[发明专利]碳化二氧化碳的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及碳化二氧化碳的方法，更具体地说，涉及在室温和常压条件下使二氧化碳转化为单质碳(elemental carbon)的方法，不需要输入高的外部能量。

背景技术

二氧化碳（CO₂）是一种由人类活动，主要是通过燃烧化石燃料例如使车辆运行（石油、柴油和煤油）、家用、商业供暖、以及发电厂，而产生的主要温室气体。在过去的数十年中，地球大气的二氧化碳浓度大幅上升，这被认为是导致地球变暖的主要因素。

目前，在工业上仍没有解决CO₂排放问题的有效方案。在本领域中为人所知的去除CO₂的方法是碳的捕集及储存（CCS），其中CO₂被例如单乙醇胺（MEA）的化合物捕集、压缩并埋藏在地下。然而，在此过程中，需要解决CO₂的储存问题。应当认识到，CO₂的排放大约为每年数万亿吨，储存如此大数量的CO₂气体是昂贵的，也是成问题的。CCS方法的另一个缺点是不能循环利用埋藏在地下的CO₂。

还有其它方法可以去除CO₂，例如用化学中和或吸收CO₂，但是关键问题是处置这些方法所致的最终产物。因此，上述方法不能视为去除CO₂的有效方案。

上述现有技术的方法和系统不能循环使用CO₂气体，并且处置其最终产物也产生新的问题。

为了有效地去除CO₂，本发明提供了一种能够在室温和常压条件下使CO₂碳化成黑色的单质碳的方法，从而使CO₂成为一种可再生能源。所以，本发明不仅提供了解决CO₂排放问题的最有效方案而不会对大气和环境造成危害，而且为发展新能源铺平道路，这是现有技术任一文件不曾教导和提示过。

发明内容

本发明是为了满足上述需要，因此本发明的主要目的是提供一种去除二氧化碳且对环境无害的方法，二氧化碳可以来自空气或由于化石燃料、生物质的燃烧或其它工业过程（例如煤气化过程、石灰石脱碳等等）而产生的废气。

本发明另一个目的是提供不需输入高能量的去除二氧化碳的方法，因此比现有技术的方法和系统在成本上大为降低，也方便得多。

本发明又一目的是提供去除二氧化碳并将最终产物转化成能源的方法。

本发明的这些和其它目的和优点通过提供一种碳化二氧化碳的方法来实现，所述方法包括使二氧化碳在动态条件下接触螯合剂溶液或具有螯合特性的物质的溶液，以产生氧和碳颗粒的步骤。回收碳颗粒可由现有技术所知的任何方法实现，例如过滤或沉淀方法。

在本发明的优选实施例中，螯合剂是磷酸盐基溶液，选自由Na₃PO₄、Na₂HPO₄、K₃PO₄、K₂HPO₄、或其与碳酸盐基溶液的混合物组成的组。螯合剂也可选自羧酸盐或胺，例如乙二胺四乙酸（EDTA）、二乙烯三胺五乙酸（DTPA）、丙二胺四乙酸（PDTA）、氨三乙酸（NTA）、或乙二胺二琥珀酸酯（EDDS）等。

螯合剂溶液或具有螯合特性的物质的溶液的pH值可能在3至14，优选为10至13。螯合剂溶液或具有螯合特性的物质的溶液的浓度为0.2至75（重量）%，优选15至30（重量）%。

如果螯合剂或具有螯合特性的物质在水中呈碱性，二氧化碳气体和溶液的接触可在碱性条件下进行，优选在pH值为8至14之间的条件下进行。发明人已经发现，在此情况下，如果溶液的浓度是2-50%且溶液的pH值为8-14，可能会生成纳米级大小的碳颗粒。

如果螯合剂或具有螯合特性的物质在水中呈酸性，二氧化碳气体和溶液的接触也可在酸性条件下进行，优选在pH值为2至6的条件下进行。发明人已经发现，在此情况下，如果溶液的浓度是0.5-10%且溶液的pH值为3-5，可能会生成纳米级大小的碳颗粒。

根据本发明，以下作用可引起或诱导动态条件：空化作用、压缩、膨胀、文丘里管、孔洞、线性或螺旋状喷洒、喷射流、筛（screen）、喷雾或鼓泡。

二氧化碳与螯合剂溶液或具有螯合特性的物质的溶液之间的接触在流动方向可以是反向、同向或横向。