还原烟气和大气气体中 CO2 成分的方法及实施该方法的设 备 本发明的主题是一种还原 （reduction） 烟气和大气气体中 CO2 成分的方法及实施 该方法的设备。
本方法的特征在于， 在所谓的反应容器中使用电离室 （cell） ， 直流电压造成了水 分子发生极化， 我们发现二氧化碳在氢氧根离子 （OH ） 的帮助下还原， 氢氧根离子 （OH-） 起 因于由于电离引起的水的质子自递 （autoprotolysi） 。
二氧化碳的排放量已在全世界范围内引发了越来越大的问题， 并且随着工业活动 的扩张还在逐年增大。工业二氧化碳的排放对环境的直接与间接影响是众所周知的， 即二 氧化碳， 作为一种具有温室效应的气体影响着气候条件。 除其他因素外， 全球变暖是由于二 氧化碳。
在本领域的状态中， 减少气体的方法， 各自中和烟气如下 ：
- 过滤 （如， 活性炭）
- 金属催化剂
- 气体洗涤器 （如， 石灰乳 -CaOH 雾化 （pulverization） 进入气体中）
- 气体吸收 （进入一还原液体中， 如含有氢氧化钠的水中） 等等
存在很多专业人员公知的清除烟气的技术 （减少排放） ， 已经在工业中广泛应用了 数十年。如， 减少来自于发电站烟气中的硫的排放。二氧化硫 （SO2） 和亚硫酸 （H2SO3） 对环 境有害并且对生物体有毒性。
我想强调的作为例子的另一气体是二氧化碳 （CO2） ， 因为 CO2 已经是世界上讨论的 主题之一。
在本领域的状态中， 没有可以用于工业水平的用来约束和 / 或中和 CO2 的较为经 济的技术。 该气体被认为是对气候灾难负有责任， 单独还对全球变暖有责任。 在全世界范围 内， 工业、 运输 （空 - 陆 - 水） 、 发电站、 家庭 （domestic） 的 CO2 排放可以数以百亿吨计量。现 在很多科学家和气候专家达成共识， 必须减少二氧化碳的排放并实施根本措施， 以治理 CO2 问题， 因为人类的未来已处于险境。
我强调了这两种气体 （或烟气） SO2 和 CO2， 特别是二氧化碳， 因为它是人类要解决的 首要问题。
可能性 ： 理论和 / 或实验室水平， 可能是小规模的尺寸测量 （如， 活性炭过滤器） ， 有可能将 CO2 气体约束、 稳定及转变 （change） 成一种不同的非腐蚀性 （aggressive） 的化合 物。
在工业水平， 全球性的， 在世界上各国家中， 大量地中和 CO2 都是不可能的。
在一些国家有更大体积的尝试， 测试和实验， 将 CO2 埋入地下， 埋进岩石层， 埋入海 平面以下 1-1.5km 的空洞 （hollow） 中进行储存。该主题中的专家对该项目表示乐观， 但是 目前该方法并不够安全并且相当昂贵。也无法保证将气体保持在深处。目前并没有其他已 知的正在进行的工业规模的项目。
在本领域的状态中， 有不同的 “气体清洗” 、 “气体吸收” 的技术及这样的解决方案，
这些技术使用液体来中和气体， 这些液体几乎总是水溶液或悬浮液。
这里， 水总是含有一类化学品、 添加剂、 所谓的反应合作者 （reaction partner） ： 因为需要反应剂和合作者以能够产生新的化合物， 来将气体转化 （transform） 成另一种形 式。如， 氢氧化钾 （KOH） ， - 氢氧化钠 （NaOH） ， - 氢氧化钙 （Ca(OH)2） , 氢氧化镁 （Mg(OH)2） 。 这些物质的水溶液确保为碱性剂， 并且如果气体 （如， CO2） 与其反应， 该气体转化为一种离 子， 分别的还可是盐。
如： Ca(OH)2+H2O+CO2=2HCaCO3
氢氧化钙 + 水 + 二氧化碳 = 水合碳酸钙
如果 “CO2” 被清洁 （中性） 水所吸收， 则会产生含有碳酸 （H2CO3） 的水， 这样我们仍 然具有一腐蚀性气体， 该气体不稳定， 并且会从水中散出。为了约束并稳定二氧化碳， 水必 须是碱性的， 如， 具有碱金属的水。这种情况下腐蚀性的 CO2 或碳酸被转化成碳酸根离子。 如果将氢氧化钙加入水中， 则会产生碳酸钙， 碳酸钙也是一种长期稳定的形式。
此类方法的问题在于需要大量的添加剂。更为精确地， 比例是 ： 每一吨 CO2 需要一 吨的氢氧化钠。 在工业规模看起来是这样的 ： 例如， 如果一个较小的发电站排放大约一百万 吨的 CO2。 目的
当实现根据本发明的解决方案时， 我的目的就是精心设计一种真正有效和环境友 好的方法， 该方法可以以工业规模实施， 以及能约束以不断增加的量产生的 CO2。我的目的 还包括运转除了约束二氧化碳外， 从大气中提取出现的二氧化碳的方法和仪器， 从而减少 负荷在大气中二氧化碳的量。
实现
当运转根据发明的解决方法时， 我意识到如果使用含有具有碱性特征的碱性离子 （OH ） 的电离的 “氢氧根” 水作为反应剂， 凭此二氧化碳 （CO2） 气体可被约束、 稳定并分别的 还可还原为一种不同的化合物。 （CO2） 气体与碱性离子水反应导致 CO2 出现物质状态的转 变和化学转化。
该气体转变为离子 （与 等 离 子 状 态 相 一 致）和 水 合 离 子， 水合离子是一种可 2以 溶 于 水 的 形 态。 如， 二 氧 化 碳 CO2 气 体 转 化 为 碳 酸 根 离 子 （CO3 ）和 / 或 碳 酸 氢 根 3（hydrogencarbonate） / 酸式碳酸根 （bicarbonate） （2HCO ） 。
本发明提供一种还原烟气和大气气体中 CO2 成分的方法。 其特征在于， 在所述方法 中， 使用含有具有碱性特性的 （OH ） 离子的 “氢氧根” 离子水作为反应介质来约束二氧化碳 （CO2） 气体， 二氧化碳 （CO2） 气体与碱性离子水发生反应， 在二氧化碳 （CO2） 气体与水的反应 2过程中， 形成碳酸根离子 （CO3 ） 和碳酸氢根 / 酸式碳酸根 （2HCO3 ） ， 并且它们携带受约束的 CO2 成分以稳定的气体或液体形态去往外界的大气和 / 或外界的水。
在根据本发明的方法的一个优选的实施中， 氢氧根 （OH-） 离子在电离室中产生， 且 在所述电离室中使用直流电压产生 （OH ） 。
在根据本发明的方法的另一个优选实施中， 所述电离室中使用的电极 （6） 的材料 为钛， 或者所述电极的表面为钛或所述电极的表面具有二氧化钛涂层， 这使得在光作用下 的受光催化的电离成为可能， 在该受光催化的电离的过程中电极 （6） 的表面由 UV 辐射器 （radiator） （7） 诱导 （induce） ， 因此通过向中性 O2 气体中加入电子， 而产生 O2- 离子 （过氧
离子） ， 同时在电极 （6） 上的电压使水发生极化和电离， 并且 O2- 离子 （过氧离子） 与 H20 分子 反应并产生 OH （氢氧根） 离子和 HO2 （过氢氧根 （perhydroxil） ） 离子， 然后即将被约束的 CO2 与负离子水 （OH （氢氧根） 和 HO2 （过氢氧根） ） 反应并生成 HCO3 和 / 或 2HCO3- 离子。
在根据本发明的方法的进一步优选实施中， 使用优选具有适当的原料或具有适当 的表面处理的圆柱体或球体、 被钛或二氧化钛涂覆的圆柱体或球体， 在所述圆柱体或球体 中涂层是电子发射器并且光催化作用被利用 ,
在上述过程中， TiO2 表面由电磁辐射诱导， 在给定情况下是由外界的自然或人工 光线所诱导， 当产生一个电子 - 空穴对时， 所述电子 - 空穴对具有易于传递它的电荷的特 点， 这种情况下， 占据电荷的同伴是 O2 气体， ——进而出现带电有一个电子的 O2-， 这样受光 催化的氧化发生 ,
在所述方法中的进一步的作为在水介质中的反应的继续的步骤中， 带电荷的 O2 分 + 子将其电荷传递到氢、 质子 （H ） 上——水分子中的缺电子的氢——， 并且极化的 H2O 被分成 两个独立的带电离子， H2O+O2 =HO2 +(OH ),
随着圆柱体或球体的不断旋转， 水的表面会形成一层水膜， 而所述反应在所述水 膜中进行， 因此圆柱体通过旋转过程不断约束 CO2， 随后 CO2 便溶于水中。
在根据本发明的方法的进一步优选实施中， 所述方法用在封闭和 / 或开放系统中。 在根据本发明的方法的进一步优选实施中， 在组合的封闭的系统应用的情况下， 光氧化和直流电电离以这样的方式一起使用， 使用雾化的 CO2 的约束在封闭室中发生， 并且 富离子水 （OH +H2O） 在循环泵的帮助下在封闭的还原室中循环， 所述循环泵仅循环带负电荷 的氢氧根的水经过电离设备， 而留在电离器的另外一侧的缺电子水 （H3O+） 通过这样一种方 式反馈给电离器， 引入通过所谓的光氧化再生单元， 在所述光氧化再生单元中， 鼓风机中的 O2 中和酸性水， 甚至使其呈弱碱性， 这种方法的结果是一个循环过程， 导致连续不断的碱性 + 的氢氧根 （OH ） 离子电荷水， 且没有酸性水 （H3O ） ， 也即废物的产生。
在根据本发明的方法的进一步优选实施中， 该方法以定位的、 安装的方式用于排 放大量 CO2 的工业单元、 发电站、 熔炉的情况中。
在根据本发明的方法的进一步优选实施中， 所述方法以移动的、 非定位的方式用 于陆地交通工具、 动力机械的给定情况中。
在根据本发明的方法的进一步优选实施中， 所述方法以移动的、 非定位的方式用 于水上交通工具、 船的情况中。
在根据本发明的方法的进一步优选实施中， 所述方法以移动的、 非定位的方式用 于飞行器、 飞机或直升机的给定情况中。
该发明进一步还提供了还原烟气和大气气体中 CO2 成分的设备， 主要用于实现根 据权利要求 1-10 任一项的方法， 其特征在于， 在封闭系统反应容器 （1） 的情况下， 在该反应 容器 （1） 下部存在有烟气入口 （2） ， 烟气到达反应容器 （1） 的下部， 通过单向阀 （3） 到达气体 雾化器 （15） ， 水通过给水器 （8） 同样供给到反应容器 （1） 的下部， 烟气从反应容器 （1） 的下 部经过气体雾化器 （15） 的喷雾表面 （4） 的穿孔 （4） 向上行进并到达电离空间 （16） ，
在所述电离空间 （16） 中有反应介质 （11） ， 所述反应介质 （11） 是由电离电压 （U） 产 生的极化和电离的水， 所述电离电压 （U） 由直流电供应单元 （5） 产生， 所述水的水位达到在
反应容器 （1） 的侧壁上的溢流区 （12） 。在所述电离空间 （16） 中存在有由钛制成的或是被 二氧化钛涂覆的电极 （6） ， 电极 （6） 具有离子形成表面 （14） ， 所述离子形成表面 （14） 收集其 周围的适当的离子， 并且光催化 （17） 下的电离在其表面发生。在给定情况下， 在电离空间 （16） 中间的反应介质 （11） 中会放置一个水平的 UV 幅射器 （7） ， 在反应介质 （11） 中的反应 终止后， 气体成分从位于反应介质 （11） 上部的气体空间 （13） 经过压力调节阀 （9） 和气体出 口 （10） 离开反应容器 （1） 。
在根据本发明的设备的一个优选的实施例中， 在封闭系统反应容器 （1） 的可能的 明确的内部实现的情况下， 电极 （6） 以彼此平行的站立的姿势列成两排， 在电极之间以水平 姿势存在有两个椭圆形的 UV 幅射器 （7） ， 此外， 在反应容器 （1） 的底部有一个气体喷雾单元 （15） ， 在气体喷雾单元 （15） 的上部提供有具有细小穿孔 （4） 的雾化器表面。
在根据本发明的设备的另一个优选的实时例中， 所述封闭系统反应容器用在船 上， 在给定情况下外界的大量 （mass of） 的水 （24） 为湖、 河或海， 船漂浮在它们的表面， 并 且具有封闭系统反应容器 （1） 配置的气体处理室 （18） 位于船 （23） 上 , 并且所述反应容器 （1） 具有气体出口 （10） 和溢流区 （12） ， 在此处海水在泵 （21） 的作用下经过吸入水 （22） 到 达气体处理室 （18） 的垂直管道， 该垂直管道凸出伸入到船 （23） 的烟囱 （25） 里， 外界的空气 经过气体入口 （19） 同样到达气体处理室 （18） 的、 凸出伸入到船 （23） 的烟囱 （25） 里的垂直 管道， 而烟气经由气体处理室 （18） 和气体出口 （10） ， 经由外出烟气出口 （20） 离开。 本发明进一步还提供了烟气和大气气体中 CO2 成分的设备， 主要用于实现根据权 利要求 1-10 任一项的方法， 其特征在于， 在实现自给的开放系统的情况下， 旋转的、 圆柱状 或球状的二氧化碳耙 （33） 设置在外部大量的水 （24） 的上部上， 所述二氧化碳耙 （33） 的原 材料为钛， 或者其外表面被提供有二氧化钛涂层的这样的物体， 二氧化钛的电子发射和光 催化作用可以被这样利用， 由于二氧化碳耙 （33） 的不断旋转， 在外部， 二氧化碳耙 （33） 的 二氧化钛表面不断形成水膜 （27） ， 并且在给定情况下可通过形成多孔表面而使二氧化碳耙 （33） 的活性表面大量增大。
在根据本发明的设备的一个优选的实施例中， 在自给的开放系统的可能定位应用 的情况下， 旋转的二氧化碳旋转耙 （33） 通过连接系统 （36） 连接到彼此， 并被放置在固定于 岛系紧物 （island fastening） （37） 的外部大量水 （24） 的上部， 此外使用了电流产生器 （34） 和 UV 反射器 （35） ， 并且二氧化碳耙 （33） 由于水的运动而起伏而持续运动， 从而在它们 外部的二氧化钛表面 （26） 形成水膜 （27） ， 白天的日光能量 （31） 和夜晚的夜光能量 （32） 诱 导在它们外部的二氧化钛表面 （26） 上产生水膜 （27） ， 导致在二氧化碳耙 （33） 的外部的表 面上的光催化反应， 大气中的 CO2 成分不断溶解于水中， 实现根据本发明的方法， 通过二氧 化碳旋转耙 （33） ， 白天的功能由阳光确保， 而在晚上的功能在给定情况下由通过风能工作 的电流产生器 （34） 以及 UV 反射器来确保， 所述 UV 反射器使用波长范围为 190-310nm 的光 来为二氧化碳耙 （33） 表面照明。
在根据本发明的设备的另一个优选的实施例子中， 在自给的开放系统的可能的移 动的应用的情况下， 二氧化碳耙 （33） 通过连接系统 （36） 彼此连接， 二氧化碳耙 （33） 通过这 个连接系统 （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， 导致二氧化碳耙 （33） 旋转和在它们的表面形成连续的水膜， 二氧化碳耙 （33） 的表面由日光能量 （31） 激活， 并在船拖曳该设备的过程中不断使来自大气的 CO2 溶于水中。
在根据本发明的设备的进一步优选的实施例中， 在明确实现的情况下， 带有催化 表面的球体的直径为 1-2m， 它们的几何表面具有几个平方米， 所述表面优选的为多孔构造， 因此在实际操作中， 由于表面的多孔构造， 球体表面相应于几百或几千平方米， 因此在给定 情况下， 几十个旋转球体的活性表面吸引的 CO2 分子为几个平方千米。
在根据本发明的设备的进一步优选的实施例中， 在以组合、 固定、 安装的方式对自 给的封闭系统的应用的情况下， 在给定情况下实现为还原岛 （47） ， 该还原岛 （47） 在给定情 况下为具有天然气开采管道 （42） 的海洋天然气开采钻塔 （41） ， 其中气体分离装置 （43） 位 于海洋天然气开采钻塔 （41） 的水表面上， UV 反射器 （35） 固定在气体分离装置 （43） 上， 在海 面以下运输清洁的天然气 （44） 和输送分离出的 CO2（45） ， 离子形成室岛 （40） 固定于海洋天 然气开采钻塔 （41） 的一侧， 在其下方， 在通过连接系统 （36） 彼此连接的二氧化碳耙 （33） 的 周围， 发生 CO2（46） 的雾化， 通过连接系统 （36） 连接到彼此的二氧化碳耙 （33） 连接 （join） 海洋天然气开采钻塔 （41） 的另外一侧并被日光能量 （31） 激活， 并且 CO2 的雾化 （46） 也发 生在它们的周围。
在根据本发明的设备的进一步优选的实施例中， 在自给的移动系统的可能的实现 的情况中， 移动系统为船 （23） ， 船体表面用 TiO2 进行处理， 泵 （21） 和喷水器 （48） 位于船 （23） 上， 船 （23） 的上部或整个表面均用 TiO2 涂覆， 例 b 如从海洋中泵出的水在船表面奔流 或喷洒在表面上， 形成一薄的水层， 在水层中， 阳光导致由光催化作用而持续的离子的产生 （OH ） , 由于连续不断的反应， 大气中的 CO2 溶于富氢氧根离子的水中并被前述过程还原， 并 在下一步中 CO2 以它的自然形式 （HCO3 ） 溶于海水中。
在根据本发明的设备的进一步优选的实施例中， 在组合的封闭系统的应用的情况 下， 以这样的方式一起应用光氧化和直流电电离这两种方法， 反应容器 （1） 被提供有经过 单向阀 （3） 的烟气入口 （2） ， 雾化器表面 （4） ， 离子阀 （49） ， 经过压力调节阀 （9） 的气体出口 （10） ， 和溢流区 （12） ， 及元件为高电压供应单元 （51） 的离子再生系统 （50） ， 循环泵 （52） ， 电 离器 （53） ， 空气泵 （54） ， 酸性水再生器 （55） ， TiO2 催化剂 （56） ， 光催化 UV 辐射器 （57） ， 空气 出口 （58） ， 循环 （59） ， 铂膜 （60） ， 离子水反馈 （61） 和离子水进口 （62） 。
根据本发明的方法的最一般的实现方式
在根据本发明的方法的最一般的实现方式的情况中， 所述方法与本领域的状态中 提到的例子相同的仅是使用水作为反应剂。
本方法基于水的质子自递作用。由于电流的作用， 水游离成它的离子。 （H3O+ 水和 氢离子和 OH- 氢氧根离子） , 即水的电离， 合适的电压导致离子水的产生。水分子被结构化 成 （structured into） 它的离子 ： 酸性的氢离子和碱性的氢氧根离子。 +
2H20=H3O +OH
两个水分子产生 = 一个酸性水和氢离子和一个碱性氢氧根离子。
电离过程与已知的水的电解有所不同， 前者使用较低电压， 所以水分子 “仅仅” 是 被结构化， 而电解导致气体产生。水分解为氢气和氧气。
因此根据本发明的方法的实质是离子水， 更为确切的是 “氢氧根” 水， 所述水具有 碱性特性。 离子浓度可以由水的电离程度来控制， 分别的还可由离子化分子的分离来控制。 因此含有酸性离子分别的还有碱性的离子水被分离。在我们的情况下， 使用主要含有碱性 离子 （OH ） 的水。高氢氧根 （OH ） 离子浓度的水溶液用于还原气体。离子水的 pH（反应） 值被增至 7-11 之间。使用不同的方法后 （OH-） 离子的浓度甚至可增至 pH 值 13 以上， 这相当 于强碱性溶液。这个方法会在使根据本发明的某些实施方式明了的过程中详细描述。
在根据本发明的解决方案的实施的情况下， 气体可以被约束、 稳定， 分别的还可以 是在根据上面介绍的方法产生的具有碱性特性的水的帮助下还原成一种不同的化合物。 气 体与具有碱性离子的离子水反应 （进入反应） ， 除其他外， 导致物质状态的转变和化学转化。 气体转化成离子 （与等离子状态相似） 和水合离子。如， 二氧化碳 CO2 气体转化成碳酸根 2（CO3 ） 离子和 / 或碳酸氢根 / 酸式碳酸根 （2HCO3 ） 。
氢氧根离子 （OH ） 的特征 ： 一种天然物质， 在地球大气中持续产生， 特别在接近臭 氧层处产生， 由于阳光的电离作用产生。科学上称之为大气的 “清洁剂” 。氢氧根离子一形 成就立刻与大气中曾存在的自由基 （如， 氮的氧化物和碳氢化合物的分解产物） 反应， 消除 它们的危害。在近地球表面， 约束和吸收最大量的 CO2 是由海和洋完成的。这些水的反应 呈弱碱性， 也由于氢氧根离子 （OH-） 和碳酸根离子的含量其 pH 约为 8.1。几千年来这些水 吸收和储存了大气中大约 70% 的 CO2 成分。
因此该新的方法模拟了一个自然过程， 试图模仿地球上几百万年来一直发生的一 些过程。 在根据本发明的方法的一种可能的优选的确定的实施的情况中， 这样的氢氧根离 子 （OH ） 用于还原二氧化碳气体， 该二氧化碳气体从烟气和 / 或废气的气态成分 （content） 中提取出来——在直流电压的帮助下被电离。
进一步通过与外界空气混合， 使用空气的氧气成分在电离室中与烟气和 / 或废气 反应。这导致在离子水溶液中， 氧化和还原同时发生在室中。二氧化碳气体由于氢氧根离 子的作用而减少， 并生成 HCO3 碳酸氢根离子和 / 或 (2HCO3-） 酸式碳酸根离子。在与额外的 2OH （氢氧根 ) 离子反应的过程中， 生成了 CO3 碳酸根离子和 H2O（水） 。为了维持该过程和 + / 或保证在并行的室反应中的氢氧根离子的产量， 加入的氧气与 H3O （水合氢） 离子反应， 发 生氧化反应， 并且生成 OH （氢氧根） 离子和 H2O（水） 。
在根据本发明的方法的可能实现方式中， 水分子在直流电压的帮助下使用所谓的 电离室被极化。在室所用的电流强度不可达到用于水电解时的电流强度， 这是因为会有气 体 （O2,H2） 生成。在使用在室中的电流强度未达到电解所必须的电流强度的情况下， 水分子 + 被 “电离” ， 导致水分子分解为它的离子。形成 （2H2O=H3O +OH ） 氢氧根 （OH ） 离子和水和氢 + （H3O ） 离子。
根据本发明的方法的过程中发生的化学和电化学反应 ：
1) 电离 ： 2H2O → H3O++OH-= 水分解
2) 还原 1 ： CO2+OH- → HCO3- 或 2CO2+2OH-=2HCO3
3) 还原 2 ： HCO3-+OH- → CO32-+H20
4） 氧化 ： 电离 ： 1/2O2+H3O+ → OH-+H2O 它不可自发发生， 仅由能量输入导致， O2 可以 转化为原子状态， 也就是仅通过能量输入转化为 1/2O2。 （见离子室反应） 。 +
5） 4H3O +O2=6H2O 复合
这是不需要能量输入发生的自然复合， 因为 H+ 是最活跃的原子 （这么以至于其不 会单独存在而是与其他合作者结合） ， 一旦其碰到反应合作者， 会立即窃取一个电子， 在我 们的情况中该反应合作者为 O2。顺便说一下， O2 是地球上除氢以外第二最活跃的元素。
-该过程是水的自然、 独特的复合过程。
在我们的情况中电离过程 （离子产生） 如下 ：
O2+e =O2
氧气 +1 电子 = 过氧离子
O2+2e-=O22
氧气 +2 电子 = 超氧阴离子
O2-+H2O-=OH-+HO2
过氧离子 + 水 = 氢氧根离子 + 过氢氧根离子
HO2-+H+=H2O2
过氢氧离子 + 氢氧根离子 = 过氧化氢 （被氧化的水）
在我们的情况中， 它事实上不见得相应称为氧化， 因为该反应只是在水介质中发 生， 因此代替氧化物的， 反应合作者是离子 （阴离子） 。阴离子是电子施主 - 阳离子具有电子 缺陷。
根据本发明的解决方案基于附图进行陈述 ：
图 1 示出封闭系统反应容器的一部分和它们的理论上的配置的侧视图。 图 2 示出图 1 侧视图所示的封闭系统反应容器 1 的可能的确定的内部实现方式的 空间前视图。
图 3 示出在船上的封闭系统反应容器的应用。
图 4 示出自给 （self-supporting） 的开放系统的理论基础配置。
图 5 示出图 4 示出的自给的开放系统的一种可能的定位应用方式。
图 6 示出自给的开放系统一种可能的移动应用方式的理论图像。
图 7 示出在固定的安装方式下的自给和封闭系统联合应用的理论图像。
图 8 示出使用船体用 TiO2 进行表面处理的自给的移动系统的可能实现方式。
图 9 示出在联合应用两种系统的情况下， 组合的封闭系统的理论图像， 其中组合 的封闭系统可以安装在移动设备上。
图 1 示出封闭系统反应容器的一部分和他们的理论上的配置的侧视图。
图 1 示出反应容器 1， 其底部具有进气口 2。烟气进入反应容器 1 的下部， 通过单 向阀 3 进入气体雾化器 15。水通过给水器 8 也吸入到反应容器 1 的下部。然后烟气向上行 进， 通过气体雾化器 15 的雾化表面 4 的表面的穿孔到达电离空间 16。在电离空间 16 中有 反应介质存在， 即由直流电供应单元 5 创造的 U 电离电压生成极化和离子化的水， 且该水的 水位达到反应容器 1 的侧壁上的溢流区 12。电极 6 由钛制成或其表面涂覆有二氧化钛， 其 提供有离子形成表面 14， 离子形成表面 14 收集它们周围适合的离子， 在表面发生在光催化 作用 17 下的电离， 该电极 6 位于电离空间 16 中。
在电离空间 16 中间的反应介质 11 中， 在给定情况下水平放置有 UV 辐射器 17。在 反应介质 11 中发生反应后， 气体成分通过压力调节阀 9 和气体出口 10 从位于反应介质 11 上方的气体空间 13 离开反应容器 1。
在图 1 所示的封闭系统反应容器 1 运行的情况下， 单向阀 3 是普通止回阀， 它使 得烟气以单一路径 （way） 进入， 该单一路径进入到反应容器 1 的底部， 直到气体雾化器 15。 从气体雾化器 15 向上通过雾化器表面 4 进入到位于电极 6 之间的反应介质 11 中。电极 6
的材料为钛， 或者电极 6 的表面为二氧化钛， 这是重要的， 因为这可以使在光作用下的受光 催化的电离成为可能。在电离过程中， UV 辐射器 7 使电极 6 的表面形成， 并通过加入电子 从中性 O2 气体产生 O2 离子 （过氧离子） 。与此同时， 与电极 6 相连的电压使水极化和电离。 O2 离子 （过氧离子） 与 H2O 分子反应并生成 OH （氢氧根） 离子和 HO2-（过氢氧根） 离子。
随烟气流入的 CO2 与负离子水 （OH （氢氧根）和 HO2 （过氢氧根） ）反应并生成 HCO3 和 / 或 2HCO3 离子。
烟气从经过反应介质 11 的底部气泡雾化， 并聚集在反应介质 11 上部的气体空间 13 中并通过气体出口 10 离开。烟气中的 N2， O2 以不变的形式通过该系统， 因为这些条件下 它们不进入反应。尽管 O2 作为反应合作者参加过程， 但是它的主要作用是传递和转运电子 （e ） 。O2 作为气体进入到系统中， 在过程的最后作为气体以不变的形式离开系统。仅一小 部分 O2 作为气体进入系统后渗透到过程中， 并进入反应介质 11。在多次反应循环后， 这种 方式渗透的 O2 又变回中性 O2 气体并通过气体空间 13 离开设备。
一个临时的水或蒸汽的新供应对于该过程来说是必须的， 因为水的作用是二氧化 碳的还原合作者。 因此与即将被约束的二氧化碳的量成比例， 还需要供给到过程的水， 所述 水或者以含有 HCO3 和 /2HCO3 离子的液体的形式通过溢流区 12 离开， 或者以蒸汽形式通过 气体出口 10 排出。 在反应介质 11 中， OH- 离子能够饱和到这样的程度， HCO3-（碳酸氢根离子） 能够进 2一步反应， 然后能够获得另一个电子 （e ） 。然后生成被 CO3( )（碳酸根离子） 离子化的气体 2和水 （H2O） 。CO3( )（碳酸根离子） 可以作为气体离开气体空间 13 并达到外界区域， 它与来 自空气蒸汽的具有电子缺陷的氢反应， 然后失去它的电荷后又转变回 HCO3 （碳酸氢根） 和 水 （H2O） 。
内燃机的烟气含有作为燃烧产物的大量的水， 碳氢化合物的燃烧生成与二氧化碳 （CO2） 的比例 （order） 一样量的水， 该比例依赖于燃烧的完全程度。这意味着在烟气中有一 定量的水可约束二氧化碳， 但并不总是足以约束全部量的 CO2。 为了提高效率需要供给额外 的水。在海上和水上航行的交通工具的情况中水是无限量可用的。空气中的蒸汽成分—— 同样是温室气体——是无限量可用的。空气中的蒸汽可在任何地方获得适合的量。
在根据本发明的反应室 1 中， 同时运转的两种不同技术方案负责离子生成过程的 有效维持。随着反应的持续， 除了产生氢氧根离子 （OH-） 外， 在反应容器 1 中的负离子化的 水介质中还发生 CO2 的还原。
在初期介绍的作为实现在直流电压作用下产生 （OH-） 氢氧根离子的富集的组合装 置中， 刚刚介绍的过程还可以以这样的方式应用于所述设备中， 即电极 6 表面具有 TiO2 涂 层。在 TiO2 涂层的作用下， 相同的电极 6 可同时参与两项任务。所以在电磁辐射的作用下， 在给定的 UV 辐射——优选的 190-320nm 的波长—电极表面被诱导 （反应 1） ， 分别地， 直流电 + 与相同的电极连接导致水分子在阳极和阴极之间极化和电离成它的离子。2H2O=H3O +(OH-) （反应 2） 。
上述两步使得电离更为充分 （碱性） ， 并且两者相辅相成， 使得 (OH-) 氢氧根离子的 产生更强烈。
图 2 示出图 1 侧视图所示的封闭系统反应容器 1 的可能的确定的内部实现方式的 空间前视图。
图中所示的反应容器 1 没有外壳， 两排电极 6 以彼此平行的站立的姿势列成两排。 在电极之间以水平位置放置两个椭圆形的 UV 辐射器。在反应容器 1 的底部放置有气体雾 化器 15， 在气体雾化器 15 的上部提供有具有细小穿孔的雾化器表面 4。
图 2 中示出确切的构造， 反应容器 1 的功能与图 1 所示的理论配置的功能相一致。
图 3 示出在船上的封闭系统反应容器的应用。
图 3 示出气体处理室 18 被放置在漂浮在外界大量的水 24 的表面的船 23 上， 在给 定情况下水 24 为湖， 河或海。气体处理室 18 具有包含为图 1 和 2 中详细介绍的结构的封 闭系统反应容器 1 的构造。这里反应容器 1 有气体出口 10 和溢流区 12。在泵 21 的作用 下， 海水经过吸入水 22 到达气体处理室 18 的垂直管道， 该该垂直管道凸出伸入到船 23 的 烟囱 25 里。外界空气同样到达气体处理室 18 的凸出伸入到船 （23） 的烟囱 （25） 里的垂直 管道。烟气出口 20 经由气体处理室 18 和气体出口 10 从船 23 的烟囱 25 产生。
从如图 3 可看到， 位于船 23 上的气体处理室 18， 可从外部大量水 24， 在给定情况 中从湖， 河或海中， 获取无限量的水用来运行。通过溢流区 12 离开的水在给定情况下也离 开进入外部大量水 24。如图 1 所示其他气体离开进入外界大气。
除了使用在船上， 图 3 所示的封闭系统反应容器的基础配置还可以类似方式使用 在其他移动交通工具， 卡车， 公共汽车， 汽车上。在这种情况下应如此完成实施， 为了增加 （OH ） 氢氧根离子的量， 需要将额外的大量的水供给到封闭系统中。如， 在泵和 / 或通过所 谓的文丘里阀 (Venturi valve) 的作用下， 在吸入外界气体后， 在设备中压缩外界空气中的 蒸汽。
图 4 示出自给的开放系统的理论基础配置。
图 4 中可以看到圆柱状或球状的二氧化碳耙 33 旋转在外部大量水 24 的上部， 二 氧化碳耙 33 的材料为钛， 或者其外表面为二氧化钛的这样的物体。在二氧化碳耙 33 的外 部的二氧化钛表面上， 由于二氧化碳耙 33 的旋转不断产生水膜 27。在给定情况下， 二氧化 碳耙 33 的活性表面可以通过形成多孔表面而增大。
图 4 示出的自给的开放系统运行如下 ：
光氧化过程 ：
具有适合材料的或经过适当表面处理涂覆有钛或二氧化钛的圆柱体和球体。 该涂 层为电子发射器传递， 并且它的光催化作用被利用。
在过程中， 在本情况中通过外界光照， 电子辐射感应 TiO2 表面， 导致所谓的电子空 穴对的产生， 电子空穴对具有易于传递其电荷的特点。 在我们的情况中， O2 气体是占据电荷 的合作者， 因而形成了带有多余电子的离子 （O2 ） 。该现象为所谓的光催化氧化 （电离） 。在 + 水介质中， 随着反应的持续， 带有电荷的 O2 分子将其电荷转移到水分子 （H ） 质子的具有电 荷缺陷的氢上， 具有不同电荷的分离的离子从极化的 H2O 中产生。
H2O+O2-=HO2-+（OH-）
球体或圆柱体的旋转在其表面不断形成水膜， 且反应发生在此水膜中。圆柱体在 旋转中不断结合 CO2， 后者随后即溶于水中。 为了维持该过程， 需要大气中氧气的存在， 氧气 是维持反应进行的反应的合作者。
该过程的第一部分 ：
TiO2+ 光能 + 大气 O2+ 水 = 富电离的 （OH-） 离子的水 （即水膜层） +HO2-（过氢氧根离子） 接下来根据本发明的方法第二部分以自给的方式进行， CO2 扩散进入富含 （OH-） 离 子的水膜层， 即
富含 （OH-） 离子的水 +CO2= 含有 HCO3- 的水
由于圆柱体和球体各自地不断旋转或运动， 所产生的离子溶于周围的水中。
可从波浪的运动或在河水中由于水的不断流动使溶解发生。
图 5 示出图 4 所示的自给的开放系统的一种可能的固定实施方式。
在图 5 中可以看到， 二氧化碳耙 33 与岛固定物 37 彼此连接， 并在外部大量水 24 的上部旋转， 该岛系紧物 37 与连接系统 36 连接。此外在图中还可看到， 固定到其上的带 有固定的 UV 反射器 35 的电流产生器 34， 电流产生器 3 基底为 TiO2 表面 38， 还有到岛固定 物 37。二氧化碳耙 33 由于水的运动和浮动而处于持续运动中， 所述水在外部的二氧化钛 表面 26 上形成水膜 27。在二氧化碳耙 33 外部的二氧化钛表面 26 上的水膜 27 的形成， 在 白天由日光能量 31 感应， 在夜晚由夜光能量感应。由此在二氧化碳耙 33 外表面上发生光 催化反应， 并且大气中的二氧化碳成分通过实现根据本发明的方法的方式在二氧化碳耙 33 的作用下不断溶于水中。装置白天工作的能量由阳光提供， 在晚上由通过风能的电流产生 器 34 和 UV 反射器 35 确保运转。而且具有 UV 范围 190-310nm 的光来为二氧化碳耙 33 的 外表面照明。
图 6 示出自给的开放系统一种可能的移动应用方式的理论图像
图 6 示出， 二氧化碳耙 33 通过连接系统 36 连接到彼此并通过连接系统 36 连接在 漂浮在外部大量水 24 上的船 23 上， 而船 23 将二氧化碳耙 33 和连接系统 36 拖曳于水表面。 拖曳使得二氧化碳耙 33 不断旋转并在它们的表面不断形成水膜 27。 二氧化碳耙 33 表面由 日光能量 31 激活， 且在拖曳过程中大气中的 CO2 不断溶于水。
在图 6 示出的移动的自给的开放系统的情况下， 实现了图 4 所示的运作原理， 所不 同的是球体和圆柱体 （各自的） 处于持续运动中， 通过这种方式覆盖在它们表面的水膜不断 改变， 使得光氧化、 OH 的形成和二氧化碳的还原持续进行。稳定的 CO2 气体例如以碳酸氢 盐和 / 或酸式碳酸盐的形式溶于海水中。
在确切实现的情况下 ：
—支撑催化剂表面的球体轴的直径为 1-2m。
—它们的表面显然只有几个平方米。
—实际上由于表面的多孔构造， 该多孔构造可由传统方法实现， 一个球体的表面 可等同于几百 （千？ ） 平方米 （见 -1g 活性炭表面可为几百平方米， 分别的还可以是纳米技 术。 ）
—结果几十个旋转球体的活性表面 （吸引 CO2 分子到它们自身） 负责所谓的命中概 率——可以平方千米计。
图 7 示出在固定的、 安装的方式下的自给的和封闭的系统联合应用的理论图像
图 7 示出开采海洋天然气的开采钻塔 41 被实现为位于外部大量水 24 的具有凸出 伸入到海中的天然气开采管道 42 的还原岛 47。具有固定的 UV 反射器 35 的气体分离装置 43 位于天然气开采钻塔 41 在水上方的部分。在海面以下运输清洁的天然气 44 和输送分 离出的 CO245。离子形成室岛 40 固定于天然气开采钻塔 41 的一侧， 在其下部在通过连接系
统 36 连接到彼此的二氧化碳耙 33 的周围发生 CO2 的雾化 46。通过连接系统 36 连接到彼 此的二氧化碳耙 33 连接天然气开采钻塔 41 的另外一侧， 此外， 它们被日光能量 31 激活， 在 它们周围还发生 CO2 的雾化 46。
根据图 7 所示的固定设备以这样的方式被安装至海水表面或安装在水的表面上， 如海、 河或发电站冷却水储藏池等， 即前面提到的封闭室系统和自给系统一起安装在 “水的 表面” 上， 于是烟气和 / 或大气气体中的 CO2 成分通过实施已经介绍的反应链不断被约束， 该反应链适用于约束天然气开采时产生的大量二氧化碳。
图 8 示出使用船体用 TiO2 进行表面处理的自给的移动系统的可能实现方式。在 图 8 中可以看到大气中的氧气 28， 大气中的二氧化碳 29 和漂浮在外部大量水 24 表面的船 23， 其表面涂覆有 TiO2。船 23 上坐落有泵 21 和喷水器 48。在 TiO2 表面 26 形成的水膜 27 在白天暴露于日光能量 31。在该情况中， 在涂覆有 TiO2 表面 26 的船 23 的外表面发生光催 化反应。
在图 8 中所示的应用表面处理船体的自给的移动系统的情况下， 船体上部或全部 的表面都涂覆有 （TiO2） 和水， 例如从海水中泵出的水奔流或喷洒在该表面上， 此时形成一 薄的水层， 在阳光的作用下， 在此薄水层中形成光催化离子 （OH ） 。随着反应的持续进行大 气中的 CO2 扩散到富含有氢氧根离子的水层中。二氧化碳通过已述方式还原， 然后作为下 一步， 以它的自然形式 （HCO3-） 溶于海水中。
图 9 示出了在两种系统联合应用的情况下组合的封闭系统的理论图像， 其中该组 合的封闭系统可以安装在移动设备上。
在图 9 中可见反应容器 1 具有经过单向阀 3 的烟气进入开口 2， 雾化器表面 4， 离 子阀 49， 经过单向阀 9 的气体出口 10， 还有溢流区 12。在图中还可以看到元件为高电压供 应单元 （51） 的离子再生系统 50， 循环泵 52， 电离器 53， 空气泵 54， 酸性水再生器 55， TiO2 催 化剂 56， 光催化 UV 辐射器 57， 空气出口 58， 循环 59， 铂膜 60， 离子水反馈 61 和离子水进口 62。
在图 9 中所示的应用组合的封闭系统的配置的情况下， 一起使用了光氧化和直流 电电离这两种方法。通过该方法系统可应用于移动的活动装置 （某些交通工具） 。二氧化碳 的约束在封闭室中通过雾化来实现。 富离子 （OH +H2O） 水在循环泵的帮助下在封闭还原室中 循环， 它仅循环带负电的氢氧根水经过电离设备。从电离器的另外一侧离开的具有电子缺 陷 （H3O+） 的水通过所谓的光氧化再生单元反馈给电离器， 该光氧化再生单元中和酸性水， 甚 至通过向其中吹入氧气使得水呈弱碱性。通过循环过程连续不断的供应带有氢氧根 （OH-） 离子的碱性水。没有酸性水 （H3O+） 这一废物产生。
应用领域
根据本发明的方法可以实际可应用于每个地方， 任何产生 CO2 的地方， 使用作为所 谓的重组的 “水分子” ， 重组的 “水分子” ， 是一种天然材料， 且气体还原后的还是天然产物。 这对于环境无害， 且没有副产品。所产生的碳酸盐和酸式碳酸盐是全人类每天所消费的天 然矿泉水的成分。
随后被氢氧根 （OH-） 水还原的离子化 CO2 可被释放到环境中， 因它是一种环境友好 的化合物。由此该方法可兼容于任何在其中产生含有二氧化碳的终产物 （烟气） 的每一技术 中。有益效果
根据本发明的方法可用于任何有水的地方， 如河， 海， 洋， 雨水， 地下水， 自来水 （或 与每种燃烧产物一起得到蒸汽——废水） 。
关于水的电离， 为了生成氢氧根离子 （OH-） ， 需要电流， 太阳能电池， 辐射能量， 射 频辐射等， 它们在应用场所中可被使用。
该方法的一种可能实施是， 当在所谓的反应容器中使用电离室时， 水分子在直流 电压的作用下发生极化， 并且使用在电离作用下的水的质子自递作用过程中生成的氢氧根 （OH ） 离子实现二氧化碳的还原。
根据本发明的通过还原大量 CO2 气体的方案贡献于保护环境和气候不受影响， 有 利于缓解空气污染和全球变暖。该技术可以用于汽车制造业， 能源产业， 运输业， 海运业以 及其他一些二氧化碳排放显著的工业领域。
根据本发明的方法特别适用于减少大气气体中的二氧化碳成分。
附图标记
1- 反应容器
2- 烟气入口
3- 单向阀 4- 雾化器表面 - 穿孔 5- 直流电供应单元 6- 电极 （具有钛或二氧化钛涂层） 7-UV 辐射器 8- 给水器 9- 压力调节阀 10- 气体出口 11- 反应介质 - 极化的电离的水 12- 溢流区 13- 气体空间 14- 离子形成表面 - 由福田 （foton） 能量诱导 15- 气体雾化器 16- 电离空间 17- 受光催化的电离 18- 气体处理室 （含有反应容器 1） 19- 气体入口 20- 烟气出口 （烟囱、 排气装置） 21- 泵 22- 吸入水 23- 船 24- 外部的大量水 （海、 河、 湖） 25- 烟囱 26- 二氧化钛表面27- 水膜 28- 大气中的氧气 （图 8） 29- 大气中的 CO2（图 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 （圆柱体或球体） 34- 电流产生器 35-UV 反射器 36- 连接系统 37- 岛系紧物 38- 发生器基底 （TiO2 表面） 39- 脚手架 40- 离子形成室岛 41- 海洋天然气开采钻塔 42- 天然气开采管 43- 气体分离器 44- 清洁天然气的运输 45- 分离的 CO2 的出口 46-CO2 的雾化 47- 还原岛 48- 水喷洒 49- 离子阀 50- 电离再生系统 51- 高电压供应单元 52- 循环泵 53- 电离器 54- 空气泵 55- 酸性水再生器 56-TiO2 催化剂 57- 光催化 UV 辐射器 58- 空气出口 59- 循环 60- 铂膜 61- 离子水反馈 62- 离子水入口 U- 电离电压