JP2015187059A - 炭酸化物からの遊離炭素製造方法 - Google Patents
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しかしながら、炭酸化物から遊離炭素を製造し炭素源、例えば、燃料、添加材等として使用する試みは行われていなかった。
(1)水ガラス又はアルカリ珪酸化物と、炭酸化物を混合し、非酸化性雰囲気中で、700℃以上1600℃以下に加熱して炭酸化物からの炭素を分離することを特徴とする遊離炭素製造方法。
(2)前記炭酸化物が、アルカリ元素の炭酸化物及びアルカリ土類元素の炭酸化物の少なくとも一方であることを特徴とする前記(1)に記載の遊離炭素製造方法。
(3)前記アルカリ元素の炭酸化物が炭酸ナトリウムであり、前記アルカリ土類元素の炭酸化物が炭酸カルシウムであることを特徴とする前記(2)に記載の遊離炭素製造方法。
(4)前記アルカリ珪酸化物が珪酸ナトリウムであることを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれかに記載の遊離炭素製造方法。
さらに、生石灰CaOは効率良くCO2を吸収し炭酸カルシウムCaCO3が生成することが知られており、本発明の方法を用い、炭酸カルシウム中の炭素を分離し遊離炭素とすると、トータルとしてCO2をCへ転化することができる。
まず、原料について説明する。
炭酸化物と水ガラス又はアルカリ珪酸化物との混合方法は一般的な混合方法でよく、乳鉢での混合、また、各種混合器、例えば、回転式の混合器等での混合が使用できる。炭酸化物と水ガラス又はアルカリ珪酸化物との混合比率も、特に限定されるものではないが、例えば、炭酸化物/水ガラス又はアルカリ珪酸化物の質量比として、0.05〜5を選択できる。この比率は、炭酸化物と水ガラス又はアルカリ珪酸化物との混合し易さに基づいており、混合し難さを許容するなら、炭酸化物/水ガラス又はアルカリ珪酸化物との質量比として、0.01〜20でもよい。
加熱方法としては各種加熱炉が使用可能である。また、様々な高温プロセスから排出される排熱も、温度が適合すれば使用可能であり、排熱利用の加熱装置も使用できる。また、太陽光を集光する加熱装置も使用可能である。太陽光を集光する加熱装置については、一般に、温度制御が大雑把であるので使用し難いが、本発明においては、反応の温度ウインドーが広いので使用可能であり、この点は本発明の特徴である。
以上のようにして得られた遊離炭素は、燃料等の通常の炭素源として使用することができる。
水ガラス、アルカリ珪酸化物とも最大量の酸素原子を有しており、両者とも還元物質としては作用できない。従って、反応の進行に還元物質は関与しておらず、水ガラス、又は、アルカリ珪酸化物は触媒として作用し、炭酸化物から遊離炭素を生成させると考えられる。推測されるメカニズムとしては、炭酸化物の酸素原子がアルカリ珪酸化物中を拡散し、炭素が取り残されるというものである。このメカニズムでは酸素原子が酸素分子として溶融状態のアルカリ系酸化物から離脱せねばならないが、今のところ、この現象が確認できているわけではなく、推定である。
市販の3号水ガラス(Na2O:SiO2比は約1:3、含水量は約61%)と市販の炭酸ナトリウム粉末を混合し、シリカアルミナルツボへ入れ、Ar雰囲気の加熱炉で所定温度まで10℃/分で昇温し5分間保持後室温まで自然冷却した。冷却後、シリカアルミナルツボの内壁が黒く変色し、黒色物が析出していた。以上の実験条件及び結果を表1に示す。
比較例1は、温度条件を変更したことを除いて、本発明例1と同様の実験を行った。比較例1では、実験後、黒色物は視認できなかった。実験条件及び結果を表2に示す。
本発明例2は、市販の3号水ガラスの代わりに、市販の1号水ガラス(Na2O:SiO2は約1:2、含水量は約52%)を使用したことを除いて、本発明例1と同様の実験を行った。実験条件及び結果を表3に示す。
実験系の中に炭素源は炭酸ナトリウムしかないので、炭酸ナトリウムから遊離炭素が生成したことが判明した。
比較例2は、温度条件を変更したことを除いて、本発明例2と同様の実験を行った。比較例2では、実験後、黒色物は視認できなかった。実験条件及び結果を表4に示す。
本発明例3は、市販の炭酸ナトリウム粉末の代わりに、市販の炭酸カルシウム粉末を使用したことを除いて、本発明例1と同様の実験を行った。実験条件及び結果を表5に示す。
実験系の中に炭素源は炭酸カルシウムしかないので、炭酸カルシウムから遊離炭素が生成したことが判明した。
比較例3は、温度条件を変更したことを除いて、本発明例3と同様の実験を行った。比較例3では、実験後、黒色物は視認できなかった。実験条件及び結果を表6に示す。
本発明例4は、市販の3号水ガラスの代わりに、市販の珪酸ナトリウム粉末(Na2O:SiO2は約1:2、約19.5%の水分を含有)を使用したことを除いて、本発明例1と同様の実験を行った。実験条件及び結果を表7に示す。
実験系の中に炭素源は炭酸ナトリウムしかないので、炭酸ナトリウムから遊離炭素が生成したことが判明した。
比較例4は、温度条件を変更したことを除いて、本発明例4と同様の実験を行った。比較例4では、実験後、黒色物は視認できなかった。実験条件及び結果を表8に示す。
本発明例5は、遊離炭素生成効率を求める目的で行ったものである。
市販の珪酸ナトリウム粉末(Na2O:SiO2は約1:2、約19.5%の水分を含有)0.7gと市販の炭酸ナトリウム粉末0.07gを混合し、これに約10倍量のシリカアルミナの粒(粒径0.6〜1mm程度)をガス流通経路確保の目的で混合し、これら全体を直径10mm長さ60mm程度の石英セルに装入し、石英セルをガス流通下で加熱可能なガス分析装置にセットした。この石英セルをヘリウムガス流通下で1100℃まで10℃/分で昇温し、5分間保持後室温まで自然冷却した。この間、発生してくる二酸化炭素ガスをガス分析装置によって定量したが、1100℃保持中及び自然冷却中に発生してくる二酸化炭素ガスは、昇温中に発生する量と比べて無視できる極々わずかな量であった。1100℃保持中に発生する二酸化炭素ガスが無視できる量であったことから、1100℃昇温中に反応は完結していると考えられる。
Claims (4)
- 水ガラス又はアルカリ珪酸化物と、炭酸化物を混合し、非酸化性雰囲気中で、700℃以上1600℃以下に加熱して炭酸化物からの炭素を分離することを特徴とする遊離炭素製造方法。
- 前記炭酸化物が、アルカリ元素の炭酸化物及びアルカリ土類元素の炭酸化物の少なくとも一方であることを特徴とする請求項1に記載の遊離炭素製造方法。
- 前記アルカリ元素の炭酸化物が炭酸ナトリウムであり、前記アルカリ土類元素の炭酸化物が炭酸カルシウムであることを特徴とする請求項2に記載の遊離炭素製造方法。
- 前記アルカリ珪酸化物が、珪酸ナトリウムであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の遊離炭素製造方法。
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