CN104812466B - 碳隔离方法和系统以及由此产生的组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明的方面包括自含CO2的气体移除二氧化碳(CO2)的方法。在一些情况下，所述方法包括使含CO2的气体与碳酸氢盐缓冲的水性介质在足以产生富含碳酸氢根的产物的条件下接触。当需要时，所得富含碳酸氢根的产物或其组分可接着加以储存或进一步处理，例如与二价碱土金属阳离子在足以产生固体碳酸盐组合物的条件下组合。本发明的方面还包括用于实施方法的系统以及通过所述方法产生的产物。

Description

碳隔离方法和系统以及由此产生的组合物
相关申请的交叉引用
本申请依据35U.S.C.§119(e)要求以下申请的提交日期的优先权：2012年9月4日提交的美国临时申请号61/696,372；2012年12月3日提交的美国临时申请号61/732,855；2013年3月15日提交的美国临时申请号61/793,512；2013年4月5日提交的美国临时申请号61/809,165；2013年3月15日提交的美国临时申请号61/793,585；2013年3月15日提交的美国临时申请号61/793,731；2013年4月1日提交的美国临时申请号61/807,230；2013年5月3日提交的美国临时申请号61/819,427；2013年7月10日提交的美国临时申请号61/844,808；2013年8月16日提交的美国临时申请号61/866,988；以及2013年7月10日提交的美国临时申请号61/844,809；所述申请的公开内容以引用的方式并入本文。
引言
二氧化碳(CO2)是一种以气体形式存在于地球的大气中的天然存在的化合物。大气CO2的来源是不同的，并且包括在呼吸过程中产生CO2的人和其它活生物体以及其它天然存在的来源，如火山、热泉和间歇泉。
大气CO2的其它主要来源包括工业工厂。许多类型的工业工厂(包括水泥厂、精炼厂、炼钢厂和发电厂)燃烧各种碳基燃料，如化石燃料和合成气。采用的化石燃料包括煤、天然气、油、石油焦炭和生物燃料。燃料也源于焦油砂、油页岩、煤液体和煤气化以及通过合成气制备的生物燃料。
CO2的环境影响具有显著重要性。CO2通常被视为一种温室气体。因为自工业革命以来的人类活动已快速增加大气CO2的浓度，所以人为CO2已牵涉于全球变暖和气候变化以及增加大洋碳酸氢盐浓度中。大洋摄取化石燃料CO2目前正以每小时约1百万公吨CO2进行。
隔离人为CO2具有巨大全球紧急性，并且在试图减缓或逆转全球变暖和大洋酸化方面是重要的。当前碳捕集和地质隔离方法已被证明是不实用的、昂贵的和体积潜力有限的，以及是潜在危险的。碳酸盐矿物化已作为用以可持续地隔离大量CO2(例如以十亿吨体积计)的最具潜力的方法而出现。然而，当前开发的碳酸盐矿物化工艺在原材料输入和能量平衡方面的挑战已使所述方法的适用性受限。在一些方法中，最重大限制是每摩尔吸收的二氧化碳需要两摩尔碱度来使碳酸转化成碳酸盐。这个方法需要向吸收场所递送碱度或通过如电化学产生氢氧化钠的能量密集性工艺来产生碱度。这个限制使碳酸盐矿物化方法局限于其中稀有原材料可廉价获得或有希望进一步开发用以产生碱度的电化学技术的少数地点(Service R.F.,"Pave the World！",Science(2012)337:676-678)。
因此，对开发新型CO2隔离技术存在持续关注。
概述
本发明的方面包括自含CO2的气体移除二氧化碳(CO2)的方法。在一些情况下，方法包括使含CO2的气体与水性介质在足以自气体流移除CO2，并且产生富含碳酸氢根的产物(BRP)的条件下接触，所述富含碳酸氢根的产物可包括含液体凝聚相(LCP)的小滴的主体介质。所得产物或其组分(例如LCP)可加以储存，用于多种应用中和/或根据需要进一步处理。本发明的方面还包括用于实施方法的系统以及通过主题方法产生的产物。
本发明的方面包括隔离CO2的方法，其需要少许(如果有的话)添加的碱度(即所述方法不需要大量碱度，或所述方法不需要添加的碱度)，但产生对CO2的净隔离。在一些方面，方法产生碳酸盐矿物质，包括具有适用应用的碳酸盐矿物质，如用于建筑道路等的水泥和骨料，例如如以下更详细所述；以及纯化的CO2。
附图简述
图1提供根据本发明的一实施方案的CO2隔离过程的概述。
图2提供可存在于在本发明方法中产生的富含碳酸氢根的产物中的液体凝聚相的表示。
图3提供可存在于本发明的BRP组合物的LCP小滴中的二齿络合Ca2+和HCO3 -离子的表示。
图4提供根据本发明的一实施方案的CO2隔离方法的步骤的示意性描绘。
图5提供根据本发明的一实施方案的单级BRLCP反应器的示意图。
图6提供根据本发明的一实施方案的两级BRLCP反应器的示意图。
图7提供根据本发明的一实施方案的两级BRLCP反应器的示意图，其中进一步处理反应器的输出物以产生碳酸盐矿物质。
图8提供根据本发明的一实施方案的三级反应器的示意图。
图9和10提供以下实验章节中采用的R.O.和N.F.过滤膜反应器的示意图。
图11提供如以下实验章节中报道的富含碳酸氢根的产物产生方案的结果的图。
图12比较以下三个不同样品中溶解的无机碳(DIC)的量：水、第一CO2隔离性水泥添加剂1(A1)和第二CO2隔离性水泥添加剂2(A2)。
图13比较用和不用(对照)含有隔离的CO2组分的掺合物制备的砂浆立方体样品的压缩强度。数据代表用水、CO2隔离性水泥添加剂1(A1)和CO2隔离性水泥添加剂2(A2)制备的砂浆立方体的3天、7天和28天测试。
图14显示通过添加含CO2的气体至CO2隔离性水泥添加剂2(A2)的水溶液中制备的固体物质的X射线衍射图样。
图15A和15B提供在以下实验章节的实施例III中产生的LCP小滴特征的图示结果。
详述
本发明的方面包括自含CO2的气体移除二氧化碳(CO2)的方法。在一些情况下，方法包括使含CO2的气体流与水性介质在足以产生富含碳酸氢根的产物(BRP)的条件下接触，所述产物可包括含液体凝聚相(LCP)的小滴的主体介质。所得产物或其组分(例如LCP)可加以储存，用于多种应用中和/或根据需要进一步处理。本发明的方面还包括用于实施方法的系统以及通过主题方法产生的产物。
在更详细描述本发明之前，应了解本发明不限于所述的特定实施方案，因此所述实施方案当然可变化。也应了解本文所用的术语仅出于描述特定实施方案的目的，并且不意图限制具有限制性，因为本发明的范围将仅受限于随附权利要求。
当提供数值范围时，应了解除非上下文另外明确规定，否则在那个范围的上限与下限之间的直至下限的十分之一单位的各间插值以及在那个陈述的范围内的任何其它陈述值或间插值都涵盖在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括在较小范围中，并且也涵盖在本发明内，属于陈述的范围内的任何明确排除的界限。当陈述的范围包括一个或两个界限时，排除那些包括的界限中的任一个或两个的范围也包括在本发明中。
某些范围在本文中是以前置有术语“约”的数值呈现。术语“约”在本文中用于对它所前置的精确数值以及接近或近似是所述术语所前置的数值的数值提供字面支持。在确定数值是否接近或近似是明确叙述的数值时，接近或近似未叙述的数值可为在它被呈现所处的情形下提供明确叙述的数值的大致上等效值的数值。
除非另外定义，否则本文所用的所有技术和科学术语都与本发明所属的本领域中的普通技术人员通常所理解具有相同含义。尽管在实施或测试本发明时也可使用与本文所述的那些方法和材料类似或等效的任何方法和材料，但现描述代表性说明性方法和材料。
在本说明书中引用的所有公布和专利都以引用的方式整体并入本文，所述引用的程度就如同已特定地和个别地指示将各个别公布或专利以引用的方式并入一般，并且以引用的方式并入本文来公开和描述与所述公布引用的内容相关的方法和/或材料。引用任何公布都是因为它的公开内容在提交日期之前，而不应解释为认可本发明由于先前发明而无权先于所述公布。此外，提供的公开日期可不同于可能需要独立确认的实际公开日期。
应注意，除非上下文另外明确规定，否则如本文以及随附权利要求中所用，单数形式“一”和“所述”包括复数个指示物。应进一步注意权利要求可被起草来排除任何任选要素。因此，这个陈述意图充当与叙述权利要求要素关联使用如“唯一”、“仅”等的排除性术语或使用“否定性”限制的前提基础。
如将为本领域技术人员在阅读本公开后显而易知，本文描述和说明的各个别实施方案具有离散组成部分和特征，其可易于与任何其它若干实施方案的特征分开或组合而不脱离本发明的范围或精神。任何叙述的方法都可以叙述的事件的顺序或以在逻辑上可能的任何其它顺序执行。
综述
如上所概述，本发明的方面涉及自含CO2的气体移除CO2的方法。本发明的各种实施方案说明于图1中，其中图1的各组成部分在以下更详细描述。如图1中所示，在足以产生富含碳酸氢根的产物(BRP)的条件下组合含CO2的气体和水性介质，所述产物可包括含液体凝聚相(LCP)的小滴的主体介质。所得富含碳酸氢根的产物可加以储存，“按原样”用于多种不同应用中，或进一步处理，例如与其它物质组合以产生适用产物，经受碳酸盐沉淀条件等，其中所得碳酸盐沉淀可又被进一步用于多种产物中，例如用作水泥以产生骨料、纯化的CO2等。现于下文中更详细描述本发明的各种方面。
方法
本发明的方面包括自含CO2的气体移除CO2的方法。换句话说，提供自含CO2的气体分离CO2的方法，其中处理含CO2的输入气体以产生CO2少于所述输入气体的输出气体。本文所述的方法的输出气体可称为“去除CO2的气体”。去除CO2的气体中的CO2的量小于含CO2的输入气体中存在的CO2的量，其中在一些情况下，去除CO2的气体中的CO2的量比含CO2的输入气体中存在的CO2的量小95％或更小，例如90％或更小、85％或更小、80％或更小、75％或更小、70％或更小、65％或更小、60％或更小、55％或更小、50％或更小、45％或更小、40％或更小、35％或更小、30％或更小、25％或更小、20％或更小、15％或更小、10％或更小、5％或更小。
在自含CO2的气体移除CO2时，使所述含CO2的气体与水性介质在足以产生富含碳酸氢根的产物的条件下接触。
含CO2的气体
在本发明方法中处理的含CO2的气体是包括CO2的气体。视来源而定，含CO2的气体可为纯CO2或与一种或多种其它气体和/或颗粒组分组合，例如它可为多组分气体(即多组分气体流)。尽管所述气体中的CO2的量可变化，但在一些情况下，含CO2的气体具有的pCO2是103或更高，如104Pa或更高，如105Pa或更高，包括106Pa或更高。在一些情况下，含CO2的气体中的CO2的量可为20,000或更高，例如50,000ppm或更高，如100,000ppm或更高，包括150,000ppm或更高，例如500,000ppm或更高、750,000ppm或更高、900,000ppm或更高，直至包括1,000,000ppm或更高(在纯CO2排气中，浓度是1,000,000ppm)。在一些情况下，可在10,000至500,000ppm，如50,000至250,000ppm，包括100,000至150,000ppm的范围内。含CO2的气体的温度也可变化，在一些情况下，在0至1800℃，如100至1200℃，并且包括600至700℃的范围内。
如上所指示，在一些情况下，含CO2的气体不是纯CO2，因为它们含有一种或多种其它气体和/或微量元素。可存在于含CO2的气体中的其它气体包括但不限于水、氮气、单氮氧化物(例如NO、NO2和NO3)、氧气、硫、单硫氧化物(例如SO、SO2和SO3)、挥发性有机化合物(例如苯并(a)芘C2OH12、苯并(g,h,I)苝C22H12、二苯并(a,h)蒽C22H14等)。可存在于含CO2的气体中的颗粒组分包括但不限于混悬于气体中的固体或液体的粒子，例如重金属，如锶、钡、汞、铊等。
在某些实施方案中，含CO2的气体是自工业工厂获得，例如其中含CO2的气体是来自工业工厂的废物馈料。可自其获得含CO2的气体(例如呈来自工业工厂的废物馈料形式)的工业工厂可变化。目标工业工厂包括但不限于发电厂和工业产品制造厂，如但不限于化学和机械加工工厂、精炼厂、水泥厂、炼钢厂等，以及产生CO2作为燃料燃烧或其它处理步骤(如就水泥厂而言的煅烧)的副产物的其它工业工厂。目标废物馈料包括由工业工厂产生的气体流，例如作为由工业工厂执行的工艺的次要或伴随产物。
在某些实施方案中，所关注的是由燃烧化石燃料的工业工厂产生的废物流，所述化石燃料例如煤、油、天然气以及天然存在的有机燃料沉积物的人造燃料产物，如但不限于焦油砂、重油、油页岩等。在某些实施方案中，发电厂是粉碎煤发电厂、超临界煤发电厂、团块灼烧煤发电厂、流化床煤发电厂、燃气或燃油锅炉和汽轮机发电厂、燃气或燃油锅炉简单循环燃气轮机发电厂、以及燃气或燃油锅炉组合循环燃气轮机发电厂。在某些实施方案中，所关注的是由燃烧合成气的发电厂产生的废物流，所述合成气即通过例如煤、生物质等的有机物质的气化所产生的气体，其中在某些实施方案中，所述工厂是整体气化组合循环(IGCC)工厂。在某些实施方案中，所关注的是由热回收蒸汽发生器(HRSG)工厂产生的废物流。目标废物流也包括由水泥厂产生的废物流。废物流可用于本发明方法中的水泥厂包括湿法工厂与干法工厂两者，所述工厂可采用竖窑或旋转窑，并且可包括预煅烧炉。这些类型的工业工厂各自可灼烧单一燃料，或可依序或同时灼烧两种或更多种燃料。目标废物流是工业工厂排气，例如烟道气。就“烟道气”而言，其是指由灼烧化石或生物质燃料而自接着被导向烟囱(也称为工业工厂的烟道)的燃烧产物获得的气体。
水性介质
如上所概述，在实施本文所述的方法时，使含CO2的气体与水性介质接触以自含CO2的气体移除CO2。尽管水性介质可视所执行的特定方案而变化，但目标水性介质包括纯水以及包括一种或多种溶质，例如二价阳离子(如Mg2+、Ca2+)、反离子(例如碳酸根、氢氧根)等的水，其中在一些情况下水性介质可为碳酸氢盐缓冲的水性介质。用于本发明方法中的碳酸氢盐缓冲的水性介质包括其中存在碳酸氢盐缓冲剂的液体介质。因此，目标液体水性介质包括溶解的CO2、水、碳酸(H2CO3)、碳酸氢根离子(HCO3 -)、质子(H+)和碳酸根离子(CO3 2-)。水性介质中的碳酸氢盐缓冲剂的组分受以下方程式支配：
在目标水性介质中，介质中的不同碳酸根物质组分的量可根据pH而变化。在pH低于约4.5的一些情况下，碳酸的量在50至100％，如70至90％的范围内，在pH约4–9下，碳酸氢根离子的量在10至95％，如20至90％的范围内，并且在pH高于约9下，碳酸根离子的量在10至100％，如10至70％的范围内。在一些情况下，水性介质的pH可在7至11，如8至11，例如8至10，例如8至9.5，如8至9.3，包括8至9的范围内变化。在一些情况下，pH在8.2至8.7，如8.4至8.55的范围内。
根据需要，水性介质可为天然存在的介质或人造介质。天然存在的碳酸氢盐缓冲的水性介质包括但不限于自海、大洋、湖、沼泽、河口、泻湖、盐水、碱湖、内海等获得的水。碳酸氢盐缓冲的水性介质的人造来源也可变化，并且可包括由水脱盐工厂产生的盐水等。在一些情况下，所关注的是提供过量碱度的水，所述过量碱度定义为由除碳酸氢根离子以外的来源提供的碱度。在这些情况下，过量碱度的量可变化，只要它足以提供1.0或略微较小(例如0.9)的碱度等效值即可。目标水包括提供30或更高，如40或更高、50或更高、60或更高、70或更高、80或更高、90或更高、100或更高等的过量碱度(毫当量/升)的那些。当采用所述水时，不需要其它碱度源，例如NaOH。
在一些情况下，与含CO2的气体接触的水性介质是除碳酸氢盐缓冲系统(例如如上所述)之外，还包括一定量的二价阳离子的水性介质。在水性介质中包括二价阳离子可使得富含碳酸氢根的产物中的碳酸氢根离子的浓度增加，由此使得数量大得多的CO2以富含碳酸氢根的产物中的碳酸氢根离子形式变得被隔离。在所述情况下，可达成碳酸氢根离子浓度超过5,000ppm或更高，如10,000ppm或更高，包括15,000ppm或更高。举例来说，钙和镁分别在400和1200ppm的浓度下存在于海水中。通过使用海水(或类似水作为水性介质)形成富含碳酸氢根的产物，可达成碳酸氢根离子浓度超过10,000ppm或更高。
在所述实施方案中，介质中的二阶阳离子源的总量可变化，所述二阶阳离子源可由单一的二阶阳离子物质(如Ca2+、Mg2+)或两种或更多种不同二阶阳离子物质(例如Ca2+、Mg2+等)组成，并且在一些情况下，总量是1000ppm或更高，如2000ppm或更高，包括3000ppm或更高，如5000ppm或更高，包括7500ppm或更高，如10,000ppm或更高，例如15,000ppm或更高，包括20,000ppm或更高。可单独或组合作为二阶阳离子源采用的目标二价阳离子包括但不限于：Ca2+、Mg2+、Be2+、Ba2+、Sr2+、Pb2+、Fe2+、Hg2+等。可为或可不为二价的其它目标阳离子包括但不限于：Na+,K+,NH4 +和Li+以及Mn、Ni、Zn、Cu、Ce、La、Al、Y、Nd、Zr、Gd、Dy、Ti、Th、U、La、Sm、Pr、Co、Cr、Te、Bi、Ge、Ta、As、Nb、W、Mo、V等的阳离子物质。包括二价或另外阳离子源，并且因此可用于所述实施方案中的天然存在的水性介质包括但不限于：自海、大洋、河口、泻湖、盐水、碱湖、内海等获得的水性介质。
产生富含碳酸氢根的产物(BRP)
含CO2的气体和碳酸氢盐缓冲的水性介质的接触是在足以自含CO2的气体(即含CO2的气体流)移除CO2，并且增加水性介质的碳酸氢根离子浓度以产生富含碳酸氢根的产物的条件下进行。就富含碳酸氢根的产物而言，其是指特征在于碳酸氢根离子的浓度较高的组合物，其中在一些情况下，碳酸氢根离子的浓度可为5,000ppm或更高，如10,000ppm或更高，包括15,000ppm或更高。在一些情况下，富含碳酸氢根的产物中的碳酸氢根离子在5,000至20,000ppm，如7,500至15,000ppm，包括8,000至12,000ppm的范围内。在一些情况下，BRLCP中的碳酸氢根离子的总量可在0.1wt.％至30wt.％，如3至20wt.％，包括10至15wt.％的范围内。在组合CO2源和水性介质(例如如上所述)后产生的富含碳酸氢根的产物的pH可变化，并且在一些情况下，在4至10，如6至9，并且包括8至8.5的范围内。
富含碳酸氢根的产物可为包括单一相或两个或更多个不同相的液体组合物。在一些实施方案中，富含碳酸氢根的产物包括含液体凝聚相(LCP)的小滴的主体液体，例如主体溶液。就“液体凝聚相”或“LCP”而言，其是指包括碳酸氢根离子的液体溶液的相，其中碳酸氢根离子在LCP相中的浓度高于在周围主体液体中。
LCP小滴的特征在于存在亚稳定的富含碳酸氢根的液体前体相，其中碳酸氢根离子缔合以达成的凝聚浓度超过主体溶液的凝聚浓度，并且是以非结晶溶液状态存在。参见例如图2。如可在图2中所见，LCP含有在由虚线表示的界面外部的主体溶液中所见的所有组分。然而，碳酸氢根离子的浓度高于主体溶液中。在其中存在LCP小滴的那些情况下，LCP和主体溶液可各自含有离子对和预核化簇(PNC)。当存在时，相较于溶液中的离子对和PNC，离子长期保持在它们的相应相中。尽管给定BRP中的小滴的数目可变化，但在一些情况下，存在每毫升液体1×10-6个或大于1×10-6个小滴，如每毫升液体1×10-7个或更多个小滴，包括每毫升液体1×10-8个或更多个小滴，其中在一些情况下，小滴的量可为每毫升液体1×10-9个或更多个小滴、每毫升液体1×10-10个或更多个小滴、每毫升液体1×10-1个或更多个小滴、或每毫升液体1×10-12个或更多个小滴，其中在一些情况下，小滴的量是每毫升液体1×10-15个或更少个小滴，如每毫升液体1×10-13个或更少个小滴，包括每毫升液体1×10-12个或更少个小滴。
在LCP小滴中，例如如HCO3-、CO3 2-等的碳等效分子的量可变化，并且在一些情况下，在每个小滴1,000个碳等效分子至1,000,000个碳等效分子的范围内。因此，BRP的碳当量浓度可变化，并且可易于使用下式来确定：
(碳等效分子数目/小滴)×(mol/6.022×1023个分子)×(小滴数目/mL)×(1000mL/L)＝浓度
在一些情况下，碳当量浓度是10nM或更高，如100nM或更高、500nM或更高、750nM或更高，包括1微摩尔或更高、10微摩尔或更高、100微摩尔或更高、500微摩尔或更高、750微摩尔或更高，包括1毫摩尔或更高，如10毫摩尔或更高，其中在一些情况下，碳当量浓度是1M或更低，如750毫摩尔或更低，包括500毫摩尔或更低，如250毫摩尔或更低，例如100毫摩尔或更低、50毫摩尔或更低、10毫摩尔或更低。
在包括LCP小滴的双相组合物中，主体溶液的pH可高于LCP的pH，例如其中主体流体可具有在pH 8.0至pH 9.0，如pH 8.2至pH8.5的范围内的pH。由于LCP中的碳等效分子的浓度较高，所以LCP小滴的pH在相较于主体溶液的pH时将较低，例如其中LCP小滴的流体的pH可在4.9至pH 7.8的范围内，如在pH 5.2与pH 6.8之间。在这些实施方案中，pH不同是由LCP中的碳等效分子拉入额外质子或酸来平衡LCP中的电荷所致。这个现象又使得更多CO2被吸收在主体溶液中，由此建立使得BRP中的LCP的量能够更大的循环。
主体相和LCP的特征在于在各相之间具有不同Keq、不同粘度和不同溶解度。LCP小滴的碳酸氢根、碳酸根和二价离子组分是在适当条件下，可聚集成后临界核，从而导致固相核化以及继续生长的那些。尽管碳酸氢根离子与例如Ca2+的二价阳离子在LCP小滴中的缔合可变化，但在一些情况下，可存在二齿碳酸氢根离子/二阶阳离子物质。举例来说，在目标LCP中，可存在Ca2+/碳酸氢根离子二齿物质，如图3中所说明。
尽管BRLCP的主体相中的LCP小滴的直径可变化，但在一些情况下，小滴的直径在1至500nm，如5至25nm，并且包括10至100nm的范围内。在一些情况下，小滴是带电荷的，并且可(在一些情况下)具有在-140至120，如-100至40，并且包括-40至-5的范围内的ζ电位。在一些情况下，小滴是带电荷的，其中根据需要小滴可带正电荷或带负电荷。电荷(无论是正电荷抑或是负电荷)的量值越高，LCP小滴的稳定性可越大。在一些情况下，小滴所带电荷(正电荷或负电荷)的量值在10至100，如15至75，包括20至50，例如20至40的范围内。在LCP小滴中，碳酸氢根离子与碳酸根离子的比率(即HCO3 -/CO3 2-比率)可变化，并且在一些情况下，是10或更大比1，如20或更大比1，包括25或更大比1，例如50或更大比1。目标LCP的其它方面见于Bewernitz等,"A metastable liquid precursor phase of calcium carbonateand its interactions with polyaspartate,"Faraday Discussions.2012年6月7日。DOI:10.1039/c2fd20080e(2012)159:291-312中。LCP的存在性可使用任何适宜方案来确定，例如Faatz等,Advanced Materials,2004,16,996-1000；Wolf等,Nanoscale,2011,3,1158-1165；Rieger等,Faraday Discussions,2007,136,265-277；以及Bewernitz等,Faraday Discussions,2012,159,291-312中所述的方案。
当富含碳酸氢根的产物具有例如如上所述的两相时，第一相具有的碳酸氢根离子的浓度可高于第二相，其中碳酸氢根离子浓度的量值差异可变化，在一些情况下，在0.1至4，如1至2的范围内。举例来说，在一些实施方案中，富含碳酸氢根的产物组合物可包括第一相，其中碳酸氢根离子浓度在1000ppm至5000ppm的范围内；以及第二相，其中碳酸氢根离子浓度更高，例如其中浓度在5000ppm至6000ppm或更高的范围内，例如7000ppm或更高、8000ppm或更高、9000ppm或更高、10,000ppm或更高、25,000ppm或更高、50,000ppm或更高、75,000ppm或更高、100,000ppm、500,000或更高。
BRP和自其产生的产物(如以下更详细所述)可包括一种或多种存在于自其产生它们的水性介质中的组分，其中这一种或多种组分可鉴定来自水性介质的组合物。举例来说，如果水性介质是海水，那么可存在于BRP组合物(以及自其产生的产物)中的鉴定化合物包括但不限于：氯根、钠、硫、钾、溴根、硅、锶等。任何所述来源鉴定或“标记”元素通常是以少量，例如以20,000ppm或更低的量，如2000ppm或更低。在某些实施方案中，“标记”化合物是锶，其可存在于并入霰石晶格中的沉淀中，并且占10,000ppm或更低，在某些实施方案中，在3至10,000ppm，如5至5000ppm，包括5至1000ppm，例如5至500ppm，包括5至100ppm的范围内。另一目标“标记”化合物是镁，其可以替代碳酸盐化合物中多达20摩尔％的钙的量存在。组合物的水性介质来源鉴定剂可视特定介质来源，例如大洋水、泻湖水、盐水等而变化。在某些实施方案中，沉淀的碳酸钙含量是25％w/w或更高，如40％w/w或更高，并且包括50％w/w或更高，例如60％w/w。在某些实施方案中，碳酸盐化合物组合物具有的钙/镁比率受它已自其沉淀的水源的影响，并且因此反映所述水源。在某些实施方案中，钙/镁摩尔比在10/1至1/5Ca/Mg，如5/1至1/3Ca/Mg的范围内。在某些实施方案中，碳酸盐组合物的特征在于具有鉴定碳酸盐化合物与氢氧化物化合物比率的水源，其中在某些实施方案中，这个比率在100至1，如10至1，并且包括1至1的范围内。
BRP组合物以及自其产生的产物(如沉淀的碳酸盐)可具有将组分鉴定为具有化石燃料来源，并且因此鉴定为具有CO2隔离性的同位素谱。举例来说，在一些实施方案中，BRP中的碳原子反映自其获得用于制备BRP的工业CO2的化石燃料(例如煤、油、天然气、焦油砂)的相对碳同位素组成(δ13C)。具有‰(千分率)单位的相对碳同位素组成(δ13C)是相对于化石化箭石标准物(PDB标准物)，两种碳稳定同位素(即12C和13C)的浓度比率的量度。相对碳同位素组成可使用以下等式来计算：
δ13C‰＝[(13C/12C样品–13C/12CPDB标准物)/(13C/12CPDB标准物)]x 1000
因此，BRP的δ13C值充当CO2气源，例如由灼烧化石燃料释放的CO2的指纹。δ13C值可在来源(即化石燃料来源)之间变化，并且在一些情况下，BRP的δ13C值可在约-3‰至约-45‰之间，其中δ13C值的负性越大，BRP中越富含12C。(δ13C)值可在来源(即化石燃料来源)之间变化，但在一些情况下，BRP的(δ13C)值可在介于-1‰与-50‰之间、-5‰与-40‰之间、-5‰与-35‰之间、-7‰与-40‰之间、-7‰与-35‰之间、-9‰与-40‰之间、或-9‰与-35‰之间的范围内。在一些实施方案中，BRP的(δ13C)值是-3‰、-5‰、-6‰、-7‰、-8‰、-9‰、-10‰、-11‰、-12‰、-13‰、-14‰、-15‰、-16‰、-17‰、-18‰、-19‰、-20‰、-21‰、-22‰、-23‰、-24‰、-25‰、-26‰、-27‰、-28‰、-29‰、-30‰、-31‰、-32‰、-33‰、-34‰、-35‰、-36‰、-37‰、-38‰、-39‰、-40‰、-41‰、-42‰、-43.、-44‰或-45‰或更小(即负性更大)，其中(δ13C)值的负性越大，BRP中越富含12C。任何适合方法都可用于测量δ13C值，所述方法包括但不限于质谱测定法或离轴积分腔输出光谱术(离轴ICOS)。
除碳同位素谱分析之外或替代碳同位素谱分析，其它同位素谱(如氧同位素谱(δ18O)、氮同位素谱(δ15N)、硫同位素谱(δ34S)和其它微量元素同位素谱)也可用于鉴定用于产生自其获得BRP的工业CO2来源的化石燃料来源。举例来说，另一目标标记是(δ18O)。具有‰(千分率)单位的相对氧同位素组成(δ18O)是相对于维也纳标准平均大洋水(VSMOW或SMOW)标准物，两种稳定氧同位素(即16O和18O)的浓度比率的量度。相对氧同位素组成可使用以下等式来计算：
如本文所述产生的隔离CO2组分可源于工业人为性质的CO2。当化石燃料燃烧时，燃烧获得的CO2范围以(δ18O)计。在自化石材料中的氧同位素形成在-20‰至-25‰(δ18O)的范围内的CO2气体时，在摄取大气O2方面存在显著氧同位素分级。尽管生物圈13C信号主要取决于植物生理学，在CO2摄取期间的活性和环境条件以及因此通过燃烧消耗的植物材料，但CO2中的δ18O与水循环密切相关。CO2的全球_δ18O背景信号是通过大气-大洋CO2交换来设置，并且通过与植被相互作用来在陆地上改进。因为含有δ18O的分子的特征在于蒸发速率低于轻分子(无δ18O)，所以它们倾向于保持在液体水中，自云较快被雨水冲洗，并且因此在老化云中降低。由此梯度得以主动维持，所述梯度显示横断面上的δ18O同位素自回归线向极点减少，以及随着向内陆距离增加而在沿相同纬度的大陆上方减少。区域差异被诱导，因为植物水和植物材料的氧信号与雨和地下水中的氧同位素比率强烈相关。由于植物生理学过程和分级与蒸腾偶联，所以植物叶片水相较于来源水明显富含δ18O。当CO2再次进入气孔和叶片而不被同化时，通过与植物叶片水的增浓的氧交换来发生CO2-_δ18O背景信号的调节。植物代谢中的同位素区别发生在碳水化合物和其它初级或次级产物的生物合成期间；例如相对于叶片水，纤维素氧同位素比率高27‰(±3‰)。由其它动力学和平衡同位素效应所引起，次级产物的_δ18O值降低；总植物干物质具有约18‰的δ18O值。
由于植物在光合作用期间对略微分级这个同位素具有偏好，所以源于作为新近收获并干燥的植物物质抑或来自过往时期的有机物质的植物物质的化石燃料(如煤、天然气、石油、焦油砂油、丙烷或源于烃的其它燃料)都将富含(δ18O)。然而，在燃料使用期间，灼烧的排气组分是(δ18O)同位素分级的，并且相对于化石燃料是减少的，原因是在形成在-20‰至-25‰的范围内的CO2气体时，在摄取大气O2方面存在显著氧同位素分级。当CO2气体与水相互作用以形成碳酸、碳酸氢根离子和碳酸根离子时，存在CO2氧与水中的氧交换，以及添加来自水的氧。
维也纳标准平均大洋水(VSMOW或SMOW)的同位素组成规定为所论述的稀有同位素的摩尔丰度除以它的最常见同位素的摩尔丰度的比率，并且表示为百万分率(ppm)。举例来说，16O(氧的具有八个质子和八个中子的最常见同位素)在海水中比17O(具有另一中子)普遍约2632倍。VSMOW水的氢和氧同位素比率是如下定义：
·2H/1H＝155.76±0.1ppm(1份对应约6420份的比率)
·3H/1H＝1.85±0.36×10-11ppm(1份对应约5.41×1016份的比率，忽略物理性质相关的作用)
·18O/16O＝2005.20±0.43ppm(1份对应约498.7份的比率)
17O/16O＝379.9±1.6ppm(1份对应约2632份的比率)。这些化合物将存在于BRP组分中，并且可测量。具有‰(千分率)单位的相对氧同位素组成(δ18O)是相对于维也纳标准平均大洋水(VSMOW或SMOW)标准物，两种稳定氧同位素(即(δ16O)和(δ18O))的浓度比率的量度。相对氧同位素组成可使用以下等式来计算：
因此，BRP的(δ18O)值充当由灼烧源于光合手段的有机物质的化石燃料释放的CO2气源的指纹。(δ18O)值可在来源(即化石燃料来源)之间变化，并且在一些情况下，BRP的(δ18O)值在介于约-10‰至约+10‰之间的范围内，其中δ18O值的正性越大，BRP组分越富含δ18O。(δ18O)值可在来源(即化石燃料来源)之间变化，但在一些情况下，BRP的碳酸氢根的(δ18O)值可在介于-10‰与+9‰之间、-5‰与+5‰之间、-5‰与+3‰之间、-5‰与4‰之间、-5‰与3‰之间、-3‰与+4‰之间、或-2‰与+3‰之间的范围内。在一些实施方案中，碳酸氢盐添加剂的碳酸氢根的(δ18O)值是-12‰、-11‰,-10‰、-9‰、-8‰、-7‰、-6‰、-5‰、-4‰、-3‰、-2‰、-1‰、0‰、1‰、2‰、3‰、4‰、5‰、6‰、7‰、8‰、9‰、10‰、11‰、12‰、13‰、14‰、15‰、16‰、17‰、18‰、19‰或20‰或更大，其中(δ18O)值的负性越大，碳酸氢盐组分中的δ18O的减少越多，原因是在燃烧期间的分级。比较大气氧与海水的氧，大气O2就18O而言比海水增浓几乎24‰，并且这个增浓称为多尔效应(Dole effect)。因此，当CO2气体与水相互作用以形成碳酸、碳酸氢根离子和碳酸根时，存在CO2氧与水中的氧交换，以及添加来自水的氧，并且甚至伴有交换，因为由燃烧化石燃料所致的氧分级与多尔效应两者，所以形成的碳酸、碳酸氢根离子和碳酸根的氧同位素组成决不会如同自其形成化石燃料的植物材料或CO2与之反应的天然水一般被增浓。任何适合方法都可用于测量δ18O值，所述方法包括但不限于质谱测定法或离轴积分腔输出光谱术(离轴ICOS)。
氘(符号D或2H，也称为重氢)是两种氢稳定同位素之一。氘的核(称为氘核)含有一个质子和一个中子，而更常见的氢同位素氕在核中不具有中子。它在地球的大洋中的天然丰度是在6,420个氢中对应约1个原子。因此，氘占大洋中所有天然存在的氢的约0.0156％(或基于质量：0.0312％)，而最常见的同位素(氢-1或氕)占超过99.98％。自一个种类的天然水至另一种类的天然水，氘的丰度略微变化(参见VSMOW)。
已开发用于准确测定氢-氘比率的质谱测定方法。使用具有“正常丰度”(即6700份H中有1份D)的物质，有可能在±0.10％的程度上测定这个比率。可操作少至0.1mg H2(0.001ml H2O)的样品。已显示会使氧同位素分级的自然蒸发和冷凝也会使氢同位素分级。这两个分级物的比率等于在H2O/HDO和H2O16/H2O18的蒸汽压力的比率之间的比率。
大洋水的氘在0.0153至0.0156摩尔％的范围内，而美国淡水的氘在0.0133至0.0154摩尔％的范围内。这充当相较于大气淡水，由CO2与海水的相互作用获得的碳酸氢根的指纹。占据地表下或干旱湖泊的海水常极其苦涩，并且是源于曾经占据大陆，并且填充地球的沉积盆地的古代海水。尽管已知氧和氢同位素的同位素组成随盐度增加而变化，但差异可大于所见的具有盐度变化的任何事物。大多数碳酸盐矿物质也含有少量碳酸氢根离子，并且因此具有用于这个指纹的同位素分析的氢。
许多微量元素是源于古代海水以及与主体岩石相互作用的地表下盐水所特有的。这些微量元素以及烟道气中的那些微量元素被并入由与烟道气和这些水相互作用形成的碳酸氢盐中，所述烟道气和这些水对形成的碳酸盐和碳酸氢盐化合物给与指纹。
由于分级，在燃烧化石燃料期间形成一氧化二氮和其它NOx化合物也使15N含量减少，并且充当足迹。二氧化硫也显示鉴定来自化石燃料的硫的来源的分级行为。
工艺条件
如上所指示，使含CO2的气体与水性介质在足以产生所需BRP的条件下接触。可使用任何适宜方案来使含CO2的气体与水性介质接触。举例来说，目标接触方案包括但不限于：直接接触方案，例如穿过一定体积的水性介质鼓泡气体；并流接触方案，即在单向流动的气相物流与液相物流之间接触；逆流方案，即在反向流动的气相物流与液相物流之间接触等。接触可通过使用如可适宜的注入器、鼓泡器、流体文丘里反应器、喷洒器、气体过滤器、喷雾器、塔板或填充塔反应器等来达成。
接触在使得含CO2的气体中存在的大部分CO2进入溶液中以产生碳酸氢根离子的条件下发生。就大部分而言，其是指10％或更多，如50％或更多，包括80％或更多。在一些情况下，初始膨胀的液相溶液(母液)中所有碳酸氢根离子的5％或更多，如10％或更多，包括20％或更多变得在LCP中被隔离。
与气体接触的水性介质的温度可变化。在一些情况下，温度在-1.4至100℃，如20至80℃，并且包括40至70℃的范围内。在一些情况下，温度可在-1.4至50℃或更高，如-1.1至45℃或更高的范围内。在一些情况下，采用冷却水温度，其中所述温度可在-1.4至4℃，如-1.1至0℃的范围内。尽管可冷却初始水性介质以获得所需温度，但在一些情况下，可采用天然来源的具有所需最优温度的水性介质。举例来说，当水性介质是大洋或海水时，大洋或海水可自水具有所需温度所处的地点获得。在一些情况下，获得所述水可包括自水表面(例如大洋表面)以下某一深度获得水，其中在一些情况下，所述深度可在10至2000米，如20至200m的范围内。
在一些情况下，采用较温热温度。举例来说，在一些情况下，水性介质的温度可为25℃或更高，如30℃或更高，并且在一些实施方案中，可在25至50℃，如30至40℃的范围内。尽管在所述情况下，给定水性介质可被升温以达到这些温度，但在一些情况下，水性介质可自处于所需温热温度下的天然存在的来源获得，或自提供所需温度的人造来源，例如自工业(例如电力)工厂冷却系统的输出端等获得。
含CO2的气体和水性介质是在适于产生所需富含碳酸氢根的产物的压力下接触。在一些情况下，选择接触条件的压力以提供最优CO2吸收，其中所述压力可在1atm至100atm，如1atm至10atm的范围内。当接触在天然处于1atm下的地点处发生时，可使用任何适宜方案来使压力增加至所需压力。在一些情况下，接触发生在存在最优压力处，例如在处于水体(如大洋或海)表面以下的地点处。在一些情况下，含CO2的气体和碳酸氢盐缓冲的水性介质的接触发生在水表面(例如大洋表面)以下某一深度处，其中在一些情况下，所述深度可在10至1000米，如10至100米的范围内。适宜地，在所述情况下，用于产生富含碳酸氢根的产物(以及在一些情况下LCP)的水可在与进行组合所处的深度相同的深度下获得。在接触之后，根据需要，产物(可包括LCP)可被提升回表面以供进一步处理。或者，产物可被释放至它被产生所处的环境，例如深水中，在所述环境中，它可持续延长时期保持稳定。当产物被释放至环境中时，可使它进一步深入下降，例如下降至大洋底部。
LCP促进剂
在一些情况下，含CO2的气体和水性介质是在LCP促进剂存在下接触。LCP促进剂包括通过使BRP组合物中的LCP的形成稳定化来起作用的实体。目标LCP促进剂包括LCP促进性阳离子，所述阳离子可与适合反阴离子一起存在。LCP促进性阳离子的实例包括但不限于二价碱土金属阳离子，例如像Ca2+、Mg2+及其组合。可单独或组合用作LCP促进剂的其它目标二价阳离子包括但不限于：Be2+、Ba2+、Sr2+、Pb2+、Fe2+、Hg2+等。可为或可不为二价的其它目标阳离子包括但不限于：Na+,K+,NH4 +和Li+以及Mn、Ni、Cu、Zn、Ce、La、Al、Y、Nd、Zr、Gd、Dy、Ti、Th、U、La、Sm、Pr、Co、Cr、Te、Bi、Ge、Ta、As、Nb、W、Mo、V等的阳离子物质。
LCP促进剂的反阴离子可为任何适宜阴离子。目标阴离子包括但不限于：Cl-、SO4 2-、NO3 -、BO4 -、硅酸根、磷酸根等。
提供的LCP促进剂的量可根据需要进行变化。在一些情况下，在与水相和CO2来源组合后，存在的LCP促进剂的量在1至80％，如5至10％，并且包括6.9至8.6干重％的范围内。
在一些情况下，用于方法中的水相是已包括适合LCP促进剂的水相。举例来说，包括二价或另外阳离子源，并且因此可用于主题BRP产生系统的实施方案中的天然存在的水性介质包括但不限于：自海、大洋、河口、泻湖、盐水、碱湖、内海等获得的水性介质，如上述水性介质。
催化剂
当需要时，使含CO2的气体与碳酸氢盐缓冲的水性介质在介导CO2转化成碳酸氢根的催化剂(即吸收催化剂)存在下接触。目标吸收催化剂是在于8至10的范围内的pH水平下，使自溶解的CO2产生碳酸氢根离子的速率增加的催化剂。速率增加(例如相较于不存在催化剂的对照)的量值可变化，并且在一些情况下，相较于适合对照，量值是2倍或更大，如5倍或更大，例如10倍或更大。在一些情况下，催化剂是二氧化碳特异性催化剂。目标二氧化碳特异性催化剂的实例包括酶，如碳酸酐酶；合成催化剂，如Koziol等,“Toward a SmallMolecule,Biomimetic Carbonic Anhydrase Model:Theoretical and ExperimentalInvestigations of a Panel of Zinc(II)Aza-Macrocyclic Catalysts,”InorganicChemistry(2012)51:6803-6812中所述的那些过渡金属催化剂；胶体金属粒子，如Bhaduri和Siller,“Nickel nanoparticles catalyse reversible hydration of carbondioxide for mineralization carbon capture and storage,”Catalysis Science&Technology(2013)DOI:10.1039/c3cy20791a等中所述的那些，例如胶体金属氧化物粒子。
目标碳酸酐酶包括天然存在的(即野生型)碳酸酐酶以及其突变体两者。特异性目标碳酸酐酶包括但不限于：α-CA，其包括哺乳动物碳酸酐酶，例如胞质CA(CA-I、CA-II、CA-III、CA-VII和CA XIII)(CA1、CA2、CA3、CA7、CA13)、线粒体CA(CA-VA和CA-VB)(CA5A、CA5B)、分泌的CA(CA-VI)(CA6)和膜相关的CA(CA-IV、CA-IX、CA-XII、CA-XIV和CA-XV)(CA4、CA9、CA12、CA14)；β-CA，其包括原核生物和植物叶绿体CA；γ-CA，例如像见于甲烷产生性细菌中；等。目标碳酸酐酶还包括美国专利号7,132,090中所述的那些，所述专利的公开内容以引用的方式并入本文。目标碳酸酐酶包括比活性是103s-1或更高，如104s-1或更高，包括105s-1或更高的那些。当采用时，催化剂是以有效提供例如如上所述的碳酸氢根产生的所需速率增加的量存在。在催化剂是酶的一些情况下，酶在水性介质中的活性可在103至106s-1，如103至104s-1，并且包括105至106s-1的范围内。当采用时，可使用任何适宜方法使得催化剂(例如酶，如碳酸酐酶)可用于反应中，如通过催化剂所连接或另外催化剂所稳定缔合的固体载体(如可渗透膜)；通过催化剂与其稳定缔合的多孔介质等；催化剂固定于其中(即与其连接)的大表面；或用呈溶液状态的催化剂，例如其可在使用之后回收。可采用的催化剂形式的实例包括但不限于美国专利号7,132,090中所述的那些；所述专利的公开内容以引用的方式并入本文。
目标合成催化剂包括合成制备的含过渡金属络合物，其被制备例如如上所述的成碳酸酐酶的仿生模型。特异性合成催化剂包括但不限于：过渡金属氮杂大环催化剂，例如具有9、12、13或14大环的锌(II)氮杂大环催化剂，如Koziol等,“Toward a Small Molecule,Biomimetic Carbonic Anhydrase Model:Theoretical and ExperimentalInvestigations of a Panel of zinc(II)Aza-Macrocyclic Catalysts,”InorganicChemistry(2012)51:6803-6812中所述；基于咪唑和吲哚的金属催化剂，例如美国公开申请号US20110293496、美国公开申请号US20120199535和美国公开申请号US20110151537中所述的锌(II)催化剂；基于氨基吡啶基的催化剂，例如如Feng等,“A Highly ReactiveMononuclear Zn(II)Complex for Phosphodiester Cleavage,”Journal of theAmerican Chemical Society(2005)127:13470-13471中所述；基于吡唑基硼氢根和吡啶基硫基甲基的化合物，例如如Sattler和Parkin,“Structural characterization of zincbicarbonate compounds relevant to the mechanism of action of carbonicanhydrase,”Chemical Science(2012)3:2105-2109中所述。目标合成催化剂包括比活性是102s-1或更高，如103s-1或更高，包括104s-1或更高的那些。当采用时，合成催化剂是以有效提供例如如上对于碳酸酐酶所述的碳酸氢根产生的所需速率增加的量存在。当采用时，可使用例如如上对于碳酸酐酶所述的任何适宜方法使得例如氮杂大环过渡金属催化剂的合成催化剂可用于反应中。
目标金属纳米粒子包括可商购获得以及合成制备的胶体过渡金属粒子。具体的胶体金属粒子包括但不限于：金属纳米粒子，例如Bhaduri和Siller,“Nickel nanoparticlescatalyse reversible hydration of carbon dioxide for mineralization carboncapture and storage,”Catalysis Science&Technology(2013)DOI:10.1039/c3cy20791a中所述的镍纳米粒子(NiNP)。目标胶体金属粒子包括比活性是102s-1或更高，如103s-1或更高，包括104s-1或更高的那些。当采用时，胶体金属粒子是以有效提供例如如上对于碳酸酐酶所述的碳酸氢根产生的所需速率增加的量存在。当采用时，可使用例如如上对于碳酸酐酶所述的任何适宜方法使得例如过渡金属纳米粒子的胶体金属粒子可用于反应中。适用于本文所述的实施方案中的金属纳米粒子催化剂进一步描述于2013年3月15日提交的美国临时申请序列号61/793,585中；所述申请的公开内容以引用的方式并入本文。
在一个实施方案中，LCP中一定部分的未分离的碳酸氢根可被消耗来再生碳酸根以再次开始吸收过程。举例来说，水性介质可包括碱金属阳离子，如钠阳离子。当存在钠阳离子时，水性介质可为碳酸钠溶液。在所述情况下，对于吸收的各CO2，存在一个碳酸根产生两个碳酸氢根。两个碳酸氢根中的一个用于接着作为凝聚液相分离出，而另一个用于通过在碳酸酐酶、合成催化剂或胶体金属粒子下形成CO2和碳酸钠来再生碳酸钠。
在一些情况下，包括伯胺、仲胺和叔胺的胺可作为CO2溶解的增强剂和/或碳酸氢根离子形成中的催化剂来提供。目标伯胺包括但不限于：氨、2-氨基-2-羟甲基-丙烷-1,3-二醇(TRIS)、单乙醇胺(MEA)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、蜜胺、氨基-2-丙醇、精氨酸、聚精氨酸等。目标仲胺包括但不限于：二乙醇胺(DEA)、吗啉、2-(叔丁基氨基)乙醇(TBAE)、双(2-羟丙基)胺、哌嗪、氨基乙基乙醇胺、N-[三(羟甲基)甲基]-3-氨基丙烷磺酸(TAPS)等。目标叔胺包括但不限于：2,2’,2”,2”’-(亚乙基二次氮基)四乙醇(THEED)、甲基二乙醇胺(MDEA)、聚蜜胺-甲醛(Tysol SM)、三乙醇胺(TEOA)、三乙醇胺乙酸盐、三(2-羟丙基)胺等。当存在时，这些胺的量可变化，并且在一些情况下，在1％至80％，如10.2％至21.7干重％的范围内。
LCP稳定化系统
在一些情况下，含CO2的气体和水性介质可在LCP稳定化系统存在下接触，所述稳定化系统可由一种或多种组分组成。当LCP组合物是例如如上所述的二相系统时，它可被视为微乳液，例如由界面两亲性或两亲分子稳定的两种不混溶液体的动力学或热力学稳定化分散液。在所述实施方案中，可采用任何适宜微乳液稳定化系统。目标系统包括但不限于实现微乳液中的乳液小滴的体积稳定化和/或表面积(S.A)去稳定化的那些。乳液表面性质和主体溶液性质可根据需要被操纵来抑制或促进总体BRLCP形成和/或稳定性。
在一些情况下，稳定化系统是促进乳液体积稳定化的系统。当LCP形成的驱动力是水合的高离液序列水的缔合时，添加高离液序列(即水结构破坏性)添加剂至溶液中可用于促成较小、更众多的小滴，因为S.A.:体积比率在平衡状态下将降低，并且因此导致更多LCP形成。分配至高离液序列相中，并且可用作相体积稳定剂的一些相关添加剂包括但不限于：Cl-、Br-、I-、K+、氨、铵、硝酸根、亚硝酸根、具有基于氮的官能团的分子和聚合物以及极小疏水性物质。也关注的是低离液序列(水结构形成性)溶质添加剂，其中所述添加剂的实例包括但不限于：Mg2+和Li3+。当存在时，所述添加剂的量可变化，并且在一些情况下，在1％至80％，包括5.2％至24.4干重％的范围内。
在一些情况下，稳定化系统是促进乳液表面积(S.A.)稳定化的系统。在高离液序列相与低离液序列相之间的界面处对准的两亲物质可影响LCP相的尺寸分布和总量。存在强烈两亲物质(例如表面活性剂)可用于使S.A.去稳定化最小，并且产生较小、更众多的小滴。当存在时，所述添加剂的量可变化，并且在一些情况下，在1至80％，包括2.6至6.9干重％的范围内。
所述稳定剂包括但不限于：氨基酸(例如谷氨酸、天冬氨酸、精氨酸、赖氨酸和组氨酸)、聚羧酸、Si、蜜胺磺酸盐聚缩合产物等、以及带电荷的聚合物质，包括聚电解质(例如聚阴离子和聚阳离子)、多肽和类肽。
目标聚电解质可极大变化，并且在一些情况下，具有900道尔顿(dalton)或更大，如1,000道尔顿或更大，包括1,500道尔顿或更大，在一些情况下在900至500,000道尔顿，如1,000至50,000道尔顿的范围内的分子量。目标聚电解质可包括有机和/或无机组分，并且可包括在某些pH条件下单一或双重带电荷的单体残基，例如像在于6至8的范围内的pH下带负电荷的(阴离子)单元。阴离子官能基包括但不限于：磷酸根、膦酸根、硫酸根、磺酸根、羧酸根、聚磷酸根和聚羧酸根。各种阴离子单体残基可包括磷酸盐、丙烯酸盐、顺丁烯二酸盐、甲基丙烯酸盐、乙烯基羧甲基醚等。单体可被均聚或共聚，其中当需要时有机单体与广泛多种烃或杂取代的乙烯单体共聚。中性单体可来自两个至六个，如两个至四个碳原子，具有一个至三个，如一个至两个可为氧(例如氧基以及氧代基、羰基氧代基和羧基非氧代基-羰基等)的杂原子。适于共聚合的说明性中性单体包括丙烯酸甲酯、甲基乙烯基醚、丙烯酸羟乙酯、乙烯、乙酸乙烯酯等。目标无机聚电解质包括但不限于：聚磷酸盐，如具有九个或更多个磷酸基团，如十二个或更多个磷酸基团，并且在一些情况下100个或更少的磷酸基团的聚磷酸盐，如具有20至30个磷酸基团的聚磷酸盐。
所述试剂还包括肽试剂，如肽、多肽和蛋白质以及肽模拟物，例如类肽、β-肽等。目标肽试剂的质量可变化，在一些情况下，在125至500,000道尔顿，如1,000至100,000道尔顿，并且包括10,000至50,000道尔顿的范围内。目标多肽的实例包括但不限于：聚天冬氨酸、聚谷氨酸、聚赖氨酸、聚天冬酰胺或聚组氨酸以及带电荷和不带电荷的氨基酸残基的杂聚物。氨基酸残基可为L或D氨基酸，并且可为天然存在或非天然存在的。所述试剂还包括多糖试剂，如淀粉、果胶、纤维素、几丁质和酸性多糖。目标多糖试剂的质量可变化，在一些情况下，在125至500,000道尔顿，如1,000至100,000道尔顿，并且包括10,000至50,000道尔顿的范围内。
二氧化硅源
当需要时，使含CO2的气体与水性介质在二氧化硅源(以及任选二氧化硅特异性催化剂)存在下接触。二氧化硅源可为纯二氧化硅或包括二氧化硅与例如矿物质的其它化合物组合的组合物，只要二氧化硅源足以例如通过自催化二氧化硅补偿来在CO2水合期间赋予所需碱度即可。在一些情况下，二氧化硅源是天然存在的二氧化硅源。天然存在的二氧化硅源包括可呈砂或较大岩石形式的含二氧化硅岩石。当来源是较大岩石时，在一些情况下，岩石已被分解来降低它们的尺寸，并且增加它们的表面积。所关注的是由最长尺寸在0.01mm至1米，如0.1mm至500cm，包括1mm至100cm，例如1mm至50cm的范围内的组分组成的二氧化硅源。当需要时，二氧化硅源可进行表面处理以增加源的表面积。
可采用多种不同天然存在的二氧化硅源。目标天然存在的二氧化硅源包括但不限于火成岩，所述岩石包括：超镁铁岩，如科马提岩(Komatiite)、苦橄玄武岩(Picritebasalt)、角砾云橄岩(Kimberlite)、钾镁煌斑岩(Lamproite)、橄榄岩(Peridotite)；镁铁质岩，如玄武岩(Basalt)、辉绿岩(Diabase)(粗玄岩(Dolerite))和辉长岩(Gabbro)；中性岩，如安山岩(Andesite)和闪长岩(Diorite)；中性长英岩(intermediate felsic rock)，如英安岩(Dacite)和花岗闪长岩(Granodiorite)；以及长英岩，如流纹岩(Rhyolite)、细晶岩—伟晶岩(Aplite—Pegmatite)和花岗岩(Granite)。
也关注的是人造二氧化硅源。人造二氧化硅源包括但不限于废物流，如：采矿废物；化石燃料灼烧灰渣；矿渣，例如铁矿渣，磷矿渣；水泥窑废物；油精炼厂/石油化学精炼厂废物，例如油田和甲烷层盐水；煤层废物，例如气体产生盐水和煤层盐水；纸张处理废物；水软化，例如离子交换废物盐水；硅处理废物；农业废物；金属抛光废物；高pH织物废物；和碱渣。采矿废物包括来自自土地提取金属或另一宝贵或适用矿物质的任何废物。目标废物包括来自用于升高pH的采矿的废物，包括：来自Bayer铝提取工艺的红泥；来自对海水进行镁提取的废物，例如在Moss Landing,Calif.处；以及来自涉及浸沥的其它采矿工艺的废物。来自灼烧化石燃料的工艺(如燃煤发电厂)的灰渣产生常富含二氧化硅的灰渣。在一些实施方案中，由灼烧化石燃料(例如燃煤发电厂)产生的灰渣被提供为二氧化硅源，包括飞灰渣(例如退出烟囱的灰渣)和底部灰渣。
在含CO2的气体和碳酸氢盐缓冲的水性介质接触期间存在的二氧化硅源的量可变化，只要它足以例如通过自催化二氧化硅补偿来在CO2水合期间提供所需碱度即可。采用的量将取决于特定二氧化硅源、以及反应器的体积、碳酸氢盐缓冲的水性介质的性质、含CO2的气体的性质等。当使含CO2的气体与碳酸氢盐缓冲的水性介质在反应器中接触时，在一些情况下，由二氧化硅源占据的反应器的体积百分比可在1至99％，如5至95％，并且包括10至90％的范围内。在一些情况下，不用如HCl的强酸溶解二氧化硅源。
当需要时，可提供增强二氧化硅源的溶解速率的二氧化硅特异性催化剂。速率增加(例如相较于不存在催化剂的对照)的量值可变化，并且在一些情况下，相较于适合对照，量值是2倍或更多，如5倍或更多，例如10倍或更多。目标催化剂包括比活性是102s-1或更高，如103s-1或更高，包括104s-1或更高的那些。目标催化剂包括酶催化剂与非酶催化剂两者，如美国专利号7,229,807中所述的那些硅酸盐蛋白，例如但不限于Zhou等,“EfficientCatalysis of Polysiloxane Synthesis by SilicateinαRequires Specific Hydroxyand Imidazole Functionalities,”Angewante Chemie International Edition(1999)38:779-782以及Roth等,“Bifunctional Small Molecules Are Biomimetic Catalystsfor Silica Synthesis at Neutral pH,”Journal of the American Chemical Society(2005)127:325-330中所述的那些。目标酶催化剂包括但不限于：硅酸盐蛋白、二氧化硅酶等。目标非酶催化剂包括但不限于：大环多胺等。
关于二氧化硅源和它们的用途的其它细节描述于2013年3月15日提交的美国临时申请序列号61/793,731中，所述申请的公开内容以引用的方式并入本文。
富含碳酸氢根的产物
以上方法导致产生富含碳酸氢根的产物(BRP)。如上所综述，BRP组合物是特征在于碳酸氢根离子的浓度较高的组合物，其中在一些情况下，碳酸氢根离子的浓度可为5,000ppm或更高，如10,000ppm或更高，包括可达成15,000ppm或更高。在一些情况下，碳酸氢根离子可在5,000至20,000ppm，如7,500至15,000ppm，包括8,000至12,000ppm的范围内。在一些情况下，BRLCP中的碳酸氢根离子的总量可在0.1wt.％至30wt.％，如3至20wt.％，包括10至15wt.％的范围内。在一些情况下，BRP包括含液体凝聚相(LCP)的小滴的主体液体，例如主体溶液，如上所综述。在制备BRP组合物之后，BRP组合物可根据需要加以储存或进一步操作。
BRP储存
在一些实施方案中，BRP组合物可持续延长时期(即使不无限期地)加以储存，由此隔离自用于产生BRP组合物的初始CO2来源获得的CO2。举例来说，在寒冷气候下，可使BRP组合物冷冻直至天气条件允许产物解冻，此时可对产物进行进一步操作(例如如下所述)。产物BRP组合物可储存在地质储层中直至被需要，或甚至使所述组合物与地质盐水溶液混合，并且使其就地矿物化。因此，在产生BRP组合物之后，进一步操作(如果它在根本上发生)可被延迟一段时期，如1天或更长、1周或更长、1个月或更长、3个月或更长、6个月或更长、1年或更长等。在需要储存BRP组合物或其组分(例如LCP)的情况下，产物可被储存在密封容器，例如桶或较大容器中，并且可被或可不被储存在包括防止排气的氛围，例如纯CO2氛围等的环境中。
在BRP包括LCP的小滴的一些情况下，可使BRP产物组合物经受分离方案，例如其中使富含碳酸氢根的产物的LCP与主体溶液分离，例如以供进一步操作(例如供储存、产生碳酸盐矿物质等)。可采用任何适宜分离方案，其中目标方案包括但不限于：旋液分离器、沉降式离心机、超速离心、Epurimat、雪橇床澄清器等。
在某些实施方案中，合乎需要的是形成碳酸氢盐固体以用于多种用途，例如产生碳酸氢钠(小苏打)。
BRP添加剂/掺合物
当需要时，BRP产物组合物可如所制备地或在添加其它组分(例如化学掺合物组分)后用于各种应用中。举例来说，BRP组合物可根据需要如所产生地或在与其它组分组合后用作水泥添加剂(例如作为凝结流体或连同另一凝结液体一起)。
在一些情况下，产物BRP组合物用作水泥的碳酸氢盐添加剂。如本文所用的术语“碳酸氢盐添加剂”是指包括碳酸氢根(HCO3 -)离子或其固体衍生物(例如如以下更详细所述)的可为液体或固体的任何组合物。当碳酸氢盐添加剂是液体组合物时，所述液体组合物可在产生可凝结水泥组合物时用作唯一凝结液体组分，或它可连同一种或多种例如如以下更详细所述的其它凝结液体一起加以采用。液体碳酸氢盐添加剂的pH可变化，并且在某些情况下，在4至12，如5至9，例如6至8的范围内。碳酸氢盐添加剂中的碳酸氢根离子的量可根据需要进行变化。对于液体组合物，在一些情况下，碳酸氢根的总量可在0.1wt.％至30wt.％，如3至20wt.％，包括10至15wt.％的范围内。
如上所提及，用于产生给定可凝结水泥组合物的碳酸氢盐添加剂可为液体或固体。当以固体形式存在时，所述固体是液体碳酸氢盐添加剂的脱水形式。固体可为使用用于自液体移除水的任何适宜方案，例如蒸发、冷冻干燥等来自液体碳酸氢盐添加剂产生的固体。在与适合体积的水组合后，所得固体溶解于水中以产生例如如上所述的液体碳酸氢盐添加剂。在一些情况下，复原是通过组合干燥碳酸氢盐添加剂与足量的液体(例如水性介质，如水)来达成，其中采用的液体与固体的比率可变化，并且在一些情况下，在1,000,000至1，如100,000至10的范围内。固体碳酸氢盐添加剂可包括多种不同粒度和粒度分布。举例来说，在一些实施方案中，固体碳酸氢盐添加剂可包括尺寸在1至10,000μm，如10至1,000μm，并且包括50至500μm的范围内的颗粒。
关于BRP碳酸氢盐添加剂的其它细节提供于2013年4月1日提交的美国临时申请序列号61/807,230和2013年5月3日提交的美国临时申请序列号61/819,427中，所述申请的公开内容以引用的方式并入本文。
在一些情况下，可使BRP组合物与一种或多种其它化学掺合物组合以产生BRP掺合物。在所述掺合物组合物中，BRP组分的总量可变化。在一些情况下，BRP组分是以在0.1至25，如1至15，包括5至10wt％的范围内的量存在。在一些情况下，掺合物含有一定量的存在于溶液中的CO2，例如呈碳酸氢根、BRP等形式，所述量大于基于溶液的碱度，将被预测在溶液中的量，其中在一些情况下，实际量超过预测量的因数是1.1或更大，如1.25或更大，包括1.5或更大，例如2或更大、5或更大、10或更大，包括25或更大。
化学掺合物组分是由一种或多种添加至水泥中以对水泥赋予合乎需要的特征或性质，例如以改进水泥的性质来使得它更易于可用或更适于特定目的的化学物质组成。当与混凝土一起使用时，化学掺合物是呈粉末或流体形式的添加至混凝土中以给与它某些不可用普通混凝土混合物获得的特征的物质。包括在给定水泥/混凝土混合物中的化学掺合物的量可视化学掺合物组合物的性质而变化。在某些实施方案中，包括在水泥/混凝土混合物中的化学掺合物组合物的量可在1％至约50％(w/w)的范围内，其中在一些情况下，量是25％或更少，如20％或更少，例如15％或更少，包括10％或更少，例如5％或更少，如2.5％或更少。
目标化学掺合物包括但不限于：塑化剂(例如可添加至可凝结水泥组合物中来提供它以改进的可加工性以便于在加固作用力降低下浇筑以及可添加在为均一流动而不在钢筋下留下空隙空间所需的强化可凝结水泥组合物中的化合物)；加速剂、阻滞剂、空气夹带剂、发泡剂、减水剂、腐蚀抑制剂和颜料或着色剂。
加速剂用于增加可凝结水泥组合物的固化速率(即水合)，并且在需要可凝结水泥组合物快速硬化的应用中以及在低温应用中具有特别重要性。阻滞剂用于减缓水合速率，并且增加可用于倾注可凝结水泥组合物以及使它形成为所需形状的时间。阻滞剂在可凝结水泥组合物于炎热气候下使用的应用中具有特别重要性。空气夹带剂用于使微小气泡分布在整个可凝结水泥组合物中。空气夹带剂对于在经受寒冷天气的区域中利用而言具有特别价值，因为微小夹带的气泡有助于达成一定收缩和膨胀以保护可凝结水泥组合物免遭冷冻-融化损害。颜料和着色剂也可出于美观目的来添加至混凝土中以提供它以所需颜色特征。因此，目标掺合物包括但不限于：凝结加速剂、凝结阻滞剂、空气夹带剂、消泡剂、碱反应性降低剂、粘合掺合物、分散剂、着色掺合物、腐蚀抑制剂、防潮掺合物、气体形成剂、可渗透性降低剂、泵送助剂、收缩补偿掺合物、杀真菌掺合物、杀菌掺合物、杀昆虫掺合物、流变学调节剂、湿润剂、强度增强剂、防水剂等。
凝结加速剂用于加速可凝结水泥组合物的凝结和早期强度进展。可用作掺合物的凝结加速剂可为但不限于碱金属、碱土金属或铝的硝酸盐；碱金属、碱土金属或铝的亚硝酸盐；碱金属、碱土金属或铝的硫氰酸盐；烷醇胺；碱金属、碱土金属或铝的硫代硫酸盐；碱金属、碱土金属或铝的氢氧化物；碱金属、碱土金属或铝的羧酸盐(例如甲酸钙)；聚羟基烷基胺；碱金属或碱土金属的卤化物盐(例如氯化物)。
也可使用凝结阻滞掺合物。凝结阻滞(也称为延迟凝结或水合控制)掺合物用于阻滞、延迟或减缓可凝结水泥组合物的凝结速率。它们可在初始配料后或在水合过程已开始之后的某一时间添加至可凝结水泥组合物中。凝结阻滞剂用于抵消炎热天气对可凝结水泥组合物的凝结的加速作用，或当例如存在浇筑条件困难，向工地递送出现问题时，延迟可凝结水泥组合物的初始凝结，或允许有时间进行特殊抛光工艺。大多数凝结阻滞剂也充当低级减水剂，并且也可用于将一定空气夹带至可凝结水泥组合物中。可使用的阻滞剂包括但不限于氧基-硼化合物、玉米糖浆、木质素、聚膦酸、羧酸、羟基羧酸、聚羧酸、羟基化羧酸(如反丁烯二酸、衣康酸、丙二酸、硼砂、葡萄糖酸和酒石酸)、木质素磺酸盐、抗坏血酸、异抗坏血酸、磺酸-丙烯酸共聚物和它们的相应盐、聚羟基硅烷、聚丙烯酰胺、碳水化合物及其混合物。
也作为掺合物关注的是空气夹带剂。术语空气夹带剂包括将夹带空气于水泥组合物中的任何物质。一些空气夹带剂也可在低浓度下降低组合物的表面张力。空气夹带掺合物用于故意地将显微气泡夹带至可凝结水泥组合物中。空气夹带会显著改进在冷冻和解冻循环期间暴露于水分的可凝结水泥组合物的耐久性。此外，夹带的空气会极大改进对由化学除冰剂引起的表面剥落的抗性。空气夹带也增加新鲜可凝结水泥组合物的可加工性，同时消除或降低分离和流失。用于达成这些所需作用的物质可选自木材树脂、天然树脂、合成树脂、磺化木质素、石油酸、蛋白质材料、脂肪酸、树脂酸、烷基苯磺酸盐、磺化烃、松香皂树脂、阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、天然松香、合成松香、无机空气夹带剂、合成洗涤剂和它们的相应盐及其混合物。空气夹带剂是以在水泥组合物中产生所需空气水平的量添加。
也作为掺合物关注的是消泡剂。消泡剂用于降低水泥组合物中的空气含量。可用于水泥组合物中的消泡剂的实例包括但不限于矿物油、植物油、脂肪酸、脂肪酸酯、羟基官能化合物、酰胺、磷酸酯、金属皂、硅酮、含有氧化丙烯部分的聚合物、烃、烷氧基化烃、烷氧基化聚氧化烯、磷酸三丁酯、邻苯二甲酸二丁酯、辛醇、碳酸和硼酸的水不溶性酯、炔二醇、氧化乙烯-氧化丙烯嵌段共聚物和硅酮。
也作为掺合物关注的是腐蚀抑制剂。可凝结水泥组合物中的腐蚀抑制剂用于保护包埋的增强材料(例如包埋的钢)免遭腐蚀。大多数可凝结水泥组合物的高碱性性质导致在如钢的材料上形成钝性和非腐蚀性保护性氧化物膜。然而，碳酸化或存在来自除冰剂或海水的氯离子可破坏或渗透所述膜，并且导致腐蚀。腐蚀抑制性掺合物以化学方式遏止这个腐蚀反应。最通常用于抑制腐蚀的物质是亚硝酸钙、亚硝酸钠、苯甲酸钠、某些磷酸盐或氟硅酸盐、氟矾石、胺和相关化学物质。
也关注的是防潮掺合物。防潮掺合物降低具有低水泥含量、高水-水泥比率或聚集缺陷的可凝结水泥组合物的可渗透性。这些掺合物阻滞水分渗透至凝结水泥组合物中，并且包括某些皂剂、硬脂酸盐和石油产品。
也关注的是气体形成掺合物。气体形成剂或气体形成试剂有时是以极小量添加至可凝结水泥组合物中以导致在硬化之前略微膨胀。膨胀量取决于所用气体形成物质的量和新鲜混合物的温度。铝粉、树脂皂和植物胶或动物胶、皂素或水解的蛋白质可用作气体形成剂。
也关注的是可渗透性降低剂。可渗透性降低剂用于降低水在压力下穿过水泥组合物进行传输所处的速率。二氧化硅烟雾、飞灰渣、研磨的矿渣、天然火山灰、减水剂和乳胶可用于降低水泥组合物的可渗透性。
也关注的是流变学调节剂掺合物。流变学调节剂可用于增加水泥组合物的粘度。流变学调节剂的适合实例包括烟雾化二氧化硅、胶体二氧化硅、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、飞灰渣、矿物油、锂蒙脱石粘土、聚氧化烯、多糖、天然胶状物或其混合物。
可通过使用杀真菌和杀菌掺合物来部分地控制细菌和真菌在硬化的混凝土之上或之中的生长。这些物质的实例包括多卤化酚、地特灵(dialdrin)乳液和铜化合物。
可使用任何适宜方案来制备BRP掺合物。举例来说，可使化学掺合物与BRP组合以产生BRP掺合物。以两种组分的干重计，BRP与化学掺合物的比率可变化，并且在一些情况下，在1至10，如1至1的范围内。可使用任何适宜方案来组合这些组分，例如其中在混合下添加一定量的BRP组分向化学掺合物中，或反过来也是一样。
例如视所用促进剂的特定性质、存在的其它化学掺合物组分等而定，例如如上所述的BRP掺合物可充当多种不同类型的掺合物。因此，掺合物可充当加速掺合物、减水掺合物、减水和凝结阻滞掺合物、高范围减水掺合物和中范围减水掺合物，其各自在本文中加以进一步详述。
加速掺合物通常用于增加可凝结水泥组合物的固化速率(即水合)，并且在需要可凝结水泥组合物快速硬化，并且具有早期强度进展的应用中具有特别重要性。加速掺合物可包括：碱金属、碱土金属或铝的硝酸盐；碱金属、碱土金属或铝的硫氰酸盐；烷醇胺；碱金属、碱土金属或铝的硫代硫酸盐；碱金属、碱土金属或铝的氢氧化物；碱金属、碱土金属或铝的羧酸盐(例如甲酸钙)；聚羟基烷基胺；碱金属或碱土金属的卤化物盐(例如氯化物)。包括在加速掺合物中的常见物质的具体实例包括：氯化钙、三乙醇胺、硫氰酸钠、甲酸钠/甲酸钙、亚硝酸钠/亚硝酸钙、硝酸钙、铝酸盐和硅酸盐。
减水掺合物通常用于使水泥组合物的水含量降低5％或更多。减水掺合物可包括：木质磺酸和它们的盐、羟基化羧酸它们的盐、多糖、蜜胺聚缩合产物、萘聚缩合产物和聚羧酸盐。
减水和凝结阻滞掺合物通常用于使水泥组合物的水含量降低5％或更多，并且延迟水泥组合物的凝结时间。减水和凝结阻滞掺合物可包括：木质磺酸和它们的盐、羟基化羧酸和它们的盐、多糖、蜜胺聚缩合产物、萘聚缩合产物、聚羧酸盐、氧基-硼化合物、玉米糖浆、木质素、聚膦酸、羧酸、羟基羧酸、聚羧酸、羟基化羧酸(如反丁烯二酸、衣康酸、丙二酸、硼砂、葡萄糖酸和酒石酸)、木质素磺酸盐、抗坏血酸、异抗坏血酸、磺酸-丙烯酸共聚物和它们的相应盐、聚羟基硅烷、聚丙烯酰胺、碳水化合物及其混合物。
高范围减水掺合物通常用于使水泥组合物的水含量降低12-40％或更多，增加坍塌，降低浇筑时间，并且增加流动性。所述掺合物通常用于自加固混凝土中。高范围减水掺合物可包括：蜜胺磺酸盐聚缩合产物、萘磺酸盐聚缩合产物和聚羧酸盐。
中范围减水掺合物通常用于使水泥组合物的水含量降低5％与10％之间而不阻滞初始凝结时间。中范围减水掺合物可包括：木质磺酸和它们的盐以及聚羧酸盐。
例如如上所述的BRP掺合物可为液体或固体组合物。当以液体组分形式存在时，除BRP组分和掺合物组分之外，掺合物也可包括一定量的水。水的量可变化，并且在一些情况下，在20至95，如60至75wt％的范围内。当以固体形式存在时，所述固体可为液体掺合物的脱水形式。固体可为使用用于自液体移除水(例如游离水)的任何适宜方案，例如蒸发、冷冻干燥、冻干等来自液体掺合物产生的固体。在与适合体积的水组合后，所得固体溶解于水中以产生例如如上所述的液体掺合物。在一些情况下，复原是通过组合固体(例如冻干的)掺合物与足量的液体(例如水性介质，如水)来达成，其中所用液体与固体的比率可变化，并且在一些情况下，在1,000,000至1，如10,000至1，包括5,000至1，如1,000至1，例如500至1，包括100至1的范围内。固体掺合物可包括多种不同粒度和粒度分布。举例来说，在一些实施方案中，固体掺合物可包括尺寸在1至10,000μm，如10至1,000μm，并且包括50至500μm的范围内的颗粒。
混凝土通常是以标准比例掺合。在混合和浇筑混凝土期间，并非所有水泥碱性组分都在胶结反应中被消耗，并且因此在混凝土硬化之后变得不可及。正常情况是在混凝土固化期间，55-70％的水泥碱性组分在胶结反应中被消耗。30-45％的水泥在混凝土固化之后保持未反应。当设计经济性混凝土混合物以及降低混凝土的碳足迹时，混凝土混合物设计中的胶结效率是重要特征，因为水泥是碳足迹的最大组分。可使这个过量未反应的高度碱性水泥组分与碳酸氢根(作为呈液体或溶液状态的添加剂/掺合物(例如如上所述)引入)反应，从而通过形成碳酸根来导致早期强度增加。在一些情况下，这使得混合物设计的水泥含量降低，从而改进混凝土的成本和碳足迹。以这个方式，水泥可更高效用于混凝土混合物设计中。因此，本发明的方面包括低水硬性水泥(例如低OPC)水泥制剂，其中相较于适合对照(即不与BRP添加剂/掺合物组合的相同掺合料)，给定水泥制剂可包括2％或更少，如5％或更少，包括10％或更少(干重)的水硬性水泥，其中所述制剂相较于所述对照可仍然具有相同或更好的强度达到和/或凝结性质，例如相同或增强的强度和/或相同或更快的凝结时间。
BRP掺合物和它们的制备进一步描述于2013年7月10日提交的美国临时申请号61/844,808中，所述申请的公开内容以引用的方式并入本文。
本发明的方面还包括自例如如上所述的BRP添加剂和掺合物制备的可凝结水泥组合物。就“可凝结水泥组合物”而言，其是指自水泥和凝结液体制备的可流动组合物，其中所述可流动组合物在制备之后凝结成固体产物。本发明的可凝结水泥组合物是自水泥、凝结液体和BRP添加剂/掺合物(例如如上所述)的组合制备，其中所述组合物可还包括一种或多种其它组分，如但不限于：骨料、化学掺合物、矿物质掺合物等。在产生后，可流动组合物可具有多种稠度，例如糊状物、灰泥等，其中可流动组合物的粘度可变化，在一些情况下，在0至1000mPa*s，如2至100mPa*s的范围内。在自产生可流动组合物开始的一段时期之后，可流动组合物凝结成固体产物，其中这个时期可变化，并且在一些情况下，在1分钟至24小时，如1小时至3小时的范围内。在可流动组合物凝结后产生的固体产物的压缩强度也可变化，在一些情况下，在1至20,000psi，如1000至5000psi的范围内，如使用ASTM测试号C109所测定。组合物所凝结成的产物的特征在于包括一种或多种不存在于用于产生组合物的物质中的矿物相，例如不存在于起始水泥组分中的矿物相。用于产生主题可凝结水泥组合物的水泥和其它任选组分(例如另一凝结液体、骨料等)在本文中加以更详细综述。
如本文所用的术语“水泥”是指在与凝结流体(例如水溶液，如水)组合之后凝结并硬化的颗粒组合物。组成给定水泥的颗粒组合物可包括具有各种尺寸的粒子。在一些情况下，给定水泥可由最长横截面长度(例如球形粒子中的直径)在1nm至100μm，如10nm至20μm，并且包括15nm至10μm的范围内的粒子组成。
目标水泥包括水硬性水泥。如本文所用的术语“水硬性水泥”是指当与凝结流体混合时，由于一种或多种不依赖于混合物的水含量，并且在水性环境中是稳定的化学反应而发生硬化的水泥。因此，水硬性水泥可在水下或在不断暴露于湿润天气条件时硬化。目标水硬性水泥包括但不限于波特兰水泥(Portland cement)、改性的波特兰水泥和掺合的水硬性水泥。
在一些实施方案中，水泥是波特兰水泥或波特兰水泥掺合料。波特兰水泥是通过研磨或粉碎熟料来产生的水硬性水泥组合物，其是基本上由水硬性硅酸钙和少量一种或多种形式的作为相互研磨添加物的硫酸钙组成的材料。熟料是由在以预定比例包含钙和二氧化硅的原始混合物烧结或加热至高温时产生的烧结的材料制得。用于产生所述混合物的原材料的实例包括但不限于石灰石和粘土。除波特兰水泥熟料之外，有限量的硫酸钙(其控制凝结时间)和多达5％的次要组分(如由各种标准所允许)也可包括在波特兰水泥中。如由欧洲标准EN197.1所定义，“波特兰水泥熟料是应由至少三分之二(以质量计)硅酸钙(3CaO·SiO2和2CaO·SiO2)组成的水硬性材料，其中其余部分由含铝和含铁的熟料相和其它化合物组成。CaO与SiO2的比率不应小于2.0。镁含量(MgO)不应超过5.0质量％”。在某些实施方案中，波特兰水泥是满足美国材料测试学会(American Society for Testing ofMaterials)的ASTM C150标准和规格(I-VIII型)(ASTM C150-波特兰水泥的标准规格)的波特兰水泥。ASTM C150涵盖八种类型的波特兰水泥，其各自具有不同性质，并且根据那些性质加以特定使用。所述八种类型的波特兰水泥是：1型(正常)；IA型(正常，空气夹带)；II型(中等硫酸盐抗性)；IIA型(中等硫酸盐抗性，空气夹带)；III型(高早期强度)；IIIA型(高早期强度，空气夹带)；IV型(低水合热)；以及V型(高硫酸盐抗性)。在一些实施方案中，波特兰水泥可为白色波特兰水泥。白色波特兰水泥是由仅含有可忽略量的氧化铁和氧化镁的所选原料制得，所述氧化铁和氧化镁是给与普通波特兰水泥灰色的化合物。白色波特兰水泥通常出于建筑和/或美观目的而用于可见结构墙、镶板、水磨石表面、灰泥、水泥涂料、瓷砖薄浆和装饰性混凝土中。
在一些实施方案中，水泥可为掺合的水硬性水泥。如本文所用的短语“掺合的水硬性水泥”是指包括两种或更多种类型的水泥材料的水硬性水泥组合物。用于形成掺合的水硬性水泥的材料包括但不限于：波特兰水泥、鼓风炉矿渣、飞灰渣、二氧化硅烟雾、锻烧的粘土、火山灰质材料、水合石灰及其组合。在一些实施方案中，水泥可为砌筑或砂浆水泥。砌筑和砂浆水泥是由波特兰水泥或掺合的水硬性水泥和一种或多种增塑性材料(如石灰石或水合或水硬性石灰)的混合物制得的水泥。在某些实施方案中，其它材料也可包括在砌筑或砂浆水泥中以调节水泥的性质，如凝结时间、可加工性、滞水性和耐久性，例如如下在添加剂章节中更详细所述。
在一些实施方案中，水泥组分可为非水硬性水泥。就“非水硬性水泥”而言，其是指水合产物(即当水泥与凝结流体混合时形成的组合物)不对水具有抗性的水泥。非水硬性水泥的实例包括石膏、灰泥和石灰水泥。非水硬性水泥可与如火山灰质材料的其它组分混合以致使它们对水具有抗性，即致使它们具有水硬性。
在根据本发明自水泥制备可凝结组合物时，与其它组分组合的水泥组分的量可变化。在一些情况下，水泥组分的量在5至30，如10至15，包括16至24wt％的范围内。
目标凝结液体包括水性液体组合物，如纯水或与一种或多种溶质组合的水。在根据本发明自水泥制备可凝结组合物时，与其它组分组合的液体组分的量可变化。在一些情况下，液体组分的量在5至25，如6至9，包括10至16wt％的范围内。
如上所概述，在根据本发明制备可凝结组合物时，使水泥和凝结液体组分与例如如上所述的BRP添加剂和/或掺合物组合。在根据本发明自水泥制备可凝结组合物时，与其它组分组合的BRP添加剂/掺合物组分的量可变化。在一些情况下，BRP添加剂/掺合物组分的量在小于1至25，如小于1至9，包括小于10至16wt％的范围内。
在根据本发明的方面制备可凝结水泥组合物时，可根据需要使水泥组分、BRP添加剂/掺合物和任选其它凝结液体与一种或多种其它组分组合。目标其它组分包括但不限于骨料、其它掺合物、强化组分，例如纤维强化材料、钢筋(螺纹钢筋)等。
在一些实施方案中，骨料可用于产生主题可凝结水泥组合物(例如当需要混凝土时)。目标骨料可变化，其中所述骨料包括但不限于：砂、砾石、碎石等。当与骨料组合时，主题可凝结水泥组合物充当使骨料粘合在一起以形成如混凝土的建筑材料的粘着剂。
精细骨料是几乎完全穿过4号筛(ASTM C125和ASTM C33)的材料，如二氧化硅砂。粗糙骨料是主要保留在4号筛(ASTM C125和ASTM C33)上的材料，如二氧化硅、石英、压碎的圆形大理石、玻璃球、花岗岩、石灰石、方解石、长石、冲积砂、砂或任何其它持久性骨料及其混合物。因此，如本文所用的术语“骨料”广泛指代许多不同类型的粗糙颗粒材料与精细颗粒材料两者，包括但不限于：砂、砾石、碎石、矿渣和再循环的混凝土。包括在主题可凝结水泥组合物中的骨料的量和性质可广泛变化。在某些实施方案中，骨料的量可在由水泥组分、碳酸氢盐添加剂与骨料两者组成的总组合物的25％至85％，如40％至70％，并且包括50％至约70％(w/w)的范围内。
可使用任何适宜方案和/或设备来组合组成本文所述的主题可凝结水泥组合物的各种组分(例如水泥、BRP添加剂/掺合物、任选其它凝结液体、骨料和/或掺合物)以形成可凝结水泥组合物。在一些实施方案中，可组合可凝结水泥组合物的各个别组分以在产生所述可凝结水泥组合物时产生混合物。在一些实施方案中，可提前使各种组分的一部分或全部彼此组合，随后在组合所有组分后产生可凝结水泥组合物。举例来说，可使凝结液体与另一组分，例如BRP添加剂/掺合物混合，随后与水泥混合以产生可凝结水泥组合物。在某些实施方案中，可使凝结液体与另一组分，例如像掺合物组合，随后混合所述凝结液体与其它组分以产生可凝结水泥组合物。
任何常规混合装置和/或方法都可用于产生主题可凝结水泥组合物。可采用的常规水泥混合设备的实例包括但不限于：Hobart混合器；倾斜圆筒混合器；Omni混合器；Henschel混合器；V型混合器；和Nauta混合器。常规容器也可用于混合主题可凝结水泥组合物，包括例如桶、盆、独轮车等。在所述实施方案中，视混合物的体积和性质而定，组分的混合可手工进行，例如通过用铲、镘或戴手套的手混合材料。
组合以产生可凝结水泥组合物的液体与干燥组分的比率可基于混合物的组分的性质以及产生的水泥组合物的所需性质加以变化。举例来说，在一些实施方案中，混合物中液体组分与干燥组分的比率可在1:1.5直至约1:2、直至约1:2.5、直至约1:3、直至约1:3.5、直至约1:4、直至约1:4.5、直至约1:5(w/w)的范围内。
水泥、CO2隔离性水泥添加剂和任选组分的组合导致产生可凝结水泥组合物。如上所综述，就“可凝结水泥组合物”而言，其是指自水泥和凝结液体制备的可流动组合物，其中可流动组合物在制备之后凝结成固体产物。在产生后，可流动组合物可具有多种稠度，例如糊状物、灰泥等，其中可流动组合物的粘度可变化，在一些情况下，在0至1000mPa*s，如2至100mPa*s的范围内。在自产生可流动组合物开始的一段时期之后，可流动组合物凝结成固体产物，其中这个时期可变化，并且在一些情况下，在1分钟至24小时，如1小时至3小时的范围内。在可流动组合物凝结后产生的固体产物的压缩强度也可变化，在一些情况下，在1至20,000psi，如1000至5000psi的范围内，如使用ASTM测试号C109所测定。
LOI或灼烧损失是一种用以在波特兰水泥的情况下观察残余未灼烧碳酸盐，或在如飞灰渣(FA)的灰渣的情况下观察残余未灼烧燃料的常用分析方法。LOI也可应用于测定其它材料和火山灰(如鼓风炉矿渣)的CO2含量。关于水泥的LOI分析方法是通过ASTM C114来确定，并且通过加热水泥样品至950+/-50℃，持续至少15分钟来加以标准化。方法自水泥的残余碳酸盐相移除水和残余CO2，并且试图用于使工业加热标准化，并且使所得水泥均一。可对采用例如如本文所述的BRP添加剂/掺合物的最终水泥和混凝土试样测量灼烧损失(LOI)。对于小体积确定，使用BRP添加剂/掺合物的硬化水泥样品的LOI可用于确定最终材料中的隔离的碳的量。在较大体积鉴定的情况下，采用CO2隔离性水泥添加剂的硬化混凝土样品的LOI可被采用。在对含有BRP添加剂/掺合物的最终水泥组合物进行LOI测定的情况下，在一些情况下，预期的LOI可在0和7.76％的范围内，并且在对最终混凝土进行LOI测定的情况下，在一些情况下，LOI可在0和25.1％的范围内，取决于在水泥和混凝土样品的硬化期间促进的残余水和碳酸盐的量。
如本文所述的可凝结水泥组合物适用于多种不同应用中，包括作为建筑或构筑材料。本发明的可凝结组合物所适用的特定结构包括但不限于：路面、建筑结构，例如建筑物、地基、高速公路/道路、天桥、停车场结构、砖/块墙以及门、围墙和电线杆的立足处。本发明的砂浆适用于例如将构筑块(例如砖)粘合在一起以及填充构筑块之间的间隙。砂浆也可用于固定或修复现存结构，例如用于替换原始砂浆已变得被损害或侵蚀所处的区段。
在使用主题可凝结水泥组合物来产生例如如上所述的结构时，所述方法可包括使可凝结水泥组合物定位在某一地点，例如建筑场地、模具等；以及使所述可凝结水泥组合物在所述地点凝结成固体产物，其中凝结时间可例如如上所述加以变化。
根据如本文所述的某些实施方案的水泥组合物受益于本领域中称为早期碳酸化的作用。如本领域中所知，早期碳酸化发生在通过故意使新鲜混凝土暴露于CO2，与早期水泥水合一起发生碳酸化反应时。当新鲜混合的混凝土与CO2反应时，碳酸化反应与正常水合一起发生。碳酸化快速发生，并且促成较密集和较强的混凝土。方解石形成有助于强度进展。在一些情况下，使用例如如本文所述的碳酸氢盐添加剂会提供早期碳酸化和它的相关益处。
作为一种降低释放至地球大气中的人为CO2的量的方式，主题可凝结水泥组合物也适用于隔离建筑材料中的人为CO2。举例来说，主题方法可用于捕集由工业消耗化石燃料所产生的大量CO2，并且捕集的CO2可接着被转化成并入可凝结水泥组合物中的碳酸氢盐添加剂。以这个方式，由工业过程产生的CO2可自如烟道气的排放气体移除，并且大规模并入建筑材料中以降低地球大气中的CO2的总量。因此，主题方法和组合物提供降低自工业过程进行碳排放的量，并且也提供通过将排放的碳并入建筑材料中来处置排放的碳。
在产生例如如上所述的可凝结水泥组合物时使用CO2隔离性水泥掺合物可用于降低水泥和混凝土组合物的碳足迹，并且由此提供碳足迹降低的水泥和混凝土组合物。碳足迹降低的水泥混凝土组合物可包括例如普通波特兰水泥(OPC)组分，但例如由于存在碳酸氢盐添加剂，相较于仅包括例如OPC作为水泥组分的混凝土，具有降低的碳足迹。在一些实施方案中，碳足迹降低的水泥和混凝土组合物可包括源于由人使用的燃料(例如化石燃料)的碳。举例来说，根据本发明的方面的碳足迹降低的水泥和混凝土组合物可包括以CO2形式由化石燃料的燃烧所释放的碳。在某些实施方案中，在本发明的组合物(例如碳足迹降低的混凝土组合物)中隔离的碳包括碳酸盐、碳酸氢盐或其混合物。关于碳足迹的计算，水泥或混凝土的碳足迹可通过以下方式来确定：用它的每磅碳足迹乘以每立方码的各组分对应的磅数，将这些值加和，并且添加10.560kg/yd3(将一码混凝土运输平均20英里的碳足迹)。关于OPC组分，假定由波特兰水泥生产释放的平均CO2是0.86吨CO2/吨水泥(如加利福尼亚水泥气候行动小组所报道)，各磅波特兰水泥具有0.86磅的生产碳足迹。假定平均运输距离是100英里，各磅波特兰水泥的运输足迹是0.016磅，总碳足迹是每磅OPC0.876磅CO2。出于碳足迹计算的目的，常规骨料可被假定具有0.043lb.CO2/lb.骨料的碳足迹，而例如飞灰渣、矿渣等的常规补充水泥材料(SCM)的碳足迹可被假定为0.045lb.CO2/lb.常规SCM。相较于包含常规骨料(例如砂和/或岩石)和作为唯一水泥组分的OPC的参照混凝土，本发明的碳足迹降低的混凝土组合物的碳足迹降低的量值可等于或大于25lb.CO2/yd3混凝土、50lb.CO2/yd3混凝土、100lb.CO2/yd3混凝土、大于200lb.CO2/yd3混凝土、大于300lb.CO2/yd3混凝土、大于400lb.CO2/yd3混凝土或大于500lb.CO2/yd3混凝土。这些碳足迹降低可用包括例如如上所述的CO2隔离性掺合物的混凝土混合物达成。在某些实施方案中，本发明的碳足迹降低的组合物是碳中性的，因为它们大致上不具有碳足迹(如果有的话)，如使用例如以上提供的计算指导方针所确定。本发明的碳中性混凝土组合物包括展现碳足迹小于50lb.CO2/yd3混凝土，如小于25lb.CO2/yd3混凝土，包括小于10lb.CO2/yd3混凝土，例如小于5lb.CO2/yd3的那些组合物。在一些实施方案中，碳中性组合物展现碳足迹0CO2/yd3混凝土或更小，如负性碳足迹小于(即负性大于)-1lb.CO2/yd3混凝土、小于-2lb.CO2/yd3混凝土、小于-3lb.CO2/yd3混凝土、小于-4lb.CO2/yd3混凝土或小于-5lb.CO2/yd3混凝土。
在一些实施方案中，小碳足迹混凝土具有显著负性碳足迹。在所述实施方案中，组合物的负性碳足迹可小于(即负性大于)-10、-25、-50、-100、-250、-500、-750或-1000lb.混凝土。为获得碳足迹降低的组合物，除使用例如如本文所述的CO2隔离性掺合物之外，也可使用一种或多种如美国专利号7,753,274；7,753,618；和7,815,880中所述的其它CO2隔离性组合物，例如水泥、补充水泥组合物、骨料等；所述专利的公开内容以引用的方式并入本文。
使用BRP添加剂/掺合物的方法以及由其产生的产物进一步描述于2013年4月1日提交的美国临时申请序列号61/807,230；2013年5月3日提交的美国临时申请序列号61/819,427；和美国临时申请序列号61/844,808中；所述申请的公开内容以引用的方式并入本文。
例如如上所述的BRP添加剂/掺合物可存在于套件中，所述套件可包括一种或多种其它组分。因此，本发明的方面包括套件，其包括任选与一种或多种可用于产生可凝结水泥组合物的其它组分组合的BRP添加剂/掺合物，其中目标所述其它任选组分包括但不限于：水泥、混凝土掺合料、凝结液体、其它掺合物等。套件的各种组分可存在于单独容器中，或当需要时，两种或更多种不同组分可被合并在单一容器中。举例来说，干燥的BRP添加剂/掺合物可与水泥合并在单一容器中，并且与具有凝结液体的单独容器一起销售。
在包括液体组分与固体组分两者的套件中，液体组分与固体组分的比率(表示为基于用混合物中的液体组分的重量除以混合物中的固体组分的重量的十进位量)可视在组合各组分之后，可凝结水泥组合物的所需稠度而变化，其中比率可在0.2至1.0，如0.3至0.6的范围内。在某些实施方案中，所关注的是用于所述方法中的液体与固体的比率可在0.15至0.5，如0.2至0.45的范围内的套件。在一些情况下，例如对于铺设消费者使用，BRP添加剂/掺合物是以液体形式存在，并且可以在1oz.至55加仑，如1加仑至15加仑，并且包括2加仑至5加仑的范围内的体积存在。在所述情况下，套件中的干燥组分的量可以在5lb.至100lb.，如25lb.至50lb.的范围内的量存在。
除以上提及的组分之外，主题套件可还包括用于使用套件的组分来实施主题方法的说明书。说明材料也可为用于使用水泥组合物的说明材料，例如它可提供针对水泥组合物待用于其中的特定应用的建筑技术和原则。用于实施主题方法的说明书通常被记录在适合记录媒体上。举例来说，说明书可被印刷在基材，如纸张或塑料等上。因此，说明书可以包装插页形式存在于套件中，存在于套件或其组件(即与包装或小包装相关的组件)的容器的标签中。在其它实施方案中，说明书以存在于适合电脑可读储存媒体上的电子储存数据文件形式存在，所述媒体例如便携式闪存驱动器、记忆棒或卡、CD-ROM、磁盘等。在其它实施方案中，实际说明书不存在于套件中，但提供用于自远程源头，例如通过因特网获得说明书的手段。这个实施方案的一实例是包括可察看说明书所处的和/或自其可下载说明书的网址的套件。如同说明书一样，用于获得说明书的这个手段被记录在适合基材上。
含有飞灰渣的水泥组合物
例如如上所述的BRP组合物、添加剂和/或掺合物适用于含有飞灰渣的水泥组合物中以及其它应用中。所述组合物是自BRP组分(例如如上所述)、水泥组分(例如如上所述)和飞灰渣组分制备。如本文所用的术语“飞灰渣”是指由灼烧煤产生的材料，并且包含煤的非可燃矿物质部分。飞灰渣通常包含富含二氧化硅、氧化铝和钙的球形粒子，并且可以称为F类别和C类别的两个不同类别获得。F类别飞灰渣是由灼烧无烟煤和/或烟煤制得，而C类别飞灰渣是自褐煤或亚烟煤产生。任何类别的飞灰渣都可连同主题方法一起用于制备可凝结水泥组合物。
飞灰渣可用作混凝土中的掺合物以替换一部分波特兰水泥。因此，在某些实施方案中，可使飞灰渣组分与可凝结水泥组合物的水泥组分掺合。在一些实施方案中，可使飞灰渣与水泥组分组合以产生包含1至60重量％飞灰渣组分，如5至30重量％飞灰渣组分，包括10至20重量％飞灰渣组分的掺合料。
如上所述的BRP组分可连同包括飞灰渣的水泥掺合料一起用于克服含有飞灰渣的水泥掺合料的一个或多个缺点(例如强度获得缓慢、凝结时间较长)。举例来说，组合主题碳酸氢盐组分与飞灰渣组分会产生比包括飞灰渣，但不含有碳酸氢盐组分的可凝结水泥组合物更快速获得强度和/或更快凝结的可凝结水泥组合物。在包括碳酸氢盐组分的组合物中，在一些情况下，固化时间比缺乏碳酸氢盐组分的组合物快3至70％，如5至30％，例如如使用ASTM C403所测定。在一些情况下，组合物具有在2至12分钟，如2至7分钟的范围内的初始凝结时间以及在4至15分钟，如8至15分钟的范围内的最终凝结时间。在一些实施方案中，包括飞灰渣和碳酸氢盐组分的主题可凝结水泥组合物达成的凝结强度在3天内500至3000psi、7天内1000至8000psi、以及28天内3000至15000psi，如28天时3500至8000的范围内(如使用ASTM C39所测定)。
在根据本发明的方面制备可凝结水泥组合物时，可根据需要使水泥组分、BRP组分、飞灰渣组分和任选其它凝结液体(例如如上所述)与一种或多种其它组分组合。目标其它组分包括但不限于骨料、其它掺合物、强化组分，例如纤维强化材料、钢筋(螺纹钢筋)等。所述材料进一步详述于2013年5月3日提交的美国临时专利申请号61/819,427中，所述申请的公开内容以引用的方式整体并入本文。
在一些情况下，水泥组合物可包括第三水泥组分，以使它可为三元组合物。在一些情况下，除飞灰渣和水硬性水泥组分之外，第三水泥组分可为矿渣水泥。就矿渣水泥而言，其是指包括研磨粒化鼓风炉矿渣(GGBS或GGBFS)的水泥。在一些实施方案中，矿渣水泥组分可占总干燥组分的10至40，如15至35，包括20至30重量％。
可使用任何适宜方案和/或设备来组合本文所述的主题可凝结水泥组合物的各种组分(例如水泥组分、飞灰组分、BRP组分、任选其它凝结液体、骨料和/或掺合物)以形成例如如上所述的可凝结水泥组合物。
例如如上所述的含有飞灰渣的水泥组合物的制备和使用进一步详述于2013年8月16日提交的美国临时申请序列号61/866,988中，所述申请的公开内容以引用的方式并入本文。
自BRP产生碳酸盐
在制备BRP组合物(以及根据需要其任何储存)之后，在一些情况下，产物可以某一方式加以进一步操作。举例来说，产物或其组分(例如LCP)可被操作来产生固相碳酸盐组合物，并且因此将CO2自初始CO2来源隔离至固体形式中。在所述实施方案的某些情况下，使产物或其组分(例如LCP)与阳离子源(例如一种或多种碱土金属阳离子源)在足以产生固体碳酸盐组合物的条件下组合。不同价数的阳离子可形成固体碳酸盐组合物(例如呈碳酸盐矿物质形式)。在一些情况下，可采用单价阳离子，如钠和钾阳离子。在其它情况下，可采用二价阳离子，如碱土金属阳离子，例如钙和镁阳离子。当添加阳离子至富含碳酸氢根的产物或其组分(例如LCP)中时，可以每个阳离子一个碳酸根物质的化学计量比产生碳酸盐固体(如当二价阳离子包括Ca2+时的非晶碳酸钙)的沉淀。
任何适宜阳离子源都可在所述情况下加以采用。目标阳离子源包括但不限于来自产生阳离子含量较高的浓缩溶液流的水处理设施的盐水，所述设施如海水脱盐工厂、微咸水脱盐工厂、地下水回收设施、废水设施等。也作为阳离子源关注的是天然存在的来源，如但不限于天然海水和地质盐水，其可具有不同阳离子浓度，并且也可提供用以触发自富含碳酸氢根的产物或其组分(例如LCP)产生碳酸盐固体的备用阳离子源。用于所述固体碳酸盐产生步骤中的阳离子源可与用于例如如上所述的富含碳酸氢根的产物产生步骤中的水性介质相同或不同。举例来说，用于产生富含碳酸氢根的产物的水性介质可为钙阳离子浓度是约400ppm的天然海水。钙阳离子浓度是天然海水两倍以上的更浓的阳离子溶液(如来自海水脱盐工厂的盐水浓缩物)可接着用于第二沉淀步骤。
或者或除引入例如如上所述的阳离子之外，BRP组合物的其它参数可被改进来促进碳酸盐矿物质沉淀。举例来说，当BRP是加压组合物时，压力可被降低至促进碳酸盐矿物质自BRP组合物沉淀的水平。在一些情况下，使压力降低15psi或更多，如150psi或更多，并且在一些情况下，降低至在2000至15psi，如200至14.8psi的范围内的值。
当需要时，改进性组分可提供于经受固体碳酸盐沉淀条件的BRP组合物中来以某一合乎需要的方式例如就速率、产物碳酸盐的身份等而言影响碳酸盐沉淀过程。举例来说，可包括影响自富含碳酸氢根的溶液形成碳酸钙的离子，例如氯‘旁观者’离子。或者，在富含碳酸氢根的产物中的LCP与主体溶液相之间的主体相分区中的离子可作为催化剂用于达成相分离成两种液体。由于富含碳酸氢根的产物富含碳酸氢根的性质，这些其它分配的离子可进一步影响碳酸钙的各种结晶固体多晶型物的继续形成，或抑制形成其它结晶多晶型物。对这些分配的伴侣离子的操作可被优化来在富含碳酸氢根的产物产生步骤(例如如上所述)期间指导LCP的形成，以及指导沉淀的非结晶或结晶固相的生长。富含碳酸氢根的产物或其组分的最终用途可影响哪种影响性离子用于所述实施方案中的决定。举例来说，当富含碳酸氢根的产物或其组分用作水硬性水泥的凝结介质时，采用不负面影响水泥的性质的影响性离子。举例来说，钠离子和氯离子可被避免作为所述实施方案中的影响性离子。
在一些情况下，碳酸盐产生是在LCP存在所处的条件下进行。因此，碳酸盐产生是在容许LCP存在的pH值(例如pH值9.5或更小，如9.3或更小)下进行。
在自富含碳酸氢根的产物或其组分(例如LCP)产生固体碳酸盐组合物期间，对于来自BRLCP产物组合物的每2mol碳酸氢根离子，可产生1mol CO2。举例来说，当固体碳酸盐组合物是通过添加钙阳离子至BRLCP产物组合物中来产生时，固体碳酸盐组合物的产生，例如非晶碳酸钙矿物质的形成可根据以下反应来进行：
尽管以上反应显示产生1mol CO2，但来自含有CO2的源气体的2mol CO2最初被转化成碳酸氢根。因此，总工艺隔离净1mol CO2，并且因此是一种有效CO2隔离工艺，其中以上反应具有-37kJ mol-1的下坡标准状态热力学能量分布。
当需要时，在产生固体碳酸盐组合物期间产生的CO2可自系统主动移除例如以增强碳酸盐固体的产生。通过自系统主动移除CO2，类似于光合作用在与钙化关联时(如例如在珊瑚中)所为，可迫使以上反应朝向右侧，由此有利于固体碳酸盐的产生。可采用用于自系统移除CO2的任何适宜方案。举例来说，CO2可被自溶液驱动至气体形式中，借此它将易于自系统中的液体分离，并且可被移除。可使用任何适宜方案来将CO2驱动至气体形式中。在一些情况下，可采用催化剂，如碳酸酐酶，其是脱水酶与水化酶两者，并且尤其负责将CO2拉出血液进入肺中以呼出。当采用时，存在于系统中的碳酸酐酶的量将足以提供所需活性，例如在103至106s-1，如104至105s-1的范围内的活性。用于自系统中的液体产生CO2，并且由此增强碳酸盐固体的产生的另一方法包括穿过系统中的液体鼓泡N2气体，此将驱赶CO2，从而使HCO3 -转化成CO3 2-，并且触发固体碳酸盐(例如CaCO3)沉淀。在一些实施方案中，添加如Ca2+的阳离子与自系统移除CO2两者均可用于迫使固体碳酸盐自液体沉淀。这些实施方案的方法可被视为对于自气体流移除的每2摩尔CO2，产生1摩尔纯化的CO2的方法，并且由此可被视为将稀烟道气转化成浓缩的接近纯净的CO2物流的方法。
当例如如上所述使碳酸盐组合物自富含碳酸氢根的产物沉淀时，产物碳酸盐组合物可极大变化。在一些情况下，产物组合物是亚稳定碳酸盐化合物，其在与淡水组合后，溶解并产生在淡水中比初始沉淀产物组合物的化合物更稳定的不同矿物质。(尽管初始沉淀产物组合物的化合物可在与淡水组合后溶解，接着产生不同组分，但在任何所述反应中，CO2气体都不大量释放，或在一些情况下完全不释放)。初始沉淀产物组合物的化合物可为在盐水中比它们在淡水中更稳定的化合物，以致它们可被视为盐水亚稳定化合物。
碳酸盐化合物可为非晶或结晶。特定矿物质分布(即碳酸盐化合物组合物中的不同类型的不同碳酸盐矿物质的身份和各自的量)可变化，并且将取决于它所源于的水源的特定性质以及用于获得它的特定条件。在某些实施方案中，碳酸盐化合物是以小粒子形式存在，例如其中粒度在0.1微米至100微米，例如1至100微米、或10至100微米、或50至100微米、在一些实施方案中0.5至10微米的范围内，如通过扫描电子显微术所测定。在一些实施方案中，粒度展现双模态或多重模态分布。在某些实施方案中，粒子具有的高表面积例如在0.5至100m2/gm、0.5至50m2/gm，如0.5至2.0m2/gm的范围内，如通过布朗恩(Brauner)、埃米特(Emmit)和特勒(Teller)(BET)表面积分析所测定。在一些实施方案中，通过本发明方法产生的CO2隔离性产物可包括杆状晶体和非晶固体。杆状晶体在结构方面可变化，并且在某些实施方案中，具有在500至1，如10至1的范围内的长度与直径比率。在某些实施方案中，晶体的长度在0.5μm至500μm，如5μm至100μm的范围内。在其它实施方案中，产生大致上完全非晶固体。
在一些情况下，沉淀的碳酸盐具有高度反射性。因为材料具有高度反射性，所以它们具有高总表面反射率(TSR)值。可使用任何适宜方案，如ASTM E1918用于现场测量水平表面和低斜度表面的日光反射率的标准测试方法来测定TSR(也参见R.Levinson,H.Akbari,P.Berdahl,Measuring solar reflectance–Part II:review of practical methods,LBNL 2010)。在一些情况下，材料展现TSR值在Rg；0＝0.0至Rg；0,＝1.0，如Rg；0,＝0.25至Rg；0,＝0.99，包括Rg；0,＝0.40至Rg；0,＝0.98的范围内，例如如使用以上参照的方案所测量。
在一些情况下，沉淀的碳酸盐高度反射近红外(NIR)光。就NIR光而言，其是指波长在700纳米(nm)至2.5mm的范围内的光。NIR反射率可使用任何适宜方案来测定，所述方案如ASTM C1371-04a(2010)e1用于使用便携式发射率仪测定材料接近室温的发射率的标准测试方法(http://www.astm.org/Standards/C1371.htm)，或ASTM G173-03(2012)顺行正常和在37°倾斜表面上半球的标准参照日光光谱辐照度表(http://rredc.nrel.gov/solar/spectra/am1.5/ASTMG173/ASTMG173.html)。在一些情况下，材料展现NIR反射率值在Rg；0＝0.0至Rg；0＝1.0，如Rg；0＝0.25至Rg；0＝0.99，包括Rg；0＝0.40至Rg；0＝0.98的范围内，例如如使用以上参照的方案所测量。
在一些情况下，沉淀的碳酸盐高度反射紫外(UV)光。就UV光而言，其是指波长在400nm和10nm的范围内的光。UV反射率可使用任何适宜方案来测定，所述方案如ASTM G173-03(2012)顺行正常和在37°倾斜表面上半球的标准参照日光光谱辐照度表。在一些情况下，CO2隔离性材料展现UV值在Rg；0＝0.0至Rg；0＝1.0，如Rg；0＝0.25至Rg；0＝0.99，包括Rg；0＝0.4至Rg；0＝0.98的范围内，例如如使用以上参照的方案所测量。
在一些情况下，沉淀的碳酸盐也反射可见光。就可见光而言，其是指波长在380nm至740nm的范围内的光。可见光反射性质可使用任何适宜方案来测定，所述方案如ASTMG173-03(2012)顺行正常和在37°倾斜表面上半球的标准参照日光光谱辐照度表。在一些情况下，CO2隔离性材料展现可见光反射率值在Rg；0＝0.0至Rg；0＝1.0，如Rg；0＝0.25至Rg；0＝0.99，包括Rg；0＝0.4至Rg；0＝0.98的范围内，例如如使用以上参照的方案所测量。
如上所概述，沉淀的碳酸盐可为非晶或微晶。在一些情况下，材料是微晶。当材料是微晶时，例如如使用应用于X射线衍射图样的FWHM的Scherrer公式测定的晶体尺寸较小，并且在一些情况下，直径是1000微米或更小，如直径是100微米或更小，并且包括直径是10微米或更小。在一些情况下，晶体尺寸的直径在1000μ至0.001μ，如10至0.001μ，包括1至0.001μ的范围内。在一些实施方案中，通过本发明方法产生的材料可包括杆状晶体和非晶固体。杆状晶体在结构方面可变化，并且在某些实施方案中，具有在500至1，如10至1的范围内的长度与直径比率。在某些实施方案中，晶体的长度在0.5μm至500μm，如5μm至100μm的范围内。在其它实施方案中，产生大致上完全非晶固体。
沉淀的碳酸盐的密度、孔隙度和可渗透性可根据应用而变化。关于密度，尽管材料的密度可变化，但在一些情况下，密度在5g/cm3至0.01g/cm3，如3g/cm3至0.3g/cm3，并且包括2.7g/cm3至0.4g/cm3的范围内。关于如通过气体表面吸附测定的孔隙度，所述气体表面吸附是如通过BET法(布朗(Brown)、埃米特(Emmett)、特勒(Teller))(例如如在http://en.wikipedia.org/wiki/BET_theory,S.Brunauer,P.H.Emmett和E.Teller,J.Am.Chem.Soc.,1938,60,309.doi:10.1021/ja01269a023处所述)测定，在一些情况下，孔隙度可在100m2/g至0.1m2/g，如60m2/g至1m2/g，并且包括40m2/g至1.5m2/g的范围内。关于可渗透性，在一些情况下，材料的可渗透性可在0.1至100达西，如1至10达西，包括1至5达西的范围内(例如如使用H.Darcy,Les Fontaines Publiques de la Ville de Dijon,Dalmont,Pari s(1856).中所述的方案所测定)。可渗透性也可通过评估材料的吸水率来表征。如通过吸水率方案所测定，例如在一些实施方案中，材料的吸水率在0至25％，如1至15％，并且包括2至9％的范围内。材料的硬度也可变化。在一些情况下，材料展现莫氏硬度(Mohs hardness)3或更大，如5或更大，包括6或更大，其中在一些情况下，硬度在3至8，如4至7，并且包括5至6莫氏度的范围内(例如如使用Ame rican Federation ofMineralogical Societies."Mohs Scale of Mineral Hardness"中所述的方案所测定)。硬度也可以例如如使用ASTM C1167中所述的方案测定的拉伸强度来表示。在一些所述情况下，材料可展现压缩强度100至3000N，如400至2000N，包括500至1800N。在一些情况下，碳酸盐组合物展现二阶乃至三阶双折射。
可见和近红外(0.35–2.55um)中的反射光谱术提供一种用于测定矿物学以及获得关于碳酸盐矿物质和岩石的次要元素化学的信息的快速、廉价、非破坏性技术。由于碳酸根基团的振动，所有通常存在的无水端员碳酸盐矿物质的光谱都含有在波长>1.6um下的七个强烈吸收带。位置、宽度和碳酸根谱带之间的间隔是矿物学特征。碳酸根谱带在不同矿物质的光谱之间的位置差异主要是由于主要阳离子的质量差异，其中阳离子电负性起次要作用。方解石组矿物质的光谱可含有归因于过渡金属阳离子(如Fe和Mn)的吸收特征，其也可有助于矿物质鉴定。光谱确认两种阳离子以二价状态存在。Fe2+产生接近1.1μm的宽峰特征，其位置和双重程度与如通过晶体场理论预测的八面体位置的尺寸和扭曲程度相关。Mn2+和Fe2+在它们是主要阳离子的矿物质(分别是菱锰矿和菱铁矿)中产生极强吸收带，从而使得易于区分这些矿物质与其它碳酸盐矿物质，甚至当水带的存在可能使得难以准确确定碳酸根谱带位置时。
沉淀的产物可包括一种或多种不同碳酸盐化合物，如两种或更多种不同碳酸盐化合物，例如三种或更多种不同碳酸盐化合物、五种或更多种不同碳酸盐化合物等，包括非不同、非晶碳酸盐化合物。本发明的沉淀的产物的碳酸盐化合物可为具有分子式Xm(CO3)n的化合物，其中X是可与碳酸根基团或它的多重物化学键结的任何元素或元素的组合，其中X在某些实施方案中是碱土金属而非碱金属；其中m和n是化学计量正整数。这些碳酸盐化合物可具有分子式Xm(CO3)n·H2O，其中在所述分子式中存在一个或多个结构水。如通过使用描述为电量滴定的方案执行电量测定法所测定的产物中的碳酸根的量可为40％或更多，如70％或更多，包括80％或更多。
沉淀的产物的碳酸盐化合物可包括许多不同阳离子，如但不限于以下的离子物质：钙、镁、钠、钾、硫、硼、硅、锶及其组合。所关注的是二价金属阳离子的碳酸盐化合物，如碳酸钙和碳酸镁化合物。目标特定碳酸盐化合物包括但不限于：碳酸钙矿物质、碳酸镁矿物质和碳酸钙镁矿物质。目标碳酸钙矿物质包括但不限于：方解石(CaCO3)、霰石(CaCO3)、球霰石(CaCO3)、六水方解石(CaCO3·6H2O)和非晶碳酸钙(CaCO3)。目标碳酸镁矿物质包括但不限于菱镁矿(MgCO3)、水碳镁石(MgCO3·2H2O)、三水菱镁矿(MgCO3·3H2O)、五水菱镁矿(MgCO3·5H2O)、水菱镁矿和非晶碳酸镁钙(MgCO3)。目标碳酸钙镁矿物质包括但不限于白云石(CaMg)(CO3)2)、碳钙镁石(Mg3Ca(CO3)4)和水碳钙镁石(Ca2Mg11(CO3)13·H2O)。产物的碳酸盐化合物可包括一个或多个水合水，或可为无水的。在一些情况下，沉淀中的碳酸镁化合物的以重量计的量超过沉淀中的碳酸钙化合物的以重量计的量。举例来说，沉淀中的碳酸镁化合物的以重量计的量可超过沉淀中的碳酸钙化合物的以重量计的量5％或更多，如10％或更多、15％或更多、20％或更多、25％或更多、30％或更多。在一些情况下，沉淀中的碳酸镁化合物与碳酸钙化合物的重量比在1.5-5至1，如2-4至1，包括2-3至1的范围内。在一些情况下，沉淀的产物可包括氢氧化物，如二价金属离子氢氧化物，例如氢氧化钙和/或氢氧化镁。
在一些情况下，可通过使以上方法与使发电厂冷却的方法整合来增强固体碳酸盐化合物产生和CO2气体产生。举例来说，使大体积的碳酸氢盐缓冲的水性介质(例如如自大洋获得的天然存在的碳酸氢盐缓冲的水)与例如来自发电厂(如来自燃煤发电厂)的原始烟道气接触以产生例如如上所述的富含碳酸氢根的产物。所得富含碳酸氢根的产物接着用于冷却发电厂，例如使用富含碳酸氢根的产物作为发电厂水冷却系统中的冷却剂。换句话说，接着使富含碳酸氢根的产物穿过发电厂以充当发电厂的冷却水，此使发电厂冷却，但使后端步骤中的工艺中的水升温。在所述情况下，输入冷却系统中的富含碳酸氢根的产物的温度与由冷却系统输出的富含碳酸氢根的产物的温度之间的温差可在5至100℃，如10至100℃，并且包括20至100℃的范围内，以使进入冷却系统的富含碳酸氢根的产物的温度可在-1.4至50℃，如-1.0至40℃的范围内，而自冷却系统输出的富含碳酸氢根的产物的温度可在20至100℃，如25至100℃的范围内。富含碳酸氢根的产物的升温使CO2在水中的溶解度降低，从而驱赶CO2气体，并且降低如CaCO3的碳酸盐化合物的溶解度，导致所述化合物沉淀。这个反应可通过存在催化剂，如酶、合成催化剂或加速反应的胶体金属粒子，例如如以上所述的碳酸酐酶、过渡金属氮杂大环或过渡金属胶体粒子来进一步加速。
在一些情况下，以上方法处理由发电厂(如燃煤发电厂)产生的大体积的原始烟道气的速率可与由所述发电厂产生的体积相匹敌。举例来说，500MW燃煤发电厂每年可产生约8百万吨CO2，或每天可产生约20,000吨CO2。典型海岸发电厂每天可循环约10亿加仑的海水，或每吨CO2约50,000加仑。50,000加仑的海水含有约800kg Ca2+和2,400kg Mg2+，或约3,200kg总二价阳离子。为形成1吨CaCO3，需要440kg CO2(或600kg HCO3 -)和400kg Ca2+。因此，海水含有如为将CO2捕集为1吨呈MgCO3或CaCO3形式的碳酸盐矿物质固体所需两倍多的Ca2+和六倍多的Mg2+。
在这些实施方案中，Ca2+的添加顺序可视相较于用作碳酸氢盐缓冲的水性介质的天然水中的环境Ca2+水平，在前端富含碳酸氢根的产物产生步骤中达成的碳酸氢根的浓度，以及CaCO3是优选沉淀抑或优选的是某一其它碳酸盐化合物(例如MgCO3、CaMg(CO3)2等)而变化。海水含有约410mg/L Ca2+和约1200mg/L Mg2+，而来自内陆盆地的典型地下水通常含有2000–40,000mg/L Ca2+和小于1000mg/L Mg2+。举例来说，如果CaMg(CO3)2、白云石或原白云石是优选碳酸盐矿物质，那么海水将为优选原料，并且可不需要添加含有Ca2+的‘硬水’。在CaCO3可为优选碳酸盐矿物质所处的内陆场所，含有高水平的Ca2+的‘硬水’可在形成富含碳酸氢根的溶液之后作为第二步骤引入。在富含碳酸氢根的产物用作发电厂的冷却剂的上述实施方案中，富含碳酸氢根的产物产生反应器可与发电厂或发电厂的组成部分共定位。
自例如如上所述的BRP沉淀固体碳酸盐组合物会导致产生包括沉淀的固体碳酸盐组合物以及自其产生沉淀的产物的剩余液体(即母液)两者的组合物。这个组合物可以沉淀和母液的浆液形式存在。
这个产物浆液可在它产生之后以某一方式处置。短语“处置”是指浆液或其一部分(例如其固体碳酸盐组合物部分)被放置在储存场所处或被用于在另一产品(即制造或人造物品)中进一步使用，其中它被“储存”在那个其它产品中至少持续那个其它产品的预期寿命。
在一些情况下，这个处置步骤包括将上述浆液组合物运送至长期储存场所。储存场所可为地上场所、地下场所或水下场所。在这些实施方案中，在将浆液放置在储存场所之后，浆液的母液组分可例如通过蒸发、扩散等来与沉淀自然分离。
当需要时，可使所得沉淀的产物(即固体碳酸盐组合物)与所得母液分离。可使用任何适宜方法来达成固体碳酸盐组合物的分离。举例来说，可通过干燥固体碳酸盐组合物以产生干燥的固体碳酸盐组合物来达成分离。目标干燥方案包括自母液过滤沉淀以产生滤液，接着对滤液进行空气干燥。当滤液被空气干燥时，空气干燥可根据需要在于-70至120℃的范围内的温度下。在一些情况下，干燥可包括将浆液放置在干燥场所(如尾矿池)，以及使沉淀的液体组分蒸发并留下所需干燥的产物。也关注的是冷冻干燥(即冻干)方案，其中冷冻固体碳酸盐组合物，降低周围压力，并且添加足够热量以使材料中的冷冻水直接自冷冻的沉淀相升华至气体中。另一目标干燥方案是喷雾干燥，其中通过将含有沉淀的液体馈送穿过热气体来干燥所述液体，例如其中将液体馈料泵送穿过喷雾器进入主干燥室中，并且热气体相对于喷雾器方向以并流或逆流形式穿过。
当使沉淀的产物与母液分离时，所得沉淀可以如下进一步阐述的多种不同方式加以处置。举例来说，沉淀可用作建筑材料的组分，如以下更详细所综述。或者，可将沉淀放置在长期储存场所(有时本领域中称为碳库)，其中所述场所可为地上场所、地下场所或水下(例如深水)场所。
在某些实施方案中，在随后使用之前以某一方式精制(即处理)产物碳酸盐组合物。精制可包括多种不同方案。在某些实施方案中，使产物经受机械精制，例如研磨，以获得具有所需物理性质(例如粒度等)的产物。在某些实施方案中，使沉淀例如作为补充性水泥材料，作为砂、砾石，作为骨料等与水硬性水泥组合。在某些实施方案中，可添加一种或多种组分至沉淀(例如其中沉淀待用作水泥)中以产生最终产物(例如混凝土或砂浆)，所述一种或多种组分例如一种或多种添加剂、砂、骨料、补充性水泥材料等。
在某些实施方案中，碳酸盐化合物用于产生骨料，例如如美国专利号7,914,685中所述，所述专利的公开内容以引用的方式并入本文。在某些实施方案中，碳酸盐化合物沉淀用作水硬性水泥的组分。术语“水硬性水泥”在它的常规意义上用于指代在与水组合之后凝结并硬化的组合物。通过组合本发明的水泥与水性流体产生的产物的凝结和硬化由产生在与水反应后自水泥形成的水合物所致，其中所述水合物基本上不溶于水。所述碳酸盐化合物组分水硬性水泥、它们的制造和使用方法包括但不限于美国专利号7,735,274中所述的那些；所述专利的公开内容以引用的方式并入本文。
也关注的是经受溶解至溶液中并沉淀出替代性材料的溶解沉淀水泥，如矫形磷酸钙水泥。溶解沉淀水泥是不进行水合，然而将采用溶液作为离子储库的水泥，所述储库介导被比作混凝土，并且可含有体积填充剂(如骨料和较精细骨料)的较低能态材料的重结晶。
也关注的是成形的建筑材料。本发明的成形的建筑材料可极大变化。就“成形”而言，其是指塑造(例如模制、浇铸、切割或另外产生)成人造结构确定的物理形状，即构型。成形的建筑材料不同于不具有确定和稳定形状，而是代之以顺应装盛它们的容器(例如袋或其它容器)的非晶建筑材料，例如颗粒(如粉末)组合物。说明性成形的建筑材料包括但不限于：砖；板；管；梁；盆；柱；干饰面内墙等。关于成形的建筑材料的其它实例和细节包括美国公开申请号US20110290156中所述的那些；所述申请的公开内容以引用的方式并入本文。
也关注的是包括本发明的产物作为组分的非水泥制造物品。本发明的非水泥制造物品可极大变化。就非水泥而言，其是指组合物不为水硬性水泥。因此，组合物不为当与如水的凝结流体组合时凝结以产生稳定产物的干燥的组合物。说明性组合物包括但不限于：纸产品；聚合产品；润滑剂；沥青产品；漆；个人护理产品，如化妆品、牙膏、除臭剂、肥皂和洗发精；人可摄取产品，包括液体与固体两者；农业产品，如土壤改良产品和动物饲料；等。关于非水泥制造物品的其它实例和细节包括美国专利号7,829,053中所述的那些；所述专利的公开内容以引用的方式并入本文。
在一些情况下，固体碳酸盐产物可用于反照率增强应用中。反照率，即反射系数，是指表面的漫反射性或反射力。它被定义为来自表面的反射辐射与在表面上的入射辐射的比率。反照率是无量纲分数，并且可表示为比率或百分比。反照率是在自零(对于完全黑色表面的无反射力而言)至1(对于白色表面的完全反射而言)的尺度上加以测量。尽管反照率取决于辐射的频率，但如本文所用，反照率是在不参照特定波长下给出，并且因此是指跨越可见光(即自约380至约740nm)的光谱的平均值。
当这些实施方案的方法是增强表面的反照率的方法时，在一些情况下，方法导致反照率增加(相较于适合对照，例如未经受本发明方法的相同表面的反照率)的量值是.05或更多，如0.1或更多，例如0.2或更多、0.3或更多、0.4或更多、0.5或更多、0.6或更多、0.7或更多、0.8或更多、0.9或更多，包括0.95或更多，包括多达1.0。因此，主题方法的方面包括使表面的反照率增加至0.1或更多，如0.2或更多，例如0.3或更多、0.4或更多、0.5或更多、0.6或更多、0.7或更多、0.8或更多、0.9或更多、0.95或更多，包括0.975或更多，并且多达约1.0。
方法的方面包括使目标表面与一定量的高度反射性微晶或非晶材料组合物缔合，所述组合物有效地使所述表面的反照率增强所需量，如以上所列的量。可使用任何适宜方案来使材料组合物与靶标表面缔合。因此，可通过将材料并入具有待改性的表面的物体的材料中来使材料组合物与靶标表面缔合。举例来说，当靶标表面是如屋顶瓷砖或混凝土混合物的建筑材料的表面时，可将材料组合物包括在材料的组合物中以便存在于物体的靶标表面上。或者，可例如通过用组合物涂布靶标表面来使材料组合物位于至少一部分靶标表面上。当用材料组合物涂布表面时，表面上的所得涂层的厚度可变化，并且在一些情况下，可在0.1mm至25mm，如2mm至20mm，并且包括5mm至10mm的范围内。作为高度反射性颜料用于漆和其它涂料(如光伏打太阳能电池板)中的应用也是所关注的。
可增强多种表面的反照率。目标表面包括人造物体和天然存在的物体的至少部分面向天空的表面。目标人造表面包括但不限于：道路、人行道、建筑物及其组成部分，例如屋顶及其组成部分(屋顶木瓦)和侧面、跑道和其它人造结构，例如墙、坝、纪念碑、装饰性物体等。天然存在的目标表面包括但不限于：例如如见于森林化区域与非森林化区域两者、非植被化地点中的植物表面、水(例如湖、大洋和海)表面等。
在反照率增强应用中使用本文所述的碳酸盐沉淀化合物以及由此产生的组合物的方法进一步描述于2013年3月15日提交的美国临时申请序列号61/793,661和2013年8月16日提交的美国临时申请序列号61/866,985中；所述申请的公开内容以引用的方式并入本文。
所得母液也可根据需要加以处理。举例来说，可使母液返回至碳酸氢盐缓冲的水性介质的来源(例如大洋)或另一地点。
以上方法可根据需要使用批式或连续处理方案来执行。举例来说，可采用批式方案，其中富含碳酸氢根的产物是在被配置来使含CO2的气体与水性介质在足以产生富含碳酸氢根的产物的条件下接触的第一反应器中产生。可接着使产物富含碳酸氢根的产物与阳离子源在被配置来例如通过使碳酸盐固体自富含碳酸氢根的产物沉淀来自富含碳酸氢根的产物产生碳酸盐固体的第二反应器中组合。这个类型的处理方案的一实例说明于图4中。在图4中，将自发电厂烟道烟囱获得的CO2和自大洋获得的水在足以产生富含碳酸氢根的产物的条件下组合于第一反应器中，所述产物可包括例如如上所述的LCP。接着使所得富含碳酸氢根的产物与二阶阳离子源(例如Ca2+来源)在第二反应器中组合以产生固体碳酸盐和纯CO2气体。接着根据需要将所得固体碳酸盐和CO2气体进一步例如用于建筑材料等中。
在不同于将富含碳酸氢根的产物分离至不同单独保存地点的一连续工艺中，可采用具有梯度的连续单向系统，其中上游或前端是CO2吸收地点(存在少许钙)，而下游或在后端处是化学计量的非晶碳酸钙(ACC)(意味着Ca:CO3比率是1:1)或其类似物，如非晶碳酸镁(AMC)或混悬原白云石形式，其中在形成凝聚液相之后将钙注射在连续的不时打断的注射过程的中间。这个方法的优点是它不需要不同静态分离方法，而代之以允许富含碳酸氢根的产物形成并由即刻吸收移除以维持用于使CO2吸收至溶液中以及产生新富含碳酸氢根的产物的热力学驱动力，并且继续向下游到达阳离子添加物触发固体碳酸盐组合物的化学计量相的核化所处的另一地点。通过形成第二相来自主体溶液移除碳酸氢根离子使得主体溶液中的碳酸根离子与碳酸氢根离子的比率保持较高，从而保持较高pH，此有利于用于达成CO2(气体)转变成CO2(溶解)的热力学驱动力。自CO2(溶解)向HCO3 -(溶解)的转变速率可通过催化剂，如例如如上所述的碳酸酐酶来加速。
效用
例如如上所述的本发明方法适用于隔离CO2，即CO2隔离。就“CO2隔离”而言，其是指自含CO2的气体(例如由工业工厂产生的气体废物流)移除或分离一定量的CO2，以使至少一部分CO2不再存在于它已自其移除的含CO2的气体中。本发明的CO2隔离性方法隔离CO2，并且在一些情况下，自一定量的CO2产生储存稳定CO2隔离性产物，以使自其产生产物的CO2接着被隔离在那个产物中。储存稳定CO2隔离性产物是将一定量的CO2合并成储存稳定形式(如地上储存或水下储存稳定形式)，以使CO2不再以气体形式存在于大气中或可作为大气中的气体获得的储存稳定组合物。因此，根据本发明方法隔离CO2导致防止CO2气体进入大气，并且允许以使CO2不变成大气的一部分的方式长期储存CO2。CO2隔离是在不添加碱度下，通过以下热力学有利的反应来达成。
因此，尽管未添加碱至系统中，但发生CO2隔离。在本发明的实施方案中，根据以上等式，CO2隔离是通过以下方式来发生：对于每消耗两个碳酸氢根离子而言，将1mol CO2隔离在矿物化碳酸盐中，但释放1mol CO2。这导致对于转化成碳酸氢根的每2mol CO2而言，通过隔离1mol CO2，并且析出另外1mol CO2来达成净移除CO2。尽管产生1mol产物CO2，但对于自初始含CO2的气体移除的每2mol CO2，1mol CO2被隔离，从而产生一种用以隔离CO2的可行并且成本高效的方式。尽管直接自碳酸氢根离子形成碳酸盐矿物质对于每2mol吸收的CO2而言直接产生1mol CO2，但这导致净隔离CO2而不需要外部碱度添加。这个结果是可能的，因为两个CO2分子可自气相吸收至溶解相中，并且形成在碳酸氢盐缓冲液中即刻解离成两个碳酸氢根离子的碳酸。此外，产物纯CO2可例如作为原料用于其它工艺中，或向回再循环至工艺的输入气体中。因此，本发明的方面包括自不纯起始材料产生纯化的CO2产物的方法。
系统
本发明的方面还包括用于例如通过实施如上所述的方法来自含CO2的气体移除CO2的系统，例如小规模装置、处理车间或工厂。本发明的系统可具有使得能够实施特定目标生产方法的任何构型。在一些实施方案中，本发明的系统包括：含CO2的气体的来源；水性介质的来源；和被配置来使所述含CO2的气体与所述水性介质在足以产生BRP的条件下接触的反应器。
任何适宜碳酸氢盐缓冲的水性介质来源都可包括在系统中。在某些实施方案中，所述来源包括具有水性介质的输入设备(如自大洋开始的管道或管路等)的结构。当水性介质是海水时，来源可为与海水成流体连通的输入设备，例如像其中所述输入设备是自大洋水至基于陆地的系统的管线或馈料管、或船的船体中的进口，例如其中系统是船的一部分，例如在基于大洋的系统中。
含CO2的气体源可变化。含CO2的气体源的实例包括但不限于将含CO2的气体引导至系统的一部分中，例如引导至被配置来产生例如包括LCP的富含碳酸氢根的产物的反应器中的管道、导管或管路。将水性介质来源和含CO2的气体源连接至被配置来使含CO2的气体与碳酸氢盐缓冲的水性介质在足以产生如上述富含碳酸氢根的产物的条件下接触的反应器。反应器可包括许多组件中的任一个，所述组件如温度调控器(例如被配置来将水加热至所需温度)、例如用于引入增强碳酸氢根产生的试剂的化学添加剂组件、机械搅拌和物理搅拌机构。反应器可包括如以上所述的介导CO2转化成碳酸氢根的催化剂。反应器也可包括允许监测一种或多种参数，如内部反应器压力、pH、金属离子浓度和pCO2的组件。
反应器还包括富含碳酸氢根的产物的输出输送工具。在一些实施方案中，输出输送工具可被配置来将富含碳酸氢根的组分运输至储存场所，如注射至地表下盐水储层、用于进行处置的尾矿池中或天然存在的水体(例如大洋、海、湖泊或河)中。在其它实施方案中，输出设备可将富含碳酸氢根的产物转移至包装站，例如用于放入容器中以及与水硬性水泥一起包装。或者，输出设备可将富含碳酸氢根的产物输送至可被配置来自富含碳酸氢根的产物产生固体碳酸盐组合物(即沉淀)的第二反应器。
在一些情况下，系统包括被配置来进一步处理富含碳酸氢根的产物，例如用以干燥产物来组合产物与一种或多种其它组分(例如水泥添加剂)以自富含碳酸氢根的产物产生固体碳酸盐组合物等的第二反应器。对于其中反应器被配置来产生碳酸盐产物的实施方案，所述反应器包括富含碳酸氢根的产物的输入设备、以及以足以导致固体碳酸盐化合物沉淀的方式将阳离子引入富含碳酸氢根的产物中的阳离子源(如以上所述)的输入设备。当需要时，这个反应器可可操作地与被配置来使沉淀的碳酸盐矿物质组合物与母液分离的的分离器联用，所述组合物和母液是在反应器中自富含碳酸氢根的产物产生。在某些实施方案中，分离器可通过机械方法来达成使沉淀的碳酸盐矿物质组合物与母液分离，例如其中通过以下方式来自沉淀排放大量过量水：靠重力或添加真空、机械挤压、自母液过滤沉淀以产生滤液、离心或重力沈降沉淀以及排放母液。系统也可包括洗涤站，在所述洗涤站中，来自分离器的大量脱水的沉淀被洗涤，例如以自沉淀移除盐和其它溶质，随后在干燥站进行干燥。在一些情况下，系统还包括用于干燥由碳酸盐矿物质沉淀站产生的沉淀的碳酸盐矿物质组合物的干燥站。视系统的特定干燥方案而定，干燥站可包括过滤元件、冷冻干燥结构、喷雾干燥结构等，如以上更充分所述。系统可包括自工业工厂开始的连接于干燥器的输送器(例如导管)，以使气体废物流(即工业工厂烟道气)可在干燥阶段中与湿润沉淀直接接触。所得干燥的沉淀可在精制站中经受进一步处理(例如研磨、碾磨)以获得所需物理性质。当沉淀用作建筑材料时，一种或多种组分可添加至沉淀中。
系统可还包括允许自以下中的一个或多个移除沉淀的出口输送器(例如输送带、浆液泵)：反应器、干燥站、洗涤站或精制站。沉淀反应的产物可以许多不同方式加以处置。沉淀可于可包括地上储存设施与地下储存设施两者的空输送载具(例如驳船、列车、车厢、卡车等)中被运输至长期储存场所。在其它实施方案中，沉淀可在水下地点加以处置。可采用用于将组合物运输向处置场所的任何适宜方案。在某些实施方案中，可采用管线或类似浆液输送结构，其中这些方法可包括主动泵送、重力介导流动等。
在某些实施方案中，系统还将包括用于自沉淀制备如水泥的建筑材料的站点。这个站点可被配置来自沉淀产生多种水泥、骨料或水泥材料，例如如美国专利号7,735,274中所述；所述申请的公开内容以引用的方式并入本文。
连续富含碳酸氢根的产物反应器
在产生例如如上所述的富含碳酸氢根的组合物时，二氧化碳(CO2)来源和水相可在足以产生所需BRP组合物的条件下组合在连续富含碳酸氢根的产物(BRP)反应器(其可为例如如下所述的单级反应器或多级反应器)中。
在一些情况下，将CO2源和水相以及其它所需组分(例如LCP促进剂、催化剂、稳定剂等)引入连续反应器(其可为例如如下所述的单级或多级)中，其中反应器条件足以自反应物产生BRP组合物。就“连续”反应器而言，其是指是单向，并且具有CO2来源、水相和LCP促进剂被引入其中的上游或前端以及自其获得BRP组合物的下游或后端的反应器。连续反应器可被视为具有梯度的反应器，其中上游或前端具有的BRP含量小于在下游或后端处的BRP含量。当反应器是连续反应器时，它不是批式反应器。因此，它不是包括单一容器的反应器，所述容器遍及所述容器内部的组合物达到稳态。
反应器条件(其在多级反应器中可自一级至下一级变化)足以自输入CO2、水相和LCP促进剂产生BRP组合物。可使用任何适宜方案来使含CO2气体与水相接触。举例来说，目标接触方案包括但不限于：直接接触方案，例如穿过一定体积的水性介质鼓泡气体；并流接触方案，即在单向流动的气相物流与液相物流之间接触；逆流方案，即在反向流动的气相物流与液相物流之间接触等。接触可通过使用如可适宜的注入器、鼓泡器、流体文丘里反应器、喷洒器、气体过滤器、喷雾器、塔板或填充塔反应器等来达成。当LCP促进剂不同于水相时，可使用任何适宜方案来使LCP促进剂与水相和CO2源组合。举例来说，单独来源的这些组分各自可被分别馈入反应器的上游位置中。或者，两种或更多种组分可在它们引入反应器中之前加以组合。举例来说，CO2源和水相可在它们引入反应器中之前加以组合。当水相是包括LCP促进剂的水相时，这些组分中的全部三个都将在它们引入反应器中之前已加以组合。
当需要时，可对反应器(或在多级反应器中，其至少一级)加压。就加压而言，其是指反应器(或至少其加压部分)内部的压力大于反应器所在地的大气压力。因此，在一些情况下，在压力下组合CO2源；水相；和液体凝聚相(LCP)促进剂。尽管反应器的加压位置处的压力可变化，但在一些情况下，压力是50psi或更高，如75psi或更高，包括100psi或更高，在一些情况下，在50至500psi，如75至250psi的范围内。反应器中的温度可变化，并且在一些情况下，在0至100℃，如20至80℃，并且包括40至70℃的范围内。在一些情况下，反应器的pH在8至9，如8至8.5，包括8.3至8.5的范围内。
当需要时，反应器可被配置来电力促进CO2隔离性物质，例如碳酸氢盐、碳酸盐等的产生和/或稳定化。举例来说，反应器可包括一种或多种被配置来自反应器移除H+，并且由此促进碳酸氢盐和/或碳酸盐形成的阴极结构。在使用所述反应器时，方法可包括以足以促进CO2隔离性物质的产生的方式自反应器的内含物电力移除H+。
当需要时，防垢剂可包括在反应器中例如以降低或抑制反应器和/或管路中的非故意性沉淀。可采用任何适宜防垢剂，其中所述试剂包括但不限于：除垢化学物质，例如天冬氨酸、聚天冬氨酸、谷氨酸、聚谷氨酸、丙烯酸、聚丙烯酸、盐酸或以上提及的化学物质的盐，即天冬氨酸盐等。在一些情况下，防垢剂也可充当如以上所述的LCP促进剂。
在一些情况下，方法的方面包括产生所需BRP组合物和非BRP组合物。就非BRP组合物而言，其是指由初始输入反应器中的组分合物，其中所述组分不存在于最终BRP组合物中。所述组分可变化，并且可为离子、水、溶质等。在所述实施方案中，反应器可被配置来基于一种或多种特征将反应器的组分分离成BRP和非BRP组合物，其中所述特征包括但不限于以下中的一个或多个：尺寸、电荷、粘度、密度、pH、溶质组成等。
在一些情况下，分离是使用选择性离子分离来达成。在一些实施方案中，用于方法中的反应器可包括被配置来促进一种或多种离子自反应器的第一区域选择性运输至反应器的第二区域的选择性离子分离器。以这个方式，选择性离子分离器可例如用于自在反应器中产生的BRP组合物分离非所要离子。
在一些实施方案中，选择性离子分离器是基于电荷的离子分离器，其基于电荷分离反应组分。举例来说，在一些实施方案中，选择性离子分离器包括接近反应器的外壁的内表面安置的带电荷的材料。带电荷的材料可携带正电荷或负电荷。在一些实施方案中，基于电荷的离子分离器携带朝向反应器的外壁吸引阴离子的正电荷。阴离子朝向反应器的外壁移动导致反应器的接近外壁的区域中的阴离子浓度增加，以及反应器的中心区域中的阴离子浓度相应降低。
在一些实施方案中，基于电荷的离子分离器包括携带排斥来自反应器的外壁的阴离子的负电荷的材料。阴离子朝向反应器的中心移动导致反应器的中心区域中的阴离子浓度增加，以及反应器的接近外壁的区域中的阴离子浓度相应降低。
多种适合材料中的任一个可用于基于电荷的离子分离器，所述材料包括但不限于离子交换材料，如离子交换树脂、沸石等。离子交换树脂的实例包括：包括例如磺酸基团的强酸性树脂，如聚苯乙烯磺酸钠或聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸)；包括例如羧酸基团的弱酸性树脂；包括例如季氨基，如三甲基铵基团的强碱性树脂；以及包括例如伯氨基、仲氨基和/或叔氨基的弱碱性树脂，如聚乙烯亚胺。
在一些实施方案中，基于电荷的离子分离器可安置在位于反应器内部，并且被配置来保持基于电荷的离子分离器的保持结构中或上。在一些实施方案中，保持结构位于反应器的外壁的内表面附近。在一些实施方案中，保持结构自反应器的外壁的内表面向反应器的中心延伸，并且具有限定反应器的外壁的内表面与保持结构的内壁的外表面之间的保持空间的内壁。在某些实施方案中，保持结构的内壁包括大孔材料层，例如像大孔直径膜，其允许流体和分子自由穿过所述膜，同时将基于电荷的离子分离器保持在保持空间中。在所述实施方案中，反应器的内含物可自由穿过保持结构的内壁以与基于电荷的离子分离器相互作用。在一些实施方案中，保持结构可与反应器分开，例如可为可放置在反应器内部的单独结构。在所述实施方案中，保持结构和反应器通常具有相同形状，并且保持结构的尺寸是如此以致保持结构可被放置在反应器内部。在一些实施方案中，保持结构可被放置在反应器内部，并且可可移动地连接于反应器。
在某些实施方案中，选择性离子分离器可为基于尺寸的离子分离器，其包括将反应器的内部部分划分成至少两个不同区域的物理结构。在使用时，基于尺寸的选择性离子分离器允许某一离子自反应器的第一区域(例如含有BRP组合物的区域)到达反应器的第二区域(例如含有反应的非BRP组合物或产物的区域)，同时防止其它离子和/或分子穿过膜。以这个方式，BRP组合物可与非所要的反应组分分离。
在一些实施方案中，基于尺寸的离子分离器包括允许在某一尺寸下的分子穿过，同时防止较大分子穿过的选择性膜。以这个方式，基于尺寸的离子分离器可用于将超过某一尺寸的分子选择性保留在反应器的所需区域中。在一些实施方案中，选择性膜包括尺寸在1微米直至约2微米、直至约3微米、直至约4微米、直至约5微米、直至约6微米、直至约7微米、直至约8微米、直至约9微米、或直至约10微米或更大的范围内的孔。在所述实施方案中，膜充当防止某一尺寸的分子穿过膜孔的简单尺寸排阻过滤器。
在一些实施方案中，选择性膜可包括尺寸在约1埃(Angstrom)直至约10埃、直至约20埃、直至约30埃、直至约40埃、直至约50埃、直至约60埃、直至约70埃、直至约80埃、直至约90埃、直至约100埃、直至约200埃、直至约300埃、直至约400埃、直至约500埃、直至约600埃、直至约700埃、直至约800埃、直至约900埃或更大的范围内的孔。在一些实施方案中，选择性膜包括具有尺寸在约5埃直至约6埃、直至约7埃、直至约8埃的范围内的孔的反渗透膜。所述膜通常不可为离子所渗透，但允许水分子穿过膜。
在一些实施方案中，选择性膜可包括具有尺寸在约1纳米直至约2纳米的范围内的孔的纳滤膜。所述膜可用于通过允许水分子穿过膜，并且保留Ca2+和Mg2+离子来使例如Ca2+和Mg2+离子与水分离。
在一些实施方案中，选择性膜可包括具有尺寸在约10纳米直至约20纳米、直至约30纳米、直至约40纳米、直至约50纳米、直至约60纳米、直至约70纳米、直至约80纳米、直至约90纳米、直至约100纳米、直至约125纳米、直至约150纳米、直至约175纳米、直至约200纳米或更大的范围内的孔的超滤膜。所述膜可用于通过将较大分子保留在膜的第一侧上，同时允许溶液穿过膜来使较大分子与溶液分离。
主题选择性膜可安置在任何适合支撑结构上。举例来说，在一些实施方案中，选择性膜可包括具有如上所述的所需孔尺寸的材料层，并且可安置在支撑结构(例如大孔支撑层)上，其中包含待由选择性膜分离的分子的溶液可自由穿过大孔支撑层。
如上所讨论，在一些实施方案中，基于尺寸的离子分离器可为将反应器的内部部分划分成至少两个不同区域的物理结构，其中各区域由基于尺寸的离子分离器(例如选择性膜)与另一区域分隔。在一些实施方案中，基于尺寸的离子分离器可安置在可安装在反应器内部的所需位置的柱筒组件上或中以将反应器划分成至少两个不同区域。举例来说，在一些实施方案中，基于尺寸的离子分离器可被配置来安装在反应器内部以将反应器的内部划分成至少两个由所述基于尺寸的离子分离器分隔的不同区域。
在一些实施方案中，可将反应前体引入划分的反应器的第一区域中，以使前体存在于基于尺寸的离子分离器的第一侧上。因为前体在反应器内部反应，所以基于尺寸的离子分离器可用于选择性分离各种反应组分。举例来说，在一些实施方案中，反应的非BRLCP组分可被选择性运输穿过或跨越基于尺寸的离子分离器，而BRLCP组分可保留在基于尺寸的离子分离器的第一侧上。
在一些实施方案中，基于尺寸的离子分离器可呈具有第一末端和第二末端的管样结构形式。管样结构可放置在反应器内部以使第一末端与反应器的第一末端上的孔口流体联通，并且第二末端与反应器的第二末端上的孔口流体联通。管样结构的壁包括基于尺寸的选择性离子分离器，如膜。管样结构的内部区域由管样结构的壁与反应器的其余内部部分分隔，并且形成过滤室。在一些实施方案中，可将反应前体直接引入管样结构的内部中，即引入过滤室中，在所述内部中，它们反应以形成BRP组合物。
在一些实施方案中，主题方法涉及基于电荷差异来分离BRP组合物与非BRP组合物。举例来说，BRP组合物中所需的BRP实体通常具有中性电荷，并且因此不与其它带电荷分子相互作用。相反，BRP组合物中不需要的实体可带电荷，其中所述实体可包括例如氯离子、钠离子、钾离子等。因此，基于电荷的分离技术可用于分离BRP组合物与非BRP组合物。
在一些实施方案中，BRP组合物与非BRP组合物的分离是通过使反应器的内含物与安置在反应器内的带电荷的材料(例如像离子交换树脂)接触来达成。在某些实施方案中，带电荷的材料被安置在如上所述的保持结构内。反应器内含物自由地移动至保持结构中，在所述保持结构中，它们接触带电荷的材料。在一些实施方案中，带电荷的材料携带正电荷，并且具有负电荷的非BRP组合物(如氯离子)与带电荷的材料缔合。这导致反应器的中心区域中的氯离子浓度降低。具有较小电荷的BRP组合物不与带电荷的材料缔合。由于带电荷的材料与非BRP组合物之间的选择性相互作用，反应器的中心区域中的非BRP组合物浓度降低，从而允许以较高纯度分离BRP组合物。
在一些实施方案中，主题方法涉及基于尺寸差异来分离BRP组合物与非BRP组合物。主题BRP组合物在尺寸方面通常大于非BRP组合物，并且因此可使用尺寸选择组件(如具有确定的孔尺寸的膜)加以分离。
在一些实施方案中，BRP组合物是在反应器的第一区域中的过滤室内形成。过滤室的壁包括具有确定的孔尺寸的膜。跨膜施加压差，并且BRP组合物的实体(例如图3中所示的二齿实体)具有的尺寸大于膜孔，并且因此不能穿过膜。相反，非BRP组合物的实体具有的尺寸小于膜孔，并且因此自由地穿过膜。由于跨膜压差，过滤室内的BRP组合物浓度增加，而过滤室内的非BRP实体浓度降低。以这个方式，BRP组合物可以较高纯度与非BRP组合物分离。
如上所提及，用于本发明方法中的反应器可为单级反应器或多级反应器。单级反应器的示意图显示于图5中。在图5中，将含CO2的气体流(例如烟道气)和水相(例如盐水)引入单级连续反应器的前端或上游端中。盐水还包括例如呈钙离子和镁离子形式的LCP促进剂。也存在反离子，例如氯离子。单级反应器被配置成包括外壁和内部管状尺寸分离(例如纳滤)膜的管。将反应器的内部例如加压至在100至250psi的范围内的压力。当反应器的内含物自前端或上游端到达后端或下游端时，在管状膜内部形成BRP组合物，而如钠离子和氯离子的非BRP实体穿过膜。接着使所需BRP组合物与非BRP实体分离。接着自反应器的后端或下游端获得BRP组合物。
在一些实施方案中，采用多级BRP反应器。就多级而言，其是指反应器包括两个或更多个不同分级，其中各下游分级与它的紧邻上游分级成流体连通。不同条件可存在于不同分级中。举例来说，不同分级可包括不同分离元件、不同催化剂、不同BRP促进剂、稳定剂等。在一些实施方案中，两个不同分级被配置来执行BRP产生反应的不同方面。举例来说，在一些实施方案中，第一反应器用于自反应前体形成BRP组合物和非BRP组合物，而第二反应器用于分离非BRP组合物与BRP组合物。在一些实施方案中，主题方法涉及通过多个反应器分级连续处理反应组分以增加BRP组合物的碳酸氢根含量，和/或以移除更大量的非BRP实体以使BRP组合物可以高碳酸氢根含量和/或高纯度加以分离。
图6提供在多级，并且具体来说两级反应器中执行的根据本发明的一实施方案的方法的示意图。在图6中，将含CO2的气体流(例如烟道气)和水相(例如盐水)引入两级连续反应器的第一级的前端或上游端中。盐水还包括例如呈钙离子和镁离子形式的LCP促进剂。也存在反离子，例如氯离子。反应器的第一级被配置成包括外壁和内部管状尺寸分离(例如纳滤)膜的管。将反应器的内部例如加压至在100至250psi的范围内的压力。当反应器的内含物自前端或上游端到达后端或下游端时，在管状膜内部形成第一BRP组合物，而如钠离子和氯离子的非BRP实体穿过膜。接着将第一BRP组合物与任选二阶阳离子(如Ca2+)一起引入反应器的第二级中。反应器的第二级也被配置成包括外壁和内部管状尺寸分离(例如超滤)膜的管。将反应器的内部例如加压至在100至250psi的范围内的压力。当反应器的第二级的内含物自反应器的第二级的前端或上游端到达后端或下游端时，在管状膜内部形成LCP小滴含量高于第一BRC组合物的第二BRP组合物，而如氢离子和氯离子的非BRP实体穿过膜。接着自反应器的第二级的后端或下游端获得所得第二BRP组合物。
图7提供根据本发明的实施方案的方法的图示，其中BRLCP产物组合物进一步用于产生如以上所述的碳酸盐矿物质产物，例如CO2隔离性碳酸盐矿物质。图7中的方法包括图6中说明的方法的所有步骤。如图7中所示，处理自反应器的第二级获得的最终BRP产物组合物以产生碳酸盐矿物质。在这个步骤中，使BRP的压力例如降低至在200至14.8，如30至14.8psi的范围内的值。在这样做时，碳酸钙自BRP组合物沉淀出。此外，产生纯CO2，其可被捕集，接着根据需要加以储存或使用。
图8提供根据本发明的一实施方案的三级反应器的示意图。如图8中所示，将含CO2的气体流(例如烟道气)和水相(例如盐水)在压力下引入三级连续反应器的第一级的前端或上游端中。第一级包括R.O.膜。第一级的滤液是低pH液体。滞留物是高pH盐水。接着使滞留物到达包括N.F.膜的第二级反应器，所述膜自输入液体选择性移除例如Na+、Cl-的离子以产生高pH富含Ca2+、碳酸氢根的具有LCP的水。接着使这个滞留物到达使LCP浓缩的第三级U.F.膜反应器。处理自反应器的第三级获得的最终浓缩的LCP以产生碳酸盐矿物质。
本发明的方面包括连续BRP产生反应器和包括所述反应器的系统。一系统是包括可操作地与一种或多种如以下更详细所述的其它功能组件(例如碳酸盐矿物质产生反应器等)联用的BRP产生反应器的装置。
目标BRP产生反应器是被配置来组合反应前体(包括例如CO2气体、水性介质和一种或多种液体凝聚相(LCP)促进剂)，并且使所述前体反应以产生BRP组合物的反应器。在某些实施方案中，主题BRP产生反应器被配置来以连续生产模式操作，以使反应器自反应前体连续产生BRP组合物。
主题BRP产生反应器可包括至少一种具有第一末端和第二末端的细长结构。细长结构可为中空的，并且包括限定反应器的于其中使反应前体组合和反应的内部区域的固体壁。结构的总体长度和宽度可视许多不同变量而变化，所述变量例如像所需BRP产生规模、所用反应前体的量和类型、待采用的特定操作条件等。在一些实施方案中，BRP产生反应器的长度在1至200ft，如20ft至80ft，并且包括27.1ft至31.0ft的范围内。当反应器是多级反应器时，各级的长度可变化，并且在一些情况下，在2ft至400ft，如10ft至200ft，并且包括54.2ft至62.0ft的范围内。BRP产生反应器的宽度(例如直径)也可变化，并且在一些实施方案中，在1in.至120in.，如3in.至60in，并且包括12in至24in.的范围内。当反应器是多级反应器时，各级的宽度可变化，并且在一些情况下，在2in.至240in.，如6in.至120in.，并且包括24in至48in.的范围内。因此，反应器的体积也可变化。在一些情况下，反应器的总体积在0.02ft3至125ft3，如1ft3至80ft3，并且包括10.9ft3至20.5ft3的范围内。当反应器是多级反应器时，各级的体积可变化，并且在一些情况下，在0.04ft3至250ft3，如2ft3至160ft3，并且包括21.8ft3至41.0ft3的范围内。
BRP产生反应器及其分级的横截面形状也可变化。在一些实施方案中，BRP产生反应器通常是圆柱形，并且具有圆形横截面形状。在其它实施方案中，主题反应器可包括其它横截面形状，包括例如椭圆形、正方形和/或矩形横截面形状。
主题反应器通常是由适于在反应器的操作期间含有BRP产生反应的刚性、非反应性材料构建。适合材料的实例包括但不限于金属和金属合金(例如不锈钢、低碳合金钢)、陶瓷、玻璃、聚合组分等。在一些实施方案中，主题反应器可由复合材料，例如像纤维强化聚合物、金属复合物、陶瓷复合物等构建。
主题BRP产生反应器可包括第一末端和第二末端。在一些实施方案中，第一末端被配置来接受各种反应前体，例如像含CO2的气体、水性介质和/或其它反应组分，例如像一种或多种LCP促进剂。因此，在一些实施方案中，第一末端可包括一个或多个可用于使一种或多种反应前体源与反应器的内部流体联通的孔口。举例来说，在一些实施方案中，反应器的第一末端可包括一个或多个可与包含反应前体的各种源容器(例如通过管道)联用的孔口。在一些实施方案中，反应器的第一末端可包括一个或多个可与气源(例如含CO2的气源)联用以使可将气体引入反应器中的的孔口。
在使用时，反应器的第一末端上的孔口可用于控制各种反应前体向反应器的内部的引入，并且因此可用于控制在反应器中进行的连续反应的总速率。举例来说，在一些实施方案中，反应器的第一末端可包括可被配置来控制引入反应器中的各反应前体的量，或可用于控制各反应前体引入反应器的内部的速率的各种控制元件(例如阀、计量装置等)。因此，可控制在反应器的第一末端的各反应前体的输入速率，并且因此可用于控制反应器内的反应动力学。
反应器的第二末端被配置来输出一种或多种反应产物，例如像BRP组合物和非BRP组合物。因此，在某些实施方案中，反应器的第二末端可包括一个或多个可用于自反应器移除一种或多种反应产物的孔口。举例来说，在一些实施方案中，反应器的第二末端可包括可用于自反应器的内部移除BRP组合物的孔口。在一些实施方案中，反应器的第二末端包括可用于自反应器的内部移除非BRP组合物的孔口。
如上关于反应器的第一末端所述，反应器的第二末端上的孔口可包括例如可用于控制自反应器移除指定量的给定反应产物，或控制自反应器移除给定反应产物的速率的控制元件。因此，可控制在反应器的第二末端的各反应产物的输出速率，并且因此可用于控制反应器内的反应动力学。在一些实施方案中，反应器的第二末端上的孔口可与例如一个或多个被配置来容纳反应产物的容器流体联通。
在一些实施方案中，自反应器的第二末端的不同区域移除不同反应产物。举例来说，在一些实施方案中，自反应器的第二末端的中心部分移除BRP组合物，而自反应器的第二末端的周边部分移除非BRP组合物。因此，在某些实施方案中，反应器的第二末端可包括位于反应器的第二末端的不同区域中以便移除这些不同反应组分的多个孔口。举例来说，在一些实施方案中，反应器的第二末端可包括一个或多个围绕反应器的第二末端的周边定位，并且用于自反应器移除非BRP组合物的孔口。反应器的第二末端也可包括一个或多个位于反应器的第二末端的中心处或附近，并且用于自反应器移除BRP组合物的孔口。反应器的第二末端上的孔口的空间定位和间隔有助于自反应器分别移除不同反应产物。
在一些实施方案中，BRP反应器包括被配置来促进一种或多种离子自反应器的第一区域选择性运输至反应器的第二区域的选择性离子分离器。以这个方式，选择性离子分离器可例如用于自在反应器中产生的BRP组合物分离非所要离子。
在一些实施方案中，选择性离子分离器是基于电荷的离子分离器，其基于电荷分离反应组分。举例来说，在一些实施方案中，选择性离子分离器包括接近反应器的外壁的内表面安置的带电荷的材料。带电荷的材料可携带正电荷或负电荷。在一些实施方案中，基于电荷的离子分离器携带朝向反应器的外壁吸引阴离子的正电荷。阴离子朝向反应器的外壁移动导致反应器的接近外壁的区域中的阴离子浓度增加，以及反应器的中心区域中的阴离子浓度相应降低。
在一些实施方案中，基于电荷的离子分离器包括携带排斥来自反应器的外壁的阴离子的负电荷的材料。阴离子朝向反应器的中心移动导致反应器的中心区域中的阴离子浓度增加，以及反应器的接近外壁的区域中的阴离子浓度相应降低。
多种适合材料中的任一个可用于基于电荷的离子分离器，所述材料包括但不限于离子交换材料，如离子交换树脂、沸石等。离子交换树脂的实例包括：包括例如磺酸基团的强酸性树脂，如聚苯乙烯磺酸钠或聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸)；包括例如羧酸基团的弱酸性树脂；包括例如季氨基，如三甲基铵基团的强碱性树脂；以及包括例如伯氨基、仲氨基和/或叔氨基的弱碱性树脂，如聚乙烯亚胺。
在一些实施方案中，基于电荷的离子分离器可安置在位于反应器内部，并且被配置来保持基于电荷的离子分离器的保持结构中或上。在一些实施方案中，保持结构位于反应器的外壁的内表面附近。在一些实施方案中，保持结构自反应器的外壁的内表面向反应器的中心延伸，并且具有限定反应器的外壁的内表面与保持结构的内壁的外表面之间的保持空间的内壁。在某些实施方案中，保持结构的内壁包括大孔材料层，例如像大孔直径膜，其允许流体和分子自由穿过所述膜，同时将基于电荷的离子分离器保持在保持空间中。在所述实施方案中，反应器的内含物可自由穿过保持结构的内壁以与基于电荷的离子分离器相互作用。保持结构可由多种适合材料中的任一个构建。适合材料的实例包括但不限于金属和金属合金(例如不锈钢、低碳合金钢)、陶瓷、玻璃、聚合组分等。
在一些实施方案中，保持结构可与反应器分开，例如可为可放置在反应器内部的单独结构。在所述实施方案中，保持结构和反应器通常具有相同形状，并且保持结构的尺寸是如此以致保持结构可被放置在反应器内部。在一些实施方案中，保持结构可被放置在反应器内部，并且可可移动地连接于反应器。
保持结构的尺寸可视许多不同变量而变化，所述变量例如像BRP产生规模、所用反应条件、反应器的操作模式(批式生产或连续生产)、所用基于电荷的离子分离器的类型等。因此，保持空间的横截面积与反应器的横截面积的比率可自约1:100至约1:50、至约1:25、至约1:20、至约1:15、至约1:10、至约1:5、至约1:4、至约1:3、至约1:2变化。
在某些实施方案中，选择性离子分离器可为基于尺寸的离子分离器，其包括将反应器的内部部分划分成至少两个不同区域的物理结构。在使用时，基于尺寸的选择性离子分离器允许某一离子自反应器的第一区域(例如含有BRP组合物的区域)到达反应器的第二区域(例如含有反应的非BRP组合物或产物的区域)，同时防止其它离子和/或分子穿过膜。以这个方式，BRP组合物可与非所要的反应组分分离。
在一些实施方案中，基于尺寸的离子分离器包括允许在某一尺寸下的分子穿过，同时防止较大分子穿过的选择性膜。以这个方式，基于尺寸的离子分离器可用于将超过某一尺寸的分子选择性保留在反应器的所需区域中。在一些实施方案中，选择性膜包括尺寸在1微米直至约2微米、直至约3微米、直至约4微米、直至约5微米、直至约6微米、直至约7微米、直至约8微米、直至约9微米、或直至约10微米或更大的范围内的孔。在所述实施方案中，膜充当防止某一尺寸的分子穿过膜孔的简单尺寸排阻过滤器。
在一些实施方案中，选择性膜可包括尺寸在约1埃(Angstrom)直至约10埃、直至约20埃、直至约30埃、直至约40埃、直至约50埃、直至约60埃、直至约70埃、直至约80埃、直至约90埃、直至约100埃、直至约200埃、直至约300埃、直至约400埃、直至约500埃、直至约600埃、直至约700埃、直至约800埃、直至约900埃或更大的范围内的孔。在所述实施方案中，膜运输不仅受膜孔的严格尺寸限度，而且也受其它运输现象控制，所述现象包括例如表面电荷的影响、双层形成、道南平衡(Donnan equilibrium)、带电荷的物质的相对移动性等。
在一些实施方案中，选择性膜可包括具有尺寸在约5埃直至约6埃、直至约7埃、直至约8埃的范围内的孔的反渗透膜。所述膜通常不可为离子所渗透，但允许水分子穿过膜。
在一些实施方案中，选择性膜可包括具有尺寸在约1纳米直至约2纳米的范围内的孔的纳滤膜。所述膜可用于通过允许水分子穿过膜，并且保留Ca2+和Mg2+离子来使例如Ca2+和Mg2+离子与水分离。
在一些实施方案中，选择性膜可包括具有尺寸在约10纳米直至约20纳米、直至约30纳米、直至约40纳米、直至约50纳米、直至约60纳米、直至约70纳米、直至约80纳米、直至约90纳米、直至约100纳米、直至约125纳米、直至约150纳米、直至约175纳米、直至约200纳米或更大的范围内的孔的超滤膜。所述膜可用于通过将较大分子保留在膜的第一侧上，同时允许溶液穿过膜来使较大分子与溶液分离。
主题选择性膜可安置在任何适合支撑结构上。举例来说，在一些实施方案中，选择性膜可包括具有如上所述的所需孔尺寸的材料层，并且可安置在支撑结构(例如大孔支撑层)上，其中包含待由选择性膜分离的分子的溶液可自由穿过大孔支撑层。
如上所讨论，在一些实施方案中，基于尺寸的离子分离器可为将反应器的内部部分划分成至少两个不同区域的物理结构，其中各区域由基于尺寸的离子分离器(例如选择性膜)与另一区域分隔。在一些实施方案中，基于尺寸的离子分离器可安置在可安装在反应器内部的所需位置的柱筒组件上或中以将反应器划分成至少两个不同区域。举例来说，在一些实施方案中，基于尺寸的离子分离器可被配置来安装在反应器内部以将反应器的内部划分成至少两个由所述基于尺寸的离子分离器分隔的不同区域。
在一些实施方案中，可将反应前体引入划分的反应器的第一区域中，以使前体存在于基于尺寸的离子分离器的第一侧上。因为前体在反应器内部反应，所以基于尺寸的离子分离器可用于选择性分离各种反应组分。举例来说，在一些实施方案中，反应的非BRP组分可被选择性运输穿过或跨越基于尺寸的离子分离器，而BRP组分可保留在基于尺寸的离子分离器的第一侧上。
在一些实施方案中，基于尺寸的离子分离器可呈具有第一末端和第二末端的管样结构形式。管样结构可放置在反应器内部以使第一末端与反应器的第一末端上的孔口流体联通，并且第二末端与反应器的第二末端上的孔口流体联通。管样结构的壁包括基于尺寸的选择性离子分离器，如膜。管样结构的内部区域由管样结构的壁与反应器的其余内部部分分隔，并且形成过滤室。在一些实施方案中，可将反应前体直接引入管样结构的内部中，即引入过滤室中，在所述内部中，它们反应以形成BRP组合物。
在一些实施方案中，反应器包括可用于对反应器的内部的至少一部分加压以使反应器的加压部分具有的压力大于反应器外部环境的压力的加压组件。反应器的操作压力范围可例如基于所需BRP产生规模和/或反应器的尺寸而变化，并且可通常在约50psi直至约75psi、直至约100psi、直至约125psi、直至约150psi、直至约175psi、直至约200psi、直至约225psi、直至约250psi，包括直至约500psi或更高的范围内。在一些实施方案中，反应器内部的压力可在约5atm直至约6atm、直至约7atm、直至约8atm、直至约9atm、直至约10atm、直至约11atm、直至约12atm、直至约13atm、直至约14atm、直至约15atm或更高的范围内。
在一些实施方案中，加压组件可用于跨越已放置在反应器内部的选择性离子分离器施加压力。举例来说，在一些实施方案中，包括膜的选择性离子分离器可放置在反应器内部以将反应器划分成至少两个不同区域，并且加压组件可用于跨膜施加压差。在一些实施方案中，例如像加压的含CO2 -的气体的加压气体可用于跨膜施加压差。
在一些实施方案中，BRP产生反应器可包括如上所述的多个分级(如例如如图6和7中说明的第一级和第二级)，其中个别反应器被串联连接，并且彼此成流体连通。在使用时，第一反应可在第一级中进行，并且可使第一反应的一种或多种产物到达反应器的随后分级以进行其它处理。在一些实施方案中，可在串联连接的各个别分级引入一种或多种反应前体物质。举例来说，可在各级的第一末端引入其它水性介质或LCP促进剂。因此，各级的反应产物可通过穿过多个个别反应器分级来进一步精制，例如以移除非BRP反应产物，或进一步使BRP反应产物反应以产生较高碳酸氢根产率。
在某些实施方案中，连接的分级各自可被配置来进行BRP产生反应的不同步骤。举例来说，在一些实施方案中，两个或更多个连接的分级可具有不同尺寸，和/或可包括不同组件，例如像不同离子分离器，如不同离子交换树脂和/或不同选择性膜，例如具有不同孔尺寸的膜。在一些实施方案中，两个或更多个连接的分级可为相同的。在某些实施方案中，两个或更多个分级可并联连接，并且各级的产物可接着馈入第三级中以进行其它处理。在所述实施方案中，各级可为相同的，或一个或多个分级可为不同的。多种适合分级组合中的任一个可用于产生主题BRP组合物。
可串联和/或并联连接的分级的数目可在2或更多直至3或更多、直至4或更多、直至5或更多、直至10或更多、直至20或更多、直至30或更多、直至40或更多、或直至50或更多的范围内。
目标反应器可根据需要包括许多其它组件。举例来说，BRP反应器可包括可用于控制BRP产生反应的各个方面的过程控制设备，例如像温度控制系统和/或pH控制系统。举例来说，在一些实施方案中，包括加热组件(例如像温度毯)、温度探针和包括温度控制器和处理器的温度控制自动化系统的温度控制系统可用于维持BRP产生反应器的内含物的温度在指定温度范围内。举例来说，在一些实施方案中，温度控制系统可用于维持BRP反应器的内含物在于35-40℃的范围内的温度下。在一些实施方案中，温度控制系统可用于使BRP反应器的内含物的温度自第一温度变换至第二温度。举例来说，在一些实施方案中，温度可维持在35-40℃下持续第一时期，接着变换至25-30℃的范围持续第二时期。在一些情况下，可包括离子选择性电极例如以提供监测盐浓度变化的能力。
在一些实施方案中，包括酸源和碱源、pH探针和包括pH控制器和处理器的pH控制自动化系统的pH控制系统可用于维持BRP产生反应器的内含物的pH在指定pH范围内。举例来说，在一些实施方案中，pH控制系统可用于维持BRP反应器的内含物在于8.0至9.0pH单位的范围内的pH下。在一些实施方案中，pH控制系统可用于使BRP反应器的内含物的pH自第一pH值变换至第二pH值。举例来说，在一些实施方案中，pH可维持在8.0至9.0pH单位下持续第一时期，接着变换至9.0至10.0pH单位的范围持续第二时期。
如上所概述，BRP反应器可为包括其它功能组件的系统的一部分。举例来说，BRP反应器可可操作地与例如如上所述的碳酸盐矿物质产生反应器联用。BRP反应器也可与CO2产生器，例如如以上所述的工业工厂联用。
其它系统特征
系统可存在于陆地或海上。举例来说，系统可为在沿海区域，例如靠近海水源，或甚至在内陆位置的基于陆地的系统，其中水是自盐水源(例如大洋)被管道输送至系统中。或者，系统可为基于水的系统，即存在于水上或水中的系统。所述系统可根据需要存在于船、基于大洋的平台等上。在某些实施方案中，系统可与工业工厂(例如发电厂)共定位在任何适宜位置。
以下实施例是通过说明而非限制的方式提供。
实验
I.用连续反应器产生富含碳酸氢根的产物
我们用CO2使自来水饱和，并且通过R.O.膜过滤器与NF膜过滤器两者来分离组分。自来水的主要组分用于这个测定中。据信离子的存在有助于在膜过滤过程期间保留HCO3 -以及自滞留物移除CO2。通过在膜过滤过程中使用离子溶液(即使此处使用的稀释溶液)，不利的酸中毒组分可自滞留物移除以产生具有更适用于CaCO3沉淀化学的碱度的产物。
我们分别使用AD海水R.O元件和An纳滤膜来进行分离。在膜过滤期间的温度在25℃与30℃之间。我们使用泵来测试400、600和800psiΔP跨膜压力。我们观察到在渗透物(穿过过滤器的物质)与滞留物(尽管存在过滤器，但在流动中保留的物质)之间产生大pH梯度。这显示溶液的酸性组分借助于R.O.和N.F.过滤器被自滞留物滤出以进入渗透物中。
图9提供R.O.反应器的示意图。如图9中所示，随着泵压力(ΔP)增加，滞留物始终并越发比渗透物更具碱性。若干并联和/或串联R.O.膜可用于增加滞留物的pH以有助于CO2隔离过程。对于各条件(400、600、800psi)，一式三份(n＝3)收集数据。
图10提供N.F.反应器的示意图。随着泵压力(ΔP)增加，滞留物始终并越发比渗透物更具碱性。关于移除滞留物的酸性组分，N.F.膜的表现不如R.O.膜，但由于它能够同时移除某些不合需要的离子，所以仍然可为极其具有帮助的。对于各条件(400、600、800psi)，一式三份收集数据。
图11提供在各种泵压力(ΔP)下，在膜过滤期间由渗透物自滞留物移除的质子的分数(以百分比计)，如通过pH和流速所计算。R.O.过滤器极其高效自溶液移除酸性组分，从而产生更适用于CaCO3沉淀的滞留物。NF膜过滤器在较小程度上是成功的，但同时有助于自我们的溶液移除非所要“旁观者离子”，如Na+和Cl-。自滞留物移除质子的效率随(ΔP)增加而增加，此是可根据需要加以采用的原则。误差棒的宽度是两个标准偏差，如在N＝3下所测量。
以上方案产生特征在于存在液体凝聚相(LCP)小滴的富含碳酸氢根的产物。LCP小滴富含Ca2+和碳酸氢根离子，从而产生LCP硬水特性。与用以处理硬水的策略类似的策略可用于操作LCP。添加或移除NaCl(水溶液)是一种可易于通过使用R.O.、NF和UF过滤器来达成的所述策略。添加NaCl也可用于向工艺水添加“软度”以操作LCP。可用于处理“硬水”LCP小滴的用于处理硬水的另一技术是添加添加剂，如聚合或蛋白质添加剂，例如聚天冬氨酸(参见Gower等以及其它文献)。这些添加剂包括聚氨基酸、糖、蛋白质、表面活性剂、胶束和脂质体。这些添加剂可带正电荷或带负电荷，它们可为亲水性的或疏水性的(或甚至两亲性的)。
II.BRP掺合物
实施例A：自高早期强度(C型、E型)超增塑性(A型、F型)商业掺合物制备CO2隔离性水泥添加剂
CO2隔离性水泥添加剂A1是用主要由聚羧酸盐(15-40wt％)、硫氰酸钠(15-40wt％)、N,N,N’,N’-四(2-羟乙基)乙二胺(5-10wt％)、三乙醇胺(1-5wt％)和水组成的商业掺合物制备。浓缩的掺合物用水性介质稀释至适当体积(例如0.02L掺合物于1.0L水中)以获得适合于产生可凝结水泥组合物的推荐的稀释液。接着将含CO2 -的气体溶解入溶液中以形成BRLCP组分，其中溶液中溶解的无机碳(DIC)的量是用UIC CM150系列碳分析器定量。数据概述于图12和表1中。对于这个实施例，相较于未用含CO2 -的气体处理的A1对照，在用含CO2 -的气体处理后，A1显示DIC增加650％。
在形成BRLCP组分之后，可使CO2隔离性水泥添加剂与适量水泥组合以产生可凝结水泥组合物(例如每100kg水泥0.3-1.0L A1)。
实施例B：自减水加速剂(C型、E型)商业掺合物制备CO2隔离性水泥添加剂
CO2隔离性水泥添加剂A2是用主要由硝酸钙(15-40w％)、硫氰酸钠(10-30wt％)、二乙醇胺(10-30wt％)、三乙醇胺(3-7wt％)和水组成的商业掺合物制备。浓缩的掺合物用水性介质稀释至适当体积(例如0.06L掺合物于1.0L水中)以获得适合于产生可凝结水泥组合物的推荐的稀释液。接着将含CO2-的气体溶解入溶液中以形成BRLCP组分，其中溶液中的DIC的量是用UIC CM150系列碳分析器定量。数据概述于图12和表1中。对于这个实施例，相较于未用含CO2-的气体处理的A2对照，在用含CO2-的气体处理后，A2显示DIC增加2,670％。与以BRLCP形式隔离CO2的CO2隔离性水泥添加剂A1相反，CO2隔离性水泥添加剂A2以固体物质形式隔离CO2或它的至少一部分。也参见以下实施例D。
表1：
实施例C：使用CO2隔离性水泥添加剂制备砂浆立方体
砂浆立方体是通过以0.138份的比率(例如每kg砂浆0.138L A1)混合砂浆与CO2隔离性水泥添加剂以试图遵循ASTM C109标准来制备。对照立方体是在与砂浆混合之前，在混合尚未暴露于含CO2 -的气体的水下制备。对在这个实施例中制备的一系列砂浆立方体的3天和7天强度测试显示于图13中。对于各组立方体，通过与CO2隔离性水泥添加剂混合制备的立方体显示3天、7天测试与28天测试两者的压缩强度均较高。如可在结果中所见，较高压缩强度是用包括CO2隔离性组分的掺合物达成。
实施例D：自CO2隔离性水泥添加剂的溶液制备固体碳酸盐材料
固体碳酸盐材料是由添加含CO2-的气体至商业掺合物的浓缩均质溶液中制备，所述掺合物主要由硝酸钙(15-40w％)、硫氰酸钠(10-30wt％)、二乙醇胺(10-30wt％)、三乙醇胺(3-7wt％)和水组成(例如实施例B中所述的CO2隔离性水泥添加剂A2)。
在添加含CO2-的气体之前，掺合物溶液的pH是10.5。含CO2-的气体是以连续喷发形式在压力小于200psi(小于14atm)下添加以形成BRLCP组分(例如如实施例B中)，以使溶液的pH变为pH 9.2(在一次喷发之后)、pH 8.3(在两次喷发之后)和pH 4.9(在大于三次喷发之后)，从而导致相伴形成稠密浆液。
通过倾析去除剩余液体掺合物来自稠密浆液分离固体物质。固体物质用水冲洗多次，在各次冲洗之后倾析去除液体，并且放置在烘箱中以进行干燥。
两个测试确认干燥的分离固体实际上是碳酸钙：(i)添加1.2M盐酸至固体物质中导致剧烈起泡以及(ii)X射线衍射(XRD)分析指示固体物质是方解石，其图样显示于图14中。
实施例E：制备包含MDEA和L-精氨酸的CO2隔离性水泥添加剂
CO2隔离性水泥添加剂是通过组合1wt％MDEA和4wt％L-精氨酸来制备。这些组分占CO2隔离性水泥添加剂的5wt％，并且能够在溶液中并入1.38wt％CO2。CO2隔离性水泥添加剂是使用溶解于适当体积的水性介质(例如水)中以产生最终体积36加仑的这些组分产生。接着将含CO2-的气体溶解入溶液中。溶解的CO2与MDEA和L-精氨酸反应以形成BRLCP组分，并且1.38wt％CO2被并入BRLCP组分中。在形成BRLCP组分之后，可使CO2隔离性水泥添加剂与适量水泥组合以产生可凝结水泥组合物。当一加仑这个CO2隔离性水泥添加剂与适量水泥和另一凝结流体(例如35加仑水)组合以产生一码可凝结水泥组合物时，所述可凝结水泥组合物隔离0.12lb CO2。当36加仑这个CO2隔离性水泥添加剂与适量水泥组合以产生一码可凝结水泥组合物时，所述可凝结水泥组合物隔离4.17lb CO2。这个CO2隔离性水泥添加剂的组成概述于表2中。
表2：
实施例F：制备包含TEOA、L-精氨酸和氯化胆碱的CO2隔离性水泥添加剂
CO2隔离性水泥添加剂是通过组合8wt％三乙醇胺(TEOA)、12wt％L-精氨酸和5wt％氯化胆碱来制备。这些组分占CO2隔离性水泥添加剂的25wt％，并且能够在溶液中并入6.97wt％CO2。CO2隔离性水泥添加剂是使用溶解于适当体积的水性介质(例如水)中以产生最终体积36加仑的这些组分产生。接着将含CO2-的气体溶解入溶液中。溶解的CO2与TEOA、L-精氨酸和氯化胆碱反应以形成BRLCP组分，并且6.97wt％CO2被并入BRLCP组分中。在形成BRLCP组分之后，可使CO2隔离性水泥添加剂与适量水泥组合以产生可凝结水泥组合物。当一加仑这个CO2隔离性水泥添加剂与适量水泥和另一凝结流体(例如35加仑水)组合以产生一码可凝结水泥组合物时，所述可凝结水泥组合物隔离0.59lb CO2。当36加仑这个CO2隔离性水泥添加剂与适量水泥组合以产生一码可凝结水泥组合物时，所述可凝结水泥组合物隔离21.1lb CO2。这个CO2隔离性水泥添加剂的组成概述于表3中。
表3：
实施例G：制备包含DEA、TEOA和L-精氨酸的CO2隔离性水泥添加剂
CO2隔离性水泥添加剂是通过组合7wt％三乙醇胺(TEOA)、8wt％L-精氨酸和10wt％二乙醇胺(DEA)来制备。这些组分占CO2隔离性水泥添加剂的25wt％，并且能够在溶液中并入6.18wt％CO2。CO2隔离性水泥添加剂是使用溶解于适当体积的水性介质(例如水)中以产生最终体积36加仑的这些组分产生。接着将含CO2-的气体溶解入溶液中。溶解的CO2与TEOA、L-精氨酸和DEA反应以形成BRLCP组分，并且6.18wt％CO2被并入BRLCP组分中。在形成BRLCP组分之后，可使CO2隔离性水泥添加剂与适量水泥组合以产生可凝结水泥组合物。当一加仑这个CO2隔离性水泥添加剂与适量水泥和另一凝结流体(例如35加仑水)组合以产生一码可凝结水泥组合物时，所述可凝结水泥组合物隔离0.52lb CO2。当36加仑这个CO2隔离性水泥添加剂与适量水泥组合以产生一码可凝结水泥组合物时，所述可凝结水泥组合物隔离18.7lb CO2。这个CO2隔离性水泥添加剂的组成概述于表4中。
表4：
实施例H：制备包含THEED、Tysol SM、TEOA乙酸盐和氯化胆碱的CO2隔离性水泥添加剂
CO2隔离性水泥添加剂是通过组合5wt％THEED、10wt％Tysol SM、30wt％TEOA乙酸盐和30wt％氯化胆碱来制备。这些组分占CO2隔离性水泥添加剂的75wt％，并且能够在溶液中并入18.4wt％CO2。CO2隔离性水泥添加剂是使用溶解于适当体积的水性介质(例如水)中以产生最终体积36加仑的这些组分产生。接着将含CO2-的气体溶解入溶液中。溶解的CO2与THEED、Tysol SM、TEOA和氯化胆碱反应以形成BRLCP组分。由于CO2与叔胺之间的反应较慢的性质，将溶液储存介于2至5天之间、介于1至7周之间、或介于2至4个月之间的范围内的一段时期以使溶解的CO2与水反应，随后与胺反应以形成BRLCP组分。
在形成BRLCP组分之后，可使CO2隔离性水泥添加剂与适量水泥组合以产生可凝结水泥组合物。当一加仑这个CO2隔离性水泥添加剂与适量水泥和另一凝结流体(例如35加仑水)组合以产生一码可凝结水泥组合物时，所述可凝结水泥组合物隔离1.54lb CO2。当36加仑这个CO2隔离性水泥添加剂与适量水泥组合以产生一码可凝结水泥组合物时，所述可凝结水泥组合物隔离55.6lb CO2。这个CO2隔离性水泥添加剂的组成概述于表5中。
表5：
实施例I：制备包含MDEA、氯化胆碱和氯化铵以及稻壳灰的CO2隔离性水泥添加剂
CO2隔离性水泥添加剂是通过组合10wt％MDEA、10wt％氯化胆碱和5wt％氯化铵来制备。这些组分占CO2隔离性水泥添加剂的25wt％，并且能够在溶液中并入10.9wt％CO2。将稻壳灰(即一种主要由呈非结晶形式的纯二氧化硅组成的火山灰)混悬于溶液中以向混合物提供热稳定化。CO2隔离性水泥添加剂是使用溶解于适当体积的水性介质(例如水)中以产生最终体积36加仑的这些组分产生。接着将含CO2-的气体溶解入溶液中。溶解的CO2与MDEA、氯化胆碱和氯化铵反应以形成BRLCP组分，并且10.9wt％CO2被并入BRLCP组分中。在形成BRLCP组分之后，可使CO2隔离性水泥添加剂与适量水泥组合以产生可凝结水泥组合物。当一加仑这个CO2隔离性水泥添加剂与适量水泥和另一凝结流体(例如35加仑水)组合以产生一码可凝结水泥组合物时，所述可凝结水泥组合物隔离0.92lb CO2。当36加仑这个CO2隔离性水泥添加剂与适量水泥组合以产生一码可凝结水泥组合物时，所述可凝结水泥组合物隔离33.1lb CO2。这个CO2隔离性水泥添加剂的组成概述于表6中。
表6：
尽管以上系统已就组成部分而言加以描述，但系统可被配置来进行批式或连续反应，例如如上在方法章节中所述。举例来说，系统可被配置来执行方法的批式反应实施方案，例如其中在第一反应器中产生富含碳酸氢根的产物，接着在第二反应器中经受沉淀条件。或者，系统可被配置以执行方法的连续实施方案，例如其中在单一反应器的第一部分中产生富含碳酸氢根的产物，接着在如以上所述的同一反应器的第二部分中经受沉淀条件。
实施例III.
作为0.2mM CaCl2，并且含有4毫当量碱度的模拟的盐水溶液用其中存在CO2的模拟的烟道气充气以达成饱和。此时，饱和的盐水溶液的pH是pH 5.30。在400psi压力下使溶液穿过反渗透(R.O.)过滤器元件多次以自溶液移除酸性组分。在两次和四次穿过之后，使用NS500纳米粒子追踪分析器分析溶液以检测所得富含碳酸氢根的产物(BRP)中液体凝聚相(LCP)小滴的存在性。在两次穿过之后，溶液pH已升高至数值6.8，并且检测到LCP小滴。测量小滴的尺寸和小滴的ζ电位，并且结果分别显示于图15A和图15B中。数值与关于用NaHCO3盐制备的LCP小滴的尺寸和ζ电位获得的数值一致。在使溶液穿过R.O.单元四次之后，溶液的pH增加至数值7.3，并且CaCl2和HCO3 -得以浓缩，此导致形成结晶物质，基于观察到的散射特性，所述结晶物质是固体CaCO3。
尽管具有随附权利要求，但本公开也由以下条款限定：
1.一种自含CO2的气体移除二氧化碳(CO2)的方法，所述方法包括：
使所述气体与水性介质在足以产生富含碳酸氢根的产物的条件下接触；
以自所述含CO2的气体移除CO2。
2.如条款1所述的方法，其中所述水性介质是碳酸氢盐缓冲的水性介质。
3.如条款2所述的方法，其中所述碳酸氢盐缓冲的水性介质具有在8至10的范围内的pH。
4.如条款1、2或3所述的方法，其中与碳酸氢盐缓冲的水性介质接触的所述含CO2的气体的pCO2是104Pa或更高。
5.如前述条款中任一项所述的方法，其中所述富含碳酸氢根的产物包括含液体凝聚相(LCP)的小滴的主体液体。
6.如前述条款中任一项所述的方法，其中使所述含CO2的气体与所述水性介质在介导CO2转化成碳酸氢根的催化剂存在下接触。
7.如条款6所述的方法，其中所述催化剂是酶。
8.如条款7所述的方法，其中所述酶是碳酸酐酶。
9.如条款6所述的方法，其中所述催化剂是合成催化剂。
10.如条款6所述的方法，其中所述催化剂是金属胶体粒子催化剂。
11.如前述条款中任一项所述的方法，其中使所述含CO2的气体与所述水性介质在二氧化硅源存在下接触。
12.如前述条款中任一项所述的方法，其中使所述含CO2的气体与所述水性介质在LCP促进剂存在下接触。
13.如前述条款中任一项所述的方法，其还包括在足以产生固体碳酸盐组合物的条件下组合所述富含碳酸氢根的产物或其组分与阳离子源。
14.如条款13所述的方法，其中所述阳离子源是二价阳离子源。
15.如条款14所述的方法，其中所述二价阳离子是碱土金属阳离子。
16.如条款15所述的方法，其中所述二价碱土金属阳离子选自Ca2+和Mg2+及其组合。
17.如条款13至16中任一项所述的方法，其中所述固体碳酸盐组合物是在不使用碱度源下产生。
18.如条款13至17中任一项所述的方法，其中所述方法还包括自所述固体碳酸盐组合物产生商品。
19.如条款18所述的方法，其中所述商品是建筑材料。
20.如条款19所述的方法，其中所述建筑材料是骨料。
21.如条款19所述的方法，其中所述建筑材料是水泥或补充性水泥材料。
22.如条款1至12中任一项所述的方法，其中所述方法包括在产生之后储存所述富含碳酸氢根的产物一段时期。
23.如条款1至12中任一项所述的方法，其中所述方法包括组合所述富含碳酸氢根的产物与水硬性水泥。
24.如条款1至12中任一项所述的方法，其中所述方法包括组合所述富含碳酸氢根的产物与化学掺合物。
25.如条款5至24中任一项所述的方法，其中所述LCP小滴中的碳酸氢根阴离子的浓度是10,000ppm或更高。
26.如条款5至25中任一项所述的方法，其中所述LCP小滴中的碳酸氢根阴离子与碳酸根阴离子的摩尔比是10或更大比1。
27.如前述条款中任一项所述的方法，其中所述反应是连续反应。
28.如前述条款中任一项所述的方法，其中所述反应是批式反应。
29.如前述条款中任一项所述的方法，其中所述方法是隔离CO2的方法。
30.如前述条款中任一项所述的方法，其中所述方法对于自气体流移除的每2摩尔CO2，产生1摩尔纯化的CO2以将稀烟道气转化成浓缩的接近纯净的CO2物流。
31.如前述条款中任一项所述的方法，其中所述含CO2的气体是自工业工厂获得。
32.一种用于自含CO2的气体移除CO2的系统，所述系统包括：
所述含CO2气体的源；
水性介质源；和
被配置来使所述含CO2的气体与所述水性介质在足以产生富含碳酸氢根的产物的条件下接触的反应器。
33.如条款32所述的系统，其中所述反应器包括介导CO2转化成碳酸氢根的催化剂。
34.如条款32至33中任一项所述的系统，其中所述含CO2的气体的所述源是工业工厂。
35.如条款34所述的系统，其中所述含CO2的气体的所述源是烟道气。
36.如条款35所述的系统，其中所述工业工厂是发电厂、水泥厂或模块化燃气发动机(或你想要称为瓦锡兰(Wartsila)发动机的任何发动机)。
37.如条款32至36中任一项所述的系统，其中所述水性介质是地下水、海水或盐水。
38.如条款32至37中任一项所述的系统，其中所述系统被配置来自所述富含碳酸氢根的产物产生固体碳酸盐组合物。
39.如条款32至38中任一项所述的系统，其中所述系统不包括碱度源。
40.如条款32至39中任一项所述的系统，其中所述系统是与工业工厂共定位。
41.一种产生富含碳酸氢根的产物(BRP)的方法，所述方法包括：
在足以产生BRP的条件下组合：
二氧化碳(CO2)源；
水相；和
液体凝聚相(LCP)促进剂；
于连续BRP产生反应器中；以及
自所述BRLCP产生反应器获得所述BRP组合物。
42.如条款41所述的方法，其中所述LCP促进剂包括LCP促进性阳离子。
43.如条款42所述的方法，其中所述LCP促进性阳离子包括二价碱土金属阳离子。
44.如条款43所述的方法，其中所述二价碱土金属阳离子选自Ca2+和Mg2+及其组合。
45.如条款41至44中任一项所述的方法，其中所述LCP促进剂还包括反阴离子。
46.如条款41至45中任一项所述的方法，其中所述BRP产生反应器被配置来输出BRP组合物和非BRP组合物。
47.如条款46所述的方法，其中所述BRP组合物包含所述LCP促进性阳离子，而所述非BRP组合物包含所述反阴离子。
48.如条款45至47中任一项所述的方法，其中所述反阴离子是Cl-。
49.如条款45至48中任一项所述的方法，其中所述BRP产生反应器被配置来自所述BRP组合物选择性分离所述反阴离子。
50.如条款49所述的方法，其中所述BRP产生反应器被配置来自所述BRP组合物电分离所述反阴离子。
51.如条款49所述的方法，其中所述BRP产生反应器被配置来自所述BRP组合物尺寸分离所述反阴离子。
52.如条款51所述的方法，其中所述BRP产生反应器包括所述反阴离子可穿过的选择性膜。
53.如条款52所述的方法，其中所述膜是尺寸选择性膜。
54.如前述条款中任一项所述的方法，其中在压力下组合所述二氧化碳(CO2)源；所述水相；和所述液体凝聚相(LCP)促进剂。
55.如条款52所述的方法，其中在于50至1000psi的范围内的压力下组合所述二氧化碳(CO2)源；所述水相；和所述液体凝聚相(LCP)促进剂。
56.如条款41至55中任一项所述的方法，其中所述BRP反应器是单级反应器。
57.如条款41至55中任一项所述的方法，其中所述BRLCP反应器是包括至少第一级和第二级的多级反应器。
58.如条款57所述的方法，其中所述第一级和所述第二级中的工艺条件是不同的。
59.如条款41至58中任一项所述的方法，其中所述BRP包含基本上很少(如果有的话)氯离子。
60.如条款41至59中任一项所述的方法，其中所述反应器包括被配置来自所述反应器的内含物移除H+的阴极。
61.一种连续富含碳酸氢根的产物(BRP)反应器，所述反应器包括：
第一末端和第二末端，其中所述第一末端被配置来接收：
二氧化碳(CO2)源；
水相；和
液体凝聚相(LCP)促进剂；并且
所述第二末端被配置来输出BRP组合物。
62.如条款61所述的反应器，其中所述反应器包括被配置来使BRP组合物与非BRP组合物分离的分离器。
63.如条款62所述的反应器，其中所述分离器包括基于尺寸的分离器。
64.如条款63所述的反应器，其中所述基于尺寸的分离器包括膜。
65.如条款64所述的反应器，其中所述膜是纳滤膜。
66.如条款64所述的反应器，其中所述膜是超滤膜。
67.如条款61至66中任一项所述的反应器，其中所述反应器是单级反应器。
68.如条款61至66中任一项所述的反应器，其中所述反应器是多级反应器。
69.如条款61至68中任一项所述的反应器，其中所述反应器包括管状外壳和内部管状膜。
70.一种系统，其包括可操作地与CO2源联用的如条款61至69中任一项所述的反应器。
71.如条款70所述的系统，其中所述CO2源包括工业工厂。
72.如条款70或71中任一项所述的系统，其中所述反应器可操作地与碳酸盐沉淀反应器联用。
73.一种产生水泥组合物的方法，所述方法包括以足以产生水泥组合物的方式组合：
水泥组分；和
富含碳酸氢根的产物(BRP)。
74.如条款73所述的方法，其中所述BRP是根据如条款1至31以及41至60中任一项所述的方法产生的组合物。
75.如条款73至74中任一项所述的方法，其中所述碳酸氢盐添加剂是液体。
76.如条款73至75中任一项所述的方法，其中所述水泥是水硬性水泥。
77.如条款76所述的方法，其中所述水硬性水泥是波特兰水泥。
78.如任何条款73至77所述的方法，其中所述可凝结水泥组合物还包含骨料。
79.如任何条款73至77所述的方法，其中所述可凝结水泥组合物还包含非碳酸氢盐添加剂。
80.如条款79所述的方法，其中所述非碳酸氢盐添加剂是选自以下的化学掺合物：减水性添加剂；空气夹带性添加剂；凝结控制性添加剂；阻滞性添加剂；加速性添加剂；可加工性添加剂；腐蚀抑制性添加剂；收缩降低性添加剂；可渗透性调节性添加剂；冷天气水泥添加剂；水下水泥添加剂；及其组合。
81.如条款80所述的方法，其中在与所述水泥组分组合之前使所述化学掺合物与所述BRP组合。
82.如条款73至81中任一项所述的方法，其中所述水泥组合物还包含飞灰、矿渣和/或火山灰组分中的一个或多个。
83.一种水泥组合物，其是根据如条款73至82中任一项所述的方法产生。
84.一种制造结构的方法，所述方法包括：
使如条款83所述的可凝结水泥组合物定位在某一地点；以及
使所述可凝结水泥组合物在所述地点凝结成固体产物。
85.一种液体CO2隔离性碳酸氢盐添加剂。
86.一种固体碳酸氢盐添加剂，其是通过自如条款85所述的液体碳酸氢盐添加剂分离水来产生。
87.一种产生CO2隔离性水泥添加剂组合物的方法，所述方法包括：
以足以产生所述CO2隔离性水泥添加剂组合物的方式组合化学掺合物和CO2源。
88.一种套件，其包括：
水泥；和
富含碳酸氢根的产物(BRP)。
89.如条款88所述的套件，其中所述BRP是根据如条款1至31以及41至60中任一项所述的方法产生的组合物。
90.如条款88或89所述的套件，其中所述套件还包括化学掺合物。
91.如条款90所述的套件，其中所述化学掺合物是在所述套件中与所述BRP组合。
92.一种碳酸氢盐液体，其具有10或更小的δ18O(SMOW)值。
93.一种碳酸氢盐液体，其具有负性δ13C(PDB)值。
尽管前述本发明已出于理解明晰性的目的通过说明和举例方式较详细地加以描述，但易于为本领域普通技术人员鉴于本发明的教义显而易知的是可在不脱离随附权利要求的精神或范围下对本发明进行某些变化和修改。
因此，先前所述仅说明本发明的原理。应了解本领域技术人员将能够设计尽管未在本文中明确描述或显示，但体现本发明的原理，并且包括在本发明的精神和范围内的各种布置。此外，本文叙述的所有实例和条件性措辞都主要意图帮助读者理解本发明的原理和由发明者为增进本领域所贡献的概念，并且将被解释为不限于所述明确叙述的实例和条件。此外，本文叙述本发明的原理、方面和实施方案以及其具体实例的所有陈述都意图涵盖其结构等效物与功能等效物两者。另外，意图所述等效物包括当前已知的等效物与未来开发的等效物(即开发的执行相同功能的与结构无关的任何要素)两者。因此，本发明的范围不意图限于本文所示和所述的示例性实施方案。更确切而言，本发明的范围和精神是通过随附权利要求来体现。

Claims (12)

1.一种自含CO2的气体移除二氧化碳(CO2)的方法，所述方法包括：
使所述气体与碳酸氢盐缓冲的水性介质接触以产生富含碳酸氢根的产物；和
组合所述富含碳酸氢根的产物或其组分与阳离子源以产生固体碳酸盐组合物，而不使用其它碱度源；
以自所述含CO2的气体移除CO2，其中所述方法对于自气体流移除的每2摩尔CO2，产生1摩尔纯化的CO2；
其中所述富含碳酸氢根的产物包括含液体凝聚相小滴的主体液体。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述水性介质具有在8至10的范围内的pH。
3.如权利要求1所述的方法，其中使所述含CO2的气体与所述水性介质在介导CO2转化成碳酸氢根的催化剂存在下接触。
4.如权利要求1所述的方法，其中使所述含CO2的气体与所述水性介质在液体凝聚相促进剂存在下接触。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述阳离子源是二价阳离子源。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述二价阳离子是碱土金属阳离子。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述二价碱土金属阳离子选自Ca2+和Mg2+及其组合。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述液体凝聚相小滴中的碳酸氢根阴离子的浓度是10,000ppm或更高。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述液体凝聚相小滴中的碳酸氢根阴离子与碳酸根阴离子的摩尔比是10或更大比1。
10.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述反应是连续反应。
11.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述方法是隔离CO2的方法。
12.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述水性介质包含胺。
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