JP2010099626A - 二酸化炭素の還元，固定装置、および還元，固定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】第１に、二酸化炭素を確実に還元，固定化処理できると共に、第２に、しかもこれが簡単容易に、効率的に実現でき、第３に、有用物質への合成，活用も可能な、二酸化炭素の還元，固定装置および還元，固定方法を、提案する。
【解決手段】本発明の二酸化炭素の還元，固定装置１、および還元，固定方法では、酸性雰囲気へのｐＨ調整と、鉄（Ｆｅ），２価の鉄イオン（Ｆｅ^２＋），３価の鉄イオン（Ｆｅ^３＋）等の添加や生成により、発生期の原子状水素等、電子（ｅ⁻）とプロトン（Ｈ^＋）の組み合わせに基づき、二酸化炭素（ＣＯ_２）を、少なくとも蟻酸（Ｈ-ＣＯＯＨ）、その他の有用物質に還元，固定化する。そしてこのような還元，固定化処理が行われる処理槽２と、処理槽２に付設された二酸化炭素水溶液の供給手段３と、酸性雰囲気へのｐＨ調整手段４と、鉄粉や２価の鉄イオン等の添加手段５と、後処理槽６等を、備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、二酸化炭素の還元，固定装置、および還元，固定方法に関する。すなわち二酸化炭素を、鉄，２価の鉄イオン，３価の鉄イオン等を用いて還元，固定化処理する、装置および方法に関するものである。

二酸化炭素は周知のごとく、炭素，炭素化合物，有機化合物の燃焼の他、生物の呼吸，腐敗を含むあらゆる酸化反応により発生するが、最近は地球温暖化要因とされ、グローバル問題化している。
すなわち二酸化炭素は、元々、空気中に約０．０３６％程度存在しているが、石油，石炭等の化石燃料の消費に伴い近年急増しつつあり、温室効果ガス，地球温暖化ガスとして、その対策が急務とされている。
このような二酸化炭素については、その排出規制対策が、目下各種検討，研究され、開発，実施されている。

これに対し、このような二酸化炭素の排出規制対策ではなく、二酸化炭素の固定化技術，有効利用技術に関しては、まだ検討，研究段階に留まっている。
すなわち、工場その他で大量発生して排出される二酸化炭素を、化学的，物理的方法で効率的に固定化処理したり、更に有用物質へと合成，活用する技術に関しては、経済性の観点からも種々検討，研究されている。しかしながら、その大規模処理用，大容量処理用の技術は、まだ開発，実施段階には達していない。
この種の二酸化炭素の固定化技術としては、例えば次の特許文献１に示したものが、挙げられるに過ぎない。
特開２００６−１５０２３２号公報

《本発明について》
本発明の二酸化炭素の還元，固定装置、および還元，固定方法は、このような実情に鑑み、上記従来例の課題を解決すべくなされたものである。
そして本発明は、第１に、二酸化炭素を確実に還元，固定化処理できると共に、第２に、しかもこれが簡単容易に、効率的に実現でき、第３に、有用物質への合成，活用も可能な、二酸化炭素の還元，固定装置および還元，固定方法を、提案することを目的とする。

《各請求項について》
このような課題を解決する本発明の許請求の範囲記載の技術的手段は、次のとおりである。まず、請求項１，２は、本発明の第１発明に関する。
請求項１については、次のとおり。請求項１の二酸化炭素の還元，固定装置は、二酸化炭素の鉄による還元，固定装置であって、処理槽に、供給手段，ｐＨ調整手段，添加手段が、付設されている。
そして該供給手段は、該処理槽に二酸化炭素の水溶液を供給する。該ｐＨ調整手段は、ｐＨ調整剤を添加して、該水溶液を酸性雰囲気とする。該添加手段は、該処理槽の酸性雰囲気下の該水溶液に鉄粉を添加し、もって該鉄粉が、２価の鉄イオンとして溶解すると共に、電子を放出すること、を特徴とする。
請求項２については、次のとおり。請求項２の二酸化炭素の還元，固定方法は、二酸化炭素の鉄による還元，固定方法であって、まず、酸性雰囲気下で二酸化炭素の水溶液に鉄粉を添加し、もって該鉄粉が、２価の鉄イオンとして溶解すると共に、電子を放出する。
そして該二酸化炭素は、該電子および水中のプロトンと反応して、少なくとも蟻酸に還元，固定されること、を特徴とする。

次に、請求項３，４，５は、本発明の第２発明に関する。
請求項３については、次のとおり。請求項３の二酸化炭素の還元，固定装置は、二酸化炭素の２価の鉄イオンによる還元，固定装置であって、処理槽に、供給手段，ｐＨ調整手段，添加手段が、付設されている。
そして該供給手段は、該処理槽に二酸化炭素の水溶液を供給する。該ｐＨ調整手段は、ｐＨ調整剤を添加して、該水溶液を酸性雰囲気とする。該添加手段は、該処理槽の酸性雰囲気下の該水溶液に、２価の鉄イオンを添加し、もって該２価の鉄イオンが、３価の鉄イオンとして溶解すると共に、電子を放出すること、を特徴とする。
請求項４については、次のとおり。請求項４の二酸化炭素の還元，固定方法は、二酸化炭素の２価の鉄イオンによる還元，固定方法であって、まず、酸性雰囲気下で二酸化炭素の水溶液に２価の鉄イオンを添加し、もって該２価の鉄イオンが、３価の鉄イオンとして溶解すると共に、電子を放出する。
そして該二酸化炭素は、該電子および水中のプロトンと反応して、少なくとも蟻酸に還元，固定されること、を特徴とする。
請求項５については、次のとおり。請求項５の二酸化炭素の還元，固定方法では、請求項４において、その排液中に含有された３価の鉄イオンは、アルカリ雰囲気下において、水酸化イオンから電子を引き抜いて、２価の鉄イオンに還元されること、を特徴とする。

次に、請求項６，７，８は、本発明の第３発明に関する。
請求項６については、次のとおり。請求項６の二酸化炭素の還元，固定装置は、二酸化炭素の３価の鉄イオンよる還元，固定装置であって、処理槽に、供給手段，ｐＨ調整手段，添加手段が、付設されている。
そして該供給手段は、該処理槽に二酸化炭素の水溶液を供給する。該ｐＨ調整手段は、ｐＨ調整剤を添加して、該水溶液を酸性雰囲気とする。該添加手段は、該処理槽の酸性雰囲気下の該水溶液に、３価の鉄イオンおよびＯＨラジカルを生成すべく添加し、もって該ＯＨラジカルが、水を酸化して発生期の原子状水素を生成すること、を特徴とする。
請求項７については、次のとおり。請求項７の二酸化炭素の還元，固定方法は、二酸化炭素の３価の鉄イオンによる還元，固定方法であって、まず、酸性雰囲気下で二酸化炭素の水溶液について、３価の鉄イオンとＯＨラジカルを生成せしめ、もって該ＯＨラジカルが、水を酸化して発生期の原子状水素を生成する。
そして該二酸化炭素は、該３価の鉄イオンおよび発生期の原子状水素と反応して、少なくとも蟻酸に還元，固定されること、を特徴とする。
請求項８については、次のとおり。請求項８の二酸化炭素の還元，固定方法では、請求項６において、その排液中に含有された３価の鉄イオンは、アルカリ雰囲気下において、水酸化イオンから電子を引き抜いて、２価の鉄イオンに還元されること、を特徴とする。

《作用等について》
本発明は、このような手段よりなるので、次のようになる。
（１）この還元，固定装置では、処理槽に供給手段，ｐＨ調整手段，添加手段等が、付設されており、この還元，固定方法では、これらが使用される。
（２）そしてまず、供給手段の原水槽に、水が導入されると共に二酸化炭素が注入され、もって二酸化炭素の水溶液が、原水として形成される。
（３）この原水は、ｐＨ調整手段にて酸性や弱酸性とされる。
（４）それから原水は、処理槽に供給され、ｐＨ調整手段にて酸性や弱酸性を維持される。
（５）そして第１発明では、添加手段から鉄粉が添加されて、２価の鉄イオンとして溶解すると共に、電子を放出する。二酸化炭素は、この電子および水中のプロトンと反応して、少なくとも蟻酸に還元，固定される。
（６）第２発明では、添加手段から２価の鉄イオンが添加されて、３価の鉄イオンとして溶解すると共に、電子を放出する。二酸化炭素は、この電子および水中のプロトンと反応して、少なくとも蟻酸に還元，固定される。
（７）第３発明では、添加手段にて３価の鉄イオンとＯＨラジカルが生成せしめられ、もって発生期の原子状水素が生成される。二酸化炭素は、３価の鉄イオンおよび発生期の原子状水素と反応して、少なくとも蟻酸に還元，固定される。
（８）蟻酸は、ホルムアルデヒド，メタノール，メタン等へと、順次還元，合成されて行く可能性がある。
（９）さて、第１発明，第２発明，第３発明の還元，固定装置、および還元，固定方法では、二酸化炭素が、このようにして蟻酸，その他の有機高分子化合物として、固定化される。
（１０）更に、処理槽から排出された処理水中の３価の鉄イオンは、ｐＨ調整手段にてアルカリ過多にすることにより、２価の鉄イオンに還元される。
（１１）そして、この還元，固定装置や還元，固定は、比較的簡単な構成により、二酸化炭素を容易かつ安定的に、還元，固定化可能である。
（１２）さてそこで、本発明の二酸化炭素の還元，固定装置、および還元，固定方法は、次の効果を発揮する。

《第１の効果》
第１に、二酸化炭素を確実に還元，固定化可能である。すなわち、本発明の第１発明，第２発明，第３発明に係る二酸化炭素の還元，固定装置、および還元，固定方法では、地球温暖化の原因とされる二酸化炭素を、鉄，２価の鉄イオン，３価の鉄イオン等を用いて、還元等により蟻酸，その他の有機高分子化合物として、固定化することができる。
この種従来例の排出規制対策とは異なり、固定化そして有効利用への道が開ける。

《第２の効果》
第２に、しかもこれは、簡単容易に効率的に実現される。すなわち、本発明の第１発明，第２発明，第３発明に係る二酸化炭素の還元，固定装置、および還元，固定方法では、酸性雰囲気へのｐＨ調整と、自然界に大量に存在する鉄，２価の鉄イオン，３価の鉄イオン等の添加や生成により、発生期の原子状水素等、電子とプロトンの組み合わせに基づき、二酸化炭素を還元，固定化可能である。
つまり、簡単な構成により、容易かつ安定的に還元，固定化可能である。もって、イニシャルコストやランニングコスト等のコスト面に優れており、二酸化炭素の大規模処理，大容量処理へのスケールアップへの道も開ける。

《第３の効果》
第３に、更に有用物質への合成，活用も、可能である。すなわち、本発明の第１発明，第２発明，第３発明に係る二酸化炭素の還元，固定装置、および還元，固定方法によると、二酸化炭素を、蟻酸，ホルムアルデヒド，メタノール，メタン等へと、固定可能である。二酸化炭素は、蟻酸，その他の工業的に有用な高分子有機化合物へと合成される。
又、この還元，固定装置を、二酸化炭素が大量発生する工場施設内に設置することにより、産廃処置費用も削減される。
更に、本発明の第２発明，第３発明において、その排液中に含まれた３価の鉄イオンは、アルカリ雰囲気へのｐＨ調整により、２価の鉄イオンへと還元可能である。
このようにして３価の鉄イオンを、２価の鉄イオンの原料として容易にリサイクル再生可能であり、２価の鉄イオンの原料として一般的に用いられている硫酸第一鉄７水和物等を、節約可能となる。例えば、本発明の第２発明の原料や、いわゆるフェントン法の原料となる２価の鉄イオンを、容易に得ることができ、工業的利用価値は大きい。
このように、この種従来例に存した課題がすべて解決される等、本発明の発揮する効果は、顕著にして大なるものがある。

《図面について》
以下、本発明の二酸化炭素の還元，固定装置、および還元，固定方法を、図面に示した発明を実施するための最良の形態に基づいて、詳細に説明する。
図１は、本発明を実施するための最良の形態の説明に供し、構成フロー図である。なお、この図１は、過酸化水素と鉄塩にてＯＨラジカルを生成して、対象物質を酸化，分解するいわゆるフェントン法において使用される図面であるが、この明細書では、同図面を利用して本発明を説明する。

《還元，固定装置１の概要》
本発明の第１発明，第２発明，第３発明に係る二酸化炭素の還元，固定装置１、および還元，固定方法では、二酸化炭素（ＣＯ_２）を還元，固定化する。すなわち、酸性雰囲気へのｐＨ調整と、鉄，２価の鉄イオン，３価の鉄イオン等の添加や生成とにより、発生期の原子状水素等の電子とプロトンの組み合わせに基づき、還元，固定化処理する。
周知の通り二酸化炭素は、石油，石炭等の化石燃料の消費に伴い、工場その他で大量発生するが、大気中から濃縮採取されるケースもあるが、何れにしても本発明では、蟻酸（Ｈ-ＣＯＯＨ），その他の高分子化合物に合成，固定化される。
そして、本発明の第１発明，第２発明，第３発明の還元，固定装置１は、いずれも、処理槽２と、処理槽２に付設された供給手段３，ｐＨ調整手段４，添加手段５，後処理槽６等を、備えている。
以下、このような第１発明，第２発明，第３発明について、更に詳述する。

《供給手段３について》
まず、供給手段３について説明する。本発明に係る二酸化炭素の還元，固定装置１および還元，固定方法は、第１発明，第２発明，第３発明共通に、供給手段３を備えている。
そして、図示例の供給手段３は、原水槽７を備えている。原水槽７には多くの場合、常時連続的に水供給部８から水が、溶媒として導入されると共に、二酸化炭素注入部９から二酸化炭素が、媒質として注入され、もって二酸化炭素の水溶液が、原水１０として形成される。炭酸イオン水ではなく炭酸ガス入りの水つまり炭酸水が、原水１０として形成される。
二酸化炭素注入部９からの注入は、気体である二酸化炭素の溶解度を上げるべく、なるべく低温かつ高圧（ヘンリーの法則）の分圧のもとで行われる。つまり、常温以下であると共に、１気圧又は１気圧以上の加圧状態のもとで行われる。
それから、図示の供給手段３では、二酸化炭素溶存水である原水１０が、原水槽７からｐＨ調整槽１１を経由して、処理槽２へと供給される。
ｐＨ調整槽１１では、付設されたｐＨ調整手段４から、ｐＨ調整剤が添加される。ｐＨ調整手段４は、原水槽７から処理槽２に供給される途中のｐＨ調整槽１１の原水１０に対し、ｐＨ調整剤を添加して、二酸化炭素溶存水２を所定の弱酸性にｐＨ調整してから、処理槽２に供給する。すなわち、この原水１０は例えばｐＨ６以上であることが多いので、これを例えばｐＨ３〜ｐＨ５程度に調整すべく、ｐＨ調整剤として硫酸等の酸ｐＨ調整剤が添加される。
なお、このようにｐＨ調整槽１１が途中に介装されるのは、例えば、二酸化炭素の大規模処理，大容量処理，連続処理，高濃度処理等を行う場合である。これに対しｐＨ調整槽１１を使用せず、原水槽７において代用的，兼用的に、上述したｐＨ調整を実施することも可能である。更に、原水槽７，ｐＨ調整槽１１を共に使用せず、処理槽２のみで、原水１０の生成や事前のｐＨ調整を行うことも可能である。
供給手段３は、このようになっている。

《第１発明：鉄粉の添加について》
次に、第１発明について説明する。
本発明の第１発明の還元，固定装置１は、二酸化炭素の鉄による還元，固定装置１であり、処理槽２に、供給手段３，ｐＨ調整手段４，添加手段５が、付設されている。
供給手段３は、処理槽２に二酸化炭素の水溶液を、原水１０として供給する。ｐＨ調整手段４は、ｐＨ調整剤を添加して、原水１０を所定酸性雰囲気とする。添加手段５は、処理槽２の酸性雰囲気下の原水１０に鉄粉を添加し、もって鉄粉が、２価の鉄イオンとして溶解すると共に、電子を放出する。
又、第１発明の還元，固定方法は、二酸化炭素の鉄による還元，固定方法であって、まず、酸性雰囲気下で二酸化炭素の水溶液である原水１０に、鉄粉を添加し、もって鉄粉が、２価の鉄イオンとして溶解すると共に、電子を放出する。
そして二酸化炭素は、この電子および水中のプロトンと反応して、少なくとも蟻酸に還元，固定される。

このような第１発明の反応等について、更に詳述する。まず、酸性雰囲気下の原水１０に鉄粉（Ｆｅ）を投入すると、下記化１の反応式により、２価の鉄イオン（Ｆｅ^２＋）として溶解して、電子（ｅ⁻）が放出される。
そして、原水１０中に溶存している二酸化炭素が、飽和等で過多であるという前提条件のもとにおいては、次のとおり。すなわち、化１の反応式で水中に放出された電子は、水中の溶存酸素（Ｏ_２）より還元し易い二酸化炭素を、下記化２の反応式により、酸性雰囲気下で多量に存在するプロトン（Ｈ^＋）と共に捉えて還元し、もって蟻酸（Ｈ-ＣＯＯＨ）を合成する。
これに対し、上記前提条件が満たされないと仮定した場合は、次のようになる。すなわち、下記化１の反応式で水中に放出された電子は、水中の溶存酸素を、下記化３の反応式により還元し、もって水酸化イオン（ＯＨ⁻）を生成して、酸性レベルを下げることになる。化２の反応式の可能性は、低下する。

ところで、処理槽２の原水１０つまり二酸化炭素の水溶液は、ｐＨ調整手段４により、例えばｐＨ３〜４程度の酸性に維持されている。
すなわち、処理槽２へ供給される供給手段３の原水槽７の原水１０は、水供給部８からの水がｐＨ６以上であることが多いので、前述したようにｐＨ調整槽１１において、又は処理槽２において、ｐＨ調整手段４から例えば硫酸等が添加され、もって例えばｐＨ３〜４程度に調整される。
これに対し、処理槽２において、例えば２価の鉄イオンが生成されたり添加されると、そのままでは原水１０のｐＨが過度に低下し酸性度が過度に上がるので、その場合には、ｐＨ調整手段４から例えばカセイソーダ（ＮａＯＨ）が添加され、もって例えばｐＨ３〜４程度に調整される。
第１発明については、以上のとおり。

《第２発明：２価の鉄イオンの添加について》
次に、第２発明について説明する。
本発明の第２発明の還元，固定装置１は、二酸化炭素の２価の鉄イオンによる還元，固定装置１であり、処理槽２に、供給手段３，ｐＨ調整手段４，添加手段５が、付設されている。
供給手段３は、処理槽２に二酸化炭素の水溶液を、原水１０として供給する。ｐＨ調整手段４は、ｐＨ調整剤を添加して、原水１０を所定酸性雰囲気とする。添加手段５は、処理槽２の酸性雰囲気下の原水１０に、２価の鉄イオンを添加し、もって２価の鉄イオンが、３価の鉄イオンとして溶解すると共に、電子を放出する。
又、第２発明の還元，固定方法は、二酸化炭素の２価の鉄イオンによる還元，固定方法であって、まず、酸性雰囲気下で二酸化炭素の水溶液である原水１０に、２価の鉄イオンを添加し、もって２価の鉄イオンが、３価の鉄イオンとして溶解すると共に、電子を放出する。
そして二酸化炭素は、この電子および水中のプロトンと反応して、少なくとも蟻酸に還元，固定される。

このような発明の反応等について、更に詳述する。まず、弱酸性雰囲気下の原水１０に対し、硫酸第一鉄７水和物（ＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ）その他の鉄塩を用いて、２価の鉄イオン（Ｆｅ^２＋）を投入すると、下記化４の反応式により、３価の鉄イオン（Ｆｅ^３＋）として溶解して、電子（ｅ⁻）が放出される。酸性雰囲気下では、化学平衡の法則により、水酸化イオン（ＯＨ⁻）を増加させる方向へ反応が進むため、２価の鉄イオンを添加すると、３価の鉄イオンに酸化される。
そして、原水１０中に溶存している二酸化炭素が、飽和等で過多であるという前提条件のもとにおいては、次のとおり。すなわち、化４の反応式で水中に放出された電子は、水中の溶存酸素（Ｏ_２）より還元し易い二酸化炭素を、下記化５の反応式により、酸性雰囲気下で多量に存在するプロトン（Ｈ^＋）と共に捉えて還元し、もって蟻酸（Ｈ-ＣＯＯＨ）を合成する。
これに対し、上記前提条件が満たされないと仮定した場合は、次のようになる。すなわち、下記化４の反応式で水中に放出された電子は、水中の溶存酸素を、下記化６の反応式により還元し、もって水酸化イオン（ＯＨ⁻）を生成して、酸性レベルを下げることになる。化５の反応式の可能性は、低下する。

なお第１に、処理槽２の原水１０つまり二酸化炭素の水溶液は、ｐＨ調整手段４により、例えばｐＨ５程度の弱酸性に維持されている。ｐＨ調整手段４による酸性維持については、第１発明において前述した所に準じる。
なお第２に、添加手段５は、上述した例では、２価の鉄イオン添加のため、鉄塩を処理槽２の原水１０に投入していたが（上記化４の反応式の原料側を参照）、これらによらず、第１発明において鉄粉投入により得られる２価の鉄イオンを、利用するようにしてもよい（前記化１の反応式を参照）。
第２発明については、以上のとおり。

《第３発明：３価の鉄イオン等の生成について》
次に、第３発明について説明する。
本発明の第３発明の還元，固定装置１は、二酸化炭素の３価の鉄イオンよる還元，固定装置１であり、処理槽２に、供給手段３，ｐＨ調整手段４，添加手段５が、付設されている。
供給手段３は、処理槽２に二酸化炭素の水溶液を、原水１０として供給する。ｐＨ調整手段４は、ｐＨ調整剤を添加して、原水１０を酸性雰囲気とする。添加手段５は、処理槽２の酸性雰囲気下の原水１０に、３価の鉄イオンおよびＯＨラジカルを生成すべく添加し、もってＯＨラジカルが、水を酸化して発生期の原子状水素を生成する。
又、第３発明の還元，固定方法は、二酸化炭素の３価の鉄イオンによる還元，固定方法であって、まず、酸性雰囲気下で二酸化炭素の水溶液である原水１０について、３価の鉄イオンとＯＨラジカルを生成せしめ、もってＯＨラジカルが、水を酸化して発生期の原子状水素を生成する。
そして二酸化炭素は、この３価の鉄イオンおよび発生期の原子状水素と反応して、少なくとも蟻酸に還元，固定される。

このような第３発明の反応等について、更に詳述する。まず、二酸化炭素の水溶液である原水１０について、３価の鉄イオンとＯＨラジカルそして発生期の原子状水素とが、共存して生成せしめられる。
すなわち図示例では、酸性雰囲気下の原水１０に対し、過酸化水素添加手段１２から過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）が添加されると共に、添加手段５から硫酸第一鉄７水和物（ＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ）その他の鉄塩を用いて、２価の鉄イオン（Ｆｅ^２＋）が添加される。
もって、下記化７の反応式により、水酸化イオン（ＯＨ⁻），ＯＨラジカル（・ＯＨ），３価の鉄イオン（Ｆｅ^３＋）等が、生成される。
このように生成されたＯＨラジカルつまりヒドロキシカル（・ＯＨ）は、極めて強力な酸化力（電子奪収力）を備えており、下記化８の反応式により、原水１０の溶媒である水を、水素原子（Ｈ^＋）を引き抜いて酸化する。そして、自身は水に帰すると共に、酸化物として酸素分子（Ｏ_２）を生成，遊離しつつ、発生期の原子状水素（Ｈ^＋＋ｅ⁻）（水素ラジカルとも称される）を、生成する。

なお第１に、処理槽２の原水１０つまり二酸化炭素の水溶液は、ｐＨ調整手段４により、弱酸性や酸性に維持されているので、過酸化水素が水と酸素に分解，消費されてしまうことは抑制されると共に、ＯＨラジカルの生成反応が促進される。
なお第２に、上述した例では、３価の鉄イオン生成のため、過酸化水素と２価の鉄イオンを処理槽２の原水１０に添加していたが（上記化７の反応式を参照）、これによらず、第２発明において生成された３価の鉄イオンを、利用するようにしてもよい（前記化４の反応式を参照）。
なお第３に、上述した例では、ＯＨラジカルの生成は、上記化７の反応式によったが、更に、この反応式によらずとも、ＯＨラジカルの生成は可能である。例えば次の反応によって、付随的，副次的，連鎖的なＯＨラジカルの生成が考えられる。すなわち、化７の反応式で生成された水酸化イオンが３価の鉄イオンで酸化されることや、生成されたＯＨラジカルが水と反応することや、３価の鉄イオンが過酸化水素と反応することによっても、生成される。
第３発明では、このように３価の鉄イオンと発生期の原子状水素とが、生成される。

《第３発明：二酸化炭素の還元等について》
第３発明では、上述したように、二酸化炭素の水溶液である原水１０について、３価の鉄イオンと発生期の原子状水素とが、酸性雰囲気下で生成されて共存する（例えば、前記化７の反応式そして両者共存は、いわゆるフェントン法において周知のとおり）。
発生期の原子状水素（Ｈ^＋＋ｅ⁻）は、強力な還元力（電子供与性）を備えている。そして、３価の鉄イオン（Ｆｅ^３＋）は触媒として機能し、その原子構造の表面ｄ電子の空孔に、下記化９の反応式により、まず過渡的にこの原子状水素を捉える。それから、原水１０中に飽和等で過多で溶存している二酸化炭素と遭遇すると（飽和等過多の意義については、第１発明，第２発明において述べた所を参照）、下記化１０の反応式により、プロトンＨ^＋と電子ｅ⁻とを放すことになる。
ここに、原子状水素を捉えた３価の鉄イオンを反応中心として、溶存二酸化炭素の還元反応が成立する。下記化１１の反応式により、原水１０中に溶質として溶存していた二酸化炭素は、原子状水素により還元されて、蟻酸（Ｈ-ＣＯＯＨ）となる。
第３発明については、以上のとおり。

《後処理槽６等について》
次に、後処理槽６等について説明する。
処理槽２には、後処理槽６が付設されており、後処理槽６には、前述により、二酸化炭素が固定化された蟻酸、更には、蟻酸が順次還元，合成されたホルムアルデヒド，メタノール，メタン等を含有した処理水１３が、処理槽２から排出される。二酸化炭素溶存水である原水１０は、このように有機高分子化合物の生成物質が溶存した処理水１３となって、後処理槽６に排出される。
そして後処理槽６では、これらの固定化物資つまり生成物質が分離され、もって後処理槽６から生成物槽１４へと排出，供給される。残った処理水１３は、後処理槽６から第２後処理槽１５や中和槽１６を経由して、外部排水される。
中和槽１６では、処理水１３に対し必要に応じｐＨ調整剤が添加され、もって外部排水用にｐＨ調整される。又、その水中に僅かでも過酸化水素が残留している場合は、水質汚濁を回避すべくカタラーゼ等の中和剤が添加される。
後処理槽６等は、このようになっている。

《３価の鉄イオンの２価への還元について》
次に、処理水１３中に含有された３価の鉄イオンを、第２後処理槽１５で、２価の鉄イオンに還元するステップについて、説明する。
第２発明や第３発明の処理槽２からの排液、つまり、その処理水１３中には、３価の鉄イオンが含有されている。そこで第２後処理槽１５において、このように処理水１３の排液中に含有されて蓄積した３価の鉄イオンは、アルカリ雰囲気下において、水の水酸化イオンから電子を引き抜いて、２価の鉄イオンに還元される。
すなわち、３価の鉄イオン（Ｆｅ^３＋）は、過多の水酸化イオン（ＯＨ⁻）から電子（ｅ⁻）を引き抜くため、ｐＨ調整手段４からカセイソーダ等を添加して、排液をアルカリ過多のアルカリ雰囲気下に置くことにより、次の化１２，化１３の反応式により、２価の鉄イオン（Ｆｅ^２＋）に還元され、もってリサイクル槽１７へと排出，供給される。
３価の鉄イオンは、このように２価の鉄イオンに還元される。

《作用等》
本発明の二酸化炭素の還元，固定装置１、および還元，固定方法は、以上説明したように構成されている。そこで、以下のようになる。
（１）本発明の二酸化炭素の還元，固定装置１は、処理槽２を備えており、処理槽２には、まず、二酸化炭素注入部９，水供給部８，原水槽７等の供給手段３、そして、ｐＨ調整手段４，添加手段５，過酸化水素添加手段１２、更には、後処理槽６，生成物槽１４，第２後処理槽１５，リサイクル槽１７，中和槽１６等が、順に付設されている。又、本発明の二酸化炭素の還元，固定方法では、これらが使用される。

（２）そして、まず供給手段３の原水槽７には、水供給部８から水が溶媒として導入され、二酸化炭素注入部９から二酸化炭素が溶質として注入される。もって二酸化炭素の水溶液が、原水１０として形成される。

（３）次に原水１０は、図示例ではｐＨ調整槽１１において、ｐＨ調整手段４から例えば硫酸等のｐＨ調整剤が添加され、もって例えば、ｐＨ３〜４程度の酸性やｐＨ５程度の弱酸性とされる。

（４）それから原水１０は、処理槽２に供給される。もって、原水１０で満たされた処理槽２に対し、添加手段５から鉄粉や２価の鉄イオンが添加され、更に必要に応じ、過酸化水素添加手段１２から過酸化水素の水溶液が添加される。又、ｐＨ調整手段４から、例えばカセイソーダ等のｐＨ調整剤が添加され、もって酸性や弱酸性を維持する。

（５）そして第１発明では、添加手段５から鉄粉が処理槽２に添加され、もって鉄粉が、２価の鉄イオンとして溶解すると共に、電子を放出する（前記化１の反応式を参照）。
そこで、原水１０に溶存していた二酸化炭素が、この電子および酸性雰囲気下の水中のプロトンと反応して、少なくとも蟻酸に還元，固定される（前記化２の反応式を参照）。

（６）第２発明では、添加手段５から２価の鉄イオンが処理槽２に添加され、もって２価の鉄イオンが、３価の鉄イオンとして溶解すると共に、電子を放出する（前記化４の反応式を参照）。
そこで、原水１０に溶存していた二酸化炭素が、この電子および酸性雰囲気下の水中のプロトンと反応して、少なくとも蟻酸に還元，固定される（前記化５の反応式を参照）。

（７）第３発明では、例えば、添加手段５から２価の鉄イオンが添加され、過酸化水素添加手段１２から過酸化水素が添加される。例えばこのようにして、３価の鉄イオンと、ＯＨラジカルそして発生期の原子状水素とが、生成される（前記化７，化８の反応式を参照）。
そこで、原水１０に溶存していた二酸化炭素が、この３価の鉄イオンおよび発生期の原子状水素と反応して、少なくとも蟻酸に還元，固定される（前記化９，化１０，化１１の反応式を参照）。

（８）処理槽２では、このように第１発明，第２発明，第３発明にて還元，固定された蟻酸が、更に、ホルムアルデヒド，メタノール，メタン等へと、順次還元，合成されて行く連鎖ステップが、進行する可能性がある。なお、進行が途中で止まる可能性や全く進行しない可能性もある。
又、第１発明，第２発明，第３発明は、それぞれ単独で実施される可能性もあるが、順次又は同時併行的に実施されることも考えられ、更に、いずれか２つの発明の選択的組み合わせも考えられる。

（９）第１発明，第２発明，第３発明の還元，固定装置１、および還元，固定方法の処理槽２では、このようにして、鉄，２価の鉄イオン，３価の鉄イオン等を用い、還元により、二酸化炭素溶存水の原水１０中の二酸化炭素が、蟻酸，その他の有機高分子化合物として、確実に分解，固定化される。
そして、この蟻酸等の固定化物質、つまり有用な有機高分子化合物に合成された生成物質を含有した処理水１３は、処理槽２から後処理槽６へと排出され、もって有用な生成物質が、生成物槽１４へと回収される。

（１０）更に、第２発明や第３発明において、処理槽２から排出された処理水１３中には、３価の鉄イオンが含有されている。
そこで、第２後処理槽１５において、ｐＨ調整手段４からカセイソーダ等を添加して、アルカリ過多にすることにより、処理水１３中の３価の鉄イオンは、２価の鉄イオンに還元される。そして、この２価の鉄イオンは、リサイクル槽１７へと回収される（前記化１２，化１３の反応式を参照）。
なお図示例では、後処理槽６そして第２後処理槽１５の順に配設されているが、このような図示例によらず、両者は、図示例とは順序を逆にして配設するようにしてもよい。

（１１）ところで、この二酸化炭素の還元，固定装置１や還元，固定方法は、処理槽２を中心に、供給手段３，添加手段５，ｐＨ調整手段４，そのタンク，ポンプ，配管等を付設した構成よりなる。つまり、比較的簡単な構成により、二酸化炭素を容易かつ安定的に、還元，固定化可能である。
本発明の作用等は、このようになっている。

《処理槽２における反応：その後の還元反応について》
ここで、蟻酸以下の還元反応について、説明しておく。
前述したように、二酸化炭素は蟻酸（Ｈ-ＣＯＯＨ）として固定されるが、事後、生成された蟻酸がホルムアルデヒド（Ｈ-ＣＨＯ）に、更に、ホルムアルデヒドがメタノール（ＣＨ_３-ＯＨ）に、メタノールがメタン（ＣＨ_４）へと、連鎖ステップを順次辿り、還元反応にて合成されて行くことも考えられる。
まず、第１発明および第２発明では、前述した所に準じて、鉄粉や２価の鉄イオンの添加にて生成された電子（ｅ⁻）と、水中のプロトン（Ｈ^＋）との組み合わせが、水中の蟻酸，ホルムアルデヒド，又はメタノールと反応する。
そして、それぞれホルムアルデヒド，メタノール，メタンへと還元，固定される（それぞれの反応式については、前記化２，化５の反応式に準じる）。

又、第３発明では、前述した所に準じて生成されたＯＨラジカルと発生期の原子状水素とにより、水中の蟻酸，ホルムアルデヒド，又はメタノールの還元反応等が進行する。
すなわち、まず蟻酸は、ＯＨラジカルによる酸化反応を前段階としつつ、原子状水素にて還元されて、ホルムアルデヒドとなる（下記化１４の反応式を参照）。
ホルムアルデヒドは、原子状水素にて還元されて、メタノールとなる（下記化１５の反応式を参照）。メタノールは、ＯＨラジカルによる酸化反応を前段階としつつ、原子状水素にて還元されて、メタンとなる（下記化１６の反応式を参照）。
蟻酸以下の還元反応については、以上のとおり。

《その他》
以上、二酸化炭素の還元処理について、説明した。ところで、この還元，固定装置１および還元，固定方法は、ベンゼン（Ｃ_６Ｈ_６），トリクロロエチレン（Ｃ_２Ｈ_５Ｃｌ_３），テトラクロロエチレン（Ｃ_２Ｃｌ_４），四塩化炭素（ＣＣｌ_４），その他の難分解性の有機化合物にも、そのまま適用可能である。そして例えば、難分解性の有機化合物で汚染された土壌処理に、適用可能である。
そこで、本発明には属さない参考例として、これらの概略を述べておく。
前述した第１発明および第２発明において、還元剤として使用される電子（ｅ⁻）と水中のプロトン（Ｈ^＋）との組み合わせにより、又、第３発明において、酸化剤として使用されるＯＨラジカルや、還元剤として使用される発生期の原子状水素（Ｈ^＋＋ｅ⁻）により、難分解性の有機化合物は、分解，無害化される。
すなわち難分解性の有機化合物は、例えば、還元されて中間生成物となり、その後、酸化や還元される各ステップを辿るが、その１例として、テトラクロロエチレン（ＣＣｌ_２=ＣＣｌ_２）の反応ステップについて、次の化１７に示しておく。化１８は、化１７の各反応ステップを合算した総括反応式である。
難分解性有機化合物については、以上のとおり。

本発明に係る二酸化炭素の還元，固定装置、および還元，固定方法について、発明を実施するための最良の形態の説明に供し、構成フロー図である。

符号の説明

１ 還元，固定装置
２ 処理槽
３ 供給手段
４ ｐＨ調整手段
５ 添加手段
６ 後処理槽
７ 原水槽
８ 水供給部
９ 二酸化炭素注入部
１０ 原水
１１ ｐＨ調整槽
１２ 過酸化水素添加手段
１３ 処理水
１４ 生成物槽
１５ 第２後処理槽
１６ 中和槽
１７ リサイクル槽

Claims (8)

1. 二酸化炭素の鉄による還元，固定装置であって、処理槽に、供給手段，ｐＨ調整手段，添加手段が、付設されており、
   該供給手段は、該処理槽に二酸化炭素の水溶液を供給し、該ｐＨ調整手段は、ｐＨ調整剤を添加して該水溶液を酸性雰囲気とし、
   該添加手段は、該処理槽の酸性雰囲気下の該水溶液に鉄粉を添加し、もって該鉄粉が、２価の鉄イオンとして溶解すると共に電子を放出すること、を特徴とする、二酸化炭素の還元，固定装置。
2. 二酸化炭素の鉄による還元，固定方法であって、まず、酸性雰囲気下で二酸化炭素の水溶液に鉄粉を添加し、もって該鉄粉が、２価の鉄イオンとして溶解すると共に電子を放出し、
   該二酸化炭素は、該電子および水中のプロトンと反応して、少なくとも蟻酸に還元，固定されること、を特徴とする、二酸化炭素の還元，固定方法。
3. 二酸化炭素の２価の鉄イオンによる還元，固定装置であって、処理槽に、供給手段，ｐＨ調整手段，添加手段が、付設されており、
   該供給手段は、該処理槽に二酸化炭素の水溶液を供給し、該ｐＨ調整手段は、ｐＨ調整剤を添加して該水溶液を酸性雰囲気とし、
   該添加手段は、該処理槽の酸性雰囲気下の該水溶液に、２価の鉄イオンを添加し、もって該２価の鉄イオンが、３価の鉄イオンとして溶解すると共に電子を放出すること、を特徴とする、二酸化炭素の還元，固定装置。
4. 二酸化炭素の２価の鉄イオンによる還元，固定方法であって、まず、酸性雰囲気下で二酸化炭素の水溶液に２価の鉄イオンを添加し、もって該２価の鉄イオンが、３価の鉄イオンとして溶解すると共に電子を放出し、
   該二酸化炭素は、該電子および水中のプロトンと反応して、少なくとも蟻酸に還元，固定されること、を特徴とする、二酸化炭素の還元，固定方法。
5. 請求項４に記載した二酸化炭素の還元，固定方法において、その排液中に含有された３価の鉄イオンは、アルカリ雰囲気下において、水酸化イオンから電子を引き抜いて２価の鉄イオンに還元されること、を特徴とする、二酸化炭素の還元，固定方法。
6. 二酸化炭素の３価の鉄イオンよる還元，固定装置であって、処理槽に、供給手段，ｐＨ調整手段，添加手段が、付設されており、
   該供給手段は、該処理槽に二酸化炭素の水溶液を供給し、該ｐＨ調整手段は、ｐＨ調整剤を添加して該水溶液を酸性雰囲気とし、
   該添加手段は、該処理槽の酸性雰囲気下の該水溶液に、３価の鉄イオンおよびＯＨラジカルを生成すべく添加し、もって該ＯＨラジカルが、水を酸化して発生期の原子状水素を生成すること、を特徴とする、二酸化炭素の還元，固定装置。
7. 二酸化炭素の３価の鉄イオンによる還元，固定方法であって、まず、酸性雰囲気下で二酸化炭素の水溶液について、３価の鉄イオンとＯＨラジカルを生成せしめ、もって該ＯＨラジカルが、水を酸化して発生期の原子状水素を生成し、
   該二酸化炭素は、該３価の鉄イオンおよび該発生期の原子状水素と反応して、少なくとも蟻酸に還元，固定されること、を特徴とする、二酸化炭素の還元，固定方法。
8. 請求項７に記載した二酸化炭素の還元，固定方法において、その排液中に含有された３価の鉄イオンは、アルカリ雰囲気下において、水酸化イオンから電子を引き抜いて２価の鉄イオンに還元されること、を特徴とする、二酸化炭素の還元，固定方法。

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