(57)【要約】【課題】二酸化炭素含有ガス（例えば、工場の排ガス）中の二酸化炭素を、簡易にかつ低コストで、しかも効率的に十分な量で固定化するための方法を提供する。【解決手段】セメント質硬化体に二酸化炭素含有ガスを接触させて、上記二酸化炭素含有ガスに含まれている二酸化炭素を、上記セメント質硬化体に固定化する接触工程を含む、二酸化炭素の固定化方法であって、上記二酸化炭素含有ガスとして、「ＪＩＳ  Ｚ  ８８０８：２０１３  排ガス中のダスト濃度の測定方法」の「７  排ガス中の水分量の測定」に記載された方法で測定した水分量が１．５％以上でかつ温度が７５〜１７５℃のガスを用いる、二酸化炭素の固定化方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント質硬化体に二酸化炭素含有ガスを接触させて、上記二酸化炭素含有ガスに含まれている二酸化炭素を、上記セメント質硬化体に固定化する接触工程を含む、二酸化炭素の固定化方法であって、
上記二酸化炭素含有ガスは、「ＪＩＳ  Ｚ  ８８０８：２０１３  排ガス中のダスト濃度の測定方法」の「７  排ガス中の水分量の測定」に記載された方法で測定した水分量が１．５％以上でかつ温度が７５〜１７５℃のガスであることを特徴とする二酸化炭素の固定化方法。
【請求項２】
上記二酸化炭素含有ガスは、炭酸ガスの割合が、体積分率の値として、５％以上のものである請求項１に記載の二酸化炭素の固定化方法。
【請求項３】
上記二酸化炭素含有ガスが、工場の排ガスである請求項１又は２に記載の二酸化炭素の固定化方法。
【請求項４】
上記セメント質硬化体が、再生骨材、コンクリートもしくはモルタルからなる建材の廃材、または、レディーミクストコンクリートで発生するスラッジである請求項１〜３のいずれか１項に記載の二酸化炭素の固定化方法。
【請求項５】
上記接触工程の前に、上記二酸化炭素含有ガスを加熱または冷却して、上記二酸化炭素含有ガスの温度を７５〜１７５℃に調整する温度調整工程を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の二酸化炭素の固定化方法。
【請求項６】
上記接触工程の前に、上記二酸化炭素含有ガスに水分を供給して、上記二酸化炭素含有ガスの水分量を１．５％以上に調整する水分供給工程を含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の二酸化炭素の固定化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素含有ガス（例えば、工場の排ガス）中の二酸化炭素を固定化するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
排ガスに含まれている二酸化炭素を固定化して、大気中への二酸化炭素の排出量を削減するための種々の技術が、知られている。
例えば、特許文献１に、組成としてＣａＯおよび／またはＣａ（ＯＨ）２を含む固体粒子の集合体に、ＣＯ２を含む排ガスを接触させて、排ガス中のＣＯ２を固体粒子にＣａＣＯ３として固定することにより、排ガス中のＣＯ２濃度を低減させることを特徴とする排出炭酸ガスの削減方法が、記載されている。該方法によれば、工業プロセス等で発生した排ガス中のＣＯ２を効率的に吸収・除去して、ＣＯ２の大気中への排出量を削減することができる。
【０００３】
特許文献２に、廃コンクリートを破砕して得た材料を集積し、水分供給して撹拌することで湿潤状態とし、該湿潤状態の材料に、排熱を伴う排気ガスを供給して前記材料を乾燥させ、再度水分供給・材料撹拌と排ガス供給とからなる交互工程を繰り返すことで、前記材料中に前記排気ガス中の二酸化炭素を固定化させることを特徴とする二酸化炭素の固定化方法が、記載されている。該方法によれば、排熱を伴う排ガス中の二酸化炭素の固定化を、廃コンクリートの再生砂を用いて早期に実現することができる。
【０００４】
特許文献３に、コンクリート構造物の表面に、水、セメント、混和材料、骨材を含有するコンクリート組成物を硬化して得られ、表層部に空隙を有し、該表層部において大気中の二酸化炭素を固定化する二酸化炭素固定化成型体を備えてなる二酸化炭素固定化コンクリート構造物が、記載されている。該構造物によれば、大気中の二酸化炭素を効果的に固定化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１９７８１０号公報
【特許文献２】特開２００９−９０１９８号公報
【特許文献３】特開２００８−７５３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、二酸化炭素含有ガス（例えば、工場の排ガス）中の二酸化炭素を、簡易にかつ低コストで、しかも効率的に十分な量で固定化することのできる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、セメント質硬化体に二酸化炭素含有ガスを接触させる際に、二酸化炭素含有ガスとして、特定の水分量及び温度を有するものを用いれば、セメント質硬化体に、二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素を効率的に固定化させうることを見出し、本発明を完成した。
【０００８】
本発明は、以下の［１］〜［６］を提供するものである。
［１］  セメント質硬化体に二酸化炭素含有ガスを接触させて、上記二酸化炭素含有ガスに含まれている二酸化炭素を、上記セメント質硬化体に固定化する接触工程を含む、二酸化炭素の固定化方法であって、上記二酸化炭素含有ガスは、「ＪＩＳ  Ｚ  ８８０８：２０１３  排ガス中のダスト濃度の測定方法」の「７  排ガス中の水分量の測定」に記載された方法で測定した水分量が１．５％以上でかつ温度が７５〜１７５℃のガスであることを特徴とする二酸化炭素の固定化方法。
［２］  上記二酸化炭素含有ガスは、炭酸ガスの割合が、体積分率の値として、５％以上のものである、上記［１］に記載の二酸化炭素の固定化方法。
［３］  上記二酸化炭素含有ガスが、工場の排ガスである、上記［１］または［２］に記載の二酸化炭素の固定化方法。
［４］  上記セメント質硬化体が、再生骨材、コンクリートもしくはモルタルからなる建材の廃材、または、レディーミクストコンクリートで発生するスラッジである、上記［１］〜［３］のいずれかに記載の二酸化炭素の固定化処理方法。
［５］  上記接触工程の前に、上記二酸化炭素含有ガスを加熱または冷却して、上記二酸化炭素含有ガスの温度を７５〜１７５℃に調整する温度調整工程を含む、上記［１］〜［４］のいずれかに記載の二酸化炭素の固定化方法。
［６］  上記接触工程の前に、上記二酸化炭素含有ガスに水分を供給して、上記二酸化炭素含有ガスの水分量を１．５％以上に調整する水分供給工程を含む、上記［１］〜［５］のいずれかに記載の二酸化炭素の固定化方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の方法によれば、二酸化炭素含有ガス（例えば、工場の排ガス）中の二酸化炭素を、簡易にかつ低コストで、しかも効率的に十分な量（換言すると、短時間の処理で、セメント質硬化体の大きな炭酸化率を得ること）で固定化することができる。
そして、二酸化炭素を十分な量で固定化することによって、大気中への二酸化炭素の排出量を大きく削減することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の二酸化炭素の固定化方法は、セメント質硬化体に二酸化炭素含有ガスを接触させて、二酸化炭素含有ガスに含まれている二酸化炭素を、セメント質硬化体に固定化する接触工程を含むものであって、かつ、接触工程で用いる二酸化炭素含有ガスが、以下の（ａ）〜（ｂ）の条件を満たすものである。
（ａ）「ＪＩＳ  Ｚ  ８８０８：２０１３  排ガス中のダスト濃度の測定方法」の「７  排ガス中の水分量の測定」に記載された方法で測定した水分量が、１．５％以上であること
（ｂ）温度が７５〜１７５℃であること
【００１１】
本明細書中、セメント質硬化体は、セメント及び水を含む組成物が硬化してなるものを意味し、具体的には、コンクリートからなる硬化体、モルタルからなる硬化体、及び、セメントペーストからなる硬化体のいずれかを意味する。
また、本明細書中、「セメント質硬化体」の語は、完全に硬化した硬化体の他、半硬化の硬化体（換言すると、硬化が進行中のもの）を包含するものとする。
セメント質硬化体としては、廃棄物の利用促進の観点から、再生使用されるセメント硬化体が好ましく用いられる。
再生使用されるセメント質硬化体の例としては、再生骨材や、コンクリートもしくはモルタルからなる建材の廃材や、セメントペースト硬化体の廃材や、レディーミクストコンクリートで発生するスラッジ（完全に硬化したもの、または、脱水処理後の半硬化状態のスラッジ）等が挙げられる。
セメント質硬化体は、二酸化炭素含有ガスとの接触面積を大きくして、固定化される二酸化炭素の量を増大させるために、好ましくは、粒状物の形態を有するものである。
該粒状物の寸法は、好ましくは５０ｍｍ以下、より好ましくは４０ｍｍ以下、さらに好ましくは３０ｍｍ以下、さらに好ましくは２０ｍｍ以下、特に好ましくは１０ｍｍ以下である。ここで、粒状物の寸法とは、その粒状物の最大寸法（例えば、断面が楕円の形状である場合、長軸の寸法）をいう。
【００１２】
本明細書中、二酸化炭素含有ガスは、炭酸ガス（気体であるＣＯ２）を含むガスを意味する。
二酸化炭素含有ガスの例としては、工場の排ガス等が挙げられる。
工場の排ガスとしては、セメント工場の排ガスや、石炭火力発電所の排ガスや、塗装工場における排気処理で発生する排ガス等が挙げられる。
また、工場の排ガスとしては、工場の排ガスから分離及び回収してなる高純度化したガスを用いることもできる。
二酸化炭素含有ガス中の炭酸ガスの割合は、体積分率の値として、好ましくは５％以上、より好ましくは１０％以上、さらに好ましくは１５％以上、特に好ましくは２０％以上である。該割合が５％以上であると、固定化される二酸化炭素の量が大きくなり、大気中への二酸化炭素の排出量の削減の効果が大きくなることから、好ましい。
【００１３】
本発明で用いる二酸化炭素含有ガスは、「ＪＩＳ  Ｚ  ８８０８：２０１３  排ガス中のダスト濃度の測定方法」の「７  排ガス中の水分量の測定」に記載された方法で測定した水分量が、１．５％以上であるという条件を満たすものである。
該水分量は、二酸化炭素含有ガス中の水蒸気の割合であり、体積分率（単位：％）を意味する。
該水分量は、１．５％以上、好ましくは２％以上、より好ましくは３％以上、さらに好ましくは４％以上、特に好ましくは４．５％以上である。該水分量が１．５％未満であると、固定化される炭酸ガス（二酸化炭素）の量が小さくなる。すなわち、同量でかつ炭酸ガスの割合（体積分率）が同じである二酸化炭素含有ガスを用いた場合であっても、水分量が１．５％以上であると、固定化される二酸化炭素の量が大きくなり、大気中への二酸化炭素の排出量の削減の効果が大きくなる。
【００１４】
上記水分量は、水分の供給の負担の増大を考慮せず、二酸化炭素の固定化の量の増大のみを考慮する場合、上述の好ましい数値範囲よりも、さらに大きく定めることができる。
この場合、該水分量は、好ましくは１０％以上、より好ましくは２０％以上、さらに好ましくは２５％以上、特に好ましくは３０％以上である。このように水分量を増大させると、炭酸ガス（二酸化炭素）の固定化を、より効率的にかつ多量に行うことができる。
該水分量の上限値は、特に限定されないが、水分量が大きいほど、水分の供給の負担（特に、水分供給設備の高性能化や多量の水が必要であること）が大きくなることから、好ましくは７０％、より好ましくは６０％、特に好ましくは５０％である。
本発明の方法の適用の対象物として想定している二酸化炭素含有ガス（例えば、工場の排ガス）の水分量が、１．５％未満である場合、二酸化炭素含有ガスに水分を供給して、該ガスの水分量を１．５％以上の所望の値に調整することができる。
【００１５】
本発明において、二酸化炭素含有ガスは、温度が７５〜１７５℃であるという条件を満たすものである。
上記温度は、７５〜１７５℃、好ましくは８０〜１５０℃、より好ましくは８２〜１２０℃、さらに好ましくは８５〜１１５℃、さらに好ましくは９０〜１１３℃、さらに好ましくは９５〜１１０℃、特に好ましくは１００〜１０８℃である。
上記温度が７５〜１７５℃の範囲外であると、固定化される炭酸ガス（二酸化炭素）の量が小さくなる。
本発明の方法の適用の対象物として想定している二酸化炭素含有ガス（例えば、工場の排ガス）の温度が、７５℃未満または１７５℃を超える場合、二酸化炭素含有ガスを加熱または冷却して、該ガスの温度を７５〜１７５℃の範囲内の所望の値に調整することができる。
【００１６】
本発明で用いる二酸化炭素含有ガスの好ましい実施形態例の一つとして、水蒸気、炭酸ガス、及び不活性ガスを含むガスが挙げられる。
不活性ガスの例としては、窒素ガス、アルゴンガス等が挙げられる。
二酸化炭素含有ガス中の不活性ガスの割合は、体積分率の値として、好ましくは１０％以上、より好ましくは２０％以上、さらに好ましくは３０％以上、特に好ましくは３５％以上である。該割合が１０％以上であると、このような二酸化炭素含有ガスの入手が容易であることなどから、好ましい。
【００１７】
本発明で用いる二酸化炭素含有ガスの他の成分（水蒸気、炭酸ガス及び不活性ガス以外の成分）の例としては、一酸化炭素、炭化水素類、窒素酸化物、硫黄酸化物等が挙げられる。これら他の成分の例示物は、通常、工場の排ガス等に含まれているものである。
二酸化炭素含有ガス中の他の成分の割合は、体積分率の値として、好ましくは３０％以下、より好ましくは２０％以下、さらに好ましくは１０％以下、特に好ましくは５％以下である。該割合が３０％以下であると、このような二酸化炭素含有ガスの入手が容易であることなどから、好ましい。
【実施例】
【００１８】
以下、実施例によって本発明を説明する。ただし、本発明は、実施例によって限定されるものではなく、特許請求の範囲に包含される限りにおいて種々の実施形態を採り得るものである。
【００１９】
［実施例１］
（１）セメント質硬化体からなる供試体の作製
早強ポルトランドセメント１００質量部と、水６０質量部を混合して、セメントペーストを得た後、このセメントペーストを型枠内に充填して、５０日間、水で満たした密封容器内で養生して、供試体であるセメントペースト硬化体（寸法：１０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍ）を作製した。
（２）二酸化炭素含有ガスとの接触
作製した供試体（セメントペースト硬化体）を、管状電気炉（品番：ＫＴＦ４３３、製造元：光洋サーモシステム社）内のアルミナボート上に載置した。次いで、表１に記載された組成を有する二酸化炭素含有ガスを、管状電気炉内に供給し、８０℃の温度雰囲気下で６０分間、供試体を二酸化炭素含有ガスと接触させて加熱処理した。
なお、表１中、「二酸化炭素含有ガスの組成（％）」の欄中の値は、体積分率（％）を表す。「水蒸気」の値は、「ＪＩＳ  Ｚ  ８８０８：２０１３  排ガス中のダスト濃度の測定方法」の「７  排ガス中の水分量の測定」に記載された方法で測定した水分量（％）を表す。
【００２０】
（３）炭酸化率の算出
前記（２）の加熱処理後の供試体（セメントペースト硬化体）について、示差熱・熱重量同時測定装置（ＴＧ−ＤＴＡ）を用いて、４８０℃から８００℃までの質量の減少から、炭酸カルシウムの割合（ＴＧ−ＤＴＡ測定後（１０００℃まで加熱）の試料質量に対する炭酸カルシウムの質量比；単位：質量％）を求めた。
ここで、炭酸カルシウムの割合（単位：質量％）は、ＴＧ−ＤＴＡによる測定後（１０００℃に達するまで加熱して測定）の供試体の質量に対する炭酸カルシウムの質量比（換言すると、［炭酸カルシウムの質量］×１００／［供試体の質量」；単位：％）を意味する。
なお、ＴＧ−ＤＴＡにおける４８０℃から８００℃までの質量の減少は、供試体（セメントペースト硬化体）に含まれている炭酸カルシウムが脱炭酸したこと（換言すると、ＣａＣＯ３がＣａＯに変化したこと）を示す。つまり、該質量の減少の程度（ＣＯ２量）に基いて、脱炭酸前の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）の量を算出することができる。
【００２１】
一方、未水和セメント中の主要鉱物（エーライト、ビーライト、Ｃ３Ａ、Ｃ４ＡＦ）が完全に炭酸化された場合、未水和セメント１００質量％に対する炭酸カルシウムの質量の比（以下、「炭酸カルシウムの理論質量比」ともいう。）は、理論上、１１３質量％と算出される。
ここで、炭酸カルシウムの理論質量比は、以下の式で表される。
炭酸カルシウムの理論質量比（％）＝「未水和セメント中の主要鉱物（エーライト、ビーライト、Ｃ３Ａ、Ｃ４ＡＦ）が完全に炭酸化された場合における炭酸カルシウムの質量」×１００÷「未水和セメントの質量」
なお、Ｃ３Ａは、アルミネート相（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）を意味し、Ｃ４ＡＦは、フェライト相（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３）を意味する。
したがって、炭酸化率（％）は、以下の式によって算出することができる。
炭酸化率（％）＝「ＴＧ−ＤＴＡによる測定後（１０００℃に達するまで加熱して測定）の供試体の質量に対する炭酸カルシウムの質量比（％）」×１００÷「炭酸カルシウムの理論質量比（１１３％）」
この式を用いて算出した炭酸化率は、２４質量％であった。
【００２２】
［実施例２〜７、比較例１〜２］
管状電気炉内の温度、及び、二酸化炭素含有ガスの組成を、表１に記載されているとおりに変更した以外は実施例１と同様にして、実験を行った。
以上の結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
2020015659.tif 000002
【００２４】
表１から、実施例１〜６では、加熱温度及び水蒸気の割合（水分量）が本発明で規定する数値範囲内であるため、炭酸化率が２０％以上であり、二酸化炭素を十分な量で固定化していることがわかる。一方、比較例１〜２では、加熱温度が本発明で規定する数値範囲を外れているため、炭酸化率が２０％未満であり、固定化される二酸化炭素の量が不十分であることがわかる。