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【专利说明】CO2-截存的成形建筑材料 本申请是分案申请，母案的申请号为200980101136. 9(国际申请号PCT/ US2009/059135)，申请日为2009年9月30日，发明名称为"C02-截存的成形建筑材料"。 交叉参照
[0001] 按照35 U. S. C. § 119(e)，该申请要求2008年10月31日提交的标题为"C02-截 存的成形建筑材料"的u. S.临时专利申请第61/110489号、2009年2月3日提交的标题为 "C02-截存的成形建筑材料"的U. S.临时专利申请第61/149610号、2009年9月25日提交 的标题为"C02-截存的成形建筑材料"的U. S.临时专利申请第61/246042号和2008年9 月30日提交的标题为"0)2截存"的U. S.临时专利申请第61/101631号的权益，其每一篇 通过引用结合到本文中。 背景
[0002] 二氧化碳（CO2)排放已被认定为是全球变暖和海洋酸化现象的主要原因。0) 2是 燃烧的副产物并且引起操作上的、经济和环境的问题。预计升高的CO2大气组成浓度及其 它温室气体将促进大气中更多地储存热量，导致提高表面温度和快速的气候变化。〇) 2也已 经与海洋相互作用，驱使pH降至8. 0。CO2监测已经显示大气CO 2已自20世纪50年代的约 每百万分之280份（ppm)升至当今的约380ppm，并且预计在下一个十年超过400ppm。气候 变化的影响可能在经济上是昂贵的并且在环境方面是有害的。减少气候变化的潜在危险将 需要截存（sequestration) C02。 概述
[0003] 在一些实施方案中，本发明提供了用于产生成形建筑材料（formed building material)的方法，该方法包括自二价阳离子和包含CO2的废气流产生CO 2-截存组分 (C02-sequestering component)并形成包含CO2-截存组分的建筑材料，其中成形建筑材料 包含5 %-90 % (WZV)CO2-截存组分。在一些实施方案中，成形建筑材料包含5 %-75 % (w/ w)C02-截存组分。在一些实施方案中，成形建筑材料包含5%-50% (WZV)CO2-截存组分。 在一些实施方案中，成形建筑材料包含5%-50% (WZV)CO2-截存组分。成形建筑材料的 CO2-截存组分包含碳酸盐。在一些实施方案中，废汽流还包含NOx、SOx、VOCs、颗粒状物、汞， 或其组合。因此，在一些实施方案中，CO 2-截存组分还包含由用于将二氧化碳转化为碳酸盐 的条件产生的N0x、S0x、VOCs、颗粒状物、汞，或其组合的联产品。在一些实施方案中，成形 建筑材料具有为中性或负性的碳足迹（carbon footprint)。在一些实施方案中，成形建筑 材料具有为中性的碳足迹。在一些实施方案中，成形建筑材料具有为负性的碳足迹。用于 形成成形建筑材料的水可由CO 2-截存组分提供。在一些实施方案中，CO2-截存组分提供至 少50%的用于形成成形建筑材料的水。由于成形建筑材料的高反射率，成形建筑材料可通 过减少照明需求来不断地减少碳排放。
[0004] 在一些实施方案中，本发明也提供了通过任何的先前方法生产的成形建筑材料。 在一些实施方案中，成形建筑材料为砖、预制构件、瓷砖、水泥板、管道、横粱、水池、柱、干式 墙、纤维水泥护墙板、面板、隔音墙或绝缘材料。
[0005] 在一些实施方案中，本发明也提供了包含CO2-截存组分的成形建筑材料，其中成 形建筑材料包含5%-90% (WZV)CO2-截存组分。在一些实施方案中，成形建筑材料包含 5 %-75 % (WZV)CO2-截存组分。在一些实施方案中，成形建筑材料包含5 %-50 % (w/w) CO2-截存组分。在一些实施方案中，成形建筑材料包含5%-50% (WZV)CO2-截存组分。建 筑材料的CO2-截存组分包含碳酸盐。在一些实施方案中，CO 2-截存组分还包含来自NOx、 S0x、V0Cs、颗粒状物、汞或其组合的碳酸盐联产品。在一些实施方案中，CO2-截存组分还包 含来自SOx的联产品。在一些实施方案中，CO 2-截存组分还包含来自汞的联产品。成形建 筑材料可为砖、预制构件、瓷砖、水泥板、管道、横粱、水池、柱、干式墙、纤维水泥护墙板、面 板、隔音墙或绝缘材料。在一些实施方案中，成形建筑材料为砖或预制构件。在一些实施方 案中，砖或预制构件具有5-100MPa的压缩强度。在一些实施方案中，成形建筑材料为瓷砖。 在一些实施方案中，瓷砖具有5-75MPa的压缩强度。在一些实施方案中，成形建筑材料为面 板。在一些实施方案中，面板具有IO-IOOMPa的压缩强度。
[0006] 在一些实施方案中，本发明也提供了包含CO2-截存组分的成形建筑材料。在一 些实施方案中，CO 2-截存组分为碳酸盐化合物组合物。在一些实施方案中，碳酸盐化合物 组合物包含自含有碱土金属的水沉淀的物料。在一些实施方案中，含有碱土金属的水包 含来源于工业废水的CO 2。在一些实施方案中，CO2-截存组分为胶结组分（cementitious component)。在一些实施方案中，成形建筑材料为砖、板、管道、横粱、水池、柱、干式墙、瓷 砖、纤维护墙板、面板、隔音墙或绝缘材料。
[0007] 在一些实施方案中，本发明也提供生产成形建筑材料的方法，该方法包括得到 CO2-截存组分并产生包含CO2-截存组分的成形建筑材料。在一些实施方案中，CO2-截存组 分为碳酸盐化合物组合物。在一些实施方案中，碳酸盐化合物组合物包含自含有碱土金属 的水沉淀的物料。在一些实施方案中，含有碱土金属的水包含来源于工业废水的CO 2。在一 些实施方案中，CO2-截存组分为胶结组分。在一些实施方案中，成形建筑材料为砖、板、管 道、横粱、水池、柱、干式墙、瓷砖、纤维护墙板、面板、隔音墙或绝缘材料。
[0008] 在一些实施方案中，本发明也提供了建造建筑构件的方法，该方法包括使用包含 CO2-截存组分的成形建筑材料。在一些实施方案中，CO2-截存组分为碳酸盐化合物组合物。 在一些实施方案中，碳酸盐化合物组合物包含自含有碱土金属的水沉淀的物料。在一些实 施方案中，含有碱土金属的水包含来源于工业废水的CO 2。在一些实施方案中，CO2-截存组 分为胶结组分。在一些实施方案中，成形建筑材料为砖、板、管道、横粱、水池、柱、干式墙、瓷 砖、纤维护墙板、面板、隔音墙或绝缘材料。
[0009] 在一些实施方案中，本发明也提供了截存二氧化碳的方法，该方法包括自含有碱 土金属的水中沉淀CO 2-截存的碳酸盐化合物组合物并制作包含CO2-截存的碳酸盐化合物 组合物的成形建筑材料。在一些实施方案中，含有碱土金属的水在沉淀步骤之前与工业废 水接触。 附图
[0010] 本发明的新特征在所附权利要求书中详细地加以阐述。本发明的特征和优点的更 好理解将通过参照以下采用本发明原理的示例性实施方案的详细描述及以下附图获得：
[0011] 图1提供了按照本发明的实施方案的CO2-截存组分生产流程的示意图。
[0012] 图2提供对实施例1中生产的沉淀物料的X-射线衍射（"XRD "）光谱。
[0013] 图3提供实施例1中生产的沉淀物料的扫描电子显微镜（"SEM"）图象。 描述
[0014] CO2-截存成形建筑材料被提供。本发明的建筑材料包括含有碳酸盐、碳酸氢盐，或 其组合的组分（例如CO 2-截存组分）。本发明的另外的方面包括制备和使用CO2-截存成 形建筑材料的方法。
[0015] 在更详细地描述本发明之前，应该理解本发明不限于在此描述的具体实施方案， 因此这样的实施方案是可以变化的。也应该理解在此使用的术语仅用于描述具体实施方案 的目的，并不打算受到限制，因为本发明的范围仅受所附的权利要求书的限制。除非另外定 义，在此使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相 同含义。
[0016] 当提供数值的范围时，应该理解在该范围的上限与下限之间的每一个插入值（以 下限单位的十分之一插入，除非上下文另外明确地指明）以及在所述范围内的任何其它所 指出的或者插入的值均包含在本发明内。这些较小范围的上限与下限可独立地包含在较小 范围内并且也被包含在所述范围内受到任何具体排除的限制的本发明内。当所述范围包含 界限值中的一个或两者时，排除那些包含界限值中的任何一个或两者的范围也被包括在本 发明内。
[0017] 本文可出现术语"约"在数字之前的某些范围。术语"约"在此用于对其之后的准 确数字以及该术语之后的接近或近似数字的字面支持。在确定数值是否接近或近似具体列 举的数值中，接近或近似的未列举的数值可为其在上下文中出现以提供与具体列举的数值 基本相等的数值。
[0018] 在本说明书中引用的所有出版物、专利和专利申请在此通过引用结合到本文中， 其程度如同指定的每一篇单独的出版物、专利或专利申请被特别和单独地通过引用结合到 本文中一样。另外，每一篇所引用的出版物、专利或专利申请通过一样结合到本文中，以公 开和描述与所引用出版物有关的主题。任何出版物的引用应为在其提交日期之前的公开内 容并且不应视为允许在此描述的本发明未经授权而提前于根据现有发明的出版物。另外， 所提供的出版日期可不同于实际出版日期，其可需要被独立地确认。
[0019] 应该指出，如在此和所附权利要求书中使用的，单数形式"一"、"一个"和"该"包 括复数基准，除非上下文另外明确地指出。应该进一步指出权利要求书可被起草为排除任 何任选的要素。因此，意欲将该声明用作使用与列举权利要求要素或使用"否定"限定有关 的此类排他术语例如"独自地"、"仅仅"等的先行基础。
[0020] 本领域技术人员在阅读本公开时显而易见的是，在此描述和举例说明的每一独立 的实施方案具有各种的组分与特征，其可易于与不背离本发明的范围和精神的其它几个实 施方案中任何一个的特征分开或组合。任何列举的方法可以所列举事件的顺序或者以逻辑 上可能的任何其它顺序实施。尽管与在此描述的那些相似或等同的任何方法与材料也可用 于本发明的实践或实验，但是现在仅描述代表性的示例性方法与材料。 CO2-截存的成形建筑材料
[0021] 在一些实施方案中，本发明提供了 CO2-截存的成形建筑材料，该成形建筑材料 包含来源于人类所使用燃料的碳，例如具有矿物燃料来源的碳。例如，根据本发明特征的 CO2-截存成形建筑材料包含来自燃料燃烧的以CO2形式释放的碳。在某些实施方案中，在 本发明组合物中截存的碳（例如CO 2-截存的组合物）以碳酸盐化合物的形式存在。因此， 在某些实施方案中，根据本发明特征的CO2-截存的成形建筑材料包含碳酸盐化合物，其中 碳酸盐化合物中的至少部分碳来源于人类使用的燃料例如矿物燃料。因此，生产本发明的 成形建筑材料导致将CO2饶筑（placement)为储存稳定的形式，例如建筑环境即人造结构 的组分，例如建筑物、墙壁、道路等。因此，生产本发明的CO 2-截存的成形建筑材料导致防 止〇)2气体进入大气。
[0022] 本发明的建筑材料包含碳酸盐/碳酸氢盐组分（CO2-截存组分）。这样的组分以 储存稳定的形式储存了显著量的CO 2，以致于CO2气体不易于自生产中产生和释放进入大气 中。在某些实施方案中，对于每1000吨的本发明建筑材料，碳酸盐/碳酸氢盐组分（例如 CO2-截存组分）可储存50吨或者更多的CO2，例如100吨或者更多的CO2，包括250吨或者 更多的CO 2，例如500吨或者更多的CO2，例如750吨或者更多的CO2，包括900吨或者更多的 CO2。在某些实施方案中，建筑材料的碳酸盐/碳酸氢盐组分（例如CO2-截存组分）包含约 5%或者更多的CO 2，例如约10%或者更多的CO2，包括约25%或者更多的CO2，例如约50% 或者更多的CO 2，例如约75%或者更多的CO2，包括约90 %或者更多的CO2，例如作为一种或 多种碳酸盐化合物存在。
[0023] 本发明的碳酸盐/碳酸氢盐组分（例如CO2-截存组分）可包括一种或多种碳酸盐 化合物。如通过例如库仑法，采用在库仑滴定中描述的方案测定的碳酸盐/碳酸氢盐组分 (例如CO 2-截存组分）中的碳酸盐的量为40%或者更高，例如70%或者更高，包括80%或 者更高。在一些实施方案中，当Mg源为镁铁质矿物（于2009年7月10日提交的U.S.专 利申请第12/501217号和于2008年7月10日提交的U. S.临时专利申请第61/079790号 中描述，其每一篇通过引用结合到本文中）或灰分（于2009年6月17日提交的U.S.申请 系列号12/486692和于2008年6月17日提交的U.S.临时申请系列号61/073319中描述， 其每一篇通过引用结合到本文中），所生成的产物可为包含硅石以及碳酸盐的组合物。在这 些实施方案中，产物的碳酸盐含量可以低至10%。
[0024] 本发明的建筑材料以长期储存CO2的方式提供，以使CO 2在建筑材料中是截存的 (即固定的），其中截存的CO2不成为大气的部分。当建筑材料保持在对其预定用途的常规 条件下时，建筑材料保持截存的CO 2被固定延长的时间段（例如1年或者更长，5年或者更 长，10年或者更长，25年或者更长，50年或者更长，100年或者更长，250年或者更长，1000 年或者更长，10000年或者更长，1000000年或者更长，或者甚至100000000年或者更长）， 而没有自建筑材料显著释放CO 2 (如果有任何少量释放的话）。就CO2-截存的建筑材料而 言，当它们以其预定的用途并在其整个使用期限中使用时，如依据CO 2气体自产物释放测量 的降解量（果有任何少量降解的话）将不超过每年5%，并且在某些实施方案中将不超过每 年 1%。实际上，当暴露于正常条件的温度与湿度时，包括正常pH的降雨，对于其预定的用 途，由本发明提供的CO 2-截存的建筑材料释放不多于其总0)2的1 %、5%或者10%至少1、 2、5、10或者20年，或者多于20年，例如多于100年。在一些实施方案中，当暴露于正常条 件的温度与湿度时，包括正常PH的降雨，对于其预定的用途，组合物释放不多于其总0) 2的 至少！年。在一些实施方案中，当暴露于正常条件的温度与湿度时，包括正常pH的降雨， 对于其预定的用途，组合物释放不多于其总〇)2的5%至少1年。在一些实施方案中，当暴 露于正常条件的温度与湿度时，包括正常pH的降雨，对于其预定用途，组合物释放不多于 其总0) 2的10%至少1年。在一些实施方案中，当暴露于正常条件的温度与湿度时，包括正 常pH的降雨，对于其预定用途，组合物释放不多于其总0)2的I %至少10年。在一些实施 方案中，当暴露于正常条件的温度与湿度时，包括正常PH的降雨，对于其预定用途，组合物 释放不多于其总(302的1 %至少100年。在一些实施方案中，当暴露于正常条件的温度与湿 度时，包括正常pH的降雨，对于其预定用途，组合物释放不多于其总共0) 2的1 %至少1000 年。
[0025] 可使用能适当预测这样稳定性的任何合适的替代标记物或试验。例如，包括升高 温度条件和/或适度至更极端PH条件的加速试验可适当地表明经延长时间段的稳定性。例 如，取决于预定用途和组合物的环境，可将组合物样品在10% -50%之间的相对湿度下暴 露于50、75、90、100、120或150°C持续1、2、5、25、50、100、200或者500天，并且其碳的减少 少于1%、2%、3%、4%、5%、10%、20%、30%或者50%，可认为是本发明材料在对于给定 的时期（例如1、10、100、1000或者多于1000年）保持稳定性的充分证据。
[0026] 材料的CO2含量可通过任何合适的方法（例如库仑法）监测。合适时，其它条件 也可依预想的或者可能的环境而调节，包括PH、压力、UV辐射等。应意识到可采用本领域技 术人员合理推断的表明经所指明时间段的必要稳定性的任何合适的条件。另外，如果公认 的化学知识表明组合物在所指明的时间段具有必要的稳定性，除了实际测量以外或者替代 实际测量，这也可被使用。例如，可为本发明组合物部分的一些碳酸盐化合物（例如以给定 的多晶型形式存在）可为地质学上熟知的并且已知经得住正常气候数十年、数百年或者甚 至数千年，而没有明显的分解，并且因此具有必要的稳定性。
[0027] 如下文更详细描述的，CO2-截存组分的碳酸盐化合物为自二价阳离子的溶液例如 盐水沉淀的亚稳态碳酸盐化合物。本发明的碳酸盐化合物组合物包括沉淀的结晶和/或无 定形碳酸盐化合物。有意义的具体碳酸盐矿物质包括（但不限于）：碳酸钙矿物质、碳酸镁 矿物质和碳酸钙镁矿物质。有意义的碳酸钙矿物质包括（但不限于）：方解石（CaCO 3)、文 石（CaCO3)、六方碳妈石（CaCO3)、六水碳妈石（CaCO 3 ·6Η20)和无定形碳酸1? (CaCO3 ·ηΗ20)。 有意义的碳酸镁矿物质包括（但不限于）：菱苦土（MgCO3)、水碳镁石（MgCO 3 ·2Η20)、三 水菱镁矿（MgCO3 · 3Η20)、五水菱镁矿（Ianfordite) (MgCO3 · 5Η20)和无定形碳酸镁妈 (MgCO3 ·ηΗ20)。有意义的碳酸钙镁矿物质包括（但不限于）白云石（CaMgCO3)、碳酸钙镁石 (CaMg 3 (CO3) 4)和水碳镁钙石（Ca2Mg11 (CO3) 13 · H2O)。在某些实施方案中，非碳酸盐化合物象 水镁石（Mg(OH)2)也可与以上列出的矿物质联合形成。如以上指出的那样，碳酸盐化合物 组合物的化合物为在盐水比在淡水中更加稳定的亚稳态碳酸盐化合物（并且可包括一种 或多种亚稳态氢氧化物化合物），以致于在与任何pH的淡水接触时，它们会溶解并再次沉 淀成其它淡水的稳定化合物例如矿物质象低Mg方解石。
[0028] 本发明的碳酸盐/碳酸氢盐组分（例如CO2-截存组分）来源于，例如从二价阳离 子的水溶液中的沉淀物（如以下更加详细描述的那样）。当碳酸盐/碳酸氢盐组分（例如 CO2-截存组分）从水中沉淀时，它们应包含存在于它们所来源的水中的一种或多种组分。 例如，当二价阳离子的水溶液为盐水时，CO 2-截存产物（例如沉淀矿物质）应包含一种或多 种于盐水来源中发现的化合物。这些化合物鉴定了来自于盐水源的组合物的固体沉淀物， 其中这些识别组分及其量在此总称为盐水源鉴定剂（identifier)。例如，如果盐水源为海 水，可存在于沉淀物质中的鉴定用化合物包括（但不限于）：氯化物、钠、硫、钾、溴化物、硅、 锁等。任何这样的来源鉴定或"标记"元素通常以小量存在，例如以20000ppm或者更少的 量，例如2000ppm或者更少的量存在。在某些实施方案中，"标记"化合物为锶，其可被掺入 到例如文石晶格中并且占 1000 Oppm或者更少，在某些实施方案中范围在3-10000ppm，例如 在5-5000ppm范围内，包括5-1000ppm，例如5-500ppm，包括5-100ppm。有意义的另一种"标 记"化合物为镁，其可以至多20%摩尔的量存在以替代碳酸盐化合物中的钙。组合物的盐 水源鉴定剂可依用于产生盐水来源的碳酸盐组合物的具体盐水源而变化。鉴定水源的同位 素标记物也是有意义的。
[0029] 依具体的建筑材料或者产物而定，存在于建筑材料中的碳酸盐/碳酸氢盐组分 (例如CO 2-截存组分）的量可以变化。在一些例子中，建筑材料中的碳酸盐/碳酸氢盐组 分（例如CO2-截存组分）的量在5-100 % (w/w)范围内，例如5-90 % (w/w)，包括5-75 % (w/w)，5_50% (w/w)，5_25% (w/w)和 5-10% (w/w)。
[0030] 本发明的建筑材料可视为低