CN102711954B - 羧酸盐制品及其制备和使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种包含基材；和设置在基材上的碱性羧酸盐的制品，所述碱性羧酸盐衍生自至少一个解离常数大于或等于5的羧酸。所述制品可用来，例如从气体中除去酸气组分。

Description

羧酸盐制品及其制备和使用方法
本申请根据35USC 119(e)要求2009年11月24日提交的美国申请系列第12/624,968号的优先权。
技术领域
本发明涉及可用来，例如从气体中除去酸气组分的羧酸盐制品。
背景技术
CO2是公认的全球变暖（温室效应）的主要源头。许多工业过程，例如煤气化、生物质气化、烃类蒸汽重整、天然气部分氧化等类似过程，产生大量的含CO2、H2S及其他酸性气体的气流。因此，希望从这些气体混合物中去除和/或捕集CO2和/或H2S及其他酸性气体。
发明内容
本发明人现在开发出了新制品，可用来，例如从气体中除去诸如CO2的酸气组分。一种示例性制品包含：基材和设置在基材上的固体碱性羧酸盐，所述固体碱性羧酸盐衍生自至少一个解离常数大于或等于5的羧酸。
本文所述的制品可用来，例如从气体中除去酸气组分。一种示例性方法包括：提供一种制品，所述制品包含基材和设置在基材上的固体碱性羧酸盐，并使含酸气组分的气体与制品接触，以从气体中去除至少一部分酸气组分，所述固体碱性羧酸盐衍生自至少一个解离常数大于或等于5的羧酸。另一个示例性方法包括：使含酸气组分的气体与固体碱性羧酸盐接触，以从气体中去除至少一部分酸气组分，所述固体碱性羧酸盐衍生自至少一个解离常数大于或等于5的羧酸。
在以下的详细描述中给出了本发明的附加特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言由所述内容而容易理解，或按文字描述和权利要求书实施所述实施方式而被认识。
应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解权利要求的性质和特点的总体评述或框架。
具体实施方式
一个实施方式是一种制品，所述制品包含基材和设置在基材上的固体碱性羧酸盐，所述固体碱性羧酸盐衍生自至少一个解离常数大于或等于5的羧酸。在一些实施方式中，所述基材包含玻璃或陶瓷。基材可以是多孔或者无孔的。基材可以是任意合适的形式。在一个实施方式中，所述基材是纤维材料的形式，例如玻璃丝。在另一个实施方式中，所述基材是流通型基材的形式，例如陶瓷蜂窝体。在其他实施方式中，所述基材基本上是平的，例如是板的形式。基材可包含有机材料，例如，木质纤维素材料（例如木粉）或者聚合物（例如聚合物泡沫）。
本文所用的术语“流通型基材”表示成形体，其包括内部通路，例如笔直或曲折的通道和/或多孔网络，它们允许气体流过所述成形体。所述流通型基材从入口到出口，沿着流通方向的尺寸至少为1厘米，至少为2厘米，至少为3厘米，至少为4厘米，至少为5厘米，至少为6厘米，至少为7厘米，至少为8厘米，至少为9厘米，或者至少为10厘米。
在一个实施方式中，所述流通型基材具有蜂窝体结构，它包含入口端、出口端以及从所述入口端延伸到所述出口端的内部通道。在一个实施方式中，所述蜂窝体包含从入口端延伸到出口端的多条孔道，所述孔道由交叉的孔道壁限定。所述蜂窝体基材可任选地包含一个或多个被选择性堵塞的蜂窝体基材孔道端，以提供能使气体和孔道壁之间更紧密地接触的壁流通型结构。
所述碱性羧酸盐是一种衍生自羧酸的盐。所述碱性羧酸盐可以衍生自至少一个解离常数大于或等于5的羧酸，例如，琥珀酸、已二酸、马来酸、戊二酸、衣康酸、庚二酸、邻苯二甲酸或者甲基丁二酸。可以使用单羧酸、二羧酸、或者其他多羧酸来制备碱性羧酸盐。所述二羧酸、或者其他多羧酸的至少一个解离常数大于或等于5，例如两个或三个解离常数大于或等于5，且还可以有一个或多个解离常数小于5。在一个实施方式中，所述碱性羧酸盐是羧酸钾盐，通过氢氧化钾溶液与羧酸的反应制得。在另一个实施方式中，所述碱性羧酸盐是羧酸钠盐，通过氢氧化钠溶液与羧酸的反应制得。
另一个实施方式是一种制备包含基材和设置在基材上的固体碱性羧酸盐的方法，所述固体碱性羧酸盐衍生自至少一个解离常数大于或等于5的羧酸，所述方法包括：提供基材，将碱性羧酸盐的溶液施涂到基材上形成涂覆的基材，并干燥该涂覆的基材。在此方法中，基材和固体碱性羧酸盐可以选自，例如，上述的基材和固体碱性羧酸盐。
此方法中的固体碱性羧酸盐在基材上形成涂层。在本文中，术语“涂层”表示在基材的裸露表面上设置的固体碱性羧酸盐。所述涂层可涂覆所述基材的全部或部分表面,如果所述基材的表面是多孔的，可以以任意的程度渗入所述基材中。
碱性羧酸盐溶液可以这样制备，例如在诸如水的溶剂中以任意摩尔比如约1∶1的COOH与OH的摩尔比，混合羧酸和氢氧化钾溶液。所得溶液的pH可用氢氧化钾溶液和/或羧酸调节，使之落在8-14的范围内。在一些实施方式中，可用氢氧化钠代替氢氧化钾。
可以通过任何合适的方式，例如喷雾或浸渍，将碱性羧酸盐的溶液施涂到基材上。在一些实施方式中，在碱性羧酸盐溶液中将基材浸没任意合适的时间，例如，10-15秒。然后，使涂覆的基材在室温下干燥。涂覆的基材也可以在加热的环境，例如烘箱中干燥。固体碱性羧酸盐就是在干燥过程中在基材上形成的。在干燥过程中不要求水完全蒸发。
在包括使包含酸气组分的气体与制品接触，以从气体中去除至少一部分酸气组分的方法中，可使用包括上述实施方式的任意组合的制品。一个实施方式是包括使包含酸气组分的气体与制品接触，以从气体中去除至少一部分酸气组分的方法，所述制品包含基材和设置在基材上的固体碱性羧酸盐，所述固体碱性羧酸盐衍生自至少一个解离常数大于或等于5的羧酸。气体可以为气体或气体混合物的形式。气体或气体混合物还可包含另一相，例如气体或液体中的固体微粒，或者气体中的液滴。可以，例如使气流通过制品外表面，或者使气流通过制品内部空间，来实现气体与制品的接触。在一个实施方式中，在0°C至100°C，例如，25°C、50°C或者75°C的温度下使气体与制品接触。
酸气是当溶解于溶剂时会导致溶液的pH低于7的气体。示例性酸气包括H2S和CO2。酸气组分可以任何比例存在于被处理的气体中。可以通过物理、化学或物理和化学作用，利用吸附、吸收或将酸气截留在制品上的其他方法，从气体中去除去酸气。从气体中去除至少一部分酸气组分，例如去除一些酸气或者全部酸气。在一些实施方式中，制品从气体中除去至少5％、至少10％、至少20％、至少50％、至少70％或至少90％的酸气组分。在一些实施方式中，从气体中去除了H2S。在其他实施方式中，从气体中去除了CO2。制品能够在潮湿或干燥环境中捕集酸气组分。
另一个实施方式是包括使包含酸气组分的气体与固体碱性羧酸盐接触，以从气体中去除至少一部分酸气组分的方法，所述固体碱性羧酸盐衍生自至少一个解离常数大于或等于5的羧酸。例如，可以在不用基材的情况下，或者在将固体碱性羧酸盐设置在无机或有机基材（包括上述任何基材）上的情况下，使用固体碱性羧酸盐从气体中去除酸气组分。所述固体碱性羧酸盐可以是任意合适的形式，例如粉末状形式或者固体碱性羧酸盐在添加或不添加粘结剂的情况下形成的成型制品的形式。这种成形制品的例子包括球粒或流通型基材。碱性羧酸盐可以选自前述的碱性羧酸盐。所述固体碱性羧酸盐可以通过任意合适的技术制备，例如通过从碱性羧酸盐溶液沉淀制备。
其他实施方式包括通过从制品或者碱性羧酸盐中除去至少一部分酸气，使上述任意制品或者碱性羧酸盐再生。在一个实施方式中，再生所述制品或者碱性羧酸盐包括：将制品或碱性羧酸盐加热到足以除去酸气的温度。应当理解，足以除去酸气的温度部分取决于酸气含量。在一个实施方式中，足够高的温度可以包括在高于100°C的温度下，例如130°C、150°C或者170°C的温度下，加热制品或者碱性羧酸盐。对制品或碱性羧酸盐的加热可以通过任意合适的方法实现，例如，在烘箱中加热，或者使加热的气流通过制品或碱性羧酸盐的外表面，或者通过制品的内部空间。
在另一个实施方式中，在无外部加热的情况下再生所述制品或碱性羧酸盐。可以通过所述制品或者碱性羧酸盐与诸如水的溶剂接触，来再生所述制品或者碱性羧酸盐。
所述碱性羧酸盐可以通过化学方法或者不通过化学方法结合到基材上。在一些实施方式中，可通过任意合适的技术，例如洗涤，将碱性羧酸盐涂层从基材上去除。在一些实施方式中，从基材上除去碱性羧酸盐涂层，使基材能够用新的碱性羧酸盐溶液重新涂覆。
通过以下实施例进一步阐述各种实施方式。
实施例
在水中以1∶1的COOH与OH的摩尔比，混合草酸(OA)和45％的氢氧化钾溶液，由此制备20％的草酸钾盐溶液。所得溶液的pH可用KOH溶液和/或羧酸调节，使之落在8-14的范围内。将玻璃丝滤纸在钾盐溶液中浸没10-15秒，然后在室温下干燥过夜。在进行CO2捕集试验之前，将涂覆的玻璃丝滤纸在100℃强制通风烘箱中干燥15分钟。用质量差确定加到玻璃丝滤纸上的草酸钾盐的量。为评价其捕集CO2的能力，将涂覆的玻璃丝滤纸放置在潮湿的CO2气氛中30分钟，同时施加小的背压。取出经过涂覆的玻璃丝滤纸，使其在室温下干燥过夜。干燥过夜之后，在100℃干燥15分钟之后，立即测量从CO2气氛中取出的涂覆的玻璃丝滤纸的质量。观察到在暴露于潮湿的CO2气氛之后的玻璃丝滤纸的质量增加。在100℃干燥15分钟之后，失去增加的质量。同样在潮湿氮气或空气气氛中测试了对照样品。没有观察到对照样品的质量变化。
使用对苯二甲酸(TPA)、丁烷四羧酸(BTCA)、聚丙烯酸(PAA)、琥珀酸(SA)以及己二酸(AA)的钾盐重复上述过程。表1汇总了CO2重量的增加结果。
表1.
涂覆有SA的钾盐和AA的钾盐的样品能在100°C下干燥15分钟之后保留捕集的CO2。涂覆有OA、BTCA以及PAA的钾盐的样品在100°C下干燥15分钟之后回到试验之前的质量。TPA的钾盐在CO2试验之后没有显示出任何质量的增加。
还利用氢氧化钡Ba(OH)2在接触CO2的样品上进行定性测试。将CO2试验之后立即得到的样品浸没在水中，并用手摇动以溶解钾盐。当将SA以及AA的钾盐样品加入到水中时观察到鼓泡。在基材上的钾盐溶解之后，向包含溶解的钾盐的水中加入数滴饱和Ba(OH)2溶液，观察到浑浊现象，这是因为形成了均匀分散的不溶性BaCO3。还用相同的方式测试了接触N2或空气的对照样品；在此测试期间，包含对照样品的水保持澄清，没有变得浑浊。
应当理解，虽然就本发明的某些说明性实施方式详细描述了本发明，但是应该认为本发明不限于这些说明性实施方式，在不背离所附权利要求书所限定的本发明精神和范围的前提下，可以对列举的实施方式进行各种修改。
除非另外说明，否则，说明书和权利要求书中使用的所有数值都应理解为在所有情况下用“约”字修饰，而不管是否这样陈述。也应理解，本发明说明书和权利要求书所用的所有精确数值构成本发明的其他实施方式。

Claims (23)

1.一种制品，所述制品包含：
基材；和
设置在基材上的固体碱性羧酸盐；
所述固体碱性羧酸盐衍生自至少一个解离常数大于或等于5的羧酸。
2.如权利要求1所述的制品，其特征在于，所述基材是蜂窝体的形式。
3.如权利要求1所述的制品，其特征在于，所述基材包含玻璃丝。
4.如权利要求1所述的制品，其特征在于，所述固体碱性羧酸盐是羧酸钾盐。
5.如权利要求1所述的制品，其特征在于，所述固体碱性羧酸盐是羧酸钠盐。
6.如权利要求1所述的制品，其特征在于，所述固体碱性羧酸盐衍生自单羧酸。
7.如权利要求1所述的制品，其特征在于，所述固体碱性羧酸盐衍生自二羧酸或者多羧酸。
8.如权利要求1所述的制品，其特征在于，所述固体碱性羧酸盐衍生自草酸、琥珀酸、已二酸、马来酸、戊二酸、衣康酸、庚二酸、邻苯二甲酸、丁烷四羧酸或者甲基丁二酸。
9.一种制备如权利要求1所述的制品的方法，该方法包括：
提供基材；
将碱性羧酸盐的溶液施涂到所述基材上形成涂覆的基材；以及
干燥所述涂覆的基材。
10.一种包括使含酸气的气体与如权利要求1所述的制品接触，以从所述气体中去除至少一部分酸气的方法。
11.一种包括使含酸气的气体与固体碱性羧酸盐接触，以从气体中去除至少一部分酸气的方法；所述固体碱性羧酸盐衍生自至少一个解离常数大于或等于5的羧酸。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该方法包括使气体与制品在0°C至100°C的温度下接触。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该方法还包括通过从所述制品去除至少一部分酸气来再生所述制品。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，再生所述制品包括使制品与水接触。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该方法包括在高于100°C的温度下再生所述制品。
16.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该方法包括在无外部加热的情况下再生所述制品。
17.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述酸气是二氧化碳。
18.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述酸气是硫化氢。
19.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该方法还包括再生所述固体碱性羧酸盐。
20.如权利要求11所述的方法，其特征在于，再生所述固体碱性羧酸盐包括使固体碱性羧酸盐与水接触。
21.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该方法还包括在无外部加热的情况下再生所述固体碱性羧酸盐。
22.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述酸气是二氧化碳。
23.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述酸气是硫化氢。
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