Регенерируемый ионообменный материал для снижения количества co2

Регенерируемый ионообменный материал для снижения количества co2

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу снижения количества CO₂ в источнике, содержащем диоксид углерода, путем применения регенерируемого ионообменного материала, а также к применению регенерируемого ионообменного материала для снижения количества CO₂ в источнике, содержащем диоксид углерода.

Свидетельством изменений климатической системы является наблюдаемое возрастание глобальных температур воздуха и океана. Более того, климатические модели указывают на то, что на протяжении 21 века глобальная температура поверхности может дополнительно возрасти примерно на 6°C. В данной оценке возрастание концентрации парниковых газов рассматривается как играющее важную роль. Однако выбрасываемые парниковые газы в значительной степени являются результатом человеческой деятельности, такой как вырубка лесов и сжигание ископаемых топлив (например, угля, бензина, нефти и так далее), где основным выбрасываемым газом является диоксид углерода.

Соответственно, одной из главных проблем в данном отношении является снижение концентрации присутствующих парниковых газов и в особенности диоксида углерода и, более того, снижение или предотвращение выброса таких газов в атмосферу.

В уровне технике предлагалось несколько подходов для снижения концентрации диоксида углерода в атмосфере и снижения или предотвращения выброса таких газов в атмосферу. Например, в публикации WO 2011/049759 описан способ удаления диоксида углерода из различных типов газосбрасывающих источников, содержащих диоксид углерода, включая удаление диоксида углерода из промышленных газосбрасывающих источников, посредством применения ионообменного материала. В заявке США 2011/0091955 A1 описан способ, включающий в себя (i) приведение газового потока, содержащего CO₂, в контакт с катализатором с формированием раствора, содержащего гидратированный CO₂; и (ii) обработку раствора с получением композиции, содержащей метастабильный карбонат. Описано, что метастабильный карбонат является более стабильным в соленой воде, чем в пресной воде. Метастабильный карбонат может быть выбран из группы, состоящей из фатерита, арагонита, аморфного карбоната кальция и их сочетаний.

Более того, в заявке США 2011/041688 A1 описано, что в дополнительных структурах и технологических приемах используется сорбирующая структура для того, чтобы связать диоксид углерода, присутствующий в потоке воздуха, нагруженном диоксидом углерода, а технологическое тепло используют для того, чтобы отделить диоксид углерода от сорбирующей структуры и регенерировать сорбирующую структуру. В заявке США 2010/258506 A1 описан способ снижения концентрации CO₂ в текучей среде, причем способ включает в себя применение потока первого газа, содержащего следовые количества CO₂ или не содержащего CO₂, в отношении текучей среды, содержащей: второй газ, содержащий CO₂ в концентрации по меньшей мере более высокой, чем таковая, обнаруживаемая в состоянии равновесия воздух-вода; соль; и жидкость; в результате чего в указанной текучей среде образуется твердый карбонат, и концентрация указанного CO₂ в указанной текучей среде уменьшается. В заявке США 2008/289495 A1 описана система удаления диоксида углерода из атмосферы для уменьшения глобального потепления, включающая в себя систему экстракции воздуха, которая собирает диоксид углерода из атмосферы посредством среды и удаляет диоксид углерода из данной среды; систему связывания, которая обособляет удаленный диоксид углерода в местоположении по меньшей мере для хранения и которая может увеличивать доступность возобновляемой энергии или нетопливных продуктов, таких как удобрения и строительные материалы; и один или более источников энергии, которые подают технологическое тепло в систему экстракции воздуха для удаления диоксида углерода из среды и где данное тепло может регенерировать систему для непрерывного использования.

В заявке США 2004/219090 A1 описан способ селективного удаления диоксида углерода из газового потока путем превращения диоксида углерода в твердую, стабильную форму. В способе связывания обогащенный диоксидом углерода воздух пропускают через газодиффузионную мембрану для переноса диоксида углерода в текучую среду. Затем богатую диоксидом углерода текучую среду пропускают через матрицу, содержащую катализатор, специфичный к диоксиду углерода, который ускоряет превращение диоксида углерода в угольную кислоту. На конечной стадии в реакцию добавляют минеральный ион, так что образуется осадок карбонатной соли. В патенте США 7314847 описан способ получения сорбентов для содействия удалению диоксида углерода (CO₂) из атмосферы или из других источников, таких как электростанции.

Однако описанные способы снижения концентрации диоксида углерода в атмосфере и снижения или предотвращения выброса таких газов в атмосферу обладают тем недостатком, что диоксид углерода обычно не связывается химически и, более того, тем, что использованные сорбирующие материалы расходуются в ходе осуществления описанных способов.

Таким образом, существует постоянная потребность в усовершенствованных способах снижения количества CO₂ в источнике, содержащем диоксид углерода, которые решают описанные выше технические проблемы и в особенности позволяют снижать концентрацию диоксида углерода наряду с регенерацией использованного сорбирующего материала.

Соответственно, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставить способ снижения количества CO₂ в источнике, содержащем диоксид углерода, используя регенерируемый сорбирующий материал. Дополнительная цель заключается в том, чтобы предоставить способ снижения количества CO₂ в источнике, содержащем диоксид углерода, такой, что уловленный диоксид углерода превращается в форму, которая является стабильной во времени. Еще одна дополнительная цель заключается в том, чтобы предоставить способ снижения количества CO₂ в источнике, содержащем диоксид углерода, такой, что стабильная форма уловленного диоксида углерода может быть легко отделена. Другая дополнительная цель заключается в том, чтобы предоставить способ снижения количества CO₂ в источнике, содержащем диоксид углерода, который может быть осуществлен в экономически эффективных условиях, то есть путем снижения содержания или предотвращения применения дорогостоящих сырьевых материалов на основе антропогенных ресурсов. Дополнительные цели могут быть уяснены из нижеследующего описания изобретения.

Вышеупомянутые и другие задачи решены объектом изобретения, определяемым в описании настоящего изобретения.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предоставлен способ снижения количества CO₂ в источнике, содержащем диоксид углерода, путем использования регенерируемого ионообменного материала, где способ включает в себя следующие стадии:

a) предоставления по меньшей мере одного ионообменного материала, содержащего по меньшей мере один катион щелочноземельного металла,

b) предоставления по меньшей мере одного источника, содержащего диоксид углерода,

c) предоставления по меньшей мере одного источника по меньшей мере одного катиона, который способен замещать по меньшей мере один катион щелочноземельного металла по меньшей мере одного ионообменного материала,

d) предоставления по меньшей мере одного источника по меньшей мере одного катиона щелочноземельного металла,

e) приведения в контакт по меньшей мере одного ионообменного материала стадии a) с по меньшей мере одним источником по меньшей мере одного катиона стадии c) с тем, чтобы получить смесь, содержащую

i) по меньшей мере один ионообменный материал и

ii) по меньшей мере один катион щелочноземельного металла, высвобожденный из по меньшей мере одного ионообменного материала стадии a),

f) отделения по меньшей мере одного катиона щелочноземельного металла стадии ii) от по меньшей мере одного ионообменного материала стадии i),

g) приведения в контакт по меньшей мере одного катиона щелочноземельного металла, полученного на стадии f), с по меньшей мере одним источником, содержащим диоксид углерода, стадии b) с тем, чтобы получить карбонатную соль по меньшей мере одного катиона щелочноземельного металла, и

h) приведения в контакт по меньшей мере одного ионообменного материала, полученного на стадии f), с по меньшей мере одним источником по меньшей мере одного катиона щелочноземельного металла стадии d) с тем, чтобы регенерировать по меньшей мере один ионообменный материал стадии a).

Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что вышеупомянутый способ по настоящему изобретению приводит к стабильному продукту карбоната щелочноземельного металла, то есть он может быть легко отделен, и позволяет избежать применения дорогостоящих сырьевых материалов на основе антропогенных ресурсов посредством использования регенерируемого сорбирующего материала. Точнее говоря, авторы изобретения обнаружили, что концентрация диоксида углерода в источнике, содержащем диоксид углерода, может быть снижена путем превращения диоксида углерода в определенную карбонатную соль путем использования определенного регенерируемого ионообменного материала.

Следует понимать, что в контексте настоящего изобретения следующие термины имеют следующее значение:

В контексте настоящего изобретения термин “регенерируемый” ионообменный материал относится к материалу, который воссоздается в ходе цикла осуществления способа.

В контексте настоящего изобретения термин “ионообменный материал” относится к материалу, который способен к обмену катионов щелочноземельного металла на катионы, способные замещать катионы щелочноземельного металла, и наоборот.

Когда в нижеследующем описании упоминаются предпочтительные варианты осуществления или технические подробности способа по изобретению, служащего для снижения количества CO₂ в источнике, содержащем диоксид углерода, путем применения регенерируемого ионообменного материала, то необходимо понимать, что данные предпочтительные варианты осуществления или технические подробности также относятся к применению по изобретению, определение которому дается здесь, и наоборот (при условии уместности). Если, например, указано, что по меньшей мере один ионообменный материал способа по изобретению представляет собой природный и/или синтетический ионообменный материал, тогда также по меньшей мере один ионообменный материал применения по изобретению представляет собой природный и/или синтетический ионообменный материал.

Настоящее изобретение будет описано в отношении конкретных вариантов осуществления и со ссылкой на определенные чертежи, но изобретение не ограничено ими, но лишь формулой изобретения. Термины, приведенные ниже по тексту, обычно следует понимать в их общепринятом смысле, если не указано иное.

Когда термин “содержащий” использован в настоящем описании и в формуле изобретения, он не исключает других специально не указанных элементов большой или малой функциональной важности. В контексте настоящего изобретения термин “состоящий из” рассматривается как предпочтительный вариант термина “содержащий”. Если ниже по тексту определено, что группа содержит по меньшей мере определенное число вариантов осуществления, то это следует также понимать как раскрытие группы, которая предпочтительно состоит только из данных вариантов осуществления.

Всякий раз, когда использованы термины “включающий в себя” или “имеющий”, данные термины подразумеваются как эквивалентные термину “содержащий”, определение которому дано выше.

Когда неопределенная или определенная форма использована в отношении существительного в единственном числе, например, “некоторый” или “данный”, она включает в себя множественное число такого существительного, если иное специально не оговорено.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предусмотрено применение регенерируемого ионообменного материала для снижения количества CO₂ в источнике, содержащем диоксид углерода. Предпочтительно, чтобы регенерируемый ионообменный материал содержал бентонит.

Обеспечивающие преимущество варианты осуществления настоящего изобретения определены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один ионообменный материал стадии a) выбирают из природного ионообменного материала, модифицированного ионообменного материала, синтетического ионообменного материала и их смесей.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один ионообменный материал стадии a) содержит природный ионообменный материал, выбираемый из группы, содержащей филлосиликаты, цеолит, слюду, монтмориллонит, мауритцит и их смеси, и/или синтетический ионообменный материал, выбираемый из группы, содержащей ЭДТА, ионообменные смолы и их смеси, предпочтительно филлосиликаты.

Согласно еще одному другому варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один ионообменный материал стадии a) содержит по меньшей мере один катион щелочноземельного металла, выбираемый из группы, содержащей магний, кальций, стронций и их смеси, предпочтительно кальций и/или магний.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один ионообменный материал стадии a) предоставляют в форме твердого вещества или водной суспензии, или эмульсии, или фильтрующего материала, или псевдоожиженного слоя.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один ионообменный материал стадии a) предоставляют в форме водной суспензии, имеющей содержание ионообменного материала от 2 до 50% масс., предпочтительно от 5 до 40% масс., предпочтительнее от 7,5 до 30% масс. и наиболее предпочтительно от 10 до 20% масс. в расчете на суммарную массу водной суспензии.

Согласно еще одному другому варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один ионообменный материал стадии a) состоит из бентонита, содержащего различные глинистые минералы, выбираемые из группы, содержащей монтмориллониты и сопутствующие минералы, такие как кварц, слюда, полевой шпат, пирит, кальцит, кристобалит и их смеси.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один ионообменный материал стадии a) состоит из бентонита, имеющего содержание монтмориллонита по меньшей мере 60% масс., предпочтительно по меньшей мере 80% масс., например от 85 до 95% масс., в расчете на суммарную массу бентонита.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения ионообменный материал стадии a) состоит из бентонита, межслоевые пространства которого заняты главным образом ионами кальция и/или магния.

Согласно еще одному другому варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один ионообменный материал стадии a) состоит из бентонита, имеющего весовой медианный размер частиц d₅₀ от 0,02 до 100 мкм, от 0,075 до 50 мкм или от 0,1 до 5 мкм, предпочтительно от 0,2 до 3 мкм.

Согласно еще одному другому варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один источник, содержащий диоксид углерода, стадии b) выбирают из газа, жидкости, твердого вещества, комплекса, ионообменного материала и их смесей, предпочтительно газа.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один источник, содержащий диоксид углерода, стадии b) выбирают из воздуха, потоков промышленного отработанного газа, потоков отходящего газа, вулканических отходящих газов и их смесей.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один источник, содержащий диоксид углерода, стадии b) содержит диоксид углерода, оказывающий парциальное давление по меньшей мере 0,02 Па, предпочтительно по меньшей мере 0,05 Па, предпочтительнее по меньшей мере 0,1 Па, еще предпочтительнее по меньшей мере 0,15 Па и наиболее предпочтительно по меньшей мере 0,2 Па.

Согласно еще одному другому варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один источник по меньшей мере одного катиона стадии c) и/или по меньшей мере один источник по меньшей мере одного катиона щелочноземельного металла стадии d) представляет собой водный раствор, предпочтительно водный раствор, содержащий по меньшей мере 50% масс., предпочтительнее по меньшей мере 75% масс. и наиболее предпочтительно по меньшей мере 90% масс. воды в расчете на суммарную массу водного раствора.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один источник по меньшей мере одного катиона стадии c) представляет собой встречающийся в природе источник по меньшей мере одного одновалентного и/или двухвалентного катиона, способного замещать по меньшей мере один катион щелочноземельного металла по меньшей мере одного ионообменного материала, предпочтительно встречающийся в природе источник по меньшей мере одного одновалентного катиона, способного замещать по меньшей мере один катион щелочноземельного металла по меньшей мере одного ионообменного материала.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один источник по меньшей мере одного катиона стадии c) представляет собой морскую воду.

Согласно еще одному другому варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один источник, содержащий диоксид углерода, стадии b) и/или по меньшей мере один источник по меньшей мере одного катиона, который способен замещать по меньшей мере один катион щелочноземельного металла по меньшей мере одного ионообменного материала стадии c) и/или по меньшей мере один источник по меньшей мере одного катиона щелочноземельного металла предоставляют в форме водного раствора, предпочтительно водного раствора, имеющего pH от 5 до 12, предпочтительно от 6 до 11 и наиболее предпочтительно от 7 до 10,5.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один катион по меньшей мере одного источника по меньшей мере одного катиона стадии c) выбирают из группы, содержащей литий, натрий, калий, магний, стронций и их смеси, предпочтительно натрий.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один источник по меньшей мере одного катиона стадии c) содержит по меньшей мере один катион в количестве от 0,1 до 150 г/л, предпочтительно от 1 до 100 г/л, предпочтительнее от 5 до 75 г/л и наиболее предпочтительно от 10 до 50 г/л.

Согласно еще одному другому варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один источник по меньшей мере одного катиона щелочноземельного металла стадии d) представляет собой встречающийся в природе источник по меньшей мере одного катиона щелочноземельного металла, например пресную жесткую воду.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один источник по меньшей мере одного катиона щелочноземельного металла стадии d) представляет собой пресную жесткую воду, имеющую жесткость от 5 до 130 °dH, предпочтительно от 10 до 60 °dH и наиболее предпочтительно от 14 до 50 °dH.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один катион щелочноземельного металла по меньшей мере одного источника по меньшей мере одного катиона щелочноземельного металла стадии d) выбирают из магния, кальция, стронция и их смесей, предпочтительно кальция.

Согласно еще одному другому варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один источник по меньшей мере одного катиона щелочноземельного металла стадии d) содержит по меньшей мере один катион щелочноземельного металла в количестве от 0,1 до 200 мг/л, предпочтительно от 0,5 до 150 мг/л, предпочтительнее от 1 до 100 мг/л, еще предпочтительнее от 5 до 75 мг/л и наиболее предпочтительно от 10 до 50 мг/л.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения стадию g) приведения в контакт осуществляют таким образом, что по меньшей мере один источник, содержащий диоксид углерода, стадии b) вводят в водный раствор, полученный на стадии f). Предпочтительно, чтобы водный раствор, полученный на стадии f), дополнительно приводился в контакт с по меньшей мере одним катализатором для усиления гидратации диоксида углерода. Дополнительно предпочтительно, чтобы по меньшей мере один катализатор для усиления гидратации диоксида углерода представлял собой по меньшей мере один фермент, предпочтительно карбоангидразу.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения стадию e) приведения в контакт и/или стадию f) отделения и/или стадию g) приведения в контакт и/или стадию h) приведения в контакт осуществляют при температуре от 2°C до 80°C, предпочтительно от 4°C до 60°C и наиболее предпочтительно от 5°C до 40°C.

Согласно еще одному другому варианту осуществления настоящего изобретения стадию e) приведения в контакт и/или стадию f) отделения и/или стадию g) приведения в контакт и/или стадию h) приведения в контакт осуществляют при pH в диапазоне от 4 до 12, предпочтительно от 5 до 11 и наиболее предпочтительно от 7 до 10,5.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения стадию g) приведения в контакт осуществляют при давлении по меньшей мере 100 Па, предпочтительнее по меньшей мере 200 Па и наиболее предпочтительно по меньшей мере 300 Па.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения стадию h) приведения в контакт осуществляют до и/или в ходе и/или после стадии g) приведения в контакт.

Согласно еще одному другому варианту осуществления настоящего изобретения стадию f) отделения осуществляют фильтрацией, центрифугированием, циклонированием, осаждением или их сочетанием.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения способ дополнительно включает в себя стадию k) отделения карбонатной соли по меньшей мере одного катиона щелочноземельного металла, полученной на стадии g). Предпочтительно, чтобы стадия k) отделения осуществлялась фильтрацией, центрифугированием, циклонированием, концентрированием, испарением, осаждением или их сочетанием.

В нижеследующем описании приведены дополнительные подробности настоящего изобретения и в особенности в отношении вышеупомянутых стадий способа снижения количества CO₂ в источнике, содержащем диоксид углерода, путем применения регенерируемого ионообменного материала.

Стадия a): Предоставление по меньшей мере одного ионообменного материала

Согласно стадии a) настоящего изобретения предоставляют по меньшей мере один ионообменный материал, содержащий по меньшей мере один катион щелочноземельного металла.

Выражение “по меньшей мере один” ионообменный материал означает, что в настоящем способе может быть использован один или более видов ионообменных материалов.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения в настоящем способе используют только один вид ионообменного материала. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения в настоящем способе используют смесь по меньшей мере двух видов ионообменных материалов.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один ионообменный материал выбирают из природного ионообменного материала, модифицированного ионообменного материала, синтетического ионообменного материала и их смесей.

Термин “природный” ионообменный материал в контексте настоящего изобретения относится к ионообменному материалу природного происхождения.

Термин “модифицированный” ионообменный материал в контексте настоящего изобретения относится к природному ионообменному материалу, который был химически обработан.

Термин “синтетический” ионообменный материал в контексте настоящего изобретения относится к ионообменному материалу, который не имеет природного происхождения, но был получен искусственно путем химической реакции.

Например, если по меньшей мере один ионообменный материал содержит природный ионообменный материал, тогда по меньшей мере один ионообменный материал предпочтительно выбирают из группы, содержащей филлосиликаты, цеолит, слюду, монтмориллонит, мауритцит и их смеси.

Если по меньшей мере один ионообменный материал содержит синтетический ионообменный материал, тогда по меньшей мере один ионообменный материал предпочтительно выбирают из группы, содержащей ЭДТА, ионообменные смолы и их смеси.

Примеры синтетических ионообменных материалов, которые могут быть использованы в способе настоящего изобретения, представляют собой ионообменные материалы серий COWEX™ MAC, Amberlite™, Ambersep™ или IMAC® от Dow Chemical Company, США.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один ионообменный материал представляет собой по меньшей мере один природный ионообменный материал. Например, по меньшей мере один ионообменный материал относится к одному виду природного ионообменного материала. Если по меньшей мере один ионообменный материал представляет собой по меньшей мере один природный ионообменный материал, тогда по меньшей мере один ионообменный материал предпочтительно содержит филлосиликаты. Альтернативно, по меньшей мере один ионообменный материал состоит из филлосиликатов.

Если по меньшей мере один ионообменный материал содержит филлосиликаты, предпочтительно состоит из филлосиликатов, тогда филлосиликаты предпочтительно выбирают из бентонита. Соответственно, по меньшей мере один ионообменный материал предпочтительно содержит бентонит, предпочтительнее состоит из бентонита.

Если по меньшей мере один ионообменный материал содержит бентонит или состоит из бентонита, тогда бентонит обычно содержит, предпочтительно состоит из них, различные глинистые минералы, такие как, в частности, монтмориллонит, в качестве главного компонента, а также кварц, каолинит, слюду, полевой шпат, пирит, кальцит и/или кристобалит. Данные минералы могут присутствовать в различных количествах, как и другие компоненты, в зависимости от места происхождения.

Особенно подходящим для способа по настоящему изобретению является бентонит с содержанием монтмориллонита по меньшей мере 60% масс., предпочтительно по меньшей мере 80% масс., например от 85 до 95% масс., в расчете на суммарную массу бентонита.

Одним особым требованием настоящего изобретения является то, что по меньшей мере один ионообменный материал содержит по меньшей мере один катион щелочноземельного металла.

Выражение “по меньшей мере один” катион щелочноземельного металла означает, что один или более видов катионов щелочноземельного металла могут присутствовать в по меньшей мере одном ионообменном материале.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения в по меньшей мере одном ионообменном материале присутствует только один вид катиона щелочноземельного металла. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения в по меньшей мере одном ионообменном материале присутствует смесь по меньшей мере двух видов катионов щелочноземельного металла.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения в по меньшей мере одном ионообменном материале присутствует смесь по меньшей мере двух видов катионов щелочноземельного металла. Предпочтительно, в по меньшей мере одном ионообменном материале присутствует смесь двух видов катионов щелочноземельного металла.

Выражение “катион щелочноземельного металла” относится к двухвалентному катиону щелочноземельного металла, то есть катиону щелочноземельного металла, имеющему валентность, равную двум.

Дополнительно или альтернативно по меньшей мере один катион щелочноземельного металла выбирают из группы, содержащей магний, кальций, стронций и их смеси. Например, по меньшей мере один катион щелочноземельного металла содержит кальций и/или магний. В одном варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один катион щелочноземельного металла содержит кальций.

Если по меньшей мере один катион щелочноземельного металла содержит кальций и/или магний, присутствие дополнительного катиона щелочноземельного металла не исключается. Например, если по меньшей мере один катион щелочноземельного металла содержит кальций, по меньшей мере один ионообменный материал может дополнительно содержать магний и/или стронций. В одном варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один катион щелочноземельного металла содержит кальций и магний.

В данном отношении следует отметить, что присутствие по меньшей мере одного катиона щелочноземельного металла в по меньшей мере одном ионообменном материале не исключает присутствия дополнительных одновалентных и/или двухвалентных и/или трехвалентных катионов в по меньшей мере одном ионообменном материале, например, щелочных металлов, таких как натрий, калий, литий и их смеси, и/или двухвалентных катионов, таких как цинк, марганец, железо и их смеси, и/или трехвалентных катионов, таких как железо, алюминий и их смеси.

Если по меньшей мере один ионообменный материал содержит бентонит или состоит из него, бентонит содержит по меньшей мере один катион щелочноземельного металла. Например, бентонит выбирают так, что межслоевые пространства бентонита заняты почти исключительно ионами кальция и/или магния в качестве по меньшей мере одного катиона щелочноземельного металла. В одном варианте осуществления настоящего изобретения ионообменный материал состоит из бентонита, межслоевые пространства которого заняты главным образом ионами кальция в качестве по меньшей мере одного катиона щелочноземельного металла.

Однако присутствие по меньшей мере одного катиона щелочноземельного металла не исключает того, что катионы щелочного металла или трехвалентные катионы, такие как алюминий, могут дополнительно занимать межслоевые пространства бентонита.

Термин “межслоевое пространство” или “межслоевые пространства” в контексте настоящего изобретения относится к пространству между отрицательно заряженными слоями в кристаллической решетке по меньшей мере одного ионообменного материала, которые могут быть заняты межслоевыми катионами, например, по меньшей мере одним катионом щелочноземельного металла и, в случае присутствия, дополнительными одновалентными и/или двухвалентными и/или трехвалентными катионами.

Следует принять во внимание, что по меньшей мере один ионообменный материал настоящего изобретения имеет катионообменную емкость по меньшей мере 60 смоль+/кг при pH 7, предпочтительно по меньшей мере 70 смоль+/кг при pH 7 и наиболее предпочтительно по меньшей мере 80 смоль+/кг при pH 7. Например, по меньшей мере один ионообменный материал настоящего изобретения имеет катионообменную емкость от 60 до 130 смоль+/кг при pH 7 или от 70 до 120 смоль+/кг при pH 7.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один ионообменный материал содержит бентонит или состоит из бентонита, имеющего катионообменную емкость по меньшей мере 60 смоль+/кг при pH 7, предпочтительно по меньшей мере 70 смоль+/кг при pH 7 и наиболее предпочтительно по меньшей мере 80 смоль+/кг при pH 7. Например, по меньшей мере один ионообменный материал содержит бентонит или состоит из бентонита, имеющего катионообменную емкость от 60 до 130 смоль+/кг при pH 7 или от 70 до 120 смоль+/кг при pH 7.

Термин “катионообменная емкость” относится к максимальному количеству всех катионов любого класса, которое способен удерживать по меньшей мере один ионообменный материал при заданном значении pH и которое доступно для ионного обмена.

Если по меньшей мере один ионообменный материал содержит бентонит или состоит из бентонита, тогда бентонит предпочтительно имеет весовой медианный размер частиц d₅₀ от 0,02 до 100 мкм, от 0,075 до 50 мкм или от 0,1 до 5 мкм, предпочтительно от 0,2 до 3 мкм согласно измерениям, проведенным на анализаторе Sedigraph 5120.

Всюду в настоящем документе “размер частиц” материала в форме частиц описан посредством распределения его частиц по размерам. Величина d_x представляет диаметр, относительно которого x% по массе частиц имеют диаметры, меньшие чем d_x. Это означает, что величина d₂₀ представляет собой размер частиц, при котором 20% масс. всех частиц являются более мелкими, а величина d₇₅ представляет собой размер частиц, при котором 75% масс. всех частиц являются более мелкими. Величина d₅₀ представляет собой, таким образом, весовой медианный размер частиц, то есть 50% масс. всех гранул являются более крупными или более мелкими, чем частицы с данным размером. В контексте настоящего изобретения размер частиц определяют как весовой медианный размер частиц d₅₀, если не указано иное. Для определения величины d₅₀ весового медианного размера частиц для частиц, имеющих величину d₅₀ в диапазоне от 0,4 до 2 мкм, может быть использовано устройство Sedigraph 5120 от компании Micromeritics, США. Для определения величины d₅₀ весового медианного размера частиц для частиц, имеющих величину d₅₀ менее 0,4 мкм, может быть использовано устройство Matersizer от компании Malvern Instruments GmbH, Германия.

Предпочтительно, чтобы по меньшей мере один ионообменный материал стадии a) был предоставлен в форме твердого вещества или водной суспензии или эмульсии, или фильтрующего материала, или псевдоожиженного слоя. Например, по меньшей мере один ионообменный материал стадии a) предоставляют в форме водной суспензии.

“Водная суспензия” или “водная взвесь” в контексте настоящего изобретения содержит нерастворимые твердые вещества и воду и, необязательно, другие добавки и обычно содержит большие количества твердых веществ, и, таким образом, является более вязкой и может иметь более высокую плотность, чем жидкость, из которой она сформирована. Однако термин “водная суспензия” или “водная взвесь” не исключает, что вода содержит малые количества по меньшей мере одного смешивающегося с водой растворителя.

Например, по меньшей мере один смешивающийся с водой растворитель предпочтительно выбирают из метанола, этанола, ацетона, ацетонитрила, тетрагидрофурана и их смесей.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения водная суспензия содержит воду в количестве по меньшей мере 60% масс., предпочтительно по меньшей мере 70% масс., предпочтительнее по меньшей мере 80% масс., еще предпочтительнее по меньшей мере 90% масс. и наиболее предпочтительно по меньшей мере 92% масс. в расчете на суммарную массу водной фазы водной суспензии. Например, водная суспензия содержит воду в количестве от 90 до 100% масс., предпочтительно от 92 до 100% масс., предпочтительнее от 94 до 100% масс. и наиболее предпочтительно от 96 до 100% масс. в расчете на суммарную массу водной фазы водной суспензии.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения водная суспензия, содержащая по меньшей мере один ионообменный материал, не содержит смешивающихся с водой растворителей.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один ионообменный материал предоставлен в форме водной суспензии, имеющей содержание ионообменного материала от 2 до 50% масс. в расчете на суммарную массу водной суспензии. Например, по меньшей мере один ионообменный материал стадии a) предоставляют в форме водной суспензии, имеющей содержание ионообменного материала в диапазоне от 5 до 40% масс., предпочтительнее от 7,5 до 30% масс. и наиболее предпочтительно от 10 до 20% масс. в расчете на суммарную массу водной суспензии.

Содержание по меньшей мере одного ионообменного материала выбирают таким образом, чтобы вязкость водной суспензии находилась в диапазоне от 10 до 5000 мПа⋅с, предпочтительно от 100 до 2500 мПа⋅с и в особенности от 150 до 1000 мПа⋅с в случае измерения с использованием вискозиметра Брукфильда (как описано в примерах). Оптимальное содержание зависит от случайных обстоятельств, то есть химической и минералогической композиции по меньшей мере одного ионообменного материала и его способности к набуханию, что, в свою очередь, влияет на вязкость.

Стадия b): Предоставление по меньшей мере одного источника, содержащего диоксид углерода

Согласно стадии b) настоящего изобр