TW201406454A - 用於減少ｃｏ２量之可再生離子交換材料 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種用於減少包含二氧化碳的來源中的CO2量之方法，其係使用可再生離子交換材料，以及關於可再生離子交換材料在減少來自包含二氧化碳的來源的CO2量的用途

Description

用於減少CO 2 量之可再生離子交換材料
本發明關於一種用於減少包含二氧化碳的來源中的CO2量之方法，其係使用可再生離子交換材料，以及關於可再生離子交換材料在減少來自包含二氧化碳的來源的CO2量的用途。
氣候系統變化的證據來自於觀察到全球空氣與海洋溫度的上升。此外，氣候模式顯示在21世紀期間，全球表面溫度可能進一步上升約6℃。在此預測中，溫室氣體濃度增加被視為扮演重要角色。然而，排放溫室氣體大部分源自於人類活動例如森林砍伐以及燒燃石化燃料(例如煤、汽油、油等)，其中二氧化碳是主要的排放氣體。
據上所述，關於此方面的主要議題之一是減少目前溫室氣體濃度，特別是二氧化碳濃度，此外，減少或避免此類氣體排放至大氣中。
習知技藝中，已經建議用於減少大氣中二氧化碳濃度以及減少或避免此類氣體排放至大氣的多項方案。例如，WO 2011/049759敘述一種用於減少來自各種包含二氧化碳氣體排放來源型態的方法，包括經由使用離子交換材料減少來自工業氣體排放來源的二氧化碳。US 2011/0091955A1敘述一種方法，包括(i)使包括CO2的氣體流與觸媒接觸而形成包括水合CO2的溶液；以及(ii)處理該溶液而製得包括亞穩性(metastable) 碳酸鹽的組合物。該亞穩性碳酸鹽據載在鹽水中比在淡水中穩定。亞穩性碳酸鹽可選自由方解石、文石、非晶碳酸鈣以及其組合組成之組群。
此外，US 2011/041688A1敘述吸附劑結構被用於進一步結構以及將二氧化碳結合至含有二氧化碳的氣流的技術以及使用方法熱量從吸附劑結構分離二氧化碳以及再生吸附劑結構。US 2010/258506A1敘述一種減少流體CO2濃度的方法，該方法包括施用包含微量或不含CO2的第一氣體流至一流體，其包括包括濃度至少高於在空氣-水平衡中發現者的CO2的第二氣體；鹽；以及液體之流體；藉此固體碳酸鹽在該流體中形成且在該流體中的該CO2濃度減少。US 2008/289495A1敘述一種自大氣移除二氧化碳以減少全球溫室的系統，其包括空氣萃取系統，經由介質從大氣收集二氧化碳以及從該介質移除二氧化碳；螯合系統，其將經移除的二氧化碳分離至一位置供至少一種儲存且其可增加可再生能量或非燃料產物例如肥料以及建構材料的可用性；以及一或多種能量來源，其提供方法熱量至空氣萃取系統以自介質移除二氧化碳，以及其可使其再生供持續使用。
US 2004/219090A1敘述一種選擇性自氣態流移除二氧化碳的方法，其係藉由將二氧化碳轉換成固體穩定形式。在螯合方法中，富含二氧化碳的空氣通過氣體擴散膜以將二氧化碳傳送至流體媒介。然後使富含二氧化碳的流體通過包含對二氧化碳特定的觸媒的基質，該觸媒加速二氧化碳轉換成碳酸。在最後步驟中，將礦物離子加入反應，使得形成碳酸鹽沉澱。US 7,314,847敘述一種用於製造吸附劑以協助自大氣或自其他來源例如電廠移除二氧化碳(CO2)的方法。
然而，所述用於減少大氣中二氧化碳濃度以及減少或避免此 類氣體排放至大氣的方法的缺點為二氧化碳通常無法被化學結合，此外，所用吸附材料在所述方法期間被消耗。
因此，對改良用於減少包含二氧化碳的來源中CO2量的方法有持續需求，該方法解決前述技術問題以及特別容許減少二氧化碳濃度而同時使被使用的吸附劑材料再生。
據上所述，本發明一項目的為提供一種使用可再生吸附劑材料用於減少包含二氧化碳的來源中的CO2量之方法。進一步目的為提供一種用於減少包含二氧化碳的來源中的CO2量之方法，使得被捕捉的二氧化碳被轉換成經時呈穩定的形式。又進一步目的為提供一種用於減少包含二氧化碳的來源中的CO2量之方法，使得穩定形式的被捕捉的二氧化碳可以容易地被分離。又進一步目的為提供一種用於減少包含二氧化碳的來源中的CO2量之方法，可以在有效成本條件下進行、亦即藉由減少含量或避免使用以人造資源為基礎的成本密集原料。進一步目的可由本發明以下敘述而理解。
前述以及其他目的係藉由本發明所定義的申請標的而解決。
根據本發明第一態樣，提供一種藉由使用可再生離子交換材料用於減少包含二氧化碳的來源中的CO2量之方法，其中該方法包括以下步驟：a)提供至少一種離子交換材料，其包括至少一種鹼土金屬陽離子，b)提供至少一種包含二氧化碳的來源，c)提供至少一種陽離子的至少一種來源，該陽離子能夠置換至少一 種離子交換材料的至少一種鹼土金屬陽離子，d)提供至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源，e)使步驟a)至少一種離子交換材料與步驟c)至少一種陽離子的至少一種來源接觸，如此得到混合物，其包括i)至少一種離子交換材料，以及ii)從步驟a)至少一種離子交換材料釋出的至少一種鹼土金屬陽離子，f)從步驟i)至少一種離子交換材料分離至少一種鹼土金屬陽離子，g)使步驟f)至少一種鹼土金屬陽離子與步驟b)至少一種包含二氧化碳的來源接觸，如此得到至少一種鹼土金屬陽離子的碳酸鹽，以及h)使步驟f)中所得至少一種離子交換材料與步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源接觸，如此使步驟a)至少一種離子交換材料再生。
本發明人驚訝地發現，上述根據本發明的方法，藉由使用可再生吸附劑材料，導致穩定的鹼土金屬碳酸鹽產物，亦即可以被容易地分離且避免使用成本密集的以人造資源為基礎的原料。更精確地說，本發明人發現，藉由使用經定義的可再生離子交換材料將二氧化碳轉換成為經定義的碳酸鹽，可以減少包含二氧化碳的來源中的二氧化碳濃度。
應理解，基於本發明的目的，以下用語具有如下意義：基於本發明的目的，"可再生"離子交換材料用語指的是在循環方法期間被再造的材料。
基於本發明的目的，"離子交換材料"用語指的是能夠用陽離子交換鹼土金屬陽離子的材料，該陽離子能夠置換鹼土金屬陽離子，反之亦然。
當下文係關於本發明藉由使用可再生離子交換材料減少包含二氧化碳的來源之CO2量的較佳具體實例或技術內容，應理解此等較佳具體實例或技術詳細內容亦指其中定義之本發明用途，反之亦然(在適用範圍)。如果，例如，指出本發明方法的至少一種離子交換材料為天然及/或合成離子交換材料，本發明使用的至少一種離子交換材料亦為天然及/或合成離子交換材料。
本發明將以特殊具體實例以及關於一些圖式加以敘述，但是本發明並不侷限於此而是申請專利範圍。除非另外指明，本文後所述用語被理解為一般常識。
在用語”包含包括)”用於本發明說明及申請專利範圍中的情況下，其不排除具有主要或次要功能重要性的其他非特定要素。出於本發明之目的，術語”由...組成(consisting of)”被視為用語”包含(comprising of)”之一個較佳具體實例。若在下文中一個群組被定義為至少包含一定數目個具體實例，則此情況亦可理解為揭示較佳僅由此等具體實例組成的群組。
凡是使用"包括"或"具有"用語，此等用語的意義等同於如以上所定義的"包含"。
在提及單數名詞時使用不定冠詞或定冠詞的情況下，例如”一(a、an)”或”該(the)”，除非另外特別陳述，否則此情況包括多個 該名詞。
根據本發明另一個態樣，提供可再生離子交換材料在用於減少來自包含二氧化碳的來源之CO2量的用途。較佳者，可再生離子交換材料包括膨潤土。
圖1關於自由態鈣離子濃度與在去離子水中以及在3.5重量%NaCl溶液中的膨潤土含量的關係。第三條曲線關於在去離子水中以及3.5重量-% NaCl溶液中的給予膨潤土濃度所釋出自由態鈣離子濃度的差異。
圖2關於釋出鈣離子量與數個測試的方法時間(D、E、F、G、H)的函數關係，該等測試係在藉由使用不同入料速率的NaCl溶液予以水沖洗而毎一個測試之溶液的NaCl濃度相同之下進行。
圖3關於釋出鈣離子量數個測試的方法時間(F、I、J)的函數關係，該等測試係在藉由使用不同NaCl溶液濃度予以水沖洗而毎一個測試之入料速率相同之下進行(4毫升/分鐘)。
有利的本發明具體實例為定義於相應的申請專利範圍附屬項。
根據本發明一個具體實例，步驟a)至少一種離子交換材料係選自天然離子交換材料、經改質離子交換材料、合成離子交換材料、以及其混合物。
根據本發明另一個具體實例，步驟a)至少一種離子交換材料包括天然離子交換材料，其係選自包括葉矽酸鹽、沸石、雲母、蒙脫石、 藍黑鎂鋁石以及其混合物之組群及/或合成離子交換材料，其係選自包括EDTA、離子交換樹脂以及其混合物的組群，較佳為葉矽酸鹽。
根據本發明又另一個具體實例，步驟a)至少一種離子交換材料包括至少一種鹼土金屬陽離子，其係選自包括鎂、鈣、鍶以及其混合物之組群，較佳為鈣及/或鎂。
根據本發明一個具體實例，步驟a)至少一種離子交換材料係以固體或水性懸浮液或乳液或過濾材料或流化床形式被提供。
根據本發明另一個具體實例，步驟a)至少一種離子交換材料係以水性懸浮液的形式被提供，以水性懸浮液總重量為基礎，其具有離子交換材料含量為自2至50重量-%，較佳自5至40重量-%，更佳自7.5至30重量-%以及最佳自10至20重量-%。
根據本發明又另一個具體實例，步驟a)至少一種離子交換材料由膨潤土組成，其包括選自包括蒙脫石以及伴隨礦物例如石英、雲母、長石、黃鐵礦、方解石、白矽石以及其混合物之群組的各種黏土礦物。
根據本發明一個具體實例，步驟a)至少一種離子交換材料由膨潤土組成，以膨潤土總重量為基礎，膨潤土具有蒙脫石含量至少60重量-%，較佳至少80重量-%，例如介於85與95重量-%之間。
根據本發明另一個具體實例，步驟a)離子交換材料由其層間空間主要被鈣及/或鎂離子占領的膨潤土組成。
根據本發明又另一個具體實例，步驟a)至少一種離子交換材料由膨潤土組成，膨潤土具有重量中值粒徑d 50自0.02至100μm、自0.075至50μm、或自0.1至5μm，較佳自0.2至3μm。
根據本發明又另一個具體實例，步驟b)至少一種包含二氧化碳的來源係選自氣體、液體、固體、錯合物、離子交換材料以及其混合物，較佳為氣體。
根據本發明一個具體實例，步驟b)至少一種包含二氧化碳的來源係選自空氣、工業廢氣流、廢氣流、火山排氣以及其混合物。
根據本發明另一個具體實例，步驟b)至少一種包含二氧化碳的來源包括二氧化碳，其提供分壓至少0.02Pa，較佳至少0.05Pa，更佳至少0.1Pa，又更佳至少0.15Pa以及最佳至少0.2Pa。
根據本發明又另一個具體實例，步驟c)至少一種陽離子的至少一種來源及/或步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源為水溶液，以水溶液的總重量為基礎，較佳為包括至少50重量-%，更佳至少75重量-%以及最佳至少90重量-%水的水溶液。
根據本發明一個具體實例，步驟c)至少一種陽離子的至少一種來源為至少一種單價及/或二價陽離子的天然生成來源，其能夠置換至少一種離子交換材料的至少一種鹼土金屬陽離子，較佳為至少一種單價陽離子的天然生成來源，其能夠置換至少一種離子交換材料的至少一種鹼土金屬陽離子。
根據本發明另一個具體實例，步驟c)至少一種陽離子的至少一種來源為海水。
根據本發明又另一個具體實例，步驟b)至少一種包含二氧化碳的來源及/或能夠置換步驟c)至少一種離子交換材料的至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種陽離子的至少一種來源及/或至少一種鹼土金屬陽離子的 至少一種來源係以水溶液形式被提供，較佳為具有pH介於5與12之間，較佳為介於6與11之間以及最佳介於7與10.5之間的水溶液。
根據本發明一個具體實例，步驟c)至少一種陽離子的至少一種來源的至少一種陽離子係選自包括鋰、鈉、鉀、鎂、鍶以及其混合物之組群，較佳為鈉。
根據本發明另一個具體實例，步驟c)至少一種陽離子的至少一種來源包括至少一種陽離子，其量為自0.1至150克/升較佳自1至100克/升，更佳自5至75克/升以及最佳自10至50克/升。
根據本發明又另一個具體實例，步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源係至少一種鹼土金屬陽離子的天然生成來源，例如新鮮硬水。
根據本發明一個具體實例，步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源為新鮮硬水，其具有硬度為自5至130°dH，較佳自10至60°dH以及最佳自14至50°dH。
根據本發明另一個具體實例，步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源的至少一種鹼土金屬陽離子係選自鎂、鈣、鍶以及其混合物，較佳為鈣。
根據本發明又另一個具體實例，步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源包括至少一種鹼土金屬陽離子，其量為自0.1至200毫克/升，較佳自0.5至150毫克/升，更佳為自1至100毫克/升，甚至更佳為自5至75毫克/升以及最佳為自10至50毫克/升。
根據本發明一個具體實例，進行接觸步驟g)，其中將步驟 b)至少一種包含二氧化碳的來源導入步驟f)所得水溶液。較佳者，步驟f)所得水溶液進一步與至少一種觸媒接觸以提升二氧化碳氫化(hydratisation)。進一步較佳者，用於提升二氧化碳氫化的至少一種觸媒為至少一種酶，較佳為碳酸酐酶(carbonic anhydrase)。
根據本發明另一個具體實例，接觸步驟e)及/或分離步驟f)及/或接觸步驟g)及/或接觸步驟h)係在2℃至80℃、較佳為自4℃至60℃以及最佳自5℃至40℃的溫度下進行。
根據本發明又另一個具體實例，接觸步驟e)及/或分離步驟f)及/或接觸步驟g)及/或接觸步驟h)係在介於4與12之間，較佳為介於5與11之間以及最佳介於7與10.5之間的pH下進行。
根據本發明一個具體實例，接觸步驟g)係在至少100Pa，更佳為至少200Pa以及最佳至少300Pa的壓力下進行。
根據本發明另一個具體實例，接觸步驟h)係在接觸步驟g)之前及/或期間及/或之後進行。
根據本發明又另一個具體實例，分離步驟f)係藉由過濾、離心、旋風、沉降或其混合進行。
根據本發明一個具體實例，該方法進一步包括步驟k)，其係分離步驟g)所得至少一種鹼土金屬陽離子的碳酸鹽。較佳者，分離步驟k)係藉由過濾、離心、旋風、濃縮、蒸發、沉降或其混合而進行。
下文中，係關於本發明進一步詳細內容以及特別是前述藉由使用可再生離子交換材料用於減少包含二氧化碳的來源中CO2量之方法的步驟。
步驟a)：提供至少一種離子交換材料
根據本發明步驟a)，提供至少一種離子交換材料包括至少一種鹼土金屬陽離子。
本發明"至少一種"離子交換材料用語意指可用於本發明方法的一或多種離子交換材料。
根據本發明一個具體實例，本發明方法僅使用一種離子交換材料。根據本發明另一個具體實例，本發明方法使用至少二種離子交換材料的混合物。
根據本發明一個具體實例，至少一種離子交換材料係選自天然離子交換材料、改質離子交換材料、合成離子交換材料、以及其混合物。
本發明"天然"離子交換材料用語意指是天然來源離子的交換材料。
本發明"改質"離子交換材料用語的意義指的是經化學處理過的天然離子交換材料。
本發明"合成"離子交換材料用語的意義指的是離子交換材料並非天然本源，但是經化學反應處理。
例如，如果至少一種離子交換材料包括天然離子交換材料，至少一種離子交換材料較佳為選自包括葉矽酸鹽、沸石、雲母、蒙脫石、藍黑鎂鋁石、葉矽酸鹽以及其混合物之群組。
如果至少一種離子交換材料包括合成離子交換材料，至少一種離子交換材料較佳為選自包括EDTA、離子交換樹脂以及其混合物之群組。
可用於本發明方法的合成離子交換材料的實例為Dow Chemical Company(USA)COWEXTM MAC、AmberliteTM、AmbersepTM或IMAC®系列的離子交換材料。
本發明一個具體實例中，至少一種離子交換材料為至少一種天然離子交換材料。例如，至少一種離子交換材料為一種天然離子交換材料。如果至少一種離子交換材料為至少一種天然離子交換材料，至少一種離子交換材料較佳為包括葉矽酸鹽。可替代的，至少一種離子交換材料由葉矽酸鹽組成。
如果至少一種離子交換材料包括葉矽酸鹽，較佳由葉矽酸鹽組成，葉矽酸鹽較佳為選自膨潤土。據上所述，至少一種離子交換材料較佳為包括膨潤土、更佳為由膨潤土組成。
如果至少一種離子交換材料包括或由膨潤土組成，膨潤土通常包括、較佳由各種黏土礦物組成，例如特別是蒙脫石作為主要組分，但是也為石英、高嶺土、雲母、長石、黃鐵礦、方解石及/或白矽石。此等礦物可以可變的量存在，以及其他組分，視來源所在地而定。
具有蒙脫石含量(以膨潤土總重量為基礎)至少60重量-%、較佳至少80重量-%、例如介於85與95重量-%之間的膨潤土，特別適合本發明方法。
本發明一項特定的要求為至少一種離子交換材料包括至少一種鹼土金屬陽離子。
"至少一種"鹼土金屬陽離子用語意義為一或多種鹼土金屬陽離子可存在於至少一種離子交換材料。
根據本發明一個具體實例，只有一種鹼土金屬陽離子存在於至少一種離子交換材料。根據本發明另一個具體實例，至少二種鹼土金屬陽離子的混合物存在於至少一種離子交換材料。
根據本發明一個具體實例，至少二種鹼土金屬陽離子的混合物存在於至少一種離子交換材料。較佳者，二種鹼土金屬陽離子的混合物存在於至少一種離子交換材料。
"鹼土金屬陽離子"用語指的是鹼土金屬的二價陽離子，亦即具有二價的鹼土金屬陽離子。
額外的或可替代的，至少一種鹼土金屬陽離子係選自包括鎂、鈣、鍶以及其混合物。例如，至少一種鹼土金屬陽離子包括鈣及/或鎂。本發明一個具體實例，至少一種鹼土金屬陽離子包括鈣。
如果至少一種鹼土金屬陽離子包括鈣及/或鎂，並不排除進一步鹼土金屬陽離子。例如，如果至少一種鹼土金屬陽離子包括鈣，至少一種離子交換材料可進一步包括鎂及/或鍶。本發明一個具體實例，至少一種鹼土金屬陽離子包括鈣以及鎂。
此方面，應留意至少一種鹼土金屬陽離子存在於至少一種離子交換材料中並不排除單價及/或二價及/或三價陽離子進一步存在於至少一種離子交換材料，例如鹼金屬例如鈉、鉀、鋰以及其混合物及/或二價陽離子例如鋅、鎂、鐵以及其混合物及/或三價陽離子例如鐵、鋁以及其混合物。
如果至少一種離子交換材料包括或由膨潤土組成，膨潤土包括至少一種鹼土金屬陽離子。例如，膨潤土的選擇使得膨潤土的層間空間 幾乎專利被作為至少一種鹼土金屬陽離子的鈣及/或鎂離子占據。本發明一個具體實例，離子交換材料由膨潤土組成，其層間空間主要被作為至少一種鹼土金屬陽離子的鈣占據。
然而，存在至少一種鹼土金屬陽離子並不排除鹼金屬陽離子或三價陽離子例如鋁可進一步占據膨潤土的層間空間。
本發明"層間空間"或"層間空間"用語意義為介於至少一種離子交換材料的結晶晶格中的二個負電荷層空間，其可被層間陽離子占據，例如至少一種鹼土金屬陽離子，以及，如果存在的話，進一步的單價及/或二價及/或三價陽離子。
應理解，本發明至少一種離子交換材料在pH7具有陽離子交換能力為至少60 cmol+/kg，在pH7較佳為至少70 cmol+/kg，以及在pH7最佳至少80 cmol+/kg。例如，本發明至少一種離子交換材料在pH7具有陽離子交換能力為自60至130 cmol+/kg或在pH7為自70至120 cmol+/kg。
本發明一個具體實例中，至少一種離子交換材料包括或由膨潤土組成，其具有陽離子交換能力在pH 7為至少60 cmol+/kga、較佳在pH 7為至少70 cmol+/kg以及最佳在pH 7為至少80 cmol+/kg。例如，至少一種離子交換材料包括或由膨潤土組成，其具有陽離子交換能力在pH 7為自60至130 cmol+/kg或在pH 7自70至120 cmol+/kg。
"陽離子交換能力"用語指的是任何種類的陽離子總體的最大量，該至少一種離子交換材料能夠維持在特定pH值以及能夠提供離子交換。
如果至少一種離子交換材料包括或由膨潤土組成，膨潤土較 佳為有重量中值粒徑d 50自0.02至100μm、自0.075至50μm、或自0.1至5μm、較佳為自0.2至3μm，係由Sedigraph 5120量測。
本案全文中，微粒材料的"粒徑"係由其粒徑分佈來描述。d x 值表示與粒子之x wt%具有小於d x 之直徑相關的直徑。此意謂d 20值為粒徑中所有粒子之20wt%小於該粒徑者，且d 75值為粒徑中所有粒子之75wt%小於該粒徑者。因此d 50值為重量中值粒徑，亦即，所有粒子之50wt%大於或小於此粒徑。除非另外指明，否則基於本發明之目的，粒徑表示為重量中值粒徑d 50。為量測具有d 50值介於0.4與2μm之間粒子的重量中值粒徑d 50值，可使用公司Micromeritics,USA之Sedigraph 5120裝置。為了藉由Sedigraph量測尺寸分佈與重量中值直徑，使用去離子水先將樣本預稀釋至正確濃度而不用進一步添加劑，例如通常添加的分散劑如聚磷酸鹽或聚丙烯酸鹽。為了量測具有d 50值低於0.4的粒子的重量中值粒徑d 50值，可以使用Matersizer裝置(來自德國Malvern Instruments GmbH公司)。
較佳者，步驟a)至少一種離子交換材料係以固體或或水性懸浮液形式或乳化液或過濾材料或流化床的形式被提供。例如，步驟a)至少一種離子交換材料係以水性懸浮液的形式被提供。
本發明"水性懸浮液"或"水性漿料"的意義包括不溶性固體與水，以及視需的進一步添加劑，以及通常包含大量固體，因此，更具黏性且其密度可高於其所形成的的液體。然而，"水性懸浮液"或"水性漿料"用語並不排除水包括小量至少一種與水混溶的溶劑。
例如，至少一種與水混溶的溶劑較佳為選自甲醇、乙醇、丙酮、乙腈、四氫呋喃以及其混合物。
本發明一個具體實例，水性懸浮液包括水，水量以水性懸浮液水相總重量為基礎為至少60重量-%、較佳為至少70重量-%更佳為至少80重量-%、更佳為至少90重量-%以及最佳為至少92重量-%。例如，水性懸浮液包括水，其量以水性懸浮液的水相的總重量為基礎，介於90與and100重量-%之間、較佳為介於92與100重量-%之間、更佳為介於94與100重量-%之間以及最佳介於96與100重量-%之間。
本發明一個具體實例，包括至少一種離子交換材料的水性懸浮液不含與水混溶的溶劑。
本發明一個具體實例，至少一種離子交換材料係以水性懸浮液形式提供，以水性懸浮液總重量為基礎，其具有離子交換材料含量自2至50重量-%。例如，步驟a)至少一種離子交換材料係以水性懸浮液形式提供，以水性懸浮液總重量為基礎，其具有離子交換材料含量自5至40重量-%、更佳為自7.5至30重量-%以及最佳自10至20重量-%。
選擇至少一種離子交換材料的含量，使得水性懸浮液的黏度介於10與5000mPas之間、較佳為介於100與2500mPas之間以及特別介於150與1 000mPas之間，係以布氏(Brookfield)黏度計(如在實施行中所述者)量測。最適含量視其出現情況而定，亦即，至少一種離子交換材料的化學及礦物組成以及膨潤性，反過來又影響黏度。
步驟b)：提供至少一種包含二氧化碳的來源
根據本發明步驟b)，提供至少一種包含二氧化碳的來源。
"至少一種"包含二氧化碳的來源用語表示一或多種包括二氧化碳的來源可用於本發明方法。
根據本發明一個具體實例，只有一種包含二氧化碳的來源被用於本發明方法。根據本發明另一個具體實例，至少二種包含二氧化碳的來源的混合物被用於本發明方法。
本發明一個具體實例中，只有一種包含二氧化碳的來源被用於本發明方法。
"包含二氧化碳的來源"用語指的是能夠釋出二氧化碳的任何來源。
至少一種包含二氧化碳的來源包括任何習用包含二氧化碳的來源。特別的是，至少一種包含二氧化碳的來源可選自氣體、液體、固體、複合物、離子交換材料以及其混合物。
根據本發明一個具體實例，至少一種包含二氧化碳的來源以氣體形式被提供。
氣態二氧化碳可為實質上純二氧化碳或氣態二氧化碳包括多重組分，其包括二氧化碳以及一或多種額外氣體及/或其他物質例如微粒材料諸如灰。
根據本發明一個具體實例，至少一種包含二氧化碳的來源係選自空氣、工業廢氣流、廢氣流、火山排氣以及其混合物。
例如，至少一種包含二氧化碳的來源為廢氣流例如由工廠製造者。工廠可選自極多種類。例如，至少一種包含二氧化碳的來源係廢氣流產生，廢氣流係由選自發電廠、化學及機械方法工廠、精煉廠以及其他工廠的工廠所製造，該工廠製造二氧化碳作為例如燃料燃燒或其他加工步驟的副產物。
合適的廢氣流係選自由工廠燃燒石化燃料例如煤、石油、天然氣以及燃料產物例如焦油砂、重油、油頁岩等所產生的廢氣流。
至少一種包含二氧化碳的來源可包含二氧化碳作為主要組分、或可能包含額外的組分例如氧化氮(NOx)、氧化硫(SOx)以及至少一種額外的氣態及/或微粒組分。額外的氣態及/或微粒組分可包括氧化碳、鹵化物例如氯化氫以及氟化氫、金屬例如汞、砷、鈹、硼、鎘、鉻、鈷、鉛、錳、鉬、硒、鍶、鉈、釩等。有機物例如碳氫化合物、戴奧辛、以及PAH化合物(多環芳香碳氫化合物)及/或灰粒子例如一般得自於燃燒方法者。
本發明一個具體實例，至少一種包含二氧化碳的來源包括二氧化碳，其提供分壓為至少0.02Pa、較佳為至少0.05Pa、更佳為至少0.1Pa、又更佳為至少0.15Pa以及最佳至少0.2Pa。
額外的或可替代的，至少一種包含二氧化碳的來源包括二氧化碳，其量以至少一種包含二氧化碳的來源的總體積為基礎為至少2體積.-%、較佳為至少5體積.-%、更佳為至少10體積.-%、又更佳為至少15體積.-%以及最佳至少20體積.-%。
本發明一個具體實例，將至少一種包含二氧化碳的來源導入水中以形成水溶液。本發明"水溶液"的意義指的是系統僅包括、較佳為包含溶解的粒子以及視需要的水性溶劑中少量不連續固體粒子。較佳者，水溶液包含水性溶劑中溶解的粒子。本發明"溶解的"用語意義指的是系統中未觀察到溶劑中有不連續固體粒子。本發明一個具體實例中，水溶液包含在水性溶劑中的不連續固體粒子，其量以水溶液總重量為基礎，為10重量-%、較佳為7.5重量-%、又更佳為5重量-%以及最佳2重量-%。
如果至少一種包含二氧化碳的來源係由水溶液形式提供，水溶液較佳為具有pH介於5與12之間、更較佳為介於6與11之間以及最佳介於7與10.5之間。
步驟c)：提供至少一種陽離子的至少一種來源
根據本發明步驟c)，提供能夠置換至少一種離子交換材料的至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種陽離子的至少一種來源。
至少一種陽離子的"至少一種"來源用語意指至少陽離子的一或多種來源可用於本發明方法。
根據本發明一個具體實例，只有一種至少一種陽離子的來源用於本發明方法。根據本發明另一個具體實例，至少一種陽離子的至少二種來源的混合物用於本發明方法。
"至少一種"陽離子的至少一種來源的用語意指一或多種陽離子可提供於本發明方法。
根據本發明一個具體實例，只有一種陽離子用於本發明方法。根據本發明另一個具體實例，至少二種陽離子的混合物用於本發明方法。
根據本發明一個具體實例，至少一種陽離子的至少一種來源為一種至少二種陽離子混合物的來源。可替代的，至少一種陽離子的至少一種來源為一種陽離子的一種來源。
關於至少一種陽離子，應留意關於陽離子的種類並無特定限制，只要至少一種陽離子能夠置換至少一種離子交換材料的至少一種鹼土金屬陽離子。
本發明一個具體實例中，至少一種陽離子的至少一種來源包括至少一種單價陽離子。額外的或可替代的，至少一種陽離子的至少一種來源包括至少一種二價陽離子。
本發明一個具體實例中，至少一種來源的至少一種陽離子的至少一種陽離子較佳為選自包括鋰、鈉、鉀、鎂、鍶以及其混合物。
據上所述，如果至少一種陽離子的至少一種來源的至少一種陽離子為至少一種單價陽離子，至少一種單價陽離子較佳為至少一種鹼金屬陽離子。如果至少一種陽離子為至少一種鹼金屬陽離子，至少一種陽離子較佳為選自包括鋰、鈉、鉀以及其混合物。
可替代或額外的，如果至少一種陽離子的至少一種來源的至少一種陽離子為至少一種二價陽離子，至少一種二價陽離子較佳為與步驟a)至少一種離子交換材料的至少一種鹼土金屬陽離子以及與步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子不同的鹼土金屬陽離子。
例如，如果至少一種陽離子的至少一種來源的至少一種陽離子為至少一種鹼土金屬陽離子，至少一種陽離子較佳為選自包括鎂、鍶以及其混合物。
本發明一個具體實例中，至少一種陽離子的至少一種來源的至少一種陽離子為鈉。
較佳者，至少一種陽離子的至少一種來源為包括至少一種陽離子的水溶液。本發明"水溶液"的意義指的是系統僅包括、較佳為包含溶解的粒子以及視需要的水性溶劑中少量不連續固體粒子。較佳者，水溶液包含水性溶劑中溶解的粒子。本發明"溶解的"用語意義指的是系統中未觀察到 溶劑中有不連續固體粒子。本發明一個具體實例中，水溶液包含在水性溶劑中的不連續固體粒子，其量以水溶液總重量為基礎，為10重量-%、較佳為7.5重量-%、又更佳為5重量-%以及最佳2重量-%。
"水性"溶液用語不排除水性溶劑包括少量至少一種與水混溶的溶劑。
例如，至少一種與水混溶的溶劑係較佳為選自甲醇、乙醇、丙酮、乙腈、四氫呋喃以及其混合物。
本發明一個具體實例中，水溶液包括至少一種與水混溶的溶劑，其量以水溶液中溶劑相的總重量為基礎，為40重量-%、較佳為30重量-%、更佳為20重量-%以及最佳10重量-%。
本發明一個具體實例中，包括至少一種陽離子水溶液不含與水混溶的溶劑。
額外的或可替代的，如果至少一種陽離子的至少一種來源係以水溶液形式提供，以水溶液總重量為基礎，水溶液包括至少50重量-%、更佳為至少75重量-%以及最佳至少90重量-%的水。
例如，以水溶液總重量為基礎，水溶液包括介於90與99重量-%之間、更佳為介於91與99重量-%之間以及最佳介於92與98重量-%之間的水。
額外的或可替代的，至少一種陽離子的至少一種來源包括至少一種陽離子，其量為自0.1至150克/升、較佳為自1至100克/升或自5至75克/升。本發明一個具體實例中，至少一種陽離子的至少一種來源包括量為10至50克/升的至少一種陽離子。
如果至少一種陽離子的至少一種來源係以水溶液形式提供，水溶液較佳具有pH為介於5與12之間、更佳為介於6與11之間以及最佳介於7與10.5之間。
較佳者，至少一種陽離子的至少一種來源為能夠置換至少一種離子交換材料的至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種陽離子的天然生成來源。本發明一個具體實例中，至少一種陽離子的至少一種來源為能夠置換至少一種離子交換材料的至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種單價及/或二價陽離子的天然生成來源。
例如，至少一種陽離子的至少一種來源為能夠置換至少一種離子交換材料的至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種單價陽離子的天然生成來源。
例如，至少一種陽離子的至少一種來源為至少一種單價陽離子的天然生成來源，例如地下鹽水，可為二價陽離子、單價陽離子或其混合物的方便來源。
地下鹽水包括濃水性鹽水組合物。地下鹽水較佳為得自於地下地點例如位於地球表面正下方例如地球海洋或湖泊。
本發明一個具體實例中，至少一種陽離子的至少一種來源為海水。海水通常為能夠置換至少一種離子交換材料的至少一種鹼土金屬陽離子的單價及/或二價陽離子的方便來源，其能夠置換至少一種離子交換材料的至少一種鹼土金屬陽離子。只要能夠提供足量的至少一種陽離子，可使用任何種類海水。特別的是，海水中至少一種陽離子之量不應0.1克/升、較佳為1克/升、更佳為5克/升以及最佳10克/升。
額外的或可替代的，至少一種陽離子的至少一種來源為水，其具有的鹽度，以水中溶解的鹽的總重量為基礎，為介於3與35重量-%之間、較佳為介於3與20重量-%之間、更較為介於3與10重量-%之間以及最佳介於3與5重量-%之間。例如，水具有的鹽度，以水中溶解的鹽的總重量為基礎，介於3與4.5重量-%之間或介於3.1與4重量-%之間。
本發明一個具體實例，至少一種的陽離子至少一種來源為海水，其在23℃具有的密度為至少1.010公斤/升、較佳在23℃為至少1.020公斤/升℃以及最佳在23℃介於1.020與1.030公斤/升之間。例如，海水在23℃具有的密度介於1.020與1.025公斤/升之間。
步驟d)：提供至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源
根據本發明步驟d)，提供至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源。
至少一種鹼土金屬陽離子的"至少一種"來源用語意義為至少一種鹼土金屬陽離子的一種或多種來源可用於本發明方法。
根據本發明一個具體實例，至少一種鹼土金屬陽離子的只有一種來源被用於本發明方法。根據本發明另一個具體實例，至少一種鹼土金屬陽離子的至少二種來源的混合物被用於本發明方法。
“至少一種"鹼土金屬陽離子的至少一種來源"用語意義為一種或多種鹼土金屬陽離子可提供於本發明方法。
根據本發明一個具體實例，只有一種鹼土金屬陽離子被用於本發明方法。根據本發明另一個具體實例，至少二種鹼土金屬陽離子的混合物被用於本發明方法。
根據本發明一個具體實例，至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源為為至少二種鹼土金屬陽離子混合物的一種來源。可替代的，至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源為一種鹼土金屬陽離子的一種來源。
關於至少一種鹼土金屬陽離子，應留意只要至少一種鹼土金屬陽離子能夠置換步驟c)所提供至少一種陽離子，對於鹼土金屬陽離子的種類沒有特定的限制。
額外的或可替代的，較佳者，步驟d)所提供至少一種鹼土金屬陽離子以及步驟a)離子交換材料的至少一種鹼土金屬陽離子為相同種類。
額外的或可替代的，至少一種鹼土金屬陽離子係選自包括鎂、鈣、鍶以及其混合物。
本發明一個具體實例中，至少一種鹼土金屬陽離子包括鈣及/或鎂。例如，至少一種鹼土金屬陽離子包括鈣。
如果至少一種鹼土金屬陽離子包括鈣及/或鎂，不排除進一步鹼土金屬陽離子存在於至少一種鹼土金屬陽離子中的至少一種來源。例如，如果至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源包括鈣，至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源可進一步包括鎂及/或鍶。本發明一個具體實例中，至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源包括鈣以及鎂。
本發明一個具體實例中，步驟d)所提供的至少一種鹼土金屬陽離子以及步驟c)所提供的至少一種陽離子的至少一種來源的至少一種陽離子係不相同。例如，如果步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子包括鈣，步驟c)至少一種陽離子包括鋰、鈉、鉀、鎂、鍶以及其混合物。如果步驟d)至少 一種鹼土金屬陽離子包括鎂，步驟c)至少一種陽離子包括鋰、鈉、鉀、鈣、鍶以及其混合物。如果步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子包括鍶，步驟c)至少一種陽離子包括鋰、鈉、鉀、鎂、鈣以及其混合物。
可替代的，如果步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子包括鈣以及鎂，步驟c)至少一種陽離子包括鋰、鈉、鉀、鍶以及其混合物。如果步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子包括鈣以及鍶，步驟c)至少一種陽離子包括鋰、鈉、鉀、鎂以及其混合物。如果步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子包括鎂以及鍶，步驟c)至少一種陽離子包括鋰、鈉、鉀、鈣以及其混合物。
進一步應理解，步驟c)至少一種陽離子包括鋰、鈉、鉀以及其混合物，如果步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子包括鈣、鎂以及鍶。
較佳者，至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源為包括至少一種鹼土金屬陽離子的水溶液。
本發明"水溶液"的意義指的是系統僅包括、較佳包括溶解的粒子以及視需要少量水性溶劑中不連續固體粒子。較佳者，水溶液包含水性溶劑中溶解的粒子。本發明"溶解的"用語指的是系統中未觀察到溶劑中有不連續固體粒子。本發明一個具體實例中，水溶液包含水性溶劑中不連續固體粒子，其量以水溶液總重量為基礎，為10重量-%、更佳為7.5重量-%、又更佳為5重量-%以及最佳2重量-%。"水性"溶液用語不排除水性溶劑包括少量至少一種與水混溶的溶劑。
例如，至少一種與水混溶的溶劑較佳為選自甲醇、乙醇、丙酮、乙腈、四氫呋喃以及其混合物。
本發明一個具體實例中，水溶液包括至少一種與水混溶的溶 劑，其量以水溶液的溶劑相的總重量為基礎，為40重量-%、較佳為30重量-%、更佳為20重量-%以及最佳10重量-%。
本發明一個具體實例中，包括至少一種鹼土金屬陽離子的水溶液不含與水混溶的溶劑。
額外的或可替代的，如果至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源係以水溶液形式提供，以水溶液總重量為基礎，水溶液包括至少50重量-%、更較為至少75重量-%以及最佳至少90重量-%的水。
例如，以水溶液總重量為基礎，水溶液包括介於90與99重量-%之間、更佳為介於91與99重量-%之間以及最佳介於92與98重量-%之間的水。
額外的或可替代的，至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源包括至少一種鹼土金屬陽離子，其量為自0.1至200毫克/升、較佳為自0.5至150毫克/升、更佳為自1至100毫克/升、又更佳為自5至75毫克/升以及最佳自10至50毫克/升。
如果至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源係以水溶液形式提供，水溶液較佳具有的pH為介於5與12之間、更佳為介於6與11之間以及最佳介於7與10.5之間。
較佳者，至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源為至少一種鹼土金屬陽離子的天然生成來源。本發明一個具體實例中，至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源為能夠置換步驟c)提供的至少一種陽離子的至少一種鹼土金屬陽離子的天然生成來源。
例如，至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源為鈣的天然 生成來源。
本發明一個具體實例中，至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源為至少一種鹼土金屬陽離子的天然生成來源，例如新鮮硬水。
可以使用任何種類的新鮮硬水，只要提供足量的至少一種鹼土金屬陽離子、較佳為鈣。特別的是，新鮮硬水中至少一種鹼土金屬陽離子、較佳為鈣、之量不應0.1克/升、較佳為0.5克/升、更佳為1克/升、又更佳為5克/升以及最佳10克/升。
額外的或可替代的，選擇新鮮硬水使得其具有硬度為自5至130°dH、較佳為自10至60°dH、以及最佳自14至50°dH。
基於本發明目的，硬度指的是德國硬度且係以"德國硬度，°dH"表示。此方面，硬度指的是包括鹼土碳酸氫鹽的水溶液中鹼土金屬陽離子的總量，且其係在pH 10下使用伸乙基-二胺-四乙酸(EDTA)以及Eriochrome T作為當量點滴定劑藉由絡合滴定法(complexometric titration)量測。
新鮮硬水可選自任何天然生成來源例如湖泊及/或河流及/或內海(inland seas)。
額外的或可替代的，新鮮硬水可為人為。例如，新鮮軟水可與至少一種鹼土金屬陽離子接觸以期製備適合本發明方法的新鮮硬水。本發明一個具體實例，將二價陽離子例如鈣及/或鎂加入新鮮軟水。應進一步理解，新鮮硬水可得自於水的再礦化方法。水的再礦化方法敘述於例如US 7,374,694、EP 0 520826、WO 2010/12691、歐洲專利申請案11 175 012.1、歐洲專利申請案10 172 771.7以及歐洲專利申請案11 179 541.5。
步驟e)：使至少一種離子交換材料與至少一種陽離子的至少一種來源接觸
根據本發明步驟e)，步驟a)至少一種離子交換材料與步驟c)至少一種陽離子的至少一種來源接觸。
該接觸提供包括i)至少一種離子交換材料以及ii)從步驟a)至少一種離子交換材料釋出的至少一種鹼土金屬陽離子的混合物。
步驟a)至少一種離子交換材料與至少一種陽離子的至少一種來源的接觸可藉由為此技藝人士習知的任何習用方法完成。較佳者，該接觸可在混合條件下進行。此技藝人士將會使混合條件例如混合速度以及溫度適應其方法設備。
特別的是，應理解方法步驟e)的接觸可在為此技藝人士習知的任何種類槽及/或容器中進行以結合及/或混合及/或攪拌包括微粒材料例如離子交換材料的懸浮液。例如，接觸步驟e)可在垂直及/或水平混合單元、較佳為垂直混合單元中進行。
較佳者，用於接觸步驟e)的混合單元包括攪拌裝置。例如，攪拌裝置係選自一般用於攪拌以及混合在槽及/或容器中之包括微粒材料的懸浮液的機械攪拌裝置例如攪拌葉片。可替代的，攪拌裝置係選自一般用於攪拌以及混合在槽及/或容器中之包括微粒材料的濃度更高的懸浮液的粉末-液體混合裝置。
額外的或可替代的，步驟a)至少一種離子交換材料與至少一種陽離子的至少一種來源的接觸可藉由將為水溶液形式的至少一種陽離子的至少一種來源注射入包括至少一種離子交換材料的水性懸浮液或乳化液 而完成。如果步驟a)至少一種離子交換材料以固體或過濾材料或流化床形式提供，步驟a)至少一種離子交換材料與至少一種陽離子的至少一種來源的接觸可藉由為水溶液形式的至少一種陽離子的至少一種來源而完成。此方面，應留意混合條件可藉由至少一種陽離子的至少一種來源之流導入至少一種離子交換材料而完成。
本發明一個具體實例中，接觸步驟e)係在自2℃至80℃、較佳為自4℃至60℃以及最佳自5℃至40℃之溫度下進行。
例如，接觸步驟e)可在室溫、亦即在20℃或在其他溫度下進行。
根據本發明一個具體實例，方法步驟e)係進行至少1秒、較佳至少1分鐘、例如至少15分鐘、30分鐘、1小時、2小時、4小時、6小時、8小時、或10小時。
本發明一個具體實例中，接觸步驟e)中所得混合物係為水性懸浮液形式。如果得到水性懸浮液，接觸步驟e)較佳在pH介於5與12之間、更佳為介於6與11以及最佳介於7與10.5之間進行。
接觸步驟e)所得混合物包括i)至少一種離子交換材料以及ii)從至少一種離子交換材料釋出的至少一種鹼土金屬陽離子。特別的是，應留意的是，結合至步驟a)至少一種離子交換材料的至少部分至少一種鹼土金屬陽離子與步驟c)至少一種陽離子在接觸步驟e)期間交換。
步驟ii)至少一種鹼土金屬陽離子以及步驟i)至少一種離子交換材料在分離步驟f)中被分離。
步驟f)：從至少一種離子交換材料分離至少一種鹼土金屬陽 離子
根據本發明步驟f)，從步驟i)至少一種離子交換材料分離步驟ii)至少一種鹼土金屬陽離子。
本發明一個具體實例中，分離步驟f)係在自2℃至80℃、較佳為自4℃至60℃以及最佳自5℃至40℃之溫度下進行。例如，分離步驟f)係在室溫下、亦即在20℃或在其他溫度下進行。
本發明一個具體實例中，分離步驟f)係在pH介於5與12之間、更佳為介於6與11之間以及最佳介於7與10.5之間進行。
從步驟i)至少一種離子交換材料分離步驟ii)至少一種鹼土金屬陽離子可藉由為此技藝人士習知的任方習用分離裝置完成。例如，從步驟i)至少一種離子交換材料分離步驟ii)至少一種鹼土金屬陽離子可藉由過濾、離心、旋風、沉降或其混合而完成。
如果接觸步驟e)所得混合物為水性懸浮液形式，較佳藉由過濾、例如藉由薄膜過濾單元從步驟i)至少一種離子交換材料分離步驟ii)至少一種鹼土金屬陽離子、以從步驟i)至少一種離子交換材料分離步驟ii)至少一種鹼土金屬陽離子。
用於從步驟i)至少一種離子交換材料分離步驟ii)至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種薄膜過濾單元可為此技藝人士習知的任何種類的薄膜過濾以及一般用於過濾包括微粒材料的水性懸浮液/溶液。例如，可以使用水平層流式薄膜微過濾裝置及/或水平層流式薄膜超過濾裝置。
應理解的是，薄膜過濾單元內部與四周環境之間有壓差，使得懸浮的微粒離子交換材料與懸浮液/溶液分離且得到包括步驟ii)至少一種 鹼土金屬陽離子的澄清水溶液。較佳者，薄膜過濾單元內的壓力高於四周環境的壓力。
本發明"水溶液"的意義指的是系統僅包括、較佳為包含溶解的粒子以及視需要的水性溶劑中少量不連續固體粒子。較佳者，水溶液包含水性溶劑中溶解的粒子。本發明"溶解的"用語意義指的是系統中未觀察到溶劑中有不連續固體粒子。本發明一個具體實例中，水溶液包含在水性溶劑中的不連續固體粒子，其量以水溶液總重量為基礎，為10重量-%、較佳為7.5重量-%、又更佳為5重量-%以及最佳2重量-%。
例如，用於從步驟i)至少一種離子交換材料分離步驟ii)至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種薄膜過濾單元為水平層流式薄膜過濾裝置。額外的或可替代的，用於從步驟i)至少一種離子交換材料分離步驟ii)至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種薄膜過濾單元為水平層流式薄膜超過濾裝置。
水平層流式薄膜過濾裝置為此技藝人士習知。適合本發明方法的一個水平層流式薄膜過濾裝置包括水平層流式薄膜過濾裝置Mycrodyn Modul CMB 150(可自德國Microdyn-Nadir GMBH取得)。
本發明一個具體實例中，包括得自於從步驟i)至少一種離子交換材料分離步驟ii)至少一種鹼土金屬陽離子之後所得步驟ii)至少一種鹼土金屬陽離子的水溶液具有硬度自5至130°dH、較佳為自10至60°dH、以及最佳自14至50°dH。
額外的或可替代的，包括從步驟i)至少一種離子交換材料分離步驟ii)至少一種鹼土金屬陽離子之後所得步驟ii)至少一種鹼土金屬陽離 子的水溶液具有pH介於4與12之間、較佳為介於5與11之間以及最佳介於7與10.5之間。
本發明一個具體實例中，包括從步驟i)至少一種離子交換材料分離步驟ii)至少一種鹼土金屬陽離子之後所得步驟ii)至少一種鹼土金屬陽離子的水溶液具有的至少一種鹼土金屬陽離子濃度為至少1毫克/升、較佳為至少100毫克/升、更佳為至少1000毫克/升、又更佳為至少2500毫克/升以及最佳至少5000毫克/升。例如，包括從步驟i)至少一種離子交換材料分離步驟ii)至少一種鹼土金屬陽離子之後所得步驟ii)至少一種鹼土金屬陽離子的的水溶液具有的至少一種鹼土金屬陽離子濃度為至少7500毫克/升或至少10 000毫克/升。
額外的或可替代的，包括從步驟i)至少一種離子交換材料分離步驟ii)至少一種鹼土金屬陽離子之後所得步驟ii)至少一種鹼土金屬陽離子的水溶液具有至少一種鹼土金屬陽離子濃度為自1至30000毫克/升、較佳為自100至25 000毫克/升、更佳為自1 000至20 000毫克/升、又更佳為自2 500至15 000毫克/升以及最佳自5 000至12 500毫克/升。
本發明一個具體實例中，包括從步驟i)至少一種離子交換材料分離步驟ii)至少一種鹼土金屬陽離子之後所得步驟ii)至少一種鹼土金屬陽離子的水溶液具有濁度值低於1.0 NTU、較佳為低於0.5 NTU、以及最佳低於0.3 NTU。
從步驟i)至少一種離子交換材料分離步驟ii)至少一種鹼土金屬陽離所得至少一種鹼土金屬陽離子進一步與步驟b)至少一種包含二氧化碳的來源在方法步驟g)中接觸。在從步驟i)至少一種離子交換材料分離步 驟ii)至少一種鹼土金屬陽離子之後所得至少一種離子交換材料進一步與步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源在方法步驟h)中接觸。
步驟g)：使至少一種鹼土金屬陽離子與至少一種包含二氧化碳的來源接觸
根據本發明步驟g)，步驟f)所得至少一種鹼土金屬陽離子與步驟b)至少一種包含二氧化碳的來源接觸。該接觸提供至少一種鹼土金屬陽離子的碳酸鹽。
至少一種鹼土金屬陽離子與至少一種包含二氧化碳的來源的接觸可在藉由為此技藝人士習知的任何方式完成。較佳者，該接觸可在混合條件之下進行。此技藝人士將會使混合條件例如混合速度以及溫度適應其方法設備
本發明一個具體實例中，步驟f)所得至少一種鹼土金屬陽離子係水溶液形式。
如果提供水溶液，應理解的是，方法步驟g)的接觸可在為此技藝人士習知的任何種類槽及/或容器中進行以結合及/或混合及/或攪拌水溶液。例如，接觸步驟g)可在垂直及/水平混合單元、較佳在垂直混合單元中進行。
較佳者，用於接觸步驟g)的混合單元包括攪拌裝置。例如，攪拌裝置係選自一般用於攪拌以及混合在槽及/或容器中之包括微粒材料的懸浮液的機械攪拌裝置例如攪拌葉片。可替代的，攪拌裝置係選自一般用於攪拌以及混合在槽及/或容器中之包括微粒材料的濃度更高的懸浮液的粉末-液體混合裝置。
本發明一個具體實例中，包含二氧化碳的來源、較佳為氣態二氧化碳、被導入、較佳注射、進入包括步驟f)所得至少一種鹼土金屬陽離子的水溶液，以形成氧化碳泡沫在溶液中的分散液以及使泡沫溶解於其中。
根據本發明一個具體實例中，接觸步驟g)係在至少100Pa、更佳為至少200Pa以及最佳至少300Pa之壓力下進行。
例如，二氧化碳在壓力下被導入包括步驟f)所得至少一種鹼土金屬陽離子的水溶液。
本發明一個具體實例中，接觸步驟g)係在自2℃至80℃、較佳為自4℃至60℃以及最佳自5℃至40℃的溫度下進行。例如，接觸步驟g)可在室溫下、亦即在20℃或其他溫度下進行。
根據本發明一個具體實例中，方法步驟g)係進行至少1秒、較佳至少1分鐘、例如至少15分鐘、30分鐘、1小時、2小時、4小時、6小時、8小時、或10時。
額外的或可替代的，接觸步驟g)較佳在pH介於5與12之間、更佳為介於6與11之間以及最佳介於7與10.5之間進行。本發明一個具體實例中，接觸步驟g)係在pH介於8與10.5或介於8.2與10.5之間進行。
根據本發明一個具體實例，步驟f)中所得水溶液進一步與至少一種觸媒接觸以提升二氧化碳氫化(hydratisation)。例如，用於提升二氧化碳氫化的至少一種觸媒為至少一種酶。本發明一個具體實例中，用於提升二氧化碳氫化的至少一種觸媒為碳酸酐酶。
根據方法步驟g)，至少一種鹼土金屬陽離子的碳酸鹽係得自於藉由至少一種鹼土金屬陽離子與至少一種包含二氧化碳的來源的接觸。
本發明一個具體實例中，所得至少一種鹼土金屬陽離子的碳酸鹽為至少一種鹼土金屬陽離子的不溶於水碳酸鹽。例如，所得至少一種鹼土金屬陽離子的碳酸鹽在25℃具有在水中溶解度1 000毫克/升、較佳為500毫克/升、更佳為200毫克/升以及最佳150毫克/升。例如，所得至少一種鹼土金屬陽離子的碳酸鹽在25℃具有在水中溶解度100毫克/升或50毫克/升。本發明一個具體實例中，所得至少一種鹼土金屬陽離子的碳酸鹽在25℃具有在水中溶解度30毫克/升或20毫克/升。
本發明一個具體實例中，所得至少一種鹼土金屬陽離子的碳酸鹽為碳酸鈣。
本發明一個具體實例中，方法進一步包括分離步驟g)中所得至少一種鹼土金屬陽離子的碳酸鹽的步驟k)。
根據步驟k)，分離步驟)所得至少一種鹼土金屬陽離子的碳酸鹽可藉由為此技藝人士習知的任何習知分離方式完成。例如，分離步驟g)所得至少一種鹼土金屬陽離子的碳酸鹽係藉由過濾、離心、旋風、濃縮、蒸發、沉降或其混合而完成。
如果步驟g)所得至少一種鹼土金屬陽離子的碳酸鹽為水性懸浮液形式，至少一種鹼土金屬陽離子的碳酸鹽較佳藉過濾例如、藉薄膜過濾單元、自水相分離。
用於分離根據步驟k)之步驟g)所得碳酸鹽的至少一種薄膜過濾單元可為此技藝人士習知的任何種類的薄膜過濾以及一般用於過濾包括微粒材料的水性懸浮液/溶液。例如，可以使用水平層流式薄膜微過濾裝置及/或水平層流式薄膜超過濾裝置。
本發明一個具體實例中，用於分離步驟g)所得碳酸鹽的至少一種薄膜過濾單元為水平層流式薄膜過濾裝置及/或水平層流式薄膜超過濾裝置，如以上進一步定義者。
本發明一個具體實例中，分離步驟g)所得碳酸鹽之後所得水溶液具有的硬度自1至100°dH、較佳為自2至50°dH、以及最佳自3至25°dH。
額外的或可替代的，分離步驟g)所得碳酸鹽之後所得水溶液具有pH介於4與12之間、較佳為介於5與11之間以及最佳介於7與10.5之間。本發明一個具體實例中，分離步驟g)所得碳酸鹽之後所得水溶液具有pH介於8與10.5之間或介於8.2與10.5之間。
額外的或可替代的，分離步驟g)所得碳酸鹽之後所得水溶液具有至少一種鹼土金屬陽離子濃度為10毫克/升、較佳為5毫克/升、更佳為1毫克/升以及最佳0.5毫克/升。
本發明一個具體實例中，分離步驟g)所得碳酸鹽之後所得水溶液具有濁度值低於1.0 NTU、較佳為低於0.5 NTU、以及最佳低於0.3 NTU。
在步驟k)分離的至少一種鹼土金屬陽離子的碳酸鹽較佳為在過濾器中得到的沉澱。所得碳酸鹽可用為此技藝習知的任何合適的方法乾燥。至少一種鹼土金屬陽離子的碳酸鹽可被乾燥，例如以熱方式，例如藉由噴乾器或微波或在烘箱中，或以機械方式，例如藉由減少水含量。
步驟h)：使至少一種離子交換材料與至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源接觸
根據本發明步驟h)，步驟f)所得至少一種離子交換材料與步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源接觸。該接觸使步驟a)至少 一種離子交換材料再生。
至少一種離子交換材料與至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源的接觸可藉由為此技藝人士習知的任何習用方法完成。較佳者，該接觸可在混合條件下進行。此技藝人士將會使混合條件例如混合速度以及溫度適應其方法設備。
本發明一個具體實例中，步驟f)中所得至少一種離子交換材料為水性懸浮液形式。
如果提供水性懸浮液，應理解方法步驟h)的接觸可在為此技藝人士習知的任何種類槽及/或容器中進行以結合及/或混合及/或攪拌水性懸浮液。例如，接觸步驟h)可在垂直及/或水平混合單元、較佳為垂直混合單元中進行。
較佳者，用於接觸步驟h)的混合單元包括攪拌裝置。例如，攪拌裝置係選自一般用於攪拌以及混合在槽及/或容器中之包括微粒材料的懸浮液的機械攪拌裝置例如攪拌葉片。可替代的，攪拌裝置係選自一般用於攪拌以及混合在槽及/或容器中之包括微粒材料的濃度更高的懸浮液的粉末-液體混合裝置。
額外的或可替代的，接觸步驟h)的進行中，步驟f)所得至少一種離子交換材料係以過濾材料或流化床形式提供，對其加入步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源以使步驟a)至少一種離子交換材料再生。
應理解，接觸步驟g)以及接觸步驟h)係彼此獨立進行。據上所述，使步驟f)所得至少一種離子交換材料與根據方法步驟h)之步驟d) 至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源的接觸在接觸步驟g)之前及/或期間及/或之後進行。
如果步驟f)所得離子交換材料及/或步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源為水溶液或水性懸浮液形式，接觸步驟h)可在任何溫度-視需要施用壓下進行，水溶液或水性懸浮液在此維持液態。
據上所述，接觸步驟h)係在自-10℃至+80℃、較佳為自-2℃至70℃、更佳為自4℃至60℃以及最佳自5℃至40℃溫度下進行。例如，接觸步驟h)可在室溫下進行，亦即在20℃或其他溫度下進行。
根據本發明一個具體實例，接觸步驟h)係進行至少1秒、較佳至少1分鐘、例如至少15分鐘、30分鐘、1小時、2小時、4小時、6小時、8小時、或10小時。
額外的或可替代的，接觸步驟h)較佳在pH介於5與12之間、更佳為介於6與11以及最佳介於7與10.5之間進行。本發明一個具體實例中，接觸步驟h)較佳在pH介於8與10.5之間或介於8.2與10.5之間進行。
根據方法步驟h)，藉由使步驟f)所得至少一種離子交換材料與步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源接觸，使至少一種離子交換材料再生。
據上所述，應理解步驟a)至少一種離子交換材料的至少一種鹼土金屬陽離子與步驟d)至少一種來源的至少一種鹼土金屬陽離子為相同。本發明一個具體實例中，步驟a)至少一種離子交換材料的至少一種鹼土金屬陽離子與步驟d)至少一種來源的至少一種鹼土金屬陽離子為鈣。
本發明一個具體實例中，接觸步驟h)中經再生的至少一種離子交換材料再作為步驟a)至少一種離子交換材料。
如果水性懸浮液係在至少一種離子交換材料與至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源接觸之後獲得，經再生的至少一種離子交換材料可從水相分離。此種分離可藉由為此技藝人士習知的如前述步驟f)所定義的任何習用分離方式完成。
如前所述根據方法步驟h)所得經再生至少一種離子交換材料可使用為此技藝習知的合適的方法予以濃縮及/或乾燥。經再生的至少一種離子交換材料可被濃縮及/或乾燥，例如以熱方式，例如藉由噴乾器或微波或在烘箱中，或以機械方式，例如藉由過濾或減少水含量。
據上所述，根據前述本發明方法導致穩定的鹼土金屬碳酸鹽產物、亦即可容易地被分離且避免使用以人造來源為基礎之成本-密集的原料。此外，本方法使用可再生離子交換材料使得吸附劑材料不會消耗。
有鑑於所得十分優異的結果，本發明另一方面關於可再生離子交換材料在減少來自包含二氧化碳的來源CO2量之用途。本發明一個具體實例中，可再生離子交換材料包括膨潤土。
基於以下實施例將更理解本發明範圍與利益，該實施例意欲例示本發明的特定具體實例而非限制。
實施例
1. 量測方法
pH量測
pH係在25℃下使用Mettler Toledo Seven Easy pH計以及 Mettler Toledo InLab® Expert Pro pH電極量測。儀器的三點校正(根據分段式方法)首先使用販售的在+20℃具有pH值4、7以及10的緩衝溶液(來自Aldrich)進行。記載的pH值為經儀器檢測的終點值(終點為當量測訊號與最後6秒的平均值差小於0.1mV)。
布氏黏度
布氏黏度係在25℃的溫度下、在轉速100rpm(每分鐘轉數)下以合適的1至5號轉針使用RVT型號BrookfieldTM黏度計加以量測。
微粒材料的粒子尺寸分佈(直徑<X的粒子質量%)與重量中值顆粒直徑(d 50)。
微粒材料的重量中值顆粒直徑與顆粒直徑質量分佈係經由沉降方法測定，亦即在重力場中分析沉降行為。使用Mastersizer 2000(來自德國Malvern Instruments GmbH)進行量測。可替代的，可使用Sedigraph 5120裝置(來自美國Micromeritics)進行量測。
該方法以及儀器係為此技藝人士所習知的且常用於量測填料與顏料的顆粒尺寸。使用高速攪拌器以及超音波使樣本分散。
d 98值顯示使得98%重量粒子具有小於此值之直徑值。
X-射線螢光光譜儀
XRF數據係使用為此技藝人士所習知的方法與儀器而獲得，且通常被用於測定樣本組成。
材料在懸浮液中的重量固體(wt.%)
重量固體係藉由將固體材料重量除以水性懸浮液總重量而測定。在160℃使用Moisture Analyser MJ 33,Mettler Toledo測定重量固體含 量。
濁度
濁度係使用Hach Lange 2100AN IS Laboratory Turbidimeter量測且校正係使用<0.1、20、200、1 000、4 000以及7 500 NTU的StabCal濁度標準(福爾馬肼標準)進行。
硬度之測定(德國硬度；以"°dH"表示)
硬度指的是包括鹼土碳酸氫鹽的水溶液中的鹼土離子總量，且其係藉由絡合滴定法使用伸乙基-二胺-四醋酸(EDTA；商標名Titriplex III)以及Eriochrome T作為當量點指示劑進行量測。
EDTA(螯合劑)與離子Ca2+以及Mg2+形成可溶、穩定的螫合體複合物。將2毫升25%氨溶液、氨/醋酸氨緩衝劑(pH 10)以及Eriochrome black T指示劑加入100毫升特測的水樣本。指示劑以及緩衝劑通常為所謂"指示劑-緩衝劑表"。指示劑當被黃色染料掩蔽時與Ca2+以及Mg2+離子形成紅色複合物。在滴定終了，即當所有離子被螯合劑結合時，殘留Eriochrome black T指示劑為其自由態形式，顯示綠色。當指示劑不被掩蔽時，則顏色從紫紅色轉為藍色。總硬度可從所使用的EDTA量加以計算。
以下表1顯示水硬度不同單位的轉換。
[1]數據由以下網址取得http：//de.Wikipedia.org/wiki/Wasserh%C3%A4rte
[2]此方面，單位ppm用於表示1毫克/升CaCO3。
離子濃度之量測
離子濃度係藉由鈣離子選擇性吸附於樹脂薄膜上量測電場強度之累積而測定。
離子濃度之量測係在25℃下，於藉由使用磁力攪拌器以及相應攪拌板攪拌懸浮液/溶液期間使用配備相應Mettler Toledo perfectION電極時以Mettler Toledo Seven Multi instrumentation進行。
離子濃度量測係在使用Pendraulik齒碟攪拌器在1 500rpm攪拌包含膨潤土的懸浮液/溶液之後直接開始進行。
首先使儀器在相關離子濃度範分別使用商業販售的濃度為1毫莫耳/升、10毫莫耳/升以及100毫莫耳/升校正溶液(來自瑞士的Fluka)進行 首次校正。
記載的離子濃度值係將電極浸入待測懸浮液/溶液中1分鐘後藉由儀器檢測之值。
對自來水樣本或衍生自涉及商業販售離子交換劑的離子交換方法的樣本加入1毫升至50毫升之量之樣本的離子強度調整劑(可取自Mettler Toldeo Switzerland,ISA-Lösung,51344761)。
XRD
根據以上方法進行Ca膨潤土的X-射線繞射(XRD)圖案：存在於Ca膨潤土的礦物相係根據繞射粉末方法使用Bruker D8 Advance繞射儀藉由of X-射線繞射(XRD)測定。此繞射儀由a 2.2 kW X-射線管、9-位置樣本固定器、Theta-Theta(θ-θ)量角器、以及VNTEC-1檢測器組成。所有實驗使用Ni-過濾Cu K α照射。使用0.01° 2θ遞增以及1秒/步驟掃描速度(20至50° 2θ)自動繪圖記錄輪廓。使用繞射數據國際中心(ICDD)粉末繞射檔案(PDF)數據庫2藉礦物含量將所得粉末繞射圖案分類且概述於以下表2中。
2. 實施例
所用膨潤土為來自希臘Milos的Ca膨潤土且具有以下特徵：重量中等顆粒直徑d 50為12.86μm，且d 98為86μm。
實施例1
此實施例關於使用膨潤土作為離子交換材料以製備穩定的碳酸鹽。
將3.5重量-% NaCl加入0.1M NaOH溶液。對此溶液加入膨潤土，使得所獲致漿料以懸浮液總重量為基礎具有膨潤土之量約5重量-%。使用具有安裝螺旋槳的小型攪拌器對此懸浮液攪拌10分鐘。接著，使懸浮液真空過濾，然後使CO2(瑞士Pangas販售，商品名為Kohlendioxid UN 1013)鼓泡進入濾液。將白色沉澱離心，以及在乾燥之前使用去離子水洗滌二次。
沉澱經XRF特徵化為98重量-% CaCO3(以沉澱總重量為基礎)。
實施例2
此實施例關於膨潤土在被活化且然後在一個循環中再生的能力。
將3.5重量-% NaCl加入0.1M NaOH溶液。對此溶液加入膨潤土，使得所獲致漿料以懸浮液總重量為基礎具有膨潤土之量約10重量-%。使用具有安裝螺旋槳的小型攪拌器對此懸浮液攪拌10分鐘。接著，使懸浮液真空過濾，然後使CO2(瑞士Pangas販售，商品名為Kohlendioxid UN 1013)鼓泡進入濾液。將白色沉澱離心，以及在乾燥之前使用去離子水洗滌二次。不分析此首次螯合的沉澱。
接著，將濾餅(經活化膨潤土)加入1重量-%CaCl2(德國Merck販售，為無水氯化鈣)溶液(以溶液總重量為基礎)，使得所獲致懸浮液以懸浮液總重量為基礎具有膨潤土之量約為10重量-%。攪拌所獲致懸浮液10分鐘，然後真空過濾。用去離子水洗滌濾餅，進行真空過濾，直到將NaHCO3加入濾液中沒有沉澱為止。
將此濾餅再度用於實施例1中所述實驗。沉澱經XRF特徵化為96重量-% CaCO3(以沉澱總重量為基礎)。
實施例3
此實施例關於使用膨潤土作為離子交換材料在pH約8之下以製備穩定的碳酸鹽。
將0.1M NaOH溶液加入3.5重量-% NaCl溶液(以溶液總重量為基礎)，使得溶液具有pH約為8。對此溶液加入膨潤土，使得所獲致漿料以懸浮液總重量為基礎具有膨潤土之量約10重量-%。使用具有安裝螺旋 槳的小型攪拌器對此懸浮液攪拌10分鐘。接著，使懸浮液真空過濾，然後使CO2(瑞士Pangas販售，商品名為Kohlendioxid UN 1013)鼓泡進入濾液。此外，加入0.1M NaOH溶液，以保持pH高於8.2。將白色沉澱離心，以及在乾燥之前使用去離子水洗滌二次。
沉澱經XRF特徵化為96重量-% CaCO3(以沉澱總重量為基礎)。
實施例4
此實施例關於膨潤土在鈉陽離子存在下釋出鈣陽離子的能力。
進行參考實驗，其中分次將膨潤土加入去離子水，以及在加入膨潤土後一段時間(約3分鐘)量測鈣-離子濃度。
使用3.5重量-%NaCl溶液(以溶液總重量為基礎)進行相同實驗，起始pH為10(用1M NaOH調整)以取代去離子水。
從圖1可以理解，將膨潤土添加至去離子水已經釋出一些鈣離子(曲線命名為去離子H2O)。由於”滲透”驅動力之故，此係可預期的。此外，吾人可看到鈉陽離子的存在明顯地增進鈣離子的釋出(曲線命名為3.5重量-%NaCl溶液)。
使用對鈣離子敏感的電極，以及在添加膨潤土後約3分鐘後開始鈣離子濃度量測。
實施例5
此實施例關於指的是商用離子交換劑樹脂在鈉陽離子存在下用於釋出鈣陽離子的能力。
如下所述製備離子交換劑的7個相同樣本：對每個樣本將10克商業販售離子交換材料(DOWEXTM MARATHONTM C，來自The Dow® Chemical Company)置入塑膠管(內徑=8毫米、長度=250毫米)。為了將離子交換材料維持在塑膠管內，將二個金屬篩網置入塑膠管內，使離子交換材料陷入二個篩網之間。
然後在開始每個測試之前，離子交換劑的每個樣本經5000毫升硬自來水(°dH~20)以150毫升/分鐘固定速率沖洗，以確保離子交換劑為其鈣離子負載狀態(流出水°dH~20)。
然後，鈣離子負載離子交換劑的每一個樣本經不同濃度以及不同流率的不同NaCl溶液沖洗，簡述於下表3。
從來自離子交換劑的每個樣本的溶液連續取樣30毫升樣本以及使用鈣離子特定電極測量鈣離子濃度。
圖2顯示在不同NaCl溶液入料速率下對3.5重量-%NaCl濃度下，釋出鈣離子量與方法時間的函數關係。由於NaCl溶液入料至離子交換劑，可看到大量鈣離子從離子交換劑釋出。此外，可看到增加NaCl溶液入料速率導致鈣離子更快從離子交換劑釋出。
圖3顯示在相同入料速率(4毫升/分鐘)但是使用不同溶液NaCl濃度之下，釋出鈣離子量與方法時間的函數關係。由此，可推論提高入料溶液的NaCl濃度增進鈣離子從離子交換劑釋出。然而，亦可看到3.5重量-% NaCl濃度(相應於約略海水的NaCl濃度)已高到足以獲得合理的高鈣離子濃度。例如，第一樣本測試F釋出6600ppm*鈣離子(圖3)。
最後，由此實施例可以理解，使用本發明方法可a)得到顯著高於存在於硬水中的鈣濃度(參考測試(F)的6600ppm*鈣，相較於瑞士Aargau、Oftringen地區典型硬水約160ppm鈣)，增進稍後的沉澱方法，以及b)再使用離子交換劑材料，因為所有實驗係使用相同離子交換劑材料進行。
*鈣濃度(ppm)可自以下圖2以及圖3的數據計算：Ca2+濃度(ppm)=(釋出的Ca2+x 1 000)/V樣本
其中：Ca2+濃度(ppm)：樣本(ppm)的鈣離子濃度
釋出Ca2+：樣本(毫克)中釋出鈣離子的質量
V樣本：樣本體積(毫升)(此實驗中，樣本總為30毫升)

Claims (35)

  1. 一種藉由使用可再生離子交換材料用於減少包含二氧化碳的來源中的CO2量之方法，其中該方法包括以下步驟：a)提供至少一種離子交換材料，其包括至少一種鹼土金屬陽離子，b)提供至少一種包含二氧化碳的來源，c)提供至少一種陽離子的至少一種來源，該陽離子能夠置換至少一種離子交換材料的至少一種鹼土金屬陽離子，d)提供至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源，e)使步驟a)至少一種離子交換材料與步驟c)至少一種陽離子的至少一種來源接觸，例如得到混合物，其包括i)至少一種離子交換材料，以及ii)從步驟a)至少一種離子交換材料釋出的至少一種鹼土金屬陽離子，f)從步驟i)至少一種離子交換材料分離步驟ii)的至少一種鹼土金屬陽離子，g)使步驟f)至少一種鹼土金屬陽離子與步驟b)至少一種包含二氧化碳的來源接觸，例如得到至少一種鹼土金屬陽離子的碳酸鹽，以及h)使步驟f)中所得至少一種離子交換材料與步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源接觸，例如使步驟a)至少一種離子交換材料再生。
  2. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中步驟a)至少一種離子交換材 料係選自天然離子交換材料、經改質離子交換材料、合成離子交換材料、以及其混合物。
  3. 根據申請專利範圍第1或2項之方法，其中步驟a)至少一種離子交換材料包括天然離子交換材料，其係選自包括葉矽酸鹽、沸石、雲母、蒙脫石、藍黑鎂鋁石以及其混合物之組群及/或合成離子交換材料，其係選自包括EDTA、離子交換樹脂以及其混合物的組群，較佳為葉矽酸鹽。
  4. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中步驟a)至少一種離子交換材料包括至少一種鹼土金屬陽離子，其係選自包括鎂、鈣、鍶以及其混合物之組群，較佳為鈣及/或鎂。
  5. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中步驟a)至少一種離子交換材料係以固體或水性懸浮液或乳液或過濾材料或流化床形式被提供
  6. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中步驟a)至少一種離子交換材料係以水性懸浮液的形式被提供，以水性懸浮液總重量為基礎，其具有離子交換材料含量為自2至50重量-%，較佳自5至40重量-%，更佳自7.5至30重量-%以及最佳自10至20重量-%。
  7. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中步驟a)至少一種離子交換材料由膨潤土組成，其包括選自包括蒙脫石以及伴隨礦物例如石英、雲母、長石、黃鐵礦、方解石、白矽石以及其混合物之群組的各種黏土礦物。
  8. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中步驟a)至少一種離子交換材料由膨潤土組成，以膨潤土總重量為基礎，膨潤土具有蒙脫石含量至少60重量-%，較佳至少80重量-%，例如介於85與95重量-%之間。
  9. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中步驟a)離子交換材料由其層間空間主要被鈣及/或鎂離子占領的膨潤土組成。
  10. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中步驟a)至少一種離子交換材料由膨潤土組成，膨潤土具有重量中值粒徑d 50自0.02至100μm、自0.075至50μm、或自0.1至5μm，較佳自0.2至3μm。
  11. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中步驟b)至少一種包含二氧化碳的來源係選自氣體、液體、固體、錯合物、離子交換材料以及其混合物，較佳為氣體。
  12. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中步驟b)至少一種包含二氧化碳的來源係選自空氣、工業廢氣流、廢氣流、火山排氣以及其混合物。
  13. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中步驟b)至少一種包含二氧化碳的來源包括二氧化碳，其提供分壓至少0.02Pa，較佳至少0.05Pa，更佳至少0.1Pa，又更佳至少0.15Pa以及最佳至少0.2Pa。
  14. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中步驟c)至少一種陽離子的至少一種來源及/或步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源為水溶液，以水溶液的總重量為基礎，較佳為包括至少50重量-%，更佳至少75重量-%以及最佳至少90重量-%水的水溶液。
  15. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中步驟c)至少一種陽離子的至少一種來源為至少一種單價及/或二價陽離子的天然生成來源，其能夠置換至少一種離子交換材料的至少一種鹼土金屬陽離子，較佳為至少一種單價陽離子的天然生成來源，其能夠置換至少一種離子交換材料的至少 一種鹼土金屬陽離子。
  16. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中步驟c)至少一種陽離子的至少一種來源為海水。
  17. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中步驟b)至少一種包含二氧化碳的來源及/或能夠置換步驟c)至少一種離子交換材料的至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種陽離子的至少一種來源及/或至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源係以水溶液形式被提供，較佳為具有pH介於5與12之間，較佳為介於6與11之間以及最佳介於7與10.5之間的水溶液。
  18. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中步驟c)至少一種陽離子的至少一種來源的至少一種陽離子係選自包括鋰、鈉、鉀、鎂、鍶以及其混合物之組群，較佳為鈉。
  19. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中步驟c)至少一種陽離子的至少一種來源包括至少一種陽離子，其量為自0.1至150克/升，較佳自1至100克/升，更佳自5至75克/升以及最佳自10至50克/升。
  20. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源係至少一種鹼土金屬陽離子的天然生成來源，例如新鮮硬水。
  21. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源為新鮮硬水，其具有硬度為自5至130°dH，較佳自10至60°dH以及最佳自14至50°dH。
  22. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源的至少一種鹼土金屬陽離子係選自鎂、鈣、鍶 以及其混合物，較佳為鈣。
  23. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中步驟d)至少一種鹼土金屬陽離子的至少一種來源包括至少一種鹼土金屬陽離子，其量為自0.1至200毫克/升，較佳自0.5至150毫克/升，更佳為自1至100毫克/升，甚至更佳為自5至75毫克/升以及最佳為自10至50毫克/升。
  24. 根據申請專利範圍第6至23項中任一項之方法，其中進行接觸步驟g)，其中將步驟b)至少一種包含二氧化碳的來源導入步驟f)所得水溶液。
  25. 根據申請專利範圍第24項之方法，其中步驟f)所得水溶液進一步與至少一種觸媒接觸以提升二氧化碳氫化(hydratisation)。
  26. 根據申請專利範圍第25項之方法，其中用於提升二氧化碳氫化(hydratisation)的至少一種觸媒為至少一種酶，較佳為碳酸酐酶(carbonic anhydrase)
  27. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中接觸步驟e)及/或分離步驟f)及/或接觸步驟g)及/或接觸步驟h)係在2℃至80℃、較佳為自4℃至60℃以及最佳自5℃至40℃的溫度下進行。
  28. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中接觸步驟e)及/或分離步驟f)及/或接觸步驟g)及/或接觸步驟h)係在介於4與12之間，較佳為介於5與11之間以及最佳介於7與10.5之間的pH進行。
  29. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中接觸步驟g)係在至少100Pa，更佳為至少200Pa以及最佳至少300Pa的壓力下進行。
  30. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中接觸步驟h)係在接觸步驟g)之前及/或期間及/或之後進行。
  31. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中分離步驟f)係藉由過濾、離心、旋風、沉降或其混合進行。
  32. 根據前述申請專利範圍中任一項之方法，其中該方法進一步包括步驟k)，其係分離步驟g)所得至少一種鹼土金屬陽離子的碳酸鹽。
  33. 根據申請專利範圍第32項之方法，其中分離步驟k)係藉由過濾、離心、旋風、濃縮、蒸發、沉降或其混合而進行。
  34. 一種根據申請專利範圍第1至10項中任一項的可再生離子交換材料在減少來自包含二氧化碳的來源的CO2量的用途。
  35. 根據申請專利範圍第34項的可再生離子交換材料的用途，其中可再生離子交換材料包括膨潤土。
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