ホーム > 特許ランキング > ＵＢＥ三菱セメント株式会社
知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
特開2024-145833二酸化炭素の固定化方法、及びセメント混合材の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024145833
(43)【公開日】2024-10-15
(54)【発明の名称】二酸化炭素の固定化方法、及びセメント混合材の製造方法
(51)【国際特許分類】
B28B 11/24 20060101AFI20241004BHJP
C04B 40/02 20060101ALI20241004BHJP
B01D 53/14 20060101ALI20241004BHJP
B01D 53/62 20060101ALI20241004BHJP
【ＦＩ】
B28B11/24
C04B40/02
B01D53/14 210
B01D53/62 ZAB
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023058356
(22)【出願日】2023-03-31
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度新エネルギー・産業技術総合開発機構「グリーンイノベーション基金事業／ＣＯ２を用いたコンクリート等製造技術開発プロジェクト／多様なカルシウム源を用いた炭酸塩化技術の確立」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】521297587
【氏名又は名称】ＵＢＥ三菱セメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100145012
【弁理士】
【氏名又は名称】石坂 泰紀
(74)【代理人】
【識別番号】100226023
【弁理士】
【氏名又は名称】杉浦 崇仁
(72)【発明者】
【氏名】須山 裕介
(72)【発明者】
【氏名】山下 牧生
【テーマコード（参考）】
4D002
4D020
4G055
4G112
【Ｆターム（参考）】
4D002AA09
4D002AC10
4D002BA03
4D002DA02
4D002DA03
4D002DA05
4D002DA06
4D002DA11
4D002DA14
4D002DA21
4D002DA22
4D002DA35
4D002DA46
4D002DA66
4D002DA70
4D002EA06
4D002FA02
4D002FA10
4D002GA01
4D002GB01
4D002GB02
4D002GB08
4D002GB12
4D020AA03
4D020BA01
4D020BA02
4D020BA03
4D020BA04
4D020BA08
4D020BA09
4D020BA23
4D020BA30
4D020BB05
4D020CB40
4D020CC21
4D020DA03
4D020DB01
4D020DB02
4D020DB07
4D020DB10
4G055AA01
4G055BA02
4G055BA03
4G055BA04
4G112RA02
4G112RA03
4G112RA05
4G112RB02
(57)【要約】
【課題】
セメント質硬化体にＣＯ２を効率よく固定化する方法、及びセメント混合材の製造方法を提供すること。
【解決手段】
セメント質硬化体へ二酸化炭素を固定化する方法であって、セメント質硬化体と二酸化炭素を含むガスとを３００℃以上で接触させる炭酸化第一工程と、炭酸化第一工程の後に、セメント質硬化体に固液比で０．１～０．５の水を添加することと、水が添加された前記セメント質硬化体とガスとを２０～１００℃で接触させることを含む炭酸化第二工程と、を備える、方法。
【選択図】図１
セメント質硬化体にＣＯ２を効率よく固定化する方法、及びセメント混合材の製造方法を提供すること。
【解決手段】
セメント質硬化体へ二酸化炭素を固定化する方法であって、セメント質硬化体と二酸化炭素を含むガスとを３００℃以上で接触させる炭酸化第一工程と、炭酸化第一工程の後に、セメント質硬化体に固液比で０．１～０．５の水を添加することと、水が添加された前記セメント質硬化体とガスとを２０～１００℃で接触させることを含む炭酸化第二工程と、を備える、方法。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
セメント質硬化体へ二酸化炭素を固定化する方法であって、
前記セメント質硬化体と二酸化炭素を含むガスとを３００℃以上で接触させる炭酸化第一工程と、
前記炭酸化第一工程の後に、前記セメント質硬化体に固液比で０．１～０．５の水を添加することと、水が添加された前記セメント質硬化体と二酸化炭素を含むガスとを２０～１００℃で接触させることを含む炭酸化第二工程と、を備える、方法。
前記セメント質硬化体と二酸化炭素を含むガスとを３００℃以上で接触させる炭酸化第一工程と、
前記炭酸化第一工程の後に、前記セメント質硬化体に固液比で０．１～０．５の水を添加することと、水が添加された前記セメント質硬化体と二酸化炭素を含むガスとを２０～１００℃で接触させることを含む炭酸化第二工程と、を備える、方法。
【請求項2】
前記第一工程が加熱装置で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記セメント質硬化体の粒度が４０ｍｍ以下である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
前記炭酸化第二工程において、二酸化炭素を含むガスが排ガスであり、排ガスを冷却してからセメント質硬化体と接触させる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項5】
セメント質硬化体へ二酸化炭素を固定化して得られるセメント混合材の製造方法であって、
前記セメント質硬化体と二酸化炭素を含むガスとを３００℃以上で接触させる炭酸化第一工程と、
前記炭酸化第一工程の後に、前記セメント質硬化体に固液比で０．１～０．５の水を添加することと、水が添加された前記セメント硬化体と二酸化炭素を含むガスとを２０～１００℃で接触させることを含む炭酸化第二工程と、を備える、製造方法。
前記セメント質硬化体と二酸化炭素を含むガスとを３００℃以上で接触させる炭酸化第一工程と、
前記炭酸化第一工程の後に、前記セメント質硬化体に固液比で０．１～０．５の水を添加することと、水が添加された前記セメント硬化体と二酸化炭素を含むガスとを２０～１００℃で接触させることを含む炭酸化第二工程と、を備える、製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は二酸化炭素の固定化方法、及びセメント混合材の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
２０５０年カーボンニュートラルを達成するためには、セメント工場をはじめ工場から排出されるＣＯ２の削減が課題となっている。そこで、セメント硬化体等のカルシウムを多く含む材料中にＣＯ２をＣａＣＯ３として固定化する方法が技術開発されている。例えば、特許文献１では、セメント質硬化体に、水分量が１．５％以上で且つ温度が７５～１７５℃の二酸化炭素含有ガスを接触させて二酸化炭素を固定化する方法が提案されている。特許文献２では、ＣａＯ及び／又はＣａ（ＯＨ）２を含む固体粒子の集合体にＣＯ２を含むガスを接触させて、排ガス中のＣＯ２を固体粒子に固定化する方法が提案されている。また、特許文献３には廃コンクリートを摩砕して骨材とセメントペーストを分別し、セメントペーストを得る補法が提案されている。特許文献４には、廃コンクリートを破砕して得た材料を集積し、水分供給して攪拌して、湿潤・乾燥の交互工程を繰り返すことでＣＯ２を固定化する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－１５６５９号公報
【特許文献2】特開２０００－１９７８１０号公報
【特許文献3】特開２０２２－１２６２５４号公報
【特許文献4】特開２００９－９０１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１及び特許文献２ではセメント質硬化体に水分を供給して炭酸化を行うことが記載されているが、水分を供給しても処理温度によっては水分が蒸発してしまうため最終的な炭酸化率が低くなる。
特許文献３では、ＣＯ２固定化したセメントペーストを効率よく（短時間，高炭酸化率）回収することまでは記載されていない。
特許文献４の方法では、材料を断続的に乾燥及び湿潤とすることを繰り返すため、効率が悪い。
特許文献３では、ＣＯ２固定化したセメントペーストを効率よく（短時間，高炭酸化率）回収することまでは記載されていない。
特許文献４の方法では、材料を断続的に乾燥及び湿潤とすることを繰り返すため、効率が悪い。
【0005】
本開示は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、セメント質硬化体にＣＯ２を効率よく固定化する方法、及びセメント混合材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
［１］
セメント質硬化体へ二酸化炭素を固定化する方法であって、
前記セメント質硬化体と二酸化炭素を含むガスとを３００℃以上で接触させる炭酸化第一工程と、
前記炭酸化第一工程の後に、前記セメント質硬化体に固液比で０．１～０．５の水を添加することと、水が添加された前記セメント質硬化体と二酸化炭素を含むガスとを２０～１００℃で接触させることを含む炭酸化第二工程と、を備える、方法。
［２］
前記第一工程が加熱装置で行われる、［１］の方法。
［３］
前記セメント質硬化体の粒度が４０ｍｍ以下である、［１］又は［２］の方法。
［４］
前記炭酸化第二工程において、二酸化炭素を含むガスが排ガスであり、排ガスを冷却してからセメント質硬化体と接触させる、［１］～［３］のいずれか一つの方法。
［５］
セメント質硬化体へ二酸化炭素を固定化して得られるセメント混合材の製造方法であって、
前記セメント質硬化体と二酸化炭素を含むガスとを３００℃以上で接触させる炭酸化第一工程と、
前記炭酸化第一工程の後に、前記セメント質硬化体に固液比で０．１～０．５の水を添加することと、水が添加された前記セメント硬化体と二酸化炭素を含むガスとを２０～１００℃で接触させることを含む炭酸化第二工程と、を備える、製造方法。
セメント質硬化体へ二酸化炭素を固定化する方法であって、
前記セメント質硬化体と二酸化炭素を含むガスとを３００℃以上で接触させる炭酸化第一工程と、
前記炭酸化第一工程の後に、前記セメント質硬化体に固液比で０．１～０．５の水を添加することと、水が添加された前記セメント質硬化体と二酸化炭素を含むガスとを２０～１００℃で接触させることを含む炭酸化第二工程と、を備える、方法。
［２］
前記第一工程が加熱装置で行われる、［１］の方法。
［３］
前記セメント質硬化体の粒度が４０ｍｍ以下である、［１］又は［２］の方法。
［４］
前記炭酸化第二工程において、二酸化炭素を含むガスが排ガスであり、排ガスを冷却してからセメント質硬化体と接触させる、［１］～［３］のいずれか一つの方法。
［５］
セメント質硬化体へ二酸化炭素を固定化して得られるセメント混合材の製造方法であって、
前記セメント質硬化体と二酸化炭素を含むガスとを３００℃以上で接触させる炭酸化第一工程と、
前記炭酸化第一工程の後に、前記セメント質硬化体に固液比で０．１～０．５の水を添加することと、水が添加された前記セメント硬化体と二酸化炭素を含むガスとを２０～１００℃で接触させることを含む炭酸化第二工程と、を備える、製造方法。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、セメント質硬化体にＣＯ２を効率よく固定化する方法、及びセメント混合材の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
本実施形態のセメント質硬化体へ二酸化炭素を固定化する方法（以下、二酸化炭素固定化方法とも呼ぶ。）は、セメント質硬化体と二酸化炭素を含むガスとを３００℃以上で接触させる炭酸化第一工程と、炭酸化第一工程の後に、セメント質硬化体に固液比で０．１～０．５の水を添加することと、水が添加されたセメント質硬化体とガスとを２０～１００℃で接触させることを含む炭酸化第二工程と、を備える。
【0010】
本発明者によれば、セメント質硬化体へ二酸化炭素を固定化（セメント質硬化体の炭酸化）をする際に、セメント質硬化体に最適な条件が異なる成分が含まれていることが判明した。そのため、各成分ごとに最適な条件を選択してセメント質硬化体の炭酸化を行うことにより、より効率的に反応を行うことができる。
【0011】
（炭酸化第一工程）
炭酸化第一工程では、二酸化炭素を含むガスと接触しているセメント質硬化体の温度（処理温度）は、３５０℃以上であってよく、４００℃以上であってよい。炭酸化第一工程の処理温度は、８００℃以下であってよく、７００℃以下であってよい。
炭酸化第一工程では、二酸化炭素を含むガスと接触しているセメント質硬化体の温度（処理温度）は、３５０℃以上であってよく、４００℃以上であってよい。炭酸化第一工程の処理温度は、８００℃以下であってよく、７００℃以下であってよい。
【0012】
炭酸化第一工程では、セメント質硬化体へ水を添加してもよいが、水を添加しなくてもよい。作業性等の観点から、水を添加する場合、水の添加量は、固液比で０．０３以下であってよく、０．０１であってよく、０．００５以下であってよく、０．００１以下であってよい。
【0013】
セメント質硬化体は、セメントと水を含む組成物の硬化によって得られた硬化体である。セメント質硬化体は、セメントペーストの硬化体、モルタルの硬化体、及びコンクリートの硬化体のいずれであってもよい。セメントとしては、ポルトランドセメント、混合セメント、エコセメント等、各種のセメントが挙げられる。また、セメント質硬化体は、例えば、コンクリート又はモルタルからなる建材の廃材、セメントペースト硬化体の廃材、レディーミクストコンクリートで発生するスラッジ等の廃棄物であってよい。セメント質硬化体は、コンクリート塊を粉砕したものであってもよい。このような廃棄物を用いることによって資源の有効活用を図ることができる。セメント質硬化体の形状及びサイズは特に限定されない。
【0014】
セメント質硬化体の材齢は特に限定されず、例えば、材齢１日以上のものであってよく、７日以上のものであってよく、１４日以上のものであってよく、１年以上のものであってよい。
【0015】
セメント質硬化体は水分を含有していてよい。セメント質硬化体における水分量は、例えば、１５質量％以上であってよく、２０質量％以上であってもよい。セメント質硬化体における水分量Ｗは、例えば、７０質量％以下であってよく、６０質量％以下であってもよい。
【0016】
二酸化炭素を含むガスとしては、特に制限されないが、排ガスであってよく、工場からの排ガス、焼却炉若しくは電気集塵機等の設備から排出された排ガスであってよい。ガスの流入量は、例えば、０．５～５Ｌ／ｍｉｎであってよく、１～３Ｌ／ｍｉｎであってよい。ガスの温度は３００℃以上であってよく、３５０℃以上であってよく、４００℃以上であってよい。ガスの温度は、容器内で反応を行う場合、容器の入口での温度であってよい。
【0017】
ガスにおける二酸化炭素の含有量は、ガスの総量に対して１体積％以上であってよく、５～５０体積％であってよく、１０～３０体積％であってよい。ガスは、二酸化炭素以外に窒素、酸素、揮発性有機物、水（水蒸気）等を含んでいてよい。
【0018】
第一炭酸化工程は、セメント質硬化体を収容した容器内で行われてよい。容器としては容易内にガスを導入可能であり、充填型加熱装置等の加熱装置など、容器内のセメント質硬化体を加熱可能な装置に含まれていてよい。そのようなものとしては例えば、ヒーターが備え付けられた又はヒーターとしての機能を有する反応器であってよい。ヒーターとしては特に限定されず、ラバーヒーター等の外部加熱装置であってよく、赤外線照射装置等の内部加熱可能な装置であってもよい。
【0019】
セメント質硬化体は粉砕物であってよい。セメント質硬化体のＪＩＳＺ８８０１－１：２０１９に規定される試験用篩による分級、又はレーザー粒度分布測定装置により測定した平均粒子径（体積基準又は個数基準でのｄ５０等）であってもよい。粒度は４０ｍｍ以下であってよく、１０ｍｍ以下であってよく、１ｍｍ以下であってよい。
【0020】
（炭酸化第二工程）
炭酸化第二工程では、炭酸化第一工程で炭酸化されたセメント質硬化体を炭酸化第一工程とは異なる条件で更に炭酸化する。
炭酸化第二工程では、炭酸化第一工程で炭酸化されたセメント質硬化体を炭酸化第一工程とは異なる条件で更に炭酸化する。
【0021】
炭酸化第二工程は、セメント質硬化体に水が添加された状態（すなわち、セメント質硬化体と水とを含む混合物に対して）で行われる。水の添加量は固液比で０．１５～０．４０であってよく、０．１５～０．３５であってよい。炭酸化第二工程中に蒸発する水分を補うために、炭酸化第二工程はセメント質硬化体に加水しながら行ってもよい。
【0022】
二酸化炭素を含むガスとしては、特に制限されないが、排ガスであってよく、工場からの排ガス、焼却炉若しくは電気集塵機等の設備から排出された排ガスであってよい。ガスの流入量は、例えば、０．５～５Ｌ／ｍｉｎであってよく、１～３Ｌ／ｍｉｎであってよい。ガスの温度は２０～１２０℃であってよい。ガスの温度は、容器内で反応を行う場合、容器の入口での温度であってよい。ガスは冷却してから混合物に接触させてよい。
【0023】
炭酸化第二工程において、混合物の温度（処理温度）として、２０℃～水の沸点（常圧であれば１００℃）までの範囲内の温度で炭酸化反応を行ってもよい。混合物の温度は反応器内に配置された熱電対等の温度測定手段で測定することができる。
【0024】
ガスにおける二酸化炭素の含有量は、ガスの総量に対して１体積％以上であってよく、５～５０体積％であってよく、１０～３０体積％であってよい。ガスは、二酸化炭素以外に窒素、酸素、揮発性有機物、水（水蒸気）等を含んでいてよい。
【0025】
混合物に加水する方法は特に制限されないが、例えば、ポンプにより水（液体の水）を混合物に供給することにより行ってよい。
【0026】
第二炭酸化工程は、上述の反応器内で行われてもよいが、すりもみ装置内で行われてもよい。すりもみ装置内では、セメント質硬化体を粉砕しながら二酸化炭素固定化工程を行ってよい。また、充填型加熱装置等の加熱装置内で二酸化炭素固定化工程を行った後、二酸化炭素が固定化されたセメント質硬化体に対してすりもみ装置により更に粉砕を行ってもよい。粉砕は、複数のすりもみ装置により行われてもよい。なお、第一炭酸化工程及び第二炭酸化工程共に刷もみ装置内で行われてもよい。第二炭酸化工程がすりもみ装置内で行われる場合、すりもみ装置内のセメント質硬化体に水分を供給できるよう、すりもみ装置には水分供給手段を備えていてもよい。また、第二炭酸化工程をすりもみ装置内で行う場合は、二酸化炭素が固定化されたセメント質硬化体はすりもみ装置からのガスに含まれる微粉として集塵装置により回収されてよい。
【0027】
本実施形態のセメント質硬化体へ二酸化炭素を固定化して得られるセメント混合材の製造方法は、セメント質硬化体と二酸化炭素を含むガスとを３００℃以上で接触させる炭酸化第一工程と、炭酸化第一工程の後に、前記セメント質硬化体に固液比で０．１～０．５の水を添加することと、水が添加された前記セメント硬化体と二酸化炭素を含むガスとを２０～１００℃で接触させることを含む炭酸化第二工程と、を備える。すなわち、本実施形態のセメント混合材は、上記本実施形態の二酸化炭素固定化方法により製造されたものであってよい。
【0028】
セメント混合材の用途としては特に限定されず、セメントと混合して使用するものであれば特に制限はないが、土壌改良材などの固化材として使用することも可能である。
【実施例0029】
以下、実施例及び比較例を参照して本開示の内容をより詳細に説明するが、本開示は下記の実施例に限定されるものではない。
【0030】
＜セメント質硬化体の作製＞
普通ポルトランドセメントを水セメント比（Ｗ／Ｃ）０．４となるように水と練り混ぜた後、２８日間養生した。養生後、ボールミルでセメント質硬化体の粒度が０．３ｍｍ以下になるまで粉砕し、セメントペースト紛を得た。なお、セメント質硬化体の粒度（平均粒子径）はレーザー粒度分布測定装置で測定した。表１にセメントペースト粉の化学組成を示す。
普通ポルトランドセメントを水セメント比（Ｗ／Ｃ）０．４となるように水と練り混ぜた後、２８日間養生した。養生後、ボールミルでセメント質硬化体の粒度が０．３ｍｍ以下になるまで粉砕し、セメントペースト紛を得た。なお、セメント質硬化体の粒度（平均粒子径）はレーザー粒度分布測定装置で測定した。表１にセメントペースト粉の化学組成を示す。
【0031】
【表1】
【0032】
（実施例１）
＜炭酸化第一工程＞
セメントペースト紛（２５μｇ）を試料容器に入れＴＧ－ＤＴＡ（熱重量示差熱分析装置）内に配置した。Ｎ２ガスをＴＧ－ＤＴＡ内へ流量２００ｍＬ／ｍｉｎで通気し、昇温速度５０℃／ｍｉｎで５００℃まで試料を加熱した。５００℃となった時点で、通気するガスをＮ２ボンベ及びＣＯ２ボンベによりＣＯ２濃度を２５％に調整したガスに切り替えた。ガスを切り替えた時刻を反応開始時間として重量変化量からセメントペースト粉へのＣＯ２吸収量を測定した。結果を図１に示す。高温での炭酸化では非常に速い速度で炭酸化が進行しているが、最大ＣＯ２吸収量はセメントペーストの重量に対して６％程度となっている。
＜炭酸化第一工程＞
セメントペースト紛（２５μｇ）を試料容器に入れＴＧ－ＤＴＡ（熱重量示差熱分析装置）内に配置した。Ｎ２ガスをＴＧ－ＤＴＡ内へ流量２００ｍＬ／ｍｉｎで通気し、昇温速度５０℃／ｍｉｎで５００℃まで試料を加熱した。５００℃となった時点で、通気するガスをＮ２ボンベ及びＣＯ２ボンベによりＣＯ２濃度を２５％に調整したガスに切り替えた。ガスを切り替えた時刻を反応開始時間として重量変化量からセメントペースト粉へのＣＯ２吸収量を測定した。結果を図１に示す。高温での炭酸化では非常に速い速度で炭酸化が進行しているが、最大ＣＯ２吸収量はセメントペーストの重量に対して６％程度となっている。
【0033】
＜第二炭酸化工程＞
５００℃での炭酸化を行ったセメントペースト粉に対して固液比が０．２５となるように水分をよく混ぜ試料容器に入れＴＧ－ＤＴＡ内に配置した。Ｎ２ボンベ及びＣＯ２ボンベによりＣＯ２濃度を２５％に調整したガスをＴＧ－ＤＴＡ内へ流量２００ｍＬ／ｍｉｎで通気し、ＴＧ－ＤＴＡ内の温度を２０℃に保持したまま重量変化を測定することで、ＣＯ２吸収量を算出した。結果を図２に示す。反応時間８分で２．２％のＣＯ２が吸収できた。
５００℃での炭酸化を行ったセメントペースト粉に対して固液比が０．２５となるように水分をよく混ぜ試料容器に入れＴＧ－ＤＴＡ内に配置した。Ｎ２ボンベ及びＣＯ２ボンベによりＣＯ２濃度を２５％に調整したガスをＴＧ－ＤＴＡ内へ流量２００ｍＬ／ｍｉｎで通気し、ＴＧ－ＤＴＡ内の温度を２０℃に保持したまま重量変化を測定することで、ＣＯ２吸収量を算出した。結果を図２に示す。反応時間８分で２．２％のＣＯ２が吸収できた。
【0034】
（比較例１）
セメントペースト粉に対して固液比が０．２５となるように水分をよく混ぜ、試料３１ｍｇを試料容器に入れＴＧ－ＤＴＡ内に配置した。Ｎ２ボンベ及びＣＯ２ボンベによりＣＯ２濃度を２５％に調整したガスをＴＧ－ＤＴＡ内へ流量２００ｍＬ／ｍｉｎで通気し、ＴＧ－ＤＴＡ内の温度を２０℃に保持したまま重量変化を測定することで、ＣＯ２吸収量を算出した。結果を図１に示す。常温での水分を添加しての炭酸化では炭酸化が進行する速度は緩慢だが、反応時間で１０分でのＣＯ２吸収量はセメントペーストの重量に対して７％程度となっている。
セメントペースト粉に対して固液比が０．２５となるように水分をよく混ぜ、試料３１ｍｇを試料容器に入れＴＧ－ＤＴＡ内に配置した。Ｎ２ボンベ及びＣＯ２ボンベによりＣＯ２濃度を２５％に調整したガスをＴＧ－ＤＴＡ内へ流量２００ｍＬ／ｍｉｎで通気し、ＴＧ－ＤＴＡ内の温度を２０℃に保持したまま重量変化を測定することで、ＣＯ２吸収量を算出した。結果を図１に示す。常温での水分を添加しての炭酸化では炭酸化が進行する速度は緩慢だが、反応時間で１０分でのＣＯ２吸収量はセメントペーストの重量に対して７％程度となっている。
【0035】
実施例１の炭酸化第一工程（図中の「５００℃」）と、比較例１（図中のＷ／Ｐ＝０．２５＿２０℃）について、ＣＯ２吸収量と反応時間との関係を図１に示す。セメント質硬化体に多くのＣＯ２を固定化するのであれば、水分を添加し常温で炭酸化することが望ましい。しかし、図１の比較例１の結果のとおり、１０分でのＣＯ２固定量は７％程度である。そこで、高温で炭酸化を行った後に、セメント質硬化体に水分を添加し常温で炭酸化を行うことで効率よく炭酸化を行うことができる。図１より５００℃での炭酸化では２分程度で６％のＣＯ２が吸収される。その後常温での炭酸化を８分程度行うことで図１より２．２％のＣＯ２が固定される。合計の反応時間１０分でのＣＯ２吸収量は約８．２％程度であり、常温での炭酸化反応と比較する短時間でＣＯ２を吸収させることができる。
【0036】
＜反応装置＞
二酸化炭素の固定化を反応装置内で行った。図３に反応装置の概略図を示す。反応装置の構成は以下のとおりである。
まず、反応装置１０は、試料（セメントペースト紛と水との混合物）にＣＯ２固定化反応を行うための反応器１を有している。反応器１には、ホバートミキサー２が取り付けられており、反応器内の試料を撹拌することが可能である。また、反応器１の入口にはＣＯ２ボンベ３及びＮ２ボンベ４が接続されており、反応器１内にガスを流入させることが可能である。反応装置１０は、ポンプ５を有している。ポンプ５は反応器１と水を収容したタンク６とに接続されており、反応器１に水を共有することが可能である。反応器１にはラバーヒーター７が取り付けられており、反応器１を加熱することが可能である。ラバーヒーターには更に温度制御器８が接続されており、温度制御器８には反応器内に取り付けられた熱電対９が接続されている。これにより、熱電対９で反応器１内の温度を測定しながら温度制御器８によりラバーヒーターの温度を制御して反応器内の試料温度を管理することができる。
二酸化炭素の固定化を反応装置内で行った。図３に反応装置の概略図を示す。反応装置の構成は以下のとおりである。
まず、反応装置１０は、試料（セメントペースト紛と水との混合物）にＣＯ２固定化反応を行うための反応器１を有している。反応器１には、ホバートミキサー２が取り付けられており、反応器内の試料を撹拌することが可能である。また、反応器１の入口にはＣＯ２ボンベ３及びＮ２ボンベ４が接続されており、反応器１内にガスを流入させることが可能である。反応装置１０は、ポンプ５を有している。ポンプ５は反応器１と水を収容したタンク６とに接続されており、反応器１に水を共有することが可能である。反応器１にはラバーヒーター７が取り付けられており、反応器１を加熱することが可能である。ラバーヒーターには更に温度制御器８が接続されており、温度制御器８には反応器内に取り付けられた熱電対９が接続されている。これにより、熱電対９で反応器１内の温度を測定しながら温度制御器８によりラバーヒーターの温度を制御して反応器内の試料温度を管理することができる。
【0037】
＜二酸化炭素固定化（炭酸化）反応＞
作製したセメントペースト紛（２００ｇ）を上記反応装置の反応器内に投入し、ホバートミキサーで攪拌した。反応器内の温度は反応器の下部に備えられたラバーヒーターで２０℃に調整した。Ｎ２及びＣＯ２ボンベによりＣＯ２濃度を２０体積％に調整したガスを反応器内へ流量２．０Ｌ／ｍｉｎで通気し、表２のＷ／Ｐの値となるよう水を添加し、ＣＯ２の固定化反応を行った。固定化反応中、一定時間毎に試料を回収しながら熱重量示差熱分析装置（ＴＧ－ＤＴＡ）から下記式（１）を用いて炭酸化度を測定した。なお、Ｗ／Ｐは、セメントペースト粉（Ｐ）に対する水（Ｗ）の質量比である。
作製したセメントペースト紛（２００ｇ）を上記反応装置の反応器内に投入し、ホバートミキサーで攪拌した。反応器内の温度は反応器の下部に備えられたラバーヒーターで２０℃に調整した。Ｎ２及びＣＯ２ボンベによりＣＯ２濃度を２０体積％に調整したガスを反応器内へ流量２．０Ｌ／ｍｉｎで通気し、表２のＷ／Ｐの値となるよう水を添加し、ＣＯ２の固定化反応を行った。固定化反応中、一定時間毎に試料を回収しながら熱重量示差熱分析装置（ＴＧ－ＤＴＡ）から下記式（１）を用いて炭酸化度を測定した。なお、Ｗ／Ｐは、セメントペースト粉（Ｐ）に対する水（Ｗ）の質量比である。
【0038】
＜炭酸化度の計算方法＞
炭酸化度は次の式（１）より算出した。
式（１）中の記号は以下のとおりである。
ｉｇ．ｌｏｓｓ（ｂｅｆｏｒｅ）：炭酸化前のセメントペーストのｉｇ．ｌｏｓｓ
ｉｇ．ｌｏｓｓ（ａｆｔｅｒ）：炭酸化後のセメントペーストのｉｇ．ｌｏｓｓ
ＣａＣＯ３：炭酸化後のセメントペーストのＣａＣＯ３量
ＣａＯ：炭酸化前のセメントペーストのＣａＯ量
なお、Ｉｇ．ｌｏｓｓは室温～１０００℃の温度範囲の減少量、ＣａＣＯ３の量は５００～８００℃の温度範囲の減少量からそれぞれ算出した。
炭酸化度は次の式（１）より算出した。
【数1】
式（１）中の記号は以下のとおりである。
ｉｇ．ｌｏｓｓ（ｂｅｆｏｒｅ）：炭酸化前のセメントペーストのｉｇ．ｌｏｓｓ
ｉｇ．ｌｏｓｓ（ａｆｔｅｒ）：炭酸化後のセメントペーストのｉｇ．ｌｏｓｓ
ＣａＣＯ３：炭酸化後のセメントペーストのＣａＣＯ３量
ＣａＯ：炭酸化前のセメントペーストのＣａＯ量
なお、Ｉｇ．ｌｏｓｓは室温～１０００℃の温度範囲の減少量、ＣａＣＯ３の量は５００～８００℃の温度範囲の減少量からそれぞれ算出した。
【0039】
（参考例１～５、参考比較例１及び２）
表２に各参考及び参考比較例について、Ｗ／Ｐと反応開始から４時間後の炭酸化度の値を示す。また、各参考及び参考比較例について時間と炭酸化度との関係を図４に示す。図２に示すとおり、Ｗ／Ｐが０．１～０．５の場合には短時間、高炭酸化度で処理できることが確認できた。一方、固液比を高くした場合は、初期の炭酸化が緩やかであることが分かった。
表２に各参考及び参考比較例について、Ｗ／Ｐと反応開始から４時間後の炭酸化度の値を示す。また、各参考及び参考比較例について時間と炭酸化度との関係を図４に示す。図２に示すとおり、Ｗ／Ｐが０．１～０．５の場合には短時間、高炭酸化度で処理できることが確認できた。一方、固液比を高くした場合は、初期の炭酸化が緩やかであることが分かった。
【0040】
【表2】
【符号の説明】
【0041】
１０…反応装置、１…反応器、２…ホバートミキサー、３…ＣＯ２ボンベ、４…Ｎ２ボンベ、５…ポンプ、６…タンク、７…ラバーヒーター、８…温度制御器、９…熱電対。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】