CN103648612A - 用于从室内空气降低二氧化碳的吸着剂 - Google Patents

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Abstract

用于从来自封闭空间的室内空气降低CO2的吸着剂。在一些实施方案中，吸着剂包含固体载体和被所述载体担载的胺基化合物。吸着剂捕集至少一部分在室内空气中的CO2。通过使室外空气流动通过吸着剂以释放至少一部分被捕集的CO2，可使吸着剂再生。使吸着剂结构化，以允许室内空气在其中流动，具有相对低的流阻和相对快速的反应动力学。再生可在相对低的室外空气温度下进行，从而使得再生吸着剂所需的热能最小化。

Description

用于从室内空气降低二氧化碳的吸着剂
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年5月17日提交的并且题为“Method and System for Improved-Efficiency Air-Conditioning(用于高效空气调节的方法和系统)”的PCT专利申请号PCT/US2011/036801和2011年8月23日提交的并且题为"Removal of Carbon Dioxide from Indoor Air Using Amine-Impregnated Solid Adsorbents(使用胺浸渍的固体吸附剂从室内空气除去二氧化碳)"的美国临时专利申请号61/575,577的优先权。以上申请的公开内容通过引用以其全文结合到本文中。
技术领域
本申请总体上涉及用于从空气减少物质的吸着剂，具体地，本申请涉及用于从室内空气降低二氧化碳的吸着剂。
背景
胺为有机化合物，而且是含有具有两个或更少氢原子的碱性氮原子的官能团。伯胺具有两个连接的氢原子，仲胺具有一个氢原子。胺为氨的衍生物，其中一个或多个氢原子被取代基(例如烷基或芳基)置换。
胺气体处理为本领域众所周知的过程，使用各种形式的胺，以从存在于精炼厂、石化厂和天然气加工工厂的气体除去二氧化碳(CO2)。
从受控的密封环境(潜水艇、宇宙飞船或航天服等)除去CO2也是本领域已知的。
概述
因此，根据本公开的一个实施方案，提供了一种用于从室内空气降低CO2的吸着剂。所述吸着剂包含固体载体和附着于所述载体的胺基化合物。吸着剂捕集至少一部分在室内空气中的CO2。通过使室外空气流动通过吸着剂以释放至少一部分被捕集的CO2，可使吸着剂再生。使吸着剂结构化，以允许室内空气在其中流动，具有相对低的流阻和相对快速的反应动力学。可在相对低的温度下进行再生，从而使得再生吸着剂所需的热能最小化。
根据本公开的一些实施方案，提供了一种用于从封闭空间的室内空气降低CO2的吸着剂。所述吸着剂包括固体载体和被所述载体担载的胺基化合物。提供胺基化合物，以捕集至少一部分在室内空气中的CO2，并且通过使室外空气流动通过吸着剂，释放至少一部分被捕集的CO2。载体可包括多孔固体材料或细颗粒固体材料。载体可包括粘土。载体可包括多个颗粒，并且在一些实施方案中，多个颗粒的平均直径尺寸可在0.1-10毫米、0.2-3毫米或0.3-1毫米范围。在一些实施方案中，胺基化合物包括至少50%或25%仲胺。
根据一些实施方案，载体开始时为细颗粒形式，并且与胺基化合物混合，随后形成为多个颗粒。在一些实施方案中，载体包括颗粒、细颗粒或基于粉末的固体，其中所述细颗粒附聚成为较大的颗粒，以促进空气流动通过吸着剂。
根据本公开的一些实施方案，提供了一种用于从封闭环境降低CO2的方法。所述方法包括提供吸着剂和用于所述吸着剂的载体，吸着剂包括基于胺或类似胺的化合物；使含有CO2的第一气体从封闭环境内部流动通过吸着剂，使得吸着剂捕集第一气体的至少一些CO2；和使含有比第一气体更少CO2的第二气体从环境的外部流动通过吸着剂，使得吸着剂向第二气体释放至少一些被捕集的CO2。封闭环境可为私人空间、公共空间、住宅空间或商业空间。第一气体可为室内空气和/或第二气体可为室外空气。所述方法还可包括提供与加热、通风和空气调节(HVAC)系统连通的吸着剂和载体。在一些实施方案中，所述HVAC系统设置用于使第二气体流动通过吸着剂。
根据一些实施方案，提供了一种用于从封闭环境降低包含在空气中的CO2的系统，其中所述系统包括HVAC系统和与所述HVAC系统连通的吸着剂。吸着剂包括固体载体和被所述载体担载的胺基化合物。所述HVAC系统设置用于使室内空气在吸着剂上流动和/或通过吸着剂流动，并且所述胺基化合物设置用于捕集至少一些在室内空气中的CO2。此外，所述HVAC系统设置用于使室外空气在吸着剂上流动和/或通过吸着剂流动，使得从中释放至少一部分被吸着剂捕集的CO2。
在附图和以下说明中阐述本文描述的主题的一个或多个变体的细节。由说明和附图以及由权利要求，本文描述的主题的其它特征和优点将显而易见。
附图简述
参考附图和以下说明可以更好地理解根据本公开的实施方案的系统、设备和方法的原理和操作。给出这些附图仅用于说明目的，并且不旨在限制。
图1为根据本公开的一些实施方案的吸着剂结构的示意性说明；
图2为显示根据本公开的一些实施方案在吸附CO2期间吸着剂结构的操作的曲线图；
图3为显示根据本公开的一些实施方案在吸着剂结构再生期间吸着剂结构的操作的曲线图；
图4为显示根据本公开的一些实施方案在吸附CO2期间吸着剂结构的操作的曲线图；
图5为显示根据本公开的一些实施方案在吸着剂结构再生期间吸着剂结构的操作的曲线图；和
图6为显示根据本公开的一些实施方案在吸附CO2期间吸着剂结构的操作的曲线图。
详述
图1为根据本公开的一些实施方案的吸着剂结构的示意性说明。如图1所见，吸着剂结构100 (例如，其还可称为过滤器或洗涤器)可与来自封闭环境102的室内空气流体连通。
封闭环境102可例如为办公建筑、商业建筑、银行、住宅建筑、房子、学校、工厂、医院、商店、购物中心、室内娱乐场所、贮存设备、实验室、机动车、航空器、船、公共汽车、剧院、部分和/或完全封闭的体育场、教育设施、图书馆和/或其它部分和/或完全封闭的结构和/或有时可能被设备、材料、活的居住者(例如、人、动物、合成生物体等)占据的设施和/或它们的任何组合。
在建筑和结构内部和周围的室内空气受到多种物质的影响，包含污染物。在这些污染物中，通常具有最高浓度的是CO2。存在其它污染物，例如一氧化碳、氮氧化物和硫氧化物，它们可能以相对较低的浓度出现。另一类这样的污染物为有机蒸气物类组，宽泛地称为挥发性有机化合物(VOC)。这些蒸气的来源尤其包括人类居住者本身(从呼吸和排汗到衣服和化妆品)以及建筑材料、设备、食品和消费品、清洁材料、办公耗材或散发VOC的任何其它材料。另外的污染物可为微生物，尤其包括细菌、病毒和真菌和空气携带的颗粒。
在人类占据的封闭环境102中，在室内空气中CO2的浓度通常在百万分之400-5000份(ppm)的范围。此外，在室内空气中CO2的浓度可在400-2000 ppm范围。此外，在室内空气中CO2的浓度可在500-1500 ppm范围。此外，在室内空气中CO2的浓度可在800-1200 ppm范围。
在封闭环境102的外部，室外空气中CO2的浓度通常在300-500 ppm范围。在燃烧或活的生物体附近可以看到较高的水平。大气CO2水平持续升高受到关注，如此看来在将来大气水平可能更高。
在一些实施方案中，室外空气中CO2的浓度可比室内空气低，差距在100-2000 ppm范围。此外，室外空气中CO2的浓度可比室内空气低，差距为1200 ppm或更少。此外，室外空气中CO2的浓度可比室内空气低，差距为800 ppm或更少。此外，室外空气中CO2的浓度可比室内空气低，差距为400 ppm或更少。
提供吸着剂结构100，以通过从室内空气114洗涤物质来降低其中存在的物质的浓度。吸着剂结构100可包含吸着剂120，其由至少两个功能组的材料组成：惰性载体和活性化合物。载体材料通常提供吸着剂的机械和物理结构，而活性化合物吸引和捕集CO2。
在捕集物质后，通过迫使从中释放至少一部分物质(例如CO2)，吸着剂结构100可再生。再生为吸着剂性能的非常重要的方面，而且通常是需要最多能量的步骤，如以下描述。
可通过加热、清洗、压力变化、电能和/或它们的任何组合的组合来进行再生。此外，通过加热和使用空气或其它清洗气体清洗的组合可实现释放物质。可将释放的物质除去以进入大气，或者收集、处置、封存和/或它们的任何组合。
根据一些实施方案，通过使清洗气体124流动通过吸着剂结构100用于从中释放至少一部分物质(例如CO2)，可进行再生。这些进入的清洗气体理想地具有非常低的CO2浓度。虽然室外空气含有一定量的CO2，但是由于室外空气的可利用性和成本效率，使用室外空气作为清洗气体124用于使吸着剂结构100再生可能是有利的。根据一些实施方案，室外空气的CO2浓度可能比室内空气的CO2浓度低任何量，以允许室外空气清洗、从而再生吸着剂120。
清洗气体124可在合适的温度下引入到吸着剂结构100中用于有效再生，例如在约20-200℃范围。根据一些实施方案，清洗气体124的温度相对低，例如低于100℃，或在约30-80℃范围，或者低至约30-60℃范围。因此，如果室外空气用作清洗气体，其可能需要相对最小的加热，或者根据一些实施方案，可没有任何事先加热而引入到吸着剂结构100中。
清洗气体124可包含空气、室外空气、室内空气、N2、它们的组合或任何其它合适的气体。在一个优选的实施方案中，室外空气用作清洗气体。
吸着剂120的载体组分可由任何合适的材料形成。在一个非限制性实例中，载体可由通常在化学上惰性的材料形成。此外，载体可由吸附剂材料形成，例如凝胶、分子筛、含纳米管的材料、多孔材料、基于纤维的材料、海绵状材料、电和/或电磁带电的衬里或物体、多孔有机聚合物、任何其它化学、生物学引诱剂和/或它们的任何组合。吸附剂材料可例如包含离子交换树脂、聚合的吸收剂树脂、丙烯酸酯聚合物、聚苯乙烯二乙烯基苯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯、苯乙烯二乙烯基苯(SDB)、飞灰、碳、活性碳、碳纳米管或氧化铝纳米颗粒。另外的多孔材料可例如包含沸石、合成沸石、多孔氧化铝、多孔矿物质、二氧化硅、多孔二氧化硅、二氧化硅纳米颗粒、热解法二氧化硅、活性炭和金属有机骨架。另外的多孔材料可为粘土，例如包括页硅酸铝，例如膨润土、蒙脱土、球粘土、漂白土、高岭土、绿坡缕石、锂蒙脱石、坡缕石、皂石和海泡石。
在一些实施方案中，载体可包含若干不同的吸附剂材料的组合。
这些材料中的一些可得自多个商业来源，例如得自诸如BASF SE，Ludwigshafen，德国；Clariant SE，Frankfurt am Main Switzerland，欧洲；The Cabot Corporation of Boston，Massachusetts，美国和Evonik Industries of Essen，德国。
载体可按任何合适的结构形成，例如固体担载基材或形成有相对大的总表面积的固体载体。固体载体可包含不是液体的任何合适的材料。例如，固体载体可例如由多个要素形成，例如固体颗粒130或片。总表面积通常可定义为形成固体载体的每一个要素的表面积的总和。
在图1中显示示例性颗粒130。颗粒130可采用任何合适的形状或方法构造，例如粉末、纤维、微粒、珠粒、丸粒、挤出物或它们的组合。纤维可为任何合适的纤维，例如诸如碳纤维、二氧化硅纤维或聚合物纤维。纤维可编织或缠结，以形成织物或纸状材料。
纤维、微粒、珠粒、丸粒和挤出物可由上文描述的任何合适的材料形成。载体可由多个薄片形成。这些片可包含基于天然或合成纤维的材料、纸、天然织物或合成织物。这些片可形成为任何合适的尺寸，例如具有约1微米-2厘米的厚度。此外，例如，该范围可为约2-80毫米。在一些实施方案中，吸着剂120可包含大表面积(例如多个颗粒130的总表面积)，例如每克10-1000平方米。
颗粒130可形成具有一定尺寸，以确保颗粒130不太细从而形成过度致密的层，所述过度致密的层可妨碍室内空气114流动通过吸着剂结构100。此外，颗粒130可形成具有一定尺寸，以确保多个颗粒130的总表面积足够大，以允许室内空气114与颗粒130具有最大接触，用于对物质(例如CO2)的最大吸附。
在一个非限制性实例中，颗粒130的平均直径可在约0.1-10毫米范围。不是所有颗粒都可能在形状和尺寸上相同，因此典型或平均颗粒包含这些颗粒的聚集体的平均值。在另一个非限制性实例中，颗粒130的平均直径可在约0.2- 3毫米范围。在又一个非限制性实例中，颗粒130的直径可在约0.3-1毫米范围。颗粒130的直径可按近似直径测量，其中所述颗粒为微粒或珠粒，或者可按横截面直径测量，其中所述颗粒为纤维、挤出物或丸粒。
吸着剂120可采用任何合适的方式布置。例如，吸着剂120可放置在以任何合适的结构形成的包封物140内。颗粒130或薄片或任何其它吸着剂120可相对致密地填充在包封物140内，其密度允许室内空气114与颗粒130具有最大接触，用于由此的最大相互作用而不过度致密，过度致密可妨碍室内空气114流动通过吸着剂结构100。
示例性包封物140和空气处理模块公开于申请人的美国公布号20110198055，其通过引用以其全文结合到本文中。
吸着剂120中的活性化合物可为基于胺或类似胺的化合物。胺化合物适用于吸附存在于室内空气114中的CO2。胺基化合物可包含任何合适的胺，例如伯胺或仲胺或它们的组合。此外，胺基化合物的范围可以从相对简单的单一分子(例如乙醇胺)到大分子氨基聚合物(例如聚乙烯亚胺)。胺基化合物可例如包含单乙醇胺(MEA)、乙醇胺、甲基胺、支化聚乙烯亚胺(PEI)、线性聚乙烯亚胺(PEI)、二乙醇胺(DEA)、二甲基胺、二乙基胺、二异丙醇胺(DIPA)、四亚乙基五胺(TEPA)、甲基二乙醇胺(MDEA)、甲基乙醇胺和多种聚胺(例如聚乙烯亚胺)的任一种，或它们的组合。
胺基化合物可为液体或固体或任何其它合适的相。
本领域已知胺选择性捕集相对大量的CO2。如上文描述，吸着剂结构100用于减少在离开封闭环境102的室内空气中的物质(例如CO2)。室内空气通常包含相对低浓度(在400-2000 ppm范围)的CO2。因此，使用胺基化合物高度有效降低室内空气中的CO2浓度。此外，室内空气由其它气体化合物组成，主要为约75-82%或79-82%氮气；和15-21%或18-21%氧气。还可存在水，取决于室内空气的湿度水平。例如，在室内空气中可存在0%-5%水。因此，有利的是使用胺基化合物，其允许选择性捕集CO2和可能的其它物质，同时避免吸着剂结构100被水或其它室内空气气体化合物饱和。参考图2、4和6来描述通过由固体载体担载的胺基化合物的CO2吸附的实例。
根据一些实施方案，胺基化合物可包含相对大部分的仲胺。在一些实施方案中，像二乙醇胺，胺为100%仲胺。在其它实施方案中，像某些聚胺，25%-75%的胺为仲胺。此外，胺基化合物可包含至少50%仲胺。此外，胺基化合物包含至少25%仲胺。
包含NH2成分的伯胺与CO2产生强的化学反应。包含单一氢的仲胺(即，NH)与CO2产生较弱的化学反应，但是仍有效和选择性捕集CO2。因此，比起从伯胺释放CO2所需的能量(例如热能)，仲胺需要较少的能量用于从中释放被捕集的CO2。更容易释放仲胺允许令人满意地从室内空气捕集CO2，同时还允许吸着剂120相对快速和低能量的再生。因此，使用室外空气，通过相对低的温度可进行吸着剂120的再生。使用最小的加入热量再生吸着剂的能力对于处理室内空气是高度有利的。
如上文描述，吸着剂120可由颗粒130、薄片或提供用于与物质接触的相对大的总表面积的任何结构所形成。该含胺的固体吸着剂允许室内空气114与胺基化合物具有最大接触，用于从室内空气最大地除去CO2。对于通常具有低浓度CO2的室内空气，这是有利的，如上文所述。此外，使用具有相对大的总表面积的含胺载体允许在相对紧凑的小尺寸包封物140内布置吸着剂结构100。
此外，吸着剂120可由颗粒130、薄片或具有相对低的流阻、对于流动通过吸着剂120的气体可渗透的任何结构所形成。颗粒130和薄片允许室内空气在颗粒130或片之间容易流动。如上文描述，吸着剂120可由多孔材料形成，从而也允许室内空气流动通过颗粒130或片，从而增强吸着剂120的透气性。
此外，具有相对大的总表面积和相对高的流体渗透性的结构化吸着剂120提供相对快速的反应动力学，因此，相对大量的CO2被含胺载体快速捕集。反应动力学或化学动力学可定义为化学过程的速率，例如CO2被吸着剂120捕集的速率。
低流阻和快速反应动力学对于从具有相对低的CO2浓度的室内捕集CO2是有利的。
吸着剂120的低流阻和相对大的总表面积还允许清洗空气124容易从吸着剂120释放CO2，如上文说明的。因此，清洗空气124可在相对短的时间内用最小的加入热量使吸着剂再生，此外，清洗空气124可包含室外空气。
具有大的总表面的化学惰性载体的实例可包含粘土、二氧化硅、金属氧化物如氧化铝，或它们的组合。例如，经过酸处理的膨润土粘土与二乙醇胺(DEA)的羟基良好地化学结合，以形成稳定的吸着剂；本领域已知聚乙烯亚胺(PEI)附着于二氧化硅表面，从而，这些载体和胺可用作吸着剂，用于从室内空气选择性和有效去除CO2。
携带液体胺的大表面积固体的实例由Siriwardane描述(美国专利号6,908,497)，其中膨润土粘土被胺浸渍，致使被胺浸渍的粘土用作CO2的选择性吸附剂。
含胺的吸着剂可采用本领域已知的任何合适的方法合成。在一个非限制性实例中，固体载体可例如采用任何合适的方式被胺基化合物浸渍，例如通过诸如喷淋、滴落或在胺基化合物的溶液内浸没。浸渍可补充或备选地经机械促进，带有催化剂或带有外部能源，例如热量。
根据一些实施方案，固体载体可在开始时包含颗粒，随后其被胺基化合物浸渍，如上文描述并且如在实施例1中举例说明的。
根据其它实施方案，固体载体可在开始时包含细颗粒，例如粉末。细颗粒可与胺基化合物混合，例如通过在含胺的液体或溶液中浸没细颗粒，以形成含胺的粉末，例如，如在实施例2中描述的。
根据其它实施方案，通过标准程序使含胺的粉末附聚以形成载体，例如成粒用于形成微粒或珠粒，以及粒化或挤出用于形成丸粒或挤出物，例如，如在实施例3中描述的。
如果在合成载体和胺的过程中使用溶剂，所得到的吸着剂可能需要采用任何合适的方式干燥。
胺基化合物可为液体、固体或者在开始时可为溶解于溶剂中的固体。例如，溶解的胺基化合物可包含二乙醇胺(DEA)，其可溶解于任何合适的溶剂，例如二氯甲烷(DCM)。此外，例如，溶解的胺基化合物可包含聚乙烯亚胺(PEI)，其可溶解于任何合适的溶剂，例如水、乙醇、甲醇、乙二醇(EGW)或丙二醇(PGW)。
用于形成含胺载体的条件和参数可根据所选的载体和所选的胺基化合物的性质而变化。
吸着剂结构100可放置在封闭环境102内。或者，吸着剂结构100可放置在封闭环境102和室内空气114的外部和/或可采用任何合适的方式向其中引入外部空气124。
本文描述的实施例旨在举例说明实施所公开的实施方案的各方面中的一些并且不旨在以任何方式限制本公开。
以下实施例1、2和3描述用于合成含胺载体的方法。认识到含胺载体可采用任何合适的方法组成。
实施例1
膨润土粉末可在开始时通过任何标准成粒方法形成为颗粒(例如微粒或珠粒)或者可通过任何标准粒化或挤出方法形成为丸粒或挤出物。
在一个实施方案中，膨润土粉末可形成为高孔隙率，8-32目经酸处理的膨润土丸粒，其中孔隙率为20-500 [m2/g]。
可通过用泵使液体胺基化合物(例如二乙醇胺(DEA))经喷嘴干喷雾微粒或丸粒。DEA可被任何合适的溶剂溶解，例如被二氯甲烷(DCM)溶解。此外，可使用溶解的DEA和任何其它胺或化合物的混合物。例如可使用DEA:TEPA比率为90:10的DEA和四亚乙基五胺(TEPA)的混合物。在另一个实例中，可使用70:30的DEA:TEPA比率。
或者，颗粒可浸没在液体胺基溶液中，随后干燥。形成胺浸渍的膨润土混合物。
胺与粘土的比率可变化，但是该比率通常在30-50 g胺:100 g粘土的范围。
可加入孔隙率剂(例如纤维素)用于提高颗粒的孔隙率。另一种加入的孔隙率剂可为市售可得自W.A. Hammond Drierite Co.，Ltd.的DRIERITE®。
使用颗粒以形成含胺载体。
实施例2
可通过在开始时将其在300-350℃温度随后在500-550℃温度下烘烤来干燥粉末，例如孔隙率为20-500 [m2/g]的膨润土粉末。干燥粉末可放置在转鼓混合机中。液体胺基化合物(例如溶解的二乙醇胺(DEA))可使用泵通过喷嘴喷雾，同时继续混合膨润土和胺基化合物混合物。或者，液体胺基化合物可缓慢滴落在粉末上。
DEA可被任何合适的溶剂溶解，例如被二氯甲烷(DCM)溶解。此外，可使用溶解的DEA和任何其它胺或化合物的混合物。例如，可使用DEA:TEPA比率为90:10的DEA和四亚乙基五胺(TEPA)的混合物。在另一个实例中，可使用70:30的DEA:TEPA比率。
当混合物饱和并且开始形成湿液滴时，应停止喷雾或滴落。液体与粉末比率可变化，但是该比率通常在30-50 g液体:100 g粉末的范围。
胺浸渍的膨润土粉末混合物可经进一步干燥或者可不经进一步干燥。
使用胺浸渍的膨润土粉末，以形成含胺载体。
实施例3
形成胺浸渍的膨润土粉末，如在实施例2中描述。
胺浸渍的膨润土粉末可通过任何标准成粒方法形成为颗粒(例如微粒或珠粒)或者可通过任何标准粒化或挤出方法形成为丸粒或挤出物。
使用颗粒以形成含胺载体。
在进行实施例1-3中描述的过程期间，推荐避免使胺浸渍的膨润土混合物过热(例如超过100℃，例如)，防止胺蒸发。
在以下实施例4-8中，描述不同的实施例吸着剂120的吸附和再生。所描述的实施例的结果示于相应的图2-6的曲线图中。应认识到可使用其它材料以形成吸着剂120。
实施例4
将10升由固体担载的胺微粒布置在包封物中。固体担载的胺微粒包含未经处理的膨润土和DEA:TEPA比率为90:10的DEA和TEPA的胺混合物。总体上根据实施例1的方法形成固体担载的胺微粒。
在包封物的上游和下游两者放置压力传感器、温度传感器和双(冗余的)高精度CO2传感器。
空气在室温和标准湿度(48-52%)下以40立方英尺/分钟(CFM)流动通过吸着剂，其中CO2为约1000 ppm。
离开吸着剂的空气含有约200 ppm的CO2浓度，代表在降低空气中CO2浓度方面约75-80%效率，如图2所见。从而证明快速反应动力学。该效率保持约100分钟，此时效率开始缓慢下降，如所预期，代表吸着剂逐步饱和。
在前两个小时中捕集的CO2的体积估计为250 g，代表接近8kG吸着剂质量的3%。在以上吸附周期中（该周期甚至允许在开始饱和后继续），在3小时过程期间，约400 g CO2被吸附，为吸着剂总质量的5%。
称重包封物，显示约700 g的重量提高，说明除了CO2吸附以外，约300 g水被吸附。重要的是，注意到，水与CO2一起脱附，并且似乎不会对吸附CO2和再生吸着剂的循环能力具有任何不利的影响，而且似乎不会对吸着剂的效率具有任何不利的影响。
实施例5
在如实施例4中描述的吸附CO2后，进行吸着剂的再生。使用放置在吸着剂上游的电加热器，在再生周期期间，将室外空气加热至不同程度。将空气温度加热至约40-70℃，空气以40 CFM和80 CFM流动。在30分钟过程期间，吸着剂温度缓慢提高至45-55℃。发现在任何时候不需要将吸着剂升高到55℃以上，并且实际上，似乎在45℃下，有明显非常高的解吸速率，如图3所见。
离开吸着剂的输出空气达到超过2000 ppm的CO2浓度，对于这样的低温和高流速是优良的结果。在开始吸着剂再生15分钟内，CO2浓度开始下降，并且当CO2从吸着剂消耗时，继续快速下降。
实施例6
在包封物中布置0.8972 g由固体担载的胺微粒。固体担载的胺微粒包含经酸处理的膨润土和DEA:TEPA比率为90:10的DEA和TEPA的胺混合物。总体上根据实施例1的方法形成固体担载的胺微粒。
空气在40℃温度和3%水分下以50标准立方厘米/分钟(SCCM)流动通过吸着剂60分钟，其中CO2浓度为约1700 ppm。
如图4所见，在约60分钟后，CO2浓度大体上持续升高至约1800 ppm (即，0.18%)，说明吸着剂持续有效吸附CO2。从而证明快速反应动力学。
实施例7
在如实施例6中描述的吸附CO2后，进行吸着剂的再生。将包含70 cc N2的清洗气体加热至50℃，并且以50 SCCM流动。
离开吸着剂的输出清洗气体达到超过3800 ppm (即，0.38%)的CO2浓度，为优良的结果。在开始再生周期8分钟内，CO2浓度开始下降，并且当CO2从吸着剂消耗时，继续快速下降，如图5所见。
实施例8
在包封物中布置0.8501 g含胺粉末。含胺粉末包含未经处理的膨润土和DEA:TEPA比率为70:30的DEA和TEPA的胺混合物。总体上根据实施例2的方法形成含胺粉末。
空气在40℃温度和4%水分下以15 SCCM流动通过吸着剂250分钟，其中CO2浓度为约1700 ppm。
如图6所见，在约240分钟后，CO2浓度大体上持续升高至约1250 ppm (即，0.125%)，说明吸着剂持续有效吸附CO2。从而证明快速反应动力学。
根据一些实施方案，可提供吸着剂结构100以降低CO2浓度，其作为空气处理系统的一部分，例如加热、通风和空气调节(“HVAC”)系统104 (例如，与之集成或者为其串连部件)。在一些实施方案中，HVAC系统104在吸着剂结构100的下游布置，如图1所示，但是HVAC系统相对于吸着剂的其它布置在本公开的范围内。在空气处理系统中，在其CO2降低后离开吸着剂的室内空气可再循环至空气处理系统的封闭环境中。吸着剂结构100的吸着剂可重复经历吸附CO2的吸附周期和再生吸着剂的再生周期。从HVAC系统除去物质的实例公开于申请人的美国专利号8157892，其通过引用以其全文结合到本文中。
注意到，根据一些实施方案，本文描述的吸着剂结构100可用于从第一气体减少物质，例如CO2。第一气体可包含具有100-5000 ppm的CO2浓度或任何其它浓度的空气。
根据一些实施方案，通过使第二气体或另外的气体流动通过吸着剂，可再生吸着剂结构100，其中在减少物质之前，第二气体包含空气，其中CO2浓度比第一气体中的CO2浓度低，差距为基本小于800 ppm。
根据一些实施方案，吸着剂结构100可用于从气体降低CO2，其包含由多个颗粒形成的固体载体，其中颗粒形成为基本上在0.1-10毫米范围的直径。载体可被包含至少25%仲胺的胺基化合物浸渍，并且可操作用于捕集CO2，用于从包含100-2000 ppmCO2浓度的气体降低CO2。
参考附图，以下详细公开所公开的实施方案的其它特征和优点以及当前主题的各种实施方案的结构和操作。
本文已描述当前主题的方法和部件的实例实施方案。如别处所述，描述这些实例实施方案仅用于说明的目的而非限制。其它实施方案是可能的，并且被当前主题涵盖。基于本文包含的教导，这些实施方案对于相关领域技术人员来说是显而易见的。因此，当前主题的宽度和范围不应受任何上述示例性实施方案的限制，而是应仅根据以下权利要求和它们的等价物来限定。

Claims (43)

1. 一种用于从封闭空间的空气降低CO2的吸着剂，所述吸着剂包含：
固体载体；和
被所述载体担载的胺基化合物，
其中所述胺基化合物设置用于捕集至少一些在所述封闭空间的室内空气中的CO2，并且通过使室外空气流动通过所述吸着剂，释放至少一部分所述被捕集的CO2。
2. 权利要求1的吸着剂，其中所述载体包含多孔固体材料或细颗粒固体材料。
3. 权利要求1的吸着剂，其中所述载体包含粘土。
4. 权利要求1的吸着剂，其中所述载体选自：凝胶、分子筛、含纳米管的材料、多孔材料、海绵和海绵状材料、电磁带电的物体、多孔有机聚合物、离子交换树脂、聚合的吸收剂树脂、丙烯酸酯聚合物、聚苯乙烯二乙烯基苯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯、苯乙烯二乙烯基苯(SDB)、飞灰、活性炭、碳纳米管、氧化铝纳米颗粒、合成的沸石、多孔氧化铝、多孔矿物质、多孔二氧化硅、二氧化硅纳米颗粒、热解法二氧化硅、活性炭、页硅酸铝、膨润土、蒙脱土、球粘土、漂白土、高岭土、绿坡缕石、锂蒙脱石、坡缕石、皂石、海泡石金属、有机骨架和它们的一种或多种组合。
5. 权利要求1的吸着剂，其中所述载体包含多个颗粒。
6. 权利要求1的吸着剂，其中所述载体包含多个平均直径尺寸在0.1-10毫米范围的颗粒。
7. 权利要求1的吸着剂，其中所述载体包含多个平均直径尺寸在0.2-3毫米范围的颗粒。
8. 权利要求1的吸着剂，其中所述载体包含多个平均直径尺寸在0.3-1毫米范围的颗粒。
9. 权利要求1的吸着剂，其中所述载体选自：纤维、微粒、珠粒、丸粒、挤出物和它们的一种或多种组合。
10. 权利要求1的吸着剂，其中所述载体由基于纤维的材料形成。
11. 权利要求10的吸着剂，其中将所述纤维编织或缠结，以形成织物或纸状材料。
12. 权利要求1的吸着剂，其中所述载体包含多个片。
13. 权利要求1的吸着剂，其中所述载体包含多个厚度在约1微米-约2厘米范围的片。
14. 权利要求1的吸着剂，其中所述载体包含多个厚度在约2-约80毫米范围的片。
15. 权利要求1的吸着剂，其中所述胺基化合物包含至少约50%仲胺。
16. 权利要求1的吸着剂，其中所述胺基化合物包含至少约25%仲胺。
17. 权利要求1的吸着剂，其中所述胺基化合物选自：单乙醇胺(MEA)、乙醇胺、甲基胺、聚乙烯亚胺(PEI)、二乙醇胺(DEA)、二甲基胺、二乙基胺、二异丙醇胺(DIPA)、四亚乙基五胺(TEPA)、甲基二乙醇胺(MDEA)、甲基乙醇胺和它们的一种或多种组合。
18. 权利要求1的吸着剂，其中所述载体形成具有大的总表面积。
19. 权利要求1的吸着剂，其中所述室内空气包含约400-约5000 ppm的CO2浓度。
20. 权利要求1的吸着剂，其中在流动进入所述吸着剂之前，所述室外空气中CO2浓度为约300-约500 ppm。
21. 权利要求1的吸着剂，其中所述室外空气的CO2浓度比所述室内空气中的CO2浓度低，差距为基本小于约1600 ppm。
22. 权利要求1的吸着剂，其中所述载体开始时为细颗粒形式，并且与所述胺基化合物混合，随后形成为多个约0.1-约10毫米的颗粒。
23. 权利要求1的吸着剂，其中所述载体包含颗粒、细颗粒或基于粉末的固体，并且，其中所述细颗粒附聚成为较大的颗粒，以促进空气流动通过所述吸着剂。
24. 权利要求1的吸着剂，其中在低于约100℃的温度下将室外空气流动通过所述吸着剂。
25. 权利要求1的吸着剂，其中在低于约80℃的温度下将室外空气流动通过所述吸着剂。
26. 权利要求1的吸着剂，其中在低于约60℃的温度下将室外空气流动通过所述吸着剂。
27. 权利要求1的吸着剂，其中在低于约50℃的温度下将室外空气流动通过所述吸着剂。
28. 权利要求1的吸着剂，其中所述吸着剂布置在HVAC系统中，用于在所述HVAC系统内从所述室内空气除去CO2。
29. 一种用于从来自封闭的住宅空间、公共空间或商业空间的第一气体降低CO2的吸着剂，所述吸着剂包含：
固体载体；和
附着于所述载体的胺基化合物，
所述胺基化合物设置用于捕集至少一些在所述第一气体中的CO2，并且通过使第二气体流动通过所述吸着剂，释放至少一部分所述被捕集的CO2，其中在流动通过所述吸着剂之前，所述第二气体包含比所述第一气体中的CO2浓度低的CO2浓度，差距为基本小于约1600 ppm。
30. 权利要求29的吸着剂，其中在低于80℃的温度下将所述第二气体流动通过所述吸着剂。
31. 权利要求1的吸着剂，其中在低于约60℃的温度下将所述第二气体流动通过所述吸着剂。
32. 权利要求1的吸着剂，其中在低于约50℃的温度下将所述第二气体流动通过所述吸着剂。
33. 一种用于从气体降低CO2的吸着剂，所述吸着剂包含：
由多个颗粒形成的固体载体，其中所述颗粒形成具有基本上约0.1-约10毫米直径，
其中所述载体被包含至少约25%的仲胺的胺基化合物浸渍，并且设置用于捕集至少一部分CO2，用于从包含约100-约2000 ppm的CO2浓度的气体降低CO2。
34. 权利要求32的吸着剂，其中通过使另外的气体流动通过所述吸着剂，吸着剂可操作以释放至少一部分所述被捕集的CO2。
35. 权利要求33的吸着剂，其中所述另外的气体包含室外空气。
36. 一种用于从封闭环境降低包含在空气中的CO2的方法，所述方法包括：
提供吸着剂和用于所述吸着剂的载体，所述吸着剂包含基于胺或类似胺的化合物；
使含有CO2的第一气体从封闭环境内部流动通过所述吸着剂，使得所述吸着剂从所述第一气体捕集至少一些所述CO2；和
使含有比所述第一气体更少CO2的第二气体从环境的外部流动通过所述吸着剂，使得所述吸着剂向所述第二气体释放至少一些所述被捕集的CO2。
37. 权利要求36的方法，其中所述封闭环境为私人空间、公共空间、住宅空间或商业空间。
38. 权利要求37的方法，所述方法还包括提供与加热、通风和空气调节(HVAC)系统连通的所述吸着剂和所述载体。
39. 权利要求37的方法，其中所述HVAC系统设置用于使所述第二气体流动通过所述吸着剂。
40. 权利要求36的方法，其中当使所述第二气体流动通过所述吸着剂时，在约45-约55℃的温度下提供所述吸着剂。
41. 权利要求36的方法，其中在约40-约70℃下使所述第二气体流动通过所述吸着剂。
42. 一种用于从封闭环境降低包含在空气中的CO2的系统，所述系统包含：
HVAC系统；和
与所述HVAC系统连通的吸着剂，所述吸着剂包含：
固体载体，和
被所述载体担载的胺基化合物，
其中：
所述HVAC系统设置用于使室内空气在所述吸着剂上流动和/或通过所述吸着剂流动，
所述胺基化合物设置用于捕集所述室内空气中的至少一些CO2，和
所述HVAC系统设置用于使室外空气在所述吸着剂上流动和/或通过所述吸着剂流动，使得从中释放至少一部分被所述吸着剂捕集的CO2。
43. 权利要求42的系统，其中所述封闭环境为私人空间、公共空间、住宅空间或商业空间。
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