碳材料的制造方法、碳材料、二氧化碳的分解方法及还原剂技术

其特征在于，包括使二氧化碳与还原剂进行反应而生成碳的碳生成工序，所述还原剂使用在维持晶体结构的状态下通过使磁铁矿还原而获得的由Fe3O4‑

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳材料的制造方法、碳材料、二氧化碳的分解方法及还原剂


[0001]本专利技术涉及一种使二氧化碳还原来制造碳的碳材料的制造方法、碳材料、二氧化碳的分解方法及还原剂。
[0002]本申请基于2021年1月28日于日本申请的专利申请2021
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012445号及专利申请2021
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012447号以及2022年1月27日于日本申请的专利申请2022
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011185号及专利申请2022
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011195号主张优先权，并将它们的内容援用于此。

技术介绍

[0003]例如，在炼铁厂、火力发电厂、水泥制造厂、垃圾焚烧设施等中排出大量的二氧化碳(CO2)。因此，从防止地球温室效应的观点出发，重要的是不将二氧化碳释放到大气中而进行回收。
[0004]以往，作为分离并回收二氧化碳的技术，已知有化学吸收法，物理吸收法，膜分离法等。并且，作为分解所回收的二氧化碳的技术，已知有半导体光催化法、使用金属胶体催化剂、金属络合物、催化剂等的光化学还原法、电化学还原法、使用化学固定变换反应(例如与碱的反应、转移反应、脱水反应、加成反应等)的分解方法等。然而，从反应效率、成本、消耗能量等方面而言，这些二氧化碳的分解方法均存在不实用这种课题。
[0005]因此，例如在专利文献1中公开了如下方法：使用在晶格中具有作为氧缺位部位的空位的磁铁矿即氧缺位铁氧化物来使二氧化碳还原而生成碳，并由碳获得甲烷或甲醇。在这种专利文献1的专利技术中，通过用氧缺位铁氧化物来分解二氧化碳(还原反应)，并用氢使经氧化而产生的铁氧化物还原而再次恢复成氧缺位铁氧化物，从而能够实现可连续且有效地分解二氧化碳的封闭系统。
[0006]专利文献1：日本特开平5
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184912号公报(A)
[0007]然而，专利文献1中所公开的反应条件存在如下课题：氧缺位铁氧化物的氧缺位度较小(在由Fe3O4‑
δ
表示氧缺位铁氧化物的情况下，δ最大为0.16左右)，二氧化碳的分解能力较低，无法有效地对二氧化碳进行分解处理等。

技术实现思路

[0008]本专利技术是鉴于前述情况而完成的，其目的在于，提供一种能够使用还原能力高的还原剂以高反应效率分解二氧化碳来有效地制造碳材料的碳材料的制造方法、由此获得的碳材料、二氧化碳的分解方法及还原剂。
[0009]并且，其目的在于，提供一种能够有效利用在炼铁厂中所产生的排出气体(二氧化碳、副产氢)和废热，并使用还原能力高的还原剂以高反应效率分解二氧化碳来有效地制造碳材料的碳材料的制造方法、由此获得的碳材料及二氧化碳的分解方法。
[0010]将本专利技术的方式示于以下。
[0011](1)本专利技术的一方式的碳材料的制造方法(以下，称为“本专利技术的碳材料的制造方法”)的特征在于，所述制造方法包括使二氧化碳与还原剂进行反应而生成碳的碳生成工
序，所述还原剂使用在维持晶体结构的状态下通过使磁铁矿还原而获得的由Fe3O4‑
δ
(其中，δ为1以上且小于4)所表示的氧缺位铁氧化物或通过使磁铁矿完全还原而获得的氧完全缺位铁(δ＝4)。
[0012](2)上述本专利技术的碳材料的制造方法可以进一步包括还原剂生成工序，在所述还原剂生成工序中，使被还原磁铁矿与氢进行反应以进行所述磁铁矿的脱氧反应而生成所述氧缺位铁氧化物或所述氧完全缺位铁。
[0013](3)在上述本专利技术的碳材料的制造方法中，可以在所述还原剂生成工序中，将反应温度设在300℃以上且450℃以下的范围内。
[0014](4)在上述本专利技术的碳材料的制造方法中，在所述还原剂生成工序中所使用的氢的浓度可以在5体积％以上且100体积％以下的范围内。
[0015](5)上述本专利技术的碳材料的制造方法可以进一步包括碳回收工序，所述碳回收工序为所述碳生成工序的后工序，通过溶解被氧化的所述还原剂来分离所述碳。
[0016](6)在上述本专利技术的碳材料的制造方法中，所述碳可以为粒径为1μm以下的纳米尺寸的碳。
[0017](7)在上述本专利技术的碳材料的制造方法中，可以在所述碳生成工序中，将反应温度设在300℃以上且450℃以下的范围内。
[0018](8)在上述本专利技术的碳材料的制造方法中，可以在所述碳生成工序中，将反应压力设在0.01MPa以上且5MPa以下的范围内。
[0019](9)在上述本专利技术的碳材料的制造方法中，可以在所述碳生成工序中，生成所述碳和被生成磁铁矿，在所述还原剂生成工序中，使用所述被生成磁铁矿作为所述被还原磁铁矿，所述二氧化碳或所述氢中的至少任一者的至少一部分使用在炼铁厂中所产生的排出气体。
[0020](9B)本专利技术的另一方式的碳材料的制造方法的特征在于，所述制造方法包括：碳生成工序，使二氧化碳与还原剂进行反应而生成碳和磁铁矿；及还原剂生成工序，使所述磁铁矿与氢进行反应而生成所述还原剂，所述二氧化碳或所述氢中的至少任一者的至少一部分使用在炼铁厂中所产生的排出气体，所述还原剂使用在维持晶体结构的状态下通过使磁铁矿还原而获得的由Fe3O4‑
δ
(其中，δ为1以上且小于4)所表示的氧缺位铁氧化物或通过使磁铁矿完全还原而获得的氧完全缺位铁(δ＝4)。
[0021](10)在上述本专利技术的碳材料的制造方法中，可以在所述还原剂生成工序中，反应温度在300℃以上且450℃以下的范围内，使用在所述炼铁厂中所产生的废热进行加热。
[0022](11)在上述本专利技术的碳材料的制造方法中，在所述还原剂生成工序中所使用的氢的浓度可以在5体积％以上且100体积％以下的范围内。
[0023](12)在上述本专利技术的碳材料的制造方法中，可以在所述碳生成工序中，反应温度在300℃以上且450℃以下的范围内，使用在所述炼铁厂中所产生的废热进行加热。
[0024](13)在上述本专利技术的碳材料的制造方法中，可以在所述碳生成工序中，反应压力在0.01MPa以上且5MPa以下的范围内。
[0025](14)在上述本专利技术的碳材料的制造方法中，所述碳可以为粒径为1μm以下的纳米尺寸的碳。
[0026](15)所述磁铁矿中的至少一部分可以使用包含在所述炼铁厂中所使用的铁矿石
中的铁砂。
[0027](16)上述本专利技术的碳材料的制造方法可以包括如下工序：将经过所述碳生成工序的被氧化的所述还原剂中的至少一部分作为在所述炼铁厂中消耗的炼铁原料供给至所述炼铁厂中。
[0028](17)上述本专利技术的碳材料的制造方法可以包括如下工序：将在所述碳生成工序中所生成的所述碳中的至少一部分作为在所述炼铁厂中消耗的焦炭的替代品供给至所述炼铁厂中。
[0029](18)上述本专利技术的碳材料的制造方法可以进一步包括碳回收工序，所述碳回收工序为所述碳生成工序的后工序，通过溶解被氧化的所述还原剂来分离所述碳。
[0030](19)在上述本专利技术的碳材料的制造方法中，所述被还原磁铁矿的基于BET法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种碳材料的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括碳生成工序，在所述碳生成工序中，使二氧化碳与还原剂进行反应而生成碳，所述还原剂使用在维持晶体结构的状态下通过使磁铁矿还原而获得的由Fe3O4‑
δ
所表示的氧缺位铁氧化物或通过使磁铁矿完全还原而获得的氧完全缺位铁，在所述氧缺位铁氧化物中，δ为1以上且小于4，在所述氧完全缺位铁中，δ＝4。2.根据权利要求1所述的碳材料的制造方法，其特征在于，所述制造方法进一步包括还原剂生成工序，在所述还原剂生成工序中，使被还原磁铁矿与氢进行反应以进行所述磁铁矿的脱氧反应而生成所述氧缺位铁氧化物或所述氧完全缺位铁。3.根据权利要求2所述的碳材料的制造方法，其特征在于，在所述还原剂生成工序中，将反应温度设在300℃以上且450℃以下的范围内。4.根据权利要求2或3中任一项所述的碳材料的制造方法，其特征在于，在所述还原剂生成工序中所使用的氢的浓度在5体积％以上且100体积％以下的范围内。5.根据权利要求1至4中任一项所述的碳材料的制造方法，其特征在于，所述制造方法进一步包括碳回收工序，所述碳回收工序为所述碳生成工序的后工序，通过溶解被氧化的所述还原剂来分离所述碳。6.根据权利要求1至5中任一项所述的碳材料的制造方法，其特征在于，所述碳为粒径为1μm以下的纳米尺寸的碳。7.根据权利要求1至6中任一项所述的碳材料的制造方法，其特征在于，在所述碳生成工序中，将反应温度设在300℃以上且450℃以下的范围内。8.根据权利要求1至7中任一项所述的碳材料的制造方法，其特征在于，在所述碳生成工序中，将反应压力设在0.01MPa以上且5MPa以下的范围内。9.根据权利要求2所述的碳材料的制造方法，其特征在于，在所述碳生成工序中，生成所述碳和被生成磁铁矿，在所述还原剂生成工序中，使用所述被生成磁铁矿作为所述被还原磁铁矿，所述二氧化碳或所述氢中的至少任一者的至少一部分使用在炼铁厂中所产生的排出气体。10.根据权利要求9所述的碳材料的制造方法，其特征在于，在所述还原剂生成工序中，反应温度在300℃以上且450℃以下的范围内，使用在所述炼铁厂中所产生的废热进行加热。11.根据权利要求9或10所述的碳材料的制造方法，其特征在于，在所述还原剂生成工序中所使用的氢的浓度在5体积％以上且100体积％以下的范围内。12.根据权利要求9至11中任一项所述的碳材料的制造方法，其特征在于，在所述碳生成工序中，反应温度在300℃以上且450℃以下的范围内，使用在所述炼铁厂中所产生的废热进行加热。13.根据权利要求9至12中任一项所述的碳材料的制造方法，其特征在于，
在所述碳生成工序中，反应压力在0.01MPa以上且5MPa以下的范围内。14.根据权利要求9至13中任一项所述的碳材料的制造方法，其特征在于，所述碳为粒径为1μm以下的纳米尺寸的碳。15.根据权利要求9至14中任一项所述的碳材料的制造方法，其特征在于，所述磁铁矿中的至少一部分使用包含在所述炼铁厂中所使用的铁矿石中的铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴文斌，堀内伸刚，稻田和久，福田达弥，伊藤美贵，种市弥生，坂本由布子，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：发明
国别省市：