JP7344953B2 - 3次元状態の材料の化学変換のためのシステム - Google Patents

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Description

本発明は、一般に、例えば、3次元状態の材料の化学変換を実現するためシステムに関する。
特に、本発明は、超臨界および/または臨界条件においても、高反応性の3次元無機材料を実現するためのシステムに関する。
さらにより具体的には、本発明は、例えば、固体3次元前駆体と、非常に反応性で均質なガスまたはガス混合物との間の、高温および/または高圧での不均一反応による、構造的階層の変化を伴わない、3次元材料の化学変換のためのシステムに関する。
一般に、例えば、リン酸カルシウムベースの材料の合成のための前駆体として使用される、高反応性の、炭酸カルシウム(CaCO)に基づく3次元材料の調製のプロセスが既知である。
例えば、このタイプのプロセスは、国際公開第2017/021894号公報から既知である。
既知のプロセスで見つかった問題は、酸化カルシウム(CaO)から炭酸カルシウム(CaCO)への3次元材料の変換は、一般に、試薬の均一性の欠如によって特に影響を受けることである。
特に、水(HO)が豊富な二酸化炭素(CO)の既知のプロセスでの使用の可能性は、初期構造が保存されている、および/または酸化カルシウム(CaO)から炭酸カルシウム(CaCO)へ完全に変換されている3次元材料を得ることを必ずしも常に保証するわけではないことに出願人は注目した。
また、一般に既知のシステムは、窒化物、金属酸化物、炭酸塩などに基づく3次元材料の場合でさえ、初期構造が完全に保存されている、および/または少なくとも部分的に変換されている3次元材料を得ることを常に保証するわけではないことに出願人らは注目した。
一般に、既知の変換のためのシステムは、前記材料が、その構造に関しては完全に保存されている、および/または少なくとも部分的に化学変換されるように、3次元材料の化学変換を常に保証するように最適化されていないことを出願人らは観察した。
本発明の目的は、先行技術の上記の問題を最適化された方法で解決することである。
そのような目的は、以下の特許請求の範囲に記載された特徴を有する3次元材料の化学変換のためのシステムによって達成される。
本発明およびその一態様を以下に示す。ただし、本発明は以下に限定されない。
[1]
3次元状態の材料の化学変換のためのシステムであって、
-第1のガスを反応チャンバ(12a)内に放出するように配置されたガス供給グループ(14)と、
-反応チャンバ(12a)を形成するように構成された本体(20)であって、3次元状態で、化学的に変換されるように配置された1つまたは複数のサンプル(11)を支持するように構成された少なくとも1つの構成要素(21)、および/または第2のガスを前記反応チャンバ(12a)内に放出するように配置された、化学薬品を含むケーシング構成要素(26)を含む本体(20)を含む反応グループ(12)と、
-前記反応グループ(12)を含み、前記反応チャンバ(12a)を所定の温度で加熱するように配置されたオーブン(15)と、
を含み、
前記本体(20)が、
-使用中に、前記サンプル(11)上の前記第1および/または前記第2のガスを前記反応チャンバ(12a)内に集中させるように配置された少なくとも2つのタービン(25)を含むことを特徴とする、システム。
[2]
前記ケーシング構成要素(26)がある場合は、中に含まれる前記化学薬品が、蒸気を放出するように構成されている、[1]に記載のシステム。
[3]
-前記サンプル(11)が酸化カルシウム(CaO)でできており、
-前記ガス供給グループ(14)は、二酸化炭素(CO )を放出するように構成され、
-前記化学薬品は蒸気(H O)を放出するように配置され、
前記化学変換は、超臨界状態で、蒸気(H O)の存在下で二酸化炭素(CO )を介して実行される、[1]に記載のシステム。
[4]
-前記サンプル(11)は、
-3次元固体酸化物を含む群から選択された材料でできており、
-前記ガス供給グループ(14)または前記化学薬品はアンモニア(NH )を放出するように配置され、
前記化学変換は、アンモニア(NH )の存在下で実行される、[1]または[2]に記載のシステム。
[5]
-前記サンプル(11)は、金属または金属塩を含む群から選択された材料でできており、
-前記ガス供給グループ(14)または前記化学薬品は蒸気(H O)を放出するように配置され、
前記化学変換は、蒸気(H O)の存在下で実行される、[1]または[2]に記載のシステム。
[6]
-前記サンプル(11)は、酸化物を含む群から選択された材料でできており、
-前記ガス供給グループ(14)は、二酸化炭素(CO )を放出するように構成され、
-前記化学薬品は、蒸気(H O)を放出するように適合され、
前記化学変換は、二酸化炭素(CO )および蒸気(H O)の存在下で実行される、[1]または[2]に記載のシステム。
[7]
3次元状態の材料の化学変換のための方法であって、
-前記3次元状態の材料でできたサンプル(11)の前記化学変換を可能にするように構成された反応チャンバ(12a)を提供するステップと、
-前記反応チャンバ(12a)の内部に、前記サンプル(11)を支持するように構成された構成要素(21)を提供するステップと、
-前記反応チャンバ(12a)を所定の温度に加熱するように配置されたオーブン(15)を提供するステップと、
-反応チャンバ(12a)内に、所定の圧力で第1のガスおよび/または第2のガスを放出するステップと、
-少なくとも2つのタービン(25)を介して、前記反応チャンバ(12a)内に、前記第1および/または前記第2のガスを前記サンプル(11)上に集中させるステップと、
-前記所定の温度および圧力で、前記3次元状態の材料でできた前記サンプル(11)上に前記化学変換を実行するステップと、
を含み、
前記化学変換により、初期構造が保持されている、および/または完全にまたは部分的に変換されている3次元材料サンプルを取得できる、方法。
[8]
-前記反応チャンバ(12a)の内部に、前記サンプル(11)を支持するように構成された構成要素(21)を提供する前記ステップは、
-酸化カルシウム(CaO)でできた3次元サンプルを提供するステップを含み、
-第1のガスを放出する前記ステップは、
-二酸化炭素(CO )を放出するステップを含み、
-第2のガスを放出する前記ステップは、
-蒸気(H O)を放出するステップを含み、
-前記化学変換を実施する前記ステップは、
-超臨界状態で蒸気(H O)の存在下で、二酸化炭素(CO )を介して化学変換を実行するステップと、
-前記初期構造が保持されている、および/または完全にまたは部分的に酸化カルシウム(CaO)から炭酸カルシウム(CaCO )に変換されている3次元材料サンプルを取得するステップとを含む、
[7]に記載の方法。
[9]
-前記反応チャンバ(12a)の内部に、前記サンプル(11)を支持するように構成された構成要素(21)を提供する前記ステップは、
-3次元固体酸化物を含む群から選択された材料でできた3次元サンプルを提供するステップを含み、
-第1のガスまたは第2のガスを放出する前記ステップは、
-アンモニア(NH )を放出するステップを含み、
-前記化学変換を実行する前記ステップは、
-アンモニア(NH )の存在下で化学変換を実行するステップと、
-前記初期構造が保持されている、および/または固体酸化物から窒化物に基づく3次元材料に完全にまたは部分的に変換されている3次元材料サンプルを取得するステップとを含む、
[7]に記載の方法。
[10]
-前記反応チャンバ(12a)の内部に、前記サンプル(11)を支持するように構成された構成要素(21)を提供する前記ステップは、
-金属または金属塩を含む群から選択された材料でできた3次元サンプルを提供するステップを含み、
-第1のガスまたは第2のガスを放出する前記ステップは、
-蒸気(H O)を放出するステップを含み、
-前記化学変換を実行する前記ステップは、
-蒸気(H O)の存在下で、化学変換を実行するステップと、
-前記初期構造が保持されている、および/または金属または金属塩から金属酸化物に基づく3次元材料に完全にまたは部分的に変換されている3次元材料サンプルを取得するステップとを含む、
[7]に記載の方法。
[11]
-前記反応チャンバ(12a)の内部に、前記1つまたは複数のサンプル(11)を支持するように構成された構成要素(21)を提供する前記ステップは、
-酸化カルシウムを含む群から選択された材料でできた3次元サンプルを提供するステップを含み、
-第1のガスを放出する前記ステップは、
-二酸化炭素(CO )を放出するステップを含み、
-第2のガスを放出する前記ステップは、
-蒸気(H O)を放出するステップを含み、
-前記化学変換を実行する前記ステップは、
-二酸化炭素(CO )および蒸気(H O)の存在下で、化学変換を実行するステップと、
-前記初期構造が保持されている、および/または酸化カルシウム(CaO)から炭酸塩に基づく3次元材料に完全にまたは部分的に変換されている3次元材料を取得するステップとを含む、
[7]に記載の方法。
本発明はまた、様々な厚さを有する化学的に変換された高反応性の表面層を3次元材料上に実現するための方法に関する。
本発明の以下の総合的な説明は、本発明のいくつかの態様の基本的な理解を提供することを目的として提供される。
この総合的な説明は、拡張された説明ではなく、したがって、本発明の鍵となる要素または重要な要素を識別するのに適している、または本発明の範囲を詳述するのに適切であることを意図していない。その唯一の目的は、以下の詳細な説明のプレビューとして、本発明のいくつかの内容を簡略化された形で紹介することである。
好ましい実施形態の1つの特徴によれば、システムは、1つまたは複数のガスが放出される反応チャンバを含む本体と、使用中に化学的変換をさせる3次元状態の材料サンプル上の1つまたは複数のガスを反応チャンバ内に集中させるように配置された少なくとも2つのタービンとを含む。
別の特徴によれば、システムは、初期構造が保存されている、および/あるいは完全にまたは部分的に変換されている3次元材料が得られるように、3次元状態の材料サンプルを化学的に変換するよう構成される。
本発明の別の特徴によれば、反応チャンバは、高度にエネルギーを与えられた1つまたは複数のガスの放出を可能にするように実現される。
本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、添付の図面の助けを借りて非限定的な例として提供される好ましい実施形態の以下の説明からより明確に図示され、同じまたは類似の参照番号によって示される構成要素は、同じまたは類似の機能および構造を有する要素を示す。
3次元対象物の化学変換のためのシステムの一般的な機構を示す図である。 図1のシステムの反応器グループの機構を示す図である。 図2の反応器グループの部分を示す概略図である。 図2の反応器グループの詳細の概略図である。 第1の実施形態による変換のためのシステムにおける温度および圧力の傾向の合成グラフである。
本明細書で、本説明の文脈において、システムの様々な構成要素の幾何学的配置に関連する、上位、下位、垂直、および可能な追加の用語は、それらの従来の意味で使用されることが明示される。
図1を参照すると、例えば骨組織の再生のために提供されるサンプル11の化学変換(システム)10のためのシステムは、反応グループまたは反応器グループ12と、ガスを反応器グループ12内に供給または放出するように配置されたガス供給グループ(ガスグループ)14とを含む。
好ましい実施形態によれば、ガスグループ14は、圧力下で反応するガス、例えば二酸化炭素(CO)を含む1つまたは複数のガスボンベ41と、既知の真空ポンプを経由して反応器グループ12から空気を吸引し、1つまたは複数のガスボンベ41から来るガスを制御された方法で、反応器グループ12内に供給するように構成されたガス制御ユニット42とを含む。
好ましい実施形態によれば、ガス制御ユニット42は、反応器グループ12に向かう反応ガスの流れを管理するように構成されている。
好ましくは、ガス制御ユニット42は、例えば、適切にプログラムされたPLC(プログラマブルロジックコントローラ)によって既知の方法で制御される電子圧力調整器または質量流量調整器を介して、反応器グループ12内へのガスの流れを自動化された方法で制御するように構成される。
好ましくは、ガス制御ユニット42は、圧力センサ装置45を含み、温度センサ装置44(図1~図4)などの反応器グループ12に含まれる既知のタイプの装置に接続される。システムは、前記装置44および45を介して、例えば、経時的に、システム10から来る温度および/または圧力のデータ記録を取得し、示すように構成される。
例えば金属タイプの、高温高圧で動作するのに適した反応器グループ12は、3次元サンプルを酸化カルシウム(CaO)から炭酸カルシウム(CaCO)に完全かつ均一な方法で変換するように構成されている。
好ましい実施形態では、反応器グループ12は、チャンバ(反応チャンバ)12aを形成するように構成された、好ましくは円筒形の本体20、および反応器グループ12の基部に配置され、好ましくは、ガス制御ユニット42を介して既知の方法でガスボンベ41、真空ポンプおよび温度センサ装置44および/または圧力センサ装置45に接続されるように配置された底部22、例えば平坦な底部を含む。
本体20は、好ましくは、上端に、1つまたは複数の既知のタイプのシールを介して反応チャンバ12aを密封する際に協働するように配置されたフォルダ20aを含む。
本体20は、好ましくは、頂部構成要素21、例えば、穴21a、例えば、中央穴を含む頂部キャップをさらに含む。頂部構成要素21は、好ましくは、使用中に反応チャンバ12aを密封し、サンプル11を支持し、軸23が中央穴21aを通過できるように構成され、軸23は、使用中に制御された方法で、モータ、例えば、本実施形態によれば、軸23に固定された固定ブレードまたはタービン25の2つのグループを介して時計回りまたは反時計回りに回転するように構成される。
好ましくは少なくとも2つのタービン25は、例えば、軸23に固定され、互いに間隔を置いて配置され、反応チャンバ12a内に存在する化学物質(ガス)を、タービン25の間のサンプル11上に集中させるように配置される。
本体20はまた、好ましい実施形態によれば、化学薬品、例えば水酸化カルシウム(Ca(OH))を含むように配置され、使用中に蒸気を反応チャンバ12a内に放出するように配置された例えばケーシング構成要素である下部構成要素26を含む。下部構成要素またはケーシング構成要素26は、例えば、複数のバー26aを介して頂部構成要素21に接続され、好ましい実施形態では、化学的に変換されるサンプル11を支持するように配置された接続部またはフック要素26bを含む。
反応器グループ12の本体20は、好ましくはオーブン15内に含まれ、オーブン15は、本体20に対応して配置された、例えば電気抵抗を介して、使用中に制御された方法で、反応器グループ12の反応チャンバ12aを加熱するように配置される。
好ましくは、電気抵抗の近くに、オーブン15の内部から来る温度のデータ記録を取得し、オーブン制御ユニット52、例えば既知のタイプのコンピュータに経時的に送信するように構成されたオーブン温度センサ54が配置される。
使用中、本体20は、フォルダ20aおよび本体20の頂部構成要素21を密封するように配置された顎部29、例えば2つの顎部によって密封され得ることが期待される。
本実施形態によれば、本体20は、頂部構成要素21、下部構成要素26、バー26a、およびフック要素26bなど本体に含まれる構成要素と共に、例えば、垂直方向にオーブン15から取り出すことができて、酸化カルシウム(CaO)から炭酸カルシウム(CaCO)への変換の化学反応が付加されるサンプル11をフック要素26bにフックできることが期待される。
上記のシステムの動作は以下の通りである。
一般に、システム10は、第1の実施形態によれば、超臨界状態で、反応を触媒するのに適した蒸気(HO)の存在下で、二酸化炭素(CO)の化学変換または二酸化炭素(CO)との反応によって酸化カルシウム(CaO)でできた材料サンプル11上に高温高圧で炭酸化プロセスを実行することを実現した。システムによって実施されたプロセスの最終結果は、CaOでできたサンプル11と同じ初期マクロおよびミクロ構造をもつ、炭酸カルシウム(CaCO)でできたサンプルを取得することである。
言い換えれば、炭酸化反応は次の式1に従って要約され得る。
開始手順
システム10の開始手順は、ここに列挙されたものとは異なる順序でもあるが、例えば以下のステップ、
-顎部29が開いたままであり、本体20およびそれに含まれる構成要素がオーブン15の外側に保たれるステップ(110)と、
-例えば約50~500gの範囲に含まれる総重量を有する、CaOでできた様々な数のサンプルが反応チャンバ12aの内部に配置され、フック要素26bに固定されるステップ(120)であって、好ましくは、サンプルは多孔性(例えば、50%体積)であり、3次元であり、形状が可変である(例えば、中空シリンダ、平行六面体など)、ステップ(120)と、
-反応チャンバ12aの下部構成要素26上に、HOの供給源となるように構成された化学成分、例えば、Ca(OH)に基づく成分が配置されるステップ(130)と、
-タービン25、例えば、45°のブレードを備えた2つのタービンが、反応チャンバ12a内の軸23に沿って配置されるステップ(140)であって、好ましくは、タービン25は、サンプル11が使用中にタービン25の間の領域に配置されるように、ブレードが対向する位置に取り付けられることが期待されるステップ(140)と、
-本体20およびその中に含まれる構成要素が下げられ、オーブン15内に挿入され、顎部29が閉じられ、ロックされて、反応チャンバ12aを密閉するステップ(150)と、
-反応チャンバ12aに存在する空気が、ガス制御ユニット42を介して制御される真空ポンプによって吸引されるステップ(160)と、
-反応チャンバ12aの内部で、ガスグループ14から来る所定量のCOが、ガス制御ユニット42を通して、経時的に制御された方法で、充填、放出または注入されるステップ(170)であって、好ましくは、反応チャンバ12aに充填されたガスの量は、例えば、1つまたは複数のガスボンベ41の下に配置された秤によって量られ、特に、ガスの量は、化学変換プロセス中のサンプルによるCOの予想される消費、所望の最終圧力、および反応チャンバ12aの容積を考慮して、化学量論的に計算される、ステップ(170)と、
-予想される量のCOの充填の終わりに、所定の熱サイクルに従って、オーブン15の加熱が開始され、温度検出センサ44および54、ならびに圧力検出センサ45が作動される、ステップ(180)と、
を含む。
変換手順
変換手順は、反応器グループ12の内部、すなわち反応チャンバ12aの内部に含まれる温度センサ44によって、および好ましくはガスグループ14内に含まれる圧力センサ45によって、かつオーブン15に含まれる温度センサ45によって測定される圧力および温度の傾向を経時的にチェックすることによって実行される。好ましくは、圧力センサ45は、反応チャンバ自体の内部の温度によって影響を受けないように、反応チャンバの外側に配置される。
他の実施形態によれば、オーブンに含まれる温度センサ54は存在せず、反応チャンバに含まれる温度センサ44を介して温度を制御するのに十分であると予想される。
好ましくは、温度および圧力の傾向は、コンピュータ上に、例えば、既知の方法でガス制御ユニット42にやはり接続されているオーブン制御ユニット52上に表示される。
この説明では、温度および圧力の傾向は図5に示される。
図5に例示されているように、圧力61(実線-二次軸)の傾向は、充填初期段階の後、例えば室温から始まり、温度上昇(圧力の上昇を引き起こす)と、サンプル11がそれから作られるCaOによるCOの消費(圧力の低下を引き起こす)との間の妥協により、その後ほぼ線形の傾向で進行することが実験的に検証されている。
出願人は、サンプルがない場合、曲線の傾向が前記傾向よりも大きい勾配で線形になることを実験的に検証した。
実験的に、COが破線63で区切られた図の領域で、例えば温度T>約310℃およびP>72.9atmで超臨界状態にあることも検証された。
さらにより具体的には、超臨界状態を開始する温度は、充填ガスの量、温度の時間勾配、およびサンプルの数の関数として、少なくともT>250°より高い温度値を有することが実験的に検証された。
反応に関連する熱力学的理由により、約300℃から開始し、COの存在下でのみ、水酸化カルシウムは反応チャンバ内のHOを遊離させることができる。HOは、好ましくは相互に対向するタービン25を介してCOと混合し、CaOでできたサンプルの炭酸化プロセスを開始し、このプロセスは、それぞれの反応に対応する次の式2および3で表すことができる。

または、反応2および3の要約式4にもよる。
式4は、反応器グループ12、すなわち反応チャンバ12aにおいて、混合物CO/HOとの直接反応が起こっていることを示しており、それによりCOが予備水和プロセスを受ける必要はない。
有利なことに、システム10により、説明したように、状況的水和+炭酸化の理想的な条件が生成される。
実際のところ、記載された実施形態および付随する炭酸化プロセスにおいて、Ca(OH)の形成は、プロセスのすべての瞬間において局所的に制限され、実際のところ、新しく生成されたCa(OH)はCOとすぐに反応して、CaCOを生成する。
システム10、特に、反応チャンバ12aに存在する物質をサンプル11の近くで振とうし、含むように配置された複数のブレードまたはタービン25を含む反応器グループ12の導入により、同じ反応チャンバ12a内で、炭酸化中に、均質で、制御され、反応性の高いCO/HO混合物を生成することが可能であり、炭酸化プロセスの前にCOの水和プロセスを必要としないことを出願人は実験によって検証した。
要約すると、システム、特に説明された反応器グループ12は、酸化カルシウム(CaO)から炭酸カルシウム(CaCO)に完全に変換されたサンプルを常に保証するように配置されており、炭酸化プロセスの前にCOの水和プロセスを必要としない。
このシステムは、様々な形状のCaO内に多孔性サンプルを提供することによって説明される。
好ましくは出願人が、φ=30mmから10mmの直径、60mmから10mmの長さ、35gから2gの重量を有する円筒形状のサンプルの炭酸化を実現した限りでは、説明され、特許請求されたものの範囲から逸脱することなく、サンプルが、異なる形状および反応チャンバのサイズの関数として示されるものよりもさらに大きいサイズおよび重量で有り得ることを当業者は容易に理解できる。
同様に、サンプルは、説明および特許請求されている範囲から逸脱することなく、多孔性または高密度でない可能性がある。
他の実施形態によれば、特にサンプルの配置、形状、サイズ、重量、多孔性または密度の関数として、反応チャンバ内のガス乱流のタイプを変更するために、軸に沿ったタービンの数または配置、あるいはタービンの形状を変更することが予想される。
高密度サンプルの場合、CaOからCaCOへの変換プロセスの侵入深さはサンプルの密度の関数であると予想される。
いくつかのさらなる実施形態によれば、CaOの炭酸化の開始を予測するために、例えば、カルシウムに関して代替の水酸化物、例えば、水酸化ストロンチウム(T>100℃でのHOの放出)またはマグネシウム(T>200℃でのHOの放出)を反応チャンバ内に導入することが期待される。
他の実施形態によれば、説明されたシステムおよび方法は、例えば、3次元酸化性材料および非酸化性材料と、ガスまたは窒素(例:アンモニア(NH)、窒素(N)など)を含むガス混合物との反応に続いて、例えば、以下の窒化物に基づく3次元材料の製造に使用されることが期待される:
-窒化物(例えば、窒化ホウ素(BN)、窒化ケイ素(Si)、窒化チタン(TiN)、窒化アルミニウム(AlN)など)。
この場合、ガスグループ14は、圧力下での反応ガスとして、窒素(例えば、アンモニア(NH)、窒素(N)など)を含む1つまたは複数のガスボンベを含み、反応器グループ12は、好ましい実施形態に説明されたものと実質的に同じであるが、唯一の可能な変形形態として、下部構成要素26は、蒸気を放出するのに適した化学薬品を含まないが、しかし存在する場合、サンプル11を引っ掛けることができるように頂部構成要素21に接続される。下部構成要素26がない場合、頂部構成要素だけが、サンプルを反応器グループ12に引っ掛けることができる。
窒化物の場合のシステム10の動作は、例えばガスグループ14または下部構成要素26から来る、NHの存在下で3次元固体酸化物および/またはNH-HO混合物の間で化学反応が起こることを必要とする(例えば、窒素を含む劣化塩にさらされることから始まる反応性NHの生成による)。
化学変換は、例えば、それぞれ次のように表すことができる。

式中、・・・は、当業者が容易に理解できるように、二次生成物を説明する。
窒化プロセスに加えて、例えば、NH+CO混合物の存在下での金属炭化窒素化プロセス、またはNH+HO混合物の存在下での金属オキシ炭酸化プロセスもまた、説明されるようにシステム10の目的に含まれると期待できる。
さらなる実施形態によれば、記載されたシステムおよび方法は、例えば、以下の金属酸化物、
-例えば、金属および非金属の3次元材料と、水(HO)との反応に続いて、酸化チタン(TiO)、酸化ケイ素(SiO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化鉄(FeO、Feなど)などの金属酸化物、
-例えば、酸化性および非酸化性の3次元材料と、水(HO)との反応および存在する可能性がある異なる性質の前駆体との反応に続いて、チタン酸塩(例えば、チタン酸鉛(PbTiO)、チタン酸カルシウム(CaTiOなど)など)、ジルコネート(例えば、SrZrOなど)、ケイ酸塩(例えば、CaSiOなど)、アルミン酸塩(例えば、MgAlなど)などの混合金属酸化物
に基づく3次元材料の製造のために使用されることが期待される。
この場合、ガスグループ14は存在しない可能性があり、反応器グループ12は、好ましい実施形態に説明されたものと実質的に同じである。
金属酸化物の場合のシステム10の動作は、以下に示すように化学反応が実現されることを提供する。

式中、・・・は、当業者が容易に理解できるように、二次生成物を説明する。
別のさらなる実施形態によれば、記載されたシステムおよび方法が、例えば、以下の炭酸塩
-例えば、酸化性および非酸化性の3次元材料と、水(HO)および二酸化炭素(CO)との反応に続いて、炭酸マグネシウム(MgCO)、混合炭酸塩(例えば、CaMg(CO、Co(OH)COなど)などの炭酸塩、
-例えば、酸化性および非酸化性の3次元材料と、水(HO)および硫黄酸化物(SO)との反応に続いて、硫酸カルシウム(CaSO)などの硫酸塩
に基づく3次元材料の製造のために使用されることが提供される。
この場合、反応器グループ12は、第1の好ましい実施形態について説明されたものと実質的に同じである。
炭酸塩の場合のシステム10の動作は、以下に示すように化学反応が実現されることを提供する。

式中、・・・は、当業者が容易に理解できるように、二次生成物を説明する。
有利には、すべての実施形態において、例示的な実施形態による、例えば、固定ブレードまたはタービン25の少なくとも2つのグループの存在が、軸23に提供されることが理解されるであろう。
ブレードまたはタービン25のグループは、好ましくは、軸23に固定され、サンプルが含まれる反応チャンバ12aの内部に存在する物質をショベルまたはタービン25のグループの間に集中させるように配置される。
炭酸化プロセスの例
説明を完全にするために、天然の多孔性構造から開始してヒドロキシアパタイトでできた3次元サンプルを生成するために配置されたより複雑なプロセスの中間ステップを実現するために使用される炭酸化プロセスの例を以下に示す。
-反応チャンバ12aに約100gのCaOでできたサンプル11を導入するステップと、
-反応チャンバに約100gのCa(OH)を導入するステップと、
-利用可能な容量で約1300gのCOを約15リットルの反応チャンバ内に充填するステップを、
以下の条件:
-300℃で、モル比CO:HO=10:1、
-反応中のCOモル消費量は最初に充填されたすべてのCOの約10%、
-735分で約20~620℃の熱サイクル、
-約120~130バールの範囲の最終圧力
で行う。
もちろん、寸法、形状、材料、構成要素および接続、ならびに説明された構成および操作方法の詳細に関して、上記の開示に対する明らかな変更および/または変形が、以下の特許請求の範囲に規定される本発明の範囲から逸脱することなく可能である。

Claims (11)

  1. 3次元状態の材料の化学変換のためのシステムであって
    -反応チャンバ(12a)を形成するように構成された本体(20)、3次元状態で、1つまたは複数のサンプル(11)を支持するように構成された少なくとも1つの構成要素(21)を含む前記反応チャンバ(12a)化学的に変換されるように配置された前記1つまたは複数のサンプル(11)、を含む反応グループ(12)、を含み、
    前記システムは、
    -前記反応グループ(12)を含み、前記反応チャンバ(12a)を310℃より高い温度で加熱するように配置されたオーブン(15)、
    -第1のガスを反応チャンバ(12a)内に放出するように配置されたガス供給グループ(14)、および/または
    -前記本体(20)の内部に含まれ、第2のガスを前記反応チャンバ(12a)内に放出するように配置された化学薬品を含むケーシング構成要素(26)、
    さらに含み、
    前記本体(20)が、
    -前記サンプル(11)上の前記第1および/または前記第2のガスを前記反応チャンバ(12a)内に集中させるように配置された少なくとも2つのタービン(25)、前記少なくとも2つのタービンの間の領域中に含まれる前記サンプルを含むことを特徴とする、システム。
  2. 前記ケーシング構成要素(26)がある場合は、中に含まれる前記化学薬品が、蒸気を放出するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
  3. -前記サンプル(11)が酸化カルシウム(CaO)でできており、
    -前記ガス供給グループ(14)は、二酸化炭素(CO)を放出するように構成され、
    -前記化学薬品は蒸気(HO)を放出するように配置され、
    それにより前記化学変換は、超臨界状態で、蒸気(HO)の存在下で二酸化炭素(CO)を介して実行される、請求項1に記載のシステム。
  4. -前記サンプル(11)は、
    -3次元固体酸化物を含む群から選択された材料でできており、
    -前記ガス供給グループ(14)または前記化学薬品はアンモニア(NH)を放出するように配置され、
    それにより前記化学変換は、アンモニア(NH)の存在下で実行される、請求項1または2に記載のシステム。
  5. -前記サンプル(11)は、金属または金属塩を含む群から選択された材料でできており、
    -前記ガス供給グループ(14)または前記化学薬品は蒸気(HO)を放出するように配置され、
    それにより前記化学変換は、蒸気(HO)の存在下で実行される、請求項1または2に記載のシステム。
  6. -前記サンプル(11)は、酸化物を含む群から選択された材料でできており、
    -前記ガス供給グループ(14)は、二酸化炭素(CO)を放出するように構成され、
    -前記化学薬品は、蒸気(HO)を放出するように適合され、
    それにより前記化学変換は、二酸化炭素(CO)および蒸気(HO)の存在下で実行される、請求項1または2に記載のシステム。
  7. 3次元状態の材料の化学変換のための方法であって、
    -前記3次元状態の材料でできたサンプル(11)の前記化学変換を可能にするように構成された反応チャンバ(12a)を提供するステップと、
    -前記反応チャンバ(12a)の内部に、前記サンプル(11)を支持するように構成された構成要素(21)を提供するステップと、
    前記反応チャンバ(12a)を含み、前記反応チャンバ(12a)を310℃より高い温度に加熱するように配置されたオーブン(15)を提供するステップと、
    -反応チャンバ(12a)内に、72.9atmより高い圧力で第1のガスおよび/または第2のガスを放出するステップと、
    前記反応チャンバ(12a)内に、少なくとも2つのタービン(25)を介して、前記第1および/または前記第2のガスを前記サンプル(11)上に集中させ、前記サンプルが前記少なくとも2つのタービンの間の領域中に含まれるステップと、
    -前記310℃より高い度で、前記3次元状態の材料でできた前記サンプル(11)上に前記化学変換を実行するステップと、
    を含み、
    前記化学変換により、初期構造が保持されている、および/または完全にまたは部分的に変換されている3次元材料サンプルを取得できる、方法。
  8. -前記反応チャンバ(12a)の内部に、前記サンプル(11)を支持するように構成された構成要素(21)を提供する前記ステップは、
    -酸化カルシウム(CaO)でできた3次元サンプルを提供するステップを含み、
    -第1のガスを放出する前記ステップは、
    -二酸化炭素(CO)を放出するステップを含み、
    -第2のガスを放出する前記ステップは、
    -蒸気(HO)を放出するステップを含み、
    -前記化学変換を実施する前記ステップは、
    -超臨界状態で蒸気(HO)の存在下で、二酸化炭素(CO)を介して化学変換を実行するステップと、
    -前記初期構造が保持されている、および/または完全にまたは部分的に酸化カルシウム(CaO)から炭酸カルシウム(CaCO)に変換されている3次元材料サンプルを取得するステップとを含む、
    請求項7に記載の方法。
  9. -前記反応チャンバ(12a)の内部に、前記サンプル(11)を支持するように構成された構成要素(21)を提供する前記ステップは、
    -3次元固体酸化物を含む群から選択された材料でできた3次元サンプルを提供するステップを含み、
    -第1のガスまたは第2のガスを放出する前記ステップは、
    -アンモニア(NH)を放出するステップを含み、
    -前記化学変換を実行する前記ステップは、
    -アンモニア(NH)の存在下で化学変換を実行するステップと、
    -前記初期構造が保持されている、および/または固体酸化物から窒化物に基づく3次元材料に完全にまたは部分的に変換されている3次元材料サンプルを取得するステップとを含む、
    請求項7に記載の方法。
  10. -前記反応チャンバ(12a)の内部に、前記サンプル(11)を支持するように構成された構成要素(21)を提供する前記ステップは、
    -金属または金属塩を含む群から選択された材料でできた3次元サンプルを提供するステップを含み、
    -第1のガスまたは第2のガスを放出する前記ステップは、
    -蒸気(HO)を放出するステップを含み、
    -前記化学変換を実行する前記ステップは、
    -蒸気(HO)の存在下で、化学変換を実行するステップと、
    -前記初期構造が保持されている、および/または金属または金属塩から金属酸化物に基づく3次元材料に完全にまたは部分的に変換されている3次元材料サンプルを取得するステップとを含む、
    請求項7に記載の方法。
  11. -前記反応チャンバ(12a)の内部に、前記サンプル(11)を支持するように構成された構成要素(21)を提供する前記ステップは、
    -酸化カルシウムを含む群から選択された材料でできた3次元サンプルを提供するステップを含み、
    -第1のガスを放出する前記ステップは、
    -二酸化炭素(CO)を放出するステップを含み、
    -第2のガスを放出する前記ステップは、
    -蒸気(HO)を放出するステップを含み、
    -前記化学変換を実行する前記ステップは、
    -二酸化炭素(CO)および蒸気(HO)の存在下で、化学変換を実行するステップと、
    -前記初期構造が保持されている、および/または酸化カルシウム(CaO)から炭酸塩に基づく3次元材料に完全にまたは部分的に変換されている3次元材料を取得するステップとを含む、
    請求項7に記載の方法。
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