JP3800472B2

JP3800472B2 - 二酸化炭素の固定方法

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Publication number: JP3800472B2
Application number: JP31639898A
Authority: JP
Inventors: 美紀渡邉; 洋輝前浪; 博人進; 裕明久野; 忠西野
Original assignee: Inax Corp; Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Inax Corp; Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2018-11-06
Also published as: JP2000140651A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二酸化炭素の固定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大気中における二酸化炭素の濃度が急激に増加し、地球温暖化の主因とされている。二酸化炭素は、経済活動や日常生活から発生し、排出量削減が地球環境を維持していく上で急務とされている。すなわち、わが国の１９９４年度における二酸化炭素の総排出量は、炭素換算で３億４０００万トンであり、年々２〜５％程度ずつ増加傾向にあると言われている。現在、二酸化炭素分離技術や有効活用技術が活発に検討されてはいる。
【０００３】
一方、建築・土木産業ではビルの解体等によってセメント系建築廃材が大量に放出され、また鉄鋼産業では高炉や転炉のスラグが必ず放出される。すなわち、わが国内の無機廃材の発生量は、年間でセメント系建築廃材が４８００万トン、スラグが２１５６万トンであると言われている。従来、これらの無機廃材はそのほとんどが埋め立て等に利用されるだけであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の二酸化炭素分離技術等では、大量に発生する二酸化炭素を経済的かつ大量に処理することが未だ困難である。したがって、産業廃棄物たる無機廃材を用いて二酸化炭素を経済的かつ大量に処理することができれば、無機廃材の有効活用による産業廃棄物の削減と、大気中に排出される二酸化炭素の削減とを両立することが期待される。
【０００５】
本発明は、上記従来の実状に鑑みてなされたものであって、産業廃棄物たる無機廃材を用いて二酸化炭素を経済的かつ大量に処理することのできる二酸化炭素の固定方法を提供することを解決すべき課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行い、無機廃材は、ＣａＯを多く含むため、これからＣａ²⁺等のアルカリ土類金属イオンを分離することができれば、そのアルカリ土類金属イオンによりアルカリ土類炭酸塩を生成して二酸化炭素を固定化できると考えた。そして、そのために陽イオン交換樹脂を用いることが有効であることを発見し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明の二酸化炭素の固定方法は、水を主成分とする第１反応液中に無機廃材と、該無機廃材のアルカリ土類金属イオンをイオン交換により吸着可能な陽イオン交換樹脂とを共存させることにより、該アルカリ土類金属イオンを該陽イオン交換樹脂に吸着させるイオン交換工程と、
水を主成分とする第２反応液中に該イオン交換工程後の該陽イオン交換樹脂を存在させ、該第２反応液に二酸化炭素を泡立たせることにより、該第２反応液中に該アルカリ土類金属イオンを分離抽出させて該陽イオン交換樹脂を再生するとともに、該第２反応液中で少なくとも該アルカリ土類金属イオンとＣＯ₃ ^2-とが反応したアルカリ土類炭酸塩を生成して二酸化炭素を固定化するバブリング工程と、からなることを特徴とする。
【０００８】
発明者らの試験によれば、本発明の二酸化炭素の固定方法では、まずイオン交換工程において、陽イオン交換樹脂を用いていることから、無機廃材の性状にかかわらず無機廃材が迅速に溶解する。かかる溶解のメカニズムは、水を主成分とする第１反応液中において無機廃材から微量に溶出したアルカリ土類金属イオンと陽イオン交換樹脂との間でイオン交換を生じ、その分だけ第１反応液中の平衡状態が損なわれることから、それを補うために第１反応液中にアルカリ土類金属イオンが溶出していくことによると考えられる。なお、第１反応液中におけるイオン交換は、陽イオン交換樹脂の樹脂基体に導入された官能基から一般には水素イオンが分離する一方、そこに無機廃材のアルカリ土類金属イオンが吸着することにより生じると考えられている。
【０００９】
そして、バブリング工程において、第２反応液中にアルカリ土類金属イオンを分離抽出させることができるため、陽イオン交換樹脂を再生することができる。また、第２反応液中で少なくともアルカリ土類金属イオンとＣＯ₃ ^2-とが反応した炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）等のアルカリ土類炭酸塩を生成することができる。
【００１０】
したがって、本発明の二酸化炭素の固定方法によれば、産業廃棄物たる無機廃材を用いて二酸化炭素を経済的かつ大量に処理することができる。
無機廃材は粉末状であることが好ましい。粉末状の無機廃材は、イオン交換工程の際、第１反応液との接触面積が大きいことからアルカリ土類金属イオンを溶出しやすく、全体として溶解しやすいからである。また、陽イオン交換樹脂も粉末状又は粒状であることが好ましい。粉末状又は粒状の陽イオン交換樹脂は、イオン交換工程の際、第１反応液との接触面積が大きいことからアルカリ土類金属イオンを吸着しやすく、反応効率が高いからである。また、粉末状又は粒状の陽イオン交換樹脂は、バブリング工程の際に再生もしやすく、かつ作業性にも優れるからである。また、イオン交換工程の際、第１反応液を攪拌したり、振動を与えたりすることが好ましい。攪拌や振動により、無機廃材からのアルカリ土類金属イオンの溶出が促進されたり、陽イオンと陽イオン交換樹脂との接触が促進され、第１反応液全体でイオン交換を行いやすいと考えられるからである。同様に、バブリング工程の際、第２反応液を攪拌したり、振動を与えたりすることが好ましい。攪拌や振動により陽イオン交換樹脂からのアルカリ土類金属イオンの分離抽出が促進され、二酸化炭素の固定量を向上させることができると考えられるからである。
【００１１】
バブリング工程の際、第２反応液中に塩基物を存在させることが好ましい。二酸化炭素の固定化反応はｐＨ１０程度の塩基性の下で進行しやすいからである。この塩基物としては、アンモニア水、ＮａＯＨ水溶液、ジエチルアミン、ジエチレントリアミン、エチレンジアミン、トリメタノールアミン等を採用することができるが、アンモニア水を採用することが好ましい。アンモニア水では二酸化炭素の固定量を向上させることができるからである。
【００１２】
イオン交換工程の際の第１反応槽をそのままバブリング工程の際の第２反応槽に用いることもできる。こうであれば、反応装置が単槽式となり、第１、２反応液を収容する反応槽を変えることなくイオン交換工程及びバブリング工程ができるため、良好な作業性を得ることができる。他方、単槽式にした場合、連続した反応を行いにくいため、反応効率が悪くなる。このため、イオン交換工程を行う第１反応槽と、バブリング工程を行う第２反応槽との二槽式で反応装置を主として構成するとともに、無機廃材や陽イオン交換樹脂等の移動をスムーズに行い得るようにすることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態１、２を図面を参照しつつ説明する。
（実施形態１）
実施形態１では、図１の流れ図に従って、以下のイオン交換工程及びバブリング工程を実行する。
【００１４】
無機廃材としてモルタル廃材を用いた。このモルタル廃材をジョークラッシャー等で粗砕後、ボ−ルミルで２４時間湿式細摩し、９０℃の乾燥機で一週間乾燥させ、モルタル廃材粉末４とした。得られたモルタル廃材粉末４の平均粒径は６．５５μｍである。このモルタル廃材粉末４の構成相は、ＸＲＤチャートによると、石英（ｑｕａｒｔｚ）、曹長石（ａｌｂｉｔｅ）、方解石（ｃａｌｃｉｔｅ）、緑泥石（ｃｌｉｎｏｃｈｌｏｒｅ）及び白雲母（ｍｕｓｃｏｖｉｔｅ）である。また、このモルタル廃材粉末４の化学組成（質量％）は、ＸＲＦ分析によると、表１の通りであった。
【００１５】
【表１】

但し、このモルタル廃材粉末４中にはＣａＯとともにＣａＣＯ₃も同時に含まれ、ＣａＣＯ₃におけるＣＯ₂の含有量がＪｌＳ法（Ｒ９０１１）によれば４．０８質量％であったことから、モルタル廃材粉末４中におけるＣＯ₂を固定可能なＣａＯは１１．８質量％と見積もられる。
【００１６】
さらに、陽イオン交換樹脂５として、ゲル型強酸性陽イオン交換樹脂（ダイヤイオンＳＫ；三菱化学（株）製、直径約０．２ｍｍの粒状、比重は１．１）を用意した。この陽イオン交換樹脂５を多量の蒸留水で洗浄後、減圧濾過して湿潤状態とした。
「イオン交換工程」
まず、ステップＳ１において、第１反応槽１内に目開き１４９μｍの洗浄籠２を収納する。また、第１反応槽１内に３００ｍｌの蒸留水からなる第１反応液３と、４．０ｇのモルタル廃材粉末４と、５．０ｇの陽イオン交換樹脂５とを投入する。そして、スターラー６により１５分間攪拌する。これにより、陽イオン交換樹脂５にモルタル廃材粉末４から除去したＣａ²⁺を吸着させる。
【００１７】
この後、ステップＳ２において、第１反応槽１から洗浄籠２を持ち上げ、Ｃａ²⁺を吸着した陽イオン交換樹脂５を残りのモルタル廃材粉末４及び第１反応液３から分離する。
そして、ステップＳ３において、残りのモルタル廃材粉末４と第１反応液３とを濾過により分離する。第１反応液３はステップＳ１の第１反応槽１内に戻す。また、ステップＳ４において、蒸留水７を用いて陽イオン交換樹脂５を洗浄し、陽イオン交換樹脂５の表面に付着した処理後のモルタル廃材粉末４を除去する。
「バブリング工程」
次いで、ステップＳ５において、３００ｍｌの蒸留水からなる第２反応液８が収容された第２反応槽９を用意し、第２反応槽９内に洗浄籠２とともに陽イオン交換樹脂５を収納する。そして、スターラー１０で攪拌しつつ、ＣＯ₂ガス（ＣＯ₂１００％）を流量０．１５ｍｌ／分で１０分間泡立たせる。こうして、第２反応液８中のＣＯ₂濃度を一定にした後、ピペット１１により濃度２９％のアンモニア水を塩基物１２として第２反応液８に加え、ｐＨ１０に保持しつつ更に１０分間ＣＯ₂ガスを流量０．１５ｍｌ／分で泡立たせる。なお、第２反応槽９にはｐＨ計１３も設けられている。こうして、陽イオン交換樹脂５から第２反応液８（塩基物１２を含む。）中にＣａ²⁺を分離抽出させ、陽イオン交換樹脂５を再生するとともに、第２反応液８（塩基物１２を含む。）中で少なくともＣａ²⁺とＣＯ₃ ^2-とを反応させ（炭酸化）、アルカリ土類炭酸塩１４としてのＣａＣＯ₃を生成し、沈殿させる。
【００１８】
この後、ステップＳ６において、第２反応槽９から洗浄籠２を持ち上げ、Ｃａ²⁺を分離抽出した陽イオン交換樹脂５をアルカリ土類炭酸塩１４及び第２反応液８（塩基物１２を含む。）から分離する。
そして、ステップＳ７において、アルカリ土類炭酸塩１４と第２反応液８（塩基物１２を含む。）とを濾過により分離する。アルカリ土類炭酸塩１４は、８０°Ｃの乾燥器で３日間乾燥後、秤量し、ＸＲＤにて方解石と同定した。他方、第２反応液８（塩基物１２を含む。）はステップＳ５の第２反応槽９内に戻す。また、ステップＳ８において、蒸留水１５を用いて陽イオン交換樹脂５を洗浄し、陽イオン交換樹脂５の表面に付着したアルカリ土類炭酸塩１４を除去する。
【００１９】
次いで、ステップＳ９において、塩酸及び蒸留水からなる第３反応液１６内に陽イオン交換樹脂５を浸漬し、陽イオン交換樹脂５をほぼ完全に再生する。この陽イオン交換樹脂５はステップＳ１の第１反応槽１内に戻す。
こうして、この実施形態１では、産業廃棄物たるモルタル廃材粉末４を用いることにより、近年地球環境の維持の観点から削減が要求されているＣＯ₂を経済的かつ大量に固定化できることがわかる。
「評価１」
塩基物１２として、上記アンモニア水の代わりに、ＮａＯＨ水溶液、ジエチルアミン、ジエチレントリアミン、エチレンジアミン又はトリメタノールアミンを用い、塩基物１２の種類によるアルカリ土類炭酸塩１４への影響について検討した。
【００２０】
この結果、アンモニア水とジエチルアミン以外の塩基物１２についてはＣａＣＯ₃を生成できず、ＮａＯＨ水溶液を用いればアルカリ土類炭酸塩１４としてＮａ₂ＣＯ₃を主に生成できた。この理由は、ＮａＯＨ水溶液は高い電離度の強塩基であり、第２反応液８中でのＮａ⁺の濃度が高いことからＣＯ₃ ²‐と反応しやすくなるのに対し、アンモニア水は低い電離度の弱塩基であり、第２反応液８中でのＮＨ₄ ⁺の濃度が低いことからＣＯ₃ ²‐との反応が起こりにくいからであると推測される。他方、ジエチレントリアミン、エチレンジアミン及びトリメタノールアミンについては、炭酸化反応の促進を期待したが、ＸＲＤでは同定不可能な黒いタール状の有機物をアルカリ土類炭酸塩１４として生成した。ｐＨを調整するためにこれらを多量に添加したためであると思われる。また、アンモニア水では方解石及び霰石（ａｒａｇｏｎｉｔｅ）を生成できたが、ジエチルアミンを用いると主に霰石を生成することができた。
【００２１】
したがって、霰石を生成する上においては、塩化物１２としてジエチルアミンを用いることが好ましいことがわかる。
ＣａＣＯ₃の回収率（％）は、アンモニア水を用いた場合では２１．０％、ジエテルアミンを用いた場合では７．４％であり、アンモニア水を用いた場合の方が高い回収率を確保できることがわかる。
【００２２】
したがって、塩化物１２としてアンモニア水を用いることがＣＯ₂の固定量を向上させる点で好ましいことがわかる。
「評価２」
また、ＣＯ₂ガスを泡立たせた反応時間を５〜８０分間とし、反応時間（分）と、ＣａＣＯ₃の回収率（％）と、アルカリ土類炭酸塩１４への影響との関係について検討した。
【００２３】
反応時間と回収率との関係を図２に示す。図２より、反応時間が長いほど回収率が高く、ＣＯ₂の固定量を向上させ得ることがわかる。
「評価３」
さらに、モルタル廃材粉末４の量を０．５〜８．０ｇとし、陽イオン交換樹脂５へのＣａ²⁺の吸着率（％）と、ＣａＣＯ₃の生成量（ｇ）及び回収率（％）との関係を求めた。結果を図３に示す。
【００２４】
図３より、吸着率の向上に伴い、生成量が大きく、回収率が高くなるが、吸着率が５０％程度で生成量及び回収率が飽和することがわかる。また、バブリング工程前後の陽イオン交換樹脂５について、断面の線分析及び断面の面分析で比較すると、バブリング工程前にはＣａ²⁺が内部まで均―に吸着していること、バブリング工程後にはＣａ²⁺の濃度が減少し、表面付近のＣａ²⁺の濃度が下がっていることが確認できた。このため、ＣａＣＯ₃の生成は、陽イオン交換樹脂５の内部で起こるのではなく、陽イオン交換樹脂５の表面から第２反応液８（塩基物１２を含む。）中にＣａ²⁺が溶出し、第２反応液８（塩基物１２を含む。）において、そのＣａ²⁺とＣＯ₃ ²‐とが反応することによって起こることがわかる。そして、陽イオン交換樹脂５の表面で不足したＣａ²⁺を補うように陽イオン交換樹脂５の内部からＣａ²⁺が拡散していくと推測される。よって、吸着率が５０％程度で生成量及び回収率が飽和するのは、反応時間が１０分と比較的短く、吸着率が５０％程度でＣａ²⁺の拡散速度若しくはＣＯ₂の第２反応液８（塩基物１２を含む。）への溶解速度が律速となり、陽イオン交換樹脂５に吸着したＣａ²⁺の全量がＣａＣＯ₃生成に消費されず、ＣａＣＯ₃の生成量が反応時間１０分での平衡値に達するからであると推定される。
【００２５】
したがって、モルタル廃材粉末４の量を増大させれば、陽イオン交換樹脂５へのＣａ²⁺の吸着率を高めることができ、これによりＣＯ₂の固定量を向上させ得ることがわかる。
「評価４」
また、第２反応液８に添加する塩基物１２としてのアンモニア水量を変化させることにより、第２反応液８（塩基物１２を含む。）のｐＨを９、９．５、１０、１０．５の４水準に変化させ、第２反応液８（塩基物１２を含む。）のｐＨとＣａＣＯ₃の回収率（％）との関係を求めた。結果を図４に示す。
【００２６】
図４より、第２反応液８（塩基物１２を含む。）のｐＨ１０程度で最も高い回収率を発揮できるものの、第２反応液８（塩基物１２を含む。）のｐＨによって回収率はほとんど変化しないことがわかる。この原因のひとつは、反応時間が比較的短いために、ＣＯ₂の溶解が進んでおらず、ＣＯ₃ ^2-の濃度が第２反応液８（塩基物１２を含む。）のｐＨにそれほど寄与していないからであると考えられる。また、所定のｐＨに保つためにアンモニア水量が増え、これにより第２反応液８（塩基物１２を含む。）の量も増えることから、ＣＯ₃ ^2-とＣａ²⁺を吸着した陽イオン交換樹脂５との接触が妨げられることも原因であると考えられる。
【００２７】
また、アルカリ土類炭酸塩１４のＸＲＤチャートによれば、ｐＨによる生成相の違いは認められなかった。
したがって、第２反応液８（塩基物１２を含む。）はｐＨ１０程度が好ましいことがわかる。
「評価５」
ＣＯ₂の供給源としては工場等からの排ガスを使用することが予想される。このため、ガス中のＣＯ₂濃度（％）を変化させた。なお、ガスのＣＯ₂を除く残部はＮ₂である。こうして、反応時間１０〜４０分の下、ＣＯ₂濃度とＣａＣＯ₃の回収率（％）との関係を求めた。結果を図５に示す。
【００２８】
図５より、ＣＯ₂濃度が下がると、回収率もそれに応じて減少することがわかる。また、ＣＯ₂濃度の変化に伴う回収率の挙動は、反応時間１０分、２０分では大きな差は認められないが、反応時間４０分では同じＣＯ₂濃度における反応時間２０分の場合に比べ、約２倍の回収率を示すことがわかる。これは、ＣＯ₂濃度の滅少に伴い、第２反応液８（塩基物１２を含む。）中へのＣＯ₂の溶解量が減少することから、ＣＯ₃ ^2-とＣａ²⁺を吸着した陽イオン交換樹脂５との接触の機会が減少するためにＣａＣＯ₃の回収率は減少する一方、反応時間を長くすることで第２反応液８（塩基物１２を含む。）中のＣＯ₃ ^2-の濃度が確保され、ＣＯ₂の固定量が向上するからであると推定される。
【００２９】
また、アルカリ土類炭酸塩１４のＸＲＤチャートによれば、ＣＯ₂濃度が低く、反応時間が短い場合には、ＣａＣＯ₃の生成量が低かった。特に、ＣＯ₂濃度が５％、反応時間が１０分の場合は、ＸＲＤ分析が困難なほどＣａＣＯ₃の生成量が低く、ＣＯ₂の固定量が低かった。
したがって、ＣＯ₂濃度の高いガスを使用することが好ましいことがわかる。また、排ガス等のＣＯ₂濃度の低いガスをバブリング工程に用いる場合、反応時間を長くする、攪拌速度を上げる、振動させる、ＣＯ₂ガスの流量を上げる、ＣＯ₂ガスの気泡を細かくする等、ＣＯ₂の溶解を促進してＣＯ₃ ^2-とＣａ²⁺を吸着した陽イオン交換樹脂５との接触の頻度を増加させる手段が必要となると思われる。
「評価６」
第２反応液８（塩基物１２を含む。）の攪拌速度を１００〜４００（ｒｐｍ）で変化させ、攪拌速度とＣａＣＯ₃の回収率（％）との関係を求めた。結果を図６に示す。
【００３０】
図６より、攪拌速度を上げるにつれて、ＣａＣＯ₃の回収率が向上し、ＣＯ₂の固定量も向上することがわかる。攪拌速度を上げることにより、ＣＯ₂の溶解及びＣａ²⁺とＣＯ₃ ^2-との接触頻度が高められるためと思われる。
また、アルカリ土類炭酸塩１４のＸＲＤチャートによれば、攪拌速度の違いで生成相に相違を生じないことが確認された。
【００３１】
したがって、排ガス等のＣＯ₂濃度の低いガスをバブリング工程に用いる場合、攪拌速度を上げることは有効であると考えられる。
「評価７」
第２反応槽９内の第２反応液８（塩基物１２を含む。）を振動すべく、第２反応槽９に超音波発信器を設け、２８ｋＨｚ、４５ｋＨｚ、１００ｋＨｚの３水準で周波数を変化させた。この際、攪拌は行わないこととした。こうして、超音波の周波数とＣａＣＯ₃の回収率（％）との関係を求めた。結果を図７に示す。
【００３２】
図７より、周波数が低いほど、ＣａＣＯ₃の回収率が増大し、ＣＯ₂の固定量が向上することがわかる。しかし、周波数が高くなるほど、ＣａＣＯ₃の生成量が低下し、ＣＯ₂の固定量も低下する。超音波を用いることにより発生するキャビテーションの影響により、第２反応液８（塩基物１２を含む。）とＣａ²⁺を吸着した陽イオン交換樹脂５との間に摩擦力が生じ、これによりＣａ²⁺を吸着した陽イオン交換樹脂５の結合が切れることが推定される。
【００３３】
また、アルカリ土類炭酸塩１４のＸＲＤチャートによれば、周波数が低い場合には霰石の生成が確認された。
したがって、超音波を用いて第２反応液８（塩基物１２を含む）を振動させる場合には、比較的低い周波数の方がＣＯ₂の固定に適していることがわかる。
「評価８」
評価７と同様、第２反応槽９内の第２反応液８（塩基物１２を含む。）を振動すべく、第２反応槽９に超音波発信器を設け、出力を３水準で変化させた。この際、攪拌は行わないこととした。こうして、超音波の強さとＣａＣＯ₃の回収率（％）との関係を求めた。また、第２反応液８（塩基物１２を含む。）をｐＨ１０に保持すべく使用したアンモニア水量（ｌ）とＣａＣＯ₃の回収率（％）との関係を求めた。結果を図８に示す。
【００３４】
図８より、超音波の出力の大小はＣａＣＯ₃の回収率、ひいてはＣＯ₂の固定量にあまり影響が無く、超音波により振動させない方がＣＯ₂の固定量が向上することがわかる。他方、超音波により振動させない方がアンモニア水の使用量が低いことがわかる。これは、超音波を使用すればキャビテーションの影響で第２反応液８（塩基物１２を含む。）の温度が上昇し、これによりイオン積の関係でｐＨが低下するためである。このため、超音波により振動させると、ｐＨ１０を維持すべくアンモニア水の使用量が増加するため、第２反応液８（塩基物１２を含む。）中のＣａ²⁺の割合が減少すると考えられる。また、超音波による振動で第２反応液８（塩基物１２を含む）の温度が上昇することにより、ＣＯ₂の溶解度が低下し、ＣＯ₂とＣａ²⁺との接触頻度が下がると考えられる。
【００３５】
また、アルカリ土類炭酸塩１４のＸＲＤチャートによれば、３水準共に生成相に違いがなかった。
したがって、超音波を用いて第２反応液８（塩基物１２を含む）を振動させる場合には、第２反応液８（塩基物１２を含む。）の温度を維持する手段を別に講じる必要があることが想定される。
「評価９」
第２反応液８（塩基物１２を含む。）中に供給するＣＯ₂ガス（ＣＯ₂１００％）の流量を０〜１５ｌ／分で変化させ、ＣＯ₂ガス流量とＣａＣＯ₃の回収率（％）との関係を求めた。結果を図９に示す。
【００３６】
図９より、流量が小さいほど回収率が低く、ＣＯ₂の固定量が低いことがわかる。しかし、流量を大きくしても回収率は飽和し、ＣＯ₂の固定量は頭打ちになることがわかる。第２反応液８（塩基物１２を含む。）中のＣＯ₃ ^2-の濃度が飽和するからであると想定される。
また、アルカリ土類炭酸塩１４のＸＲＤチャートによれば、ＣＯ₂ガスの流量の差によって生成相に違いがなかった。
【００３７】
したがって、ＣＯ₂ガスの流量は、第２反応液８（塩基物１２を含む。）の量、反応時間等との関係の下、反応効率を考慮して決定することが必要であると考えられる。
（実施形態２）
実施形態２では、図１０に示す反応装置を用いる。この反応装置では、処理室２０内に第１反応槽２１及び第２反応槽２２が設けられている。第１反応槽２１内には目開き１７７μｍの洗浄籠２３が収納され、第２反応槽２２内にも目開き１７７μｍの洗浄籠２４が収納されている。また、第１反応槽２１及び洗浄籠２３内には電気伝導率計２５及び出力可変のスターラー２６が設けられている。他方、第２反応槽２２及び洗浄籠２４内には、ｐＨ計２７及び出力可変のスターラー２８が設けられているとともに、アンモニア水を収納したボンベ２９とポンプ３０を介して接続されたノズル３１が設けられている。また、洗浄籠２４の内部底面にはＣＯ₂ガスを収納したボンベ３２と接続されたノズル３３が設けられ、第２反応槽２２の内部底面には超音波発信器３４が設けられている。
【００３８】
また、第１反応槽２１の底部には弁３５を介して配管３６が接続されており、配管３６の下方にはＮｏ．５Ｂの大型濾紙をもつ脱水籠３７を上にして濾液受け槽３８が設けられている。濾液受け槽３８の底部にはポンプ３９を介して二股の配管４０が接続されている。配管４０の一端は弁４１を介して第１反応槽２１内に位置され、配管４０の他端は弁４２を介して外部に位置されている。
【００３９】
さらに、第２反応槽２２の底部にも弁４３を介して配管４４が接続されており、配管４４の下方にもＮｏ．５Ｂの大型濾紙をもつ脱水籠４５を上にして濾液受け槽４６が設けられている。濾液受け槽４６の底部にもポンプ４７を介して二股の配管４８が接続されている。配管４８の一端は弁４９を介して第２反応槽２２内に位置され、配管４８の他端は弁５０を介して外部に位置されている。
【００４０】
処理室２０の上部には排気ファン５１を介して外部に繋がる排気管５２が設けられている。また、処理室２０外には制御盤５３が設けられ、電気伝導率計２５、スターラー２６、２８、ｐＨ計２７、ポンプ３０、３９、４７、超音波発信器３４及び排気ファン５１は、この制御盤５３に接続されている。
かかる反応装置により上記実施形態１と同様にイオン交換工程及びバブリング工程を実行する。但し、作業性を考慮し、イオン交換工程を第１反応槽２１で行い、バブリング工程を第２反応槽２２で行う。
「イオン交換工程」
すなわち、第１反応槽２１内にそれぞれ一定量の蒸留水からなる第１反応液と、上記モルタル廃材粉末等の無機廃材と、陽イオン交換樹脂とを投入し、電気伝導率計２５により確認しつつスターラー２６により一定時間攪拌する。
【００４１】
そして、弁３５が開かれ、Ｃａ²⁺を吸着した陽イオン交換樹脂を洗浄籠２３に残し、残りの無機廃材及び第１反応液を脱水籠３７を介して濾液受け槽３８で受ける。この際、脱水籠３７の濾紙上に処理後の無機廃材が残留されるため、濾液受け槽３８には第１反応液が収納される。この第１反応液は、再利用可能であればポンプ３９及び弁４１を介して配管４０により第１反応槽２１内に環流され、再利用不能であればポンプ３９及び弁４２を介して配管４０により外部に排出される。脱水籠３７の濾紙上に残留した処理後の無機廃材を脱水し、再度第１反応槽２１内に戻したり、他で再利用することもできる。
「バブリング工程」
洗浄籠２３上に残されたイオン交換工程後の陽イオン交換樹脂は、洗浄籠２４内に移される。ここで、陽イオン交換樹脂を脱水してから移すこともできる。第２反応槽２４内には、蒸留水と、ボンベ２９からポンプ３０及びノズル３１を介して添加されたアンモニア水とがそれぞれ一定量貯留されており、これらにより第２反応液が構成されている。そして、ｐＨ計２７で確認するとともにスターラー２８で攪拌しつつ、ボンベ３２及びノズル３３を介してＣＯ₂ガスを一定流量及び一定時間泡立たせる。
【００４２】
そして、弁４３が開かれ、Ｃａ²⁺を分離抽出した陽イオン交換樹脂を洗浄籠２４に残し、ＣａＣＯ₃及び第２反応液を脱水籠４５を介して濾液受け槽４６で受ける。この際、脱水籠４５の濾紙上にＣａＣＯ₃が残留されるため、濾液受け槽４６には第２反応液が収納される。この第２反応液は、再利用可能であればポンプ４７及び弁４９を介して配管４８により第２反応槽２２内に環流され、再利用不能であればポンプ４７及び弁５０を介して配管４８により外部に排出される。ここで、洗浄籠２４上に残留した陽イオン交換樹脂を脱水し、塩酸等で洗浄後、再度第１反応槽２１内に戻して再利用する。また、脱水籠４５の濾紙上に残留したＣａＣＯ₃を脱水し、他で再利用することもできる。
【００４３】
こうして、この実施形態２では、優れた作業性の下でＣａＣＯ₃の確保とＣＯ₂の固定化とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の流れ図である。
【図２】実施形態１の評価２に係り、反応時間と回収率との関係を示すグラフである。
【図３】実施形態１の評価３に係り、Ｃａ²⁺の吸着率とＣａＣＯ₃の生成量及び回収率との関係を示すグラフである。
【図４】実施形態１の評価４に係り、第２反応液（塩基物を含む。）のｐＨとＣａＣＯ₃の回収率との関係を示すグラフである。
【図５】実施形態１の評価５に係り、ＣＯ₂濃度とＣａＣＯ₃の回収率との関係を示すグラフである。
【図６】実施形態１の評価６に係り、攪拌速度とＣａＣＯ₃の回収率との関係を示すグラフである。
【図７】実施形態１の評価７に係り、超音波の周波数とＣａＣＯ₃の回収率との関係を示すグラフである。
【図８】実施形態１の評価８に係り、超音波の出力の強弱と使用したアンモニア水の量とＣａＣＯ₃の回収率との関係を示すグラフである。
【図９】実施形態１の評価９に係り、ＣＯ₂の流量とＣａＣＯ₃の回収率との関係を示すグラフである。
【図１０】実施形態２の反応装置の模式構成図である。
【符号の説明】
３…第１反応液
４…無機廃材（モルタル廃材粉末）
５…陽イオン交換樹脂
８…第２反応液
１４…アルカリ土類炭酸塩
１２…塩基物

Claims

水を主成分とする第１反応液中に無機廃材と、該無機廃材のアルカリ土類金属イオンをイオン交換により吸着可能な陽イオン交換樹脂とを共存させることにより、該アルカリ土類金属イオンを該陽イオン交換樹脂に吸着させるイオン交換工程と、
水を主成分とする第２反応液中に該イオン交換工程後の該陽イオン交換樹脂を存在させ、該第２反応液に二酸化炭素を泡立たせることにより、該第２反応液中に該アルカリ土類金属イオンを分離抽出させて該陽イオン交換樹脂を再生するとともに、該第２反応液中で少なくとも該アルカリ土類金属イオンとＣＯ₃ ^2-とが反応したアルカリ土類炭酸塩を生成して二酸化炭素を固定化するバブリング工程と、からなることを特徴とする二酸化炭素の固定方法。
第２反応液中に塩基物を存在させることを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素の固定方法。
イオン交換工程後の第１反応液をバブリング工程前の第２反応液とすることを特徴とする請求項１又は２記載の二酸化炭素の固定方法