ホーム > 特許ランキング > ＢＩＯＳＥＮＴＡ ＩＮＣ．
知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
特表2024-537534コアシェル型水酸化カルシウム－炭酸カルシウム粒子を製造するための方法および装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-10-10
(54)【発明の名称】コアシェル型水酸化カルシウム－炭酸カルシウム粒子を製造するための方法および装置
(51)【国際特許分類】
C01F 11/02 20060101AFI20241003BHJP
【ＦＩ】
C01F11/02 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024527100
(86)(22)【出願日】2022-11-02
(85)【翻訳文提出日】2024-06-24
(86)【国際出願番号】 CA2022051620
(87)【国際公開番号】W WO2023077223
(87)【国際公開日】2023-05-11
(31)【優先権主張番号】63/274,995
(32)【優先日】2021-11-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/391,989
(32)【優先日】2022-07-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】524169249
【氏名又は名称】バイオセンタ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＢＩＯＳＥＮＴＡ ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】110000729
【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】フセイン、マエン
(72)【発明者】
【氏名】ダルウィッシュ、ノーラ ナイフ
【テーマコード（参考）】
4G076
【Ｆターム（参考）】
4G076AA10
4G076AA16
4G076AB06
4G076AB09
4G076BA24
4G076BD02
4G076BD04
4G076BF05
4G076CA02
4G076DA02
(57)【要約】
本開示は、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）被覆水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）粒子を調製するための方法を記載する。本方法は、液体二酸化炭素を反応容器中に導入することと、水酸化カルシウム粒子を反応容器中に導入することと、水酸化カルシウム粒子を液体二酸化炭素中に効果的に混合することとを含む。本方法は、液体二酸化炭素に相変化を誘導することで、水酸化カルシウムをドライアイスで被覆することをさらに含む。異なる実施形態では、液体二酸化炭素をスロットルバルブ中に導入し、気体二酸化炭素と固体ドライアイスとの混合物への相変化を誘導してもよく、水酸化カルシウム粒子を前記混合物と共に出口流中に導入し、ドライアイスの不均一核生成を誘導することができる。また、両実施形態は、所定の滞留時間後にドライアイスを昇華させて、水酸化カルシウム粒子上の炭酸カルシウム被覆の厚さを制御することを含む。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）被覆水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）粒子を調製する方法であって、液体二酸化炭素を反応容器中に導入することと、
水酸化カルシウム粒子を該反応容器中に導入することと、
該水酸化カルシウム粒子を該液体二酸化炭素中に効果的に混合することと、
該液体二酸化炭素に相変化を誘導することで、該水酸化カルシウム粒子をドライアイスで被覆することと、
所定の滞留時間後に該ドライアイスを昇華させて、該水酸化カルシウム粒子上の炭酸カルシウム被覆の厚さを制御することと
を含む、方法。
【請求項2】
前記反応容器中に導入された前記液体二酸化炭素が、８ＭＰａの圧力および－２５℃の温度にある、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記液体二酸化炭素が、０．５１８ＭＰａ～１６ＭＰａの圧力範囲および－５６．５６℃～３０．９８℃の温度範囲において前記反応容器中に導入される、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
水酸化カルシウム粒子を前記反応容器中に導入することが、前記水酸化カルシウム粒子を補助チャンバー中に供給することと、該補助チャンバー中の前記水酸化カルシウム粒子を前記液体二酸化炭素と共に流し出すことと、混合物を前記反応容器中に導入して既に存在している前記液体二酸化炭素とさらに混合することとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記液体二酸化炭素が前記反応容器中に導入される前に、前記水酸化カルシウム粒子が前記反応容器中に導入される、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記反応容器が、混合用の撹拌装置をさらに備える高圧反応器である、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記反応容器がインラインミキサーである、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記液体二酸化炭素に前記相変化を誘導することが、スロットルバルブを使用して前記液体二酸化炭素を急速放出してドライアイスにすることにより行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記スロットルバルブが０．１ＭＰａの出口圧力で急速放出を行う、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記スロットルバルブが、０．０１ＭＰａ～０．５１８ＭＰａの出口圧力範囲および－５６．５６℃より低い温度において急速放出を行う、請求項８に記載の方法。
【請求項11】
前記水酸化カルシウム粒子上の前記炭酸カルシウム被覆の厚さを制御することが、分離容器中で０．５１８ＭＰａ以下の圧力において前記所定の滞留時間にわたってなされる、請求項１に記載の方法。
【請求項12】
前記ドライアイスの昇華物から気体二酸化炭素を回収することと、該気体二酸化炭素に相変化を誘導して、前記反応容器に導入される液体二酸化炭素を得ることと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項13】
炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）被覆水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）粒子を製造するためシステムであって、液体二酸化炭素および水酸化カルシウム粒子を収容するための反応容器と、
該液体二酸化炭素および水酸化カルシウム粒子を効果的に混合する撹拌装置と、
液体二酸化炭素に相変化を誘導して該水酸化カルシウム粒子をドライアイスで被覆するためのスロットルバルブと、
所定の滞留時間後に該ドライアイスを昇華させて、該水酸化カルシウム粒子上の炭酸カルシウム被覆の厚さを制御するための分離容器と
を備える、システム。
【請求項14】
前記反応容器に収容された前記液体二酸化炭素が、８ＭＰａの圧力および－２５℃の温度にある、請求項１３に記載のシステム。
【請求項15】
前記液体二酸化炭素が、０．５１８ＭＰａ～１６ＭＰａの圧力範囲および－５６．５６℃～３０．９８℃の温度範囲において前記反応容器中に収容される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項16】
補助チャンバー中の前記水酸化カルシウム粒子を前記液体二酸化炭素と共に流し出すことと、混合物を前記反応容器中に導入して既に存在している前記液体二酸化炭素と混合することとを通じて、前記水酸化カルシウム粒子が前記反応容器に収容される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項17】
前記液体二酸化炭素が前記反応容器に収容される前に、前記水酸化カルシウム粒子が前記反応容器に収容される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項18】
前記水酸化カルシウム粒子が前記反応容器に収容される前に、前記液体二酸化炭素が前記反応容器に収容される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項19】
前記反応容器が、混合用の撹拌装置をさらに備える高圧反応器である、請求項１３に記載のシステム。
【請求項20】
前記容器がインラインミキサーである、請求項１３に記載のシステム。
【請求項21】
前記スロットルバルブが、前記液体二酸化炭素を０．１ＭＰａで急速放出することにより相変化を誘導する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項22】
前記スロットルバルブが、０．１ＭＰａ～０．５１８ＭＰａの圧力範囲および－５６．５６℃より低い温度において前記液体二酸化炭素を急速放出することにより相変化を誘導する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項23】
前記水酸化カルシウム粒子上の前記炭酸カルシウム被覆の厚さを制御することが、前記分離容器中で０．５１８ＭＰａ以下の圧力において前記所定の滞留時間にわたってなされる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項24】
前記分離容器中の前記ドライアイスの昇華物から気体二酸化炭素を回収する、前記分離容器に接続された気体二酸化炭素流出口と、前記気体二酸化炭素流出口と前記反応容器とを接続し、前記気体二酸化炭素に相変化を誘導して前記反応容器中に導入される液体二酸化炭素を得るように構成されたインライン加圧システムを有する、戻りラインと
をさらに備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項25】
炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）被覆水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）粒子を調製する方法であって、出口流中への液体二酸化炭素を減圧することで、該液体二酸化炭素に気体二酸化炭素と固体ドライアイスとの混合物への相変化を誘導することと、
水酸化カルシウム粒子を該出口流に導入することで、該水酸化カルシウム粒子の不均一核生成を誘導し、該水酸化カルシウム粒子の周囲におけるドライアイス粒子の形成を促進することと、
該水酸化カルシウム粒子の周囲に形成された該ドライアイス粒子を昇華させることと
を含む、方法。
【請求項26】
炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）被覆水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）粒子を製造するためのシステムであって、液体二酸化炭素から気体二酸化炭素と固体ドライアイスとの混合物への相変化を誘導するためのスロットルバルブであって、該混合物を、出口流を含む断熱ホース中に排出するように動作可能である、スロットルバルブと、
不均一核生成を誘導し水酸化カルシウム粒子の周囲におけるドライアイス形成を促進するための不均一核生成剤である水酸化カルシウム粒子を、該出口流に導入するためのスクリューフィーダーと、
該出口流からの該混合物およびドライアイスで覆われた水酸化カルシウム粒子を収容し、該ドライアイスをさらに昇華させるサイクロンと
を備える、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、充填剤の製造、より詳細には、コアシェル型水酸化カルシウム－炭酸カルシウム粒子の製造に関する。
【背景技術】
【0002】
ポリマー組成物、塗料、および被覆における充填剤の使用は周知であり、文献において確立されている。通常、充填剤は、最終製品の機械特性、光学特性、物性、および難燃特性をはじめとする特性を向上させる。米国特許第９，４９３，６５８号および米国特許第６，３１０，１２９号は、充填剤の使用に適した技法を提供している。現在、炭酸カルシウム、タルク、粘土、石膏、重晶石、長石、およびケイ酸塩などの様々な市販の無機粉末充填剤が広く使用されている。それにもかかわらず、米国特許第６，３１０，１２９号に示されているように、粉砕鉱物充填剤の利用はその比較的大きいサイズにより限定されている。このため、通常はマイクロサイズの充填剤が化学的に合成されているが、これによりこれらの充填剤はより一層高コストとなる。
【0003】
ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）中の合成Ｃａ（ＯＨ）２充填剤は、ＰＶＣの燃焼時に生成する毒性の塩素ガスを中和する。一方、Ｃａ（ＯＨ）２は、米国特許第６，３１０，１２９号に示されているように、空気の存在下で加熱時にその酸化物へ吸熱的に分解するというよりはむしろ、空気の存在下で比較的低温でＣＯ２と発熱反応をしてＣａＣＯ３を生じるという理由で、Ｃａ（ＯＨ）２の難燃性は疑わしい。もっとも、Ｃａ（ＯＨ）２添加剤は大気中のＣＯ２とゆっくりと反応してＣａＣＯ３を生ずるため、これがＣａ（ＯＨ）２の機能性を限定する可能性がある。それにもかかわらず、米国特許第９，４９３，６５８号、米国特許第６，３１０，１２９号、および米国特許第７，８８３，６８１号に示されているように、電気・光学機器の耐トラッキング性を改善するために、市販のＣａ（ＯＨ）２は様々な熱硬化性樹脂に添加剤としてなお使用されている。
【0004】
アセチレンの製造中に共生成するカーバイドライムは、米国特許第７，８８３，６８１号に示されているように、７０～８５％ｗｔ／ｗｔのＣａ（ＯＨ）２と、Ｃａ（ＯＨ）２粒上の殻の形態にある５～２５％ｗｔ／ｗｔのＣａＣＯ３とからなる。カーバイドライムは、その多種多様な特性により、多くの製品において有効な充填剤となることが見出されている。カーバイドライムは、廃酸の中和、ガス洗浄および脱硫、下水および水処理施設におけるｐＨ制御、建築用ブロックおよび舗装用材料の製造、脱ハロゲン化、ならびに酢酸カルシウムマグネシウムおよび次亜塩素酸カルシウムの製造に使用されている。カーバイドライムに関するこれらの使用は、米国特許第６，３１０，１２９号および米国特許第５，９９７，８８３号、ならびにＦ．Ａ． Ｃａｒｄｏｓｏら「Ｃａｒｂｉｄｅ ｌｉｍｅ ａｎｄ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｈｙｄｒａｔｅｄ ｌｉｍｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ」、Ｐｏｗｄｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌ．、２００９、ｄｏｉ： １０．１０１６／ｊ．ｐｏｗｔｅｃ．２００９．０５．０１７で述べられている。米国特許第６，３１０，１２９号および米国特許第７，８８３，６８１号に記載されているように、カーバイドライムは効果的な抗細菌剤、抗ウイルス剤、および抗真菌剤でもある。カーバイドライムは粉砕され、所定の用途にとって望ましいサイズの粒子を回収するためにスクリーニングされる。
【0005】
しかし、カーバイドライムは、アセチレンガス製造中に使用されるコークスに起因するその灰色っぽい色により、使用が限定されている。よって、米国特許第７，８８３，６８１号に教示されるように、加工された未処理のカーバイドライムを利用したすべての樹脂成形品は暗色を有する。このため、合成コアシェル型Ｃａ（ＯＨ）２－ＣａＣＯ３粒子（本明細書では炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム粒子とも称する）が調製されている。
【0006】
炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム粒子を調製する１つの方法は、Ｍｅａｄｅにより米国特許第７，８８３，６８１号で記載されているように、ＣＯ２含有ガス、例えば、燃焼排気をＣａ（ＯＨ）２粒子を含有する床に吹き付けることによる。また、曝露時間によりＣａＣＯ３被覆の厚さを制御できるが、この過程は主に粒子の衝突に起因して再現性に乏しい。米国特許第７，８８３，６８１号に示されるように、衝突は被覆の一部を劣化させ、粒子が反応するのを阻止し、大型粒子の凝集の一因となる。この限界を克服するため、米国特許第９，４９３，６５８号は、微粉砕された市販のＣａ（ＯＨ）２粒子をドライアイスと反応させて炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム粒子を調製することを教示している。１つの設計では、Ｃａ（ＯＨ）２粒子およびドライアイスを２つの別々の投入口からサイロに添加する。昇華するドライアイス中で粒子が重力沈降することにより、反応物を混合することができる。別の設計によれば、反応物を１つの投入口からサイロに導入する前にホバートミキサー中で反応物を非常に短時間で混合することが可能となる。米国特許第９，４９３，６５８号に示されているように、この手法でこれまで報告されている限界に対処し、７０～９５ｗｔ％のＣａ（ＯＨ）２と５～３０ｗｔ％のＣａＣＯ３表面被覆とを有する、より同質で一様な粒子を製造することに成功した。
【0007】
しかし、サイロ内での重力沈降はＣａＣＯ３被覆の厚さを制御する上で理想的ではない可能性がある点が留意される。Ｈ． Ｓｃｏｔｔ Ｆｏｇｌｅｒ、「Ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」 Ｃｈｅｍ． Ｅｎｇ． Ｓｃｉ．、１９８７、ｄｏｉ： １０．１０１６／０００９－２５０９（８７）８０１３０－．６に示されているように、滞留時間はサイロの高さおよびＣａ（ＯＨ）２の粒度に依存するが、炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウムの粒度分布はサイロ内であまり制御できない。さらに、炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウムの粒度は主に、Ｃａ（ＯＨ）２反応物粒子のサイズを選択することによって制御される。例えば、約４４μｍのＣａ（ＯＨ）２粒子とメッシュサイズが－１２～＋１８であるフレーク状のドライアイスとの反応により、０．１～７５μｍの炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム粒子を生成する。米国特許第９，４９３，６５８号に示されているように、あるサイロに対し、反応物の質量比を使用して炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム生成物の仕様を制御する。最後に、Ｍ． Ｈｕｓｅｉｎ、「Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｎａｎｏｓｃａｌｅ ｏｒｇａｎｏｓｏｌｓ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｓｏｌｓ ｖｉａ ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｒｏｕｔｅ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ． ２０１７、ｄｏｉ： １０．１００７／ｓ１１０５１－０１７－４０９５－０において教示されているように、特に小さい粒度と対応する表面エネルギーを考慮すれば、反応物をサイロに導入する前に固体反応物を混合することは、Ｃａ（ＯＨ）２粒子の凝集につながる可能性がある。
【0008】
米国特許第９，４９３，６５８号に示されているように、カーバイドライムを手本とし、Ｃａ（ＯＨ）２をドライアイスと反応させることにより製造された炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム粒子もまた、抗細菌性、抗真菌性、および抗ウイルス性、ならびに顕著なｐＨ調整特性を有することが判明している。こうした性質により、これらの合成炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム粒子が様々な市販品にとって理想的な充填剤となっている。Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ、「Ｆｉｎａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（ＳｗＲＩ） Ｐｒｏｊｅｃｔ ２０６３７（Ｐｒｏｐｏｓａｌ Ｎｏ．０１－７２４４５）「Ｍｏｌｄ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｅｆｆｉｃａｃｙ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ Ｐａｉｎｔ ｗｉｔｈ ＺｅｒｏＭｏｌｄ Ａｄｄｉｔｉｖｅ」」、２０１５およびＳｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ、「Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｒｅｓｕｌｔｓ」、２０１４における予備試験により、炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム粒子を混合した樹脂成形品および塗料は、殺細菌性、殺真菌性、および殺ウイルス性をはじめとした顕著な滅菌特性を付与することが示された。これらの抗微生物性は高いＣａ（ＯＨ）２含有量によって誘起され、米国特許第９，４９３，６５８号で述べられるように、加速劣化試験によりこれが最長で１００年持続すると推測されている。
【0009】
また、Ｖａｎｃｅら（２０１５）「Ｄｉｒｅｃｔ Ｃａｒｂｏｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａ（ＯＨ）（２） Ｕｓｉｎｇ Ｌｉｑｕｉｄ ａｎｄ Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ ＣＯ２： Ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｃａｒｂｏｎ－Ｎｅｕｔｒａｌ Ｃｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ」、Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ＆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ、５４（３６）、ｐｐ．８９０８～８９１８． ｄｏｉ：１０．１０２１／ａｃｓ．ｉｅｃｒ．５ｂ０２３５６において、液体ＣＯ２中に置いたときのＣａ（ＯＨ）２の炭化が調べられた。液体ＣＯ２を排出する等温過程が使用された。反応動力学の解析により、液体ＣＯ２中におけるＣａ（ＯＨ）２の反応が高速（２ｈで約８０％の変換）であることが示された。これは、生成物であるＣａＣＯ３層が不動態化していないことを示唆する。圧力および温度は炭化速度にほとんど影響しなかった。さらにまた、炭化したＣａ（ＯＨ）２の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像は、Ｃａ（ＯＨ）２粒の表面上にカルサイト層が形成されていることを示している。不規則な成長、不均一な形態構造、および最初に形成されたＣａＣＯ３表面層の剥離（階段化効果）が、Ｃａ（ＯＨ）２の頂部に非不動態化カルサイト層が形成されたことの主な理由である。Ｖａｎｃｅらの手順を使用して製造された材料を殺生物活性について試験したところ、有効殺生物活性は低いという結果であった。これは、粒子の凝集の程度が高いこと、およびＣａＣＯ３膜が不完全であることに起因していた。こうした形態上の短所が、より低い有効性の殺生物性粒子となる一因であった。
【0010】
さらにまた、Ｄｈｅｉｌｌｙ， Ｒ．Ｍ，Ｊ Ｔｕｄｏ、Ｙ Ｓｅｂａｉｂｉ、およびＭ Ｑｕｅｎｅｕｄｅｃ． 「Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｃａｒｂｏｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｗｄｅｒｅｄ Ｃａ（ＯＨ）２」、Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ＆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ １６、第３号（２００２）：１５５～１６１によれば、Ｃａ（ＯＨ）２と気体ＣＯ２との反応の欠点は、減圧過程と関連する温度において、特に水分の非存在下ではこの反応がゆっくりと生じる点である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の様々な態様によれば、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）被覆水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）粒子を調製するための方法が提供される。本方法は、液体二酸化炭素を反応容器中に導入することと、水酸化カルシウム粒子を反応容器中に導入することと、水酸化カルシウム粒子を液体二酸化炭素中に効果的に混合することとを含む。本方法は、液体二酸化炭素に相変化を誘導することで、水酸化カルシウムをドライアイスで被覆することをさらに含む。また、本方法は、所定の滞留時間後にドライアイスを昇華させて、水酸化カルシウム粒子上の炭酸カルシウム被覆の厚さを制御することを含む。
【0012】
本方法は、８ＭＰａの圧力および－２５℃の温度で反応容器中に導入される液体二酸化炭素を含んでいてもよい。
【0013】
あるいは、本方法は、０．５１８ＭＰａ～１６ＭＰａの圧力範囲および－５６．５６℃～３０．９８℃の温度範囲において反応容器中に導入される液体二酸化炭素を含んでいてもよい。
【0014】
反応容器中への水酸化カルシウム粒子の導入は、水酸化カルシウム粒子を補助チャンバー中に供給することと、補助チャンバー中の水酸化カルシウム粒子を液体二酸化炭素と共に流し出すことと、混合物を反応容器中に導入して既に存在している液体二酸化炭素とさらに混合することとを含んでいてもよい。
【0015】
あるいは、液体二酸化炭素が反応容器中に導入される前に、水酸化カルシウム粒子が反応容器中に導入されてもよい。
【0016】
本方法は、混合用の撹拌装置を備える高圧反応器を反応容器として含んでいてもよい。
【0017】
あるいは、本方法は、インラインミキサーを反応容器として含んでいてもよい。
【0018】
液体二酸化炭素に相変化を誘導することは、スロットルバルブを使用して液体二酸化炭素を急速放出してドライアイスにすることにより行われてもよい。
【0019】
スロットルバルブは、０．１ＭＰａの圧力で急速放出を行ってドライアイスを作り出してもよい。
【0020】
あるいは、スロットルバルブは、０．０１ＭＰａ～０．５１８ＭＰａの圧力範囲および－５６．５６℃より低い温度において急速放出を行ってもよい。
【0021】
水酸化カルシウム粒子上の炭酸カルシウム被覆の厚さを制御することは、分離容器中で０．５１８ＭＰａ以下の圧力において所定の滞留時間にわたってなされる。
【0022】
本方法は、ドライアイスの昇華物から気体二酸化炭素を回収することと、気体二酸化炭素に相変化を誘導して、反応容器に導入される液体二酸化炭素を得ることとをさらに含んでいてもよい。
【0023】
本発明の様々な態様によれば、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）被覆水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）粒子を製造するためのシステムが提供される。本システムは、液体二酸化炭素および水酸化カルシウム粒子を収容するための反応容器を備える。本システムは、液体二酸化炭素および水酸化カルシウム粒子を効果的に混合する撹拌装置と、液体二酸化炭素に相変化を誘導して水酸化カルシウム粒子をドライアイスで被覆するためのスロットルバルブとをさらに備える。また、本システムは、所定の滞留時間後にドライアイスを昇華させて、水酸化カルシウム粒子上の炭酸カルシウム被覆の厚さを制御するための分離容器を備える。
【0024】
本システムは、８ＭＰａの圧力および－２５℃の温度で反応容器に収容された液体二酸化炭素を備えていてもよい。
【0025】
あるいは、本システムは、０．５１８ＭＰａ～１６ＭＰａの圧力範囲および－５６．５６℃～３０．９８℃の温度範囲において反応容器に収容されている液体二酸化炭素を備えていてもよい。
【0026】
水酸化カルシウム粒子は、補助チャンバー中の水酸化カルシウム粒子を液体二酸化炭素と共に流し出すことと、混合物を反応容器中に導入して既に存在している液体二酸化炭素と混合することとを通じて、反応容器に収容されてもよい。
【0027】
あるいは、液体二酸化炭素が反応容器に収容される前に、水酸化カルシウム粒子が反応容器に収容されてもよい。
【0028】
あるいは、水酸化カルシウム粒子が反応容器に収容される前に、液体二酸化炭素が反応容器に収容されてもよい。
【0029】
本システムは、混合用の撹拌装置を備える高圧反応器を反応容器として備えていてもよい。
【0030】
あるいは、本システムは、インラインミキサーを反応容器として備えていてもよい。
【0031】
本システムのスロットルバルブは、０．０１ＭＰａ～０．５１８ＭＰａの圧力範囲および－５６．５６℃より低い温度において液体二酸化炭素を急速放出することにより相変化を誘導してもよい。
【0032】
あるいは、本システムのスロットルバルブは、液体二酸化炭素を０．１ＭＰａの圧力へと急速放出することにより相変化を誘導してもよい。
【0033】
水酸化カルシウム粒子上の炭酸カルシウム被覆の厚さを制御することは、分離容器中で０．５１８ＭＰａ以下の圧力において所定の滞留時間にわたってなされる。
【0034】
本システムは、分離容器中のドライアイスの昇華物から気体二酸化炭素を回収する、分離容器に接続された気体二酸化炭素流出口をさらに備えていてもよい。本システムはまた、気体二酸化炭素流出口と反応容器とを接続し、気体二酸化炭素に相変化を誘導して反応容器中に導入される液体二酸化炭素を得るように構成されていてもよいインライン加圧システムを有する、戻りラインを備えていてもよい。
【0035】
以下の本発明の実施形態の詳細な説明を添付の図面と併せて参照することにより、本発明の実施形態がより明確に理解されるはずである。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】本発明の一実施形態に係る、ドライアイス中に閉じ込められた炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウムを製造するためのシステムを図示した図である。
【0037】
【0038】
【0039】
【図4】本発明の別の実施形態に係る炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウムを製造するためのシステムを図示した図であり、最終生成物である気体ＣＯ２は、液体ＣＯ２としてさらに使用するためにシステム中に再循環される。
【0040】
【0041】
【図6】二酸化炭素（ＣＯ２）の相図を図示した図であり、ＣＯ２の固体状態、液体状態、および蒸気状態の安定領域を示す。
【0042】
【図7】二酸化炭素（ＣＯ２）の相図を図示した図であり、様々なエンタルピーにおける、固体状態と液体状態と蒸気状態の間でＣＯ２の状態を変化させるための領域を示す。
【0043】
【図8】本発明のさらに別の実施形態に係る炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム粒子を製造するためのシステムを図示した図であり、水酸化カルシウム粒子は、減圧バルブの出口流中でドライアイスの不均一核生成を誘導する。
【0044】
【発明を実施するための形態】
【0045】
以下の記述およびそこで記載される実施形態は、本発明の原理および態様の特定の実施形態の、１つまたは複数の例を説明する意図で提供される。これらの例は、本発明のそうした原理の限定ではなく、説明を目的として提供される。以下の記述において、類似の部分には、明細書および図面の全体にわたってそれぞれ同一の参照番号が付される。
【0046】
総括すると、本発明の好ましい実施形態によれば、炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム粒子を調製するための方法が提供される。本方法は、一般に、液体二酸化炭素（ＣＯ２）中に水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）粒子を分散することと、次いで粒子を急速放出／減圧して液体二酸化炭素に相変化を誘導することとを伴い、そのため、液体二酸化炭素はドライアイスとなる。生じたドライアイスはその固体構造中にＣａ（ＯＨ）２粒子を閉じ込め、ドライアイスによる粒子の被覆の増強が達成される。
【0047】
既存の方法とは異なり、方法２００は、炭酸化を改善できる点、および粒子の炭酸化の程度をより制御できる点で有利である。これは固体－液体混合によって達成され、この混合は固体－固体混合よりも十分な混合を実現する傾向がある。とはいえ、主要な炭酸化反応はドライアイスと閉じ込められたＣａ（ＯＨ）２粒子の間で進行し、これにより、粒子のより均一な被覆が可能となる。この方法では、半径方向を含むあらゆる方向において同一の速度で炭酸化が進行する。以下で解説するように、ドライアイスを昇華させる前に二酸化炭素が水酸化カルシウム核上でドライアイス被覆として留まる滞留時間を選択的に減少または増加させることにより、ＣａＣＯ３殻の厚さを制御することができる。そしてこれにより、炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム粒子をより広範囲の製品に使用したり、より広範囲の用途、例えば、プラスチック、紙、セメント、および乾式壁用の充填剤における使用などに供したりできるように、得られる炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム粒子の構造特性をより良好にカスタマイズすることが可能となる。また、得られる炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム粒子はより高い殺生物活性をも有し、とりわけ殺生物効果が有利な環境において用途が増えることにつながる。方法２００は、二酸化炭素に液相から固相および気相への相変化が誘導される点で既存の製造方法とさらに異なり、二酸化炭素が固相から気相へ変化する既存の方法とは対照的である。加えて、方法２００は、製造時間が著しく短い点で既存の製造方法よりも有利である。
【0048】
図１は、２つの製造ライン１６０および１６０Ａを有する、炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム粒子を製造するためのシステム１００を図示する。第１の製造ライン１６０はシステム１００中の点線の上部に図示され、第２の製造ライン１６０Ａはシステム１００中の点線の下部に図示されている。第１の製造ライン１６０および第２の製造ライン１６０Ａは並行して動作してもよく、以下でさらに解説するいくつかの構成要素を共有していてもよい。
【0049】
第１の製造ライン１６０は、ＣＯ２供給ライン１０８を介して断熱された高圧反応器１２４に接続された、断熱された加圧液体ＣＯ２貯蔵タンク１０４（以下、貯蔵タンク１０４と称する）を備え、貯蔵タンク１０４から高圧反応器１２４へと液体ＣＯ２を送ることが可能である。ゲートバルブ１１２およびインライン加圧システム１１６がＣＯ２供給ライン１０８沿いに設置されていてもよい。高圧反応器１２４は、ＣＯ２供給ラインからの液体ＣＯ２を収容することに加え、Ｃａ（ＯＨ）２供給ラインからのＣａ（ＯＨ）２粒子も収容する。高圧反応器１２４は、液体ＣＯ２とＣａ（ＯＨ）２粒子とを混合するための撹拌装置１２８を備える。高圧反応器１２４は、スロットルバルブ１３２を介して分離容器１３６に接続され、スロットルバルブ１３２はＣａ（ＯＨ）２粒子を取り囲む液体ＣＯ２を急速流出し、分離容器１３６は生じたドライアイスを収容する。次いで、分離容器１３６中でドライアイスが昇華し、生成した気体ＣＯ２は接続された気体ＣＯ２流出口１４０を通じて排出され、生成した炭酸カルシウム被覆水酸化物粒子は、接続された炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム生成物粒子流出口１４４を介して排出される。
【0050】
断熱された加圧液体ＣＯ２貯蔵タンク１０４は液体ＣＯ２を貯蔵し、市販の手段により容易に入手可能である。貯蔵タンク１０４はいかなる大きさであってもよく、本実施形態では、これはタンクローリーに典型的に供給される規格化された５０トン貯蔵タンクであってもよい。通常、貯蔵タンク１０４の設置ならびに関連する配管および制御手段は、販売者の供給および役務契約の一部である。
【0051】
液体ＣＯ２供給ライン１０８は貯蔵タンク１０４から高圧反応器１２４へと至り、液体ＣＯ２を貯蔵タンク１０４から高圧反応器１２４（反応容器としても知られる）へと送ることができ、液体ＣＯ２は漏れ防止投入口を通じて高圧反応器１２４により収容される。本実施形態では、ＣＯ２供給ライン１０８はゲートバルブ１１２およびインライン加圧システム１１６の通過を含む。ゲートバルブ１１２は、貯蔵タンク１０４から高圧反応器１２４への液体ＣＯ２の流れを制御することができ、さらに液体ＣＯ２の流れを安全に遮断することもできる。本実施形態ではゲートバルブ１１２が使用されているが、代替的な実施形態では、同じ機能を求めてボールバルブを使用してもよい。液体ＣＯ２の流れの制御および液体ＣＯ２の流れの安全な遮断のために異なる種類のバルブを使用してもよいと、当業者は認識するはずである。インライン加圧システム１１６はＣＯ２供給ライン１０８内の圧力を維持することで、ＣＯ２が確実に液体状態に留まるようにする。本実施形態では必ずしも必要ではないが、液体ＣＯ２が既に液体状態となって高圧反応器１２４に導入されるので、インライン加圧システム１１６は臨界温度より低い温度を維持しながら圧力を変化させてもよく、貯蔵タンク１０４が気体ＣＯ２などの異なる状態のＣＯ２を保持している場合、気体ＣＯ２から液体ＣＯ２への相変化を誘導しながら圧力を変化させてもよい。ゲートバルブ１１２およびインライン加圧システム１１６は任意選択であり、貯蔵タンク１０４はゲートバルブ１１２またはインライン加圧システム１１６を必要とすることなく液体ＣＯ２を高圧反応器１２４に送ってもよいと、当業者にはわかるはずである。他の実施形態では、第１の製造ライン１６０はゲートバルブ１１２を備えるがインライン加圧システム１１６を欠いていてもよく、あるいは、製造ライン１６０はインライン加圧システム１１６を備えるがゲートバルブ１１２を欠いていてもよい。
【0052】
Ｃａ（ＯＨ）２供給ライン１２０は、Ｃａ（ＯＨ）２粒子を高圧反応器１２４中に分散させる。高圧反応器１２４は撹拌装置１２８を備え、Ｃａ（ＯＨ）２粒子を液体ＣＯ２とさらに混合することで、Ｃａ（ＯＨ）２粒子が十分に分配され液体ＣＯ２で被覆されることを確実とすることができる。
【0053】
次いで、得られた混合物をスロットルバルブ１３２を通じて分離容器１３６へ送ることができる。得られた混合物はスロットルバルブ１３２を通過しながら相変化し、水酸化カルシウム粒子を含有するドライアイス粒子を生じる。
【0054】
第２の製造ライン１６０Ａは第１の製造ライン１６０と配置が類似しているが、高圧反応器１２４の代わりにインラインミキサー１４８を使用する。第２の製造ライン１６０Ａは、ＣＯ２供給ライン１０８Ａを介してインラインミキサー１４８に接続された貯蔵タンク１０４を備える。ゲートバルブ１１２Ａおよびインライン加圧システム１１６ＡがＣＯ２供給ライン１０８Ａ沿いに設置される。インラインミキサー１４８はＣＯ２供給ライン１０８Ａからの液体ＣＯ２を収容し、Ｃａ（ＯＨ）２供給ライン１２０ＡからのＣａ（ＯＨ）２をさらに収容する。液体ＣＯ２およびＣａ（ＯＨ）２はインラインミキサー１４８中で混合され、スロットルバルブ１３２Ａを通じて送られる。スロットルバルブ１３２ＡはＣａ（ＯＨ）２粒子を取り囲む液体ＣＯ２を急速流出させてドライアイスにし、これが分離容器１３６により収容される。ドライアイスは昇華し、生じた気体ＣＯ２および炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム粒子の生成物は、それぞれの流出口である気体ＣＯ２流出口１４０および炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム生成物粒子流出口１４４通じて排出される。
【0055】
ＣＯ２供給ライン１０８Ａは貯蔵タンク１０４からインラインミキサー１４８へと至り、液体ＣＯ２を貯蔵タンク１０４からインラインミキサー１４８へと送ることができる。ＣＯ２供給ライン１０８Ａは、ゲートバルブ１１２Ａおよびインライン加圧システム１１６Ａの通過を含む。第１の製造ライン１６０のゲートバルブ１１２と同様に、第２の製造ライン１６０Ａのゲートバルブ１１２Ａは貯蔵タンク１０４からの液体ＣＯ２の流れを制御することができ、さらに液体ＣＯ２の流れを安全に遮断することもできる。第１の製造ライン１６０のインライン加圧システム１１６と同様に、第２の製造ライン１６０Ａのインライン加圧システム１１６ＡはＣＯ２供給ライン１０８Ａ内の圧力を維持することで、ＣＯ２が確実に液体状態に留まるようにする。第１の製造ライン１６０と同様に、ゲートバルブ１１２Ａおよびインライン加圧システム１１６Ａは任意選択である。液体ＣＯ２は、漏れ防止投入口を通じてインラインミキサー１４８中に収容される。
【0056】
Ｃａ（ＯＨ）２粒子をＣａ（ＯＨ）２供給ライン１２０Ａを通じてインラインミキサー１４８中に分散してもよく、そこでＣａ（ＯＨ）２粒子が液体ＣＯ２とさらに混合されることで、Ｃａ（ＯＨ）２粒子が液体ＣＯ２中に十分に分散されることを確実としてもよい。インラインミキサー１４８はまた、Ｃａ（ＯＨ）２粒子の分散をさらに促進するための撹拌装置を有していてもよい。次いで、得られた混合物をスロットルバルブ１３２Ａを通じて送ることができ、そこでドライアイスが形成される。次いで、ドライアイスが分離容器１３６中に供給される。
【0057】
分離容器１３６はドライアイスを沈降させ、気体ＣＯ２をドライアイスを有する粒子を担持しない状態にする。第１の製造ライン１６０と第２の製造ライン１６０Ａの何れにおいても、分離容器１３６は、気体ＣＯ２と炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム生成物粒子とを分離する際の補助となるフィルターを備えていてもよい。フィルター（ミストエリミネーターとしても知られる）は、ＣＯ２蒸気と共に出ていく塵または粒子を捕捉する。ミストエリミネーターは一般にエバポレーターにおいても使用され、当業者に公知である。さらにまた、分離容器１３６は、分離容器１３６内の圧力の変更および維持を行う圧力制御モジュールと、必要であれば、ドライアイスの昇華を加速する加熱用電熱線とを備えていてもよい。
【0058】
ドライアイスが昇華したら、生じた生成物である気体ＣＯ２および炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム生成物は、それぞれ気体ＣＯ２流出口１４０および炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム生成物粒子流出口１４４を通じて回収されてもよい。
【0059】
代替的な実施形態では、分離容器１３６を、遠心力およびサイクロン分離により炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム生成物粒子と気体ＣＯ２との分離が可能な、サイクロン８３２と置き換えてもよい。サイクロン８３２は以下でさらに解説する。
【0060】
別の実施形態では、システム１００Ｃは２つの同じ生産ライン１６０および１６０Ａを図示しているが、気体ＣＯ２流出口１４０からの気体ＣＯ２は、インライン加圧システム１５２を通過した後、戻りライン１５６を介して貯蔵タンク１０４に戻される。インライン加圧システム１５２は戻りライン１５６内の圧力を上昇させてＣＯ２に相変化を誘導し、気体ＣＯ２を液体ＣＯ２に変換する。インライン加圧システム１５２はＣＯ２に相変化を誘導する任意の構成要素であってもよいと、当業者にはわかるはずである。
【0061】
図１に戻るが、システム１００は炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウムを製造するための２つの生産ライン１６０および１６０Ａを図示しているものの、２つの生産ライン１６０および１６０Ａは並行して動作することに限定されず、実際には独立に動作してもよいと、当業者にはわかるはずである。
【0062】
図２は、第１の製造ライン１６０を使用した炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム粒子を製造するための方法２００を図示する。
【0063】
第１の製造ライン１６０において、ブロック２０５は、液体ＣＯ２を貯蔵タンク１０４からＣＯ２供給ライン１０８を介して高圧反応器１２４中に導入することを示す。ブロック２１０は、Ｃａ（ＯＨ）２粒子を、Ｃａ（ＯＨ）２供給ライン１２０を介して高圧反応器１２４中に供給することを示す。
【0064】
方法２００という本実施形態では、液体ＣＯ２はまず高圧反応器１２４により収容され、次いで、Ｃａ（ＯＨ）２粒子が高圧反応器１２４中に分散される。他の実施形態では、液体ＣＯ２の前にＣａ（ＯＨ）２粒子を高圧反応器中に供給することができるであろうと考えられる。別の実施形態では、Ｃａ（ＯＨ）２粒子が小型チャンバーまたは補助チャンバー中に入れられ、次いで、少量の液体ＣＯ２で流し出された後で高圧反応器１２４中に移動させられて、さらなる液体ＣＯ２とさらに混合されることが考えられる。Ｃａ（ＯＨ）２粒子を少量の液体ＣＯ２と共にノズル中へ流し出すことができ、このノズルは、液体ＣＯ２を吐出する対向するノズルへと混合物を導く。各々のノズルからの噴霧は、互いに重なり合って分散をさらに促進するように設計される。
【0065】
液体ＣＯ２とＣａ（ＯＨ）２粒子の両方が収容されたら、撹拌装置１２８を使用してこれらを高圧反応器１２４中で混合／分散してもよい。これはブロック２１５に示されている。ブロック２０５～２１５の工程全体にわたって、液体ＣＯ２（１）を０．５１８ＭＰａ～１６ＭＰａおよび－５６．５６℃～３０．９８℃の範囲に保ってもよい。好ましい実施形態では、容易に達成され産業において利用しやすいことから、液体ＣＯ２は８ＭＰａおよび－２５℃に保たれる。液体ＣＯ２中へのＣａ（ＯＨ）２粒子の分散は、Ｃａ（ＯＨ）２粒子を取り囲む液体ＣＯ２の十分かつ一様な被覆を確保することにつながる。
【0066】
次いで、ブロック２２０において、液体ＣＯ２とＣａ（ＯＨ）２粒子との混合物は、スロットルバルブ１３２を通じて送られる。液体ＣＯ２は液体から固体への相変化をし、Ｃａ（ＯＨ）２粒子を取り囲むドライアイス殻を作り上げる。
【0067】
本実施形態では、液体ＣＯ２とＣａ（ＯＨ）２との混合物はスロットルバルブ１３２を通じて送られ、液体ＣＯ２は０．１ＭＰａという好ましい通常大気圧で急速流出されてドライアイスとなり、Ｃａ（ＯＨ）２粒子を取り囲むドライアイス殻を作り上げる。あるいは、ドライアイス殻は、異なる温度および圧力でスロットルバルブ１３２を通過して相変化することにより形成されてもよい。図６は、液体ＣＯ２およびドライアイスを得ることができる他の条件を示す、圧力－温度相図である。図７は、等エンタルピー過程により液体ＣＯ２からドライアイスを形成することができる条件を示す、圧力－エンタルピー相図である。図６および図７は、以下のＵＲＬに位置する、２０１５年５月１４日に公開されたＡｎｄｒｅ Ｐａｔｅｎａｕｄｅ著「ＣＯ２ ａｓ ａ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ － Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｒ７４４」に見出すことができる：「ｈｔｔｐｓ：／／ｅｍｅｒｓｏｎｃｌｉｍａｔｅｃｏｎｖｅｒｓａｔｉｏｎｓ．ｃｏｍ／２０１５／０５／１４／ｃｏ２－ａｓ－ａ－ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ－ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ－ｏｆ－ｒ７４４／」。状態変化を圧力または温度の変化によって行ってもよく、したがって、液体ＣＯ２とＣａ（ＯＨ）２との混合物はスロットルバルブ１３２を通じて送られることに限定されないと、当業者にはわかるはずである。他の装置または機器が、液体ＣＯ２とＣａ（ＯＨ）２との混合物からドライアイスへの状態変化において一助になると考えられ得る。
【0068】
次いで、Ｃａ（ＯＨ）２粒子を取り囲むドライアイス殻が分離容器１３６中に供給される。分離容器１３６内では圧力が維持され、Ｃａ（ＯＨ）２粒子をドライアイス殻と反応させ、ＣａＣＯ３殻の厚さに影響を与える。圧力が長く維持されるほどＣａＣＯ３殻は厚くなる。圧力および温度が維持されている間の分離容器１３６内におけるＣａ（ＯＨ）２粒子およびドライアイスの滞留時間は、Ｃａ（ＯＨ）２粒子を取り囲むＣａＣＯ３殻の厚さと直接的に相関する。好ましい実施形態では、分離容器１３６は０．１ＭＰａで動作するものの、ＣａＣＯ３殻を厚くするために分離容器１３６は０．０１ＭＰａ～０．５１８ＭＰａの圧力範囲に維持されてもよい。好ましい実施形態では、分離容器１３６は－７８．５℃より高く維持されてもよい。ＣａＣＯ３殻の所望の厚さが達成されたら、ドライアイスを昇華させ、気体ＣＯ２を生成してもよい。また、加熱用電熱線を使用してドライアイスを加熱して、昇華過程をさらに加速してもよい。これをブロック２２５に示す。
【0069】
ブロック２３０において、生じた炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム生成物を回収する。Ｃａ（ＯＨ）２供給ライン１２０を通じて高圧反応器１２４中に供給されるＣａ（ＯＨ）２の粒度の選択によって炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム生成物のサイズを制御してもよいと、当業者にはわかるはずである。
【0070】
図３は、第２の製造ライン１６０Ａを使用した炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム粒子を製造するための方法２００Ａを図示する。先に述べたように、第２の製造ライン１６０Ａでは高圧反応器１２４の代わりにインラインミキサー１４８を使用する。ブロック２０５Ａにおいて液体ＣＯ２がインラインミキサー１４８中に導入され、ブロック２１０ＡにおいてＣａ（ＯＨ）２粒子がインラインミキサー１４８中に導入される。次いで、ブロック２１５Ａにおいて、液体ＣＯ２およびＣａ（ＯＨ）２はインラインミキサー１４８中で混合／分散された後、方法２００へと続く。炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム生成物を製造するために使用される、異なる実施形態のシステムによって方法２００を用いてもよいと、当業者にはわかるはずである。
【0071】
図５は、第１の製造ライン１６０を使用して炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム粒子を製造し、気体ＣＯ２生成物をさらに取り出し、循環させて戻すことで第１の製造ライン１６０において再使用するための、方法２００Ｃを図示する。方法２００Ｃは方法２００と類似の工程を有し、ブロック２０５～２３０は同一の過程に従う。ブロック２３５は気体ＣＯ２投入口１４０からの気体ＣＯ２の回収を示す。ブロック２４０は、インライン加圧システム１５２が気体ＣＯ２に相変化を誘導し、これを液体ＣＯ２に変化させることを表す。ブロック２２０と同様に、相変化は圧力の変化によって誘導されることに限定されなくてもよく、温度の変化または温度と圧力の両方の変化であってもよいと、当業者にはわかるはずである。図６は、液体ＣＯ２が得られる可能性のある温度および圧力を図示する。
【0072】
図５に戻り、液体ＣＯ２を得たら、次いでこれを貯蔵タンク１０４の第１の製造ライン１６０中に再導入するが、これはブロック２４０とブロック２０５の間の線で表される。ＣＯ２の再循環は第２の製造ライン１６０Ａにおいて方法２００Ａにも適用してもよいと、当業者にはわかるはずである。
【0073】
回収された、生じた炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム生成物粒子のサイズを、高圧反応器１２４かインラインミキサー１４８の何れかの中に供給されたＣａ（ＯＨ）２粒子に基づいて決定してもよい。システム中に供給されたＣａ（ＯＨ）２粒子が大きいほど、生じる炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム生成物粒子は大きくなる。同様に、ナノサイズのＣａ（ＯＨ）２反応物粒子を系中に供給することにより、ナノ粒子炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム粒子が実現され得る。
【0074】
方法２００および方法２００ＡをＣａ（ＯＨ）２粒子以外の粒子を用いて行ってもよいと、当業者は認識するはずである。方法２００において、供給ラインを通じて高圧反応器１２４中に粒子を供給してもよく、そこで粒子は液体ＣＯ２と混合される。あるいは、方法２００Ａにおいて、供給ラインを通じてインラインミキサー１４８中に粒子を供給してもよく、そこで粒子は液体ＣＯ２と混合される。
【0075】
他の実施形態では、異なる方法を使用して水酸化カルシウム粒子を炭酸カルシウムで被覆してもよい。例えば、代替的な実施形態では、反応器内の圧力を突然０．５１８ＭＰａを下回って低下させることにより、液体ＣＯ２を反応器中に急速流出させてもよい。先に反応器中に供給されたＣａ（ＯＨ）２粒子上にドライアイスを形成し、その際、Ｃａ（ＯＨ）２粒子は前記ドライアイスの形成における不均一核生成部位として作用する。Ｃａ（ＯＨ）２粒子の周囲のドライアイスはＣａ（ＯＨ）２粒子の外殻と反応し、ＣａＣＯ３の殻を生成する。
【0076】
好ましい実施形態では、液体ＣＯ２を減圧して相変化を誘導して出口流中に送ってもよく、その際、液体ＣＯ２はＣａ（ＯＨ）２粒子と混合され、不均一核生成によってドライアイスで覆われたＣａ（ＯＨ）２粒子が作り上げられる。次いで、これらの粒子をサイクロン中で回収し、残ったドライアイスおよび炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）被覆水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）２粒子は分離され、回収される。この実施形態の利点は、減圧して液体ＣＯ２に相変化を誘導することは実装が簡単であり、メンテナンスに手が掛からず故障点の少ないシステムにつながるという点である。この実施形態のもう１つの利点は、方法２００と同様に、この実施形態の製造時間が既存の製造方法のそれより著しく短い点である。また、方法２００と同様に、この実施形態から得られる炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム粒子はまた、先に引用したＶａｎｃｅら（２０１５） 「Ｄｉｒｅｃｔ Ｃａｒｂｏｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａ（ＯＨ）（２） Ｕｓｉｎｇ Ｌｉｑｕｉｄ ａｎｄ Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ ＣＯ２： Ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｃａｒｂｏｎ－Ｎｅｕｔｒａｌ Ｃｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ」におけるものと比較してより高い殺生物活性を有し、とりわけ殺生物効果が有利な環境において用途が増えることにつながる。
【0077】
この好ましい方法を実装するための例示的なシステムが図８に図示されており、ここで液体ＣＯ２貯蔵タンク１０４は、ゲートバルブ１１２を通じて断熱ホース８０４中へと液体ＣＯ２を供給してもよい。断熱ホース８０４中への液体ＣＯ２の流量をゲートバルブ１１２と流量計８０８の両方を制御してもよい。断熱ホース８０４は膨張ノズル８１６（本明細書において、スロットル８１６またはスロットルバルブ８１６とも称される）に接続され、ここで液体ＣＯ２は、液体から固体状態と気体状態とのミックスへと相変化を誘導するように減圧されてもよい。生じた固体と気体ＣＯ２との混合物は出口流８２８によって移動させられ、そこでスクリューフィーダー８２４を介してＣａ（ＯＨ）２粒子が添加される。不均一核生成によってドライアイスで覆われたＣａ（ＯＨ）２粒子が作り出され、次いでこれがサイクロン８３２中に導入され、そこで昇華が起こる。残りの／過剰なＣＯ２および昇華物からのＣＯ２は、気体ＣＯ２流出口１４０を通じて回収され、インライン加圧システム１５２を通じて気体状態から液体状態への相変化をした後、液体ＣＯ２貯蔵タンク１０４に戻されてもよい。生成した炭酸カルシウム被覆水酸化物粒子は、接続した炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム生成物粒子流出口１４４を介して回収される。
【0078】
先に示したように、流量計８０８およびゲートバルブ１１２は、液体ＣＯ２が断熱ホース８０４中へ導入される速度を制御する。液体ＣＯ２流入スロットル８１６の流量は出口流８２８の運動エネルギーに比例し、出口流８２８の高い運動エネルギーは、液体ＣＯ２の初期流量およびスロットル８１６の入口と出口流８２８が始まるスロットル８１６の出口との間の圧力差によって達成されてもよい。出口流８２８の高い運動エネルギーは固体ドライアイスを浮遊させ、Ｃａ（ＯＨ）２粒子も浮遊させる。好ましい実施形態では、断熱ホース８０４中およびスロットル８１６への流入時における液体ＣＯ２の流量は、約１７３．５ｋｇ／ｄである。スロットル８１６の出口付近で測定した、出口流８２８によって移動する固体ＣＯ２と液体ＣＯ２との混合物の速さは、６ｍ／ｓ～６００ｍ／ｓの範囲にわたっていてもよい。好ましい実施形態では、スロットル８１６の出口付近で測定した、出口流８２８における固体ＣＯ２と液体ＣＯ２との混合物の速さは、６０ｍ／ｓであってもよい。
【0079】
本実施形態では、断熱ホース８０４は、液体ＣＯ２貯蔵タンク１０４からスロットルバルブ８１６へと液体ＣＯ２を流す。断熱ホース８０４はまた、液体ＣＯ２がスロットルバルブ８１６に流入する前の位置８１２において、中を流れる液体ＣＯ２が０．５１８ＭＰａ～１６ＭＰａの圧力範囲および－５６．５６℃～３０．９８℃の温度範囲に確実に保たれるようにする。さらにまた、断熱ホース８０４は、液体ＣＯ２が特定の流量に達するようにさらに延伸していてもよい。しかし、液体ＣＯ２が液体ＣＯ２貯蔵タンク１０４内で前記圧力範囲および温度範囲に保たれ、液体ＣＯ２が特定の流量で排出され得る場合、断熱ホース８０４は任意選択であり得る。代替的な実施形態では、液体ＣＯ２貯蔵タンク１０４からの液体ＣＯ２をスロットル８１６中に直接導入してもよく、この場合、液体ＣＯ２がスロットル８１６中に導入される速度を流量計８０８およびゲートバルブ１１２が制御する。
【0080】
位置８１２と位置８２０の間で液体ＣＯ２はスロットルバルブ８１６を通じて減圧され、液体から気体と固体との混合物へ相変化する。より具体的には、液体ＣＯ２は気体ＣＯ２と固体ドライアイスとの混合物へと変化する。スロットル８１６を使用して相変化することは、その簡単さ故に有利である。減圧は、スロットルバルブ８１６でのエネルギーバランスによりほぼ一定のエンタルピーで生じ、これは等エンタルピー過程としても知られる。相変化は圧力の変化または温度の変化によって誘導され、これは図７より決定することができる。本実施形態では、位置８２０での圧力は０．５１８ＭＰａを下回る。当業者は、液体ＣＯ２から気体ＣＯ２と固体ドライアイスとの混合物への相変化を誘導する、異なる構成ならびに温度および圧力などの変数を認識するはずである。
【0081】
気体ＣＯ２と固体ドライアイスとの混合物がスロットルバルブ８１６を出ると、混合物は出口流８２８に入る。出口流８２８はスロットルバルブ８１６に起因して高い運動エネルギーを有し、液体ＣＯ２による初期運動エネルギーも液体ＣＯ２貯蔵部１０４から断熱ホース８０４に流入する。高い運動エネルギーは、スクリューフィーダー８２４から導入されたＣａ（ＯＨ）２の粒子が出口流８２８に沿って流れるときにこれらを浮遊させる。出口流８２８は、断熱ホース、パイプ、または出口流８２８において必要とされる温度および圧力を維持し、出口流８２８の流れをサイクロン８３２に向けることが可能でありながら出口流８２８の高い運動エネルギーを妨害しない、任意の形態の物理構造によって囲まれていてもよい。スクリューフィーダー８２４は、Ｃａ（ＯＨ）２粒子の出口流８２８への定常的かつ規則的な流れを確保するようにＣａ（ＯＨ）２粒子を導入するために使用される。好ましい実施形態では、スクリューフィーダー８２４は、スロットルバルブ８１６の出口かつ出口流８２８の始まりの近傍にあるが、この場合、スロットルバルブ８１６を出た後で運動エネルギーが最大となり、また、出口流８２８内において、後でさらに解説する不均一核生成のための時間がある。Ｃａ（ＯＨ）２粒子の導入が規則的かつ制御された形でなされる限り、他の形態のフィーダーまたはＣａ（ＯＨ）２粒子の導入を考えてもよい。
【0082】
Ｃａ（ＯＨ）２がスクリューフィーダー８２４を介して出口流８２８中に導入されると、Ｃａ（ＯＨ）２粒子はドライアイスの不均一核生成部位として作用する。Ｃａ（ＯＨ）２粒子の周囲にドライアイスを形成し、Ｃａ（ＯＨ）２粒子の外殻と反応し、ＣａＣＯ３の殻を生成する。高い運動エネルギーにより、Ｃａ（ＯＨ）２粒子は出口流８２８において気体中を浮遊し、Ｃａ（ＯＨ）２粒子を核として作用させ、Ｃａ（ＯＨ）２粒子の全表面を露出させ、ドライアイスの一様な被覆を可能にする。Ｃａ（ＯＨ）２粒子および気体ＣＯ２と固体ドライアイスとの混合物が出口流８２８中を進むにつれ、また、Ｃａ（ＯＨ）２粒子の周囲で不均一核生成が生じるにつれ、昇華もまた生じてもよく、出口流８２８中の、Ｃａ（ＯＨ）２粒子の周囲で不均一核生成をしない過剰なドライアイス、およびＣａ（ＯＨ）２粒子の周囲における不均一核生成の結果として成長した過剰なドライアイスは、気体ＣＯ２に相変化してもよい。同様に、スクリューフィーダー８２４から出口流８２８に入った後で早くも不均一核生成を受けるＣａ（ＯＨ）２粒子は、反応しドライアイスで覆われたコアシェル型水酸化カルシウム－炭酸カルシウム（ＣＳＣＣ）粒子になり始めてもよい。また、出口流８２８内における温度および圧力の変化により、気体ＣＯ２が出口流８２８中を進む際にこれをドライアイスにしてもよい。さらにまた、高い運動エネルギーがＣａ（ＯＨ）２の不均一核生成を促進する一方で、被覆されないままの少数のＣａ（ＯＨ）２粒子がなお存在していてもよい。したがって、サイクロン８３２中に導入された、得られた混合物は、気体ＣＯ２、固体ドライアイス、Ｃａ（ＯＨ）２粒子、ドライアイスで覆われたＣａ（ＯＨ）２粒子、およびドライアイスで覆われたＣＳＣＣ粒子を含んでいてもよい。
【0083】
前記混合物がサイクロン８３２に入りその中で渦巻かれると、昇華が生じ続け、出口流８２８からサイクロン８３２中に導入された過剰なドライアイスは、Ｃａ（ＯＨ）２粒子を被覆するものであろうとスロットルバルブ８１６による相変化に起因するものであろうと、気体ＣＯ２に相変化してもよい。また、出口流８２８内で不均一核生成が生じなかった場合、被覆されていないＣａ（ＯＨ）２粒子はサイクロン８３２内で不均一核生成を受けてもよい。さらにまた、ドライアイスで被覆されたＣａ（ＯＨ）２粒子は反応し続けて、ドライアイスで覆われたＣＳＣＣ粒子を作り出す。サイクロン８３２中の混合物はまた、サイクロン８３２中で温度の上昇および圧力の低下を受けてもよい。温度の上昇はサイクロン８３２を取り囲む断熱の欠如によるものであってもよく、昇華の速さを増加させるための加熱用電熱線の追加によるものであってもよい。圧力の低下はサイクロン８３２の形状および設計に起因して発生する。方法２００と同様に、昇華が生じている最中のドライアイスで覆われたＣＳＣＣ粒子の滞留時間は、水酸化カルシウム粒子上の炭酸カルシウム被覆の厚さに影響することになる。サイクロン８３２中におけるドライアイスで覆われたＣＳＣＣ粒子の滞留時間は、サイクロン８３２の形状および設計を含む様々な因子によって影響を受け得る。
【0084】
サイクロン８３２は、サイクロン分離および／または遠心力によってＣａＣＯ３被覆Ｃａ（ＯＨ）２粒子から気体ＣＯ２をさらに分離し、粒子の重量により、またはＣａＣＯ３粒子がサイクロン８３２の壁に衝突したときに運動量を失う結果、ＣａＣＯ３被覆Ｃａ（ＯＨ）２粒子は重力によってサイクロン８３２の底部に沈降し、サイクロン８３２の底部の炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム生成物粒子流出口１４４にて回収される。本実施形態では、回収装置８３６がＣａＣＯ３被覆Ｃａ（ＯＨ）２粒子生成物を回収するが、明らかであろうが回収装置８３６は任意選択であり、存在する場合、ＣａＣＯ３被覆Ｃａ（ＯＨ）２粒子生成物の回収に際して何れの形態または大きさであってもよい。
【0085】
気体ＣＯ２は、サイクロン８３２のスピン効果により、サイクロン８３２の頂部の気体ＣＯ２流出口１４０で回収される。システム１００Ｃの実施形態と同様に、気体ＣＯ２流出口１４０で回収される気体ＣＯ２は、インライン加圧システム１５２を通過した後、戻りライン１５６を介して貯蔵タンク１０４に戻されてもよい。先に解説したように、インライン加圧システム１５２は戻りライン１５６内の圧力を上昇させてＣＯ２に相変化を誘導し、気体ＣＯ２を液体ＣＯ２に変換する。
【0086】
代替的な実施形態では、サイクロン８３２を電気集塵装置または分離容器１３６に置き換えて、ドライアイスの昇華および残った混合物からのドライアイスで覆われたＣＳＣＣ粒子の分離を可能としてもよい。異なる設備を使用して、ドライアイスの昇華ならびに気体ＣＯ２および他の混合物成分からのドライアイスで覆われたＣＳＣＣ粒子の分離を可能にしてもよいと、当業者は認識するはずである。
【0087】
図９を参照すると、システム８００を使用して炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム粒子を製造するための方法９００が図示されている。ブロック９０５において、液体ＣＯ２は、液体ＣＯ２貯蔵タンク１０４からゲートバルブ１１２、断熱ホース８０４、およびスロットルバルブ８１６を通じて出口流８２８中へと排出され、そこで液体ＣＯ２がスロットルバルブ８１６を通じて減圧されると、液体ＣＯ２から気体ＣＯ２と固体ドライアイスとの混合物へと相変化する。
【0088】
気体ＣＯ２と固体ドライアイスとの混合物が出口流８２８中を進むと、スクリューフィーダー８２４が規則的かつ制御された速度でＣａ（ＯＨ）２粒子を出口流８２８中に導入し、これが気体ＣＯ２と固体ドライアイスとの混合物に合流する。これをブロック９１０に示す。
【0089】
ブロック９１５において、Ｃａ（ＯＨ）２粒子が出口流８２８中を進むと、Ｃａ（ＯＨ）２粒子がドライアイスの不均一核生成部位として作用する。先に解説したように、出口流８２８の高い運動エネルギーに起因して、Ｃａ（ＯＨ）２粒子は大気中に浮遊し、これにより、Ｃａ（ＯＨ）２粒子の周囲におけるドライアイスの構築および形成に向けてＣａ（ＯＨ）２粒子の表面が曝露される。ドライアイスで覆われると、ドライアイスで覆われたＣａ（ＯＨ）２粒子の粒子凝集は制限される。
【0090】
ブロック９２０において、ドライアイスで覆われたＣａ（ＯＨ）２粒子はサイクロン分離のためにサイクロン８３２中に導入される。サイクロン８３２内の回転効果に曝露されながら、ドライアイスで覆われたＣａ（ＯＨ）２粒子、および出口流８２８からの、Ｃａ（ＯＨ）２粒子の周囲に形成しなかった過剰な固体ドライアイスが昇華され、ドライアイスの相を気体ＣＯ２へと変化させる。これをブロック９２５に示す。
【0091】
サイクロン分離により、気体ＣＯ２と炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム粒子とが分離され、気体ＣＯ２はサイクロン８３２の頂部の気体ＣＯ２流出口１４０（ブロック９３５で示される）を通じて排出され、炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム粒子はサイクロン８３２の底部に落下し、炭酸カルシウム被覆水酸化カルシウム粒子流出口１４４を通じて回収される（ブロック９３０に示される）。
【0092】
ある特定の実施形態では、ブロック９４０で示されるように、回収された気体ＣＯ２は、気体ＣＯ２から液体ＣＯ２への相変化を誘導することにより場合によりリサイクルされてもよく、その際、液体ＣＯ２は、液体ＣＯ２貯蔵タンク１０４に戻されて再びブロック９０５で排出されてもよい。
【0093】
上記の記述および添付の図面は、本発明者がこの度企図した本発明の特定の好ましい実施形態に関するが、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で様々な変化、改変、および適合を行ってもよいことが理解されるはずである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【国際調査報告】