【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种使用二氧化碳及水来制造碳及氢的碳及氢的制造方法、碳材料、还原剂以及二氧化碳的分解方法。本申请基于2021年6月29日于日本申请的专利申请2021-107907号及2022年6月28日于日本申请的专利申请2022-103360号主张优先权，并将其内容援用于此。
技术介绍
1、例如，在炼铁厂、火力发电厂、水泥工厂、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。
2、另一方面，随着燃料电池汽车(fcv)或氢发电等对氢需求的增大，需要能够以低成本大量供给的氢。
3、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。
4、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以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。
5、另一方面，作
6、专利文献1：日本特开平5-184912号公报
7、专利文献2：日本特开2001-233601号公报
8、然而，在专利文献1中所公开的反应条件下存在如下课题：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，因此无法有效地对二氧化碳进行分解处理等。并且，在通过专利文献1的方法连续地分解二氧化碳的情况下，需要从外部供给用于将磁铁矿还原为氧缺位铁氧化物的氢，还存在供给氢所需的成本高这种课题。
9、而且，在专利文献1中，由于使用昂贵的纳米尺寸的磁铁矿，因此二氧化碳的分解成本高。并且，由于所生成的碳不是附加值高的纳米碳(＞1μm)，因此存在二氧化碳分解厂的经济性较低这种课题。
10、在专利文献2中，参与氢制造反应的物质较多(除了作为铁化合物的磁铁矿以外还有镁化合物)，反应机构复杂。并且，由于反应所需的温度较高(～1000℃左右)，因此存在能量消耗量多且制造成本变高这种课题。
11、并且，专利文献2仅着眼于有效利用从大量消耗能量的各种工厂排出的废热，也需要有效利用从大多数的这种工厂中与废热一起排出的二氧化碳。
技术实现思路
1、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由二氧化碳和水有效地生成碳及氢且反复生成并利用反应中所使用的还原剂的碳及氢的制造方法、由此获得的碳材料、还原剂以及二氧化碳的分解方法。
2、为了解决上述问题，本专利技术提出以下的方法。
3、即，本专利技术的碳及氢的制造方法的特征在于，包括：二氧化碳分解工序，使二氧化碳与还原剂进行反应而生成表面上附着有碳的磁铁矿；碳分离工序，使在所述二氧化碳分解工序中所获得的表面上附着有碳的磁铁矿与盐酸(氯化氢的水溶液)或氯化氢气体进行反应而生成碳和氯化铁；氢制造工序，使在所述碳分离工序中所获得的氯化铁与水进行反应而生成磁铁矿、氢及氯化氢气体；以及还原剂再生工序，使在所述氢制造工序中所获得的磁铁矿及氢彼此反应而生成在所述二氧化碳分解工序中所使用的所述还原剂，所述还原剂为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、通过使磁铁矿完全还原而获得的氧完全缺位铁(δ＝4)、通过使赤铁矿或使用过的暖宝宝(カイロ)还原而获得的氧缺位铁氧化物或者通过使赤铁矿或使用过的暖宝宝完全还原而获得的氧完全缺位铁。
4、根据本专利技术，通过将维持磁铁矿的晶体结构且由氧原子的脱落引起的原子空位多的氧缺位铁氧化物或氧完全缺位铁用作还原剂以使二氧化碳还原，能够以低成本有效地由二氧化碳制造碳。
5、并且，通过使在碳分离工序中所获得的氯化铁与水进行反应，能够以低成本有效地分解水来制造高纯度的氢。在这种氢制造中，仅通过增加磁铁矿或氯化铁的循环量，就能够容易增加氢的生成量。
6、并且，在本专利技术中，可以在所述二氧化碳分解工序中，将反应温度设在300℃以上且450℃以下的范围内。
7、并且，在本专利技术中，可以在所述二氧化碳分解工序中，将反应压力设在0.01mpa以上且5mpa以下的范围内。
8、并且，在本专利技术中，可以在所述碳分离工序中，将反应温度设在10℃以上且300℃以下的范围内。
9、并且，在本专利技术中，可以在所述氢制造工序中，将反应温度设在10℃以上且800℃以下的范围内。
10、并且，在本专利技术中，可以在所述还原剂再生工序中，将反应温度设在300℃以上且450℃以下的范围内。
11、并且，在本专利技术中，在所述还原剂再生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。
12、并且，在本专利技术中，在所述还原剂再生工序中，所述磁铁矿的基于bet法的比表面积可以在0.1m2/g以上且10m2/g以下的范围内。
13、并且，在本专利技术中，在所述还原剂再生工序中，所述磁铁矿的平均粒径(体积累计平均直径(50％直径)，以下同样)可以在1μm以上且1000μm以下的范围内。
14、并且，在本专利技术中，在所述还原剂再生工序中，所述磁铁矿的堆积密度可以在0.3g/cm3以上且3g/cm3以下的范围内。
15、并且，在本专利技术中，所述碳可以是粒径为1μm以下的纳米尺寸的碳。
16、本专利技术的碳材料的特征在于，通过上述各项所述的碳及氢的制造方法来制造。
17、本专利技术的还原剂的特征在于，所述还原剂为在上述各项所述的碳及氢的制造方法中的所述还原剂再生工序中生成的还原剂。
18、本专利技术的二氧化碳的分解方法的特征在于，使还原剂与二氧化碳进行反应而分解所述二氧化碳，所述还原剂为在维持磁铁矿的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者通过使磁铁矿完全还原而获得的氧完全缺位铁(δ＝4)。
19、根据本专利技术，能够提供一种能够由二氧化碳和水有效地生成碳及氢且反复生成并利用本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳及氢的制造方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的碳及氢的制造方法，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的碳及氢的制造方法，其特征在于，
4.根据权利要求1至3中任一项所述的碳及氢的制造方法，其特征在于，
5.根据权利要求1至4中任一项所述的碳及氢的制造方法，其特征在于，
6.根据权利要求1至5中任一项所述的碳及氢的制造方法，其特征在于，
7.根据权利要求1至6中任一项所述的碳及氢的制造方法，其特征在于，
8.根据权利要求1至7中任一项所述的碳及氢的制造方法，其特征在于，
9.根据权利要求1至8中任一项所述的碳及氢的制造方法，其特征在于，
10.根据权利要求1至9中任一项所述的碳及氢的制造方法，其特征在于，
11.根据权利要求1至10中任一项所述的碳及氢的制造方法，其特征在于，
12.一种碳材料，其特征在于，通过权利要求1至11中任一项所述的碳及氢的制造方法来制造。
13.一种还原剂，其特征在于，所述还原剂为在权利
14.一种二氧化碳的分解方法，其特征在于，使还原剂与二氧化碳进行反应而分解所述二氧化碳，所述还原剂为在维持磁铁矿的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者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。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种碳及氢的制造方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的碳及氢的制造方法，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的碳及氢的制造方法，其特征在于，
4.根据权利要求1至3中任一项所述的碳及氢的制造方法，其特征在于，
5.根据权利要求1至4中任一项所述的碳及氢的制造方法，其特征在于，
6.根据权利要求1至5中任一项所述的碳及氢的制造方法，其特征在于，
7.根据权利要求1至6中任一项所述的碳及氢的制造方法，其特征在于，
8.根据权利要求1至7中任一项所述的碳及氢的制造方法，其特征在于，
9.根据权利要求1至8中任一项所述的碳及氢的制造方法，其特征在于，
10.根据权利要求1至...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴文斌，堀内伸刚，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：发明
国别省市：
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