CN109642705B

CN109642705B - 用于增强气体存储和释放系统中的体积容量的方法

Info

Publication number: CN109642705B
Application number: CN201780052493.5A
Authority: CN
Inventors: 比利-保罗·M·霍尔布鲁克; 劳伦斯·H·希尔特齐克; 罗伯特·W·米姆斯; 雷·P·邦加隆塔; 凯内舒库·欧努博古
Original assignee: Ingevity South Carolina LLC
Current assignee: Ingevity South Carolina LLC
Priority date: 2016-07-01
Filing date: 2017-06-30
Publication date: 2022-03-18
Anticipated expiration: 2037-06-30
Also published as: JP2019527798A; US11986796B2; KR102401777B1; KR20190016116A; BR112018077419A2; BR112018077419B1; CN109642705A; US20240307846A1; EP3479005B1; CN114562678A; KR20230056052A; KR102431511B1; RU2019102474A3; US20220134306A1; CN114562678B; US11052376B2; KR20220116567A; JP7069055B2; RU2745599C2; JP2022084593A

Abstract

本公开提供了一种具有优异的重量工作容量和体积容量的多孔气体吸附剂整料、一种包括本公开的多孔气体吸附剂整料的气体存储系统、制造它们的方法以及用于存储气体的方法。该多孔气体吸附剂整料包含气体吸附材料和非水性粘合剂。

Description

用于增强气体存储和释放系统中的体积容量的方法

相关申请的引证

本申请要求2016年7月1日提交的美国临时申请号62/357,613和2017年2月28日提交的美国临时申请号62/464,955的优先权，该两者通过引证以它们的整体并入本文。

技术领域

本公开涉及气体存储系统并且特别地涉及用于可吸附气体的多孔的可吸附气体的整料(monolith)和存储系统，其具有改进的存储能力和输送能力。此外，本说明书通过改善吸附剂密度和重量工作容量中的至少一种，提供了用于改善吸附气体存储系统的工作容量或可逆存储(例如，天然气储存和从含有存储系统或含有吸附性整料的存储系统的包括活性炭的吸附天然气存储系统的输送)的方法。

背景技术

因为较低的工作压力，吸附天然气(ANG)存储系统是目前使用压缩天然气(CNG)罐的替代方案。操作压力的降低使得可以使用家用燃料补给单元，降低压缩成本并且本质上更安全。典型地，与具有3,000至3,600psig工作压力的CNG气罐相比，ANG存储系统的工作压力低于1,000psig。

在ANG存储系统中，使用吸附剂来储存天然气分子，其粘附在表面上并以吸附的“凝聚相”填充某些分子尺寸的孔隙。将吸附剂置于气罐内，或在吸附剂周围形成气罐，然后吹扫以除去氧气。吸附剂应表现出高体积工作容量，并且从吸附剂释放的气体与吸附剂上储存的气体的比例理想情况下应为1。在相当的压力下，与空罐相比，吸附剂在ANG存储系统中的使用使得气罐能够容纳更大量的天然气。这些吸附剂包括来自各种原材料(包括木材、泥炭、煤炭、椰子、合成或天然聚合物)以及各种加工(包括化学和/或热活化)的活性炭。另外，可以使用无机吸附剂，包括分子筛、多孔氧化铝、柱撑粘土、多孔二氧化硅、沸石和金属有机框架。

气体分子在固体表面上的吸附和在其孔内的凝聚相形成是放热现象。在ANG应用中，初级吸附被称为范德华力或弱力相互作用。当气体分子吸附时，因为分子具有降低的自由度(振动、旋转或平移)而释放热量。当吸附大量气体时，释放的热量可能很大。相反，解吸的气体分子是吸热过程，意味着气体分子吸收能量(即热量)。同样，当释放大量气体时，可注意到系统的温度显著降低。

甲烷是天然气中含量最丰富的成分，动力学直径为

计算机模拟提出，用于储存甲烷的吸附剂的理想孔径(例如直径)约为

历史上，对用于甲烷储存的吸附剂的工作重点集中在最大化此尺寸范围内的孔体积以及实现以约

孔径范围为中心的窄孔径分布。参见例如US 5,965,483；US 5,416,056；US 5,372,619；US 5,614,460；US 5,710,092；US 5,837,741；US 6,626,981；US 5,626,637；US 8,691,177；US 8,158,556；US8,500,889；US 8,915,989；US 5,401,472；US 9,102,691；US 7,060,653；US 5,998,647；US7,662,746；US 8,231,712；US 2014/0018238；和WO 2014/0274659。

在大约

尺寸范围内致力于孔径分布的一个限制是，虽然这使存储最大化，但当减压到环境压力时，该孔径范围与输送的气体不相关。从实际角度来看，吸附剂的性能应该超过总气体容量(在最大操作压力下的储存的气体总量)并且关注于当降低到环境压力(即14.7psi)时释放的气体总量。由于气体分子周围的碳表面的影响，当从高压减压到环境压力时，约

孔径的窄孔径分布固有地保留更多的气体分子。此外，众所周知，天然气组合物含有较大尺寸的分子，如乙烷、丁烷和丙烷。天然气的典型组成为89-95％的甲烷。本公开的出乎意料的方面是出乎意料且意想不到地发现，为了天然气而不是单独的甲烷的高工作容量，储存区域的孔隙分布和较大的孔隙(高达

)有助于减压过程中的释放和渗出。此外，出乎意料且意想不到地有利的是，最小化

尺寸的孔的体积以获得在多次加燃料循环中更好地保持初始容量。还出乎意料的是，孔体积大于

尺寸且甚至

尺寸进一步增强了储存容量。此外，过去将吸附剂的孔径分布集中在

范围内的许多尝试导致高度复杂的活化方法和/或特殊材料，部分原因是孔径分布非常窄。使用这种生产方法成本过高和/或经济上规模扩大的能力尚未得到证实。在一些情况下，吸附材料具有改善的体积容量或体积性能(每GGE的吸附剂的L，其中GGE是汽油加仑当量，根据美国能源部替代燃料数据中心(U.S.Department of Energy Alternative Fuels Data Center)，定义为5.66磅天然气(www.afdc.energy.gov/fuels/equivalency_methodology.html))，同时牺牲了重量工作容量或重量性能(每GGE的吸附剂的磅数)。在其他情况下，观察到反向的现象，即以体积容量减少为代价而增加重量工作容量。

除了提高吸附剂容量之外，最近的工作还集中在确定如何减少在环境压力下储存或保留在吸附剂材料上的气体的量。实现此目的的一种途径是控制系统的温度。如果控制温度，当罐减压(即为发动机提供燃料)时，可以施加热量以促进气体分子的释放。反之亦然，当罐加压时(即在ANG罐补给燃料期间)，可以移除热量以进一步增加在指定操作压力下储存的气体的量。在某些情况下，已经提出使用施加到罐、吸附剂的外部能量源或施加到罐或吸附剂的含有导热性质的其它添加剂。参见例如US 5,912,424；US 7,955,415；US 7,418,782；US 7,891,386；US 7,735,528；US 7,938,149；US 9,006,137；US 9,188,284；CN2006/10013838；WO 2015/02262；US 2014/0290283；和US 2014/0290611。这些方法在增强气体分子在接近等温条件下释放或吸附的同时，进一步使整个系统复杂化，并且增加了重量和成本。同样，由于所提到的缺点，尚未证明这些方法在商业上可行。

与注重孔径分布的工作的量相比，相对忽略的吸附剂的属性是吸附剂的结构。目前市场上绝大多数吸附剂可分为三类：粉末、丸粒(pellet)和颗粒(granular)。所述类别的尺寸通常为0.025至7mm之间。通过从顶部装载将这些材料引入到它们的包装中，导致随机的填充密度，使得吸附剂至多占据容器内部容积的约64％。在某些情况下，可以在容器上使用振动装置以将占用体积略微增加到65-70％。然而，大约三分之一的容器仍然不含吸附剂。为了使罐的内部体积最大化，需要一种更加贴合的结构，其反映了内部形状，与需要振动处理的颗粒填充相比，也使得填充更容易且更快速。一些情况使用有机粘合剂将碳颗粒或碳纤维粘附在一起以增加堆积密度或使用可碳化的粘合剂。参见例如US 5,614,460；US5,837,741；US 6,030,698；US 6,207,264；US 6,475,411；US 6,626,981；US 2014/0120339；US 2015/0258487；US 2009/0229555和US 8,691,177B2。同时，用于天然气储存的较轻重量的系统将具有附加的价值。例如，美国能源部能源效率和可再生能源办公室的车辆技术办公室(U.S.Department of Energy Office of Energy Efficiency andRenewable Energy’s Vehicle Technologies Office)(https://energy.gov/eere/vehicles/vehicle-technologies-office-lightweight-mat erials-cars-and-trucks)估计，车辆重量减少10％，燃油经济性提高6-8％，相当于对于2000磅车辆减轻30磅重量减少约1％，从而有利于减少粘合剂和更轻质的吸附剂以用于燃料储存。因此，优选但难以实现的目标是使用密集填充的吸附剂制造的轻质、适形的结构化制品，与简单的由吸附剂制成的高密度制品相反，其具有优异和持续的天然气储存性能，易于制造且成本较低。

许多结构化制品的一个限制是当吸附剂与粘合剂材料混合时降低了工作能力。取决于粘合剂材料，性能降低的程度超过吸附剂的简单稀释程度。天然气吸附和解吸性能的降低可能归因于在相关孔径范围内孔的堵塞，总孔径减小导致受限的分子扩散和渗出并阻碍吸附剂表面。将目前使用的粘合剂如水溶性粘合剂(例如极性粘合剂)，包括但不限于羧甲基纤维素(CMC)、甲基纤维素、芳族磺酸盐的结晶盐、聚糠醇等与水性溶剂和吸附剂材料混合。水性溶剂使粘合剂溶解，产生凝胶乳液，其起到将碳颗粒粘附在一起的作用。这个过程固有的，孔隙度和表面积被堵塞，导致纯吸附剂的性能降低。水性粘合剂的替代方案是使用某些非溶解的非水性的粘合剂，如粘土、酚醛树脂、聚丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚偏二氯乙烯(PVDC)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等。然而，观察到这组粘合剂由于孔堵塞或孔填充而降低了吸附剂的总孔隙度。这两种粘合剂组都包括通常在高温(>700℃)下碳化或退火的粘合剂，这会导致孔隙收缩和孔隙体积损失。累加效应产生一种吸附剂制品，其特征在于与成分吸附材料相比具有扭曲的孔径分布和劣化的孔体积。此外，在某些情况下，限制在于所述制品的制造。在这些特殊情况下，形状特定的制品需要在高温下进行多次热处理，从而产生腐蚀性气体副产物(例如，聚氯乙烯型聚合物碳化产生的分解产物)，当加上扩大到大规模生产的成本时，已终止了它们对利基市场的适应或缩小了它们对利基市场的使用。

此外，引起孔收缩的过程导致最终成形产品的尺寸变形。理想的部件将形成罐的内部形状，以使罐的体积容量最大化。对应用而言，这被认为是重要的。当通过例如CMC(水性)或PVDC(非水性)来粘合吸附剂时，干燥和/或碳化形状的最终尺寸从初始尺寸减小和/或变形。由于不能在吸附剂和粘合剂的界面处控制分子水平的化学性质，这种称为收缩的缺点难以控制。结果效果是当成型部件安装在罐中时，在其外壁和内部罐壁之间存在显著的额外空隙空间以适应可变收缩。除了减少的体积容量之外，空隙空间将允许粘合的吸附剂在罐内移动，这可能导致移动应用中的显着磨损，潜在地导致颗粒夹带在减压气体中并导致罐中的吸附剂较少并且潜在地堵塞下游管线。累积效应将是显著减少的存储容量。对抗收缩的一种方法是在初始部件上采用超大尺寸靶。然而，由于收缩难以预测，某些部件的最终外部尺寸将不可避免地太大而不能装入制造的燃料罐的界限内。

因此，存在对于具有如本文描述的非水性粘合剂的多孔性气体吸附剂制品的需要，其不会降低气体的储存容量、克服了传统粘合剂的工艺挑战、在加工中形成时具有更可靠的最终物理尺寸和吸附性能，并且提供一种可吸附气体存储系统及其制造方法，其重量轻、具有改善的吸附剂密度、高重量工作容量且反复补给燃料时具有持续的容量水平。

发明内容

本描述涉及一种多孔气体吸附剂整料(例如活性炭整料)、制造多孔性气体吸附剂整料的方法以及使用其的方法和系统。具体地，意想不到且出乎意料地发现，本文描述的特征为具有约

的大孔体积的气体吸附剂材料与非水性粘合剂的某些组合提供了具有优异且更加可预测的尺寸、体积容量和/或重量容量的多孔性气体吸附剂整料。

在某些实施方式中，约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％或更多(包括其间的所有值和范围)的孔在

的范围内。在某些实施方式中，大于50％、60％、70％、80％、90％、95％或更多(包括其间的所有值和范围)的孔在

的范围内。在某些实施方式中，大于60％的孔在

的范围内。在某些实施方式中，大于70％的孔在

的范围内。在某些实施方式中，大于80％的孔在

的范围内。在某些实施方式中，大于90％的孔在

的范围内。在某些实施方式中，大于95％的孔在

的范围内。在某些其它实施方式中，约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％或更多(包括其间的所有值和范围)的孔在约

的范围内。在某些实施方式中，大于50％、60％、70％、80％、90％、95％或更多(包括其间的所有值和范围)的孔在约

的范围内。在某些实施方式中，大于30％的孔在

的范围内。在某些实施方式中，大于40％的孔在约

的范围内。在某些实施方式中，大于50％的孔在约

的范围内。在某些实施方式中，大于60％的孔在约

的范围内。在某些实施方式中，大于70％的孔在约

的范围内。在某些实施方式中，大于80％的孔在约

的范围内。

例如，在本文描述的任何方面或实施方式中，整料包含以下中的至少一种：小于约

尺寸的孔的体积<约100cc/L-M；约

尺寸的孔的体积>约200cc/L-M；约

尺寸的孔的体积>约50cc/L-M；或它们的组合。

本公开的一个方面提供了一种微孔或纳米孔的整体式碳质制品。该制品包括气体吸附材料和如本文描述的“非水性”粘合剂。“非水性”是指主要通过机械粘合机制将粉末吸附剂固定并粘合在致密的吸附剂整体结构中的粘合剂。粘合剂作为乳液、作为溶剂中的分散体或作为干燥粉末加入，并且粘合剂不是凝胶形式或不溶于可以是或可以不是水的溶剂中。在某些实施方式中，本公开的非水性粘合剂是选自由以下组成的组的至少一种粘合剂：含氟聚合物(例如聚(偏二氟乙烯))、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯或全氟烷氧基烷烃)、聚酰胺(例如尼龙-6,6’或尼龙-6)、聚酰亚胺、原纤化纤维素、高性能塑料(例如聚苯硫醚)、与含氟聚合物的共聚物、与聚酰胺的共聚物、与聚酰亚胺的共聚物、与高性能塑料的共聚物或它们的组合。高性能塑料、高性能聚合物或高性能热塑性塑料可以是任何半晶体或无定形热塑性塑料，其连续使用温度为150℃或更高。在特定的实施方式中，本公开的组合物的非水性粘合剂以不大于15wt％的量存在。在一个实施方式中，非水性粘合剂是聚四氟乙烯。在本文描述的任何方面或实施方式中，本公开的非水性粘合剂是聚四氟乙烯的形式。在另一个实施方式中，本公开的非水性粘合剂以不大于10wt％的量存在(例如小于10wt％，不大于7wt％，在约2.5wt％至约7wt％或3wt％至约7wt％的范围内)。

不受理论束缚，认为本文描述的非水性粘合剂的出乎意料的益处归因于粉末吸附剂通过机械粘附机制固定和粘附在颗粒的外表面，而没有吸附剂颗粒外表面的掩盖或连续涂覆并且粘合剂对内部吸附剂颗粒孔隙率的污染极小。机械粘附是指本公开中描述的非水性粘合剂由施加的温度和/或压力而在一定程度上适应吸附剂颗粒表面的不规则性，然后以某种方式硬化，形成粘合的、固定的吸附剂结构。通过粘合剂以低长径比形状的颗粒和/或高长径比纤维的形式与吸附剂接触来获得粘附。纤维状粘合剂可以以更高的长径比添加或通过该方法产生。例如，在约粘合剂软化点的温度下，在剪切混合过程步骤期间加热共混物和在压缩模制或挤出成型步骤期间加热，可以有助于从较低长径比的粘合剂成分产生期望的纤维状粘合剂，并且可以有助于有效地使用粘合剂以获得期望的机械粘附。通过适当选择粘合剂，并且优选在成形之前干燥吸附剂与粘合剂的共混物，避免了不希望的收缩，并且可以可靠且可重复地达到整料的所需目标尺寸。

通过粘合剂选择、相对低的粘合剂含量以及在约

尺寸范围内具有大量孔隙度(而不是集中在较小的约

尺寸)的吸附剂的使用，本发明实施方式的另一个优点是燃料储罐的重量较低。即，在某些实施方式中，整料包括以下中的至少一种：小于约

尺寸的孔的体积<约100cc/L-M；约

尺寸的孔的体积>约200cc/L-M；约

尺寸的孔的体积>约50cc/L-M；或它们的组合。

在一些实施方式中，气体吸附材料选自由活性炭、沸石、多孔二氧化硅、共价有机框架或金属有机框架组成的组。在某些实施方式中，气体吸附材料以至少85wt％的量存在(例如至少90wt％，大于90wt％，至少93wt％，或大于93wt％)。

在进一步的实施方式中，气体吸附材料是颗粒状活性炭。在某些实施方式中，活性炭是碳质材料，例如选自由坚果壳、椰子壳、泥炭、木材、椰壳纤维、褐煤、煤、石油沥青及它们的组合组成的组。在某些实施方式中，活性炭是粉末形式或颗粒形式。

在特定的实施方式中，活性炭整料对于尺寸(即直径)范围约

至约

的孔具有孔体积≥0.5cc/g。

在其它实施方式中，整料具有至少0.4g/cc的的部件密度(part density)。在一个实施方式中，部件密度在约0.4g/cc至0.8g/cc的范围内。

在某些实施方式中，整料的工作重量容量(working gravimetric capacity)或重量性能小于或等于40磅/GGE(例如≤30磅/GGE)。在具体实施方式中，工作重量容量小于或等于28磅/GGE。

在另外的实施方式中，整料的体积容量小于或等于35L/GGE。例如，体积容量可以小于30L/GGE或小于25L/GGE。

本公开的另一方面提供了一种制备多孔气体吸附剂整料的方法。该方法包括：混合气体吸附材料与本文描述的非水性粘合剂；将混合物压缩或挤出为成型结构；和对压缩或挤出的混合物施加热量。在一个实施方式中，进一步包括将混合物置于罐中，然后压缩混合物。

本公开的另一方面提供了一种制备多孔气体吸附剂整料的方法。该方法包括：混合气体吸附材料和本文描述的非水性粘合剂；在罐中压缩混合物；和向压缩的混合物和/或罐施加热量。

在一些实施方式中，整料具有以下中的至少一种：本公开的非水性粘合剂选自由含氟聚合物、聚酰胺、原纤化纤维素、聚酰亚胺、高性能塑料(例如聚苯硫醚)、与含氟聚合物的共聚物(例如聚(偏二氟乙烯)或聚四氟乙烯)、尼龙-6,6’、尼龙-6’、与聚酰胺的共聚物、与聚酰亚胺的共聚物、与高性能塑料的共聚物组成的组；或者气体吸附材料选自由活性炭、沸石、多孔二氧化硅、共价有机框架或金属有机框架组成的组。

在一个实施方式中，整料具有以下中的至少一种：气体吸附材料以至少90wt％的量存在(例如至少93wt％)；非水性粘合剂以不大于10wt％的量存在(例如等于或小于7.5wt％，等于或小于7wt％，约2.5wt％至约7wt％，或约3wt％至约7wt％)；或它们的组合。

在另外的实施方式中，整料具有以下中的至少一种：部件密度为至少0.4g/cc(如在约0.40g/cc至约0.8g/cc，约0.4g/cc或约0.65g/cc，或约0.4g/cc至约0.6g/cc的范围内)；工作重量容量为40磅/GGE或更小(如30磅/GGE或更小，或28磅/GGE或更小)；体积容量小于35L/GGE(如小于30L/GGE或小于25L/GGE)；气体吸附材料以至少93wt％的量存在；非水性粘合剂以约2.5wt％至约7wt％的量存在；尺寸在约

至约

范围内的孔的孔体积≥0.5cc/g；或它们的组合。

在某些实施方式中，压缩混合物的步骤包括施加至少1,250psi的压力。例如，施加的压力可以大于1,500psi。

在特定实施方式中，成形的结构或挤出的形状为基本上圆柱形、卵形棱柱、立方体、椭圆形棱柱、矩形棱柱或不规则形状中的至少一种。

本公开的另外的方面提供了一种气体存储系统。该气体存储系统包括：封套或容器(即罐或容器)和设置于其中的本公开的多孔气体吸附剂整料(例如包括气体吸附材料和本文描述的非水性粘合剂的整料)。在某些实施方式中，封套或容器限定具有内部尺寸和内部体积的主体。在某些实施方式中，吸附剂构成封套或容器的内部体积的约80至约99％。在某些实施方式中，容器是筒(canister)。

在一个实施方式中，容器配置为承受至少1,000psi。

在一些实施方式中，整料具有以下中的至少一种：本公开的非水性粘合剂是选择由含氟聚合物、聚酰胺、聚酰亚胺、原纤化纤维素、高性能塑料(例如聚苯硫醚)、与含氟聚合物的共聚物、与聚酰胺的共聚物、与聚酰亚胺的共聚物或它们的组合组成的组的至少一种粘合剂；或气体吸附材料选自由活性炭、沸石、二氧化硅、共价有机框架或金属有机框架组成的组。

在其它实施方式中，整料以至少90wt％的量包含气体吸附材料；且以不大于10wt％的量包含非水性粘合剂。

在进一步的实施方式中，整料具有以下中的至少一种：部件密度为至少0.4g/cc；工作重量容量为40磅/GGE或更小；体积容量为35L/GGE或更小，或它们的组合。

前面的一般实用领域仅作为示例给出，并不旨在限制本公开和所附权利要求的范围。根据本发明的权利要求、说明书和实施例，本领域普通技术人员将理解与本公开的组合物、方法和工艺相关的其它目的和优点。例如，本公开的各个方面和实施方式可以以多种组合使用，所有这些组合都由本说明书明确地预期。这些附加的优点、目的和实施方式明确地包括在本公开的范围内。本文用来说明本公开的背景并且在特定情况下用来提供关于实践的附加细节而使用的出版物和其它材料出于所有目的而通过引证整体并入本文。

附图说明

结合到说明书中并形成说明书的一部分的附图示出了本公开的若干实施方式，并且与说明书一起用于解释本公开的原理。附图仅用于说明本公开的实施方式的目的，而不应被解释为限制本发明。通过以下结合附图的详细描述，本发明的其它目的、特征和优点将变得显而易见，附图示出了本公开的说明性实施方式，其中：

图1A示出了空的气体存储系统的气罐(cylinder)(即罐(tank)或容器(vessel))；

图1B示出了其中具有气体吸附剂丸粒的气体存储系统的气罐(即罐或容器)；

图1C示出了具有形状特定的气体吸附材料的气体存储系统的气罐(即罐或容器)；

图2是制造本公开的整料的方法的流程图；

图3示出了本公开的气体存储系统；

图4是吸附剂的孔体积

(cc/g)和本公开的相应整料的图示，其是对吸附剂的重量百分比归一化的；

图5是示出孔体积

与本公开的整料的可逆天然气储存容量(wt％，加压至900psig时)的相关性的图示；

图6是示出孔体积

与可逆天然气储存容量(wt％，加压到900psig时)的相关性的图示；

图7比较了用替代粘合剂配方制备的圆柱形圆盘(puck)整料所遇到的，在整料的初始成形(即模具的内径)和在任何随后的加热和/或干燥过程步骤之后之间的尺寸变化；

图8比较了用替代粘合剂配方制备的圆柱形圆盘整料所遇到的，在整料的初始成形(即模具的内径和柱体的初始压缩或切割长度)和在任何随后的加热和/或干燥过程步骤之后之间的体积变化；

图9在整料体积基础上显示了根据本公开的示例性整料的示例性孔体积和可恢复或可逆存储容量；

图10显示，与大量微孔的比较例相比，本公开的较少微孔(

尺寸)的实施例在重复饱和及吹扫循环后，可逆天然气容量的降低较少；

图11显示，与本公开的较少微孔实施例的稳定可逆容量相比，大量微孔的比较例在历经10个饱和及吹扫循环后，可逆天然气容量持续降低；

图12是示出可逆天然气容量的百分比损失与整料对天然气的保持性的相关性的图示(对于比较例和本公开的实施例，在体积整料基础上，饱和容量减去可逆容量)；

图13是示出在体积整料基础上，对于测试的第一次加压-减压循环，整料对天然气的保持性(饱和容量减去可逆容量)的相关性的图示，其中对于比较例和本公开的实施例孔体积小于

尺寸；

图14是对于比较例和本公开的实施例，在体积整料基础上，比较介孔体积

尺寸与孔体积小于

尺寸的图示；

图15是对于比较例和本公开的实施例，在体积整料基础上，比较孔体积

尺寸与孔体积小于

尺寸的图示；和

图16是对于比较例和本公开的实施例，在体积整料基础上，比较孔体积

尺寸与孔体积小于

尺寸的图示。

具体实施方式

以下是提供用以帮助本领域技术人员实践本公开的详细描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，本领域普通技术人员可以对本文描述的实施方式进行修改和变化。本文提及的所有出版物、专利申请、专利、附图和其它参考文献都通过引证整体明确地并入本文。

本发明描述的是气体吸附整料及其制备方法以及使用该气体吸附整料的气体存储系统，所有这些都与出乎意料且出人意料的发现有关，即用于储存和释放天然气的吸附剂的所需孔径范围应该是约

尺寸微孔到约

尺寸介孔的范围内的分布。在图5中，注意到约

至约

尺寸的孔体积与可逆天然气储存(作为重量％,@900psig)之间存在强相关性。如图6所示，当将

的孔体积相对于可逆天然气储存(作为重量％,@900psig)作图时，相关性不明显。因此，虽然先前关于天然气储存的工作主要集中在甲烷、其吸附和可能会提高对天然气的吸附容量的小微孔上，但用于可逆天然气储存的吸附剂的更佳设计需要考虑延伸到介孔范围内的更大尺寸的孔。另外，虽然典型的粘合剂严重地堵塞了这种微孔尺寸范围，但是使用本公开的粘合剂不会严重地堵塞落入介孔范围内的上述所需尺寸的孔或孔隙。如图4所示，从吸附剂成分的

的最期望的孔隙如何接近得到的整料制品的

孔隙度(即更接近y＝x等值线)且变化较小，本发明的非水性粘合剂相比于先前使用的水性粘合剂的益处是显而易见的。也就是说，与之前的粘合剂相比，用本文描述的粘合剂制得的整料在成分吸附剂的期望

尺寸孔体积中具有较少的损失并且由于

尺寸孔体积的可变性较小而产生具有较小可变的可逆容量性能的整料。另外，如下面举例说明的，本公开的粘合剂可用于形成高密度整料(即其吸附剂含量在体积基础上最大化的整料)，其形成为紧密且可靠地适合天然气燃料罐的内部尺寸。该发现大幅改善了基础吸附剂的体积容量和燃料储存罐的容量。本公开还涉及高密度有形整体形状和/或混合的吸附剂的形式，以最大化气体存储系统的内部容器/容器体积。形成这些有形的整体形状和/或形式以使粘合剂稀释含量最小化，同时使部件性能最大化。

在提供数值范围的情况下，应理解的是，除非上下文另有明确规定，在该范围的上限和下限之间的每个中间值(到下限单位的十分之一)以及该规定范围内的任何其它规定或中间值涵盖在本发明的范围内(例如在含有多个碳原子的基团的情况下，在这种情况下，提供了落入该范围内的每个碳原子数)。这些较小范围的上限和下限可以独立地包括在较小范围内，也包括在本发明内，受范围内任何明确排除界限的限制。在范围包括一个或两个界限的情况下，排除这两个包括的界限的范围也包括在本发明内。

以下术语用于描述本公开。除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。说明书中使用的术语仅用于描述特定实施方式，并不旨在限制本发明。

除非上下文另有明确说明，本文和所附权利要求中使用的冠词“一个”和“一种”在本文中用于指代该冠词的语法对象的一个或多于一个(即至少一个)。举例来说，“一个元素”表示一个元素或多于一个元素。

本说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”应理解为表示如此联合的元素中的“任一者或两者”，即在某些情况下联合存在并且在其它情况下分离存在的元素。用“和/或”列出的多个元素应以相同的方式解释，即如此联合的元素的“一个或多个”。除了用“和/或”条款具体标识的元素之外，可以选择性地存在其它元素，无论是否与具体标识的元素相关或不相关。因此，作为非限制性示例，在一个实施方式中，当与开放式语言如“包含”结合使用时提及“A和/或B”，可以仅指A(可选地包括除B之外的元素)；在另一个实施方式中，仅指B(可选地包括除A之外的元素)；在又另一实施方式中，指A和B(可选地包括其它元素)等。

如本文在说明书和权利要求书中使用的，“或”应当理解为具有如上定义的“和/或”相同的含义。例如，在分隔列表中的项目时，“或”或者“和/或”应当解释为包括性的，即包括许多元素或元素列表中的至少一个，但也包括许多元素或元素列表中的多于一个，并用可选地包括附加的未列示项目。仅在术语明确表示相反时，例如“仅其中一种”或“恰好其中一种”，或者在权利要求中使用“由……组成”时，仅指代包括多个元素或元素列表中的恰好一个元素。通常，当前有排斥性术语如“任一种”、“其中一种”、“仅其中一种”或“恰好其中一种”时，本文所用的术语“或”仅应解释为表示排斥性的替代方案(即“一种或另一种，但不是两者”)。

在权利要求中以及在以上的说明书中，所有过渡短语如“包含(comprising)”、“包括(including)”、“带有(carrying)”、“具有(having)”、“含有(containing)”、“包括(involving)”、“持有(holding)”、“包括(composed of)”等应被理解为开放式的，即表示包括但不限于。只有过渡短语“由……组成”和“基本上由……组成”应分别为封闭或半封闭式的过渡短语，如美国专利局专利审查程序手册第2111.03节。

如本说明书和权利要求书中所用，在提及一个或多个元素的列表时的短语“至少一种”应理解为表示从元素列表中的任何一个或多个元素中选择的至少一个元素，但不一定包括该元素列表中具体列出的每个元素中的至少一个元素，并且不排除元素列表中元素的任何组合。该定义还允许可以可选地存在短语“至少一种”所指的元素列表中具体标识的元素之外的元素，无论是与特定标识的那些元素相关还是不相关。因此，作为非限制性的示例，“A和B中的至少一种”(或等同地“A或B中的至少一种”，或等同地“A和/或B中的至少一种”)在一个实施方式中可以是指至少一个A，可选地包括多于一个A，不存在B(并且可选地包括除B之外的元素)；在另一实施方式中，是指至少一个B，可选地包括多于一个B，不存在A(并且可选地包括除A之外的元素)；在又另一实施方式中，是指至少一个A，可选地包括多于一个A，和至少一个B，可选地包括多于一个B(并且可选地包括其它元素)等。

还应理解的是，在本文描述的包括多于一个步骤或动作的某些方法中，除非上下文另有说明，否则该方法的步骤或动作的顺序不一定限于叙述该方法的步骤或动作的顺序。

根据一个方面，本公开提供了一种储存气体的方法。该方法包括使气体与工作重量容量≤40磅/GGE和/或体积容量等于或小于35L/GGE的至少一种多孔气体吸附剂整料接触。该多孔气体吸附剂整料的部件密度可以至少0.4g/cc。在特定实施方式中，工作重量容量≤30磅/GGE(例如≤28磅/GGE)和/或体积容量≤32L/GGE(例如≤30L/GGE)。

如本说明书和权利要求书中所用，术语“整料”应理解为包括本文描述的形成的吸附剂结构及其功能片段。

在一些实施方式中，多孔性气体吸附剂整料包含气体吸附材料(例如活性炭、沸石、二氧化硅、共价有机框架或金属有机框架中的至少一种)和本文描述的非水性粘合剂(例如含氟聚合物、聚酰胺、聚酰亚胺、高性能塑料、原纤化纤维素、与含氟聚合物的共聚物、与聚酰胺的共聚物、与聚酰亚胺的共聚物、与高性能塑料的共聚物或它们的组合中的至少一种)。在本文描述的任何方面或实施方式中，本文描述的非水性粘合剂是熔融剂/粘合剂。含氟聚合物可以选自由聚(偏二氟乙烯)、聚四氟乙烯、全氟烷氧基烷烃和氟化乙烯丙烯组成的组。在本文描述的任何方面和实施方式中，本公开的非水性粘合剂是聚四氟乙烯或其衍生物。聚酰胺可以选自由尼龙(例如尼龙-6,6’和尼龙-6)组成的组。在本文描述的任何方面或实施方式中，本公开的非水性粘合剂熔合整料/混合物的组分的至少一些。聚酰亚胺可以选自由二酐聚合物前体组成的组。高性能塑料可以选自由聚苯硫醚、聚酮、聚砜和液晶聚合物组成的组。在某些实施方式中，非水性粘合剂以不大于15wt％的量存在和/或气体吸附材料以至少85wt％的量存在。活性炭可以源自木材、泥煤苔、椰子壳、煤炭、核桃壳、合成聚合物和/或天然聚合物，和/或具有约1800m²/g或更大的BET表面积。在一个实施方式中，活性炭是热活化的、化学活化的或它们的组合。

在一个方面，本公开提供了一种高吸附性整体式制品，包含气体吸附材料和本公开中描述的非水性粘合剂。在一个实施方式中，整料具有以下中的至少一种：至少0.4g/cc的部件密度；40磅/GGE或更小的工作重量容量；小于35L/GGE的体积容量；气体吸附材料以至少90wt％的量存在(例如至少92wt％或至少93wt％)；非水性粘合剂以小于10wt％的量存在(例如约2.5wt％至约7wt％或等于或小于7wt％)；或它们的组合。

在另一方面，本公开提供了一种包含气体吸附材料的高吸附性整体式制品，其中整料具有40磅/GGE或更小的工作重量容量和/或小于35L/GGE的体积容量。另外，整料具有至少0.4g/cc的部件密度。在另一个实施方式中，整料进一步包含本文描述的非水性粘合剂。例如，在本文描述的任何方面或实施方式中，本公开的非水性粘合剂是聚四氟乙烯或衍生自聚四氟乙烯。

在本文描述的任何方面或实施方式中，吸附剂整料可以包括以下中的至少一种：小于约

尺寸或直径的孔的体积<约100cc/L-M；约

尺寸或直径的孔的体积>约200cc/L-M；约

尺寸或直径的孔的体积>约50cc/L-M；或它们的组合。例如，整料或制品的约

尺寸的孔具有的体积可以>约200cc/L-M，>约210cc/L-M，>约220cc/L-M，>约230cc/L-M，>约240cc/L-M，>约250cc/L-M，>约260cc/L-M，>约270cc/L-M，或>275cc/L-M。整料或制品的小于约

的孔具有的体积可以<约100cc/L-M，<约98cc/L-M，<约95cc/L-M，<约90cc/L-M，或<约85cc/L-M。整料或制品的约

的孔具有的孔体积可以>约50cc/L-M，>约55cc/L-M，>约60cc/L-M，或>约65cc/L-M。

在一个实施方式中，本公开的非水性粘合剂是含氟聚合物(例如聚(偏二氟乙烯)、聚四氟乙烯、全氟烷氧基烷烃、或氟化乙烯丙烯)、聚酰胺(例如尼龙-6,6’或尼龙-6)、聚酰亚胺、高性能塑料(例如聚苯硫醚)、与含氟聚合物的共聚物、与聚酰胺的共聚物、与聚酰亚胺的共聚物、与高性能塑料的共聚物或它们的组合中的至少一种。在具体实施方式中，本公开的组合物的非水性粘合剂以不大于10wt％的量存在。例如，本公开的组合物的非水性粘合剂可以以约2.5至约10wt％，约5.0至约10wt％，约7.5wt％至约10wt％，约9至约10wt％，约2.5至约8wt％，约5.0至约8wt％，约6.5wt％至约8wt％，约2.5至约7wt％，约5.0至约7wt％，约2.5至约5.0wt％，或不大于2.5wt％的量存在。在具体实施方式中，非水性粘合剂以约1wt％，约1.5wt％，约2wt％，约2.5wt％，约3wt％，约3wt％，约4wt％，约4.5wt％，约5wt％，约5.5wt％，约6wt％，约6.5wt％，约7wt％，约7.5wt％，约8wt％，约8.5wt％，约9wt％，约9.5wt％，或约10wt％的量存在。

在一些实施方式中，气体吸附材料可以包括本领域公知的或已知的任何合适的气体吸附材料。本领域技术人员将认识到，某些类型的气体吸附材料特别适用于气体吸附整料，本文明确考虑了这些材料。例如，在某些实施方式中，气体吸附材料是活性炭、沸石、二氧化硅、共价有机框架、金属有机框架或它们的组合中的至少一种。在某些实施方式中，气体吸附材料以至少90wt％的量存在。例如，气体吸附材料可以以至少90wt％，至少约92.5wt％，至少约95wt％，至少约97wt％，约90.0至约99wt％，约92.5wt％至约99wt％，约95.0至约99wt％，约90.0至约97.5wt％，约92.5wt％至约97.5wt％，约95.0至约97.5wt％，约90.0至约95.0wt％，约92.5wt％至约95.0wt％，或约90.0至约92.5wt％的量存在。在特定的实施方式中，气体吸附材料以约90wt％，约90.5wt％，约91wt％，约91.5wt％，约92wt％，约92.5wt％，约93wt％，约93.5wt％，约94wt％，约94.5wt％，约95wt％，约95.5wt％，约96wt％，约96.5wt％，约97wt％，约97.5wt％，约98wt％，约98.5wt％，约99wt％，或约99.5wt％的量存在。

在本文描述的任何方面或实施方式中，气体吸附材料是细粉末的形式，例如活性炭。在本文描述的任何方面或实施方式中，气体吸附材料是颗粒形式的，例如活性炭。活性炭是一种非石墨微晶形式的碳，加工成具有相对高微孔度的碳颗粒。活性炭包括六元碳环，其间具有无定形碳区域。活性炭可以含有残余的氧、氮、氢、磷和/或它们的化合物。国际纯粹与应用化学联合会根据其宽度对孔进行分类。微孔包括直径或尺寸小于约2纳米

的孔。介孔包括直径或尺寸为约2至约50纳米的孔。大孔是直径或尺寸超过50纳米的孔。

在进一步的实施方式中，气体吸附材料是选自由坚果壳、椰子壳、泥炭、木材、椰壳纤维、褐煤、煤、石油沥青及它们的组合组成的组的活性炭。

在一个实施方式中，活性炭可以具有约0.8nm(纳米)至约3.5nm的平均孔径。在具体实施方式中，活性炭可以具有约0.6至约2.6nm的平均孔径。活性炭可具有大于6.0nm的最小孔隙。在一些实施方式中，活性炭具有约1.0μm(微米)至约2.83mm(毫米)的粒度。在具体实施方式中，活性炭具有约5μm至约120μm或约15μm至约120μm范围内的粒度。

在具体实施方式中，活性炭整料具有对于约

至约

尺寸范围内的孔≥0.5cc/g的孔体积(例如>0.55cc/g或0.60cc/g或>0.60cc/g)。通过氮吸附孔隙率测定法使用Micromeritics ASAP 2420(Norcross,GA)来确定孔体积。简而言之，将实例/样品在预设为105-110℃的烘箱中干燥过夜。取出样品并将其装在密闭系统中，直到温度与实验室达到平衡。将样品插入仪器样品管中并置于Micromeritics ASAP 2420仪器上。在开始测试之前将样品原位脱气。在200℃和2μmHg的真空下进行样品脱气。此处报告的数据可以在低于200℃的温度下脱气的样品上收集，以防止粘合剂烧尽。使用SAIEUS程序由P/Po等温曲线计算测定的孔体积。非理想系数为0.0000620。密度转换系数为0.0015468。硬球体直径为

分子截面积为0.162nm²。等温线的目标相对压力(单位：mmHg)如下：0.002、0.005、0.01、0.0125、0.0250、0.050、0.075、0.1、0.1125、0.125、0.150、0.175、0.20、0.25、0.30、0.40、0.45、0.50、0.55、0.60、0.65、0.70、0.75、0.80、0.85、0.90和0.95。在低压下，设备设定为“低压增量剂量模式”，其指示仪器基于20.0000cm³/g STP的量的增量的剂量记录数据。在分别为5mmHg或5％的绝对或相对压力公差范围内(以较严格者为准)记录实际点。连续压力读数之间的时间在平衡期间是20s。当读数之间的ΔP<0.001％时，获取数据并将P设定至下一个设定点。记录数据之间的最小时间延迟为600秒。通过SAIEUS程序分析氮吸附等温线数据。将孔径范围的“最大”字段改变为500。在L曲线图上，通过滚动条来设置λ值以定位曲线上的切点。处理由Micromeritics仪器获得的等温线数据以确定孔径分布的数学模型被描述为非局部密度函数理论(NLDFT)。J.Jagiello和J.P.Olivier在J.Phys.Chem.,2009,113,19382-19385中指出，这一模型似乎可以最大限度地减小在低压范围(相当于小孔)相关的误差。

适用于在本公开的实践中使用的一种活性炭在名称名称

SA-1500、

WV-A 1500和/或

BAX 1500下可商购自

North Charleston,SC,USA。在某些实施方式中，适合的活性炭包括椰子活性炭和煤基活性炭。

在一个实施方式中，整料具有至少0.4g/cc的部件密度。例如，整料的部件密度可以为：约0.40g/cc至约2.00g/cc；约0.40g/cc至约1.50g/cc；约0.40g/cc至约1.25g/cc；约0.40g/cc至约1.00g/cc；约0.40g/cc至约0.80g/cc；约0.40g/cc至约0.75g/cc；约0.40g/cc至约0.65g/cc；约0.40g/cc至约0.55g/cc；约0.40g/cc,至约0.55g/cc；约0.50g/cc至约2.00g/cc；约0.50g/cc至约1.50g/cc；约0.50g/cc至约1.25g/cc；约0.50g/cc至约1.00g/cc；约0.50g/cc至约0.75g/cc；约0.60g/cc至约2.00g/cc；约0.60g/cc至约1.50g/cc；约0.60g/cc至约1.25g/cc；约0.60g/cc至约1.00g/cc；约0.70g/cc至约2.00g/cc；约0.70g/cc至约1.50g/cc；约0.70g/cc至约1.25g/cc；约0.70g/cc至约1.00g/cc；约1.00g/cc至约2.00g/cc；约1.00g/cc至约1.50g/cc；约1.00g/cc至约1.25g/cc；约1.25g/cc至约2.00g/cc；约1.25g/cc至约1.50g/cc；或约1.50g/cc至约2.00g/cc。在特定的实施方式中，部件密度为约0.40g/cc、约0.4g g/cc、约0.50g/cc、约0.55g/cc、约0.60g/cc、约0.65g/cc、约0.70g/cc、约0.75g/cc、约0.80g/cc、约0.85g/cc、约0.90g/cc、约0.95g/cc、约1.00g/cc、约1.05g/cc、约1.10g/cc、约10.15g/cc、约1.20g/cc、约1.25g/cc、约1.30g/cc、约1.35g/cc、约1.40g/cc、约1.40g/cc、约1.50g/cc、约1.55g/cc、约1.60g/cc、约1.65g/cc、约1.70g/cc、约1.75g/cc、约1.80g/cc、约1.85g/cc、约1.90g/cc、约1.95g/cc或约2.00g/cc。

部件密度可以通过本领域技术人员已知的任何方法确定。例如，可以通过由混合物制成圆柱形部件并在110℃下在烘箱中加热部件≥12小时并测量质量来确定部件密度。直径和长度用卡尺确定。将记录的质量除以计算的体积。在某些情况下，整料是原位形成的，例如成形的整料制品在尺寸上与容器内部尺寸一致。然后通过容器的内部容积和容器经过上述的去除水分的步骤(即在110℃下在烘箱中将具有材料的容器加热≥12小时)之后填充的混合物的重量来测量部件密度。

在某些实施方式中，整料具有40磅/GGE或更小的工作重量容量。例如，整料的工作重量容量为：约5至约40磅/GGE，约10至约40磅/GGE，约15至约40磅/GGE，约20至约40磅/GGE，约25至约40磅/GGE，约30至约40磅/GGE，约35至约40磅/GGE，小于约35磅/GGE，约5至约35磅/GGE，约10至约35磅/GGE，约15至约35磅/GGE，约20至约35磅/GGE，约25至约35磅/GGE，约30至约35磅/GGE，小于约30磅/GGE，约5至约30磅/GGE，约10至约30磅/GGE，约15至约30磅/GGE，约20至约30磅/GGE，约25至约30磅/GGE，小于约25磅/GGE，约5至约25磅/GGE，约10至约25磅/GGE，约15至约25磅/GGE，约20至约25磅/GGE，小于约20磅/GGE，约5至约20磅/GGE，约10至约20磅/GGE，约15至约20磅/GGE，小于约15磅/GGE，约5至约15磅/GGE，约10至约15磅/GGE，或约5至约10磅/GGE。在具体实施方式中，整料的工作重量容量为：约1磅/GGE，约2磅/GGE，约3磅/GGE，约4磅/GGE，约5磅/GGE，约6磅/GGE，约7磅/GGE，约8磅/GGE，约9磅/GGE，约10磅/GGE，约11磅/GGE，约12磅/GGE，约13磅/GGE，约14磅/GGE，约15磅/GGE，约16磅/GGE，约17磅/GGE，约18磅/GGE，约19磅/GGE，约20磅/GGE，约21磅/GGE，约22磅/GGE，约23磅/GGE，约24磅/GGE，约25磅/GGE，约26磅/GGE，约27磅/GGE，约28磅/GGE，约29磅/GGE，约30磅/GGE，约31磅/GGE，约32磅/GGE，约33磅/GGE，约34磅/GGE，约35磅/GGE，约36磅/GGE，约37磅/GGE，约38磅/GGE，约39磅/GGE，或约40磅/GGE。

重量容量和可逆存储(或“可逆容量”)在配有数字压力读出器、数字温度读出器和对至多达1000psig校准的压力传感器的4端口样品架系统上确定。将已知部件密度，特别是形成为紧密配合圆柱形样品架的样品装入预先称重的样品架中。内部热电偶位于每个样品架内部的中心，以在加压和减压期间监测和控制样品温度。将样品连接到测试设备，然后在300°F下在真空(24mmHg)下放气至少3小时。然后使样品冷却至室温并关闭真空。将样品架在关闭时断开并重新称重以获得样品重量。然后用探针气体(天然气或甲烷)将样品加压至期望的压力。这进行得足够慢以防止内部温度增加等于或大于10°F。当获得期望的压力时，关闭探针气体阀。随着内部温度降低，样品架内的压力降低。稍微打开探针气体阀以将压力增加回期望的范围。将其重复。当温度恒定且压力在10分钟的时间跨度内没有变化0.1％时，关闭样品架并重新称重以确定系统中的气体量。重新连接样品架并开始减压步骤。与样品内部温度相关的温度计用于确定减压的速度。样品的温度不应降低超过10°F。当压力为环境压力且温度处于预定的设定点时，重新称重样品架以确定释放的气体量。通过重量差来确定释放的气体的重量(单位：克)。通过将样品重量乘以部件密度来确定样品架中占据的体积。然后确定样品架中的自由空间(这是基于理论样品重量(样品架内部体积乘以部件密度)和实际样品重量之间的差来计算的)，随后通过求解理想气体定律方程PV＝znRT来计算占据自由空间的气体的量，n为气体摩尔量，其中z是压缩系数(甲烷在900psi下为0.87)，P是测试压力(atm)，V＝自由空间体积(立方厘米)，T是温度(K)且R是气体常数(82.05736cm³atm K^-1mol^-1)。从在900psig下储存的气体的总重量中减去自由空间中的气体重量和在0psig下保留在样品上的气体的重量。将该值除以样品的重量，以提供每克样品可逆储存的气体克数。使用先前引用的转换系数将可逆储存的气体克数转换为GGE(2567g-NG/GGE，等于5.66磅-NG/GGE)。并且将样品的质量从克转换成磅以得到重量容量，为磅-整料或-样品/GGE，或磅/GGE。用于测试吸收能力的压缩天然气共混物以添味的形式获自GasInnovations(La Porte TX；www.gasinnovations.com)，其中分析证书为94.5％甲烷，2.8％乙烷，0.3％丙烷，0.1％丁烷，<0.5％其它烃类(总量)，0.9％氮气，和0.9％CO₂。

在另外的实施方式中，整料具有小于35L/GGE的体积性能。例如，体积性能可以是：约15L/GGE至约35L/GGE，约17L/GGE至约35L/GGE，约19L/GGE至约35L/GGE，约21L/GGE至约35L/GGE，约23L/GGE至约35L/GGE，约25L/GGE至约35L/GGE，约27L/GGE至约35L/GGE，约29L/GGE至约35L/GGE，约31L/GGE至约35L/GGE，约33L/GGE至约35L/GGE，约15L/GGE至约32L/GGE，约17L/GGE至约32L/GGE，约19L/GGE至约32L/GGE，约21L/GGE至约32L/GGE，约23L/GGE至约32L/GGE，约25L/GGE至约32L/GGE，约27L/GGE至约32L/GGE，约29L/GGE至约32L/GGE，约15L/GGE至约29L/GGE，约17L/GGE至约29L/GGE，约19L/GGE至约29L/GGE，约21L/GGE至约29L/GGE，约23L/GGE至约29L/GGE，约25L/GGE至约29L/GGE，约15L/GGE至约26L/GGE，约17L/GGE至约26L/GGE，约19L/GGE至约26L/GGE，约21L/GGE至约26L/GGE，约23L/GGE至约26L/GGE，约15L/GGE至约23L/GGE，约17L/GGE至约23L/GGE，约19L/GGE至约23L/GGE，约15L/GGE至约20L/GGE，约17L/GGE至约20L/GGE，或约15L/GGE至约17L/GGE。在具体实施方式中，整料的体积性能为约35L/GGE，约34L/GGE，约33.5L/GGE，约33L/GGE，约32.5L/GGE，约32L/GGE，约31.5L/GGE，约31L/GGE，约30.5L/GGE，约30L/GGE，约29.5L/GGE，约29L/GGE，约28.5L/GGE，约28L/GGE，约27.5L/GGE，约27L/GGE，约26.5L/GGE，约26L/GGE，约25.5L/GGE，约25L/GGE，约24.5L/GGE，约24L/GGE，约23.5L/GGE，约23L/GGE，约22.5L/GGE，约22L/GGE，约21L/GGE，约20L/GGE，约19L/GGE，约18L/GGE，约17L/GGE，约16L/GGE，或约15L/GGE。

在本文描述的任何方面或实施方式中，本公开的吸附剂整料包含以至少90wt％的量存在(例如至少93wt％)的气体吸附材料(例如活性炭)和以<10wt％的量存在(例如约2.5wt％至约7wt％，约3wt％至约7wt％，≤7.5wt％，或≤7wt％)的本文描述的非水性粘合剂(例如聚四氟乙烯)，其中整料具有以下中的至少一种：≤40磅/GGE的工作重量容量(例如≤35磅/GGE，≤30磅/GGE，或≤28L/GGE)，≤35L/GGE的体积性能(例如≤32L/GGE或≤30L/GGE)，至少0.4g/cc的部件密度(例如约0.4g/cc至约0.75g/cc，约0.4g/cc至约0.65g/cc，或约0.4g.cc至约0.6g/cc)，尺寸在约

至约

范围内的孔的孔体积为至少0.5cc/g，或它们的组合。

本文描述的活性炭整料是高吸附性、形状特定设计的整料制品。与常规填充的吸附剂相比，本文描述的非水性粘合剂显著增加了吸附剂的填充密度。因此，本公开的多孔性气体吸附剂整料提供了显著改善的工作重量容量和体积容量。另外，使用形状特定的整料制品简化了气体存储系统的生产，因为气体吸附材料可以以整料形式处理。在一些实施方式中，可以在气态存储系统中预先形成混合材料，其可以可选地被干燥。例如，可以将混合的材料放入气态存储系统中，其中混合材料是压缩的。另外，可以加热压缩的混合材料。

根据另一方面，如图2所示，本公开提供了一种制造多孔气体吸附剂整料的方法60。该方法包括：混合气体吸附材料与如本文描述的非水性粘合剂62；和将混合物压缩或挤出为成形的结构64。可以通过本领域已知的或变为本领域已知的任何合适的方法混合该混合物。例如，混合器可以选自由研磨机、犁(plow)、搅拌器、捏合机、挤出机和针式混合器组成的组。在某些实施方式中，混合62进行至少约10分钟的时间(例如至少约15分钟，至少约20分钟，至少约25分钟，约10-45分钟，约10-35分钟，约10-25分钟，10-15分钟或更少)。该方法还可包括在压缩或挤出混合物之前干燥混合物。例如，该方法可以进一步包括在至少110℃的温度下干燥混合物。可以在压缩期间加热混合物。例如，该方法还可包括在至少约110℃的温度(例如约110℃至约400℃)下加热压缩的混合物64。在一个实施方式中，在气体储罐/系统中制成多孔性气体吸附剂整料。这将在下面进行更详细地讨论。

在其它实施方式中，在气体存储系统中形成多孔气体吸附剂整料。例如，制造多孔性气体吸附剂整料的方法可以包括：混合气体吸附材料和如本文描述的非水性粘合剂；将混合物放入气体储罐中；和压缩气体储罐中的混合物。在进一步的实施方式中，方法进一步包括加热在气体储罐中压缩的混合物。应当注意的是，方法的这些步骤的每个可以如本文关于与在气体存储系统/罐中制造多孔气体吸附剂整料不相关的方法描述的来进行。例如，可以通过本领域已知的或变为本领域已知的任何适合方法来混合混合物，包括混合器，其可以选自研磨机、犁、搅拌器、捏合机、挤出机和针式混合器组成的组。混合可以进行10-15分钟或更短。该方法可以进一步包含在压缩混合物之前干燥混合物。例如，混合可以进一步包括在至少110℃的温度下干燥混合物。然后可以将干燥的混合物置于气体存储系统/罐内，然后压缩成外部罐的反向形状。可以压缩期间在至少约110℃(即约110℃至约400℃)下加热混合物。

以上关于活性炭整料的实施方式描述了方法的气体吸附材料和非水性粘合剂的量和特征。

在本文描述的任何方面或实施方式中，在整料的生产中考虑了其它试剂(例如乳化剂，流变助剂，增稠剂，表面活性剂和分散助剂)。

分散助剂可以用于赋予更好的颗粒稳定性，以防止粘合剂-粘合剂聚结、碳-碳聚结和混合物结块。分散剂可以赋予粘合剂静电稳定性、空间稳定性和/或其它稳定性。分散剂可包括本领域公知的或已知的任何合适的分散剂。例如，合适的分散剂包括硬脂酸酯、聚乙二醇、单硬脂酸酯、二硬脂酸酯、聚羧酸、聚醚和嵌段共聚物。

增稠剂可以用于赋予混合物更大的流动性。在本文描述的任何方面或实施方式中，方法进一步包括向活性炭中添加增稠剂。增稠剂可以包括本领域已知或者变得已知的任何合适的增稠剂。例如，合适的增稠剂包括水溶性聚合物，如甲基纤维素、甲基纤维素醚和聚丙烯酸。

一种或多种流变剂可以用于调节预湿润的活性炭或混合物的流变性质。具体地，取决于成形方法，可能需要这样的调整。例如，挤出需要凝胶样的稠度。在某些实施方式中，方法还包括向混合物中加入增稠剂。如上，增稠剂可以包括本领域通常已知的或变得已知的任何合适的增稠剂，如上文描述的。

在某些实施方式中，方法还包括向混合物中添加稀释剂。稀释剂可以包括本领域通常已知的或变得已知的任何合适的稀释剂。例如，稀释剂可以是表面活性剂，如阴离子、阳离子和非离子表面活性剂。阴离子表面活性剂的实例包括但不限于羧酸盐、磷酸盐、磺酸盐、硫酸盐、磺基乙酸盐和这些盐的游离酸等。阳离子表面活性剂包括长链胺、二胺和多胺的盐，季铵盐，聚氧乙烯化的长链胺，长链烷基吡啶盐，羊毛脂季盐等。非离子表面活性剂包括长链烷基氧化胺，聚氧乙烯化烷基酚，聚氧乙烯化的直链和支链醇，烷氧基化的羊毛脂蜡，聚乙二醇酯，木质素硫酸盐衍生物，辛基酚，壬基酚，聚乙二醇单醚，十二烷基己二醇单醚，萘磺酸盐，磷酸三钠，十二烷基硫酸钠，月桂基硫酸钠等。所用表面活性剂的具体量可以变化，并且对于本领域普通技术人员而言是可辨别的。例如，在一个实施方式中，稀释剂以足以形成可挤出混合物的量存在于混合物中。

在本文描述的任何方面或实施方式中，压缩到模具或气体存储系统/罐中或者在加热或不加热混合物64的情况下挤出为成形结构，通过模具(即成形的结构)、气体存储系统/罐、或挤出形成为期望的形状。即，为了形成活性炭整料的期望的形状，混合物可以浇铸在模具中或置于气体存储罐/系统中。在具体实施方式中，施加到具有混合物的模具或气体存储罐/系统上的压力为至少1,250psi，至少1,500psi，至少3,000psi，至少5,000psi，至少7,500psi，至少10,000psi，至少12,500psi，至少15,000psi，至少30,000psi，或至少10,000psi。例如，施加在模具上的压力可以在以下范围内：约1,250psi至约60,000psi；约1,250psi至约40,000psi；约1,250psi至约35,000psi；约1,250psi至约30,000psi；约1,250psi至约25,000psi；约1,250psi至约20,000psi；约1,250psi至约15,000psi；约1,250psi至约10,000psi；约1,250psi至约7,500psi；约3,000psi至约60,000psi；约3,000psi至约40,000psi；约3,000psi至约35,000psi；约3,000psi至约30,000psi；约3,000至约25,000psi；约3,000psi至约20,000psi；约3,000psi至约15,000psi；约3,000psi至约10,000psi；约3,000psi至约7,500psi；约5,000psi至约60,000psi；约5,000psi至约40,000psi；约5,000psi至约35,000psi；约5,000psi至约30,000psi；约5,000psi至约25,000psi；约5,000psi至约20,000psi；约5,000psi至约15,000psi；约5,000psi至约10,000psi；约5,000psi至约7,500psi；约6,000psi至约60,000psi；约6,000psi至约40,000psi；约6,000psi至约35,000psi；约6,000psi至约30,000psi；约6,000psi至约25,000psi；约6,000psi至约20,000psi；约6,000psi至约15,000psi；约6,000psi至约10,000psi；约6,000psi至约7,500psi；约7,000psi至约60,000psi；约7,000psi至约40,000psi；约7,000psi至约35,000psi；约7,000psi至约30,000psi；约7,000psi至约25,000psi；约7,000psi至约20,000psi；约7,000psi至约15,000psi；约7,000psi至约10,000psi；约8,000psi至约60,000psi；约8,000psi至约40,000psi；约8,000psi至约35,000psi；约8,000psi至约30,000psi；约8,000psi至约25,000psi；约8,000psi至约20,000psi；约8,000psi至约15,000psi；约8,000psi至约10,000psi；约10,000psi至约60,000psi；约10,000psi至约40,000psi；约10,000psi至约35,000psi；约10,000psi至约30,000psi；约10,000psi至约25,000psi；约10,000psi至约20,000psi；约10,000psi至约15,000psi；约15,000psi至约60,000psi；约15,000psi至约40,000psi；约15,000psi至约35,000psi；约15,000psi至约30,000psi；约15,000psi至约25,000psi；约15,000psi至约20,000psi；约20,000psi至约60,000psi；约20,000psi至约40,000psi；约20,000psi至约35,000psi；约20,000psi至约30,000psi；约20,000psi至约25,000psi；’约25,000psi至约60,000psi；约25,000psi至约40,000psi；约25,000psi至约35,000psi；约25,000psi至约30,000psi；约30,000psi至约60,000psi；约30,000psi至约50,000psi；约30,000psi至约40,000psi；约30,000psi至约35,000psi；约35,000psi至约60,000psi；约35,000psi至约50,000psi；约35,000psi至约45,000psi；约35,000psi至约40,000psi；约40,000psi至约60,000psi；或约40,000psi至约45,000psi。在另一个实施方式中，用任何已知的和可商购的挤出机将混合物挤出成期望的形状。应当理解的是，活性炭整料可以形成为任何期望的形状，例如圆柱形、卵形棱柱、立方体、椭圆形棱柱、矩形棱柱、五角棱柱体等，或甚至是不规则的三维形状。

活性炭整料的宽度/直径(即如上描述的期望的形状，圆形、卵形、正方形、矩形、椭圆形、五边形、不规则形状等的宽度/直径)可以为至少1英寸，至少2英寸，至少3英寸，至少4英寸，至少5英寸，至少6英寸，至少7英寸，至少8英寸，或至少9英寸。例如，整料的宽度可以为约1英寸至约10英寸，约1英寸至约9英寸，约1英寸至约8英寸，约1英寸至约7英寸，约1英寸至约6英寸，约1英寸至约5英寸，约1英寸至约4英寸，约2英寸至约10英寸，约2英寸至约9英寸，约2英寸至约8英寸，约2英寸至约7英寸，约2英寸至约6英寸，约2英寸至约5英寸，约2英寸至约4英寸，约3英寸至约10英寸，约3英寸至约9英寸，约3英寸至约8英寸，约3英寸至约7英寸，约3英寸至约6英寸，约3英寸至约5英寸，约3英寸至约4英寸，约4英寸至约10英寸，约4英寸至约9英寸，约4英寸至约8英寸，约4英寸至约7英寸，约4英寸至约6英寸，约4英寸至约5英寸，约5英寸至约10英寸，约5英寸至约9英寸，约5英寸至约8英寸，约5英寸至约7英寸，约7英寸至约10英寸，或约7英寸至约9英寸。活性炭整料的厚度可以在以下范围内：约0.1英寸至约3英寸，约0.1英寸至约2.5英寸，约0.1英寸至约2.0英寸，约0.1英寸至约1.5英寸，约0.1英寸至约1.0英寸，约0.1英寸至约0.5英寸，约0.25英寸至约3英寸，约0.25英寸至约2.5英寸，约0.25英寸至约2.0英寸，约0.25英寸至约1.5英寸，约0.25英寸至约1.0英寸，约0.25英寸至约0.5英寸，约0.5英寸至约3英寸，约0.5英寸至约2.5英寸，约0.5英寸至约2.0英寸，约0.5英寸至约1.5英寸，约0.5英寸至约1.0英寸，约0.75英寸至约3英寸，约0.75英寸至约2.5英寸，约0.75英寸至约2.0英寸，约0.75英寸至约1.5英寸，约0.75英寸至约1.0英寸，约1英寸至约3英寸，约1英寸至约2.5英寸，约1英寸至约2.0英寸，约1英寸至约1.5英寸，约1.5英寸至约3英寸，约1.5英寸至约2.5英寸，约1.5英寸至约2.0英寸，约2英寸至约3英寸，约2英寸至约2.5英寸，或约2.5英寸至约3英寸。

在本文描述的任何方面或实施方式中，方法还包括在压缩或挤出混合物之前加热混合物。在一些实施方式中，在压缩或挤出之前，在以下范围内的温度下进行加热：约100℃至约300℃，100℃至约290℃，100℃至约280℃，100℃至约270℃，100℃至约260℃，100℃至约250℃，100℃至约240℃，100℃至约230℃，约100℃至约220℃，约100℃至约210℃，约100℃至约200℃，约100℃至约190℃，约100℃至约180℃，约100℃至约170℃，约100℃至约160℃，约100℃至约140℃，110℃至约300℃，110℃至约290℃，110℃至约280℃，110℃至约270℃，110℃至约260℃，约110℃至约250℃，110℃至约230℃，约110℃至约220℃，约110℃至约210℃，约110℃至约200℃，约110℃至约190℃，约110℃至约180℃，约110℃至约170℃，约110℃至约160℃，120℃至约300℃，120℃至约290℃，120℃至约280℃，120℃至约270℃，120℃至约260℃，约120℃至约250℃，120℃至约230℃，约120℃至约220℃，约120℃至约210℃，约120℃至约200℃，约120℃至约190℃，约120℃至约180℃，约120℃至约170℃，约120℃至约160℃，130℃至约300℃，130℃至约290℃，130℃至约280℃，130℃至约270℃，130℃至约260℃，约130℃至约250℃，130℃至约230℃，约130℃至约220℃，约130℃至约210℃，约130℃至约200℃，约130℃至约190℃，约130℃至约180℃，约130℃至约170℃，140℃至约300℃，140℃至约290℃，140℃至约280℃，140℃至约270℃，140℃至约260℃，约140℃至约250℃，约140℃至约230℃，约140℃至约220℃，约140℃至约210℃，约140℃至约200℃，约140℃至约190℃，约140℃至约180℃，约140℃至约170℃，150℃至约300℃，150℃至约290℃，150℃至约280℃，150℃至约270℃，150℃至约260℃，约150℃至约250℃，约150℃至约230℃，约150℃至约220℃，约150℃至约210℃，约150℃至约200℃，约150℃至约190℃，约150℃至约180℃，约150℃至约170℃，160℃至约300℃，160℃至约290℃，160℃至约280℃，160℃至约270℃，160℃至约260℃，约160℃至约250℃，约160℃至约230℃，约160℃至约220℃，约160℃至约210℃，约160℃至约200℃，约160℃至约190℃，约160℃至约180℃，180℃至约300℃，180℃至约290℃，180℃至约280℃，180℃至约270℃，180℃至约260℃，约180℃至约250℃，约180℃至约230℃，约180℃至约220℃，约180℃至约210℃，约180℃至约200℃，200℃至约300℃，200℃至约290℃，200℃至约280℃，200℃至约270℃，200℃至约260℃，约200℃至约250℃，约200℃至约230℃，230℃至约290℃，230℃至约280℃，230℃至约270℃，230℃至约260℃，约230℃至约250℃。在其它实施方式中，在压缩或挤出之前，在以下温度下干燥混合物：约100℃，约105℃，约110℃，约115℃，约120℃，约125℃，约130℃，约135℃，约140℃，约145℃，约150℃，约155℃，约160℃，约165℃，约170℃，约175℃，约180℃，约185℃，约190℃，约195℃，约200℃，约205℃，约210℃，约215℃，约220℃，约225℃，约230℃，约235℃，约240℃，约245℃，约250℃，约255℃，约260℃，约265℃，约270℃，约275℃，约280℃，约285℃，约290℃，约295℃，或约300℃。

在本文描述的任何方面或实施方式中，方法还包括加热成形的混合物64。在一些实施方式中，在以下范围内加热的同时形成混合物：约110℃至约270℃，约110℃至约250℃，110℃至约230℃，约110℃至约220℃，约110℃至约210℃，约110℃至约200℃，约110℃至约180℃，约110℃至约160℃，约120℃至约270℃，约120℃至约250℃，120℃至约230℃，约120℃至约220℃，约120℃至约210℃，约120℃至约200℃，约120℃至约180℃，约120℃至约160℃，约130℃至约270℃，约130℃至约250℃，130℃至约230℃，约130℃至约220℃，约130℃至约210℃，约130℃至约200℃，约130℃至约180℃，约140℃至约270℃，约140℃至约250℃，约140℃至约230℃，约140℃至约220℃，约140℃至约210℃，约140℃至约200℃，约140℃至约180℃，约150℃至约270℃，约150℃至约250℃，约150℃至约230℃，约150℃至约220℃，约150℃至约210℃，约150℃至约200℃，约150℃至约180℃，约160℃至约270℃，约160℃至约250℃，约160℃至约230℃，约160℃至约220℃，约160℃至约210℃，约160℃至约200℃，约160℃至约180℃，约180℃至约270℃，约180℃至约250℃，约180℃至约230℃，约180℃至约210℃，约200℃至约270℃，约200℃至约250℃，约200℃至约230℃，约220℃至约270℃，或约220℃至约250℃。在其它实施方式中，在温度下进行干燥：约110℃、约120℃、约125℃、约130℃、约135℃、约140℃、约145℃、约150℃、约155℃、约160℃、约165℃、约170℃、约175℃、约180℃、约185℃、约190℃、约195℃、约200℃、约205℃、约210℃、约215℃、约220℃、约225℃、约230℃、约240℃、约250℃、约260℃或约270℃。

根据本公开的另一方面，如图3所示，公开了本文描述的气体存储系统10。系统包含封套或容器20(即容器或罐)和本公开的微孔或纳米孔的整料碳质制品(即多孔气体吸附剂整料或活性炭整料)30，并且其包括例如气体吸附材料和本文描述的非水性粘合剂。在某些实施方式中，容器设置为承受至少1,000psi的压力。

在某些实施方式中，封套或容器限定了具有内部尺寸和内部体积的主体。在某些实施方式中，形成的吸附剂占封套或容器的内部体积的约80至约99.9％。例如，形成的吸附剂可以占封套或容器的内部体积的约70至约99％、约70至约95％、约70至约90％、约70至约85％、约70％至约80％、约75％至约99.9％、约75至约99％、约75至约95％、约75至约90％、约75至约85％、约80％至约99.9％、约80至约99％、约80至约95％、约80至约90％、约85％至约99.9％、约85至约99％、约85至约95％、约90％至约99.9％、约90至约99％、约90至约95％、约95％至约99.9％、约95至约99％。在某些实施方式中，容器为罐。

在本文描述的任何方面或实施方式中，容器20可以包括本领域通常已知的或变得已知的任何合适的容器。在具体实施方式中，容器20可以由适用于工作压力标定为高达约1,800psi的可重复使用的压力容器的任何材料制成。在一个实施方式中，压力容器标定的工作压力在约250psi至约1,800psi的范围内，更具体地，约450psi至约1,000psi。可替换地，压力容器可以标定为以下范围内的工作压力：约250psi至约1,800psi；约250psi至约1,700psi；约250psi至约1,600psi；约250psi至约1,500psi；约250psi至约1,400psi；约250psi至约1,300psi；约250psi至约1,200psi；约250psi至约1,100psi；约250psi至约1,000psi；约250psi至约900psi；约350psi至约1,800psi；约350psi至约1,700psi；约350psi至约1,600psi；约350psi至约1,500psi；约350psi至约1,400psi；约350psi至约1,300psi；约350psi至约1,200psi；约350psi至约1,100psi；约350psi至约1,000psi；约350psi至约900psi；约450psi至约1,800psi；约450psi至约1,700psi；约450psi至约1,600psi；约450psi至约1,500psi；约450psi至约1,400psi；约450psi至约1,300psi；约450psi至约1,200psi；约450psi至约1,100psi；约450psi至约1,000psi；约450psi至约900psi；约550psi至约1,800psi；约550psi至约1,700psi；约550psi至约1,600psi；约550psi至约1,500psi；约550psi至约1,400psi；约550psi至约1,300psi；约550psi至约1,200psi；约550psi至约1,100psi；约550psi至约1,000psi；或约550psi至约900psi。合适的容器材料的实例包括高强度铝合金(例如7000系列铝合金，其具有较高的屈服强度)、高强度低合金(HSLA)钢(例如铝7075-T6)以及塑料或低强度铝合金(例如C-环氧树脂，玻璃纤维-聚合物，强聚合物纤维如Kevlar、Zylon、钢丝、皮带、胶带、冶金涂层或任何类似的增强材料，铝6061-T6，长股或短切碳纤维包裹等，以及它们的任何组合)。

根据特定的实施方式，期望的多孔气体吸附剂整料30的形状是矩形棱柱、圆柱形或卵形形棱柱中的一种。然而，应当理解的是，取决于特定的用途，容器20和多孔性气体吸附剂整料30的形状和尺寸可以变化。另外，虽然未示出，应当理解的是，容器20可以配置有其它容器，以便多个容器20通过歧管或其它合适的机构进行流体(例如气体)连通。

多孔气体吸附剂整料30位于容器20内。如上讨论的，整料30至少能够可释放地保持天然气化合物(即可逆地储存或吸附和解吸气体分子，如天然气或甲烷)。在一些实例中，整料30还可以能够可逆地储存天然气中存在的其它组分，例如其它烃(例如乙烷、丙烷、己烷等)、氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮气和/或硫化氢。在其它实施方式中，整料30可以对一些天然气组分是惰性的并且能够可释放地保持其它天然气组分。

在本文描述的任何方面或实施方式中，系统10进一步包含能够给该系统装料和/或卸料的装置。在特定的实施方式中，装料和/或卸料装置是端口30。应当理解的是，装置可以是本领域公知的或已知的能够给系统装料和/或卸料的任何适合的装置。

实施例

具有非水性粘合剂的整料与具有水性粘合剂的整料的比较。检测三种类型整料对天然气的可逆体积容量和重量容量。数据示于表1和2中。具有水性粘合剂的整料具有约34至约48磅/GGE的重量容量和约25至约31L/GGE的体积容量。具有本文描述的非水性粘合剂的整料具有约24至约30磅/GGE的改善的工作重量容量和约23至约27L/GGE的体积容量。

表1.在整料实施例中使用的活性炭的具体孔隙度特征

表2.用多种类型的活性碳与水性粘合剂或如本文描述的非水性粘合剂制备的活性炭整料的重量容量和体积容量

*归一化为配方中碳的重量％，也就是说，NG孔体积分数是相对于起始成分碳中的NG孔体积，在无粘合剂的基础上得到的整料中碳的NG孔体积的量。

如此，与用水性粘合剂制备的整料相比，本公开的非水性粘合剂显示出提供具有优异的工作重量容量和体积容量的整料的能力。这归因于通过使用本公开的粘合剂，与比较粘合剂相比，最终整料中的成分吸附剂更好地保留了

的孔体积，如图4所示。

实施例1：用CMC粘合的碱活化的碳(碱活性炭，alkali activated carbon)。由于微孔范围(孔<2nm)内大量的孔体积，且更重要的是在本公开中确定的，在

范围内的孔体积的量，碱活化的炭被认为是天然气的优良吸附剂。在Simpson研磨混合机中，通过以期望的重量比(90wt％碳与10wt％羧甲基纤维素(CMC))将碱活化的基于木材的碳和CMC添加在一起，制备共混物。混合器继续将成分混合5分钟，随后以1.7:1的水与固体的比率加入水。加水后，混合器继续混合35分钟。通过在4英寸ID圆柱形模具中和以足以产生0.75英寸厚度的材料压缩模制由共混物形成整料，在40K psig和室温(约70°F)下进行。在排出后，将整料在低温(<80°F)下存储48小时以在干燥的同时使收缩最小化，随后放入预设为110℃的烘箱内，以蒸发整料中的剩余水分。使用外径为1.25英寸的孔锯从较大的4英寸整料挖出部件。归因于成分碳，该材料的性能表现出非常高的吸附容量和良好的(即低的)L/GGE体积容量。重量容量落在用相同粘合剂制成的示例性活性炭(即实施例6的SA-1500和实施例5的椰子壳活性炭)的重量容量之间。这可归因于粘合剂的类型、粘合剂的浓度和活性炭的密度，因此每GGE的可逆储存需要更大的整料质量。

实施例2：使用PTFE粘合的碱活化的碳。将碱活化的基于木材的碳与水稀释的60wt％PTFE水分散体混合为50wt％总水分的共混物，然后在Simpson试验研磨机(pilotmuller)中混合和剪切。粘合剂的量为相对于总固体5wt％浓度的PTFE。将研磨的共混物在110℃下干燥过夜，然后在室温想在70°F下在0.7”ID模具中在200psig下压缩模制。这一实施例展现出了比较例的最佳体积性能(最低的体积/GGE)。此外，观察到5重量百分比足以形成部件，与需要几倍更多的粘合剂以保持部件完整性的CMC或UHMWPE粘合剂不同。

实施例3：用

FG-81粘合的碱活化的碳。在Oster搅拌机中，将碱活化的炭与

FG-81混合3分钟，以产生相对于总固体10wt％的粘合剂混合物。配方中较少量的这种粘合剂严重损害了部件的完整性(数据未示出)。将混合的粉末加入到设定至230℃的3”ID预热模具中。将混合物保持5分钟，然后压至7000psig并保持恒压10分钟。然后将样品减压并在模具温度<150℃时释放。如表2所示，具有

的碱活化的炭的整料性能与使用PTFE粘合剂的性能非常相似，并且其体积容量较低，优于水性甲基纤维素粘合剂。

实施例4：用UHMWPE粘合的源自椰子壳的活性炭。源自椰子壳的活性炭用于许多应用中，并且是世界上商业上最广泛使用的活性炭。实施例中使用的椰子碳商购自CalgonCorporation。通过在Oster混合机中将椰子碳和UHMWPE(

Celanese Corporation)混合1分钟，产生具有15wt％粘合剂的共混物，制成实施例4。较低的粘合剂浓度不足以形成结构部件(数据未示出)。通过在232℃的温度下将共混物加入到预热的1.4英寸ID模具中并且保持30分钟，随后加压到15,000psig并保持1分钟，制成部件。当与本公开的实施例相比时，该部件的性能值显著较差。这是因为，期望的范围内孔体积的量较少，并且活性炭上的粘合剂效应显著损害了期望的孔体积。

实施例5：用CMC粘合的源自椰子壳的活性炭。通过实施例1中概述的方法将源自椰子壳的活性炭制成整料部件。CMC粘合的整料实施例5比实施例4(即用UHMWPE粘合的源自椰子壳的活性炭)具有更佳的体积性能。然而，两种椰子壳整料(即用CMC或UHMWPE粘合的)具有类似的重量性能。已知椰子碳是相对高密度的碳，实施例4和5的非常差的重量性能(高的磅/GGE)反映了这一点。

实施例6：用CMC粘合的

SA-1500。

SA-1500活性炭的特征在于在在大的微孔尺寸内具有大量的孔体积并且在

尺寸内具有较大量的介孔体积；显著大于用于天然气吸附的先前吸附剂的焦点，如上讨论的，其为

如实施例1中概述的形成整料，但是使用

SA-1500炭以及2wt％聚酯6旦尼尔x1/4英寸长的非粘合纤维(例如来自Fiber Innovation Technology,Inc.的

纤维，配方为88wt％碳、10wt％CMC、2wt％纤维)。聚酯纤维增加了该方法的复杂程度，旨在通过干燥和固化步骤改善整料内部水分的芯吸，并从而改善得到的整料制品的物理完整性。尽管在可逆天然气储存容量方面，实施例6的表现显著优于椰子碳实施例，但是其性能劣于碱活化的碳实施例或结合本文描述的非水性粘合剂与

的实施例。

实施例7：用UHMWPE粘合的

SA-1500活性炭。如实施例4概述的混合

SA-1500和UHMWPE(Celanese Corporation的

)以形成整料。UHMWPE显著降低了在期望的范围内的孔体积，这与观察到的较差的重量和体积性能直接相关。

实施例8：用PTFE粘合的

SA-1500活性炭。以19:1

SA-1500与聚四氟乙烯的比率(即5wt％PTFE)混合

SA-1500和60wt％的聚四氟乙烯分散体。如实施例2类似地添加水以共混材料，然后在托盘烘箱(设定至110℃)中干燥以蒸发水。将干燥的材料加入到预热至210℃的3英寸ID压缩模具中并保持5分钟，然后在7,000psi下加压并保持恒定压力10分钟。热量的使用增强了碳和粘合剂的压实，结合在期望的区域中孔体积的低阻塞，导致与CMC和UHMWPE相比具有更优异的体积性能。另外，较低量的粘合剂允许更多的吸附剂用于整料中。需要注意的是，在1L Parr不锈钢反应器中进行实施例8的天然气吸附性能测试。先前概述的用于确定天然气/甲烷吸附性能的步骤顺序保持不变，不同之处在于插入铝套管以更好地适应压力容器中的整料的直径。Parr的益处是更大的内部体积更接近实际燃料罐的内部体积，以及更大的样品量，这减小了对于整料外部尺寸外的空隙空间中天然气的PV＝znRT校正的幅度。

整料尺寸的尺寸和体积一致性

表3、图7和图8比较了用替代粘合剂配方制备的圆柱形整料的尺寸和体积一致性。如下解释的，在生产天然气储存整料的步骤中尺寸变化或体积变化很小，并且这些变化的可变性很小，这对于最大化燃料罐的存储性能是非常有价值的。

直径变化百分比dD是相对于最初成形时整料的直径，最初形成的直径(具体地，模具或挤出模头的内径)与在挤出或从模具中取出之后并且在任何随后的干燥或热处理之后测量的成品整料的直径的百分比差异。体积变化百分比dV是整料体积从其最初成形至任何干燥和热处理之后其最终状态的相对变化，并且推导为测量的dD值的立方效果。如此，表3中的dV值计算为100[(1+dD/100)³–1]。体积变化范围VCR为表3中每个粘合剂类型的最大与最小dV值之间的差(例如CMC粘合剂实例的VCR为5.6％，为-15.0％和-20.6％之间的差)，并且是使用特定粘合剂形成的整料的体积可变性的量度。

表3.用替代粘合剂配制时整料的尺寸和体积一致性的比较

本公开的实施例整料9-11：用PTFE粘合的

SA-1500。以与实施例8相同的方式，使用相同的粘合剂、相同的5wt％粘合剂含量和相同的3.00”内径的用于成形模具，制备PTFE-粘合的

SA-1500的圆柱形整料。

本公开的实施例整料12-14：

粘合的整料。以与实施例3相同的方式，使用相同的粘合剂、相同的10wt％粘合剂含量和3.00”内径模具用于成形，制备

粘合的活性炭的圆柱形整料。在制备实施例12中使用磷酸基于木材的碳“P”。分别用于实施例13和14的另一种磷酸活化的A和KOH活化的基于木材的碳是实验室制备的。PICA PW-2是一种商业级的基于椰子的碳，其可能是热活化的。

比较例15-23：用CMC粘合的基于木材的磷酸活化的碳。使用7HF级

CMC作为粘合剂和4.00”内径模具用于成形，制备CMC粘合的活性碳的圆柱形整料。用于制备整料的磷酸活化的基于木材的碳A至I是实验室制备的，具有不同的孔体积和孔径分布。用于整料的配方是85.5wt％活性碳、12.5wt％CMC和2wt％聚酯6旦尼尔x1/4英寸纤维(来自Fiber Innovation Technology,Inc.的

)。加工由以下组成：将干成分加入到试验Simpson研磨混合机中并且混合5分钟，随后加入水以将液体相对于固体的总浓度调节至1:1，然后再混合35分钟。通过该加工步骤，非粘合聚酯纤维成分改善了整料的完整性。

如图7和表3所示，与CMC粘合的比较例相比，使用PTFE和

粘合剂的本公开的实施例与其最初形成的尺寸的直径相比经历了更少的直径变化dD，并且变化的可变性更小。如图8所示，对于本公开的实施例，所得到的体积变化和体积变化范围要小得多。

对于为ANG燃料罐生产的吸附剂整料尤其希望较小值的体积变化范围，因为吸附剂的最大填充使罐的储存容量最大化，并且在制造过程中提供了各罐之间的更一致的吸附剂填充。也就是说，对于构建用于接收不大于设定目标尺寸的整料的罐，整料尺寸的较小变化性可使得该整料一致地形成具有与罐的设计目标更接近的尺寸，因此允许罐容纳更大且更一致装量的吸附剂，从而实现更大和更一致的燃料存储容量。此外，使用更接近于燃料罐容器内部尺寸的内部尺寸的整料，在使用过程中，整料填充物移动和降解的可能性较小，这对于乘用车是特别期望的，例如，碎裂的整料随时间会产生噪音和其它嘎嘎声。因此，与水性或溶解性粘合剂相比，通过具有如本文描述的基于机械粘合的粘合剂，除了对有用的吸附孔隙度的更少且更一致的维持以及除了适应大幅简化的过程之外，现在还可以在燃料罐中填充更大更可靠的吸附剂填充量。

具有示例性孔体积和可恢复NG储存的整料的其它实施例。表4和图9示出了本公开的进一步的实施例整料，其具有基于整粒体积的示例性的孔体积和可恢复或可逆的存储容量。

通过将可逆NG容量(g/100g-M)乘以10以从“每100g-M”转换为“每kg-M”，随后乘以整料密度(从kg/L得到g/L)，确定基于体积整料的可逆NG容量g/L-M。

表4.本公开的实施例整料基于整料体积的示例性孔体积和可恢复或可逆存储容量

本公开的实施例整料24-28：用PTFE粘合的基于木材的磷酸活化的碳。类似于实施例2制备实施例24-28。在制整料实施例中使用的磷酸活化的基于木材的碳K至O具有不同的孔体积和孔径分布。与这些实施例的整料形成相反，实施例8采用加热作为压缩步骤的一部分。

图9显示了在表4中这些替代粘合吸附剂的体积基础上，天然气的可逆储存性能随尺寸/直径为

的孔的孔体积增加而增加。本公开的实施例整料2、3和8看上去在性能方面有提升，其高于实施例24-28的趋势，也许是由于在加热下的压缩或采用的特殊KOH活化方法。不论超出对于实施例24-28测量的

的尺寸孔体积的一些实施例的增强的容量的驱动，显而易见的是，通过本文描述的方法容易地制备具有

尺寸的优异NG孔体积的整料制品，其具有大于约200cc/L-整料，并且具有大于约80g/L-整料(小于约32L-M/GGE)的可逆天然气容量。

另外的非水性粘合剂实施例。发现除上述实施例中使用的那些聚合物之外的替代聚合物，通过伴随剪切共混成分、干燥共混物和最终加热压缩该干燥共混物的简单方法，可以成功地粘合碳以产生良好形成的圆柱形整料。活性碳是商业级Nuchar^TMSA-1500。典型的程序是，在研钵中用杵将基于总固体约10wt％的聚合物与添加的水共混以使整个混合物的水分含量达到50wt％，在110℃下将混合物干燥过夜，然后在加热到比聚合物软化点高出10℃的活塞模具中压缩该干燥的混合物。

聚苯硫醚(PPS)。测试了Celanese

0205B4级聚苯硫醚粉末(8wt％水分)并且在功地形成为圆柱形整料。程序是将32.87g活性碳加入到研钵中，随后用移液管移入等份的稀释/分散于17.8g水中的2.67gFEP。用杵将混合物共混2分钟，然后干燥。将1”内径活塞模具加热至250℃。将等份的3.05g干燥材料加入模具中并且将模具加压到2500psig并且在250℃下保持5分钟。以约2.5℃/min将模具冷却到50℃。将模制的整料部件缓慢地减压并且小心的排出。产生了非常良好的部件。

聚酰亚胺。测试了Michelman HP1632级聚酰亚胺分散体(14.9wt％固体)并且成功地形成为圆柱形整料。程序是将16.34g活性碳加入到研钵中，随后通过移液管移入等份的用1.4g水稀释的8.95g聚酰亚胺。用杵将混合物共混90秒，然后干燥。将1”内径活塞模具加热至240℃。向模具中加入等份的5.16g干燥的材料并且停顿两分钟后，将模具加压到2500psig并且在250℃下保持5.75分钟。以约2.5℃/min将模具冷却到50℃。将模制的整料部件缓慢减压并小心地排出。产生了良好的部件。

聚酰胺(尼龙66)。测试了Michelman PA845H级聚酰胺分散体(29.3wt％固体)并且成分地形成为圆柱形整料。程序是将16.34g活性碳加入到研钵中，随后用移液管移入等份的用5.83g水稀释的4.56g聚酰胺。用杵将混合物共混90秒，然后干燥。将1”内径活塞模具加热至190℃。将等份的4.62g干燥材料加入到模具中并且停顿2分钟后将模具加压到2500psig并且在250℃下保持5分钟。以约2.5℃/min将模具冷却到50℃。将模制的整料部件缓慢减压并小心地排出。产生了非常良好的部件。替代的聚酰胺Michelman PA874级分散体(18.3wt％固体)产生了类似的优异的整料。在本实施例中，与用3.07g水稀释的7.28g分散体共混相同量的活性碳。待压缩的干燥混合物的量为3.39g。所有其它条件相同。

全氟烷氧基烷烃。测试了Chemours PFAD 335D级全氟烷氧基烷烃(PFA)分散体(60.75wt％固体)并且成功地形成为圆柱形整料。程序是将32.7g活性碳加入到研钵中，随后用移液管移入等份的用16.3g水稀释的4.39g PFA。用杵将混合物共混120秒，然后干燥。将1”内径活塞模具加热至190℃。将等份的3.23g干燥材料加入到模具中并且停顿两分钟后将模具加压到2500psig并且在190℃下保持5分钟。约2.5℃/分钟将模具冷却到50℃。将模制的整料部件缓慢地减压并且小心地排出。产生了良好的部件。

氟化乙烯丙烯。测试了Chemours FEPD 121级氟化乙烯丙烯分散体(8wt％水分)并且成功地形成为圆柱形整料。程序是将32.69g活性碳加入到研钵中，随后用移液管移入等份的稀释/分散于16.9g水中的4.62g FEP。用杵将混合物共混2分钟，然后干燥。将1”内径活塞模具加热至190℃。将等份的3.40g干燥材料加入模具中并且停顿两分钟后将模具加压到2500psig并且在190℃下保持5分钟。以约2.5℃/分钟将模具冷却到50℃。将模制的整料部件缓慢减压并小心地排出。产生了良好的部件。

本公开的轻质实施例整料

已将具有相对低表面积(例如通过N₂BET表面积测量的<1400m²/g)的“硬”碳用于制造粘合的整料块，因为这些碳易于适应已知的制造技术(例如WO 2017/031260)，这对于通常使用这些块的过滤应用是令人满意的。相比之下，面积为1400+m²/g的软碳无法经济地生产整料，但发现这些材料在天然气储存方面表现优异。

发现通过本公开的非水性粘合剂系统以及本公开的方法，在整料配方中仅使用软碳，可以容易地制造用于天然气存储的整料块。软碳的附加优点显著降低了燃料罐的整料填料的重量。图5显示在ANG燃料罐的等效GGE燃料容量方面和ANG罐的体积方面根据本公开成形的软碳的优异重量。使用车辆重量减小30磅提高燃料经济性1％的预估，显然，通过采用形成为低密度(每单位体积的质量低)整料的高表面积“软”碳，对于表5的实施例，在车辆范围内将储存的燃料的能量值显著提高1.8％至3.9％。因此，通过将颗粒吸附剂粉末密集地填充到整料中而具有天然气吸附容量价值的同时，这样做时，由于产生的整料质量较低而在可回收燃料气体之外的车辆范围内具有附加价值。

表5.在本公开的一组实施例内，采用低密度硬碳基整料用于ANG燃料罐，减轻了车辆重量并提高燃油经济性

多次补给燃料后可逆天然气容量的耐久性。ANG吸附剂的天然气储存性能的经常被忽视的一个因素是多次补给燃料循环后初始循环性能的耐久性，即反复加压和减压循环后可逆容量的损失。出乎意料地发现，该损失与吸附剂制品或整料的第一次循环保持性能相关，并且具体地涉及制品中

尺寸小微孔的含量，定量为每升制品或整料中

尺寸的孔的cc。因此，本公开的一些实施方式使用这些

尺寸的孔的含量较低的吸附剂。

表6具有根据本公开的实施例和比较例的密度、孔尺寸范围的孔体积、第一次天然气加压-减压测试的循环的体积保持性以及反复加压-减压测试的循环的可逆天然气容量的数据。表6提供了图10、11和12的数据。

表6.本公开的实施例和比较例的加压和减压的重复循环

通过与实施例6相同的制备程序，用热活化的基于椰子的碳，使用88wt％活性碳、10wt％CMC粘合剂和2wt％非粘合纤维的配方制备实施例29。

通过与实施例6相同的制备程序，用磷酸活化的基于木材的碳，使用90wt％活性碳、8wt％CMC和2wt％非粘合纤维的配方制备实施例30。

表7具有本公开的实施例整料的密度、孔尺寸范围的孔体积和天然气加压-减压测试的第一次循环的体积保持性的数据。表6和7提供了图13至16的数据。

表7.本公开的实施例整料的孔体积分布数据

如图10(基于g/L-整料可逆容量)和图11(与第一次循环可逆容量相比的累积损失百分比)所示，两个实施例均测试至20循环，在对于给定循环次数的可逆天然气储存容量水平方面，且尤其是在容量的持久性方面，实施例整料24优于比较例29。即，对于实施例24，前10次循环相对于第一次循环的容量损失小得多，并且在随后的10次循环中没有进一步的损失，这与比较例29在随后的循环中显著进一步的损失相反。

不受理论的束缚，认为可逆容量的损失是由于称为天然气的燃料混合物中通常存在的较高沸点组分和污染物的积累，其随后由于反复加压-减压而积聚在燃料储存吸附剂的孔隙中，从而损害可逆容量性能。另外认为，如吸附剂领域的技术人员可以容易地理解的，较小尺寸的孔将具有更大的吸附能量或强度。在此可以断言的是，其孔体积倾斜远离过小的孔的吸附剂将不易受到这种高沸点组分的积累，因此其可逆容量在反复补给燃料中更具耐久性。需要注意的是，本实施例中使用的测试气体类似于北美的天然气的典型分析，但是组成可以变化，其中具有较高沸点的组分的浓度显著高于甲烷(见北美能源标准委员会(North American Energy Standards Board)天然气规格表，www.naesb.org/pdf2/wgq_bps100605w2.pdf)。因此，显而易见的是，可逆容量的损失可能取决于天然气的组成，因此与不太耐用的吸附剂相比，更耐久的吸附剂将具有更可靠的燃料储存容量(其有用的可回收的储存容量不太可变地被燃料组成减少或受其影响)。

为了支持上述耐久性机制，图12显示了来自重复循环的可逆容量的较大损失与由其首次加压-减压循环测量的吸附剂整料的较大保持性性能的相关性。例如，前10次循环中可逆容量小于6％的损失与小于12g/L-整料的首次循环保持性相关。与首次循环保持性为17g/L-整料的实施例29从第10至20次循环的明显较差耐久性相比，实施例24从10至20次循环具有耐久的可逆容量并且在其首次循环具有约10g/L-整料的天然气保持性。

为了获得可逆容量的有利耐久性，如其中第一次循环的较低保持性的实施例所体现的，图13显示较低的小于

尺寸的孔的体积是期望的。例如，小于12g/L-整料的首次循环保持性与小于

孔的孔体积小于100cc/L-整料相关。如表6和图15所示，专注于

尺寸/直径和小于

尺寸/直径，而没有理解耐久性教导远离

尺寸的孔的较低微孔体积的益处，因此可逆容量较低，因为

尺寸的孔的体积较低的那些样品倾向于具有较低的

尺寸孔的体积。事实上，本公开关注较高的

尺寸孔的体积以提高可逆容量并未提供对优异耐久性的充分指导。例如，如图16所示，对于范围

尺寸孔体积的实施例，具有类似的200-277cc/L的

尺寸的孔的体积，尺寸

的孔一些显著高于100cc/L，而另一些显著低于100cc/L。

重要的是要注意到，尺寸大于

或甚至大于

的孔尽管可能对于通过凝聚的吸附相的可评估存储容量而言过大，仍可以对可逆容量(作为整料内组分吸附剂颗粒内部的气体加压-减压的体积)起到重要的贡献作用。如图14所示，归因于热和化学活化过程的化学和物理学，预计在

尺寸外的介孔范围(此处显示

尺寸范围)内较大尺寸的孔的体积增加，微孔体积(此处显示为小于

尺寸的孔)减小似乎是正常的。因此，通过在本公开一些实施方式中降低的小于

尺寸微孔的孔体积范围内操作，整料制品将从孔中内部压缩气体获得增强的可逆容量的益处，该孔被认为太大而不能产生凝聚相，超过了最大化

尺寸孔的体积所提供的可逆容量。根据图14，当小于

尺寸的微孔的体积在小于100cc/L-整料的范围内时，这些较大

尺寸介孔的体积大于50cc/L-整料。

总的来说，考虑到对由约

尺寸孔的孔体积增加提供的高天然气可逆容量的需求、对反复加压循环的耐久的可逆容量的需求和压缩气体储存孔的益处，本公开的吸附剂整料制品的孔体积分布包括以下中的至少一种：小于约

尺寸的孔的体积小于约100cc/L-M，约

尺寸的孔的体积大于200cc/L-M，约

尺寸的孔的体积大于约50cc/L-M，或它们的组合。此外，通过使约

和约

尺寸的孔体积最大化，对于粉末在制品中的给定密度包装，吸附剂整料的质量被最小化，由此提供了重量更轻的燃料储存介质的燃料经济性优势。

具体的实施方式：

根据一个方面，本公开提供了一种存储气体的方法。该方法包括：使气体与气体存储系统接触，该气体存储系统包括至少一种工作重量容量≤40磅/GGE和/或体积容量≤35L/GGE的多孔气体吸附剂整料。

在本文描述的任何方面和实施方式中，多孔气体吸附剂整料具有以下至少一种：小于约

尺寸的孔的体积<约100cc/L-M；约

尺寸的孔的体积>约200cc/L-M；约

尺寸的孔的体积>约50cc/L-M；至少0.4g/cc的部件密度；尺寸在约

至约

范围内的孔的孔体积≥0.5cc/g；或它们的组合。

在本文描述的任何方面和实施方式中，工作重量容量≤40磅/GGE。

在本文描述的任何方面和实施方式中，体积容量等于或小于30L/GGE。

在本文描述的任何方面和实施方式中，多孔气体吸附剂整料包含气体吸附材料和如本文描述的非水性粘合剂。

在本文描述的任何方面和实施方式中，非水性粘合剂是含氟聚合物、聚酰胺、聚酰亚胺、原纤化纤维素、高性能塑料、与含氟聚合物的共聚物、与聚酰胺的共聚物、与聚酰亚胺的共聚物、与高性能塑料的共聚物或它们的组合中的至少一种。

在本文描述的任何方面和实施方式中，含氟聚合物是聚(偏二氟乙烯)、聚四氟乙烯或它们的组合中的至少一种。

在本文描述的任何方面和实施方式中，聚酰胺是尼龙-6,6’、尼龙-6或它们的组合中的至少一种。

在本文描述的任何方面或实施方式中，高性能塑料是聚苯硫醚、聚酮或聚砜中的至少一种。

在本文描述的任何方面和实施方式中，以下中的至少一种：非水性粘合剂以不大于10wt％的量存在；气体吸附材料以至少90wt％的量存在；非水性粘合剂是约50wt％至约70wt％的粘合剂的分散体；或它们的组合。

在本文描述的任何方面和实施方式中，以下中的至少一种：非水性粘合剂以约2.5wt％至约7wt％的量存在；气体吸附材料以至少93wt％的量存在；非水性粘合剂是约55wt％至约65wt％粘合剂的的分散体；或它们的组合。

在本文描述的任何方面和实施方式中，气体吸附材料是活性碳、沸石、二氧化硅、金属有机框架、共价有机框架或它们的组合中的至少一种。

在本文描述的任何方面和实施方式中，活性碳源自木材、泥碳苔、椰子壳、煤、核桃壳、合成聚合物和/或天然聚合物。

在本文描述的任何方面和实施方式中,活性碳是热活化的、化学活化的或它们的组合。

根据另一方面，本公开提供了一种多孔气体吸附剂整料。该多孔气体吸附剂整料包含：气体吸附材料，其中多孔气体吸附剂整料的工作重量容量≤40磅/GGE和/或体积容量≤35L/GGE。

在本文描述的任何方面和实施方式中，气体吸附剂整料进一步包含本文描述的非水性粘合剂。

在本文描述的任何方面和实施方式中，含氟聚合物是选自由聚(偏二氟乙烯)和聚四氟乙烯组成的组的至少一种含氟聚合物。

在本文描述的任何方面和实施方式中，聚酰胺是选自由尼龙-6,6’和尼龙-6组成的组的至少一种聚酰胺。

在本文描述的任何方面和实施方式中，非水性粘合剂以不大于10wt％的量存在。

在本文描述的任何方面和实施方式中，气体吸附材料以至少90wt％的量存在。

在本文描述的任何方面和实施方式中，活性碳是热活化的、化学活化的或它们的组合。

在本文描述的任何方面和实施方式中，整料具有以下中的至少一种：≥0.4g/cc的部件密度；工作重量容量≤30磅/GGE；体积容量小于30L/GGE；气体吸附材料以至少93wt％的量存在；非水性粘合剂以约2.5wt％至约7wt％的量存在；非水性粘合剂是约50wt％至约70wt％的粘合剂的分散体；尺寸在约

至约

范围内的孔的孔体积≥0.5cc/g；或它们的组合。

在本文描述的任何方面和实施方式中，部件密度在约0.4g/cc至约0.75g/cc的范围内。

在本文描述的任何方面和实施方式中，部件密度在约0.4g/cc至约0.6g/cc的范围内。

在本文描述的任何方面和实施方式中，工作重量容量≤28磅/GGE。

根据进一步的方面，本公开提供了一种制造多孔气体吸附剂整料的方法。该方法包括：混合气体吸附材料和本文描述的非水性粘合剂；和将混合物压缩为成形的结构或将混合物挤出成形。

在本文描述的任何方面和实施方式中，方法进一步包含向压缩的混合物施加热量。

在本文描述的任何方面和实施方式中，整料具有以下中的至少一种：非水性粘合剂是含氟聚合物、聚酰胺、与含氟聚合物的共聚物、与聚酰胺的共聚物或它们的组合中的至少一种；或气体吸附材料是活性碳、沸石、二氧化硅、金属有机框架或它们的组合中的至少一种；或它们的组合。

在本文描述的任何方面和实施方式中，整料具有以下中的至少一种：部件密度≥0.4g/cc；工作重量容量≤40磅/GGE；体积容量≤35L/GGE；尺寸在约

至约

范围内的孔的孔体积>0.5cc/g；气体吸附材料以至少90wt％的量存在；非水性粘合剂以不大于10wt％的量存在；或它们的组合。

在本文描述的任何方面和实施方式中，整料具有以下中的至少一种：小于约

尺寸的孔的体积<约100cc/L-M；约

尺寸的孔的体积>约200cc/L-M；约

尺寸的孔的体积>约50cc/L-M；部件密度在约0.4g/cc至约0.75g/cc的范围内；工作重量容量为小于30磅/GGE；体积容量小于30L/GGE；气体吸附材料以至少93wt％的量存在；非水性粘合剂以约2.5wt％至约7wt％的量存在；非水性粘合剂是约50wt％至约70wt％的粘合剂的分散体；或它们的组合。

在本文描述的任何方面和实施方式中，压缩混合物包括施加至少1,250psi的压力。

在本文描述的任何方面和实施方式中，施加的压力大于1,500psi。

在本文描述的任何方面和实施方式中，成形的结构或挤出的形状是圆柱形、卵形棱柱、立方体、椭圆形棱柱、卵形棱柱或矩形棱柱。

根据又另一个方面，本公开提供了一种气体存储系统。该气体存储系统包括：容器；和设置于其中的多孔气体吸附剂整料，其中整料包含气体吸附材料，其中多孔气体吸附剂整料的工作重量容量≤40磅/GGE(例如≤28磅/GGE)和/或体积容量<35L/GGE(例如<30L/GGE)。

在本文描述的任何方面和实施方式中，整料进一步包含本文描述的非水性粘合剂。

在本文描述的任何方面和实施方式中，整料具有以下中的至少一种：气体吸附材料以至少90wt％的量存在；非水性粘合剂以不大于10wt％的量存在；非水性粘合剂是约50wt％至约70wt％的粘合剂的分散体；或它们的组合。

在本文描述的任何方面和实施方式中，整料具有以下中的至少一种：部件密度≥0.4g/cc；工作重量容量≤40磅/GGE；体积容量<35L/GGE；尺寸在约

至约

范围内的孔的孔体积≥0.5cc/g；气体吸附材料以至少93wt％的量存在；非水性粘合剂以不大于7wt％的量存在；非水性粘合剂是约55wt％至约65wt％的粘合剂的分散体；或它们的组合。

在本文描述的任何方面和实施方式中，容器配置为承受至少1,000psi。

在本文描述的任何方面和实施方式中，约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％或更多(包括其间的所有值和范围)的孔在

的范围内。

在本文描述的任何方面和实施方式中，大于50％、60％、70％、80％、90％、95％或更多(包括其间的所有值和范围)的孔在

的范围内。

在本文描述的任何方面和实施方式中，大于60％的孔在

的范围内。

在本文描述的任何方面和实施方式中，大于70％的孔在

的范围内。

在本文描述的任何方面和实施方式中，大于80％的孔在

的范围内。

在本文描述的任何方面和实施方式中，大于90％的孔在

的范围内。

在本文描述的任何方面和实施方式中，大于95％的孔在

的范围内。

的范围内。

的范围内。

在本文描述的任何方面和实施方式中，大于30％的孔在

的范围内。

在本文描述的任何方面和实施方式中，大于40％的孔在

的范围内。

在本文描述的任何方面和实施方式中，大于50％的孔在

的范围内。

在本文描述的任何方面和实施方式中，大于60％的孔在

的范围内。

在本文描述的任何方面和实施方式中，大于70％的孔在

的范围内。

在本文描述的任何方面和实施方式中，大于80％的孔在约

的范围内。

在本文描述的任何方面或实施方式中，本公开的整料具有以下中的至少一种：小于约

尺寸的孔的体积<约100cc/L-M；约

尺寸的孔的体积>约200cc/L-M；约

尺寸的孔的体积>约50cc/L-M；或它们的组合。

虽然本文已经示出和描述了本公开的优选实施方式，但应该理解的是，这些实施方式仅作为示例提供。在不脱离本公开的精神的情况下，本领域技术人员将想到许多变化、改变和替换。因此，所附权利要求旨在覆盖落入本发明的精神和范围内的所有这些变化。另外，系统可以包含用于给该系统装料和/或卸料的至少一种装置或者用于给该系统装料和/或卸料的多个装置。

在本申请中引用的所有参考文献、专利、待审专利申请和公开专利的内容在此明确并入作为参考。

本领域技术人员将认识到或者能够使用仅仅是常规实验来确定本文描述的本公开的具体实施方式的许多等同物。以下权利要求旨在涵盖此类等同物。应当理解的是，本文描述的详细实施例和实施方式仅作为实例给出，仅用于说明目的，决不认为是对本发明的限制。有鉴于此而会向本领域技术人员建议各种修改或改变，并且这些修改或改变包括在本申请的精神和范围内，并且被认为落在所附权利要求的范围内。例如，可以改变成分的相对量以优化期望的效果，可以添加附加成分，和/或类似的成分可以替代所描述成分的一种或多种。根据所附权利要求，与本公开的系统、方法和工艺相关联的其它有利特征和功能将是显而易见的。此外，本领域技术人员将认识到或者能够使用仅仅是常规实验来确定本公开的具体实施方式的许多等同物。以下权利要求旨在涵盖此类等同物。

Claims

1.一种多孔气体吸附剂整料，包含：

气体吸附材料；包括体积<100cc/L-M的小于

尺寸的孔，体积>200cc/L-M的

尺寸的孔，以及体积>50cc/L-M的

尺寸的孔，和≥0.4g/cc的部件密度；

其中所述多孔气体吸附剂整料的工作重量容量≤40磅/GGE和/或体积容量<35L/GGE。

2.根据权利要求1所述的多孔气体吸附剂整料，进一步包含非水性粘合剂。

3.根据权利要求2所述的多孔气体吸附剂整料，其中，所述非水性粘合剂是含氟聚合物、聚酰胺、聚酰亚胺、原纤化纤维素、高性能塑料、与含氟聚合物的共聚物、与聚酰胺的共聚物、与聚酰亚胺的共聚物、与高性能塑料的共聚物或它们的组合中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的多孔气体吸附剂整料，其中，所述含氟聚合物是选自由聚偏二氟乙烯、氟化乙烯丙烯、全氟烷氧基烷烃和聚四氟乙烯组成的组的至少一种含氟聚合物。

5.根据权利要求3所述的多孔气体吸附剂整料，其中，所述聚酰胺是选自由尼龙-6,6’、尼龙-6和尼龙-6,12组成的组的至少一种聚酰胺。

6.根据权利要求2所述的多孔气体吸附剂整料，其中，所述非水性粘合剂以不大于10wt％的量存在。

7.根据权利要求1所述的多孔气体吸附剂整料，其中，所述气体吸附材料以至少90wt％的量存在。

8.根据权利要求1所述的多孔气体吸附剂整料，其中，所述气体吸附材料是活性炭、沸石、二氧化硅、金属有机框架、共价有机框架或它们的组合中的至少一种。

9.根据权利要求8所述的多孔气体吸附剂整料，其中，所述活性炭源自木材、泥炭苔、椰子壳、煤炭、核桃壳、合成聚合物和/或天然聚合物。

10.根据权利要求8所述的多孔气体吸附剂整料，其中，所述活性炭是热活化的、化学活化的或它们的组合。

11.根据权利要求2所述的多孔气体吸附剂整料，其中，所述多孔气体吸附剂整料具有以下中的至少一种：

所述工作重量容量≤30磅/GGE；

所述体积容量<30L/GGE；

所述气体吸附材料以至少93wt％的量存在；

所述非水性粘合剂以2.5wt％至7wt％的量存在；

所述非水性粘合剂是50wt％至70wt％的所述非水性粘合剂的分散体；或

它们的组合。

12.根据权利要求11所述的多孔气体吸附剂整料，其中，所述部件密度在0.4g/cc至0.75g/cc的范围内。

13.根据权利要求1所述的多孔气体吸附剂整料，其中，所述部件密度在0.4g/cc至0.6g/cc的范围内。

14.根据权利要求1所述的多孔气体吸附剂整料，其中，所述工作重量容量<28磅/GGE。

15.一种制造权利要求2所述的多孔气体吸附剂整料的方法，所述方法包括：

混合气体吸附材料和非水性粘合剂；和

将混合物压缩为成形结构或者将混合物挤出为一形状。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括向压缩的所述混合物施加热量。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述多孔气体吸附剂整料具有以下中的至少一种：

所述非水性粘合剂是含氟聚合物、聚酰胺、聚酰亚胺、原纤化纤维素、高性能塑料、与含氟聚合物的共聚物、与聚酰胺的共聚物、与聚酰亚胺的共聚物、与高性能塑料的共聚物或它们的组合中的至少一种；或

所述气体吸附材料是活性炭、沸石、二氧化硅、金属有机框架、共价有机框架或它们的组合中的至少一种；

或它们的组合。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述多孔气体吸附剂整料具有以下中的至少一种：

工作重量容量≤40磅/GGE；

体积容量<35L/GGE；

所述气体吸附材料以至少90wt％的量存在；

所述非水性粘合剂以不大于10wt％的量存在；或

它们的组合。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述多孔气体吸附剂整料具有以下中的至少一种：

所述部件密度在0.4g/cc至0.75g/cc的范围内；

所述工作重量容量小于30磅/GGE；

所述体积容量<30L/GGE；

所述气体吸附材料以至少93wt％的量存在；

所述非水性粘合剂以2.5wt％至7wt％的量存在；

它们的组合。

20.根据权利要求15所述的方法，其中，压缩所述混合物包括施加至少1,250psi的压力。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，施加的所述压力大于1,500psi。

22.根据权利要求15所述的方法，其中，所述成形结构或挤出的形状为圆柱、卵形棱柱、椭圆形棱柱或矩形棱柱。

23.根据权利要求15所述的方法，其中，所述成形结构或挤出的形状为立方体。

24.一种气体存储系统，包括：

容器；和

设置于其中的权利要求1所述的多孔气体吸附剂整料。

25.根据权利要求24所述的气体存储系统，其中，所述多孔气体吸附剂整料进一步包含非水性粘合剂。

26.根据权利要求25所述的气体存储系统，其中，所述多孔气体吸附剂整料具有以下中的至少一种：

所述气体吸附材料是活性炭、沸石、二氧化硅、金属有机框架、共价有机框架或它们的组合中的至少一种；或

它们的组合。

27.根据权利要求25所述的气体存储系统，其中，所述多孔气体吸附剂整料具有以下中的至少一种：

所述气体吸附材料以至少90wt％的量存在；

所述非水性粘合剂以不大于10wt％的量存在；

它们的组合。

28.根据权利要求25所述的气体存储系统，其中，所述多孔气体吸附剂整料具有以下中的至少一种：

工作重量容量≤40磅/GGE；

体积容量<35L/GGE；

所述气体吸附材料以至少93wt％的量存在；

所述非水性粘合剂以不大于7wt％的量存在；

所述非水性粘合剂是55wt％至65wt％的所述非水性粘合剂的分散体；或

它们的组合。

29.根据权利要求24所述的气体存储系统，其中，所述容器配置为承受至少1,000psi的压力。

30.一种存储气体的方法，所述方法包括：

使所述气体与气体存储系统接触，所述气体存储系统包含至少一种权利要求1所述的多孔气体吸附剂整料。

31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述体积容量等于或小于30L/GGE。

32.根据权利要求30所述的方法，其中，所述多孔气体吸附剂整料包含气体吸附材料和非水性粘合剂。

33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述非水性粘合剂是含氟聚合物、聚酰胺、聚酰亚胺、原纤化纤维素、高性能塑料、与含氟聚合物的共聚物、与聚酰胺的共聚物、与聚酰亚胺的共聚物、与高性能塑料的共聚物或它们的组合中的至少一种。

34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述含氟聚合物是聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯、全氟烷氧基烷烃或它们的组合中的至少一种。

35.根据权利要求33所述的方法，其中，所述聚酰胺是尼龙-6,6’、尼龙-6、尼龙-6,12或它们的组合中的至少一种。

36.根据权利要求32所述的方法，其中，所述多孔气体吸附剂整料具有以下中的至少一种：

所述非水性粘合剂以不大于10wt％的量存在；

所述气体吸附材料以至少90wt％的量存在；

它们的组合。

37.根据权利要求32所述的方法，其中，所述多孔气体吸附剂整料具有以下中的至少一种：

所述非水性粘合剂以2.5wt％至7wt％的量存在；

所述气体吸附材料以至少93wt％的量存在；

它们的组合。

38.根据权利要求32所述的方法，其中，所述气体吸附材料是活性炭、沸石、二氧化硅、金属有机框架、共价有机框架或它们的组合中的至少一种。

39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述活性炭源自木材、泥炭苔、椰子壳、煤炭、核桃壳、合成聚合物和/或天然聚合物。

40.根据权利要求38所述的方法，其中，所述活性炭是热活化的、化学活化的或它们的组合。