[發(fā)明專利]碳捕獲

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380037017.8
• 申請日: 2013-05-14
• 公開（公告）號: CN104428051B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: L·西勒;G·A·巴杜里
• 申請（專利權(quán)）人: 泰恩河畔紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)
• 主分類號: B01D53/62
• 分類號: B01D53/62;B01D53/88;B01J23/755;F23J15/04;C01F11/18
• 代理公司: 北京市鑄成律師事務(wù)所11313
• 代理人: 郝文博

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于捕獲或固定二氧化碳的方法和設(shè)備，并且涉及提高二氧化碳水合速率的方法。所述方法使用固體金屬催化二氧化碳的水合。

背景技術(shù)

二氧化碳(CO₂)是通過木材、煤、油和氣體的燃燒釋放至大氣中的。其也可由火山和家畜釋放。工業(yè)化前的二氧化碳水平是約278ppm并且相當(dāng)穩(wěn)定地保持了幾個世紀(jì)。在20世紀(jì)，大氣的二氧化碳水平已經(jīng)由1958年的大約315ppm增加至2004年年末的378ppm。因此，自從工業(yè)革命的開始，大氣中二氧化碳的濃度已經(jīng)增加了約36％。二氧化碳是溫室氣體，其造成地球溫度的增加。來自大氣中的二氧化碳也經(jīng)由海洋吸收，在其中二氧化碳形成碳酸并且增加水的酸度，對許多生命形式的種群產(chǎn)生影響，并且威脅脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，如珊瑚礁。

一種降低大氣中二氧化碳的量的方法是當(dāng)二氧化碳產(chǎn)生時將其捕獲并儲存，而不是將其釋放到大氣中。

在各種捕獲和儲存二氧化碳的途徑中，已經(jīng)獲得政府和工業(yè)界的關(guān)注的一種途徑是以地質(zhì)形式儲存二氧化碳。地質(zhì)儲存(地質(zhì)封存，geological?storage)二氧化碳可以以兩種方式實現(xiàn)：a)分離二氧化碳并且將其泵送至空的或廢棄的油井(陸地的和海洋的油井都可以使用)中；或b)將二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳酸鈣并且將其作為垃圾填埋(landfill)處理。方法a)的一個限制是關(guān)于可能的泄漏(特別對于海洋儲存)，不得不連續(xù)監(jiān)控油井。轉(zhuǎn)化為碳酸鈣用于垃圾填埋被認(rèn)為提供了對二氧化碳儲存問題的更可靠的解決方案。

碳酸鈣是熱力學(xué)穩(wěn)定的材料并且大量地存在于地球表面。估計存在于地球上的碳酸鈣為相當(dāng)于150,000×10¹²公噸的二氧化碳的碳儲蓄。已經(jīng)證實碳酸鹽對于長期儲存二氧化碳是安全的。對碳酸鈣的可替換方式是碳酸鎂，其具有類似性質(zhì)。也可以使用碳酸鈣和鎂的組合。二氧化碳向碳酸鈣(或其它碳酸鹽)的轉(zhuǎn)化被稱為礦化。二氧化碳的礦化中的速率限制步驟是水合二氧化碳以形成碳酸鹽離子。

目前，碳酸酣酶(CA)被看作是用于隔離(sequestering)二氧化碳的最有前景的候選物。CA在溫和pH值下催化二氧化碳的可逆水合，其中最快的速率是針對人CA?II被觀察到的。酶提取的成本限制了其在工業(yè)環(huán)境中的效用。其也僅在窄的pH范圍內(nèi)起作用，并且因此需要緩沖液的存在。另外，酶在高溫下可能是不穩(wěn)定的。在文獻中存在固定在納米顆粒上的碳酸酣酶用于水合和捕獲二氧化碳的一些實例(Vinoba等,Langmuir,2011,27,6227-6234；Vinoba等,Journal?of?Molecular?Catalysis?B:Enzymatic,75,2012,60-67)。納米顆粒注入在二氧化硅/氧化鋁載體上。

最近，已經(jīng)有一些關(guān)于有機金屬絡(luò)合物被用于可逆水合二氧化碳的報道。Holm等人(Inorg.Chem.2011,50,100070-81；Proc.Nat.Acad.Sci.,2011,708,1222-7)已經(jīng)說明具有2,6-吡啶二羧基酰胺化物鉗形配體(2,6-pyridinedicarboxamidate?pincer?ligand)的氫氧化鎳絡(luò)合物非常迅速地固定二氧化碳，但這些過程不是催化的。有機金屬化合物可能對極端條件是不穩(wěn)定的。

因此，仍存在對于捕獲二氧化碳的改進方法的需要。

發(fā)明內(nèi)容

在本發(fā)明的第一方面中，提供了固體金屬作為催化劑用于水合二氧化碳的用途，其中固體金屬選自Co、Ni、Cu和Zn。

在本發(fā)明的第二方面中，提供了捕獲二氧化碳的方法；該方法包括：

在選自Co、Ni、Cu和Zn的固體金屬催化劑的存在下使二氧化碳與水反應(yīng)。

在本發(fā)明的第三方面中，提供了提高二氧化碳水合速率的方法，該方法包括：

在選自Co、Ni、Cu和Zn的固體金屬催化劑的存在下使二氧化碳與水反應(yīng)。

在本發(fā)明的第四方面中，提供了降低由燃燒進入大氣的二氧化碳的量的方法，該方法包括：

在選自Co、Ni、Cu和Zn的固體金屬催化劑的存在下使二氧化碳與水反應(yīng)。

在本發(fā)明的第五方面中，提供了產(chǎn)生碳酸鈣的方法；該方法包括：

在選自Co、Ni、Cu和Zn的固體金屬催化劑的存在下使二氧化碳與水反應(yīng)；并且

向二氧化碳和水之間的反應(yīng)的產(chǎn)物添加堿和M²⁺溶液，其中M選自Ca和Mg或二者的混合物。

在本發(fā)明的第六方面中，提供了使用金屬用于捕獲二氧化碳的用途，其中固體金屬選自Co、Ni、Cu和Zn。