TWI840801B - 二氧化碳處理劑及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
提供一種二氧化碳處理劑，其不需要熱處理即能固定、分解二氧化碳，以及一種二氧化碳處理劑的製造方法，其不需要在氫氣環境下的熱處理也能製造含有氧缺陷磁鐵礦的二氧化碳處理劑。二氧化碳處理劑含有：氧化鎂、氧缺陷磁鐵礦及沸石。二氧化碳處理劑的製造方法具備：混合、攪拌磁鐵礦及沸石而獲得在沸石的細孔內填充有磁鐵礦之混合粉末的步驟；獲得將水添加至混合粉末之混合體的步驟；以及使氧化鎂的細粉末附著於混合體並使其乾燥的步驟。
Description
本發明是關於一種二氧化碳處理劑及其製造方法。
作為地球暖化的主要原因，可舉出由發電廠、工廠及汽車等使用化石燃料之設施所排放的二氧化碳的排放量增加。雖然正在推廣使用自然能源，以削減二氧化碳的排放，但預計不得不使用化石燃料的狀況還會持續下去。因此，希望開發一種將排放出的二氧化碳分解去除的技術或將其固定化的技術。
作為二氧化碳的分解去除技術或固定化技術，迄今已提出有半導體光觸媒法、經由金屬膠體觸媒、金屬錯合物、酵素等之光化學還原法、電化學還原法、化學固定轉化法等各種方法。另外，也提出了一種利用氧缺陷磁鐵礦分解二氧化碳的方法（例如，專利文獻1、非專利文獻1）。根據專利文獻1、非專利文獻1，藉由在氧缺陷磁鐵礦的存在下加熱二氧化碳，而可將二氧化碳分解成碳。
[習知技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平05－163023號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]玉浦 裕,「利用磁鐵礦之CO
2的分解去除與燃料化」,日本製漿造紙技術協會期刊,45(5),540-547,1991
[發明所欲解決的課題]
如專利文獻1、非專利文獻1所示，使用氧缺陷磁鐵礦分解二氧化碳的方法雖然在相對低溫的環境下進行，但還是需要150℃以上，較佳為250℃以上的熱能。
並且，需要獲得氧缺陷磁鐵礦，故為了從磁鐵礦獲得氧缺陷磁鐵礦，需要在氫氣環境下將磁鐵礦以290℃以上的溫度加熱處理。
本發明是鑒於上述事項而完成的發明，其目的在於提供一種二氧化碳處理劑，其不需要熱處理即能固定、分解二氧化碳，以及一種二氧化碳處理劑的製造方法，其不需要在氫氣環境下的熱處理也能製造含有氧缺陷磁鐵礦的二氧化碳處理劑。
[解決課題的技術手段]
本發明的第一態樣之二氧化碳處理劑，其特徵在於，含有氧化鎂、氧缺陷磁鐵礦及沸石。
並且，較佳為所述氧化鎂、所述氧缺陷磁鐵礦及所述沸石的總量中，所述氧化鎂的含有量為3～75重量％，所述氧缺陷磁鐵礦的含有量為10～90重量％、所述沸石的含有量為0.1～20重量％。
並且，較佳為所述氧化鎂、所述氧缺陷磁鐵礦及所述沸石的總量中，所述氧化鎂的含有量為40～60重量％，所述氧缺陷磁鐵礦的含有量為25～55重量％、所述沸石的含有量為1～17重量％。
並且，較佳為二氧化碳處理劑含有碳粉末3～20重量％。
並且，較佳為二氧化碳處理劑含有鈣化合物粉末3～20重量％。
並且，較佳為二氧化碳處理劑含有鋁粉末3～20重量％。
並且，較佳為二氧化碳處理劑含有矽粉末3～20重量％。
並且，較佳為二氧化碳處理劑含有矽酸鋁，所述氧化鎂、所述氧缺陷磁鐵礦及所述沸石的總量與所述矽酸鋁的重量比為99.1：0.1～65：35。
本發明的第二態樣之二氧化碳處理劑的製造方法，其特徵在於，具備：混合、攪拌磁鐵礦及沸石而獲得在所述沸石的細孔內填充有所述磁鐵礦之混合粉末的步驟；獲得將水添加至所述混合粉末之混合體的步驟；及使氧化鎂的細粉末附著於所述混合體並使其乾燥的步驟。
[發明功效]
根據本發明，可提供一種二氧化碳處理劑，其不需要熱處理即能固定、分解二氧化碳，以及一種二氧化碳處理劑的製造方法，其不需要在氫氣環境下的熱處理也能製造含有氧缺陷磁鐵礦的二氧化碳處理劑。
（二氧化碳處理劑）
二氧化碳處理劑含有氧化鎂、氧缺陷磁鐵礦及沸石。二氧化碳處理劑中，氧缺陷磁鐵礦進入多孔性之沸石的細孔且與其結合，並附著有氧化鎂。其主要是藉由氧化鎂有效率地吸附、捕捉二氧化碳，且氧缺陷磁鐵礦將所捕捉之二氧化碳分解並釋放出氧氣。由於二氧化碳處理劑即使在常溫中也可分解二氧化碳並釋放出氧氣，因此可不進行熱處理。
氧化鎂、氧缺陷磁鐵礦及沸石中，氧化鎂的含有量為3～75重量％，較佳為20～60重量％，更佳為40～60重量％。若氧化鎂過少則變得難以促進二氧化碳的吸附、捕捉。另一方面，若氧化鎂過多則氧缺陷磁鐵礦的含有量相對地變少，則變得難以進行二氧化碳的分解。
氧化鎂、氧缺陷磁鐵礦及沸石中，氧缺陷磁鐵礦的含有量為10～90重量％，較佳為25～70重量％，更佳為25～55重量％。
氧化鎂、氧缺陷磁鐵礦及沸石中，沸石的含有量為0.1～20重量％，較佳為1～17重量％，更佳為1～15重量％。
沸石為LTA型、FAU型等，並不特別限制，但在構造上希望是入口為八元環且具有小細孔之LTA型。並且，在種類上，雖然有斜鹼沸石、方沸石、鈉紅沸石等，但作為晶體結構希望是六方晶、斜方晶、立方晶或四方晶系者。作為沸石的具體例可舉出方沸石、香花石、鮑林沸石、貝爾伯格石（bellbergite）、鋇沸石、毛沸石、八面沸石、鈉鈣沸石等。
（其他的成分）
二氧化碳處理劑除了上述的成分之外，也可含有其他的成分。例如，可含有碳粉末、鈣化合物粉末，含有量例如分別為3～20重量％。
並且，二氧化碳處理劑也可含有鋁粉末、矽粉末等。二氧化碳處理劑中，這些成分的含有量分別較佳為0.1～20重量％，更佳為3～20重量％，再更佳為3～5重量％，最佳為4～5重量％。並且，在含有鋁及矽的成分之情況下，可為非晶質矽酸鋁，該非晶質矽酸鋁中鋁與矽的比在鋁設為1時，矽為0.7～1。非晶質矽酸鋁作為二氧化碳吸附材已廣為人知。在含有矽酸鋁之情況下，氧化鎂、氧缺陷磁鐵礦及沸石的總量與矽酸鋁的重量比較佳為99.1：0.1～65：35，更佳為97：3～75：25。
（二氧化碳處理劑的製造方法）
二氧化碳處理劑例如可以下述方式製造。
（步驟1）
將沸石與磁鐵礦混合，並施加機械能以使磁鐵礦進入沸石的微細孔。所謂施加機械能，例如可以下述方式進行：將沸石及磁鐵礦混入底邊為半球、中間部為圓筒狀的攪拌容器內，容器內的旋轉軸為多軸，亦即旋轉軸是一邊自轉並一邊進一步使其旋轉軸旋轉。具體而言，可使用自轉公轉攪拌機、自轉公轉式混合機、行星式攪拌機、攪拌脫泡機等的裝置進行。藉由在這些裝置產生的離心力所致的材料對流與剪應力，使沸石及磁鐵礦混合並賦予高機械能。藉此，磁鐵礦進入沸石的細孔。並且，期望將容器內的相對濕度設置為50％左右（±5％）來進行。
（步驟2）
將水添加至步驟1所獲得的混合粉末。乾燥後之沸石會吸收水而放熱，且沸石有細微結構，會在其區域內局部地產生大量的熱。並且，若沸石浸漬於水中，則會產生氫氣。藉由此放熱及產生氫氣的機制，混入沸石的磁鐵礦會轉變為氧缺陷磁鐵礦。此外，相對於混合粉末，水可添加40～60重量％，較佳為50重量％左右。
（步驟3）
使氧化鎂附著於在步驟2所獲得的混合體。只要可使氧化鎂均勻地附著於混合體則無論以何種手法進行皆可，例如，在步驟2中將水添加至混合粉末後，在被延展成平面狀的混合體撒上氧化鎂的粉末，藉此方式進行而獲得。氧化鎂的粉末較佳為微細粉末狀，例如平均粒徑為20μm以下，較佳為10μm以下。
（步驟4）
接著，在已使氧化鎂附著之狀態下乾燥。乾燥可加熱使其乾燥，也可以進行自然乾燥。以上述方式進行，可製造二氧化碳處理劑。
在本實施方式的二氧化碳處理劑的製造方法中，即使在常溫也能製造含有氧缺陷磁鐵礦的二氧化碳處理劑，因此不需要如以往般在氫氣環境下的加熱處理，於製造成本中表現優異。
所獲得的二氧化碳處理劑可粉碎以粒狀、粉末狀使用。二氧化碳處理劑除了作為單體使用之外，也可混入或塗布於基材或素材而使用。作為基材或素材，例如可舉出瀝青等的道路材料、油漆等的塗料、塗材、著色劑、接著劑、水泥、建材、外裝材、內裝材、天花板材料等，但不限定於此。
此外，在獲得含有上述碳、鈣化合物、鋁、矽、矽酸鋁等其他成分的二氧化碳處理劑之情況下，可將所述的粉末在上述步驟3中與氧化鎂一起添加，也可在步驟3使氧化鎂粉末附著、乾燥後添加、混合。並且，關於各成分的混合量，依上述之二氧化碳處理劑的混合量（關於混合之磁鐵礦的混合量是氧缺陷磁鐵礦的混合量）為準。
[實施例]
（實驗1）
以表1所示的混合比調製氧化鎂、磁鐵礦、沸石並製造各試樣（試樣No.1～23）。
各式樣分別以下述方式製造。
將沸石及磁鐵礦混入底邊為半球、中間部為圓筒狀的攪拌容器內。然後，將攪拌容器設置在自轉公轉機並進行攪拌。此外，將容器內的相對濕度設置為50％進行。
將水（相對於混合粉末之重量比為50％）添加至所獲得之混合粉末且攪拌，得到延展成平面狀的混合體。
在長方體的容器內均勻地放入氧化鎂。此外，在此容器的底部等間隔地開直徑0.5mm左右的孔，且在此底部設置鋁製的遮蔽板。將已放入氧化鎂之容器設置在延展成平面狀之混合體上方。然後，去除遮蔽板，並將其在水平方向往前後左右拖曳，使氧化鎂的粉末均勻地撒在混合體上。
撒上氧化鎂粉末後，在此狀態下進行乾燥，藉此製造各試樣。
關於所製造之各試樣，進行二氧化碳的分解、產生氧氣的檢證實驗。實驗以下述方式進行。
在試驗用托盤放入試樣（300g），注入蒸餾水300mL並攪拌。
將試驗用托盤放入袋中密閉後，從氣體注入口依序注入一定量的一氧化碳、二氧化碳。注入氣體後，使用紅外線吸收式二氧化碳濃度計、非分散型紅外線吸收式一氧化碳濃度計、氧化鋯式氧濃度計分別測量袋內的二氧化碳濃度、一氧化碳濃度、氧氣濃度。
袋內的二氧化碳、氧氣及一氧化碳的初始濃度分別如下所示。
・二氧化碳的初始濃度：21,400ppm
・氧氣的初始濃度：129,700ppm
・一氧化碳的初始濃度：32ppm
然後，保持原狀態放置24小時。以與上述同樣的手法分別測量24小時後之袋內的二氧化碳濃度、氧氣濃度、一氧化碳濃度。24小時後之袋內的各氣體的濃度示於表1。
[表1]
無論是在哪個試樣中，皆可觀察到二氧化碳濃度的減少。尤其，在試樣中的氧化鎂的含有量為40重量％以上的試樣（No.4、6、7、8、11～23）中，觀察到二氧化碳濃度的大幅減少。
並且，在試樣No.5、7、12～16、19、20、23中，也觀察到氧氣濃度的增加。尤其，在試樣No.12～16、19、20中的增加量多。雖然在結果上可觀察到有偏差，但認為大致在以氧化鎂40～60重量％、磁鐵礦32～47重量％、沸石1～13重量％的混合比所獲得的試樣中，分解二氧化碳且產生氧氣的效果高。
此外，可得知無論是在哪個試樣中，一氧化碳濃度都不會增加，二氧化碳不會分解成一氧化碳而是生成氧氣。
如此，證明了可提供一種的二氧化碳處理劑，即使是使二氧化碳及二氧化碳處理劑處於常溫環境下，其也可固定、分解二氧化碳且產生氧氣，並且，此二氧化碳處理劑是在常溫下製造，故可製造不需要在氫氣環境下的加熱處理也可含有氧缺陷磁鐵礦的二氧化碳處理劑。
（實驗2）
對於氧化鎂60重量％、磁鐵礦32重量％，沸石8重量％的試樣（實驗1的試樣No.15），添加矽酸鋁並檢證其效果。
將試樣No.15與矽酸鋁以表2、3所示的混合比混合，並調製各試樣（試樣No.31～74）。
然後以與實驗1相同的手法，進行二氧化碳的分解、產生氧氣的檢證實驗。24小時後之袋內的各氣體的濃度示於表2、3。此外，袋內的二氧化碳、氧氣及一氧化碳的初始濃度分別如下所示。
・二氧化碳的初始濃度：21,400ppm
・氧氣的初始濃度：129,700ppm
・一氧化碳的初始濃度：32ppm
[表2]
[表3]
在所有的試樣(試樣No.31~74)中，二氧化碳的濃度大幅減少，氧氣濃度增加。尤其，大致在試樣No.42~64中，氧氣濃度的增加幅度大，所以可知矽酸鋁是3~25重量%時尤其為較佳。此外，可得知無論是在哪個試樣中，一氧化碳濃度都不會增加，二氧化碳不會分解成一氧化碳而是生成氧氣。
本發明在不脫離本發明廣義的精神及範圍下，可實施各種的實施方式及變形。並且，上述的實施方式是用於說明本發明，而非限定本發明的範圍者。亦即，本發明的範圍並非實施方式而是藉由申請專利範圍所示。然後，在申請專利範圍內及與其相等之發明意義的範圍內所實施的各種變形皆視為在本發明的範圍內。
Claims (8)
- 一種二氧化碳處理劑，其特徵在於，含有：氧化鎂、氧缺陷磁鐵礦及沸石，於在所述沸石的細孔內填充有所述氧缺陷磁鐵礦之混合體附著所述氧化鎂，所述氧化鎂、所述氧缺陷磁鐵礦及所述沸石的總量中，所述氧化鎂的含有量為3~75重量%，所述氧缺陷磁鐵礦的含有量為10~90重量%、所述沸石的含有量為0.1~20重量%。
- 如請求項1之二氧化碳處理劑，其中，所述氧化鎂、所述氧缺陷磁鐵礦及所述沸石的總量中，所述氧化鎂的含有量為40~60重量%，所述氧缺陷磁鐵礦的含有量為25~55重量%、所述沸石的含有量為1~17重量%。
- 如請求項1或2之二氧化碳處理劑，其中，含有碳粉末3~20重量%。
- 如請求項1或2之二氧化碳處理劑，其中，含有鈣化合物粉末3~20重量%。
- 如請求項1或2之二氧化碳處理劑，其中，含有鋁粉末3~20重量%。
- 如請求項1或2之二氧化碳處理劑，其中，含有矽粉末3~20重量%。
- 如請求項1或2之二氧化碳處理劑，其中，含有矽酸鋁，所述氧化鎂、所述氧缺陷磁鐵礦及所述沸石的總量與所述矽酸鋁的重量比為99.1：0.1~65：35。
- 一種二氧化碳處理劑的製造方法，其特徵在於，具備：混合、攪拌磁鐵礦及沸石而獲得在所述沸石的細孔內填充有所述磁鐵礦之混合粉末的步驟； 將水添加至所述混合粉末而獲得所述沸石與氧缺陷磁鐵礦的混合體的步驟；以及使氧化鎂的細粉末附著於所述混合體並使其乾燥的步驟，所述氧化鎂、所述氧缺陷磁鐵礦及所述沸石的總量中，所述氧化鎂的含有量為3~75重量%，所述氧缺陷磁鐵礦的含有量為10~90重量%、所述沸石的含有量為0.1~20重量%。
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|---|---|---|---|
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| TW202243724A TW202243724A (zh) | 2022-11-16 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 期刊 Younas, M., Sohail, M., Leong, L.K. et al. Feasibility of CO2 adsorption by solid adsorbents: a review on low-temperature systems. International Journal of Environmental Science and Technology. 13(7). 2016. 1839–1860. |
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