提供至少0.02Pa、优选至少0.05Pa、更优选至少0.1Pa、甚至更优选至少0.15Pa以及最优选至少0.2Pa分压的二氧化碳。
根据本发明的再一个实施方案，步骤c)中的至少一种阳离子的至少一种来源和/或步骤d)中至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源是水溶液，优选按水溶液的总重量计包含至少50重量％、更优选至少75重量％以及最优选至少90重量％水的水溶液。
根据本发明的一个实施方案，步骤c)中的至少一种阳离子的至少一种来源是至少一种单价和/或二价阳离子的天然存在的来源，所述至少一种单价和/或二价阳离子能够置换至少一种离子交换材料的至少一种碱土金属阳离子；优选至少一种单价阳离子的天然存在的来源，所述至少一种单价阳离子能够置换至少一种离子交换材料的至少一种碱土金属阳离子。
根据本发明的另一个实施方案，步骤c)中的至少一种阳离子的至少一种来源是海水。
根据本发明的又一个实施方案，步骤b)中的至少一种含二氧化碳源、和/或步骤c)中的能够置换至少一种离子交换材料的至少一种碱土金属阳离子的至少一种阳离子的至少一种来源、和/或至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源是以水溶液的形式提供，优选以pH在5到12之间、优选在6到11之间以及最优选在7到10.5之间的水溶液的形式提供。
根据本发明的一个实施方案，步骤c)中至少一种阳离子的至少一种来源的所述至少一种阳离子选自包含锂、钠、钾、镁、锶及其混合物的组，优选钠。
根据本发明的另一个实施方案，步骤c)中至少一种阳离子的至少一种来源包含量为0.1到150g/L、优选1到100g/L、更优选5到75g/L以及最优选10到50g/L的所述至少一种阳离子。
根据本发明的又一个实施方案，步骤d)中至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源是至少一种碱土金属阳离子的天然存在的来源，例如硬质淡水。
根据本发明的一个实施方案，步骤d)中至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源是硬度为5到130°dH、优选10到60°dH以及最优选14到50°dH的硬质淡水。
根据本发明的另一个实施方案，步骤d)中至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源的所述至少一种碱土金属阳离子选自镁、钙、锶及其混合物，优选钙。
根据本发明的又一个实施方案，步骤d)中至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源包含量为0.1到200mg/L、优选0.5到150mg/L、更优选1到100mg/L、甚至更优选5到75mg/L以及最优选10到50mg/L的所述至少一种碱土金属阳离子。
根据本发明的一个实施方案，进行接触步骤g)，使得将步骤b)中的至少一种含二氧化碳源引入步骤f)中获得的水溶液。优选地，使步骤f)中获得的水溶液进一步与用于增强二氧化碳的水合作用的至少一种催化剂接触。还优选地，用于增强二氧化碳的水合作用的至少一种催化剂是至少一种酶，优选碳酸酐酶。
根据本发明的另一个实施方案，接触步骤e)和/或分离步骤f)和/或接触步骤g)和/或接触步骤h)在2℃到80℃、优选4℃到60℃以及最优选5℃到40℃的温度下进行。
根据本发明的又一个实施方案，接触步骤e)和/或分离步骤f)和/或接触步骤g)和/或接触步骤h)在4到12之间、优选5到11之间以及最优选7到10.5之间的pH下进行。
根据本发明的一个实施方案，接触步骤g)在至少100Pa、更优选至少200Pa以及最优选至少300Pa的压力下进行。
根据本发明的另一个实施方案，接触步骤h)在接触步骤g)之前和/或之中和/或之后进行。
根据本发明的又一个实施方案，分离步骤f)通过过滤、离心、旋风分离、沉降或其组合而进行。
根据本发明的一个实施方案，所述方法还包括分离步骤g)中获得的至少一种碱土金属阳离子的碳酸盐的步骤k)。优选地，分离步骤k)通过过滤、离心、旋风分离、浓缩、蒸发、沉降或其组合而进行。
在下文中，提到了本发明进一步的细节，尤其是本发明的通过使用可再生离子交换材料来减少含二氧化碳源中的CO2量的方法的前述步骤。步骤a)：提供至少一种离子交换材料
根据本发明的步骤a)，提供包含至少一种碱土金属阳离子的至少一种离子交换材料。
表述“至少一种”离子交换材料意为一种或更多种离子交换材料可以在本方法中使用。
根据本发明的一个实施方案，仅有一种离子交换材料在本方法中使用。根据本发明的另一个实施方案，至少两种离子交换材料的混合物在本方法中使用。
根据本发明的一个实施方案，至少一种离子交换材料选自天然离子交换材料、经改性的离子交换材料、合成离子交换材料和其混合物。
术语“天然”离子交换材料在本发明的意义中指的是天然来源的离子交换材料。
术语“经改性的”离子交换材料在本发明的意义中指的是经化学处理过的天然离子交换材料。
术语“合成”离子交换材料在本发明的意义中指的是非天然来源的而是通过化学反应人工制成的离子交换材料。
例如，如果至少一种离子交换材料包含天然离子交换材料，那么该至少一种离子交换材料优选地选自包含层状硅酸盐、沸石、云母、蒙脱土、蓝黑镁铝石及其混合物的组。
如果至少一种离子交换材料包含合成离子交换材料，那么该至少一种离子交换材料优选地选自包含EDTA、离子交换树脂及其混合物的组。
可以用在本发明的方法中的合成离子交换材料的实例为美国陶氏化学公司的COWEXTMMAC、AmberliteTM、AmbersepTM或系列的离子交换材料。
在本发明的一个实施方案中，至少一种离子交换材料是至少一种天然离子交换材料。例如，至少一种离子交换材料是一种天然离子交换材料。如果至少一种离子交换材料是至少一种天然离子交换材料，那么该至少一种离子交换材料优选地包含层状硅酸盐。或者，该至少一种离子交换材料由层状硅酸盐组成。
如果至少一种离子交换材料包含层状硅酸盐，那么优选地其由层状硅酸盐组成，层状硅酸盐优选地选自膨润土。因此，至少一种离子交换材料优选地包含膨润土，更优选地由膨润土组成。
如果至少一种离子交换材料包含膨润土或由膨润土组成，那么膨润土通常包含各种粘土矿物，优选由各种粘土矿物组成，所述各种粘土矿物例如尤其是蒙脱土作为主要组分，但也有石英、高岭石、云母、长石、硫铁矿、方解石和/或方石英。取决于其来源场所，这些矿物可以以变量存在，其它组分也是如此。
按膨润土的总重量计，蒙脱土含量为至少60重量％、优选地至少80重量％，例如在85到95重量％之间的膨润土尤其适用于根据本发明的方法。
本发明的一个特定要求在于，至少一种离子交换材料包含至少一种碱土金属阳离子。
表述“至少一种”碱土金属阳离子意为一种或更多种碱土金属阳离子可以存在于至少一种离子交换材料中。
根据本发明的一个实施方案，仅有一种碱土金属阳离子存在于至少一种离子交换材料中。根据本发明的另一个实施方案，至少两种碱土金属阳离子的混合物存在于至少一种离子交换材料中。
根据本发明的一个实施方案，至少两种碱土金属阳离子的混合物存在于至少一种离子交换材料中。优选地，两种碱土金属阳离子的混合物存在于至少一种离子交换材料中。
表述“碱土金属阳离子”指的是碱土金属的二价阳离子，即，具有两价的碱土金属阳离子。
另外地或备选地，至少一种碱土金属阳离子选自包含镁、钙、锶及其混合物的组。例如，至少一种碱土金属阳离子包含钙和/或镁。在本发明的一个实施方案中，至少一种碱土金属阳离子包含钙。
如果至少一种碱土金属阳离子包含钙和/或镁，那么不排除其它碱土金属阳离子的存在。例如，如果至少一种碱土金属阳离子包含钙，那么该至少一种离子交换材料还可以包含镁和/或锶。在本发明的一个实施方案中，至少一种碱土金属阳离子包含钙和镁。
在这方面，应当注意至少一种离子交换材料中的至少一种碱土金属阳离子的存在不排除其它单价和/或二价和/或三价阳离子在至少一种离子交换材料中的存在，例如，碱金属例如为钠、钾、锂及其混合物和/或二价阳离子例如为锌、锰、铁及其混合物和/或三价阳离子例如为铁、铝及其混合物。
如果至少一种离子交换材料包含膨润土或由膨润土组成，那么膨润土包含至少一种碱土金属阳离子。例如，选择膨润土以使膨润土的夹层空间几乎独有地被作为至少一种碱土金属阳离子的钙和/或镁离子所占据。在本发明的一个实施方案中，离子交换材料由其夹层空间主要被作为至少一种碱土金属阳离子的钙离子所占据的膨润土组成。
然而，至少一种碱土金属阳离子的存在并不排除碱金属阳离子或三价阳离子如铝可以进一步占据膨润土的夹层空间。
术语“夹层空间”在本发明的意义中指的是在至少一种离子交换材料的晶格中两个带负电层之间的空间，其可以被夹层阳离子例如至少一种碱土金属阳离子和(如果存在的话)其它单价和/或二价和/或三价阳离子所占据。
应理解，本发明的至少一种离子交换材料在pH为7时具有至少60cmol+/kg的阳离子交换能力，优选在pH为7时具有至少70cmol+/kg的阳离子交换能力，以及最优选在pH为7时具有至少80cmol+/kg的阳离子交换能力。例如，本发明的至少一种离子交换材料在pH为7时具有60到130cmol+/kg的阳离子交换能力，或在pH为7时具有70到120cmol+/kg的阳离子交换能力。
在本发明的一个实施方案中，至少一种离子交换材料包含膨润土或由膨润土组成，所述膨润土在pH为7时具有至少60cmol+/kg的阳离子交换能力，优选地在pH为7时具有至少70cmol+/kg的阳离子交换能力，以及最优选地在pH为7时具有至少80cmol+/kg的阳离子交换能力。例如，至少一种离子交换材料包含膨润土或由膨润土组成，所述膨润土在pH为7时具有60到130cmol+/kg的阳离子交换能力或在pH为7时具有70到120cmol+/kg所述膨润土。
术语“阳离子交换能力”指的是在特定的pH值下至少一种离子交换材料能够容纳的并且可用于离子交换的任意类全部阳离子的最大量。
如果至少一种离子交换材料包含膨润土或由膨润土组成，那么膨润土优选地具有0.02到100μm、0.075到50μm、或0.1到5μm，优选地0.2到3μm的重量中值粒径d50，如通过Sedigraph 5120所测量的。
贯穿本文件，粒状材料的“粒径”通过其粒径分布来描述。dx值代表相对于其按重量计x％的颗粒的直径小于dx的直径。这意味着d20值是所有颗粒的20重量％比此更小的粒径，d75值是所有颗粒的75重量％比此更小的粒径。因此d50值是重量中值粒径，即，所有粒子的50重量％大于或小于此粒径。为了本发明的目的，粒径特指重量中值粒径d50，另有指出除外。为测定d50值在0.4到2μm之间的颗粒的重量中值粒径d50值，可以使用来自美国Micromeritics公司的Sedigraph 5120装置。为测定d50值低于0.4μm的颗粒的重量中值粒径d50值，可以使用来自德国MalvernInstruments GmbH公司的Matersizer装置。
优选地，步骤a)中的至少一种离子交换材料以固体或水性悬浮体或乳液或过滤材料或流化床的形式提供。例如，步骤a)中的至少一种离子交换材料以水性悬浮体的形式提供。
“水性悬浮体”或“水性浆料”在本发明的意义中包括不溶的固体和水，并且任选地包含其它添加剂，通常包含大量固体，因此比形成它们的液体更为粘滞，而且可以有更高的密度。然而，术语“水性悬浮体”或“水性浆料”不排除水中包含少量的至少一种与水可混溶的溶剂。
例如，至少一种与水可混溶的溶剂优选地选自甲醇、乙醇、丙酮、乙腈、四氢呋喃及其混合物。
在本发明的一个实施方案中，按水性悬浮体的水相的总重量计，水性悬浮体包含量为至少60重量％、优选至少70重量％、更优选至少80重量％、甚至更优选至少90重量％以及最优选至少92重量％的水。例如，按水性悬浮体的水相的总重量计，水性悬浮体包含量在90重量％到100重量％之间、优选92重量％到100重量％之间、更优选94重量％到100重量％之间以及最优选96重量％到100重量％之间的水。
在本发明的一个实施方案中，包含至少一种离子交换材料的水性悬浮体不含与水可混溶的溶剂。
在本发明的一个实施方案中，至少一种离子交换材料以水性悬浮体的形式提供，所述水性悬浮体具有按水性悬浮体的总重量计为2重量％到50重量％的离子交换材料含量。例如，步骤a)中的至少一种离子交换材料以水性悬浮体的形式提供，所述水性悬浮体具有按水性悬浮体的总重量计为5重量％到40重量％、更优选地7.5重量％到30重量％以及最优选地10重量％到20重量％的离子交换材料含量。
选择至少一种离子交换材料的含量使得用Brookfield粘度计测量(如实施例所描述的)的水性悬浮体的粘度在10到5000mPas之间、优选地在100到2500mPas之间、尤其是在150到1000mPas之间。最佳含量依赖于发生的情况，即，至少一种离子交换材料的化学和矿物学组成以及其溶胀性，这进而影响粘度。
步骤b)：提供至少一种含二氧化碳源
根据本发明的步骤b)，提供至少一种含二氧化碳源。
表述“至少一种”含二氧化碳源意为一种或更多种含二氧化碳源可以在本方法中使用。
根据本发明的一个实施方案，仅有一种含二氧化碳源在发明方法中使用。根据本发明的另一个实施方案，至少两种含二氧化碳源的混合物在发明方法中使用。
在本发明的一个实施方案中，仅有一种含二氧化碳源在发明方法中使用。
表述“含二氧化碳源”指的是能够释放二氧化碳的任一来源。
至少一种含二氧化碳源包括任一便利的含二氧化碳源。特别地，至少一种含二氧化碳源可以选自气体、液体、固体、复合物、离子交换材料及其混合物。
根据本发明的一个实施方案，至少一种含二氧化碳源以气态形式提供。
气体二氧化碳可以是基本上纯的二氧化碳或包含多种组分的气态二氧化碳，所述多种组分包括二氧化碳和一种或更多种另外的气体和/或其它物质例如粒状材料如灰。
根据本发明的一个实施方案，至少一种含二氧化碳源选自空气、工业废气流、废弃气流、火山放气及其混合物。
例如，至少一种含二氧化碳源是废气流例如由工厂产生的。工厂可以选自很多种类。例如，至少一种含二氧化碳源由工厂所产生的废气流产生，所述工厂选自电厂、化学和机械加工厂、精炼厂和其它产生二氧化碳的工厂，例如作为燃料燃烧或其它加工步骤的副产物。
适合的废弃气流选自燃烧例如煤、石油、天然气的化石燃料和例如沥青砂、重油、油页岩等的燃料产物的工厂产生的废弃气流。
至少一种含二氧化碳源可以包含二氧化碳作为主要组分，或可以包含另外的组分例如氮氧化物(NOx)，硫氧化物(SOx)和至少一种另外的气体和/或粒状组分。另外的气体和/或粒状组分可以包括一氧化碳、卤化物例如氯化氢和氟化氢、金属例如汞、砷、铍、硼、镉、铬、钴、铅、锰、钼、硒、锶、铊、钒等，有机物例如碳氢化合物、二英、和PAH化合物(多环芳族碳氢化合物)和/或尘埃颗粒例如典型地在燃烧过程中获得的。
在本发明的一个实施方案中，至少一种含二氧化碳源包含提供至少0.02Pa、优选至少0.05Pa、更优选至少0.1Pa、甚至更优选至少0.15Pa以及最优选至少0.2Pa分压的二氧化碳。
另外或备选地，至少一种含二氧化碳源包含按至少一种含二氧化碳源的总体积计量为至少2体积％、优选至少5体积％、更优选至少10体积％、甚至更优选至少15体积％以及最优选至少20体积％的二氧化碳。
在本发明的一个实施方案中，将至少一种含二氧化碳源引入水中以形成水溶液。“水溶液”在本发明的意义中指的是在含水溶剂中仅仅包含、优选包含溶解的颗粒和任选地少量离散固体颗粒的体系。优选地，水溶液包含溶解在含水溶剂中的颗粒。术语“溶解的”在本发明的意义中指的是溶剂中观察不到离散的固体颗粒的体系。在本发明的一个实施方案中，水溶液在含水溶剂中包含按水溶液的总重量计量≤10重量％、更优选地≤7.5重量％、甚至更优选地≤5重量％以及最优选地≤2重量％的离散的固体颗粒。
如果至少一种含二氧化碳源以水溶液的形式提供，水溶液的pH优选地具有在5到12之间、更优选在6到11之间以及最优选地在7到10.5之间。
步骤c)：提供至少一种阳离子的至少一种来源
根据本发明的步骤c)，提供了至少一种阳离子的至少一种来源，所述至少一种阳离子能够置换至少一种离子交换材料中的至少一种碱土金属阳离子。
表述至少一种阳离子的“至少一种”来源意为至少一种阳离子的一种或更多种来源可以在本方法中使用。
根据本发明的一个实施方案，至少一种阳离子的仅一种来源在本方法中使用。根据本发明的另一个实施方案，至少一种阳离子的至少两种来源的组合在本方法中使用。
表述“至少一种”阳离子的至少一种来源意为在本方法中可以提供一种或更多种阳离子。
根据本发明的一个实施方案，仅有一种阳离子在本方法中使用。根据本发明的另一个实施方案，至少两种阳离子的混合物在本方法中使用。
根据本发明的一个实施方案，至少一种阳离子的至少一种来源是至少两种阳离子的混合物的一种来源。或者，至少一种阳离子的至少一种来源是一种阳离子的一种来源。
关于至少一种阳离子，应当注意对于阳离子的种类没有特别限制，只要至少一种阳离子能够置换至少一种离子交换材料的至少一种碱土金属阳离子即可。
在本发明的一个实施方案中，至少一种阳离子的至少一种来源包含至少一种单价阳离子。另外或备选地，至少一种阳离子的至少一种来源包含至少一种二价阳离子。
在本发明的一个实施方案中，至少一种阳离子的至少一种来源的所述至少一种阳离子优选地选自包含锂、钠、钾、镁、锶及其混合物的组。
相应地，如果至少一种阳离子的至少一种来源的所述至少一种阳离子是至少一种单价阳离子，那么该至少一种单价阳离子优选地是至少一种碱金属阳离子。如果至少一种阳离子是至少一种碱金属阳离子，那么至少一种阳离子优选地选自包含锂、钠、钾及其混合物的组。
备选地或另外，如果至少一种阳离子的至少一种来源的所述至少一种阳离子是至少一种二价阳离子，那么该至少一种二价阳离子优选地是不同于步骤a)中至少一种离子交换材料中的至少一种碱土金属阳离子和不同于步骤d)中的至少一种碱土金属阳离子的碱土金属阳离子。
例如，如果至少一种阳离子的至少一种来源的所述至少一种阳离子是至少一种碱土金属阳离子，那么该至少一种阳离子优选地选自包含镁、锶及其混合物的组。
在本发明的一个实施方案中，至少一种阳离子的至少一种来源的所述至少一种阳离子是钠。
优选地，至少一种阳离子的至少一种来源是包含所述至少一种阳离子的水溶液。“水溶液”在本发明的意义中指的是在含水溶剂中仅仅包含、优选包含溶解的颗粒和任选的少量离散的固体颗粒的体系。优选地，水溶液包含溶解在含水溶剂中的颗粒。术语“溶解的”在本发明的意义中指的是溶剂中观察不到离散的固体颗粒的体系。在本发明的一个实施方案中，水溶液在含水溶剂中包含按水溶液的总重量计量≤10重量％、更优选地≤7.5重量％、甚至更优选地≤5重量％以及最优选地≤2重量％的离散的固体颗粒。
术语“水”溶液不排除含水溶剂包含少量的至少一种与水可混溶的溶剂。
例如，至少一种与水可混溶的溶剂优选地选自甲醇、乙醇、丙酮、乙腈、四氢呋喃及其混合物。
在本发明的一个实施方案中，水溶液包含至少一种按水溶液中溶剂相的总重量计量≤40重量％、优选地≤30重量％、更优选地≤20重量％以及最优选地≤10重量％的与水可混溶的溶剂。
在本发明的一个实施方案中，包含至少一种阳离子的水溶液不含与水可混溶的溶剂。
另外或备选地，如果至少一种阳离子的至少一种来源以水溶液的形式提供，那么所述水溶液包含按水溶液的总重量计至少50重量％、更优选至少75重量％以及最优选至少90重量％的水。
例如，水溶液包含按水溶液的总重量计在90到99重量％之间、更优选在91到99重量％之间以及最优选在92到98重量％之间的水。
另外或备选地，至少一种阳离子的至少一种来源包含量为0.1到150g/L、优选地1到100g/L或5到75g/L的所述至少一种阳离子。在本发明的一个实施方案中，至少一种阳离子的至少一种来源包含量为10到50g/L的所述至少一种阳离子。
如果至少一种阳离子的至少一种来源以水溶液的形式提供，水溶液优选地具有在5到12之间的pH，更优选在6到11之间，最优选在7到10.5之间。
优选地，至少一种阳离子的至少一种来源是至少一种阳离子的天然存在的来源，所述阳离子能够置换至少一种离子交换材料的至少一种碱土金属阳离子。在本发明的一个实施方案中，至少一种阳离子的至少一种来源是至少一种单价阳离子和/或二价阳离子的天然存在的来源，所述单价阳离子和/或二价阳离子能够置换至少一种离子交换材料的至少一种碱土金属阳离子。
例如，至少一种阳离子的至少一种来源是至少一种单价阳离子的天然存在的来源，所述单价阳离子能够置换至少一种离子交换材料的至少一种碱土金属阳离子。
例如，至少一种阳离子的至少一种来源是至少一种单价阳离子的天然存在的来源，例如地下盐水，其可以是二价阳离子、单价阳离子或其混合物的便利的来源。
地下盐水包含浓缩的水性盐水组合物。地下盐水优选地从地下位点获得，例如略低于地球表面的地下位点如地球的海洋或湖泊。
在本发明的一个实施方案中，至少一种阳离子的至少一种来源是海水。海水经常是单价和/或二价阳离子的便利的来源，所述单价和/或二价阳离子能够置换至少一种离子交换材料的至少一种碱土金属阳离子，其能够置换至少一种离子交换材料中的至少一种碱土金属阳离子。可以使用任一种海水，只要提供足量的至少一种阳离子即可。特别地，海水中至少一种阳离子的量不应当≤0.1g/l、优选地≤1g/l、更优选地≤5g/l以及最优选地≤10g/l。
另外或备选地，按水中溶解的盐的总量计，至少一种阳离子的至少一种来源是盐度在3重量％到35重量％之间、优选在3重量％到20重量％之间、更优选在3重量％到10重量％之间以及最优选在3重量％到5重量％之间的水。例如，按水中溶解的盐的总量计，水具有3重量％到4.5重量％之间或3.1重量％到4重量％之间的盐度。
在本发明的一个实施方案中，至少一种阳离子的至少一种来源是在23℃下密度至少为1.010kg/l的海水、优选地在23℃下密度至少为1.020kg/l的海水以及最优选地在23℃下密度在1.020到1.030kg/l之间的海水。例如，海水的密度在23℃下在1.020到1.025kg/l之间。
步骤d)：提供至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源
根据本发明的步骤d)，提供了至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源。
表述至少一种碱土金属阳离子的“至少一种”来源意为至少一种碱土金属阳离子的一种或更多种来源可以在本方法中使用。
根据本发明的一个实施方案，至少一种碱土金属阳离子的仅一种来源在本方法中使用。根据本发明的另一个实施方案，至少一种碱土金属阳离子的至少两种来源的组合在本方法中使用。
表述“至少一种”碱土金属阳离子的至少一种来源意为在本方法中可以提供一种或更多种碱土金属阳离子。
根据本发明的一个实施方案，仅一种碱土金属阳离子在本方法中使用。根据本发明的另一个实施方案，至少两种碱土金属阳离子的混合物在本方法中使用。
根据本发明的一个实施方案，至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源是至少两种碱土金属阳离子的混合物的一种来源。或者，至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源是一种碱土金属阳离子的一种来源。
关于至少一种碱土金属阳离子，应当注意对于碱土金属阳离子的种类没有特别限制，只要至少一种碱土金属阳离子能够置换步骤c)中提供的至少一种阳离子即可。
另外或备选地，优选步骤d)中提供的至少一种碱土金属阳离子和步骤a)中离子交换材料的至少一种碱土金属阳离子是相同的种类。
另外或备选地，至少一种碱土金属阳离子选自包含镁、钙、锶及其混合物的组。
在本发明的一个实施方案中，至少一种碱土金属阳离子包含钙和/或镁。例如，至少一种碱土金属阳离子包含钙。
如果至少一种碱土金属阳离子包含钙和/或镁，那么不排除在至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源中其它碱土金属阳离子的存在。例如，如果至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源包含钙，那么至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源还可以包含镁和/或锶。在本发明的一个实施方案中，至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源包含钙和镁。
在本发明的一个实施方案中，步骤d)中提供的至少一种碱土金属阳离子和步骤c)中提供的至少一种阳离子的至少一种来源的所述至少一种阳离子是不同的。例如，如果步骤d)中的至少一种碱土金属阳离子包含钙，那么步骤c)中的至少一种阳离子包含锂、钠、钾、镁、锶及其混合物。如果步骤d)中的至少一种碱土金属阳离子包含镁，那么步骤c)中的至少一种阳离子包含锂、钠、钾、钙、锶及其混合物。如果步骤d)中的至少一种碱土金属阳离子包含锶，那么步骤c)中的至少一种阳离子包含锂、钠、钾、镁、钙及其混合物。
或者，如果步骤d)中的至少一种碱土金属阳离子包含钙和镁，那么步骤c)中的至少一种阳离子包含锂、钠、钾、锶及其混合物。如果步骤d)中的至少一种碱土金属阳离子包含钙和锶，那么步骤c)中的至少一种阳离子包含锂、钠、钾、镁及其混合物。如果步骤d)中的至少一种碱土金属阳离子包含镁和锶，那么步骤c)中的至少一种阳离子包含锂、钠、钾、钙及其混合物。
还要理解的是，如果步骤d)中的至少一种碱土金属阳离子包含钙、镁和锶，那么步骤c)中的至少一种阳离子包含锂、钠、钾及其混合物。
优选地，至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源是包含至少一种碱土金属阳离子的水溶液。
“水溶液”在本发明的意义中指的是在含水溶剂中仅仅包含、优选包含溶解的颗粒和任选的少量离散的固体颗粒的体系。优选地，水溶液包含溶解在含水溶剂中的颗粒。术语“溶解的”在本发明的意义中指的是溶剂中观察不到离散的固体颗粒的体系。在本发明的一个实施方案中，水溶液在含水溶剂中包含按水溶液的总重量计量≤10重量％、更优选地≤7.5重量％、甚至更优选地≤5重量％以及最优选地≤2重量％的离散的固体颗粒。术语“水”溶液不排除含水溶剂中包含少量的至少一种与水可混溶的溶剂。
例如，至少一种与水可混溶的溶剂优选地选自甲醇、乙醇、丙酮、乙腈、四氢呋喃及其混合物。
在本发明的一个实施方案中，水溶液包含至少一种按水溶液中溶剂相的总重量计量≤40重量％、优选地≤30重量％、更优选地≤20重量％以及最优选地≤10重量％的与水可混溶的溶剂。
在本发明的一个实施方案中，包含至少一种碱土金属阳离子的水溶液不含与水可混溶的溶剂。
另外的或备选地，如果至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源以水溶液的形式提供，那么所述水溶液包含按水溶液的总重量计至少50重量％、更优选地至少75重量％以及最优选地至少90重量％的水。
例如，水溶液包含按水溶液的总重量计在90到99重量％之间、更优选在91到99重量％之间以及最优选在92到98重量％之间的水。
另外或备选地，至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源包含至少一种量为0.1到200mg/L、优选0.5到150mg/L、更优选1到100mg/L、甚至更优选5到75mg/L以及最优选10到50mg/L的所述碱土金属阳离子。
如果至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源是以水溶液的形式提供的，那么所述水溶液的pH优选地在5到12之间、更优选在6到11之间以及最优选地在7到10.5之间。
优选地，至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源是至少一种碱土金属阳离子的天然存在的来源。在本发明的一个实施方案中，至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源是至少一种碱土金属阳离子的天然存在的来源，所述至少一种碱土金属阳离子能够置换步骤c)中提供的至少一种阳离子。
例如，至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源是钙的天然存在的来源。
在本发明的一个实施方案中，至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源是至少一种碱土金属阳离子的天然存在的来源，例如硬质淡水。
可以使用任意种类的硬质淡水，只要提供足量的至少一种碱土金属阳离子(优选钙)即可。特别地，硬质淡水中的至少一种碱土金属阳离子(优选钙)的量不应当≤0.1g/l、优选地≤0.5g/l、更优选地≤1g/l、甚至更优选地≤5g/l以及最优选地≤10g/l。
另外或备选地，选择硬质淡水以使其具有5到130°dH、优选10到60°dH以及最优选14到50°dH的硬度。
为了本发明的目的，硬度指的是德国硬度并且以“德国硬性程度，°dH”表达。在这方面，硬度指的是包含碱土碳酸氢盐的水溶液中碱土金属阳离子的总量，其在pH10下通过使用乙二胺四乙酸(EDTA)和EriochromeT作为当量点指示剂的络合滴定来测量。
硬质淡水可以选自任意天然存在的来源，例如湖泊和/或河流和/或内海。
另外或备选地，硬质淡水可以是人为产生的。例如，软质淡水可以与至少一种碱土金属阳离子接触，以便制备适合于发明方法的硬质淡水。在本发明的一个实施方案中，把二价阳离子例如钙和/或镁加入到软质淡水中。还要理解的是，可以由水的再矿化过程获得硬质淡水。水再矿化的过程描述于例如US 7,374,694、EP 0 520826、WO 2010/12691、欧洲专利申请11 175 012.1、欧洲专利申请10 172 771.7和欧洲专利申请11 179 541.5中。
步骤e)：使至少一种离子交换材料与至少一种阳离子的至少一种来源接 触
根据本发明的步骤e)，步骤a)中的至少一种离子交换材料与步骤c)中至少一种阳离子的至少一种来源接触。该接触提供了包含：i)至少一种离子交换材料和ii)从步骤a)的至少一种离子交换材料中释放的至少一种碱土金属阳离子的混合物。
步骤a)中的至少一种离子交换材料与至少一种阳离子的至少一种来源的接触可以通过技术人员所知的任意常规手段完成。优选地，该接触可以在混合条件下进行。技术人员将根据其工艺设备调整混合条件例如混合速度和温度。
特别地，要理解的是，方法步骤e)中的接触可以通过本领域技术人员熟知的任一种用于结合和/或混合和/或搅拌包含粒状材料例如离子交换材料的悬浮体的槽箱和/或容器来完成。例如，接触步骤e)可以在竖立混合单元和/或水平混合单元中进行，优选在竖立混合单元中进行。
优选地，用于接触步骤e)的混合单元包括搅拌装置。例如，搅拌装置选自机械搅拌装置例如典型地用于在槽箱和/或容器中搅动和混合包含粒状材料的悬浮体的搅拌桨。或者，搅拌装置选自典型地用于在槽箱和/或容器中搅动和混合包含粒状材料的更浓缩的悬浮体的粉末-液体混合装置。
另外或备选地，步骤a)中的至少一种离子交换材料与至少一种阳离子的至少一种来源的接触可以通过将水溶液形式的至少一种阳离子的至少一种来源注入到包含至少一种离子交换材料的水性悬浮体或乳液中来完成。如果步骤a)中的至少一种离子交换材料以固体或过滤材料或流化床的形式提供，那么步骤a)中的至少一种离子交换材料与至少一种阳离子的至少一种来源的接触可以通过加入水溶液形式的至少一种阳离子的至少一种来源来完成。在这方面，应当注意混合状况可以通过被引入到至少一种离子交换材料中的至少一种阳离子的至少一种来源的流动来完成。
在本发明的一个实施方案中，接触步骤e)在2℃到80℃、优选地4℃到60℃以及最优选地5℃到40℃的温度下进行。
例如，接触步骤e)可以在室温下，即在20℃下或在其它温度下进行。
根据本发明的一个实施方案，方法步骤e)进行至少1秒，优选地至少1分钟，例如，至少15分钟、30分钟、1小时、2小时、4小时、6小时、8小时或10小时。
在本发明的一个实施方案中，在接触步骤e)中获得的混合物是水性悬浮体的形式。如果获得水性悬浮体，那么接触步骤e)优选地在5到12之间、更优选在6到11之间以及最优选地在7到10.5之间的pH下进行。
接触步骤e)中获得的混合物包含i)至少一种离子交换材料和ii)从至少一种离子交换材料中释放的至少一种碱土金属阳离子。特别地，应当注意在接触步骤e)期间，结合到步骤a)中至少一种离子交换材料的至少一种碱土金属阳离子的至少一部分与步骤c)中的至少一种阳离子交换。
步骤ii)中的至少一种碱土金属阳离子与步骤i)中的至少一种离子交换材料在分离步骤f)中分离。
步骤f)：从至少一种离子交换材料中分离至少一种碱土金属阳离子
根据本发明的步骤f)，步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子与步骤i)的至少一种离子交换材料中分离。
在本发明的一个实施方案中，分离步骤f)在2℃到80℃、优选地4℃到60℃以及最优选地5℃到40℃的温度下进行。例如，分离步骤f)可以在室温下，即在20℃下或在其它温度下进行。
在本发明的一个实施方案中，分离步骤f)在5到12之间、更优选在6到11之间以及最优选在7到10.5之间的pH下进行。
步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子与步骤i)的至少一种离子交换材料的分离可以通过技术人员所知的任一常规分离手段来完成。例如，步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子与步骤i)的至少一种离子交换材料的分离通过过滤、离心、旋风分离、沉降或其组合来完成。
如果步骤e)中获得的混合物是水溶液的形式，那么步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子优选地通过过滤与步骤i)的至少一种离子交换材料分离，例如，通过膜过滤单元，以使步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子与步骤i)的至少一种离子交换材料分离。
用于使步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子与步骤i)的至少一种离子交换材料分离的至少一种膜过滤单元可以是技术人员所知的并且典型地用于过滤包含粒状材料的水性悬浮体/溶液的任一种膜过滤器。例如，可以使用错流膜微滤装置和/或错流膜超滤装置。
要理解的是，在膜过滤单元的内部和周围环境之间有压力差，使得悬浮的粒状离子交换材料与悬浮体/溶液分离并获得包含步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子的澄清水溶液。优选地，膜过滤单元内部的压力高于周围环境的压力。
“水溶液”在本发明的意义中指的是在含水溶剂中仅仅包含、优选包含溶解的颗粒和任选地少量离散固体颗粒的体系。优选地，水溶液包含溶解在含水溶剂中的颗粒。术语“溶解的”在本发明的意义中指的是溶剂中观察不到离散的固体颗粒的体系。在本发明的一个实施方案中，水溶液在含水溶剂中包含按水溶液的总重量计量≤10重量％、更优选地≤7.5重量％、甚至更优选地≤5重量％以及最优选地≤2重量％的离散的固体颗粒。
例如，用于使步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子与步骤i)的至少一种离子交换材料分离的至少一种膜过滤单元是错流膜过滤装置。另外或备选地，用于使步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子与步骤i)的至少一种离子交换材料分离的至少一种膜过滤单元是错流膜超滤装置。
错流膜过滤装置为技术人员所知。可以适合于本发明方法的一种错流膜过滤装置包括作为Mycrodyn Modul CMB 150从德国Microdyn-NadirGMBH商购的错流膜过滤装置。
在本发明的一个实施方案中，使步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子与步骤i)的至少一种离子交换材料分离之后获得的包含步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子的水溶液的硬度为5到130°dH、优选10到60°dH以及最优选14到50°dH。
另外或备选地，使步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子与步骤i)的至少一种离子交换材料分离之后获得的包含步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子的水溶液的pH在4到12之间、优选地在5到11之间以及最优选地在7到10.5之间。
在本发明的一个实施方案中，使步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子与步骤i)的至少一种离子交换材料分离之后获得的包含步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子的水溶液具有至少1mg/l、优选至少100mg/l、更优选至少1000mg/l、甚至更优选至少2500mg/l以及最优选至少5000mg/l的所述至少一种碱土金属阳离子的浓度。例如，使步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子与步骤i)的至少一种离子交换材料分离之后获得的包含步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子的水溶液具有至少7500mg/l或至少10000mg/l的所述至少一种碱土金属阳离子的浓度。
另外或备选地，使步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子与步骤i)的至少一种离子交换材料分离之后获得的包含步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子的水溶液具有1到30000mg/l、优选100到25000mg/l、更优选1000到20000mg/l、甚至更优选2500到15000mg/l以及最优选5000到12500mg/l的所述至少一种碱土金属阳离子的浓度。
在本发明的一个实施方案中，使步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子与步骤i)的至少一种离子交换材料分离之后获得的包含步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子的水溶液的浊度值低于1.0NTU、优选地低于0.5NTU以及最优选地低于0.3NTU。
使步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子与步骤i)的至少一种离子交换材料分离之后获得的所述至少一种碱土金属阳离子，在方法步骤g)中进一步与步骤b)中的至少一种含二氧化碳源接触。使步骤ii)的至少一种碱土金属阳离子与步骤i)的至少一种离子交换材料分离之后获得的所述至少一种离子交换材料，在方法步骤h)中进一步与步骤d)中的至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源接触。
步骤g)：使至少一种碱土金属阳离子与至少一种含二氧化碳源接触
根据本发明的步骤g)，步骤f)中获得的至少一种碱土金属阳离子与步骤b)中的至少一种含二氧化碳源接触。该接触提供了至少一种碱土金属阳离子的碳酸盐。
至少一种碱土金属阳离子与至少一种含二氧化碳源的接触可以通过技术人员所知的任一常规手段来完成。优选地，该接触可以在混合条件下进行。技术人员将根据其工艺设备调整混合条件例如混合速度和温度。
在本发明的一个实施方案中，步骤f)中获得的至少一种碱土金属阳离子是水溶液的形式。
要理解的是，如果提供了水溶液，那么方法步骤g)中的接触可以通过本领域技术人员熟知的用于结合和/或混合和/或搅拌水溶液的任一种槽箱和/或容器来完成。例如，接触步骤g)可以在竖立混合单元和/或水平混合单元中进行，优选在竖立混合单元中进行。
优选地，用于接触步骤g)的混合单元包括搅拌装置。例如，搅拌装置选自机械搅拌装置例如典型地用于在槽箱和/或容器中搅动和混合包含粒状材料的悬浮体的搅拌桨。或者，搅拌装置选自典型地用于在槽箱和/或容器中搅动和混合包含粒状材料的更浓缩的悬浮体的粉末-液体混合装置。
在本发明的一个实施方案中，将含二氧化碳源(优选气态二氧化碳)引入、优选注入包含步骤f)中获得的至少一种碱土金属阳离子的水溶液，形成二氧化碳气泡在溶液中的分散体并且允许气泡溶解在其中。
根据本发明的一个实施方案，接触步骤g)在至少100Pa、更优选至少200Pa以及最优选至少300Pa的压力下进行。
例如，将二氧化碳在压力下引入包含步骤f)中获得的至少一种碱土金属阳离子的水溶液。
在本发明的一个实施方案中，接触步骤g)在2℃到80℃、优选4℃到60℃以及最优选5℃到40℃的温度下进行。例如，接触步骤g)可以在室温下，即在20℃下或在其它温度下进行。
根据本发明的一个实施方案，方法步骤g)进行至少1秒，优选地至少1分钟，例如，至少15分钟、30分钟、1小时、2小时、4小时、6小时、8小时或10小时。
另外或备选地，接触步骤g)优选地在5到12之间、更优选6到11之间以及最优选7到10.5之间的pH下进行。在本发明的一个实施方案中，接触步骤g)在8到10.5之间，或8.2到10.5之间的pH下进行。
根据本发明的一个实施方案，步骤f)中获得的水溶液进一步与用于增强二氧化碳水合作用的至少一种催化剂接触。例如，用于增强二氧化碳水合作用的至少一种催化剂是至少一种酶。在本发明的一个实施方案中，用于增强二氧化碳水合作用的至少一种催化剂是碳酸酐酶。
根据方法步骤g)，至少一种碱土金属阳离子的碳酸盐通过使至少一种碱土金属阳离子与至少一种含二氧化碳源接触而获得。
在本发明的一个实施方案中，所获得的至少一种碱土金属阳离子的碳酸盐是该至少一种碱土金属阳离子的不溶于水的碳酸盐。例如，所获得的至少一种碱土金属阳离子的碳酸盐在25℃下在水中的溶解度≤1000mg/l、优选≤500mg/l、更优选≤200mg/l以及最优选≤150mg/l。例如，所获得的至少一种碱土金属阳离子的碳酸盐在25℃下在水中的溶解度≤100mg/l或≤50mg/l。在本发明的一个实施方案中，所获得的至少一种碱土金属阳离子的碳酸盐在25℃下在水中的溶解度≤30mg/l或≤20mg/l。
在本发明的一个实施方案中，所获得的至少一种碱土金属阳离子的碳酸盐是碳酸钙。
在本发明的一个实施方案中，所述方法还包含分离步骤g)中获得的至少一种碱土金属阳离子的碳酸盐的步骤k)。
根据步骤k)，分离步骤g)中获得的至少一种碱土金属阳离子的碳酸盐可以通过技术人员所知的任一常规分离手段来完成。例如，分离步骤g)中获得的至少一种碱土金属阳离子的碳酸盐通过过滤、离心、旋风分离、浓缩、蒸发、沉降或其组合来完成。
如果步骤g)中获得的至少一种碱土金属阳离子的碳酸盐是水溶液的形式，那么该至少一种碱土金属阳离子的碳酸盐优选地通过过滤，例如通过膜过滤单元从水相中分离。
用于根据步骤k)分离步骤g)中获得的碳酸盐的至少一种膜过滤单元可以是技术人员所知的并且典型地用于过滤包含粒状材料的水性悬浮体/溶液的任一种膜过滤器。例如，可以使用错流膜微滤装置和/或错流膜超滤装置。
在本发明的一个实施方案中，用于分离步骤g)中获得的碳酸盐的至少一种膜过滤单元是错流膜过滤装置和/或错流膜超滤装置，如上面进一步所限定的。
在本发明的一个实施方案中，分离步骤g)中获得的碳酸盐之后获得的水溶液具有1到100°dH、优选2到50°dH以及最优选3到25°dH的硬度。
另外或备选地，分离步骤g)中获得的碳酸盐之后获得的水溶液的pH在4到12之间、优选在5到11之间以及最优选地在7到10.5之间。在本发明的一个实施方案中，分离步骤g)中获得的碳酸盐之后获得的水溶液的pH在8到10.5之间或8.2到10.5之间。
另外或备选地，分离步骤g)中获得的碳酸盐之后获得的水溶液的至少一种碱土金属阳离子的浓度为≤10mg/l、优选≤5mg/l、更优选≤1mg/l以及最优选≤0.5mg/l。
在本发明的一个实施方案中，分离步骤g)中获得的碳酸盐之后获得的水溶液的浊度值低于1.0NTU、优选低于0.5NTU以及最优选低于0.3NTU。
步骤k)中分离的至少一种碱土金属阳离子的碳酸盐优选地作为过滤器中的沉淀获得。所获得的碳酸盐可以用本领域所知的任一适合的方法来干燥。至少一种碱土金属阳离子的碳酸盐可以例如以热方式如通过喷雾干燥器或微波炉或烘箱，或以机械方式如通过降低含水量被干燥。
步骤h)：使至少一种离子交换材料与至少一种碱土金属阳离子的至少一 种来源接触
根据本发明的步骤h)，步骤f)中获得的至少一种离子交换材料与步骤d)中至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源接触。该接触使步骤a)中的至少一种离子交换材料再生。
至少一种离子交换材料与至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源的接触可以通过技术人员所知的任一常规手段来完成。优选地，该接触可以在混合条件下进行。技术人员将根据其工艺设备调整混合条件例如混合速度和温度。
在本发明的一个实施方案中，步骤f)中获得的至少一种离子交换材料是水性悬浮体的形式。
要理解的是，如果提供了水性悬浮体，那么方法步骤h)中的接触可以通过本领域技术人员熟知的用于结合和/或混合和/或搅拌水性悬浮体的任一种槽箱和/或容器来完成。例如，接触步骤h)可以在竖立混合单元和/或水平混合单元中进行，优选在竖立混合单元中进行。
优选地，用于接触步骤h)的混合单元包括搅拌装置。例如，搅拌装置选自机械搅拌装置例如典型地用于在槽箱和/或容器中搅动和混合包含粒状材料的悬浮体的搅拌桨。或者，搅拌装置选自典型地用于在槽箱和/或容器中搅动和混合包含粒状材料的更浓缩的悬浮体的粉末-液体混合装置。
另外或备选地，可以进行接触步骤h)，使得在步骤f)中获得的至少一种离子交换材料以过滤材料或流化床的形式提供，将步骤d)中至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源加入其中，以使步骤a)中的至少一种离子交换材料再生。
要理解的是，接触步骤g)和接触步骤h)彼此独立地进行。因此，根据方法步骤h)，步骤f)中获得的至少一种离子交换材料与步骤d)中至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源的接触在接触步骤g)之前和/或之中和/或之后进行。
如果步骤f)中获得的离子交换材料和/或步骤d)中至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源是水溶液或水性悬浮体的形式，那么接触步骤h)可以在任一温度下进行，任选地施加压力，水溶液或水性悬浮体在此时保持液态。
相应地，接触步骤h)在-10℃到+80℃、优选-2℃到70℃、更优选4℃到60℃以及最优选5℃到40℃的温度下进行。例如，接触步骤h)可以在室温下，即在20℃下或在其它温度下进行。
根据本发明的一个实施方案，接触步骤h)进行至少1秒，优选地至少1分钟，例如，至少15分钟、30分钟、1小时、2小时、4小时、6小时、8小时或10小时。
另外或备选地，接触步骤h)优选地在5到12之间、更优选6到11之间以及最优选7到10.5之间的pH下进行。在本发明的一个实施方案中，接触步骤h)在8到10.5之间，或8.2到10.5之间的pH下进行。
根据方法步骤h)，至少一种离子交换材料通过使步骤f)中获得的至少一种离子交换材料与步骤d)中至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源接触而再生。
因此，要理解的是，步骤a)中至少一种离子交换材料的至少一种碱土金属阳离子和步骤d)中至少一种来源的至少一种碱土金属阳离子是相同的。在本发明的一个实施方案中，步骤a)中至少一种离子交换材料的至少一种碱土金属阳离子和步骤d)中至少一种来源的至少一种碱土金属阳离子是钙。
在本发明的一个实施方案中，接触步骤h)中再生的至少一种离子交换材料作为步骤a)中的至少一种离子交换材料重复使用。
如果在使至少一种离子交换材料与至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源接触之后获得了水性悬浮体，那么再生的至少一种离子交换材料可以从水相中分离。此分离可以通过技术人员所知的任一常规分离手段来完成，如上面的步骤f)所限定的。
如上面描述的根据方法步骤h)获得的经再生的至少一种离子交换材料可以用本领域所知的任一适合的方法浓缩和/或干燥。经再生的至少一种离子交换材料可以例如以热方式如通过喷雾干燥器或微波炉或烘箱，或以机械方式如通过过滤或降低水的含量被浓缩和/或干燥。
相应地，根据本发明前述的方法导致了稳定的碱土金属碳酸盐产物，即，可以简单地分离并且避免使用基于人造资源的成本密集型原材料。此外，该方法使用了可再生的离子交换材料，以使吸附材料不被消耗。
鉴于获得了非常好的结果，本发明在另一方面涉及可再生离子交换材料用于减少含二氧化碳源中CO2量的用途。在本发明的一个实施方案中，可再生的离子交换材料包含膨润土。
基于以下的实施例将更好地理解本发明的范围和利益，所述实施例旨在阐明本发明的某些实施方案，并且是非限制性的。
附图
图1是指在去离子水和3.5重量％的NaCl溶液中依赖于膨润土含量的自由钙离子的浓度。第三条曲线涉及在给定的膨润土浓度下释放的自由钙离子在去离子水和3.5重量％的NaCl溶液之间的浓度差。
图2涉及释放的钙离子量对数次试验(D、E、F、G、H)的过程时间的函数，所述试验通过用不同进给速率的NaCl溶液冲洗离子交换剂来进行，同时对于每次试验来说溶液中的NaCl浓度是相同的。
图3涉及释放的钙离子量对数次试验(F、I、J)的过程时间的函数，所述试验通过用不同浓度的NaCl溶液冲洗离子交换剂来进行，同时对于每次试验来说进给速率是相同的(4ml/分钟)。
实施例
1、测量方法
pH测量
pH是在25℃下使用Mettler Toledo Seven Easy pH计和MettlerToledoExpert Pro pH电极测量的。首先，在20℃下使用pH值为4、7和10的市售缓冲溶液(来自Aldrich)进行仪器的三点校正(根据分段方法)。记录的pH值是仪器检测的终点值(终点是当测量信号与最后6秒的平均值相差少于0.1mV时)。
布氏粘度
使用RVT型BrookfieldTM粘度计，在25℃的温度下用N°1到5号适当的盘状转子以100rpm(每分钟转数)的转动速度，在搅拌1分钟之后测量布氏粘度。
粒状材料的粒径分布(直径＜X的颗粒的质量％)和重量中值粒径(d50)
粒状材料的重量中值粒径和粒径质量分布由沉降方法来测定，即在重力场中对沉降行为的分析。用来自德国Malvern Instruments GmbH的Mastersizer 2000进行测量。或者，用来自美国Micromeritics的Sedigraph5120装置进行测量。
该方法和仪器是技术人员已知的并且普遍用于测定填料和颜料的粒子尺寸。样品使用高速搅拌器和超声来分散。
d98值表明了98重量％的颗粒直径小于此值的直径值。
X-射线荧光光谱
XRF数据通过使用技术人员已知的并且普遍用于测定样品组成的方法和仪器而获得。
悬浮体中材料的固体重量(重量％)
固体重量通过把固体材料的重量除以水性悬浮体的总重量而确定。固体重量含量在160℃下使用Mettler Toledo水分分析仪MJ 33测定。
浊度
浊度用Hach Lange 2100AN IS实验室浊度计测量，并且使用＜0.1、20、200、1000、4000和7500NTU的StabCal浊度标准(福尔马肼标准)进行校正。
测定硬度(德国硬度，以“°dH”表示)
硬度指的是包含碱土碳酸氢盐的水溶液中碱土离子的总量，通过络合滴定来测量，使用乙二胺四乙酸(EDTA；商品名称Titriplex III)和Eriochrome T作为当量点指示剂。
EDTA(螯合剂)与离子Ca2+和Mg2+形成可溶的、稳定的螯合络合物。将2mL的25％氨水溶液、氨水/乙酸铵缓冲剂(pH为10)和铬黑T(Eriochrome black T)指示剂加入到100ml待测的水样品中。指示剂和缓冲剂通常作为所谓的“指示剂-缓冲剂片剂”可购得。当用黄色染料掩蔽时，指示剂与Ca2+和Mg2+离子形成红色的络合物。在滴定的终点，即当所有离子与螯合剂结合时，剩余的铬黑T指示剂呈其自由形式，显示绿色的。当未掩蔽指示剂时，那么颜色从品红改变到蓝色。总硬度可以从已使用的EDTA的量计算。
下表l示出了水硬度的不同单位的转换。
[表1]
[1]数据获得自http：//de.wikipedia.org/wiki/Wasserh％C3％A4rte
[2]在此方面使用单位ppm意为1mg/l的CaCO3。
离子浓度的测定
通过测量由树脂膜上钙离子的选择性吸附而致的电场强度的累积来测定离子浓度。
在25℃下，使用配备有相应的Mettler Toledo PerfectION电极的Mettler Toledo Seven Multi仪器，在使用磁力搅拌器和相应搅拌板而搅拌悬浮体/溶液期间，进行离子浓度的测量。
在使用Pendraulik齿盘状搅拌器以1500rpm搅拌包含膨润土的悬浮体/溶液之后，直接开始离子浓度的测量。
首先，在相关的离子浓度范围中校正仪器，使用来自瑞士Fluka的浓度分别为1mmol/l、10mmol/l和100mmol/l的市售校正溶液。
记录的离子浓度值是在把电极浸入到待测的悬浮体/溶液中之后，1分钟之后由仪器检测的值。
对于自来水样品或源自涉及市售离子交换剂的离子交换过程的样品，向50ml样品中加入1ml量的离子强度调节剂(可得自瑞士的Mettler Toldeo，51344761)。
XRD
Ca膨润土的X-射线衍射(XRD)图谱根据以下方法执行：
根据衍射粉末方法，使用Bruker D8高级衍射仪通过X-射线衍射(XRD)测定Ca膨润土中存在的矿物相。此衍射仪由2.2kW X-射线管、9位样品支架、Theta-Theta(θ-θ)测角仪和检测器组成。在所有实验中使用Ni-过滤的Cu Kα射线。分布图是使用0.01°的2θ增量和1秒/步的扫描速度从20°到50°的2θ自动记录的图。产生的粉末衍射图谱使用国际衍射数据中心(ICDD)粉末衍射档案(PDF)数据库2以矿物含量分类并且汇总于下表2。
[表2]
2、实施例
使用的膨润土是来自希腊米洛斯的Ca膨润土，具有以下特点：
12.86μm的重量中值粒径d50，和86μm的d98。
实施例1
此实施例涉及通过使用膨润土作为离子交换材料来制备稳定的碳酸盐。
将3.5重量％的NaCl加入到0.1M NaOH溶液中。向此溶液中加入膨润土以使获得的浆料按悬浮体的总重量计具有量为约5重量％的膨润土。此悬浮体使用安装了螺旋桨的小搅拌器搅拌10分钟。随后，真空过滤该悬浮体，然后CO2(作为Kohlendioxid UN 1013自瑞士Pangas商购得到)鼓泡通入滤液。将白色沉淀离心并且用去离子水洗涤两次，然后干燥。
XRF表征该沉淀为按沉淀的总重量计98重量％的CaCO3。
实施例2
该实施例涉及膨润土在一个循环中活化然后再生的能力。
将3.5重量％的NaCl加入到0.1M NaOH溶液中。向此溶液中加入膨润土以使获得的浆料按悬浮体的总重量计具有量为约10重量％的膨润土。此悬浮体使用安装了螺旋桨的小搅拌器搅拌10分钟。随后，真空过滤该悬浮体，然后CO2(作为Kohlendioxid UN 1013自瑞士Pangas商购得到)鼓泡通入滤液。将白色沉淀离心并且用去离子水洗涤两次，然后干燥。不分析该首次固存的沉淀。
随后，把滤饼(经活化膨润土)加入到按溶液的总重量计为1重量％的CaCl2(作为无水氯化钙自德国Merck商购得到)溶液中，以使获得的悬浮体按悬浮体的总重量计具有量为约10重量％的膨润土。将所获得的悬浮体搅拌10分钟，然后真空过滤。滤饼用去离子水洗涤并真空过滤，直到加入NaHCO3时滤液中没有沉淀为止。
将此滤饼再次用于实施例1中描述的实验。XRF表征该沉淀为按沉淀的总重量计96重量％的CaCO3。
实施例3
此实施例涉及在约为8的pH下通过使用膨润土作为离子交换材料来制备稳定的碳酸盐。
将0.1M NaOH溶液加入到按溶液的总重量计为3.5重量％的NaCl溶液中，以使溶液具有约为8的pH。向此溶液中加入膨润土以使获得的浆料按悬浮体的总重量计具有量为约10重量％的膨润土。此悬浮体使用安装了螺旋桨的小搅拌器搅拌10分钟。随后，真空过滤该悬浮体，然后CO2(作为Kohlendioxid UN 1013自瑞士Pangas商购得到)鼓泡通入滤液。此外，加入0.1M NaOH溶液以保持pH高于8.2。将白色沉淀离心并且用去离子水洗涤两次，然后干燥。
XRF表征该沉淀为按沉淀的总重量计96重量％的CaCO3。
实施例4
此实施例涉及膨润土在钠阳离子的存在下释放钙阳离子的能力。
进行参比实验，其中把膨润土分次加入到去离子水中，在加入膨润土之后的给定时间之后(约三分钟)，测量钙离子的浓度。
不采用去离子水，而是使用按溶液的总重量计为3.5重量％的NaCl溶液进行相同的实验，初始pH是10(用1M NaOH调节)。
从图1可以得出，向去离子水中加入膨润土已经释放了一定的钙离子(名为去离子H2O的曲线)。由于“渗透”驱动力，这是可预期的。此外，可以看到钠阳离子的存在清楚地增加了钙离子的释放(名为3.5重量％NaCl溶液的曲线)。
使用钙离子敏感电极，在加入膨润土之后的三分钟左右开始钙离子浓度的测量。
实施例5
此实施例涉及商品化的离子交换剂树脂在钠阳离子的存在下释放钙阳离子的能力。
离子交换剂的7个等同的样品制备如下：
对每个样品，将10g商购可得的离子交换材料(DOWEXTMMARATHONTM C，来自陶氏化学公司)放在塑料软管(内径＝8mm，长度＝250mm)中。为了将离子交换材料保持在塑料软管内，将两个金属网以离子交换材料被捕获在两个网之间的方式放在塑料软管中。
然后在开始每个试验之前，将离子交换剂的每个样品用5000ml硬质自来水(°dH～20)以150ml/分钟的恒定速率冲洗，以保证该离子交换剂呈其加载钙离子状态(出水°dH～20)。
然后，加载钙离子的离子交换剂的每个样品用汇总于下表3中的不同浓度的NaCl溶液以不同流量冲洗。
[表3]
从离开离子交换剂每个样品的溶液中连续取30ml样品，使用钙离子专用电极测量钙离子的浓度。
图2显示了对于3.5重量％的NaCl浓度在不同的NaCl溶液进给速率下释放的钙离子的量对过程时间的函数。可以看到，由于NaCl溶液向离子交换剂的进给，钙离子从离子交换剂中大量释放。此外，可以看到，提高NaCl溶液的进给速率导致钙离子从离子交换剂中更快地释放。
图3显示了针对相同的进给速率(4ml/分钟)、但使用不同的NaCl溶液的浓度所释放的钙离子的量对过程时间的函数。从中可以推论出，提高进给溶液的NaCl浓度增强了钙离子从离子交换剂的释放。然而，也可以看到，3.5重量％的NaCl浓度(大致相当于海水中NaCl的浓度)对于给出合理的高钙离子浓度已经足够高了。例如，在第一个样品中，试验F中释放了6600ppm＊钙离子(图3)。
最后，从此实施例可以得出，使用本发明工艺使得能够：a)得到相比存在于硬水中的显著更高的钙浓度(参见试验(F)的6600ppm＊钙，相比瑞士Aargau，Oftringen地区的典型硬水160ppm钙左右)，这增强了之后的沉淀过程，以及b)重新使用了离子交换材料，因为所有实验均使用相同的离子交换材料进行。
＊以ppm为单位的钙浓度可以由图2和图3中的数据如下计算：
Ca2+浓度(ppm)＝(释放的Ca2+×1000)/V样品
其中：
Ca2+浓度(ppm)：样品中以ppm为单位的钙离子浓度
释放的Ca2+：样品中以mg为单位释放的钙离子的质量
V样品：以ml为单位的样品体积(在此实验中样品始终是30ml)

Claims (35)

1.一种通过使用可再生离子交换材料来减少含二氧化碳源中的CO2量的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供包含至少一种碱土金属阳离子的至少一种离子交换材料，
b)提供至少一种含二氧化碳源，
c)提供至少一种阳离子的至少一种来源，所述阳离子能够置换所述至少一种离子交换材料中的所述至少一种碱土金属阳离子，
d)提供至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源，
e)使步骤a)中的所述至少一种离子交换材料与步骤c)中所述至少一种阳离子的至少一种来源接触，以获得混合物，所述混合物包含
i)至少一种离子交换材料，和
ii)从步骤a)的所述至少一种离子交换材料中释放的至少一种碱土金属阳离子，
f)使步骤ii)的所述至少一种碱土金属阳离子与步骤i)的所述至少一种离子交换材料分离，
g)使步骤f)中获得的所述至少一种碱土金属阳离子与步骤b)中的所述至少一种含二氧化碳源接触，以获得所述至少一种碱土金属阳离子的碳酸盐，以及
h)使步骤f)中获得的所述至少一种离子交换材料与步骤d)中所述至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源接触，以再生步骤a)中的至少一种离子交换材料。
2.根据权利要求1的方法，其中步骤a)的所述至少一种离子交换材料选自天然离子交换材料、经改性的离子交换材料、合成离子交换材料及其混合物。
3.根据权利要求1或2的方法，其中步骤a)中的所述至少一种离子交换材料包含选自包含层状硅酸盐、沸石、云母、蒙脱土、蓝黑镁铝石及其混合物的组的天然离子交换材料和/或选自包含EDTA、离子交换树脂及其混合物的组的合成离子交换材料，优选层状硅酸盐。
4.根据前述权利要求中任一项的方法，其中步骤a)中的所述至少一种离子交换材料包含选自包含镁、钙、锶及其混合物中的至少一种碱土金属阳离子，优选钙和/或镁。
5.根据前述权利要求中任一项的方法，其中步骤a)中的所述至少一种离子交换材料以固体或水性悬浮体或乳液或过滤材料或流化床的形式提供。
6.根据前述权利要求中任一项的方法，其中步骤a)中的所述至少一种离子交换材料以水性悬浮体的形式提供，所述水性悬浮体具有按所述水性悬浮体的总重量计为2重量％到50重量％、优选地5重量％到40重量％、更优选地7.5重量％到30重量％以及最优选地10重量％到20重量％的离子交换材料含量。
7.根据前述权利要求中任一项的方法，其中步骤a)中的所述至少一种离子交换材料由膨润土组成，所述膨润土包含选自包含蒙脱土和伴生矿物的组的各种粘土矿物，所述伴生矿物为例如石英、云母、高岭石、长石、硫铁矿、方解石、方石英及其混合物。
8.根据前述权利要求中任一项的方法，其中步骤a)中的所述至少一种离子交换材料由膨润土组成，所述膨润土具有按所述膨润土的总重量计为至少60重量％、优选至少80重量％，例如在85重量％到95重量％之间的蒙脱土含量。
9.根据前述权利要求中任一项的方法，其中步骤a)中的所述离子交换材料由其夹层空间主要被钙和/或镁离子所占据的膨润土组成。
10.根据前述权利要求中任一项的方法，其中步骤a)中的所述至少一种离子交换材料由重量中值粒径d50为0.02到100μm、0.075到50μm，或0.1到5μm、优选0.2到3μm的膨润土组成。
11.根据前述权利要求中任一项的方法，其中步骤b)中的所述至少一种含二氧化碳源选自气体、液体、固体、复合物、离子交换材料及其混合物，优选气体。
12.根据前述权利要求中任一项的方法，其中步骤b)中的所述至少一种含二氧化碳源选自空气、工业废气流、废弃气流、火山放气及其混合物。
13.根据前述权利要求中任一项的方法，其中步骤b)中的所述至少一种含二氧化碳源包含提供至少0.02Pa、优选至少0.05Pa、更优选至少0.1Pa、甚至更优选至少0.15Pa以及最优选至少0.2Pa分压的二氧化碳。
14.根据前述权利要求中任一项的方法，其中步骤c)中的所述至少一种阳离子的至少一种来源和/或步骤d)中的所述至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源是水溶液，优选按所述水溶液的总重量计包含至少50重量％、更优选至少75重量％以及最优选至少90重量％的水的水溶液。
15.根据前述权利要求中任一项的方法，其中步骤c)中的所述至少一种阳离子的至少一种来源是至少一种单价和/或二价阳离子的天然存在的来源，所述至少一种单价和/或二价阳离子能够置换所述至少一种离子交换材料的至少一种碱土金属阳离子；优选至少一种单价阳离子的天然存在的来源，所述至少一种单价阳离子能够置换所述至少一种离子交换材料的至少一种碱土金属阳离子。
16.根据前述权利要求中任一项的方法，其中步骤c)中的所述至少一种阳离子的至少一种来源是海水。
17.根据前述权利要求中任一项的方法，其中步骤b)中的所述至少一种含二氧化碳源、和/或步骤c)中的能够置换所述至少一种离子交换材料的至少一种碱土金属阳离子的所述至少一种阳离子的至少一种来源、和/或所述至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源是以水溶液的形式提供，优选以pH在5到12之间、优选在6到11之间以及最优选在7到10.5之间的水溶液形式提供。
18.根据前述权利要求中任一项的方法，其中步骤c)中的所述至少一种阳离子的至少一种来源的所述至少一种阳离子选自锂、钠、钾、镁、锶及其混合物，优选钠。
19.根据前述权利要求中任一项的方法，其中步骤c)中的所述至少一种阳离子的至少一种来源包含量为0.1到150g/L、优选1到100g/L、更优选5到75g/L以及最优选10到50g/L的所述至少一种阳离子。
20.根据前述权利要求中任一项的方法，其中步骤d)中的所述至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源是至少一种碱土金属阳离子的天然存在的来源，例如硬质淡水。
21.根据前述权利要求中任一项的方法，其中步骤d)中的所述至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源是硬度为5到130°dH、优选10到60°dH以及最优选14到50°dH的硬质淡水。
22.根据前述权利要求中任一项的方法，其中步骤d)中的所述至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源的所述至少一种碱土金属阳离子选自镁、钙、锶及其混合物，优选钙。
23.根据前述权利要求中任一项的方法，其中步骤d)中的所述至少一种碱土金属阳离子的至少一种来源包含量为0.1到200mg/L、优选0.5到150mg/L、更优选1到100mg/L、甚至更优选5到75mg/L以及最优选10到50mg/L的所述至少一种碱土金属阳离子。
24.根据权利要求6到23中任一项的方法，其中进行接触步骤g)以将步骤b)中的所述至少一种含二氧化碳源引入步骤f)中获得的水溶液。
25.根据权利要求24的方法，其中使步骤f)中获得的所述水溶液进一步与用于增强二氧化碳的水合作用的至少一种催化剂接触。
26.根据权利要求25的方法，其中用于增强二氧化碳的水合作用的所述至少一种催化剂是至少一种酶，优选碳酸酐酶。
27.根据前述权利要求中任一项的方法，其中接触步骤e)和/或分离步骤f)和/或接触步骤g)和/或接触步骤h)在2℃到80℃、优选在4℃到60℃以及最优选在5℃到40℃的温度下进行。
28.根据前述权利要求中任一项的方法，其中接触步骤e)和/或分离步骤f)和/或接触步骤g)和/或接触步骤h)在4到12之间、优选在5到11之间以及最优选在7到10.5之间的pH下进行。
29.根据前述权利要求中任一项的方法，其中接触步骤g)在至少100Pa、更优选至少200Pa以及最优选至少300Pa的压力下进行。
30.根据前述权利要求中任一项的方法，其中接触步骤h)在接触步骤g)之前和/或之中和/或之后进行。
31.根据前述权利要求中任一项的方法，其中分离步骤f)通过过滤、离心、旋风分离、沉降或其组合而进行。
32.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述方法还包括分离步骤g)中获得的所述至少一种碱土金属阳离子的碳酸盐的步骤k)。
33.根据权利要求32的方法，其中分离步骤k)通过过滤、离心、旋风分离、浓缩、蒸发、沉降或其组合而进行。
34.根据权利要求1到10中任一项的可再生离子交换材料用于减少来自含二氧化碳源的CO2的量的用途。
35.根据权利要求34的可再生离子交换材料的用途，其中所述可再生离子交换材料包含膨润土。
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