JP2023131760A - Carbonate ion concentration device and carbonate ion concentration method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水中に炭酸イオン類を濃縮する炭酸イオン類濃縮装置及び炭酸イオン類濃縮方法に関するものである。特に、本発明は、空気中の二酸化炭素を水中に溶解した後に、低エネルギーで炭酸イオン類として濃縮することが可能な炭酸イオン類濃縮装置及び炭酸イオン類濃縮方法に関するものである。 The present invention relates to a carbonate ion concentrator and a carbonate ion concentration method for concentrating carbonate ions in water. In particular, the present invention relates to a carbonate ion concentrator and a carbonate ion concentration method capable of dissolving carbon dioxide in the air into water and then concentrating it as carbonate ions with low energy.
近年、地球温暖化などの環境問題に対して大きな影響を与えるとされる二酸化炭素について、環境への排出を抑制することが早急に対応すべき課題となっている。この課題に対し、二酸化炭素の排出量自体を削減する技術や、排出された二酸化炭素を回収し、固定化する技術に係る研究が進められている。 In recent years, it has become an urgent issue to suppress carbon dioxide emissions into the environment, which is said to have a major impact on environmental problems such as global warming. To address this issue, research is underway on technologies to reduce carbon dioxide emissions themselves and technologies to capture and fix emitted carbon dioxide.
特に、二酸化炭素の回収・固定化に係る技術として、様々な方法が検討されている。例えば、二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を回収する方法として、モノエタノールアミンなどの吸収液に二酸化炭素を溶解させる化学吸収法や、ガス吸着能を有する吸着剤に二酸化炭素を吸着させる物理吸着法のほか、膜を用いた膜分離法などが知られている。また、これらの方法以外に、大気中の二酸化炭素濃度を低減させるという観点から、海洋に二酸化炭素を供給することで、海洋中に二酸化炭素を貯留し、大気からは二酸化炭素を隔離するという海洋貯留に係る方法が検討されている。 In particular, various methods are being considered as technologies for capturing and fixing carbon dioxide. For example, methods for recovering carbon dioxide from carbon dioxide-containing gas include chemical absorption methods in which carbon dioxide is dissolved in an absorption liquid such as monoethanolamine, and physical adsorption methods in which carbon dioxide is adsorbed on an adsorbent that has gas adsorption ability. In addition, membrane separation methods using membranes are also known. In addition to these methods, from the perspective of reducing the concentration of carbon dioxide in the atmosphere, there is also an ocean-based method that stores carbon dioxide in the ocean and sequesters it from the atmosphere by supplying carbon dioxide to the ocean. Methods related to storage are being considered.
例えば、特許文献１には、深層の海水を海面付近まで汲み上げ、汲み上げた海水に二酸化炭素を吸収させる二酸化炭素の固定化システムが記載されている。 For example, Patent Document 1 describes a carbon dioxide fixation system that pumps deep seawater to near the sea surface and causes the pumped seawater to absorb carbon dioxide.
特許文献１に記載されるように、海水に二酸化炭素を吸収させる場合、大気中の二酸化炭素を一時的に海水中に溶存させることができるが、大気中の二酸化炭素分圧との差分により海水中に溶存した二酸化炭素は再び大気中に放散されてしまう。そのため、海水中に効果的に二酸化炭素を溶存させ、海洋における二酸化炭素の貯留量を高める必要がある。 As described in Patent Document 1, when carbon dioxide is absorbed into seawater, carbon dioxide in the atmosphere can be temporarily dissolved in the seawater, but due to the difference between the partial pressure of carbon dioxide in the atmosphere and the The carbon dioxide dissolved in it is released back into the atmosphere. Therefore, it is necessary to effectively dissolve carbon dioxide in seawater and increase the amount of carbon dioxide stored in the ocean.
本発明の課題は、大気中の二酸化炭素濃度の増加に伴う環境問題を解決するための技術として、低エネルギーで大気中の二酸化炭素を炭酸イオン類として水中に濃縮することができる炭酸イオン類濃縮装置及び炭酸イオン類濃縮方法を提供することである。 The object of the present invention is to provide carbonate ion concentration technology that can condense carbon dioxide in the atmosphere into water as carbonate ions with low energy, as a technology for solving environmental problems associated with an increase in the concentration of carbon dioxide in the atmosphere. An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for concentrating carbonate ions.
本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、水素イオン交換膜を用い、二酸化炭素を含む海水から水素イオンを透過させることにより、二酸化炭素が炭酸イオン類を形成する方向に化学平衡反応が移動し、二酸化炭素を炭酸イオン類（重炭酸イオン（ＨＣＯ３
－）、炭酸イオン（ＣＯ３
２－））として濃縮できること、その際に、カソード電極とアノード電極を短絡させることにより、低エネルギーで炭酸イオン類を形成する化学平衡反応を促進することを見出して、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の炭酸イオン類濃縮装置及び炭酸イオン類濃縮方法である。
As a result of intensive studies on the above-mentioned issues, the inventors of the present invention have found that by using a hydrogen ion exchange membrane to permeate hydrogen ions from seawater containing carbon dioxide, a chemical equilibrium reaction occurs in the direction of carbon dioxide forming carbonate ions. It is possible to move and concentrate carbon dioxide as carbonate ions (bicarbonate ion (HCO 3 − ), carbonate ion (CO 3 2− )), and at that time, by short-circuiting the cathode electrode and the anode electrode, it is possible to condense carbon dioxide with low energy. The present invention was completed by discovering that chemical equilibrium reactions that form carbonate ions are promoted.
That is, the present invention provides the following carbonate ion concentration device and carbonate ion concentration method.
上記課題を解決するための本発明の炭酸イオン類濃縮装置は、水素イオンを選択的に透過する水素イオン交換膜と、前記水素イオン交換膜を挟んで配置するカソード電極及びアノード電極と、前記カソード電極側に配置され、二酸化炭素を含む第１溶液と、を備え、前記カソード電極と前記アノード電極を短絡させることを特徴とする。
この炭酸イオン類濃縮装置によれば、電極に挟まれるように水素イオン交換膜を設け、カソード電極側に二酸化炭素を高濃度で含有する第１液を配置するため、水素イオンの濃度勾配により第１液中の水素イオンがアノード側に移動する。これにより、第１液では、水素イオン濃度が低下するため、二酸化炭素から炭酸イオン類を形成する方向に化学平衡反応が移動して、炭酸イオン類が濃縮される。
また、水素イオンの移動によりカソード電極とアノード電極との間に電位差が生じる。本発明の炭酸イオン類濃縮装置では、カソード電極とアノード電極を短絡させるため、カソード電極からアノード電極に向かって電子が移動し、アノード電極の水素イオンに電子が供給されて水素ガスが生成する。これにより、電圧をかけるなどの電気的エネルギーを利用しなくても、アノード電極側の水素イオン濃度が低下するため、カソード電極側からの水素イオンの移動を促進することができる。以上の反応により、本発明の炭酸イオン類濃縮装置では、低エネルギーでカソード電極側の第１液中に炭酸イオン類を濃縮することができる。
A carbonate ion concentrator of the present invention for solving the above problems includes a hydrogen ion exchange membrane that selectively permeates hydrogen ions, a cathode electrode and an anode electrode arranged with the hydrogen ion exchange membrane sandwiched therebetween, and a hydrogen ion exchange membrane that selectively permeates hydrogen ions. A first solution containing carbon dioxide is disposed on the electrode side, and the cathode electrode and the anode electrode are short-circuited.
According to this carbonate ion concentrator, a hydrogen ion exchange membrane is provided between the electrodes, and the first liquid containing carbon dioxide at a high concentration is placed on the cathode side. Hydrogen ions in the first liquid move to the anode side. As a result, in the first liquid, the hydrogen ion concentration decreases, so that the chemical equilibrium reaction moves in the direction of forming carbonate ions from carbon dioxide, and the carbonate ions are concentrated.
Furthermore, the movement of hydrogen ions creates a potential difference between the cathode electrode and the anode electrode. In the carbonate ion concentrator of the present invention, since the cathode electrode and the anode electrode are short-circuited, electrons move from the cathode electrode toward the anode electrode, and the electrons are supplied to the hydrogen ions of the anode electrode to generate hydrogen gas. As a result, the hydrogen ion concentration on the anode electrode side is reduced without using electrical energy such as applying a voltage, so that the movement of hydrogen ions from the cathode electrode side can be promoted. Through the above reaction, the carbonate ion concentrator of the present invention can concentrate carbonate ions in the first liquid on the cathode electrode side with low energy.
また、本発明の炭酸イオン類濃縮装置の一実施態様としては、第１溶液は、大気に開放されているという特徴を有する。
この特徴によれば、第１溶液に溶解している過剰な二酸化炭素が徐々に大気中に放出されることから、薬品などを使用しなくても第１溶液のｐＨを上昇することが可能となる。第１溶液のｐＨが上昇すると、炭酸イオン類（炭酸イオン）の溶解度が過飽和の状態となるため、カルシウムイオンやマグネシウムイオンなどの二価の陽イオンと反応して析出させることができる。これにより、炭酸イオンを炭酸塩として固定することが可能となる。
Further, an embodiment of the carbonate ion concentrating device of the present invention is characterized in that the first solution is open to the atmosphere.
According to this feature, excess carbon dioxide dissolved in the first solution is gradually released into the atmosphere, making it possible to increase the pH of the first solution without using chemicals. Become. When the pH of the first solution increases, the solubility of carbonate ions (carbonate ions) becomes supersaturated, so that they can react with divalent cations such as calcium ions and magnesium ions to precipitate. This makes it possible to fix carbonate ions as carbonates.
また、本発明の炭酸イオン類濃縮装置の一実施態様としては、第１液は、海水であるという特徴を有する。
海水は、カルシウムイオンやマグネシウムイオンなどの二価の陽イオンや、炭酸イオン類が過飽和の状態で溶解しているため、第１液中で濃縮された炭酸イオンを速やかに炭酸塩として固定することができる。また、海水は自然界から取得することができるため、低コストで大気中の二酸化炭素を炭酸塩に固定することが可能となる。
Further, an embodiment of the carbonate ion concentrating device of the present invention is characterized in that the first liquid is seawater.
Seawater has divalent cations such as calcium ions and magnesium ions, and carbonate ions dissolved in a supersaturated state, so the carbonate ions concentrated in the first liquid must be quickly fixed as carbonates. I can do it. Furthermore, since seawater can be obtained from nature, it becomes possible to fix atmospheric carbon dioxide into carbonate at low cost.
上記課題を解決するための本発明の炭酸イオン類濃縮方法は、水素イオン交換膜を挟んでカソード電極とアノード電極を配置するステップと、前記カソード電極側に二酸化炭素を含む第１溶液を配置するステップと、前記カソード電極と前記アノード電極を短絡させるステップと、を備えることを特徴とする。
この炭酸イオン類濃縮方法によれば、上記炭酸イオン類濃縮装置と同様、低エネルギーでカソード電極側の第１液中に炭酸イオン類を濃縮することができる。
The carbonate ion concentration method of the present invention for solving the above problems includes the steps of arranging a cathode electrode and an anode electrode with a hydrogen ion exchange membrane in between, and arranging a first solution containing carbon dioxide on the cathode electrode side. and short-circuiting the cathode electrode and the anode electrode.
According to this carbonate ion concentration method, carbonate ions can be concentrated in the first liquid on the cathode electrode side with low energy, similar to the carbonate ion concentration device described above.
本発明によると、低エネルギーで大気中の二酸化炭素を炭酸イオン類として水中に濃縮することができる炭酸イオン類濃縮装置及び炭酸イオン類濃縮方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a carbonate ion concentrator and a carbonate ion concentration method that can condense carbon dioxide in the atmosphere into water as carbonate ions with low energy.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る炭酸イオン類濃縮装置の実施態様を詳細に説明する。また、本発明に係る炭酸イオン類濃縮方法の説明については、本発明に係る炭酸イオン類濃縮装置の動作に係る説明に置き換えることができるものとする。
なお、実施態様に記載する炭酸イオン類濃縮装置及び炭酸イオン類濃縮方法については、本発明に係る炭酸イオン類濃縮装置及び炭酸イオン類濃縮方法を説明するために例示したに過ぎず、これに限定されるものではない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a carbonate ion concentrator according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Further, the description of the carbonate ion concentration method according to the present invention can be replaced with the description of the operation of the carbonate ion concentration device according to the present invention.
Note that the carbonate ion concentrator and carbonate ion concentration method described in the embodiments are merely exemplified to explain the carbonate ion concentration device and carbonate ion concentration method according to the present invention, and are not limited thereto. It is not something that will be done.
（炭酸イオン類濃縮装置）
本発明の炭酸イオン類濃縮装置は、水中に炭酸イオン類を濃縮するためのものである。具体的には、二酸化炭素を水中に溶解した第１液（炭酸水）の電離平衡により生ずる水素イオンを、水素イオン交換膜を介して移動させることで、第１液中に炭酸イオン類を濃縮させるものである。ここで、本発明の炭酸イオン類濃縮装置は、水素イオン交換膜を挟んで配置されたカソード電極とアノード電極を短絡させることにより、アノード電極側に流入した水素イオンにアノード電極から電子が供給されて水素が発生する。そのため、アノード電極側の水素イオン濃度が減少することにより、第１液からの水素イオンの移動を促進することができる。
(Carbonate ion concentrator)
The carbonate ion concentrator of the present invention is for concentrating carbonate ions in water. Specifically, carbonate ions are concentrated in the first liquid by transferring hydrogen ions generated by the ionization equilibrium of the first liquid (carbonated water) in which carbon dioxide is dissolved in water through a hydrogen ion exchange membrane. It is something that makes you Here, in the carbonate ion concentration device of the present invention, electrons are supplied from the anode electrode to the hydrogen ions flowing into the anode electrode side by short-circuiting the cathode electrode and the anode electrode arranged with a hydrogen ion exchange membrane in between. hydrogen is generated. Therefore, by reducing the hydrogen ion concentration on the anode electrode side, the movement of hydrogen ions from the first liquid can be promoted.
本発明の第１液に利用できる炭酸水としては、二酸化炭素を溶解した水溶液であれば、その由来については特に限定されない。原水に人為的に二酸化炭素を溶解したものであってもよいし、はじめから二酸化炭素を溶存するものであってもよい。原水として利用できるものとしては、例えば、河川水、湖沼水、地下水、雨水、海水のような天然資源のほか、水道水、純水、工場からの排水・廃水、埋立地の浸出水等が挙げられ、好ましくは海水である。海水は、カルシウムイオンやマグネシウムイオンなどの二価の陽イオンが含まれており、濃縮された炭酸イオン類（炭酸イオン）を炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムなどの炭酸塩として固定することができる。 The origin of the carbonated water that can be used as the first liquid of the present invention is not particularly limited as long as it is an aqueous solution in which carbon dioxide is dissolved. It may be one in which carbon dioxide is artificially dissolved in raw water, or it may be one in which carbon dioxide is dissolved from the beginning. Examples of sources that can be used as raw water include natural resources such as river water, lake water, groundwater, rainwater, and seawater, as well as tap water, pure water, wastewater and wastewater from factories, and leachate from landfills. preferably seawater. Seawater contains divalent cations such as calcium ions and magnesium ions, and can fix concentrated carbonate ions (carbonate ions) as carbonates such as calcium carbonate and magnesium carbonate.
炭酸水において、二酸化炭素（ＣＯ２）が水（Ｈ２Ｏ）に溶解している場合には、一般的には式１に示すような化学平衡式が成り立っている。
式１に示すように、二酸化炭素は水に溶解すると、炭酸（Ｈ２ＣＯ３）との平衡状態に達した後、炭酸の一部が水素イオンと重炭酸イオン（ＨＣＯ３ －）に電離する。さらに、重炭酸イオンが水素イオンと炭酸イオン（ＣＯ３ ２－）に電離する。なお、本発明において、「炭酸イオン類」とは、「重炭酸イオン（ＨＣＯ３ －）」及び「炭酸イオン（ＣＯ３ ２－）」の総称である。 As shown in Equation 1, when carbon dioxide is dissolved in water, after reaching an equilibrium state with carbonic acid (H 2 CO 3 ), some of the carbonic acid is ionized into hydrogen ions and bicarbonate ions (HCO 3 − ). . Furthermore, bicarbonate ions are ionized into hydrogen ions and carbonate ions (CO 3 2− ). In the present invention, "carbonate ions" is a general term for "bicarbonate ions (HCO 3 - )" and "carbonate ions (CO 3 2- )."
二酸化炭素が溶解した水溶液中には、水素がイオン状態で含まれるため、水素イオン交換膜を介した、水素イオンの移動が可能である。また、水素イオンが移動した後の第１液においては、式１で示した化学平衡は、炭酸イオン（ＣＯ３
２－）を生成する方向に反応が進行することになるため、第１液中に炭酸イオン類が濃縮される。なお、炭酸（Ｈ２ＣＯ３）も浸透圧によりわずかに水素イオン交換膜を通過する。
さらに、本発明の炭酸イオン類濃縮装置は、水素イオン交換膜を挟んで配置されたカソード電極とアノード電極が短絡しているため、カソード電極からアノード電極に電子が流れ、アノード電極上で水素が発生する。これにより、アノード電極側の水素イオン濃度が低下し、水素イオンの移動がさらに促進されて炭酸イオン類を発生する。このとき第１液では、水素イオンの移動によるｐＨの上昇が観察される。その後、水素イオン交換膜を介する物質の移動が平衡状態となり、第１液における水素イオンの移動が制限される。
次いで、物質の移動が平衡状態となった第１液からは、第１液に溶解していた二酸化炭素が空気中に放出され、ｐＨが徐々に上昇する。このプロセスを経ることにより、第１液は、炭酸イオン類を高濃度で含む状態でｐＨが上昇することになり、炭酸イオン類が過飽和な状態を作ることができる。
Since hydrogen is contained in an ionic state in an aqueous solution in which carbon dioxide is dissolved, hydrogen ions can be transferred through a hydrogen ion exchange membrane. In addition, in the first liquid after the hydrogen ions have moved, the chemical equilibrium shown in equation 1 is such that the reaction proceeds in the direction of producing carbonate ions (CO 3 2- ). carbonate ions are concentrated. Note that carbonic acid (H 2 CO 3 ) also slightly passes through the hydrogen ion exchange membrane due to osmotic pressure.
Furthermore, in the carbonate ion concentrator of the present invention, since the cathode and anode electrodes arranged with the hydrogen ion exchange membrane in between are short-circuited, electrons flow from the cathode electrode to the anode electrode, and hydrogen is generated on the anode electrode. Occur. As a result, the hydrogen ion concentration on the anode electrode side decreases, and the movement of hydrogen ions is further promoted to generate carbonate ions. At this time, in the first liquid, an increase in pH due to the movement of hydrogen ions is observed. Thereafter, the movement of substances through the hydrogen ion exchange membrane reaches an equilibrium state, and the movement of hydrogen ions in the first liquid is restricted.
Next, carbon dioxide dissolved in the first liquid is released into the air from the first liquid in which the movement of substances has reached an equilibrium state, and the pH gradually increases. By going through this process, the pH of the first liquid increases while containing carbonate ions at a high concentration, making it possible to create a state in which carbonate ions are supersaturated.
また、本発明の炭酸イオン類濃縮装置の特徴として、消費電力が少ないことが挙げられる。水素イオン交換膜を挟んで配置されたカソード電極とアノード電極を短絡させるだけで、水素イオンの移動を促進することができる Another feature of the carbonate ion concentrator of the present invention is that it consumes less power. The movement of hydrogen ions can be promoted simply by shorting the cathode and anode electrodes, which are placed with a hydrogen ion exchange membrane in between.
〔第１の実施態様〕
図１は、本発明の第１の実施態様における炭酸イオン類濃縮装置１Ａの構造を示す概略説明図である。
本実施態様における炭酸イオン類濃縮装置１Ａは、図１に示すように、処理槽１０を有し、処理槽１０内には、水素イオン交換膜１２を備えている。そして、水素イオン交換膜１２には、一対の電極（カソード電極１１ａ、アノード１１ｂ）が設けられている。なお、図１に示すように、処理槽１０内は、水素イオン交換膜１２を介して、二酸化炭素を含む第１溶液を投入するための第１室１３ａ（カソード電極側）と、第１液中の水素イオンが流入する第２液を投入するための第２室１３ｂ（アノード電極側）とに分かれている。
また、処理槽１０には、原水Ｓ０を導入するラインＬ１と、第１室１３ａに二酸化炭素（ＣＯ２）を導入するラインＬ２が接続されている。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram showing the structure of a carbonate ion concentrator 1A according to the first embodiment of the present invention.
The carbonate ion concentrator 1A in this embodiment has a treatment tank 10, as shown in FIG. 1, and the treatment tank 10 is equipped with a hydrogen ion exchange membrane 12. The hydrogen ion exchange membrane 12 is provided with a pair of electrodes (cathode electrode 11a, anode 11b). As shown in FIG. 1, the inside of the processing tank 10 includes a first chamber 13a (cathode electrode side) into which a first solution containing carbon dioxide is introduced via a hydrogen ion exchange membrane 12, and a first chamber 13a (cathode electrode side) into which a first solution containing carbon dioxide is introduced. It is divided into a second chamber 13b (on the anode electrode side) into which a second liquid into which hydrogen ions are introduced is introduced.
Furthermore, a line L1 for introducing raw water S 0 and a line L2 for introducing carbon dioxide (CO 2 ) into the first chamber 13a are connected to the treatment tank 10.
なお、ラインＬ１、Ｌ２の配置はこれには限定されない。例えば、ラインＬ１による原水Ｓ０の導入は、第１室１３ａのみに接続する構成として、第２室１３ｂには、純水や電解溶液、例えば、水酸化ナトリウム水溶液、塩化カリウム水溶液、及び塩化ナトリウム水溶液を導入するようにしてもよい。これにより、電気透析の原理に基づくイオン移動が生じ、水素イオン交換膜１２を介した水素イオンの移動速度を速め、溶液のｐＨ上昇に係る時間短縮が可能となるという利点も有する。また、二酸化炭素の導入の構成、態様についても限定されない。例えば、第１室１３ａを加圧、又は減圧することにより、原水Ｓ０へ溶解する二酸化炭素の濃度を目的とする溶液のｐＨに応じて調整可能な構成としてもよい。また、第１室１３ａの下部から二酸化炭素の細かい気泡を発生するような構成として、随時二酸化炭素の溶解度を均一に維持できるような構成としてもよい。 Note that the arrangement of the lines L1 and L2 is not limited to this. For example, the introduction of raw water S0 through the line L1 is configured such that it is connected only to the first chamber 13a, and the second chamber 13b is supplied with pure water or an electrolytic solution, such as a sodium hydroxide aqueous solution, a potassium chloride aqueous solution, and a sodium chloride aqueous solution. An aqueous solution may also be introduced. This has the advantage that ion movement based on the principle of electrodialysis occurs, increasing the movement speed of hydrogen ions through the hydrogen ion exchange membrane 12, and shortening the time required for the pH of the solution to rise. Furthermore, there are no limitations on the structure or mode of introducing carbon dioxide. For example, the configuration may be such that the concentration of carbon dioxide dissolved in the raw water S 0 can be adjusted according to the pH of the target solution by pressurizing or reducing the pressure in the first chamber 13a. Alternatively, a configuration may be adopted in which fine bubbles of carbon dioxide are generated from the lower part of the first chamber 13a, so that the solubility of carbon dioxide can be maintained uniformly at any time.
ここで、二酸化炭素の供給源（あるいは発生源）については、特に限定されない。具体的な二酸化炭素の供給源の例としては、例えば、生活・産業活動に伴い、各種施設（発電施設・工場・一般家庭等）や運輸手段から排出される二酸化炭素を含むガスのほか、大気や火山ガス等、天然に存在する二酸化炭素を含むガスなどが挙げられる。なお、目的とするｐＨの溶液が得られる程度に、原水Ｓ０が十分な二酸化炭素をはじめから溶解している場合には、二酸化炭素を導入する構成を省略することもできる。 Here, the supply source (or source) of carbon dioxide is not particularly limited. Examples of specific sources of carbon dioxide include gas containing carbon dioxide emitted from various facilities (power generation facilities, factories, general households, etc.) and means of transportation during daily life and industrial activities; Examples include naturally occurring gases containing carbon dioxide, such as volcanic gases and volcanic gases. Note that if the raw water S 0 already has sufficient carbon dioxide dissolved therein to obtain a solution with the desired pH, the configuration for introducing carbon dioxide may be omitted.
処理槽１０は、水素イオン交換膜１２を備え、原水Ｓ０を貯留可能となるように形成されているものであればよく、特に素材や形状は問わない。例えば、電解槽や電気透析槽として知られている構造に用いられる素材や形状を使用すること等が挙げられる。また、処理槽１０は上部が開放されていることが好ましい。処理槽１０の上部を開放することにより、第１液から二酸化炭素を大気中に放出することができる。 The treatment tank 10 may be of any material or shape as long as it is provided with a hydrogen ion exchange membrane 12 and is capable of storing raw water S0 . For example, materials and shapes used in structures known as electrolytic cells and electrodialysis cells may be used. Moreover, it is preferable that the upper part of the processing tank 10 is open. By opening the top of the treatment tank 10, carbon dioxide can be released from the first liquid into the atmosphere.
カソード電極１１ａ、アノード電極１１ｂは、水素イオン交換膜１２の表面あるいは近傍に設けられ、導線を用いて電気的に接続されている。本実施態様におけるカソード電極１１ａ、アノード電極１１ｂは、第１液と第２液を短絡させるためのものである。 The cathode electrode 11a and the anode electrode 11b are provided on or near the surface of the hydrogen ion exchange membrane 12, and are electrically connected using a conductive wire. The cathode electrode 11a and the anode electrode 11b in this embodiment are for short-circuiting the first liquid and the second liquid.
カソード電極１１ａ、アノード電極１１ｂとしては、材質及び形状については特に限定されない。カソード電極１１ａ、アノード電極１１ｂの材質の例としては、例えば、電気化学分野で電極材料として広く用いられている炭素や金属（金、白金、銀、パラジウム、ガリウム、ステンレス、銅等）が挙げられる。また、カソード電極１１ａ、アノード電極１１ｂの形状の例としては、例えば、平板状、棒状、メッシュ状、又は導電性基板に粒子状の金属粒子を塗布した電極基板等が挙げられる。なお、カソード電極１１ａ、アノード電極１１ｂは水素イオン交換膜１２の表面あるいは近傍に設けることが好ましい。なお、電極を水素イオン交換膜１２の表面あるいは近傍に設ける際、水素イオン交換膜１２に対する物質移動を阻害しないような形状とすることが好ましい。したがって、本実施態様におけるカソード電極１１ａ、アノード電極１１ｂの形状としては、例えば、メッシュ状や針金等の細い棒状などが挙げられる。さらに、カソード電極１１ａ、アノード電極１１ｂの別の例としては、メッキ処理などの手法により、水素イオン交換膜１２の表面に直接電極パターンを作成するもの等が挙げられる。このとき、電極パターンの形状は特に限定されないが、水素イオン交換膜１２に対する物質移動の阻害しないものとすることが好ましい。 The material and shape of the cathode electrode 11a and the anode electrode 11b are not particularly limited. Examples of materials for the cathode electrode 11a and anode electrode 11b include carbon and metals (gold, platinum, silver, palladium, gallium, stainless steel, copper, etc.) that are widely used as electrode materials in the electrochemical field. . Further, examples of the shapes of the cathode electrode 11a and the anode electrode 11b include, for example, a flat plate, a rod, a mesh, or an electrode substrate in which particulate metal particles are coated on a conductive substrate. Note that the cathode electrode 11a and the anode electrode 11b are preferably provided on or near the surface of the hydrogen ion exchange membrane 12. Note that when the electrode is provided on or near the surface of the hydrogen ion exchange membrane 12, it is preferable to use a shape that does not inhibit mass transfer to the hydrogen ion exchange membrane 12. Therefore, the shapes of the cathode electrode 11a and the anode electrode 11b in this embodiment include, for example, a mesh shape and a thin rod shape such as a wire. Furthermore, another example of the cathode electrode 11a and the anode electrode 11b is one in which an electrode pattern is created directly on the surface of the hydrogen ion exchange membrane 12 by a method such as plating. At this time, the shape of the electrode pattern is not particularly limited, but it is preferable that it not inhibit mass transfer to the hydrogen ion exchange membrane 12.
水素イオン交換膜１２は、水素イオンを選択的に透過することができる膜である。
本実施態様においては、例えば、水素イオン交換膜１２としては、炭酸イオン類を透過させずに水素イオンを透過させる機能を有するものであればよく、具体的な成分や構造については特に限定されず、公知のものを用いることができる。例えば、炭素－フッ素からなる疎水性テフロン骨格とスルホン酸基を持つパーフルオロ側鎖から構成されるパーフルオロカーボン材料が挙げられる。なお、原水Ｓ０に含まれる一価の陽イオンが水素イオンのみであることが明らかである場合など、炭酸イオン類濃縮工程を行う条件によっては、水素イオン交換膜１２として、一価の陽イオンを選択的に透過できるように処理したもの（いわゆる一価イオン選択膜）や、二価の陽イオンを含む陽イオン交換膜を用いるものとしてもよい。このとき、一価イオン選択膜や陽イオン交換膜を構成する具体的な成分や構造については特に限定されず、公知のものを用いることができる。
The hydrogen ion exchange membrane 12 is a membrane that can selectively permeate hydrogen ions.
In this embodiment, for example, the hydrogen ion exchange membrane 12 may be any membrane as long as it has the function of transmitting hydrogen ions without transmitting carbonate ions, and the specific components and structure are not particularly limited. , publicly known ones can be used. For example, there may be mentioned a perfluorocarbon material composed of a hydrophobic Teflon skeleton made of carbon-fluorine and a perfluoro side chain having a sulfonic acid group. Note that depending on the conditions for performing the carbonate ion concentration step, such as when it is clear that the monovalent cations contained in the raw water S0 are only hydrogen ions, the hydrogen ion exchange membrane 12 may contain monovalent cations. A cation exchange membrane containing divalent cations or a membrane treated to selectively permeate the membrane (a so-called monovalent ion selective membrane) or a cation exchange membrane containing divalent cations may also be used. At this time, the specific components and structures constituting the monovalent ion selective membrane and cation exchange membrane are not particularly limited, and known components can be used.
炭酸イオン類濃縮装置１Ａは、水素イオン交換膜１２を介して、原水Ｓ０に二酸化炭素を溶解させた第１液（炭酸水）から水素イオンを選択的に透過させ、炭酸イオン類の濃縮を行うものである。より具体的には、炭酸イオン類濃縮装置１Ａは、原水Ｓ０が供給された第１室１３ａ内において、二酸化炭素（二酸化炭素含有ガス）を導入し、水素イオン交換膜１２を介して、第１室１３ａで生成した水素イオンを選択的に透過させ、第１液中の炭酸イオン類の濃度を高めるものである。 The carbonate ion concentrator 1A selectively permeates hydrogen ions from a first liquid (carbonated water) in which carbon dioxide is dissolved in raw water S0 through a hydrogen ion exchange membrane 12, thereby concentrating carbonate ions. It is something to do. More specifically, the carbonate ion concentrator 1A introduces carbon dioxide (carbon dioxide-containing gas) into the first chamber 13a supplied with raw water S0 , and then introduces carbon dioxide (carbon dioxide-containing gas) into the first chamber 13a through the hydrogen ion exchange membrane 12. Hydrogen ions generated in the first chamber 13a are selectively permeated to increase the concentration of carbonate ions in the first liquid.
本実施態様の炭酸イオン類濃縮装置１Ａにおける炭酸イオン類の濃縮工程について、図２～図５に基づき説明する。
図２は、本実施態様の炭酸イオン類濃縮装置１Ａにおける炭酸イオン類濃縮工程を示す概略説明図である。図２は、炭酸イオン類濃縮工程の初期状態から短絡を開始するまでの状態を示す。図２における処理槽１０内の構成は、図１に示した構成と同じであり、第１室１３ａ及び第２室１３ｂ内にはいずれにも原水Ｓ０として海水を導入している。また、第１室１３ａには、ラインＬ２（不図示）を介して二酸化炭素（二酸化炭素含有ガス）が導入されており、二酸化炭素を十分に溶存する状態（炭酸水）となっている。なお、図示された各物質の数は量比を正確に示すものではない。
The process of concentrating carbonate ions in the carbonate ion concentrator 1A of this embodiment will be explained based on FIGS. 2 to 5.
FIG. 2 is a schematic explanatory diagram showing a carbonate ion concentration step in the carbonate ion concentration device 1A of this embodiment. FIG. 2 shows the state from the initial state of the carbonate ion concentration step to the start of short circuiting. The configuration inside the processing tank 10 in FIG. 2 is the same as the configuration shown in FIG. 1, and seawater is introduced into both the first chamber 13a and the second chamber 13b as raw water S0 . Further, carbon dioxide (carbon dioxide-containing gas) is introduced into the first chamber 13a via a line L2 (not shown), and the first chamber 13a is in a state (carbonated water) in which carbon dioxide is sufficiently dissolved. Note that the numbers of each substance illustrated do not accurately indicate the quantitative ratio.
図２に示すように、第１室１３ａには、二酸化炭素を含む第１液が導入されており、炭酸（Ｈ２ＣＯ３）と、炭酸の一部が電離して発生した水素イオン（Ｈ＋）、重炭酸イオン（ＨＣＯ３ －）を含む。また、海水中に含まれるカルシウムイオン（Ｃａ２＋）やマグネシウムイオン（不図示）を含む。第１液は、炭酸を含むことによりｐＨが５付近となる。図６には、海水のｐＨと炭酸イオン類の存在比を示しており、ｐＨが５付近では炭酸イオン（ＣＯ３ ２－）をほとんど含まない状態である。 As shown in FIG. 2, a first liquid containing carbon dioxide is introduced into the first chamber 13a, and carbonic acid (H 2 CO 3 ) and hydrogen ions (H + ), bicarbonate ion (HCO 3 − ). It also contains calcium ions (Ca 2+ ) and magnesium ions (not shown) contained in seawater. The first liquid has a pH of around 5 because it contains carbonic acid. FIG. 6 shows the pH of seawater and the abundance ratio of carbonate ions, and when the pH is around 5, the seawater contains almost no carbonate ions (CO 3 2− ).
第１液のｐＨの変動は図７に示しており、図２に示す状態は、図７のグラフ中の［１］である。なお、第２室１３ｂに導入された第２液（海水）は、ｐＨが８程度である。 The pH fluctuation of the first liquid is shown in FIG. 7, and the state shown in FIG. 2 is [1] in the graph of FIG. Note that the second liquid (seawater) introduced into the second chamber 13b has a pH of about 8.
図３は、本実施態様の炭酸イオン類濃縮装置１Ａにおける炭酸イオン類濃縮工程を示す概略説明図であり、短絡初期から第１液及び第２液中の物質が濃度平衡に達するまでの状態を示す。第１液と第２液の水素イオン濃度の勾配により、水素イオン（Ｈ＋）が第１液から水素イオン交換膜１２を介して第２液に透過する。 FIG. 3 is a schematic explanatory diagram showing the carbonate ion concentration process in the carbonate ion concentrator 1A of this embodiment, and shows the state from the initial stage of short circuit until the substances in the first liquid and the second liquid reach concentration equilibrium. show. Due to the gradient in hydrogen ion concentration between the first liquid and the second liquid, hydrogen ions (H + ) permeate from the first liquid to the second liquid via the hydrogen ion exchange membrane 12 .
また、水素イオン（Ｈ＋）の透過により、第１液と第２液に電位差が生じ、カソード電極１１ａがアノード電極１１ｂに向かって電子が流入する。そして、第２液の水素イオン（Ｈ＋）と電子が反応して水素を生成する。この反応により、第２液の水素イオン濃度を低下することができるため、第１液からの水素イオンの透過を促進することができる。 Further, due to the permeation of hydrogen ions (H + ), a potential difference is generated between the first liquid and the second liquid, and electrons flow from the cathode electrode 11a toward the anode electrode 11b. Then, the hydrogen ions (H + ) of the second liquid react with the electrons to generate hydrogen. Due to this reaction, the hydrogen ion concentration of the second liquid can be reduced, so that the permeation of hydrogen ions from the first liquid can be promoted.
図７に示すように、第１液は水素イオン濃度が低下することにより、ｐＨが約６に上昇し、第２液は水素イオン濃度が上昇することにより、ｐＨが約６に低下する（図７のグラフ中の［２］参照。）。この状態で物質が濃度平衡に達し、物質の移動が制限される。なお、図６を参照すると、第１液と第２液には、主に、炭酸（Ｈ２ＣＯ３）と重炭酸イオン（ＨＣＯ３ －）が存在し、炭酸イオン（ＣＯ３ ２－）をほとんど含まない状態である。 As shown in Figure 7, the pH of the first liquid increases to approximately 6 as the hydrogen ion concentration decreases, and the pH of the second liquid decreases to approximately 6 as the hydrogen ion concentration increases (Figure 7). (See [2] in the graph of No. 7.) In this state, the substance reaches concentration equilibrium and the movement of the substance is restricted. In addition, referring to FIG. 6, carbonic acid (H 2 CO 3 ) and bicarbonate ions (HCO 3 − ) are mainly present in the first and second liquids, and carbonate ions (CO 3 2− ) are present in the first and second liquids. It is in a state where it hardly contains anything.
図４は、本実施態様の炭酸イオン類濃縮装置１Ａにおける炭酸イオン類濃縮工程を示す概略説明図であり、第１液及び第２液中の物質が濃度平衡に達した状態から各溶液中の二酸化炭素濃度が大気と平衡になるまでの状態を示す。
図４に示すように、物質の移動が制限された第１液と第２液は、大気中に二酸化炭素を放出する。これにより第１液と第２液のｐＨは徐々に上昇する（図７のグラフ中の［３］参照。）。
FIG. 4 is a schematic explanatory diagram showing the carbonate ion concentration process in the carbonate ion concentrator 1A of this embodiment. This shows the state until the carbon dioxide concentration reaches equilibrium with the atmosphere.
As shown in FIG. 4, the first and second liquids with restricted mass transfer release carbon dioxide into the atmosphere. As a result, the pH of the first liquid and the second liquid gradually increases (see [3] in the graph of FIG. 7).
図５は、本実施態様の炭酸イオン類濃縮装置１Ａにおける炭酸イオン類濃縮工程を示す概略説明図であり、第１溶液及び第２溶液中の二酸化炭素濃度が大気と平衡となった後、第１液中の炭酸イオンが炭酸塩として固定される状態を示す。
二酸化炭素の放出後は大気と平衡状態となることから、第１液と第２液のｐＨは、元の海水と同程度の８まで上昇する（図７のグラフ中の［４］参照。）。ｐＨ８付近まで上昇すると、炭酸イオン（ＣＯ３
２－）が存在するようになる（図６参照。）。ここで、第１液は、炭酸イオン類が濃縮されていることから、海水に含まれていたカルシウムイオンと反応して炭酸カルシウムを形成する。これにより、二酸化炭素を炭酸カルシウムとして固定することが可能となる。なお、第２液は、海水と同濃度の炭酸イオン類に戻るだけであり、炭酸カルシウムがほとんど形成されない。
FIG. 5 is a schematic explanatory diagram showing the carbonate ion concentration step in the carbonate ion concentrator 1A of this embodiment. After the carbon dioxide concentrations in the first solution and the second solution are in equilibrium with the atmosphere, This shows a state in which carbonate ions in one liquid are fixed as carbonates.
After carbon dioxide is released, it enters an equilibrium state with the atmosphere, so the pH of the first and second liquids rises to 8, which is about the same as the original seawater (see [4] in the graph of Figure 7). . When the pH increases to around 8, carbonate ions (CO 3 2- ) come into existence (see Figure 6). Here, since carbonate ions are concentrated in the first liquid, it reacts with calcium ions contained in seawater to form calcium carbonate. This makes it possible to fix carbon dioxide as calcium carbonate. Note that the second liquid simply returns to carbonate ions having the same concentration as seawater, and almost no calcium carbonate is formed.
以上のように、本実施態様の炭酸イオン類濃縮装置１Ａは、図２～図５に示すプロセスを経ることにより、ほとんどエネルギーを使用することなく、気体の二酸化炭素を炭酸カルシウムなどの炭酸塩として固定することが可能となる。 As described above, the carbonate ion concentrator 1A of this embodiment converts gaseous carbon dioxide into carbonates such as calcium carbonate without using almost any energy by going through the processes shown in FIGS. 2 to 5. It becomes possible to fix it.
〔第２の実施態様〕
図８は、本発明の第２の実施態様における炭酸イオン類濃縮装置１Ｂを示す概略説明図である。なお、図８は第１の実施態様における原水Ｓ０に二酸化炭素を溶解する手段として、溶解槽３０を設けたものを示している。
[Second embodiment]
FIG. 8 is a schematic explanatory diagram showing a carbonate ion concentrator 1B according to the second embodiment of the present invention. Note that FIG. 8 shows the first embodiment in which a dissolution tank 30 is provided as a means for dissolving carbon dioxide in raw water S0 .
図８に示すように、本実施態様における炭酸イオン類濃縮装置１Ｂは、二酸化炭素（二酸化炭素含有ガス）を導入するラインＬ２を溶解槽３０に接続し、処理槽１０での反応の前処理として、二酸化炭素を原水Ｓ０にあらかじめ溶解することができるように構成したものである。また、溶解槽３０と処理槽１０の第１室１３ａを接続することにより、二酸化炭素を溶解した原水Ｓ０を炭酸水として、処理槽１０での反応に用いることができる。なお、ラインＬ２の溶解槽３０への接続の態様については、特に限定されず、溶解槽３０の上部の空間に接続されるものであってもよく、溶解槽３０の下端から二酸化炭素の気泡を発生するように構成してもよい。溶解槽３０を設けることにより、二酸化炭素溶解を確実にすることができると同時に、反応に使用する前処理として均一な炭酸水の調製を適宜行うことが可能となる。 As shown in FIG. 8, the carbonate ion concentrator 1B in this embodiment connects a line L2 for introducing carbon dioxide (carbon dioxide-containing gas) to the dissolution tank 30, and as a pretreatment for the reaction in the processing tank 10. , which is configured so that carbon dioxide can be dissolved in raw water S0 in advance. Furthermore, by connecting the dissolution tank 30 and the first chamber 13a of the processing tank 10, the raw water S0 in which carbon dioxide is dissolved can be used for the reaction in the processing tank 10 as carbonated water. Note that the manner in which the line L2 is connected to the dissolution tank 30 is not particularly limited, and it may be connected to the upper space of the dissolution tank 30. It may be configured to occur. By providing the dissolution tank 30, it is possible to ensure carbon dioxide dissolution, and at the same time, it is possible to appropriately prepare uniform carbonated water as a pretreatment for use in the reaction.
また、溶解槽３０の機能、態様は限定されない。原水Ｓ０への二酸化炭素の溶解度を調整できるよう、溶解槽３０を加圧又は減圧可能な構成にしてもよいし、温度を調整できるようにしてもよい。さらに二酸化炭素を溶解する目的以外にも、処理槽１０での反応に好ましくない物質を取り除いておくための前処理を行うようにすることもできる。 Moreover, the function and aspect of the dissolution tank 30 are not limited. In order to adjust the solubility of carbon dioxide in raw water S 0 , the dissolution tank 30 may be configured to be pressurized or depressurized, or may be configured to be able to adjust its temperature. Furthermore, in addition to the purpose of dissolving carbon dioxide, pretreatment may also be performed to remove substances undesirable for the reaction in the treatment tank 10.
〔第３の実施態様〕
図９は、本発明の第３の実施態様における炭酸イオン類濃縮装置１Ｃを示す概略説明図である。
図９に示すように、本実施態様の炭酸イオン類濃縮装置１Ｃは、ラインＬ４を第１室１３ａと接続することにより、炭酸カルシウムが形成された処理後溶液Ｓを、系外に流出するようにしている。同時に、処理後溶液Ｓの放出に伴い、原水Ｓ０を適宜、第１室１３ａに補充できるようにしている。したがって、炭酸イオン類の一連の濃縮処理を繰り返して実施することが可能となる。
また、ラインＬ４から排出した処理後溶液Ｓから炭酸カルシウムを回収して、炭酸カルシウムを他の用途に利用してもよい。
[Third embodiment]
FIG. 9 is a schematic explanatory diagram showing a carbonate ion concentrator 1C according to the third embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 9, the carbonate ion concentrator 1C of this embodiment connects the line L4 to the first chamber 13a so that the treated solution S in which calcium carbonate is formed can flow out of the system. I have to. At the same time, as the treated solution S is released, the first chamber 13a can be replenished with raw water S0 as needed. Therefore, it becomes possible to repeatedly perform a series of concentration treatments for carbonate ions.
Further, calcium carbonate may be recovered from the treated solution S discharged from line L4 and used for other purposes.
〔第４の実施態様〕
図１０は、本発明の第４の実施態様における炭酸イオン類濃縮装置１Ｄを示す概略説明図である。図１０に示すように、本実施態様の炭酸イオン類濃縮装置１Ｄは、ラインＬ５を第２室１３ｂの上部と接続することにより、炭酸イオン類の濃縮工程で発生した水素と二酸化炭素を回収するものである。
[Fourth embodiment]
FIG. 10 is a schematic explanatory diagram showing a carbonate ion concentrator 1D in the fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, the carbonate ion concentrator 1D of this embodiment recovers hydrogen and carbon dioxide generated in the carbonate ion concentration process by connecting the line L5 to the upper part of the second chamber 13b. It is something.
なお、回収した水素の回収及び利用の態様は限定されない。例えば、発生した水素ガスを貯留施設に移送して貯留するものとしてもよく、あるいは直接ユースポイントに移送してエネルギー源として利用してもよい。また、水素と二酸化炭素からメタネーションによりメタンガスを生成してもよい。 Note that the mode of recovery and utilization of the recovered hydrogen is not limited. For example, the generated hydrogen gas may be transferred to a storage facility and stored therein, or may be directly transferred to a point of use and used as an energy source. Alternatively, methane gas may be generated from hydrogen and carbon dioxide by methanation.
また、カソード電極１１ａ、アノード電極１１ｂは水素イオン交換膜１２の近傍に設けることが好ましい。これにより、水素イオン交換膜１２を透過した水素イオンをより効率的に水素とすることができ、水素の回収効率を向上させることが可能となる。 Further, it is preferable that the cathode electrode 11a and the anode electrode 11b be provided near the hydrogen ion exchange membrane 12. Thereby, the hydrogen ions that have passed through the hydrogen ion exchange membrane 12 can be converted into hydrogen more efficiently, and the hydrogen recovery efficiency can be improved.
〔第５の実施態様〕
図１１は、本発明の第５の実施態様における炭酸イオン類濃縮装置１Ｅを示す概略説明図である。
図１１に示すように、本実施態様の炭酸イオン類濃縮装置１Ｅは、ラインＬ１を介して第１室１３ａのみに原水Ｓ０を導入し、第２室１３ｂは設けずに、水素イオン交換膜とアノード電極１１ｃを大気中に開放するものである。
なお、アノード電極１１ｃ側に配置する気体は、大気に限定するものではなく、水素と反応せず、かつ水素より比重の重い気体であればよい。
[Fifth embodiment]
FIG. 11 is a schematic explanatory diagram showing a carbonate ion concentrator 1E in the fifth embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 11, the carbonate ion concentrator 1E of this embodiment introduces raw water S0 only into the first chamber 13a via the line L1, does not provide the second chamber 13b, and uses a hydrogen ion exchange membrane. The anode electrode 11c is exposed to the atmosphere.
Note that the gas disposed on the anode electrode 11c side is not limited to the atmosphere, and may be any gas that does not react with hydrogen and has a specific gravity heavier than hydrogen.
なお、上述した実施態様は、炭酸イオン類濃縮装置及び炭酸イオン類濃縮方法の一例を示すものである。本発明に係る炭酸イオン類濃縮装置及び炭酸イオン類濃縮方法は、上述した実施態様に限られるものではなく、請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、上述した実施態様に係る炭酸イオン類濃縮装置及び炭酸イオン類濃縮方法の構成を相互に互換、又は変形してもよい。 In addition, the embodiment mentioned above shows an example of the carbonate ion concentration apparatus and the carbonate ion concentration method. The carbonate ion concentrating device and the carbonate ion concentration method according to the present invention are not limited to the embodiments described above, and the carbonate ion concentration device and the method for concentrating carbonate ions according to the embodiments described above are not limited to the embodiments described above. The configurations of the device and the method for concentrating carbonate ions may be mutually compatible or modified.
例えば、本実施態様における炭酸イオン類濃縮装置及び炭酸イオン類濃縮方法において、水素イオン交換膜を設ける個数は１つに限定されるものではない。例えば、膜の個数を増やし、炭酸イオン類濃縮槽に相当する区画を増やすことで、炭酸イオン類濃縮処理の大規模化を図るものとしてもよい。また、海洋に水素イオン交換膜とカソード電極及びアノード電極を設置して、海洋中で炭酸イオン類を濃縮してもよい。 For example, in the carbonate ion concentrator and carbonate ion concentration method in this embodiment, the number of hydrogen ion exchange membranes to be provided is not limited to one. For example, the carbonate ion concentration process may be performed on a larger scale by increasing the number of membranes and increasing the number of sections corresponding to carbonate ion concentration tanks. Alternatively, carbonate ions may be concentrated in the ocean by installing a hydrogen ion exchange membrane, a cathode electrode, and an anode electrode in the ocean.
また、本実施態様における炭酸イオン類濃縮装置において、電極の配置は、処理槽内の水素イオン交換膜の両端部に限定されるものではない。例えば、水素イオン交換膜から一定の距離をもって配置されてもよい。また、複数の電極を設けることとしてもよいし、それらを処理槽全体で均一に反応が起こるように均等に配置することもできる。 Furthermore, in the carbonate ion concentrating device in this embodiment, the arrangement of the electrodes is not limited to both ends of the hydrogen ion exchange membrane in the treatment tank. For example, it may be placed at a certain distance from the hydrogen ion exchange membrane. Further, a plurality of electrodes may be provided, or they may be arranged evenly so that the reaction occurs uniformly throughout the processing tank.
本発明の炭酸イオン類濃縮装置及び炭酸イオン類濃縮方法は、低エネルギーで炭酸イオン類を濃縮することができることから、大規模な二酸化炭素固定システムに好適に用いることができる。 Since the carbonate ion concentrating device and the carbonate ion concentration method of the present invention can concentrate carbonate ions with low energy, they can be suitably used in a large-scale carbon dioxide fixation system.
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 炭酸イオン類濃縮装置、１０ 処理槽、１１ａ カソード電極，１１ｂ，１１ｃ アノード電極、１２ 水素イオン交換膜、１３ａ 第１室，１３ｂ 第２室、３０ 溶解槽、Ｌ１～Ｌ５ ライン、Ｓ０ 原水、Ｓ 処理後溶液
1A, 1B, 1C, 1D Carbonate ion concentrator, 10 Processing tank, 11a Cathode electrode, 11b, 11c Anode electrode, 12 Hydrogen ion exchange membrane, 13a 1st chamber, 13b 2nd chamber, 30 Dissolution tank, L1 to L5 Line, S 0 raw water, S treated solution
Claims (4)
前記水素イオン交換膜を挟んで配置するカソード電極及びアノード電極と、
前記カソード電極側に配置され、二酸化炭素を含む第１溶液と、を備え、
前記カソード電極と前記アノード電極を短絡させることを特徴とする、炭酸イオン類濃縮装置。 A hydrogen ion exchange membrane that selectively permeates hydrogen ions,
a cathode electrode and an anode electrode arranged to sandwich the hydrogen ion exchange membrane;
a first solution containing carbon dioxide, which is disposed on the cathode electrode side;
A carbonate ion concentration device, characterized in that the cathode electrode and the anode electrode are short-circuited.
前記カソード電極側に二酸化炭素を含む第１溶液を配置するステップと、
前記カソード電極と前記アノード電極を短絡させるステップと、を備えることを特徴とする、炭酸イオン類濃縮方法。
arranging a cathode electrode and an anode electrode with a hydrogen ion exchange membrane in between;
placing a first solution containing carbon dioxide on the cathode side;
A method for concentrating carbonate ions, comprising the step of short-circuiting the cathode electrode and the anode electrode.
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