專利名稱：還原煙氣和大氣氣體中CO₂成分的方法及實施該方法的設(shè)備的制作方法
還原煙氣和大氣氣體中CO2成分的方法及實施該方法的設(shè)備本發(fā)明的主題是一種還原(reduction)煙氣和大氣氣體中CO2成分的方法及實施該方法的設(shè)備。本方法的特征在于，在所謂的反應(yīng)容器中使用電離室(cell)，直流電壓造成了水分子發(fā)生極化，我們發(fā)現(xiàn)二氧化碳在氫氧根離子(0H_)的幫助下還原，氫氧根離子(0H_)起因于由于電離引起的水的質(zhì)子自遞(autoprotolysi)。二氧化碳的排放量已在全世界范圍內(nèi)引發(fā)了越來越大的問題，并且隨著工業(yè)活動的擴(kuò)張還在逐年增大。工業(yè)二氧化碳的排放對環(huán)境的直接與間接影響是眾所周知的，即二氧化碳，作為一種具有溫室效應(yīng)的氣體影響著氣候條件。除其他因素外，全球變暖是由于二氧化碳。
在本領(lǐng)域的狀態(tài)中，減少氣體的方法，各自中和煙氣如下-過濾(如，活性炭)-金屬催化劑-氣體洗漆器(如,石灰乳-CaOH霧化(pulverization)進(jìn)入氣體中)-氣體吸收(進(jìn)入一還原液體中，如含有氫氧化鈉的水中)等等存在很多專業(yè)人員公知的清除煙氣的技術(shù)(減少排放)，已經(jīng)在工業(yè)中廣泛應(yīng)用了數(shù)十年。如，減少來自于發(fā)電站煙氣中的硫的排放。二氧化硫(SO2)和亞硫酸(H2SO3)對環(huán)境有害并且對生物體有毒性。我想強(qiáng)調(diào)的作為例子的另一氣體是二氧化碳(C02)，因為CO2已經(jīng)是世界上討論的
主題之一。在本領(lǐng)域的狀態(tài)中，沒有可以用于工業(yè)水平的用來約束和/或中和CO2的較為經(jīng)濟(jì)的技術(shù)。該氣體被認(rèn)為是對氣候災(zāi)難負(fù)有責(zé)任，單獨還對全球變暖有責(zé)任。在全世界范圍內(nèi)，工業(yè)、運(yùn)輸(空-陸-水)、發(fā)電站、家庭(domestic)的CO2排放可以數(shù)以百億噸計量?，F(xiàn)在很多科學(xué)家和氣候?qū)＜疫_(dá)成共識，必須減少二氧化碳的排放并實施根本措施，以治理CO2問題，因為人類的未來已處于險境。我強(qiáng)調(diào)了這兩種氣體(或煙氣)SOjPCO2，特別是二氧化碳，因為它是人類要解決的首要問題。可能性理論和/或?qū)嶒炇宜?，可能是小?guī)模的尺寸測量(如，活性炭過濾器)，有可能將CO2氣體約束、穩(wěn)定及轉(zhuǎn)變(change)成一種不同的非腐蝕性(aggressive)的化合物。在工業(yè)水平，全球性的，在世界上各國家中，大量地中和CO2都是不可能的。在一些國家有更大體積的嘗試，測試和實驗，將CO2埋入地下，埋進(jìn)巖石層，埋入海平面以下1-1. 5km的空洞(hollow)中進(jìn)行儲存。該主題中的專家對該項目表示樂觀，但是目前該方法并不夠安全并且相當(dāng)昂貴。也無法保證將氣體保持在深處。目前并沒有其他已知的正在進(jìn)行的工業(yè)規(guī)模的項目。在本領(lǐng)域的狀態(tài)中，有不同的“氣體清洗”、“氣體吸收”的技術(shù)及這樣的解決方案，這些技術(shù)使用液體來中和氣體，這些液體幾乎總是水溶液或懸浮液。這里,水總是含有一類化學(xué)品、添加劑、所謂的反應(yīng)合作者(reaction partner)因為需要反應(yīng)劑和合作者以能夠產(chǎn)生新的化合物，來將氣體轉(zhuǎn)化(transform)成另一種形式。如，氫氧化鉀(K0H)，-氫氧化鈉(NaOH)，-氫氧化鈣(Ca (OH) 2)，氫氧化鎂(Mg (OH) 2)。這些物質(zhì)的水溶液確保為堿性劑，并且如果氣體(如，CO2)與其反應(yīng)，該氣體轉(zhuǎn)化為一種離子，分別的還可是鹽。如Ca(0H)2+H20+C02=2HCaC03氫氧化鈣+水+ 二氧化碳=水合碳酸鈣如果“C02”被清潔(中性)水所吸收，則會產(chǎn)生含有碳酸(H2CO3)的水，這樣我們?nèi)匀痪哂幸桓g性氣體，該氣體不穩(wěn)定，并且會從水中散出。為了約束并穩(wěn)定二氧化碳，水必須是堿性的，如，具有堿金屬的水。這種情況下腐蝕性的CO2或碳酸被轉(zhuǎn)化成碳酸根離子。如果將氫氧化鈣加入水中，則會產(chǎn)生碳酸鈣，碳酸鈣也是一種長期穩(wěn)定的形式。此類方法的問題在于需要大量的添加劑。更為精確地，比例是每一噸CO2需要一噸的氫氧化鈉。在工業(yè)規(guī)模看起來是這樣的例如，如果一個較小的發(fā)電站排放大約一百萬噸的CO2。目的當(dāng)實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的解決方案時，我的目的就是精心設(shè)計一種真正有效和環(huán)境友好的方法，該方法可以以工業(yè)規(guī)模實施，以及能約束以不斷增加的量產(chǎn)生的co2。我的目的還包括運(yùn)轉(zhuǎn)除了約束二氧化碳外，從大氣中提取出現(xiàn)的二氧化碳的方法和儀器，從而減少負(fù)荷在大氣中二氧化碳的量。實現(xiàn)當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)根據(jù)發(fā)明的解決方法時，我意識到如果使用含有具有堿性特征的堿性離子(0H_)的電離的“氫氧根”水作為反應(yīng)劑，憑此二氧化碳(CO2)氣體可被約束、穩(wěn)定并分別的還可還原為一種不同的化合物。(CO2)氣體與堿性離子水反應(yīng)導(dǎo)致CO2出現(xiàn)物質(zhì)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變和化學(xué)轉(zhuǎn)化。該氣體轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子(與等離子狀態(tài)相一致)和水合離子，水合離子是一種可以溶于水的形態(tài)。如，二氧化碳CO2氣體轉(zhuǎn)化為碳酸根離子(CO32-)和/或碳酸氫根(hydrogencarbonate) / 酸式碳酸根(bicarbonate) (2HC03-)。本發(fā)明提供一種還原煙氣和大氣氣體中CO2成分的方法。其特征在于，在所述方法中，使用含有具有堿性特性的(OH—)離子的“氫氧根”離子水作為反應(yīng)介質(zhì)來約束二氧化碳(CO2)氣體，二氧化碳(CO2)氣體與堿性離子水發(fā)生反應(yīng)，在二氧化碳(CO2)氣體與水的反應(yīng)過程中，形成碳酸根離子(C032_)和碳酸氫根/酸式碳酸根(2HC03_)，并且它們攜帶受約束的CO2成分以穩(wěn)定的氣體或液體形態(tài)去往外界的大氣和/或外界的水。在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個優(yōu)選的實施中，氫 氧根(0H_)離子在電離室中產(chǎn)生，且在所述電離室中使用直流電壓產(chǎn)生(0H_)。在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個優(yōu)選實施中，所述電離室中使用的電極(6)的材料為鈦，或者所述電極的表面為鈦或所述電極的表面具有二氧化鈦涂層，這使得在光作用下的受光催化的電離成為可能，在該受光催化的電離的過程中電極(6)的表面由UV輻射器(radiator) (7)誘導(dǎo)(induce)，因此通過向中性O(shè)2氣體中加入電子，而產(chǎn)生Of離子(過氧離子)，同時在電極(6)上的電壓使水發(fā)生極化和電離，并且02_離子(過氧離子)與H2O分子反應(yīng)并產(chǎn)生OH_ (氫氧根)離子和H02_ (過氫氧根(perhydroxil))離子，然后即將被約束的CO2與負(fù)離子水(0H_ (氫氧根)和H02_ (過氫氧根))反應(yīng)并生成HC03_和/或2HC03_離子。在根據(jù)本發(fā)明的方法的進(jìn)一步優(yōu)選實施中，使用優(yōu)選具有適當(dāng)?shù)脑匣蚓哂羞m當(dāng)?shù)谋砻嫣幚淼膱A柱體或球體、被鈦或二氧化鈦涂覆的圓柱體或球體，在所述圓柱體或球體中涂層是電子發(fā)射器并且光催化作用被利用，在上述過程中，TiO2表面由電磁輻射誘導(dǎo)，在給定情況下是由外界的自然或人工光線所誘導(dǎo)，當(dāng)產(chǎn)生一個電子-空穴對時，所述電子-空穴對具有易于傳遞它的電荷的特點，這種情況下，占據(jù)電荷的同伴是O2氣體，——進(jìn)而出現(xiàn)帶電有一個電子的02_，這樣受光催化的氧化發(fā)生，
在所述方法中的進(jìn)一步的作為在水介質(zhì)中的反應(yīng)的繼續(xù)的步驟中，帶電荷的O2分子將其電荷傳遞到氫、質(zhì)子(H+)上一水分子中的缺電子的氫一，并且極化的H2O被分成兩個獨立的帶電離子，H2CHO2-=HO2-+ (OF)，隨著圓柱體或球體的不斷旋轉(zhuǎn)，水的表面會形成一層水膜，而所述反應(yīng)在所述水膜中進(jìn)行，因此圓柱體通過旋轉(zhuǎn)過程不斷約束CO2,隨后CO2便溶于水中。在根據(jù)本發(fā)明的方法的進(jìn)一步優(yōu)選實施中，所述方法用在封閉和/或開放系統(tǒng)中。在根據(jù)本發(fā)明的方法的進(jìn)一步優(yōu)選實施中，在組合的封閉的系統(tǒng)應(yīng)用的情況下，光氧化和直流電電離以這樣的方式一起使用，使用霧化的CO2的約束在封閉室中發(fā)生，并且富離子水(0H_+H20)在循環(huán)泵的幫助下在封閉的還原室中循環(huán)，所述循環(huán)泵僅循環(huán)帶負(fù)電荷的氫氧根的水經(jīng)過電離設(shè)備，而留在電離器的另外一側(cè)的缺電子水(H3O+)通過這樣一種方式反饋給電離器，引入通過所謂的光氧化再生單元，在所述光氧化再生單元中，鼓風(fēng)機(jī)中的O2中和酸性水，甚至使其呈弱堿性，這種方法的結(jié)果是一個循環(huán)過程，導(dǎo)致連續(xù)不斷的堿性的氫氧根(OIT)離子電荷水，且沒有酸性水(H3O+)，也即廢物的產(chǎn)生。在根據(jù)本發(fā)明的方法的進(jìn)一步優(yōu)選實施中，該方法以定位的、安裝的方式用于排放大量CO2的工業(yè)單元、發(fā)電站、熔爐的情況中。在根據(jù)本發(fā)明的方法的進(jìn)一步優(yōu)選實施中，所述方法以移動的、非定位的方式用于陸地交通工具、動力機(jī)械的給定情況中。在根據(jù)本發(fā)明的方法的進(jìn)一步優(yōu)選實施中，所述方法以移動的、非定位的方式用于水上交通工具、船的情況中。在根據(jù)本發(fā)明的方法的進(jìn)一步優(yōu)選實施中，所述方法以移動的、非定位的方式用于飛行器、飛機(jī)或直升機(jī)的給定情況中。該發(fā)明進(jìn)一步還提供了還原煙氣和大氣氣體中CO2成分的設(shè)備，主要用于實現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1-10任一項的方法，其特征在于，在封閉系統(tǒng)反應(yīng)容器(I)的情況下，在該反應(yīng)容器(I)下部存在有煙氣入口(2)，煙氣到達(dá)反應(yīng)容器(I)的下部，通過單向閥(3)到達(dá)氣體霧化器(15)，水通過給水器(8)同樣供給到反應(yīng)容器(I)的下部，煙氣從反應(yīng)容器(I)的下部經(jīng)過氣體霧化器(15)的噴霧表面(4)的穿孔(4)向上行進(jìn)并到達(dá)電離空間(16)，在所述電離空間(16)中有反應(yīng)介質(zhì)(11)，所述反應(yīng)介質(zhì)(11)是由電離電壓(U)產(chǎn)生的極化和電離的水，所述電離電壓(U)由直流電供應(yīng)單元(5)產(chǎn)生，所述水的水位達(dá)到在反應(yīng)容器(I)的側(cè)壁上的溢流區(qū)(12)。在所述電離空間(16)中存在有由鈦制成的或是被二氧化鈦涂覆的電極(6)，電極(6)具有離子形成表面(14)，所述離子形成表面(14)收集其周圍的適當(dāng)?shù)碾x子，并且光催化(17)下的電離在其表面發(fā)生。在給定情況下，在電離空間
(16)中間的反應(yīng)介質(zhì)(11)中會放置一個水平的UV幅射器(7)，在反應(yīng)介質(zhì)(11)中的反應(yīng)終止后，氣體成分從位于反應(yīng)介質(zhì)(11)上部的氣體空間(13)經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)閥(9)和氣體出口(10)離開反應(yīng)容器( I)。在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一個優(yōu)選的實施例中，在封閉系統(tǒng)反應(yīng)容器(I)的可能的明確的內(nèi)部實現(xiàn)的情況下，電極(6)以彼此平行的站立的姿勢列成兩排，在電極之間以水平姿勢存在有兩個橢圓形的UV幅射器(7)，此外，在反應(yīng)容器(I)的底部有一個氣體噴霧單元
(15)，在氣體噴霧單元(15)的上部提供有具有細(xì)小穿孔(4)的霧化器表面。在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一個優(yōu)選的實時例中，所述封閉系統(tǒng)反應(yīng)容器用在船上，在給定情況下外界的大量(mass of)的水(24)為湖、河或海，船漂浮在它們的表面，并且具有封閉系統(tǒng)反應(yīng)容器(I)配置的氣體處理室(18)位于船(23)上，并且所述反應(yīng)容器
(I)具有氣體出口( 10)和溢流區(qū)(12)，在此處海水在泵(21)的作用下經(jīng)過吸入水(22)到達(dá)氣體處理室(18)的垂直管道，該垂直管道凸出伸入到船(23)的煙囪(25)里，外界的空氣經(jīng)過氣體入口(19)同樣到達(dá)氣體處理室(18)的、凸出伸入到船(23)的煙囪(25)里的垂直管道，而煙氣經(jīng)由氣體處理室(18)和氣體出口(10)，經(jīng)由外出煙氣出口(20)離開。本發(fā)明進(jìn)一步還提供了煙氣和大氣氣體中CO2成分的設(shè)備，主要用于實現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1-10任一項的方法，其特征在于，在實現(xiàn)自給的開放系統(tǒng)的情況下，旋轉(zhuǎn)的、圓柱狀或球狀的二氧化碳耙(33)設(shè)置在外部大量的水(24)的上部上，所述二氧化碳耙(33)的原材料為鈦，或者其外表面被提供有二氧化鈦涂層的這樣的物體，二氧化鈦的電子發(fā)射和光催化作用可以被這樣利用，由于二氧化碳耙(33)的不斷旋轉(zhuǎn)，在外部，二氧化碳耙(33)的二氧化鈦表面不斷形成水膜(27)，并且在給定情況下可通過形成多孔表面而使二氧化碳耙
(33)的活性表面大量增大。在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一個優(yōu)選的實施例中，在自給的開放系統(tǒng)的可能定位應(yīng)用的情況下，旋轉(zhuǎn)的二氧化碳旋轉(zhuǎn)耙(33)通過連接系統(tǒng)(36)連接到彼此，并被放置在固定于島系緊物(island fastening) (37)的外部大量水(24)的上部,此外使用了電流產(chǎn)生器
(34)和UV反射器(35)，并且二氧化碳耙(33)由于水的運(yùn)動而起伏而持續(xù)運(yùn)動，從而在它們外部的二氧化鈦表面(26)形成水膜(27)，白天的日光能量(31)和夜晚的夜光能量(32)誘導(dǎo)在它們外部的二氧化鈦表面(26)上產(chǎn)生水膜(27)，導(dǎo)致在二氧化碳耙(33)的外部的表面上的光催化反應(yīng)，大氣中的CO2成分不斷溶解于水中，實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法，通過二氧化碳旋轉(zhuǎn)耙(33)，白天的功能由陽光確保，而在晚上的功能在給定情況下由通過風(fēng)能工作的電流產(chǎn)生器(34)以及UV反射器來確保，所述UV反射器使用波長范圍為190-310nm的光來為二氧化碳耙(33)表面照明。在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一個優(yōu)選的實施例子中，在自給的開放系統(tǒng)的可能的移動的應(yīng)用的情況下，二氧化碳祀(33 )通過連接系統(tǒng)(36 )彼此連接,二氧化碳祀(33 )通過這個連接系統(tǒng)(36)固定于漂浮在外部的大量的水(24)表面上的船(23)上，并且被船(23)拖曳在水面上，導(dǎo)致二氧化碳耙(33)旋轉(zhuǎn)和在它們的表面形成連續(xù)的水膜，二氧化碳耙(33)的表面由日光能量(31)激活，并在船拖曳該設(shè)備的過程中不斷使來自大氣的CO2溶于水中。
在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的進(jìn)一步優(yōu)選的實施例中，在明確實現(xiàn)的情況下，帶有催化表面的球體的直徑為l_2m，它們的幾何表面具有幾個平方米，所述表面優(yōu)選的為多孔構(gòu)造，因此在實際操作中，由于表面的多孔構(gòu)造，球體表面相應(yīng)于幾百或幾千平方米，因此在給定情況下，幾十個旋轉(zhuǎn)球體的活性表面吸引的CO2分子為幾個平方千米。在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的進(jìn)一步優(yōu)選的實施例中，在以組合、固定、安裝的方式對自給的封閉系統(tǒng)的應(yīng)用的情況下，在給定情況下實現(xiàn)為還原島(47)，該還原島(47)在給定情況下為具有天然氣開采管道(42)的海洋天然氣開采鉆塔(41)，其中氣體分離裝置(43)位于海洋天然氣開采鉆塔(41)的水表面上，UV反射器(35)固定在氣體分離裝置(43)上，在海面以下運(yùn)輸清潔的天然氣(44)和輸送分離出的CO2 (45)，離子形成室島(40)固定于海洋天然氣開采鉆塔(41)的一側(cè)，在其下方，在通過連接系統(tǒng)(36)彼此連接的二氧化碳耙(33)的周圍，發(fā)生CO2 (46 )的霧化，通過連接系統(tǒng)(36 )連接到彼此的二氧化碳耙(33 )連接(join)海洋天然氣開采鉆塔(41)的另外一側(cè)并被日光能量(31)激活，并且CO2的霧化(46)也發(fā)生在它們的周圍。在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的進(jìn)一步優(yōu)選的實施例中，在自給的移動系統(tǒng)的可能的實現(xiàn)的情況中，移動系統(tǒng)為船(23)，船體表面用打02進(jìn)行處理，泵(21)和噴水器(48)位于船(23)上，船(23)的上部或整個表面均用TiO2涂覆，例b如從海洋中泵出的水在船表面奔流或噴灑在表面上，形成一薄的水層，在水層中，陽光導(dǎo)致由光催化作用而持續(xù)的離子的產(chǎn)生(0H_)，由于連續(xù)不斷的反應(yīng)，大氣中的CO2溶于富氫氧根離子的水中并被前述過程還原，并在下一步中CO2以它的自然形式(HCO3-)溶于海水中。在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的進(jìn)一步優(yōu)選的實施例中，在組合的封閉系統(tǒng)的應(yīng)用的情況下，以這樣的方式一起應(yīng)用光氧化和直流電電離這兩種方法，反應(yīng)容器(I)被提供有經(jīng)過單向閥(3)的煙氣入口(2)，霧化器表面(4)，離子閥(49)，經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)閥(9)的氣體出口
(10)，和溢流區(qū)(12)，及元件為高電壓供應(yīng)單元(51)的離子再生系統(tǒng)(50)，循環(huán)泵(52)，電 離器(53)，空氣泵(54)，酸性水再生器(55),TiO2催化劑(56)，光催化UV輻射器(57)，空氣出口 (58),循環(huán)(59),鉬膜(60),尚子水反饋(61)和尚子水進(jìn)口(62)。根據(jù)本發(fā)明的方法的最一般的實現(xiàn)方式在根據(jù)本發(fā)明的方法的最一般的實現(xiàn)方式的情況中，所述方法與本領(lǐng)域的狀態(tài)中提到的例子相同的僅是使用水作為反應(yīng)劑。本方法基于水的質(zhì)子自遞作用。由于電流的作用，水游離成它的離子。(H3O+水和氫離子和OF氫氧根離子)，即水的電離，合適的電壓導(dǎo)致離子水的產(chǎn)生。水分子被結(jié)構(gòu)化成(structured into)它的離子酸性的氫離子和堿性的氫氧根離子。2H20=H30++0r兩個水分子產(chǎn)生=一個酸性水和氫離子和一個堿性氫氧根離子。電離過程與已知的水的電解有所不同，前者使用較低電壓，所以水分子“僅僅”是被結(jié)構(gòu)化，而電解導(dǎo)致氣體產(chǎn)生。水分解為氫氣和氧氣。因此根據(jù)本發(fā)明的方法的實質(zhì)是離子水，更為確切的是“氫氧根”水，所述水具有堿性特性。離子濃度可以由水的電離程度來控制，分別的還可由離子化分子的分離來控制。因此含有酸性離子分別的還有堿性的離子水被分離。在我們的情況下，使用主要含有堿性離子(OHO的水。高氫氧根(0H_)離子濃度的水溶液用于還原氣體。離子水的pH (反應(yīng))值被增至7-11之間。使用不同的方法后(0H_)離子的濃度甚至可增至pH值13以上，這相當(dāng)于強(qiáng)堿性溶液。這個方法會在使根據(jù)本發(fā)明的某些實施方式明了的過程中詳細(xì)描述。在根據(jù)本發(fā)明的解決方案的實施的情況下，氣體可以被約束、穩(wěn)定，分別的還可以是在根據(jù)上面介紹的方法產(chǎn)生的具有堿性特性的水的幫助下還原成一種不同的化合物。氣體與具有堿性離子的離子水反應(yīng)(進(jìn)入反應(yīng))，除其他外，導(dǎo)致物質(zhì)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變和化學(xué)轉(zhuǎn)化。氣體轉(zhuǎn)化成離子(與等離子狀態(tài)相似)和水合離子。如，二氧化碳CO2氣體轉(zhuǎn)化成碳酸根(CO32O離子和/或碳酸氫根/酸式碳酸根(2HC03_)。氫氧根離子(0H_)的特征一種天然物質(zhì)，在地球大氣中持續(xù)產(chǎn)生，特別在接近臭氧層處產(chǎn)生，由于陽光的電離作用產(chǎn)生?？茖W(xué)上稱之為大氣的“清潔劑”。氫氧根離子一形成就立刻與大氣中曾存在的自由基(如，氮的氧化物和碳?xì)浠衔锏姆纸猱a(chǎn)物)反應(yīng)，消除它們的危害。在近地球表面，約束和吸收最大量的CO2是由海和洋完成的。這些水的反應(yīng)呈弱堿性，也由于氫氧根離子(0H_)和碳酸根離子的含量其pH約為8. I。幾千年來這些水吸收和儲存了大氣中大約70%的CO2成分。 因此該新的方法模擬了一個自然過程，試圖模仿地球上幾百萬年來一直發(fā)生的一些過程。在根據(jù)本發(fā)明的方法的一種可能的優(yōu)選的確定的實施的情況中，這樣的氫氧根離子(OIT)用于還原二氧化碳?xì)怏w，該二氧化碳?xì)怏w從煙氣和/或廢氣的氣態(tài)成分(content)中提取出來——在直流電壓的幫助下被電離。進(jìn)一步通過與外界空氣混合，使用空氣的氧氣成分在電離室中與煙氣和/或廢氣反應(yīng)。這導(dǎo)致在離子水溶液中，氧化和還原同時發(fā)生在室中。二氧化碳?xì)怏w由于氫氧根離子的作用而減少，并生成HC03_碳酸氫根離子和/或(2HC03_)酸式碳酸根離子。在與額外的OF (氫氧根)離子反應(yīng)的過程中，生成了 C032_碳酸根離子和H2O (水)。為了維持該過程和/或保證在并行的室反應(yīng)中的氫氧根離子的產(chǎn)量，加入的氧氣與H3O+ (水合氫)離子反應(yīng)，發(fā)生氧化反應(yīng)，并且生成0H—(氫氧根)離子和H2O (水)。在根據(jù)本發(fā)明的方法的可能實現(xiàn)方式中，水分子在直流電壓的幫助下使用所謂的電離室被極化。在室所用的電流強(qiáng)度不可達(dá)到用于水電解時的電流強(qiáng)度，這是因為會有氣體(02，H2)生成。在使用在室中的電流強(qiáng)度未達(dá)到電解所必須的電流強(qiáng)度的情況下，水分子被“電離”，導(dǎo)致水分子分解為它的離子。形成(2H20=H30++0H_)氫氧根(0H_)離子和水和氫(H3O+)離子。根據(jù)本發(fā)明的方法的過程中發(fā)生的化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)I)電離2H20 — H30++0r=水分解2)還原 I :C02+0r — HCOf 或 2C02+20IT=2HC(V3)還原 2 HCO3^Or — C032-+H204)氧化電離l/202+H30+ — 0F+H20它不可自發(fā)發(fā)生，僅由能量輸入導(dǎo)致，O2可以轉(zhuǎn)化為原子狀態(tài)，也就是僅通過能量輸入轉(zhuǎn)化為1/202。(見離子室反應(yīng))。5) 4H30++02=6H20 復(fù)合這是不需要能量輸入發(fā)生的自然復(fù)合，因為H+是最活躍的原子(這么以至于其不會單獨存在而是與其他合作者結(jié)合)，一旦其碰到反應(yīng)合作者，會立即竊取一個電子，在我們的情況中該反應(yīng)合作者為02。順便說一下，O2是地球上除氫以外第二最活躍的元素。
該過程是水的自然、獨特的復(fù)合過程。在我們的情況中電離過程(離子產(chǎn)生)如下02+丨=02_氧氣+1電子=過氧離子02+2丨=0廣氧氣+2電子=超氧陰離子O2^H2O-=OF+HO2^過氧離子+水=氫氧根離子+過氫氧根離子 HO2^H+=H2O2過氫氧離子+氫氧根離子=過氧化氫(被氧化的水)在我們的情況中，它事實上不見得相應(yīng)稱為氧化，因為該反應(yīng)只是在水介質(zhì)中發(fā)生，因此代替氧化物的，反應(yīng)合作者是離子(陰離子)。陰離子是電子施主-陽離子具有電子缺陷。根據(jù)本發(fā)明的解決方案基于附圖
進(jìn)行陳述圖I示出封閉系統(tǒng)反應(yīng)容器的一部分和它們的理論上的配置的側(cè)視圖。圖2示出圖I側(cè)視圖所示的封閉系統(tǒng)反應(yīng)容器I的可能的確定的內(nèi)部實現(xiàn)方式的空間如視圖。圖3示出在船上的封閉系統(tǒng)反應(yīng)容器的應(yīng)用。圖4示出自給(self-supporting)的開放系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)配置。圖5示出圖4示出的自給的開放系統(tǒng)的一種可能的定位應(yīng)用方式。圖6示出自給的開放系統(tǒng)一種可能的移動應(yīng)用方式的理論圖像。圖7示出在固定的安裝方式下的自給和封閉系統(tǒng)聯(lián)合應(yīng)用的理論圖像。圖8示出使用船體用TiO2進(jìn)行表面處理的自給的移動系統(tǒng)的可能實現(xiàn)方式。圖9示出在聯(lián)合應(yīng)用兩種系統(tǒng)的情況下，組合的封閉系統(tǒng)的理論圖像，其中組合的封閉系統(tǒng)可以安裝在移動設(shè)備上。圖I示出封閉系統(tǒng)反應(yīng)容器的一部分和他們的理論上的配置的側(cè)視圖。圖I示出反應(yīng)容器1，其底部具有進(jìn)氣口 2。煙氣進(jìn)入反應(yīng)容器I的下部，通過單向閥3進(jìn)入氣體霧化器15。水通過給水器8也吸入到反應(yīng)容器I的下部。然后煙氣向上行進(jìn),通過氣體霧化器15的霧化表面4的表面的穿孔到達(dá)電離空間16。在電離空間16中有反應(yīng)介質(zhì)存在，即由直流電供應(yīng)單元5創(chuàng)造的U電離電壓生成極化和離子化的水，且該水的水位達(dá)到反應(yīng)容器I的側(cè)壁上的溢流區(qū)12。電極6由鈦制成或其表面涂覆有二氧化鈦，其提供有離子形成表面14，離子形成表面14收集它們周圍適合的離子，在表面發(fā)生在光催化作用17下的電離，該電極6位于電離空間16中。在電離空間16中間的反應(yīng)介質(zhì)11中，在給定情況下水平放置有UV輻射器17。在反應(yīng)介質(zhì)11中發(fā)生反應(yīng)后，氣體成分通過壓力調(diào)節(jié)閥9和氣體出口 10從位于反應(yīng)介質(zhì)11上方的氣體空間13離開反應(yīng)容器I。在圖I所示的封閉系統(tǒng)反應(yīng)容器I運(yùn)行的情況下，單向閥3是普通止回閥，它使得煙氣以單一路徑(way)進(jìn)入，該單一路徑進(jìn)入到反應(yīng)容器I的底部，直到氣體霧化器15。從氣體霧化器15向上通過霧化器表面4進(jìn)入到位于電極6之間的反應(yīng)介質(zhì)11中。電極6的材料為鈦，或者電極6的表面為二氧化鈦，這是重要的，因為這可以使在光作用下的受光催化的電離成為可能。在電離過程中，UV輻射器7使電極6的表面形成，并通過加入電子從中性O(shè)2氣體產(chǎn)生02_離子(過氧離子)。與此同時，與電極6相連的電壓使水極化和電離。02_離子(過氧離子)與H2O分子反應(yīng)并生成0H_ (氫氧根)離子和HOf (過氫氧根)離子。隨煙氣流入的CO2與負(fù)離子水(0H_ (氫氧根)和H02_ (過氫氧根))反應(yīng)并生成HCCV和/或2HCCV離子。煙氣從經(jīng)過反應(yīng)介質(zhì)11的底部氣泡霧化，并聚集在反應(yīng)介質(zhì)11上部的氣體空間13中并通過氣體出口 10離開。煙氣中的N2,02以不變的形式通過該系統(tǒng)，因為這些條件下它們不進(jìn)入反應(yīng)。盡管O2作為反應(yīng)合作者參加過程，但是它的主要作用是傳遞和轉(zhuǎn)運(yùn)電子(e_)。O2作為氣體進(jìn)入到系統(tǒng)中，在過程的最后作為氣體以不變的形式離開系統(tǒng)。僅一小部分O2作為氣體進(jìn)入系統(tǒng)后滲透到過程中，并進(jìn)入反應(yīng)介質(zhì)11。在多次反應(yīng)循環(huán)后，這種方式滲透的O2又變回中性O(shè)2氣體并通過氣體空間13離開設(shè)備。一個臨時的水或蒸汽的新供應(yīng)對于該過程來說是必須的，因為水的作用是二氧化 碳的還原合作者。因此與即將被約束的二氧化碳的量成比例，還需要供給到過程的水，所述水或者以含有HC03_和/2HC03_離子的液體的形式通過溢流區(qū)12離開，或者以蒸汽形式通過氣體出口 10排出。在反應(yīng)介質(zhì)11中，0H_離子能夠飽和到這樣的程度，HC03_ (碳酸氫根離子)能夠進(jìn)一步反應(yīng)，然后能夠獲得另一個電子(e_)。然后生成被CO3(2_)(碳酸根離子)離子化的氣體和水(H2OX CO3D (碳酸根離子)可以作為氣體離開氣體空間13并達(dá)到外界區(qū)域，它與來自空氣蒸汽的具有電子缺陷的氫反應(yīng)，然后失去它的電荷后又轉(zhuǎn)變回HCO3-(碳酸氫根)和水(H2OX內(nèi)燃機(jī)的煙氣含有作為燃燒產(chǎn)物的大量的水，碳?xì)浠衔锏娜紵膳c二氧化碳(CO2)的比例(order)—樣量的水，該比例依賴于燃燒的完全程度。這意味著在煙氣中有一定量的水可約束二氧化碳，但并不總是足以約束全部量的C02。為了提高效率需要供給額外的水。在海上和水上航行的交通工具的情況中水是無限量可用的。空氣中的蒸汽成分——同樣是溫室氣體——是無限量可用的?？諝庵械恼羝稍谌魏蔚胤将@得適合的量。在根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)室I中，同時運(yùn)轉(zhuǎn)的兩種不同技術(shù)方案負(fù)責(zé)離子生成過程的有效維持。隨著反應(yīng)的持續(xù)，除了產(chǎn)生氫氧根離子(0H-)外，在反應(yīng)容器I中的負(fù)離子化的水介質(zhì)中還發(fā)生CO2的還原。在初期介紹的作為實現(xiàn)在直流電壓作用下產(chǎn)生(0H_)氫氧根離子的富集的組合裝置中，剛剛介紹的過程還可以以這樣的方式應(yīng)用于所述設(shè)備中，即電極6表面具有TiO2涂層。在TiO2涂層的作用下，相同的電極6可同時參與兩項任務(wù)。所以在電磁輻射的作用下，在給定的UV輻射——優(yōu)選的190-320nm的波長一電極表面被誘導(dǎo)(反應(yīng)I )，分別地，直流電與相同的電極連接導(dǎo)致水分子在陽極和陰極之間極化和電離成它的離子。2H20=H30++(0H_)(反應(yīng)2)。上述兩步使得電離更為充分(堿性)，并且兩者相輔相成，使得(0H_)氫氧根離子的產(chǎn)生更強(qiáng)烈。圖2示出圖I側(cè)視圖所示的封閉系統(tǒng)反應(yīng)容器I的可能的確定的內(nèi)部實現(xiàn)方式的空間如視圖。
圖中所示的反應(yīng)容器I沒有外殼，兩排電極6以彼此平行的站立的姿勢列成兩排。在電極之間以水平位置放置兩個橢圓形的UV輻射器。在反應(yīng)容器I的底部放置有氣體霧化器15，在氣體霧化器15的上部提供有具有細(xì)小穿孔的霧化器表面4。圖2中示出確切的構(gòu)造，反應(yīng)容器I的功能與圖I所示的理論配置的功能相一致。圖3示出在船上的封閉系統(tǒng)反應(yīng)容器的應(yīng)用。圖3示出氣體處理室18被放置在漂浮在外界大量的水24的表面的船23上，在給定情況下水24為湖，河或海。氣體處理室18 具有包含為圖I和2中詳細(xì)介紹的結(jié)構(gòu)的封閉系統(tǒng)反應(yīng)容器I的構(gòu)造。這里反應(yīng)容器I有氣體出口 10和溢流區(qū)12。在泵21的作用下，海水經(jīng)過吸入水22到達(dá)氣體處理室18的垂直管道，該該垂直管道凸出伸入到船23的煙囪25里。外界空氣同樣到達(dá)氣體處理室18的凸出伸入到船(23)的煙囪(25)里的垂直管道。煙氣出口 20經(jīng)由氣體處理室18和氣體出口 10從船23的煙囪25產(chǎn)生。從如圖3可看到，位于船23上的氣體處理室18，可從外部大量水24，在給定情況中從湖，河或海中，獲取無限量的水用來運(yùn)行。通過溢流區(qū)12離開的水在給定情況下也離開進(jìn)入外部大量水24。如圖I所示其他氣體離開進(jìn)入外界大氣。除了使用在船上，圖3所示的封閉系統(tǒng)反應(yīng)容器的基礎(chǔ)配置還可以類似方式使用在其他移動交通工具，卡車，公共汽車，汽車上。在這種情況下應(yīng)如此完成實施，為了增加(OHO氫氧根離子的量，需要將額外的大量的水供給到封閉系統(tǒng)中。如，在泵和/或通過所謂的文丘里閥(Venturi valve)的作用下，在吸入外界氣體后，在設(shè)備中壓縮外界空氣中的蒸汽。圖4示出自給的開放系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)配置。圖4中可以看到圓柱狀或球狀的二氧化碳耙33旋轉(zhuǎn)在外部大量水24的上部，二氧化碳耙33的材料為鈦，或者其外表面為二氧化鈦的這樣的物體。在二氧化碳耙33的外部的二氧化鈦表面上，由于二氧化碳耙33的旋轉(zhuǎn)不斷產(chǎn)生水膜27。在給定情況下，二氧化碳耙33的活性表面可以通過形成多孔表面而增大。圖4示出的自給的開放系統(tǒng)運(yùn)行如下光氧化過程具有適合材料的或經(jīng)過適當(dāng)表面處理涂覆有鈦或二氧化鈦的圓柱體和球體。該涂層為電子發(fā)射器傳遞，并且它的光催化作用被利用。在過程中，在本情況中通過外界光照，電子輻射感應(yīng)TiO2表面，導(dǎo)致所謂的電子空穴對的產(chǎn)生，電子空穴對具有易于傳遞其電荷的特點。在我們的情況中，O2氣體是占據(jù)電荷的合作者，因而形成了帶有多余電子的離子(02_)。該現(xiàn)象為所謂的光催化氧化(電離)。在水介質(zhì)中，隨著反應(yīng)的持續(xù)，帶有電荷的O2-分子將其電荷轉(zhuǎn)移到水分子(H+)質(zhì)子的具有電荷缺陷的氫上，具有不同電荷的分離的離子從極化的H2O中產(chǎn)生。H2CHO2 =HO2 + (0H )球體或圓柱體的旋轉(zhuǎn)在其表面不斷形成水膜，且反應(yīng)發(fā)生在此水膜中。圓柱體在旋轉(zhuǎn)中不斷結(jié)合CO2，后者隨后即溶于水中。為了維持該過程，需要大氣中氧氣的存在，氧氣是維持反應(yīng)進(jìn)行的反應(yīng)的合作者。該過程的第一部分TiO2+光能+大氣O2+水=富電離的(0H_)離子的水(即水膜層)+H0f (過氫氧根離子)接下來根據(jù)本發(fā)明的方法第二部分以自給的方式進(jìn)行，CO2擴(kuò)散進(jìn)入富含(OH—)離子的水膜層，即富含(0H_)離子的水+CO2=含有HCO3-的水由于圓柱體和球體各自地不斷旋轉(zhuǎn)或運(yùn)動，所產(chǎn)生的離子溶于周圍的水中?？蓮牟ɡ说倪\(yùn)動或在河水中由于水的不斷流動使溶解發(fā)生。圖5示出圖4所示的自給的開放系統(tǒng)的一種可能的固定實施方式。在圖5中可以看到，二氧化碳耙33與島固定物37彼此連接，并在外部大量水24的上部旋轉(zhuǎn)，該島系緊物37與連接系統(tǒng)36連接。此外在圖中還可看到，固定到其上的帶有固定的UV反射器35的電流產(chǎn)生器34，電流產(chǎn)生器3基底為TiO2表面38，還有到島固定 物37。二氧化碳耙33由于水的運(yùn)動和浮動而處于持續(xù)運(yùn)動中，所述水在外部的二氧化鈦表面26上形成水膜27。在二氧化碳耙33外部的二氧化鈦表面26上的水膜27的形成，在白天由日光能量31感應(yīng)，在夜晚由夜光能量感應(yīng)。由此在二氧化碳耙33外表面上發(fā)生光催化反應(yīng)，并且大氣中的二氧化碳成分通過實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的方式在二氧化碳耙33的作用下不斷溶于水中。裝置白天工作的能量由陽光提供，在晚上由通過風(fēng)能的電流產(chǎn)生器34和UV反射器35確保運(yùn)轉(zhuǎn)。而且具有UV范圍190-3IOnm的光來為二氧化碳耙33的外表面照明。圖6示出自給的開放系統(tǒng)一種可能的移動應(yīng)用方式的理論圖像圖6示出，二氧化碳耙33通過連接系統(tǒng)36連接到彼此并通過連接系統(tǒng)36連接在漂浮在外部大量水24上的船23上，而船23將二氧化碳耙33和連接系統(tǒng)36拖曳于水表面。拖曳使得二氧化碳耙33不斷旋轉(zhuǎn)并在它們的表面不斷形成水膜27。二氧化碳耙33表面由日光能量31激活，且在拖曳過程中大氣中的CO2不斷溶于水。在圖6示出的移動的自給的開放系統(tǒng)的情況下，實現(xiàn)了圖4所示的運(yùn)作原理，所不同的是球體和圓柱體(各自的)處于持續(xù)運(yùn)動中，通過這種方式覆蓋在它們表面的水膜不斷改變，使得光氧化、OH—的形成和二氧化碳的還原持續(xù)進(jìn)行。穩(wěn)定的CO2氣體例如以碳酸氫鹽和/或酸式碳酸鹽的形式溶于海水中。在確切實現(xiàn)的情況下一支撐催化劑表面的球體軸的直徑為l_2m。一它們的表面顯然只有幾個平方米。一實際上由于表面的多孔構(gòu)造，該多孔構(gòu)造可由傳統(tǒng)方法實現(xiàn)，一個球體的表面可等同于幾百(千？)平方米(見-Ig活性炭表面可為幾百平方米，分別的還可以是納米技術(shù)。)一結(jié)果幾十個旋轉(zhuǎn)球體的活性表面(吸引CO2分子到它們自身)負(fù)責(zé)所謂的命中概率一可以平方千米計。圖7示出在固定的、安裝的方式下的自給的和封閉的系統(tǒng)聯(lián)合應(yīng)用的理論圖像圖7示出開采海洋天然氣的開采鉆塔41被實現(xiàn)為位于外部大量水24的具有凸出伸入到海中的天然氣開采管道42的還原島47。具有固定的UV反射器35的氣體分離裝置43位于天然氣開采鉆塔41在水上方的部分。在海面以下運(yùn)輸清潔的天然氣44和輸送分離出的C0245。離子形成室島40固定于天然氣開采鉆塔41的一側(cè)，在其下部在通過連接系統(tǒng)36連接到彼此的二氧化碳耙33的周圍發(fā)生CO2的霧化46。通過連接系統(tǒng)36連接到彼此的二氧化碳耙33連接天然氣開采鉆塔41的另外一側(cè)，此外，它們被日光能量31激活，在它們周圍還發(fā)生CO2的霧化46。根據(jù)圖7所示的固定設(shè)備以這樣的方式被安裝至海水表面或安裝在水的表面上，如海、河或發(fā)電站冷卻水儲藏池等，即前面提到的封閉室系統(tǒng)和自給系統(tǒng)一起安裝在“水的表面”上，于是煙氣和/或大氣氣體中的CO2成分通過實施已經(jīng)介紹的反應(yīng)鏈不斷被約束，該反應(yīng)鏈適用于約束天然氣開采時產(chǎn)生的大量二氧化碳。圖8示出使用船體用TiO2進(jìn)行表面處理的自給的移動系統(tǒng)的可能實現(xiàn)方式。在圖8中可以看到大氣中的氧氣28，大氣中的二氧化碳29和漂浮在外部大量水24表面的船23，其表面涂覆有Ti02。船23上坐落有泵21和噴水器48。在TiO2表面26形成的水膜27在白天暴露于日光能量31。在該情況中，在涂覆有TiO2表面26的船23的外表面發(fā)生光催化反應(yīng)。 在圖8中所示的應(yīng)用表面處理船體的自給的移動系統(tǒng)的情況下，船體上部或全部的表面都涂覆有(TiO2)和水，例如從海水中泵出的水奔流或噴灑在該表面上，此時形成一薄的水層，在陽光的作用下，在此薄水層中形成光催化離子(0H—)。隨著反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行大氣中的CO2擴(kuò)散到富含有氫氧根離子的水層中。二氧化碳通過已述方式還原，然后作為下一步，以它的自然形式(HC03_)溶于海水中。圖9示出了在兩種系統(tǒng)聯(lián)合應(yīng)用的情況下組合的封閉系統(tǒng)的理論圖像，其中該組合的封閉系統(tǒng)可以安裝在移動設(shè)備上。在圖9中可見反應(yīng)容器I具有經(jīng)過單向閥3的煙氣進(jìn)入開口 2，霧化器表面4，離子閥49，經(jīng)過單向閥9的氣體出口 10，還有溢流區(qū)12。在圖中還可以看到元件為高電壓供應(yīng)單元(51)的離子再生系統(tǒng)50，循環(huán)泵52，電離器53，空氣泵54，酸性水再生器55，TiO2催化劑56，光催化UV輻射器57，空氣出口 58，循環(huán)59，鉬膜60，離子水反饋61和離子水進(jìn)口62。在圖9中所示的應(yīng)用組合的封閉系統(tǒng)的配置的情況下，一起使用了光氧化和直流電電離這兩種方法。通過該方法系統(tǒng)可應(yīng)用于移動的活動裝置(某些交通工具)。二氧化碳的約束在封閉室中通過霧化來實現(xiàn)。富離子(0H_+H20)水在循環(huán)泵的幫助下在封閉還原室中循環(huán)，它僅循環(huán)帶負(fù)電的氫氧根水經(jīng)過電離設(shè)備。從電離器的另外一側(cè)離開的具有電子缺陷(H3O+)的水通過所謂的光氧化再生單元反饋給電離器，該光氧化再生單元中和酸性水，甚至通過向其中吹入氧氣使得水呈弱堿性。通過循環(huán)過程連續(xù)不斷的供應(yīng)帶有氫氧根(0H_)離子的堿性水。沒有酸性水(H3O+)這一廢物產(chǎn)生。應(yīng)用領(lǐng)域根據(jù)本發(fā)明的方法可以實際可應(yīng)用于每個地方，任何產(chǎn)生CO2的地方，使用作為所謂的重組的“水分子”，重組的“水分子”，是一種天然材料，且氣體還原后的還是天然產(chǎn)物。這對于環(huán)境無害，且沒有副產(chǎn)品。所產(chǎn)生的碳酸鹽和酸式碳酸鹽是全人類每天所消費的天然礦泉水的成分。隨后被氫氧根(0H_)水還原的離子化CO2可被釋放到環(huán)境中，因它是一種環(huán)境友好的化合物。由此該方法可兼容于任何在其中產(chǎn)生含有二氧化碳的終產(chǎn)物(煙氣)的每一技術(shù)中。
有益效果根據(jù)本發(fā)明的方法可用于任何有水的地方，如河，海，洋，雨水，地下水，自來水(或與每種燃燒產(chǎn)物一起得到蒸汽-廢水)。關(guān)于水的電離，為了生成氫氧根離子(0H_)，需要電流，太陽能電池，輻射能量，射頻輻射等，它們在應(yīng)用場所中可被使用。該方法的一種可能實施是，當(dāng)在所謂的反應(yīng)容器中使用電離室時，水分子在直流電壓的作用下發(fā)生極化，并且使用在電離作用下的水的質(zhì)子自遞作用過程中生成的氫氧根(0H_)離子實現(xiàn)二氧化碳的還原。根據(jù)本發(fā)明的通過還原大量CO2氣體的方案貢獻(xiàn)于保護(hù)環(huán)境和氣候不受影響，有利于緩解空氣污染和全球變暖。該技術(shù)可以用于汽車制造業(yè)，能源產(chǎn)業(yè)，運(yùn)輸業(yè)，海運(yùn)業(yè)以及其他一些二氧化碳排放顯著的工業(yè)領(lǐng)域。
根據(jù)本發(fā)明的方法特別適用于減少大氣氣體中的二氧化碳成分。附圖標(biāo)記I-反應(yīng)容器2-煙氣入口3-單向閥4-霧化器表面-穿孔5-直流電供應(yīng)單元6-電極(具有鈦或二氧化鈦涂層)7-UV 輻射器8-給水器9-壓力調(diào)節(jié)閥10-氣體出口11-反應(yīng)介質(zhì)-極化的電離的水12-溢流區(qū)13-氣體空間14-離子形成表面-由福田(foton)能量誘導(dǎo)15-氣體霧化器16-電離空間17-受光催化的電離18-氣體處理室(含有反應(yīng)容器I)19-氣體入口20-煙氣出口(煙囪、排氣裝置)21-泵22-吸入水23-船24-外部的大量水(海、河、湖)25-煙囪26- 二氧化鈦表面
27-水膜28-大氣中的氧氣(圖8)29-大氣中的CO2 (圖8)30-海床31-日光能量(在白天)32-夜光能量(在夜晚)33- 二氧化碳耙(圓柱體或球體)34-電流產(chǎn)生器35-UV 反射器36-連接系統(tǒng)37-島系緊物38-發(fā)生器基底(TiO2表面)39-腳手架40-離子形成室島41-海洋天然氣開采鉆塔42-天然氣開采管43-氣體分離器44-清潔天然氣的運(yùn)輸45-分離的CO2的出口46_C02 的霧化47-還原島48-水噴灑49-離子閥50-電離再生系統(tǒng)51-高電壓供應(yīng)單元52-循環(huán)泵53-電離器54-空氣泵55-酸性水再生器56-Ti02 催化劑57-光催化UV輻射器58-空氣出口59-循環(huán)60-鉬膜61-離子水反饋62-離子水入口U-電離電壓
權(quán)利要求
1.一種還原煙氣和大氣氣體中CO2成分的方法， 其特征在于， 在所述方法中，使用了含有具有堿性特性的(0H-)離子的“氫氧根”離子水作為反應(yīng)介質(zhì)來約束二氧化碳(CO2)氣體，二氧化碳(CO2)氣體與堿性離子水發(fā)生反應(yīng)，在二氧化碳(CO2)氣體與水的反應(yīng)過程中，形成碳酸根離子(C032_)和碳酸氫根/酸式碳酸根(2HC03_)，并且它們攜帶受約束的CO2成分以穩(wěn)定的氣體或液體形態(tài)去往外界的大氣和/或外界的水。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其特征在于，氫氧根(0H_)離子在電離室中產(chǎn)生，并且在所述電離室中使用直流電壓產(chǎn)生(0H_)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，所述電離室中使用的電極(6)的材料為鈦，或者所述電極的表面為鈦或所述電極的表面具有二氧化鈦涂層，這使得在光作用下的受光催化的電離成為可能，在該受光催化的電離的過程中電極(6)的表面由UV輻射器(7)誘導(dǎo)，因此通過向中性O(shè)2氣體中加入電子，而生成02_離子(過氧離子)，同時電極(6)上的電壓使水發(fā)生極化和電離，并且02_離子(過氧離子)與H2O分子反應(yīng)并生成OIT (氫氧根)離子和HOf (過氫氧根)離子，然后即將被約束的CO2與負(fù)離子水(OF (氫氧根)和HOf (過氫氧根))反應(yīng)并生成HCO3-和/或2HCCV離子。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其特征在于，使用優(yōu)選具有適當(dāng)?shù)脑匣蚓哂羞m當(dāng)?shù)谋砻嫣幚淼膱A柱體或球體、被鈦或二氧化鈦涂覆的圓柱體或球體，在所述圓柱體或球體中涂層是電子發(fā)射器并且光催化作用被利用， 在上述過程中，TiO2表面由電磁輻射誘導(dǎo)，在給定情況下是由外界的自然或人工光線所誘導(dǎo)，當(dāng)產(chǎn)生一個電子-空穴對時，所述電子-空穴對具有易于傳遞它的電荷的特點，這種情況下，占據(jù)電荷的同伴是O2氣體，——進(jìn)而出現(xiàn)帶電有一個電子的02_，這樣受光催化的氧化發(fā)生， 在所述方法中的進(jìn)一步的作為在水介質(zhì)中的反應(yīng)的繼續(xù)的步驟中，帶電荷的O2分子將其電荷傳遞到氫、質(zhì)子(H+)上一水分子中的缺電子的氫一一，并且極化的H2O被分成兩個獨立的帶電離子，H2CHO2-=HO2-+ (or)， 隨著圓柱體或球體的不斷旋轉(zhuǎn)，水的表面會形成一層水膜，而所述反應(yīng)在所述水膜中進(jìn)行，因此圓柱體通過旋轉(zhuǎn)過程不斷約束CO2,隨后CO2便溶于水中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于，所述方法用在封閉和/或開放系統(tǒng)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在組合的封閉的系統(tǒng)應(yīng)用的情況下，光氧化和直流電電離以這樣的方式一起使用，CO2的約束使用霧化在封閉室中發(fā)生，并且富離子水(0H_+H20)在循環(huán)泵的幫助下在封閉的還原室中循環(huán)，所述循環(huán)泵僅循環(huán)帶負(fù)電荷的氫氧根的水經(jīng)過電離設(shè)備，而留在電離器的另外一側(cè)的缺電子水(H3O+)通過這樣一種方式反饋給所述電離器，引入通過所謂的光氧化再生單元，在所述光氧化再生單元中，鼓風(fēng)機(jī)中的O2中和酸性水，甚至使其呈弱堿性，這種方法的結(jié)果是一個循環(huán)過程，導(dǎo)致連續(xù)不斷的堿性的氫氧根(OIT)離子電荷水，且沒有酸性水(H3O+)，也即廢物的產(chǎn)生。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，所述方法以定位的安裝的方式用于排放大量CO2的工業(yè)單元、發(fā)電站和熔爐等情況中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，所述方法以移動的、非定位的方式用于陸地交通工具、動力機(jī)械的給定情況中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，所述方法以移動的、非定位的方式用于水上交通工具、船的給定情況中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，所述方法以移動的、非固定的方式用于飛行器，飛機(jī)或直升機(jī)的給定情況中。
11.一種用于還原煙氣或大氣氣體中CO2成分的設(shè)備，主要用于實現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1-10中的任一項的方法， 其特征在于， 在封閉系統(tǒng)反應(yīng)容器(I)的情況下，在該反應(yīng)容器(I)下部存在有煙氣入口(2)，煙氣到達(dá)反應(yīng)容器(I)的下部，通過單向閥(3)到達(dá)氣體霧化器(15)，水通過給水器(8)同樣供給到反應(yīng)容器(I)的下部，煙氣從反應(yīng)容器(I)的下部經(jīng)過氣體霧化器(15)的噴霧表面(4)的穿孔(4)向上行進(jìn)并到達(dá)電離空間(16)， 在所述電離空間(16)中存在有反應(yīng)介質(zhì)(11)，所述反應(yīng)介質(zhì)(11)是由電離電壓(U)產(chǎn)生的極化和電離的水，所述電離電壓(U)由直流電供應(yīng)單元(5)產(chǎn)生，所述水的水位達(dá)到在反應(yīng)容器(I)的側(cè)壁上的溢流區(qū)(12)，在所述電離空間(16)中存在有由鈦制成的或是被二氧化鈦涂覆的電極(6)，電極(6)具有離子形成表面(14)，所述離子形成表面(14)收集其周圍的適當(dāng)?shù)碾x子，并且光催化(17)下的電離在其表面發(fā)生，在給定情況下，在電離空間(16)中間的反應(yīng)介質(zhì)(11)中會放置一個水平的UV輻射器(7)，在反應(yīng)介質(zhì)(11)中的反應(yīng)終止后，氣體成分從位于反應(yīng)介質(zhì)(11)上部的氣體空間(13)經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)閥(9)和氣體出口(10)離開反應(yīng)容器(I)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，在封閉系統(tǒng)反應(yīng)容器(I)的可能的明確的內(nèi)部實現(xiàn)的情況下，電極(6)以彼此平行的站立的姿勢列成兩排，在電極之間以水平姿勢存在有兩個橢圓形的UV幅射器(7)，此外，在反應(yīng)容器(I)的底部存在氣體噴霧單元(15)，在氣體噴霧單元(15)的上部提供有具有細(xì)小穿孔(4)的霧化器表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的設(shè)備，其特征在于，所述封閉系統(tǒng)反應(yīng)容器用在船上，在給定情況下外部大量的水(24)為湖、河或海，船漂浮在它們的表面，具有封閉系統(tǒng)反應(yīng)容器(I)配置的氣體處理室(18)位于船(23)上，并且所述反應(yīng)容器(I)具有氣體出口(10)和溢流區(qū)(12)，在此處海水在泵(21)的作用下經(jīng)過吸入水(22)到達(dá)氣體處理室(18)的垂直管道，該垂直管道凸出伸入到船(23)的煙囪(25)中，外界的空氣經(jīng)過氣體入口(19)同樣到達(dá)氣體處理室(18)的、凸出伸入到船(23)的煙囪(25)中的垂直管道，而煙氣經(jīng)由氣體處理室(18)和氣體出口(10)，經(jīng)由外出煙氣出口(20)離開。
14.一種用于還原煙氣和大氣氣體中CO2成分的設(shè)備，主要用于實現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1-10任一項所述的方法， 其特征在于， 在實現(xiàn)自給的開放系統(tǒng)的情況下，旋轉(zhuǎn)的、圓柱狀或球狀的二氧化碳耙(33 )設(shè)置在外部大量水(24)的上部上，所述二氧化碳耙(33)的原材料為鈦，或者其外表面被提供有二氧化鈦涂層的這樣的物體，二氧化鈦的電子發(fā)射和光催化作用可以被這樣利用，由于二氧化碳耙(33)的不斷旋轉(zhuǎn)，在外部，二氧化碳耙(33)的二氧化鈦表面不斷形成水膜(27)，并且在給定情況下可通過形成多孔表面而使該二氧化碳耙(33)的活性表面大量增大。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其特征在于，在自給的開放系統(tǒng)的可能定位應(yīng)用的情況下，旋轉(zhuǎn)的二氧化碳耙(33)通過連接系統(tǒng)(36)連接到彼此，并被放置在固定于島系緊物(37)的外部大量水(24)的上部，此外使用了電流產(chǎn)生器(34)和UV反射器(35)，并且二氧化碳耙(33)由于水的運(yùn)動和起伏而持續(xù)運(yùn)動，而在它們外部的二氧化鈦表面形成水膜(27)，白天的日光的能量(31)和夜晚的夜光能量(32)誘導(dǎo)在它們外部的二氧化鈦表面(26)上產(chǎn)生水膜(27)，導(dǎo)致在二氧化碳耙(33)的外部的表面上的光催化反應(yīng)，大氣中的CO2不斷溶于水中，實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法，通過二氧化碳耙(33)，白天的功能由陽光保證，而晚上的功能在給定情況下由通過風(fēng)能工作的電流產(chǎn)生器(34)和UV反射器保證，所述UV反射器使用波長范圍為190-310nm的光來為二氧化碳耙(33)表面照明。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其特征在于，在自給的開放系統(tǒng)的可能的移動的應(yīng)用的情況下，二氧化碳祀(33)通過連接系統(tǒng)(36)彼此連接,二氧化碳祀(33)通過這個連接系統(tǒng)(36)固定于漂浮在外部的大量的水(24)表面上的船(23)上，并且被船(23)拖曳在水面上，導(dǎo)致二氧化碳耙(33)旋轉(zhuǎn)和在它們的表面形成連續(xù)的水膜，二氧化碳耙(33)的表面由日光能量(31)激活，并在拖曳過程中不斷使來自大氣的CO2溶于水中。
17.根據(jù)權(quán)利要求14-16任一項所述的設(shè)備，其特征在于，在明確實現(xiàn)的情況下，帶有催化表面的球體的直徑為l_2m，它們的幾何表面具有幾個平方米，所述表面優(yōu)選為多孔構(gòu)造，因此在實際操作中，由于表面的多孔構(gòu)造，球體表面相應(yīng)于幾百或幾千平方米，因此在給定情況下，幾十個旋轉(zhuǎn)球體的活性表面吸引的CO2分子為幾個平方千米。
18.根據(jù)權(quán)利要求11-17任一項所述的設(shè)備，其特征在于，在以組合、固定、安裝的方式對自給和封閉系統(tǒng)的應(yīng)用的情況下，在給定情況下實現(xiàn)為還原島(47)，該還原島(47)在給定情況下為具有天然氣開采管道(42)的海洋天然氣開采鉆塔(41)，其中氣體分離裝置(43)位于海洋天然氣開采鉆塔(41)的水表面上，UV反射器(35)固定在氣體分離裝置(43)上，在海面以下運(yùn)輸清潔的天然氣(44)和輸送分離出的CO2 (45)，離子形成室島(40)固定于海洋天然氣開采鉆塔(41)的一側(cè)，在其下方，在通過連接系統(tǒng)(36)彼此連接的二氧化碳耙(33)的周圍，發(fā)生CO2 (46)的霧化，通過連接系統(tǒng)(36)彼此連接的二氧化碳耙(33)連接海洋天然氣開采鉆塔(41)的另外一側(cè)并被日光能量(31)激活，并且CO2的霧化(46)也發(fā)生在它們的周圍。
19.根據(jù)權(quán)利要求11-17任一項所述的設(shè)備，其特征在于，在自給的移動系統(tǒng)的可能實現(xiàn)的情況中，移動系統(tǒng)為船(23)，船體表面用TiO2進(jìn)行處理，泵(21)和噴水器(48)位于船(23)上，船(23)的上部或整個表面均用TiO2涂覆，例如從海洋中泵出的水在船表面奔流或噴灑在表面上，形成一薄的水層，在水層中，陽光導(dǎo)致由光催化作用而持續(xù)的離子的產(chǎn)生(0H_)，由于連續(xù)不斷的反應(yīng)，大氣中的CO2擴(kuò)散入富氫氧根離子的水層中并被前述過程還原，并在下一步中以它的自然形式(HCO3-)溶于海水中。
20.根據(jù)權(quán)利要求11-19任一項所述的設(shè)備，其特征在于，在組合的封閉系統(tǒng)的應(yīng)用的情況下，以這樣的方式一起應(yīng)用光氧化和直流電電離這兩種方法， 反應(yīng)容器(I)被提供有經(jīng)過單向閥(3 )的煙氣入口( 2 )，霧化器表面(4)，離子閥(49 )，經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)閥(9)的氣體出口(10)，和溢流區(qū)(12)，及元件為高電壓供應(yīng)單元(51)的電離再生系統(tǒng)(50)，循環(huán)泵(52)，電離器(53)，空氣泵(54)，酸性水再生器(55)，TiO2催化劑(56 ),光催化UV輻射器(57)，空氣出口(58)，循環(huán)(59)，鉬膜(60)，離子水反饋(61)和離子水進(jìn)口(62)。
全文摘要
本發(fā)明的主題是一種還原煙氣和大氣氣體中CO2成分的方法及實施該方法的設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的方案的特征是，使用含有具有堿性特征的(OH-)離子的“氫氧根”離子水作為反應(yīng)介質(zhì)來約束二氧化碳(CO2)氣體，且二氧化碳(CO2)氣體與堿性離子水發(fā)生反應(yīng)，且在二氧化碳(CO2)氣體和水的反應(yīng)過程中，形成碳酸根離子(CO32-)和碳酸氫根/酸式碳酸根(2HCO3-)，并且它們攜帶受約束的CO2成分以穩(wěn)定的氣體或液體形態(tài)去往外界的大氣和/或外界的水。
文檔編號B01D53/62GK102770194SQ201080061603
公開日2012年11月7日 申請日期2010年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月14日
發(fā)明者費倫茨·梅薩羅斯 申請人:費倫茨·梅薩羅斯