[发明专利]生产合成金刚石的方法

说明书

技术领域

方面和实施方式涉及生产合成金刚石的方法。特别地，某些实施方式涉及利用来自直接空气捕集(DAC)的二氧化碳和可再生能源来生产合成金刚石的方法。

背景技术

大气中的二氧化碳导致很大一部分“增强的温室效应”。大气中的二氧化碳浓度至少部分地由于化石燃料的燃烧而增加。大气中增加的二氧化碳水平是气候变化的重要因素。

开采金刚石的工艺通常需要燃烧大量的化石燃料，因此大量的二氧化碳排放到大气中。特别地，化石燃料动力的车辆用于将在矿中发现有金刚石的岩石运送到地面，然后运送到工厂进行加工。与岩石的总重量或总体积相比，在岩石中发现重量或体积很小的金刚石，并且出产自岩石的金刚石必须进一步切割和抛光以生产宝石。因此，与在工厂加工后生产的成品宝石相比，车辆必须将大量重量和体积的岩石运送到工厂。由于岩石必须被压碎以释放金刚石，所以岩石在工厂的加工通常也是能源密集型的。因此，开采、运输和加工金刚石时化石燃料的燃烧释放很大量的二氧化碳到大气中。例如，加拿大的Ekati矿每克拉释放65kg(143lb)的二氧化碳。(BHP Billiton 2008：Ekati矿排放量为195,179公吨的二氧化碳当量，产生3,000,000克拉的粗金刚石)。

至少某些实施方式的目的是解决这些问题中的一个或多个。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种生产合成金刚石的方法，所述方法包括：

(a)从大气中捕集二氧化碳；

(b)进行水的电解以提供氢气；

(c)使从步骤(a)获得的所述二氧化碳与从步骤b)获得的所述氢气反应以生成甲烷；和

(d)利用从步骤(b)获得的所述氢气和从步骤c)获得的所述甲烷以通过化学气相沉积来生产合成金刚石。

在某些方面中，生产合成金刚石的方法包括：

(a)从大气中捕集二氧化碳；

(b)进行水的电解以提供氢气；

(c-1)使从步骤(a)获得的二氧化碳与水发生电化学反应以生成甲烷；和

(d)利用从步骤(b)获得的氢气和从步骤(c-1)获得的甲烷以通过化学气相沉积(CVD)来生产合成金刚石。

[步骤(a)-从空气中捕集二氧化碳(CO₂)]

根据某些方面，步骤(a)可以包括使用纳米管气体分离器，捕集二氧化碳。

步骤(a)可以包括使用可再循环二氧化碳吸附剂或聚合物膜气体分离器，捕集二氧化碳。

步骤(a)可以包括使用胺洗涤剂捕集二氧化碳。各种胺适用于二氧化碳捕集。胺洗涤剂可以是单乙醇胺。

步骤(a)可以包括使用基于胺的吸附剂材料捕集二氧化碳。各种基于胺的吸附剂材料适用于二氧化碳捕集。捕集二氧化碳可以使用基于胺的吸附剂材料进行，可以在25℃或更低的温度下完成。使用基于胺的吸附剂材料捕集二氧化碳可以在低于25℃的温度下完成。

一旦使用吸附剂材料捕集了二氧化碳，通过向吸附剂施加热量，所捕集的二氧化碳可以从吸附剂材料中解吸。

步骤(a)可以包括使用可逆地结合二氧化碳的矿物或沸石捕集二氧化碳。矿物或沸石可以包括氧化钙、蛇纹石、或分子筛。

步骤(a)可以包括使用苛性碱溶液捕集二氧化碳。苛性碱溶液可以是氢氧化钙溶液、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化锂溶液、或碱石灰。

步骤(a)可以包括使用活性炭或过氧化锂捕集二氧化碳。

步骤(a)可以包括捕集空气。所捕集的空气可以是环境空气。优选地，不从烟道气中捕集二氧化碳。

步骤(a)可包括干燥空气。可以使用除湿式干燥器来干燥空气。空气可以被干燥至低于-70℃的露点。空气可以被干燥至基本上-70℃的露点。步骤(a)可以包括冷却空气以液化空气中的二氧化碳。冷却空气以液化空气中的二氧化碳可包括压缩空气，然后使空气膨胀。可以重复压缩空气然后使空气膨胀的步骤。该步骤可重复三次。该步骤可重复四次。

以上解释的特征可以组合。例如，可以在低于25℃的温度下，使用含有胺的吸附剂材料捕集二氧化碳，然后通过向吸附剂材料施加热量来解吸所捕集的二氧化碳。

[步骤(b)-氢气的生成]