CN103079997A - 氙气和其他高价值化合物的回收 - Google Patents

Abstract

用于从含高价值气体、例如氙气的工艺流、材料或环境对其进行回收的系统和方法，通过将来自工艺流、材料或环境的气体与能有效吸附捕获高价值气体的碳吸附剂接触，以去除或降低所述工艺流、材料或环境的含高价值气体的气体中与高价值气体共存的流体物种的浓度。本文公开内容的其他方面包括氡气检测方法和产品。

Description

氙气和其他高价值化合物的回收

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年6月25日提交的第61/358,843号美国临时专利申请的参照35USC119的优先权。

领域

本发明涉及从含有化合物的工艺流（process stream）、材料或环境吸附回收化合物。

相关技术描述

在许多工业化生产过程和工业应用中，气态材料被生产出或以其他方式存在，所述气态材料如果不回收、再循环、和/或再加工，则其易于损失或降解。这种材料可以是化学反应或处理过程的副产物、利用气体应用中未完全消耗的气体、矿产开采操作中的气态流出物等。

这些气态材料可作为再循环原料或试剂、或作为用于进一步加工或使用的原材料而具有重要价值。这些材料也可能是工艺流程或相关设施周围环境中的重要污染源，因此需要捕获以防止这类污染的发生。

发明概述

本文公开内容涉及从含有化合物的工艺流、材料或环境吸附回收化合物。

本文公开内容一方面涉及一种从含有氙气的工艺流、材料或环境回收氙气的方法，所述方法包括将源自这种工艺流、材料或环境的含氙气体与能有效吸附捕获含氙气体的碳吸附剂接触，去除或降低所述工艺流、材料或环境的含氙气体中最初与该氙共存的液态物种的浓度，其中碳吸附剂的堆积密度在750至1300kg每立方米(kg/m³)范围内，且大多数孔的孔隙率在5至8埃范围内。

本文公开内容另一方面涉及一种氙捕获装置，包括：

密闭容器（containment vessel）；

该密闭容器中的碳吸附剂，其中该碳吸附剂对氙气有选择性，碳吸附剂的堆积密度在750至1300kg每立方米(kg/m³)范围内，且大多数孔的孔隙率在5至8埃范围内。

在另一方面，本文公开内容涉及一种氡监测组件，包括：

容器：

盖子，其能与所述容器接合以封闭容器内部体积；

在所述容器中的碳吸附剂，所述碳吸附剂相对于大气气体对氡气有选择性；和

书面标记，包括所述氡监测组件的使用说明。

本文公开内容的另一方面涉及一种在氡易存在或流入的场所检测氡污染的方法，包括将如上文所述的氡监测组件以开盖的状态放置于所述场所，以使所述碳吸附剂与周围气体接触，以及在预定的一段时间后重新盖上容器以提供内装样品用于氡污染的分析测试。

本文公开内容再一方面涉及一种从含有高价值气体的工艺流、材料或环境回收高价值气体的方法，这种方法包括将工艺流、材料或来自环境的样品与对所述高价值气体有选择性的碳吸附剂接触。这种碳吸附剂的堆积密度可在750至1300kg每立方米(kg/m³)范围内，且大多数孔的孔隙率在5至8埃范围内。

另一方面，本文公开内容涉及一种从含有高价值气体的工艺流、材料或环境回收高价值气体的系统，这种系统包括碳吸附剂，所述碳吸附剂设置用于接触所述工艺流、材料或来自环境的样品从而吸附捕获所述高价值气体。所述碳吸附剂的堆积密度可在750至1300kg每立方米(kg/m³)范围内，且大多数孔的孔隙率在5至8埃范围内。

另一方面，本文公开内容涉及一种碳吸附剂，其堆积密度在750至1300kg每立方米(kg/m³)范围内，且大多数孔的孔隙率在5至8埃范围内。

本文公开内容的其他方面、特征和实施方案将由以下说明和所附权利要求而更充分地显而易见。

附图简要说明

图1是二氟化氙清洁系统的示意图，其中处理来自清洁操作的含氙流出物用于从二氟化氙中分离氙，并捕获氙副产物。

图2是氙/氮分离系统的示意图，其中处理这种气体混合物以回收氙成分。

图3是吸附剂容器的串联阵列（array）示意图，其可用于回收高价值气体。

图4是吸附剂容器的串联布置示意图，其中各吸附剂容器含有多种不同吸附剂介质的吸附剂床。

图5是吸附剂容器的串联布置示意图，其中所述容器含有导流板元件阵列，用于实现所期望的在各容器中待与吸附剂介质接触的气流的流体动力处理。

图6是多个吸附剂容器布置示意图，其中外壳（housing）包含各吸附剂容器且外壳以圆盘传送带方式旋转，从而将入口和出口导管与特定的多个吸附剂容器之一依次耦接。

图7是包含吸附剂床的吸附剂容器示意图，其中通过分配部件引入原料气，所述分配部件在其周围具有多个气流孔。

图8是包含喷淋头设备的吸附剂容器的截面的垂直正视示意图，流入气体通过该喷淋头设备引入用于与容器中的吸附剂床接触。

图9是包含歧管设备的吸附剂容器的截面的垂直正视示意图，流入气体通过该歧管设备引入用于与容器中的吸附剂床接触。

图10是用于氡气检测和监测的吸附剂罐的透视正视图。

图11是流体捕获容器的垂直正视图，该流体捕获容器可用于从存在高价值气体的过程或环境中回收高价值气体。

图12是图11的流体捕获容器的截面的垂直正视图，示出其内部元件。

图13是图11和图12的流体捕获容器的透视图。

图14是图11的流体捕获容器上部的截面正视图。

图15是图11-14的流体捕获容器的阀头和浸管组件的透视图。

图16是图15的阀头和浸管组件的分解透视图。

图17是图15的阀头和浸管组件上部的分解透视图。

图18是图15的浸管组件下部的分解透视图。

图19是图11-14的流体捕获容器的阀头的顶部平面图。

图20是图11-14的流体捕获容器的阀头的透视图。

图21是图11-14的流体捕获容器的阀头的正视图。

图22是图11-14的流体捕获容器的阀头的截面正视图。

图23是图11-14的流体捕获容器的阀头的底部平面图。

图24是阀头的分解视图，其是与参考图11-14的流体捕获容器所示出并描述相类似的类型。

图25是使用图11-24所示出类型的流体捕获容器的氙回收设施的透视示意图。

图26是适用于氙吸附的碳吸附剂的氮和氙吸附等温线曲线图，如注解基于该等温线计算的分离因子为7.67。

具体实施方式

本文公开内容是基于如下发现：使用堆积密度在750至1300kg每立方米(kg/m³)范围内，且大多数孔的孔隙率在5至8埃范围内的碳吸附剂，可以实现高价值气体如氙气的极其有效的吸附回收。理想地，在273°K温度和1巴压力下测量，这种碳吸附剂对氙气的体积吸附容量至少为125。理想地，这类碳吸附剂的特征在于对于氙和氮的分离因子α_Xe,N，其在2至12范围内。

已经发现具有前述特征的碳吸附剂能以在使用其的设施（例如半导体制造设施）中占很小占地面积（footprint）的非常紧密的吸附剂配置方式有效吸附回收高价值气体如氙气。

在特定实施方式中，碳吸附剂的堆积密度可在800至1200kg/m³范围内，在其他实施方案中，碳吸附剂的堆积密度可在1000至1150kg/m³范围内。

在特定实施方案中，在回收高价值气体如氙气中使用的碳吸附剂可具有的氙气吸附体积容量——在一些实施方案中——在125至150体积/体积(v/v)范围内，其在273°K、1巴压力下测定。在其他实施方案中，碳吸附剂的氙气体积容量可以在125至145范围内，且在其他实施方案中，碳吸附剂的体积容量可以在128至140范围内，其在上文提到的标准温度和压力条件下基于体积测量。

这类活性炭吸附剂对于分离和回收含有氮气作为混合物中主要气体组分的气体混合物中的氙气特别有利，其中氙气至少呈百万分之一水平。

考虑到本文公开内容的碳吸附剂的特征是有利地用于从含有高价值气体如氙气的气体混合物中回收所述气体，可以使用吸附材料的平衡选择性作为描述吸附剂从氙气/氮气混合物中分离氙气能力的参数。碳吸附剂对于这类氙气/氮气混合物的平衡选择性反映了碳吸附剂分别对这类气体混合物的氙和氮物种的差别亲合性。本文公开内容的碳吸附剂高度吸附氙气。它们的平衡选择性可由以下方程表示

α_Xe,N=(n_xe/n_N)(pX_e/p_N)

其中α_Xe,N是碳吸附剂对氙气/氮气混合物的分离因子，n是特定成分的吸附量，且p是气体混合物中特定成分的分压。

如上文讨论的，理想地，本文公开内容的碳吸附剂具有的对氙气/氮气混合物的分离因子α_Xe,N在2至12范围内。在一些特定实施方案中，碳吸附剂的分离因子α_Xe,N在3至10范围内。在其他实施方案中，分离因子α_Xe,N的值至少为5。在其他实施方案中，分离因子α_Xe,N的值为4至8。

本文公开内容的碳吸附剂有利地用于从含有高价值化合物的工艺流、材料或环境中吸附回收高价值化合物，例如配置以回收高价值气体用于再利用、再循环或实现如没有这种回收将会损失的价值的其他处置中。

如此处使用的，关于回收的气体、化合物和流体的术语“高价值”指的是，与(i)如果不回收这类材料所产生的损失、损耗或降解和/或(ii)不回收这类材料，由于其在环境中的损失、损耗或降解导致的整治、减排或其他必要行动的成本相比，这类材料在其回收时具有重要价值。

虽然下述说明在本文公开内容的各种实施方案中主要针对高价值“可回收”气体，但应当了解本文公开内容的回收配置和方法可有用地用于并适于流体回收，所述流体通常包含气体、液体、蒸汽、超临界流体等。

在本文公开内容的方法中用于回收高价值材料的碳吸附剂可用于回收各种感兴趣的可回收物，所述可回收物易于在尺寸为

的孔中气体吸附。在这方面提出的碳吸附剂包括含有大量尺寸为

的孔的那些，优选地这类材料总孔隙率的大部分，例如>50体积%在该孔径范围内。特别有利的这类碳吸附剂总孔隙率的55体积%、60体积%、65体积%、70体积%、75体积%、80体积%、85体积%、90体积%、95体积%以上具有的孔尺寸为这类碳吸附剂可通过聚合原料、如聚偏二氯乙烯聚合材料的热解形成，其中进行热解和/或后热解步骤以产生这类孔隙率。

在该方面有用的碳吸附剂可为任何适当的形式，如粉末形式，例如具有均匀粒径的粉末或由具有一定粒度范围（例如20至500μm范围内）的颗粒构成的粉末。碳吸附剂可以例如尺寸在0.6至15mm范围内的珠粒/挤出物，或例如特征尺寸大于100mm单块物的形式使用。优选的碳吸附剂优选由非石墨化的、或硬质碳构成，所述碳具有非结晶或微晶（无序）形貌。优选地，所述吸附材料是单块状形式，例如块体、砖体、圆盘、圆柱、棒形等形式的热解活性炭。或者，碳吸附剂有利地以颗粒形式，例如珠粒或粉末的形式提供。

本文公开内容的碳吸附剂可通过将碳吸附剂与含有高价值流体成分的流体体积（fluid volume）、流或环境接触而容易地用于回收所述高价值流体成分。碳吸附剂可以例如单块状或颗粒状吸附物的床的形式在捕获或回收容器中使用，所述含有高价值成分的流体进入或通过所述捕获或回收容器。或者，碳吸附剂可以在容器中的吸附剂床中使用，该容器适用于变压（pressure swing）吸附和/或变温吸附处理，其中含有高价值流体成分的流体与容器中的吸附剂床接触，从而吸附捕获高价值流体成分。随后，使床层脱附，例如通过泄放压力和/或清洗气流和/或加热床层以脱附释放经吸附的高价值流体成分。

活性炭材料吸附系统记载于以下美国专利，其公开内容在此以引用的形式全部纳入本说明书：授予Carruthers的第6,743,278号美国专利、授予Tom等人的第5,518,528号美国专利、授予Tom等人的第5,985,008号美国专利、授予Tom的第5,761,910号美国专利、授予Tom的第5,916,245号美国专利、授予Tom等人的第6,764,755号美国专利、授予Brestovansky等人的第6,991,671号美国专利、授予Tom等人的第6,027,547号美国专利、授予Tischler等人的第6,019,823号美国专利、授予Tom的第5,917,140号美国专利、授予Tom等人的第5,993,766号美国专利、授予Tom等人的第5,704,965号美国专利、授予Tom等人的第5,707,424号美国专利、和授予Tom等人的第5,704,967号美国专利。

对于特定应用，本文公开内容的碳吸附剂的孔径分布可在低至数十埃的范围“调整”，如通过例如改变聚合原料、热解条件和后热解加工以得到适用于给定高价值流体回收的碳吸附剂材料。在这方面，吸附剂的表征可使用孔度计、探针分子孔度计、拉曼光谱、x-射线衍射、扫描电镜和光学显微镜、以及其他本领域技术人员已知的用于表征吸附剂材料的仪器进行，从而确定用于制备本文公开内容的碳吸附剂的原料、方法条件和得到的特征。

关于可根据本文公开内容用于特定回收应用的活性炭的热物理性质，下表1给出各种热物理性质的示例范围值，其可适用于具有单块状形式的用于回收高价值流体物种的活性碳吸附剂，以及本文公开内容示例的热解、单块状活性碳吸附剂的特定热物理性质。

表1

应当了解碳吸附剂的性质可以在本文公开内容的实施中大幅变化，以提供用于特定流体回收应用的吸附材料。作为其他特定实施例，下表2给出两种示例碳吸附剂的特性，分别称为“碳吸附剂A”和“碳吸附剂B”，用于回收氙气。

表2

性质	碳吸附剂A	碳吸附剂B
			堆积密度，kg m-3	1120	1120
氙气容量(V/V),273K,1巴	136	130
			氙气微孔体积(mL/g),273K,1巴	0.370	0.355
新戊烷微孔体积(mL/g),273K,1巴	0.295	0.007

碳吸附剂A用于捕获以稀释浓度存在于与氮气的混合物中的氙气。碳吸附剂B用于优选通过尺寸排阻分子筛分来回收也含有尺寸大于氙气的分子的氮气流中的氙气。表2示出各碳吸附剂的堆积密度，所述吸附剂在标准条件（273°K,1巴压力）下基于体积计的对氙气的吸附容量，在所述标准条件下测定的氙气微孔体积和也在所述标准条件下测定的新戊烷微孔体积。

使用碳吸附剂单块体作为本文公开内容的应用中的碳吸附剂的一个优点是，碳吸附剂的这种结构形式可提供每单位体积高的吸附容量、高的热导率、和制造满足精密公差几何规格的单件的能力（相对于易随时间磨耗的粒状或珠状吸附剂形式）。

在各种实施方案中，使用具有高填充容量的碳吸附剂，例如，以堆叠阵列方式的多孔碳吸附剂圆盘的形式。这种碳吸附剂的堆叠阵列可放置于流体捕获和储存容器中，用于回收碳吸附剂对其具有适当的吸附亲合性的流体物种。多孔碳吸附剂的填充容量是可以被吸附剂吸取的吸附物的量，即，在标准或其他指定条件下吸附剂上的吸附物种的负荷量。

对于特定应用，多孔碳吸附剂的负荷容量可通过如下过程处理吸附剂而显著提高：首先将吸附剂与溶胀剂接触，随后将碳吸附剂与加压气态渗透剂接触、然后例如通过真空萃取来移除溶胀剂和渗透剂，及加热所述多孔碳以使其中任何残余的溶胀剂和渗透剂挥发。

如在本文中使用的，术语“溶胀剂”指的是与多孔碳材料的微结构接触，实现所述材料的孔隙和空隙结构膨胀的制剂。溶胀剂可以是任何适当的类型，且可以例如包括如水、醚、醇或其他引起这种多孔碳膨胀发生的有机或无机溶剂介质的制剂。

本文使用的术语“渗透剂”指的是这样一种制剂，其(1)以加压形式与含有溶胀剂的多孔碳材料接触，实现将溶胀剂运送至孔隙和空隙结构用于提高多孔碳吸附材剂料随后与吸附物接触时的负荷容量，以及(2)与溶胀剂相容，以使溶胀剂和渗透剂挥发并从孔隙和空隙结构移除，而不损失溶胀剂对所述孔隙和空隙结构的溶胀作用。渗透剂可以是任何适当的类型，且可例如包括惰性气体如氦气、氩气、氪气、氖气等。

在一个优选实施方案中，溶胀剂包括水蒸气，且渗透剂包括氦气。

在从多孔碳的孔隙和空隙结构移除残余溶胀剂和渗透剂的特定实施方案中，在溶胀发生后，重要的是所述移除不包括加热至350°C以上的温度，因为350°C以上的温度可导致增大的负荷容量的损失，而当在低于350°C的温度下进行溶胀剂和渗透剂移除时可得到所述增大的负荷容量。

作为一个特定的实例，碳吸附剂可通过暴露于水蒸气而预处理，从而使碳吸附剂吸收水蒸气。在该水蒸气暴露后使碳吸附剂在高压、如100至500psi范围内的压力下与氦气（或其他惰性气体，例如氩气、氪气、氮气、氙气）接触。随后在真空下将氦气从碳吸附剂中移除，然后在高温、如100°C至300°C范围内的温度下烘烤。这将产生对小分子流体物种具有增大的吸附容量的经预处理的碳吸附剂。

这种预处理方法可有利地用于任意各种流体物种，且最有利地用于增强活性炭的应用，所述活性炭例如为如下形式：珠状、粒状、片状、丸状、粉末状、挤出物、微粒、布或网状物件、单块体形式、多孔碳与其他材料的复合物、前述物种的粉碎形式和压碎形式，用于捕获和储存其分子被碳吸附剂吸附的气体。

应当了解碳吸附剂可以任何适当的方式处理或预处理，从而提高其吸附容量，改变其孔径或孔径分布，或制备用于可回收流体物种回收的吸附剂。

本文公开内容一方面提出碳吸附剂——例如上文描述类型的碳吸附剂——用于快速氡气和气体筛分应用的用途，其中可回收气体是存在于环境场所中的氡气，所述环境场所例如住宅或商业建筑、潜在的建筑工地、或其他可能易于氡气存在或流入的环境。

纳米多孔碳用于快速检测氡气的应用可通过含有特定量的对氡气有选择性的碳吸附剂的简易容器而进行，其中在需要保护使用前该容器是关闭的，随后将容器开盖、刺穿、或以其他方式打开，例如通过移除密封元件或其他封闭部件，实现容器中的碳吸附剂暴露于容器在打开后所放置的环境。所述容器可提供有在容器上的或与容器相连的书面说明，该说明关于含有纳米多孔碳的用于氡气检测的容器的激活和使用。

这类包装的碳吸附剂提供用于居住和商用物业中快速测试气体的解决方案，如在包括不动产销售或权利转移的交易中常规进行的测试。在有些情况下，鉴于特定的地理区域的地质历史，在所述区域内需要常规气体分析。例如，在美国东北部，因该区特有的地质组成会形成氡气，因此通常测试氡气。

氡气监测也在世界范围内的地质活动区、包括断层区（地震）和多山火山区越来越多地进行。最近的研究显示断层运动和由此导致的地震之前氡气产生增多。参见例如http://www.medicaljournal-ias.org/3_3/Khan1.pdf和http://www.accesstoenergy.com/view/atearchive/s76a2283.htm。本文公开内容在特定实施方案中为了预测断层运动和/或地震，提出使用本文公开内容的高性能碳吸附剂材料用于吸附吸收氡气，来监测氡气存在或流入。通过定期暴露新罐并持续预定的时间，可容易地利用含有碳吸附剂的容器持续收集周围环境的氡气。

例如，可以每天上午9点打开新罐并暴露于周围环境，暴露持续一小时，随后将罐重新盖上或以其他方式关闭，并随后在封闭的试验室中加热吸附剂以释放被吸附气体用于分析，例如通过质谱法、NMR、FTIR、GC-MS、ICP-MS或其他适用于定量被罐吸附的氡气量的分析技术。因此被对应系列的暴露于周围环境的罐所捕获的连续气体样品的纵向研究可提供数据显示，在足以支持对进行监测的环境场所预测评估的一段时间后，氡气水平是否稳定、降低或提高。

也可以采用其他吸附剂暴露技术和分析方法，测定给定环境或其临近区域的关于氡气或其他感兴趣的气体物种或流体成分方面的安全性。

本文公开内容也提出处理或改性碳吸附剂以提高其对氡气的吸附性能，例如通过调整孔隙率使吸附剂的氡气吸附容量最优化。这种改性可在本领域技术范围内基于本文的公开，通过吸附剂的差别改性，并根据经验测试得到的所属催化剂的吸附负荷容量进行。

以这种方式，当暴露于周围环境时，碳吸附剂快速吸附环境的气体，使得能够分析监测环境气体。

在另一特定应用中，本文公开内容提出本文公开内容的碳吸附剂用于从含氙气的气体混合物回收氙气的用途。氙气表现出独特的稀有气体特性，如形成二氟化氙，但是由于其在地球上的天然丰度较小，氙气极贵。

二氟化氙已经作为清洁气体用于半导体制造操作。在一个这类应用中，购自ATMI,Inc.,Danbury,Connecticut,USA的商品名为

的包装形式的二氟化氙被提供用于清洁离子注入系统，包括离子源室及其表面和组件。在这种应用中的二氟化氙可以与所述离子注入系统中的沉积物反应，使得XeF₂试剂的的氟组分与沉积物的元素形成相应的气态氟化物，从而能够通过该反应移除沉积物。在特定的应用中，二氟化氙可以进行离子化，以产生相应的等离子体，用于与室中待清洁的沉积物反应。

在这种二氟化氙清洁操作中，产生元素和/或离子氙，并成为清洁操作的流出物组分。该流出物可以进行减弱（abatement）处理，其对移除氙组分无效。因此，这种氙组分随后被排入大气，从而损失这种氙的重要价值。

这一点对于二氟化氙在半导体制造的其他应用——例如用于在微机电系统(MEMS)应用中选择移除硅以及清洁化学气相沉积(CVD)室——也是如此。

在这种应用中，二氟化氙易于在表面解离，产生作为蚀刻剂和中间体的具有高反应性的原子氟。当与砷、磷、硼、硅或锗接触时，原子氟易于产生作为蚀刻副产物的ASF₃、PF₃、BF₃、SiF₄和GeF₄，该蚀刻副产物易于从注入室或CVD室中移除。

本文公开内容在特定实施中使用碳吸附剂吸附捕获氙气用于其回收和再利用。

本方法的重要挑战是欲回收的氙气是与二氟化氙的混合物，且二氟化氙可活化产生碳吸附剂的氟化作用，反过来导致其部分降解。如果这种降解持续，可严重损害碳吸附剂的吸附容量和使用。然而，已经发现，含有氙气和二氟化氙的混合物可进行低温暴露，使二氟化氙冷凝为固体材料，从而实现从含有Xe/XeF₂的混合物中的移除，再使得到的二氟化氙减少的流体与碳吸附剂接触。已经令人惊异地发现二氟化氙可在碳吸附剂上游快速且有效地冷凝，从而将基本所有二氟化氙从混合气体中移除，而无二氟化氙携带或对碳吸附剂的不利影响。

在这方面特别有效的装置构造包括位于碳吸附剂上游、用于使二氟化氙冷凝为固体材料的低温区。低温冷凝区可紧靠碳吸附剂，以利用由更低温气体与碳吸附剂接触所导致的增大的对氙气的吸附容量，这是由于吸附剂负荷与吸附剂接触温度呈反比。因此随着氙气/二氟化氙气体混合物连续流入低温冷凝区并随后流到碳吸附剂，通过同时移除二氟化氙和吸附捕获氙气而实现高度协同作用。

处理系统的低温冷凝区和/或碳吸附剂区可使用超级大气压，其既对二氟化氙的固体冷凝（作为反向升华操作）有效，又对碳吸附剂区的氙气吸附捕获有效。

碳吸附剂区可以适当的方式配置。在一个实施方案中，碳吸附剂作为吸附剂床或聚集体块包含于氙捕获容器中，其中移除二氟化氙而得到的氙气流流进氙捕获容器，通过碳吸附剂吸附移除氙气。为此，可以冷却该容器以降低其中吸附剂的温度，并由此相应地提高吸附剂的负荷容量以确保快速和完全地捕获氙气。

在氙捕获容器中填充氙气后，可以关闭容器，例如通过手动或自动关闭这类容器阀头的阀，随后将容器从冷却装置中移除，以接着在环境温度下达到平衡。随后可将含有经回收的氙气的氙捕获容器运至再利用或再处理位置。在有些情况下，氙气的纯度可使其直接从所述捕获容器再利用，即随后该捕获容器用作氙气的储存或配气容器。

应了解在第一种情况中，含有氙气和二氟化氙的气体混合物可含有其他流体物种，且结合低温移除二氟化氙和吸附捕获氙气的该气体混合物可以进行其他加工操作，从而从该气体混合物中移除其他流体物种。这种另外加工可在上游或在低温冷凝二氟化氙之前、或在这种冷凝移除二氟化氙之后进行，之后使由这种冷凝移除二氟化氙所产生的含氙气体进行氙气的吸附捕获。

在碳吸附剂上的氙气吸附将快速发生。可以在聚合原料热分解的过程中，或通过后热解处理，来提供特定为氙气吸附而调整的适当孔径和孔径分布，而赋予碳吸附剂相对于其他气体物种对氙气的选择性。

本文公开内容提出从氙气/氮气混合物回收氙气，其中这类气体混合物进行加工以从混合物中移除氮气，产生氙气用于再循环、再利用或其他处置。在一个特定实施方案中，从包含氙气、氮气、四氟化硅和四氟化碳的气体混合物中回收氙气。

本文公开内容的吸附捕获技术的其他应用包括从气体混合物或含有气体混合物的环境中回收气体物种如氪气、六氟化硫、四氟化碳和氯硅烷。

具体关于作为用于所述吸附回收应用的代表气体物种的氙气，除了之前描述的清洁操作外，氙气可用于各种处理中。在半导体制造中，除了清洁离子注入和化学气相沉积装置外，氙气可用于包括高纵横比蚀刻的集成电路制造、作为用于EUV光刻的激发介质、并使聚合物交联用于在蚀刻操作过程中提高光致抗蚀剂保护。除半导体制造之外，氙气用作离子推进器的燃料，用于照明和显示的高亮度、低能量灯，以及用于麻醉和创伤医疗应用。

鉴于其高价值，氙回收在使用氙的应用中具有相应的重要性。本文公开内容的吸附捕获配置可与第一种情况中已有的分离氙用于回收的工艺结合。一种这类现有的工艺可以商品名XeCovery购自AirProducts & Chemicals,Inc.(Allentown,Pennsylvania,USA)，其中在第7,285,154号美国专利中公开类型配置中使用真空振摆吸附(VSA)，其公开内容在此全部纳入本说明书。这种XeCovery工艺能够从含有氙的工艺流中萃取氙至百万分之一等级，从而产生经回收的氙的浓缩混合物（通常在低百分比水平），通过蒸馏或其他回收技术将其压缩并储存用于后续处理。该工艺可根据本文公开内容的一个方面进行改进，从而实现使用本文公开内容的碳吸附剂从浓缩混合物——例如含有氮气和氙气、含有百分比等级浓度的氙气——吸附回收氙气。

为了回收特定的可回收气体，可制备对于感兴趣的气体物种（例如氙气、氪气、氡气、四氟化碳、六氟化二碳、六氟化硫等）具有特定想要的性能的碳吸附剂。如前所述，基于聚偏二氯乙烯(PVDC)的碳非常有利且易于修改成适于所述应用的特定选择性、孔径、孔径分布、孔密度、和负荷容量特征。

这种调整可通过热分解PVDC原料实现，包括以可控方式进行脱卤化氢反应，以提供具有想要形式（例如碳粉、碳丸、碳单块体、或其他适当的形式）的碳吸附剂。为了可控地形成具有想要性质的碳吸附剂，可以选择性地改变分解和反应速率。

在本文公开内容的使用吸附剂用于捕获和回收流体物种的各种应用中，可以不同配置使用吸附剂。例如，可以在不同容器中提供吸附剂，所述容器串联配置使气体顺序通过各容器。或者，可以采用含有吸附剂的容器的并联配置，其中吸附剂用作固定床或块体，或作为像床一样的流体、或为其他配置。在这种并联配置中，阵列中的各容器可配设适当的阀、歧管等，以实现容器的切换，从而通过从其中的吸附剂释放被捕获的流体可使离流（off-stream）容器再生，所释放的流体流至储液槽（bulk reservoir）、再处理设备、或其他处置。

关于含有吸附剂的容器的串联配置，这种配置使得在充分负载吸附物种前负载和浓缩在串联的最初容器中的可回收的吸附物种，随后可将该最初容器停用，流入气流被导入阵列的第二个含有吸附剂的容器中，例如当第一个容器被放置于其位置的含有新吸附剂的容器替代。可随后改变通过各容器的流程，使新的容器成为串联容器的处理配置中的最后一个容器，各容器在其使用寿命期间通过该顺序移位，使其可上移、下移或以其他方式从容器阵列的最初位置前进至第二、第三等位置。

这种串联配置有益于确保完全捕获可回收的吸附材料，使串联配置的下一个容器捕获可能在串联的前一容器中未被吸附捕获的吸附材料。

此外，可设置这种串联配置用于流动回路的重新构造、用于选择性隔离或绕过用于替换或使用的特定容器、或用于进行回收操作，如可包括容器减压和/或加热，以实现经回收的吸附物的脱附，使它们从捕获容器流至储液槽、保留设施、再处理单元或其他应用。

在本文公开内容的各种实施方案中，也可以使用适当的控制和监测系统，将含有吸附剂的容器设置在可移动平台或支撑结构上，使得安装或支撑阵列的含有吸附剂的容器例如在转盘传送带支撑件上移动，与相关流动回路呈流体捕获关系，使得容器与提供吸附材料的进料管线耦接，通过与该进料管线耦接的容器中的吸附剂捕获。在与流体回路耦接的含有吸附剂的容器实现必要填充后，移动容器阵列，使经填充的容器解耦，耦接新容器继续进行操作。

此外，本文公开内容提出其中流体捕获容器含有多种（例如两种以上）不同的吸附材料的配置。因此，本文公开内容提出其中提供作为不同吸附剂的混合物的复合吸附剂床的流体捕获容器。这种混合物可以是各种微粒、粒状、丸状或其他不连续形式的不同吸附剂的混合物。这种混合物也可固结为一元形式，如复合单块体，含有对与其接触的气体混合物中不同气体成分具有选择性的不同吸附剂物种。所述单块体可以是均匀的，且各吸附剂成分在整个单块体中充分地均匀分布。或者，复合单块体可以非均匀组成形成，其中第一吸附剂位于单块体的第一区域，第二吸附剂位于单块体的另一区域等。对于这类非均匀组成（例如，当使用不同碳材料时），可以使用叠层技术形成单块体，其中不同前体材料（例如聚合树脂）的片或层以堆叠形式配置，其随后热解形成多层多吸附剂单块体。

在本文公开内容的广泛实施中也提出含有吸附剂容器的串联配置，其中构成容器各含有多种吸附剂物种，例如，作为特定容器中串联的分离床或以其他配制方式。在这方面，有利的是在各种应用中使用具有内部导流结构的容器，所述导流结构如平板、挡板、扇叶、螺旋分散元件等。

这种导流结构可垂直、水平、或以任何适于提供为接触容器中吸附剂所需的流体动力气流的姿态或位向配置。以这种方式，含有吸附剂的容器可以被划分从而，例如，最大化流体流与吸附剂的接触或提高流体流在含有吸附剂容器中的保留时间，并实现可回收吸附物种的所需捕获。

在使用单块体或块状吸附剂的情况下，可以制造、处理或设置吸附物体的边缘和表面，以调整、例如容许或防止含有可吸附物种的气体在其中流动，从而产生通过容器内部体积的想要的流体流径。例如，可以形成其中具有导流通道的单块体吸附剂，使得最有效地使用吸附剂的总体积。

也可以通过特定的流体引入配置来促进或加强含有吸附物气体流入流体捕获容器以与其中的吸附剂接触。例如，可以在吸附剂床或单块体的整个截面范围配置喷淋头或喷嘴供流入气体。

本发明的流体捕获容器和方法以及系统可通过用于测定流体捕获容器的终点操作的各种设备、系统和技术而实施，即，其中该流体捕获容器已经负载最大或其他想要的负载水平，使得可免除该流体捕获容器进行活性捕获使用。这种终点测定可通过任何适当的监测、检测和分析在容器或容器阵列中的吸附剂上捕获流体负荷水平而进行。例如，终点可以使用以下方式测定：气体通过流体捕获容器的流速变化、或所述气体压力变化、或获得指示负荷想要的或最大量可吸附流体的特定流体容器重量、或总计与吸附剂接触的气体并结合监测感兴趣的流体物种浓度、或以能有效表明吸附剂对感兴趣的可回收流体发生或开始饱和（或获得特定吸附剂负荷水平）的任何其他适当方式。

应了解根据本文公开内容使用的含有吸附剂的容器的几何形状、证实和构造在实践中可十分多样，从而就捕获引入流体捕获容器中的流入气体的想要的流体组分而言，实现特定的流体接触配置和结果。

本文公开内容的特征和优点以及本文公开的系统和方法，将由以下公开内容并参考本文附图1-26而更清楚易懂。

现在参考附图，图1是二氟化氙清洗系统10的示意图，其中处理来自清洗操作的含氙流出物用于将氙气与二氟化氙分离，并捕获氙副产物。

在该二氟化氙清洁系统中，含有二氟化氙的储存和配气容器12与进料管线18在排出口16处耦接，用于分配二氟化氙。排出口16由容器的阀头14提供，且阀头与手动调节轮15耦接，用于按需打开/关闭或调整阀头14的阀。替代手动调节轮15，容器12可以配设自动阀调节器，用于自动操作。

由容器12排至进料管线18的二氟化氙流入加工室20用于清洁该室。所述室可例如包括离子注入电弧室、离子源外壳、或其他离子注入隔室。所述室或可包括化学气相沉积(CVD)装置的沉积室。所述室还可以是任何适当的类型，其中沉积物或污染物易于通过二氟化氙流入该室与内表面和其中的组件接触而移除。

在室20中进行的清洁操作产生流出物，在流出物排出管线21排出，除了来自由进料管线18引入室20的二氟化氙流的未反应二氟化氙外，还含有氙气。

含有氙气和二氟化氙的气体混合物从流出物排出管线21进入低温分离室22，其中气体混合物中的二氟化氙冷凝成固体形式，从而从流入气体混合物的氙气中分离出二氟化氙。经分离的氙气随后由低温分离室22通过管线24流入氙流体捕获容器30的阀头28的入口26。阀头28如所示包括手动轮27。或者，氙捕获容器30可配有自动阀调节器，用于操作容器阀头28的阀。

在流体捕获容器40中回收氙气后，中断低温冷冻分离室22的制冷，例如通过关闭制冷剂阀、关闭制冷单元、或其他适当的方式，使室22变暖，从而使二氟化氙升华为蒸气形式。二氟化氙蒸气通过管线34流入二氟化氙容器40的阀头38的入口36，打开阀和阀头38以使二氟化氙气体流入容器40。为此可以手动打开容器40的手动轮42，或可不设置手动轮42，而采用自动阀调节器组件，用于根据需要打开和关闭阀头38的阀。

由图1示出的配置，可回收氙气/二氟化氙气体混合物中的氙气组分用于再利用或其他回收处置。在所示的特定配置中，单独回收二氟化氙，但或二氟化氙可由管线34再循环至进料管线18或直接至室20，供清洁操作中再利用。

图2是氙气/氮气分离系统50的示意图，其中处理这种气体混合物以回收氙组分。氙气/氮气混合物通过管线52引入回收系统中，并通过歧管管线54进入两个在流（on-stream）吸附剂容器56和64之一，其各自都包含对氙吸附有选择性的碳吸附剂，吸附剂58在图2中的吸附剂容器56的局部剖视图中示出。在操作过程中，在由分离系统50中处理的氙气/氮气流中捕获必需量的氙气时，两个吸附剂容器56和64之一处于在流，活化捕获氙气，而另一个吸附剂容器处于离流，而再生或等待各容器的转换。

因此，可适当地安装阀于分离系统50的进料管线、排出管线和歧管管线以使各容器在在流和离流条件之间进行交替，且这种阀可操作配置成由循环计时系统或其他控制配置方式控制，以确保操作的连贯性。

在图2示出的系统中，容器56可以是在流容器，氙气/氮气混合物由歧管管线54进入该容器，氙气在其中的碳吸附剂58上捕获，且氮气作为未被吸附的物种通过管线62从系统排出。与此同时，容器64处于离流，且可进行再生操作，例如通过加热容器以及其中所包含的吸附剂，从而实现先前吸附的氙气的脱附，所述氙气通过排出管线68从容器64排出，氙气可由排出管线68再循环、包装、或进行其他使用或处置。

随后，当容器56已经完成其吸附循环时，进行转换，且随后氙气/氮气混合物由歧管管线54流入容器64，在容器64的吸附剂上捕获氙气，并将氮气排出至排出歧管60和排出管线62。随后使容器56再生释放先前在吸附剂58上吸附的氙气，使氙气通过排出管线66由容器56移除并随后再循环、包装、或进行其他使用或处置。

图3是吸附剂容器80、82和84的串联阵列示意图，其可用于回收高价值气体。其中包含一种以上高价值气体物种的流入气体通过入口管线92流入含有吸附剂86的吸附剂容器80，用于在该吸附剂上捕获感兴趣的高价值气体。得到的接触气体随后通过输送管线94流入其中含有吸附剂88的吸附剂容器82，用于与该吸附剂接触，随后得到的接触气体通过输送管线96流入含有吸附剂90的吸附剂容器84，接触气体最后由吸附剂容器84排至流出管线98。示出的串联配置的各容器可如所示各自具有不同的尺寸和形状。

图4是吸附剂容器100和102的串联配置示意图，其中各吸附剂容器含有多种不同吸附剂介质的吸附剂床。流入气体通过管线116进入含有复合吸附剂的吸附剂容器100，所述复合吸附剂包括吸附剂104和不同的吸附剂106。由这种与吸附剂104和106接触得到的接触气体随后通过输送管118流入吸附剂容器102，其含有吸附剂108、110和112。由这种与吸附剂108、110和112接触得到的气体随后通过排出管线120由吸附剂容器102排出。由此流过各吸附剂容器100和102的气体与五种不同的吸附剂104、106、108、110和112接触。

图5是吸附剂容器130和148的串联配置示意图，其中所述容器含有导流板元件阵列，用于实现各容器中待与吸附剂介质接触的气流想要的流体动力处理。吸附剂容器130由进料管线142接收流入气体，并在容器内部体积132中包括流体挡板136、138和140。由此，来自进料管线142的流入气体沿着延长的流径转向而与容器中的吸附剂广泛接触（为了清晰而未示出）。如图所示各挡板136、138和140在导流位置上垂直取向。随后流过挡板路径的气体由容器130排出并通过输送管线144流入吸附剂容器148。吸附剂容器148的内部体积150含有水平间隔的挡板152和156，其上各自有限定延长的流径的开口区域，使气体由输送管线144引入内部体积150的并随后通过排出管线146由容器148排出。

由图5应了解，可以使用挡板任何适当的配置和定位以提供气流在含有吸附剂的容器的内部体积中特定的取向，从而确保气体与各容器中吸附剂介质充分并完全的接触（未在容器130或148中示出）。

图6是多个吸附剂容器的配置示意图，其中外壳162在外壳内部体积170中包含各吸附剂容器164。该外壳被安装在适当的可旋转支撑件上，使外壳以图6中箭头A指出的方向以圆盘传送带方式旋转，从而分别将入口导管和出口导管166和168与特定多个吸附剂容器之一依次耦接。以这种方式，经过特定时间后，流入气体流进吸附剂容器而未吸附的气体由此排放，直到在所述特定在流容器中吸附剂上的吸附气体负荷量已经达到最大或预定的程度。

随后，旋转圆盘传送带使入口导管和出口导管与在流容器解耦，其后与周围连续配置容器的下一接续吸附剂容器接合。为此，入口导管和出口导管与接续容器的入口和出口之间的耦接可以具有快连/快断的特征，从而随着气体回收操作进行而转换容器顺序。

图7是吸附剂容器180的示意图，其包含吸附剂床188并与气体入口管线182和气体出口管线190耦接。气流由入口管线182通过在其圆周具有多个气流孔的分配部件200流入容器内部体积186。例如，气体以箭头A指出的方向流入入口管线182，通过分配部件200分布到吸附剂床188的整个截面上，并以箭头B指出的方向通过气体排出管线190排出。这种配置中流入气体含有被吸附剂床188捕获的可吸附气体，使可吸附物耗尽的流出物通过气体出口管线190排出。

图8是吸附剂容器210截面的垂直正视示意图，吸附剂容器210包含喷淋头设备216，流入气体通过该喷淋头设备216被引入用于与容器中的吸附剂床212接触。喷淋头设备216设置在容器内部体积214中，并配置用于从与喷淋头设备216连接的进料管线218接收流入气体。喷淋头设备216在该设备下排出面上包括排出开口，从而气体遍及容器中吸附剂床的整个截面部分分布。

图9是吸附剂容器230截面的垂直正视示意图，吸附剂容器230在其内部体积240中包含带有喷嘴238的歧管设备236，流入气体通过该喷嘴238被引入用于与容器中的吸附剂床250接触。歧管设备236以流体供应关系与气体进料管线234接合。喷嘴238的数量和配置可十分多样，以实现气体与吸附剂床250接触所需的想要的压降和流量分布特征。

图10是用于氡气检测和监测的吸附剂罐260的透视正视图。罐260包括罐型容器270，其含有大量对氡气具有适当选择性的碳吸附剂290。容器270具有盖280，其经调整尺寸以与容器270上部开口端接合，优选在将盖280由容器270移开以暴露碳吸附剂294用于吸附罐环境中存在的氡气前，保持罐的气密密封。

所示的罐在其外表面上可具有印刷的说明标签292，以便于罐的使用。标签292上的印刷说明可例如指导使用者打开罐并将打开的罐放在特定环境中，如住宅结构或办公楼的封闭房间中，放置特定时间后，用盖280再次盖上容器270。随后将罐送至分析化学实验室，评定在所述吸附材料暴露于监测环境期间由碳吸附剂290吸附的气体。在所述罐260中使用的碳吸附剂290可以是对氡气有亲合性的任何适当的类型，且可以例如包含PVDC-型吸附材料，其已经例如在特定温度和压力下通过水或蒸汽处理加工，以提供具有预定的孔径、孔径分布、孔密度、氡气负荷性能等的碳吸附剂。

图11-24示出可用于实施本文公开内容，以在特定应用中回收可吸附气体的流体捕获容器的各种细节的视图。

图11是流体捕获容器300的垂直正视图，流体捕获容器300可用于从存在高价值气体的工艺或环境中回收高价值气体。流体捕获容器300包括圆柱形主体302，其具有大致平坦的下周表面，该容器凭此可在地面或其他支撑表面上保持直立垂直位置。所述容器包括颈部304，其通过例如螺纹接合而由阀头312关紧。圆柱形主体302可以是任何适当的尺寸。在一个优选实施方案中，这种圆柱体包围的体积为49L。

阀头312包括手动轮308，如在其他实施方案中，其可被自动阀调节器替代。在示出的实施方案中阀头是二通（two-port）阀，具有注入口306和分配口314，其中注入口306配备爆破压力设备以例如确保容器处于储存模式时的安全性。

图12是图11的流体捕获容器的截面垂直正视图，示出其内部元件。如所示，容器的内部体积包含用于从容器配气的浸管316，具有浸管下部318。

图13是图11和图12的流体捕获容器的透视图。

图14是图11的流体捕获容器上部的截面正视图。如所示，安置注入口306配置为连通过滤器330，以确保气体不含有颗粒物和固态污染物。

图15是图11-14的流体捕获容器的阀头和浸管组件的透视图。

图16是图15的阀头和浸管组件的分解透视图。

图17是图15的阀头和浸管组件上部的分解透视图，示出其细节。浸管组件的零件和部件对应于图11-16中示出的相应零件和部件编号。浸管组件包括浸管316、连接转接管332、和大小头334。

图18是图15的浸管组件下部的分解透视图。示出浸管316、和设于浸管下端的过滤元件318。

图19-23示出流体捕获容器阀头的各种视图，其中部件和零件对应于图11-18相应地编号。

图19是图11-14的流体捕获容器的阀头的顶部平面图。

图20是图11-14的流体捕获容器的阀头的透视图。

图21是图11-14的流体捕获容器的阀头的正视图。

图22是图11-14的流体捕获容器的阀头的截面正视图。

图23是图11-14的流体捕获容器的阀头的底部平面图。

图24是阀头的分解视图，其是与参考图11-14的流体捕获容器示出并描述的相类似的类型。阀头412包括内部含有开口的阀体，其中配有爆破片416和泄压设备415。以与阀体分解的方式示出座销403、座件402、压盖螺母垫片409、下心轴404、上心轴410、O形环411和压盖螺母412。以与阀体分解的方式还示出下衬垫支架405、V形衬垫460、上衬垫支架407、蝶形垫圈408、阀手轮413和手轮插入件414。

应当了解本文公开内容的流体捕获容器可以配置成任意适当形式如果可回收气体在与吸附剂对其没有吸附亲合性的非吸附气体的混合物中，则容器接收可回收气体，用于与容器内部体积中的吸附剂接触，在接触操作过程中，排出所述非吸附气体。

图25是使用图11-24示出类型的流体捕获容器512的氙回收设施500的透视示意图。

如图25所示，含氙气体混合物通过进料管线502流入真空泵504或其他处理界面。从该过程界面，含氙气体混合物通过管线506流入氙浓缩单元508。在氙浓缩单元，可将氙气浓缩至高于流入物的浓度。浓缩的氙气随后通过管线510流至氙捕获容器512。

含氙气体由管线510流入并流经该容器中的碳吸附剂590，氙气被碳吸附剂吸附吸收，且氙气减少的气体由容器排出至循环管线520，氙气减少的气体由循环管线520再循环至进气管线506进入氙浓缩单元。

所示氙回收单元508包括一对吸附剂容器530和532，各含有碳吸附剂床580。该床装有入口歧管524和出口歧管522，各自被适当安装阀用于各容器530和532的操作转换，使容器之一活化处理含氙气体而使其在碳吸附剂上吸附，而另一容器处于离流，并在离流期间通过净化进行再生。

为此出口歧管522可以与净化气源540耦接，使净化气体能够由该源通过管线542流至入口歧管，用于离流容器的逆流净化。在这种配置中，入口歧管通过净化气体排放管线552耦接至净化气体处理单元550，由床排出且在离流容器中再生的净化气体在净化气体处理单元中处理。

在由含氙的进料气体混合物中吸附氙气至预定的程度或预定的时间后，在流容器即可以进行泄放减压以将先前吸附的氙气释放至出口歧管522，通过管线510流至回收容器512。随后将该容器离线并进行再生，例如通过净化，而另一先前离流的容器接收含氙气体并进行活化吸附处理以由流入气体混合物中吸附移除氙气。

氙浓缩单元508中的容器530和532也可配置以分别使用加热线圈560和562加热进行脱附，如图25所示意示出。

应当了解本文对氙浓缩单元508的操作和构造的细节示意示出且概括描述，因为这类系统在本领域已知且广泛使用。

操作的另一变形包括Xe-浓缩气体混合物流入氙捕获容器，气体的氙成分在碳吸附剂上吸附，且非吸附的氮气存在于吸附剂床的空隙和吸附剂床上方的顶部空间中。这种配置容许在打开容器后，即可在先前吸附的氙气脱附前，缓慢地从容器中抽出非吸附的氮气。为此，含有吸附的氙气和非吸附的空隙和顶部空间“自由”氮气的捕获容器可冷却至确保氙气在吸附剂上“紧紧”吸附住、而氮气在氙气脱附以再使用或其他处理前从容器中“吹掉”（即释放）的温度。

使用配有氙浓缩单元的氙捕获容器提供显著的经济优势。例如，相比于其中浓缩至含百分之几氙气的氮气混合物流入多个空的（不含吸附剂）容器中，用于进一步分离处理和浓缩氙气的情况，含有本文公开内容的单块碳吸附剂的单一氙捕获容器可以替代29个具有相似体积的空容器。这本身又实现了所需容器数量，以及相关的贮存、运输和加工成本的大幅节省。

因此本文公开内容提供一种从含氙气的工艺流、材料或环境中回收氙气的方法，其通过将来自所述工艺流、材料或环境的含氙气体与具有前文描述性能的碳吸附剂接触，所述碳吸附剂有效地吸附捕获氙气。

在该方法中，在所述接触之前，有利地处理含氙气体以移除对所述吸附剂有害的含氙气体的一种以上成分。所述一种以上成分可包括二氟化氙和氮气中的至少一种。例如，这种成分可包括氮气，处理含氙气体以从其中吸附移除氮气，产生氮气减少的气体用于进一步接触。这种成分可或者——或另外——包括二氟化氙，例如可处理含氙气体以冷凝所述二氟化氙至固体形式，产生二氟化氙减少的气体用于进一步接触。

图26是在特别适用于氙气吸附的本文公开内容的碳吸附剂上的氮气和氙气吸附等温线曲线图。图上注明基于该等温线计算的分离因子为7.67。

应当了解本文公开内容包括各种使用碳吸附剂的装置和方法。

在一个这种变形中，本文公开内容提出一种氙捕获装置，包括：

密闭容器；

该密闭容器中的本文公开内容的碳吸附剂，其中碳吸附剂对氙气有选择性。

氙捕获装置可包括密闭容器，其适用于含氙气体流通，使碳吸附剂选择性吸附含氙气体，且容器使含氙气体的非氙气成分从其中排出。氙捕获装置或可包括密闭容器，其适用于含氙气体流入，而不同时从密闭容器排出气体。

氙捕获装置可配有与含氙气体源呈流动接收关系的密闭容器。氙捕获装置可配有包括氙浓缩单元的含氙气体源，所述氙浓缩单元操作用于将含氙气体的氙浓度由百万分之一水平提高至百分之一水平。作为另一种变形，含氙气体源可包括离子注入装置，其配置用于由二氟化氙源接收二氟化氙清洁气体。二氟化氙源可例如包括在支撑基底上含有二氟化氙的来源容器。

在另一方面，本文公开内容提出氡气监测组件，包括：

容器：

盖子，其能与所述容器接合以封闭容器内部体积；

在所述容器中的碳吸附剂，所述碳吸附剂相对于大气气体对氡气有选择性；和

书面标记，包括所述氡监测组件的使用说明。

书面标记可指明这种监测的暂时性暴露。

本文公开内容的另一方面涉及一种在氡气易于存在或流入的场所检测氡气污染的方法，包括将上文描述的氡气监测组件以开盖的状态放置于目标场所，使碳吸附剂能够与周围气体接触，以及在预定的时间段后重新盖上容器，从而提供内装样品用于氡气污染的分析试验。

本文公开内容的另一方面涉及一种从含高价值气体的工艺流、材料或环境中回收高价值气体的方法，通过将所述工艺流、材料或来自所述环境的样品与本文公开内容的碳吸附剂接触，所述碳吸附剂对该高价值气体有选择性。

本文先前提到的碳吸附剂可以颗粒或单块体的形式。碳吸附剂可以是聚偏二氯乙烯树脂的热解产物，例如，其中热解产物已经在热解后处理，以改变其用于吸附高价值气体的孔隙率，例如通过包括水、蒸汽、渗透气体、高温和高压中至少一种的处理。这种吸附剂可为单块体形式。

吸附剂也可分置于多个吸附剂容器中，工艺流、材料或来自目标环境的样品流过所述吸附剂容器以进行接触。在各种实施方案中，多个吸附剂容器中至少一些可以具有不同的尺寸、和/或多个吸附剂容器可含有不同的吸附剂。这种配置可包括其中多个吸附剂容器中的至少一个容器其中含有多种吸附剂的配置。所述容器可含有挡板、平板、或其它导流元件。为了每次通过多个容器中所选定的一个供给气体，容器可配置为单元（unitary）阵列用于旋转。

在各种前述配置中，工艺流、材料或来自目标环境的样品可通过喷淋头设备或配有喷嘴的歧管流至吸附剂用于接触。

在另一方面，本文公开内容涉及一种用于从含有高价值气体的工艺流、材料或环境中回收高价值气体的系统，其中该系统包括本文公开内容的碳吸附剂，其配置用于接触工艺流、材料或来自目标环境的样品以吸附捕获高价值气体。碳吸附剂可以是聚偏二氯乙烯树脂的热解产物，例如，热解产物已经在热解后处理，以改变其用于吸附高价值气体的孔隙率，如通过包括水、蒸汽、渗透气体、高温和高压中至少一种的处理。为此这种碳吸附剂可为单块体或颗粒形式。

在该系统中，吸附剂可分置于多个吸附剂容器中，工艺流、材料或来自环境的样品流过所述吸附剂容器用于与吸附剂接触。各种实施方案包括这样的配置，其中：多个吸附剂容器中至少一些可以具有不同的尺寸；多个吸附剂容器含有不同的吸附剂；多个吸附剂容器中的至少一个容器其中含有多种吸附剂；容器含有挡板、平板、或其它导流元件；为了每次通过多个容器中所选定的一个供给气体，容器配置为单元阵列用于旋转；且在所述配置中，工艺流、材料或来自目标环境的样品通过喷淋头设备或配有喷嘴的歧管流至吸附剂以进行接触。

因此本文公开内容提出各种使用碳吸附剂应用，所述碳吸附剂具有的堆积密度在750至1300kg每立方米(kg/m³)范围内，且大多数孔的孔隙率在5至8埃范围内。这种碳吸附剂特别用于回收氙气，以及用于吸附捕获其他小分子物种，并用于该物种的贮存和随后的分配。

虽然本发明已经参考本发明的特定方面、特征和示例实施方案进行描述，但应当了解本发明的应用并不因此受到限制，而是延伸并包括许多其他改变、改进和替代实施方案，这一点基于本文公开内容对本领域普通技术人员而言是可以看出的。相应地，如下文所要求保护的本发明旨在被广泛地理解和解释，如在本发明的主旨和范围内包括所有所述改变、改进和替代实施方案。

Claims (66)

1.一种从含氙气的工艺流、材料或环境中回收氙气的方法，包括将来自所述工艺流、材料或环境的含氙气体与能有效吸附捕获所述气体的碳吸附剂接触，以去除或降低所述工艺流、材料或环境的所述含氙气体中初始与所述氙气共存的流体物种的浓度，其中该碳吸附剂具有的堆积密度在750至1300kg每立方米(kg/m³)范围内，且大多数孔的孔隙率在5至8埃范围内。

2.权利要求1的方法，其中在所述接触前处理含氙气体以移除所述含氙气体中的一种以上对所述吸附剂有害的组分。

3.权利要求2的方法，其中所述一种以上组分包括二氟化氙和氮气中的至少一种。

4.权利要求2的方法，其中所述一种以上组分包括氮气。

5.权利要求4的方法，其中处理含氙气体以从其中吸附移除氮气，产生氮气减少的气体用于所述接触。

6.权利要求2的方法，其中所述一种以上组分包括二氟化氙。

7.权利要求6的方法，其中处理含氙气体以将所述二氟化氙泠凝至固体形式，产生二氟化氙减少的气体用于所述接触。

8.权利要求1的方法，其中所述碳吸附剂具有的堆积密度在800至1200kg/m³范围内。

9.权利要求8的方法，其中所述碳吸附剂为颗粒形式。

10.权利要求9的方法，其中所述碳吸附剂在流体密封容器中，该流体密封容器被设置用于接收所述含氙气体用于接触。

11.权利要求8的方法，其中所述碳吸附剂为单块体形式。

12.权利要求11的方法，其中所述碳吸附剂在流体密封容器中，该流体密封容器被设置用于接收所述含氙气体用于接触。

13.权利要求8的方法，其中所述碳吸附剂为聚偏二氯乙烯树脂的热解产物。

14.权利要求13的方法，其中在热解后处理所述碳吸附剂以改变其用于吸附氙气的孔隙率。

15.权利要求14的方法，其中通过包括水、蒸汽、渗透气体、高温和高压中的至少一种处理方式，处理所述碳吸附剂以改变其用于吸附氙气的孔隙率。

16.权利要求15的方法，其中所述碳吸附剂为单块体形式。

17.权利要求1的方法，其中所述含氙气体由氙气回收工艺提供，所述氙气回收工艺将来源气体混合物中的氙气由百万分之一水平浓缩至百分之一水平。

18.权利要求1的方法，其中所述含氙气体由使用二氟化氙的半导体制造装置清洁工艺提供。

19.权利要求18的方法，其中所述清洁工艺包括等离子体清洁工艺。

20.权利要求18的方法，其中所述清洁工艺不使用等离子体。

21.权利要求18的方法，其中半导体制造装置包括离子注入装置。

22.一种氙气捕获装置，包括：

密闭容器；

该密闭容器中的碳吸附剂，其中该碳吸附剂对氙气有选择性，且其中该碳吸附剂具有的堆积密度在750至1300kg每立方米(kg/m³)范围内，且大多数孔的孔隙率在5至8埃范围内。

23.权利要求22的氙气捕获装置，其中密闭容器适于含氙气体的流经，使碳吸附剂选择性吸附含氙气体中的氙气，且该容器使所述含氙气体的非氙气组分从其中排出。

24.权利要求22的氙气捕获装置，其中密闭容器适于含氙气体的流入，而不会同时从该密闭容器中排出气体。

25.权利要求22的氙气捕获装置，其中以与含氙气体源呈流动接收的关系配置密闭容器。

26.权利要求25的氙气捕获装置，其中所述含氙气体源包括氙气浓缩单元，该氙气浓缩单元将所述含氙气体的氙气浓度从百万分之一水平提高至百分之一水平。

27.权利要求25的氙气捕获装置，其中所述含氙气体源包括离子注入装置，该离子注入装置配置用于从二氟化氙源接收二氟化氙清洁气体。

28.权利要求25的氙气捕获装置，其中所述二氟化氙源包括在支撑基底上含有二氟化氙的来源容器。

29.氡气监测组件，包括：

容器：

盖子，其能与所述容器接合以封闭容器内部体积；

在所述容器中的碳吸附剂，所述碳吸附剂相对于大气气体对氡气有选择性；以及

书面标记，包括所述氡气监测组件的使用说明。

30.权利要求29的氡气监测组件，其中所述书面标记指明所述监测的暂时性暴露。

31.一种在氡气易于存在或流入的场所检测氡气污染的方法，包括将权利要求29的氡气监测组件以开盖的状态放置于所述场所，使所述碳吸附剂能够与周围气体接触，以及在预定的时间后重新盖上容器，从而提供内装样品用于氡气污染的分析试验。

32.一种从含高价值气体的工艺流、材料或环境回收高价值气体的方法，所述方法包括将所述工艺流、材料或来自所述环境的样品与对所述高价值气体有选择性的碳吸附剂接触。

33.权利要求32的方法，其中碳吸附剂具有的堆积密度在750至1300kg每立方米(kg/m³)范围内，且大多数孔的孔隙率在5至8埃范围内。

34.权利要求33的方法，其中所述碳吸附剂为颗粒状或单块体形式。

35.权利要求34的方法，其中所述碳吸附剂为聚偏二氯乙烯树脂的热解产物。

36.权利要求35的方法，其中在热解后处理所述热解产物以改变其用于吸附高价值气体的孔隙率。

37.权利要求36的方法，其中通过包括水、蒸汽、渗透气体、高温和高压中的至少一种处理方式，处理所述热解产物以改变其用于吸附高价值气体的孔隙率。

38.权利要求37的方法，其中所述碳吸附剂为单块体形式。

39.权利要求32的方法，其中所述吸附剂包括在多个吸附剂容器中的吸附剂，工艺流、材料或来自所述环境的样品流过所述吸附剂容器用于所述接触。

40.权利要求39的方法，其中所述多个吸附剂容器中的至少一些容器具有不同尺寸。

41.权利要求39的方法，其中所述多个吸附剂容器含有不同吸附剂。

42.权利要求39的方法，其中所述多个吸附剂容器中的至少一个容器其中含有多种吸附剂。

43.权利要求39的方法，其中所述容器含有挡板、平板或其它导流元件。

44.权利要求39的方法，其中所述容器配置为单元阵列用于旋转，以每次通过所述多个容器中所选定的一个容器供给气体。

45.权利要求32的方法，其中所述工艺流、材料或来自所述环境的样品通过喷淋头设备或配有喷嘴的歧管流至吸附剂用于所述接触。

46.一种用于从含高价值气体的工艺流、材料或环境回收高价值气体的系统，所述系统包括碳吸附剂，该碳吸附剂设置用于接触所述工艺流、材料或来自所述环境的样品以吸附捕获所述高价值气体，其中碳吸附剂具有的堆积密度在750至1300kg每立方米(kg/m³)范围内，且大多数孔的孔隙率在5至8埃范围内。

47.权利要求46的系统，其中碳吸附剂具有的堆积密度在800至1200kg/m³范围内。

48.权利要求47的系统，其中所述碳吸附剂为颗粒状或单块体形式。

49.权利要求48的系统，其中所述碳吸附剂为聚偏二氯乙烯树脂的热解产物。

50.权利要求49的系统，其中在热解后处理所述热解产物以改变其用于吸附高价值气体的孔隙率。

51.权利要求49的系统，其中通过包括水、蒸汽、渗透气体、高温和高压中的至少一种处理方式，处理所述热解产物以改变其用于吸附高价值气体的孔隙率。

52.权利要求51的系统，其中所述碳吸附剂为单块体形式。

53.权利要求46的系统，其中所述吸附剂包括在多个吸附剂容器中的吸附剂，工艺流、材料或来自所述环境的样品流过所述吸附剂容器用于所述接触。

54.权利要求53的系统，其中所述多个吸附剂容器中的至少一些容器具有不同尺寸。

55.权利要求53的系统，其中所述多个吸附剂容器含有不同吸附剂。

56.权利要求53的系统，其中所述多个吸附剂容器中的至少一个容器其中含有多种吸附剂。

57.权利要求53的系统，其中所述容器含有挡板、平板或其它导流元件。

58.权利要求53的系统，其中所述容器配置为单元阵列用于旋转，以每次通过所述多个容器中所选定的一个容器供给气体。

59.权利要求46的系统，其中所述工艺流、材料或来自所述环境的样品通过喷淋头设备或配有喷嘴的歧管流至吸附剂用于所述接触。

60.一种碳吸附剂，其具有的堆积密度在750至1300kg每立方米(kg/m³)范围内，且大多数孔的孔隙率在5至8埃范围内。

61.权利要求60的碳吸附剂，其为经热解的单块体形式。

62.权利要求60的碳吸附剂，其对氙气的体积吸附容量在273°K温度和1巴压力下测定为至少125体积氙气/体积碳吸附剂。

63.权利要求60的碳吸附剂，其特征在于对氙气和氮气的分离因子α_Xe,N在2至12范围内。

64.权利要求60的碳吸附剂，其具有的堆积密度在800至1200kg/m³范围内。

65.权利要求60的碳吸附剂，其对氙气的体积吸附容量在273°K温度和1巴压力下测定为125至150体积氙气/体积碳吸附剂。

66.权利要求60的碳吸附剂，其特征在于对氙气和氮气的分离因子α_Xe,N为至少5。

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