CN110730686A - 用于高温吸附过程的加载吸着剂的纤维 - Google Patents

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Abstract

一种在聚合物基质中包含吸着剂颗粒(50wt％)的复合纤维，所述聚合物基质包含聚合物或聚合物的共混物，所述聚合物包含至少一种热塑性聚合物，所述挤出物通过热诱导的相分离或扩散诱导的相分离由所述热塑性聚合物、任选的溶剂和所述吸着剂颗粒的纺丝悬浮液产生。所述聚合物或聚合物的共混物能够经得起暴露于220℃或更高的温度，而不经历对所述吸着剂颗粒的吸着容量的显著不利影响。所述纤维展现出至少5％的断裂伸长率。

Description

用于高温吸附过程的加载吸着剂的纤维
背景技术
技术领域
本发明涉及用于气体分离的结构化吸附剂。
相关技术
吸附剂典型地成形为小珠粒(直径1-5mm)并且在从用于隔热窗户的干燥剂到氢气纯化的无数应用中找到广泛用途。然而，当前的吸附剂系统包括许多缺点。
传统的珠状吸附剂床的堆积密度受到珠粒的通常球形形状的限制。具体地，用相同直径的完美球体可实现的最大堆积密度为74％。实际上，在吸附剂珠粒床内存在直径分布。例如，最大直径与最小直径的比率可以为约2:1。另外，珠粒不一定是完美地球形的，这样使得经常实现仅高达65％的平均堆积密度。
因为当前的珠状吸附剂典型地使用脆性的基于粘土的粘合剂，如膨润土，所以它们不耐摩擦或冲击并且因此易于粉化。鉴于目前的珠状吸附剂典型地不耐摩擦和冲击，标准做法是将通过平均珠粒所见的气体速度限制在流化速度的80％与90％之间的任何值，这样使得避免流化和粉化。因为气体速度受到限制，因此在生产和减压步骤期间气体的流速类似受到限制。如果流速受到限制，则吸附剂床可以减压和再加压的速度也受到限制。对于大型PSA系统而言尤其如此。因此，常规的珠状吸附剂床的通过量受到限制。
磨损速度是常规吸附剂床的珠粒可经受而不展现出由于摩擦和冲击的磨损(即，粉化)的最大气体速度的指标。磨损速度与平均珠粒质量直接相关。随着珠粒质量增加，磨损速度增加。因此，增加珠状吸附剂床的通过量的一种方法是增加平均珠粒的质量，或者换句话说，增加珠粒的平均直径。然而，由于珠粒内气体传输的扩散限制，增加珠粒的质量或平均直径以较慢的动力学为代价。这是因为，随着珠粒的质量/直径增加，气体柱从珠粒的表面行进到珠粒内的可用吸附点的平均路径长度也将增加。
为了减轻上述缺点中的一些，有人提出使用结构化的吸附剂床。不同于珠状床的离散结构，结构化的吸附剂床的概念是形成刚性和/或固定的吸附剂床或连续吸附剂结构，以便消除与流化有关的问题。通过这样做，可以通过减小吸附剂结构的特征尺寸来改善动力学。作为举例，与构造成2mm珠粒的相似质量的吸附剂相比，仅0.1mm厚的负载的吸附剂层可以具有更好的动力学。
提出的一种类型的结构化的吸附剂床是通过将含吸附剂的层沉积到非吸收性基材(例如铝框架)上而形成的。如美国专利5,401,706中所述，可商购的干燥剂转轮是这种方法的主要实例。可替代地，US 8,133,308提出了负载的吸着剂纤维。具体地，包括吸附剂和乙酸纤维素的基质的薄层沉积在非吸着性空心纤维的外径周围。
尽管可以使用基材负载的吸附剂改善结构化的吸附剂床的动力学，但所述方法受制于若干缺点。第一个缺点是成本，因为涉及更多的制造步骤。第二个缺点是较低的有效吸附剂堆积密度，因为被载体/基材占据的空间没有显著参与吸附过程。
可替代地，已经提出了由吸附剂/聚合物的混合基质制成的吸附剂，以便提高堆积密度。例如，US 6,451,723披露了聚砜(PS)用于形成混合基质13X-PS吸附剂结构的用途。尽管对于床形成和处理的容易性以及对机械应力和热应力的耐性，聚合物粘结剂比脆性的基于粘土的(或类似的脆性粘合剂)更优选，但我们不知道任何基于热塑性聚合物粘结剂的吸附剂，这些吸附剂在需要高温活化和/或再生时完全令人满意。更具体地，许多常见的吸附剂可能需要远高于200℃的活化/再生温度。例如，5A和13X沸石以及活性氧化铝可能需要超过300℃的活化温度，基于锂的沸石可能需要超过400℃的活化温度，并且活性炭或碳分子筛(CMS)吸附剂可能需要超过甚至450℃的活化温度。
为了达到针对目标气体的满吸附容量，如此高的活化温度可能是必要的。例如，考虑到空气分离单元(ASU)前端纯化单元中的变温吸附(TSA)系统，可以使用13X沸石吸附剂在H2O去除之后且在纯化后的空气流送至过程的低温部分之前从空气中去除CO2。为了从13X沸石上解吸H2O分子，首先在约300℃的温度下进行吸附剂的现场活化。随后，假定沸石随后没有被水分子污染，则较低的再生温度足以解吸CO2分子，如正常TSA操作的一部分。在TSA内的吸附剂寿命期间，可以现场进行约300℃的定期再生，例如在停机后或在早期CO2突破后。
因此，为了利用聚合物粘合剂带来的所有益处，需要开发用于可忍受高温活化/再生的吸附剂-聚合物基质的新配制品。
发明内容
披露了一种柔性高温额定吸附纤维，其通过扩散驱动的相转化使用可溶性热塑性聚合物或可溶性热塑性聚合物的共混物产生，所述聚合物可经得起240℃或更高、优选250℃或更高、优选270℃或更高、优选300℃或更高、优选330℃或更高的重复数小时长(10hr+)的高温暴露。所述纤维包含至少50wt％的吸附剂。
还披露了一种用于基于吸着剂的流体分离的复合纤维，所述复合纤维中的每一种都在聚合物基质中包含吸着剂颗粒，其中：所述聚合物基质包含聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物；所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物包含至少一种热塑性聚合物；所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物能够经得起暴露于220℃或更高的温度，而对所述吸着剂颗粒的吸着容量没有显著不利影响；所述纤维展现出至少5％(优选至少7％、更优选至少10％并且甚至更优选至少15％)的断裂伸长率；所述纤维是通过温度诱导的相分离(TIPS)或扩散诱导的相转化(DIPS)从包含所述热塑性聚合物的聚合物纺丝悬浮液(dopesuspension)生产的，所述热塑性聚合物在DIPS的情况下任选地溶解在溶剂中，并且所述吸着剂颗粒在DIPS的情况下悬浮在所述溶剂中或者在TIPS的情况下悬浮在热塑性聚合物-在呈熔融状态时-中；所述吸着剂是吸附剂或吸收剂；并且所述吸着剂颗粒以至少50wt％的浓度存在于所述挤出物中。
还披露了一种用于活化以上披露的纤维中任一种的方法，所述方法包括将所述纤维加热至所述吸着剂的预定活化温度的步骤。
还披露了一种用于基于吸附的流体分离的吸附剂床，所述吸附剂床包括通过以上披露的活化方法活化的一种或多种纤维。
还披露了一种用于基于吸附的气体分离的方法，所述方法包括以下步骤：用一个或多个以上披露的吸附剂床分离至少包括第一种气体和第二种气体的进料气体以产生第一气体流和第二气体流，所述第一气体流与所述进料气体相比富含所述第一种气体，所述第二气体流与所述进料气体相比富含所述第二种气体，其中所述进料气体通过变压吸附、变压变温吸附(pressure-temperature swing adsorption)、变温吸附、真空变化吸附(vacuum swing adsorption)、真空变压吸附(vacuum-pressure swing adsorption)或变电吸附(electro swing adsorption)经由所述一个或多个吸附剂床分离。
任何一种或多种以上披露的纤维或方法可以包括以下方面中的一个或多个：
所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少220℃的维卡软化温度或热挠曲温度。
所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少240℃的维卡软化温度或热挠曲温度。
所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少250℃的维卡软化温度或热挠曲温度。
所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少270℃的维卡软化温度或热挠曲温度。
所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少300℃的维卡软化温度或热挠曲温度。
所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少330℃的维卡软化温度或热挠曲温度。
所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少360℃的维卡软化温度或热挠曲温度。
所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少400℃的维卡软化温度或热挠曲温度。
所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少220℃的玻璃化转变温度。
所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少240℃的玻璃化转变温度。
所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少250℃的玻璃化转变温度。
所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少260℃的玻璃化转变温度。
所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少270℃的玻璃化转变温度。
所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少300℃的玻璃化转变温度。
所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少330℃的玻璃化转变温度。
所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少360℃的玻璃化转变温度。
所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少400℃的玻璃化转变温度。
所述吸附剂选自由以下组成的组：沸石、活性炭、碳分子筛、活性氧化铝、硅胶、金属有机框架、和呈固体形式的胺。
所述热塑性聚合物选自由以下组成的组：聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、聚芳酰胺、梯型聚合物、聚苯并咪唑(PBI)、聚苯并噁唑(PBO)、和聚苯并噻唑(PBT)。
所述热塑性聚合物选自由以下组成的组：聚苯并咪唑、聚苯并噁唑和聚苯并噻唑。
所述聚合物纺丝悬浮液还包含一种或多种类型的交联剂，并且在通过扩散诱导的相分离形成之后，使所述聚合物基质与所述交联剂交联。
在通过扩散诱导的相分离形成之后，将所述纤维用一种或多种类型的交联剂浸渍，并使所述聚合物基质与所述交联剂交联。
所述聚合物纺丝悬浮液还包含一种或多种不溶于所述溶剂的聚合物。
所述可溶性热塑性聚合物和所述不溶性聚合物具有相同的分子式，但是所述不溶性聚合物具有较高的分子量或结晶度。
将一种或多种无机填料掺入所述聚合物基质中。
所述一种或多种无机填料选自碳纤维和玻璃纤维。
所述聚合物基质包含一种或多种聚芳酰胺及其衍生物。
所述聚合物基质包含选自MPD-I、MPD-IT、DAM-IT及其衍生物的一种或多种聚芳酰胺。
所述预定活化温度为至少220C。
所述预定活化温度为至少240C。
所述预定活化温度为至少250C。
所述预定活化温度为至少270C。
-所述纤维具有小于4mm的OD、优选小于2mm的OD、优选小于1mm的OD、优选小于750μm的OD、优选小于500μm的OD、优选小于300μm的OD、优选小于150μm的OD。
-如权利要求1所述的柔性高温额定吸附纤维在高于磨损速度下运行的吸附器中的用途
-所述柔性高温额定吸附纤维，其在低于所述聚合物基质的Tg的温度下被活化
-所述柔性高温额定吸附纤维，其在等于所述聚合物基质的Tg的温度下被活化
-所述柔性高温额定吸附纤维，其在高于所述聚合物基质的Tg的温度下被活化
-所述柔性高温额定吸附纤维，所述纤维在其最终的吸附器容器内被活化
-所述柔性高温额定吸附纤维，所述纤维在其最终的吸附器容器外被活化
-所述柔性高温额定吸附纤维，其可以具有圆形截面、椭圆形截面、星形截面等
-所述柔性高温额定吸附纤维，其可以是实心的-所述柔性高温额定吸附纤维，其可以是空心的-所述柔性高温额定吸附纤维，其含有一种或多种吸附剂，所述吸附剂包括沸石(例如A、Y、X、CaBaX、LSX(例如Li-LSX，Ca-LSX))、活性炭、碳分子筛、活性氧化铝、硅胶、MOF等
-所述柔性高温额定吸附纤维，其含有催化剂
-所述柔性高温额定吸附纤维，其中所述聚合物基质通过吸附有助于捕获目标气体(例如，聚合物基质的高表面积+聚合物表面与目标气体之间的亲和力)
-所述柔性高温额定吸附纤维，其中所述聚合物基质通过吸收有助于捕获目标气体(例如，目标气体在聚合物基质内的非零溶解度)
-所述柔性高温额定吸附纤维，其中所述聚合物基质比其他气态物种促进/有利于目标气体到吸附剂微粒的传输(例如疏水性聚合物基质排斥水蒸气)
-所述柔性高温额定吸附纤维，其在成型过程(即纺丝过程)期间或成型过程后用功能层(例如选择层，保护层)进行涂覆
-所述柔性高温额定吸附纤维，其使用刚性链型可溶性热塑性聚合物制备
-所述柔性高温额定吸附纤维，其使用梯链型可溶性热塑性聚合物制备-所述柔性高温额定吸附纤维，其使用仅一种可溶性聚合物制备
-所述柔性高温额定吸附纤维，其使用可溶性聚合物的共混物制备
-所述柔性高温额定吸附纤维，其用包含一种或多种可溶性聚合物以及一种或多种交联剂的聚合物纺丝液(polymer dope)制备
-所述柔性高温额定吸附纤维，其在成型/纺丝步骤后暴露于/浸渍有交联剂
-所述柔性高温额定吸附纤维，其使用可溶性和不溶性聚合物的共混物制备
-所述柔性高温额定吸附纤维，其使用同一聚合物的可溶性和不溶性细微差别的共混物制备
-所述柔性高温额定吸附纤维，其使用可溶性聚合物及其前体的共混物制备
-所述柔性高温额定吸附纤维，其使用不溶性聚合物及其可溶性前体的共混物制备
-所述柔性高温额定吸附纤维，其使用一种或多种聚合物前体制备
-所述柔性高温额定吸附纤维，其使用无机填料如碳纤维或玻璃纤维制备
-所述柔性高温额定吸附纤维，其含有聚芳酰胺或聚芳酰胺衍生物
-所述柔性高温额定吸附纤维，其用可溶性聚芳酰胺(例如，MPD-I、MPD-IT、DAM-IT)或聚芳酰胺衍生物制备
-所述柔性高温额定吸附纤维，其使用聚芳酰胺前体制备
-所述柔性高温额定吸附纤维，其含有聚醚酰亚胺(PEI)或任何PEI衍生物
-所述柔性高温额定吸附纤维，其用聚醚酰亚胺(PEI)或其衍生物中任一种制备
-所述柔性高温额定吸附纤维，其使用聚醚酰亚胺(PEI)前体或其衍生物的前体中任一种制备
-所述柔性高温额定吸附纤维，其含有聚酰胺-酰亚胺(PAI)或其衍生物中任一种
-所述柔性高温额定吸附纤维，其用聚酰胺-酰亚胺(PAI)或其衍生物中任一种制备
-所述柔性高温额定吸附纤维，其使用聚酰胺-酰亚胺(PAI)前体或其衍生物的前体中任一种制备
-所述柔性高温额定吸附纤维，其含有聚苯并咪唑(PBI)或其衍生物中任一种
-所述柔性高温额定吸附纤维，其使用聚苯并咪唑(PBI)或其衍生物中任一种
-所述柔性高温额定吸附纤维，其使用聚苯并咪唑(PBI)前体或其衍生物的前体中任一种制备
-所述柔性高温额定吸附纤维，其含有聚苯并噁唑(PBO)或其衍生物中任一种
-所述柔性高温额定吸附纤维，其用聚苯并噁唑(PBO)或其衍生物中任一种制备
-所述柔性高温额定吸附纤维，其使用聚苯并噁唑(PBO)前体或其衍生物的前体中任一种制备
-所述柔性高温额定吸附纤维，其含有聚苯并噻唑(PBT)或其衍生物中任一种
-所述柔性高温额定吸附纤维，其用聚苯并噻唑(PBT)或其衍生物中任一种制备
-所述柔性高温额定吸附纤维，其使用聚苯并噻唑(PBT)前体或其衍生物的前体中任一种制备
-所述柔性高温额定吸附纤维，其使用交联剂制备
-所述柔性高温额定吸附纤维，其通过在吸附剂活化步骤期间使所述纤维经受交联反应而制备
-所述柔性高温额定吸附纤维，其通过以下方式制备：
通过在溶剂体系中混合可溶性聚合物来形成聚合物纺丝液
将所得的聚合物纺丝液与吸附剂粉末共混
使所得的吸附剂-聚合物纺丝液脱气
通过喷丝头或模头挤出所述吸附剂-聚合物纺丝液
在凝结剂浴中使所挤出的纤维凝结以便去除聚合物溶剂并固化基质吸附剂-聚合物
进一步提取凝结后仍然存在的任何剩下的溶剂
使所述高温额定吸附纤维经受高温活化步骤(例如240℃+、250℃+、270℃+等)
-所述柔性高温额定吸附纤维，其通过以下方式制备：
通过在溶剂体系中混合可溶性聚合物来形成聚合物纺丝液
将所得的聚合物纺丝液与吸附剂粉末共混
使所得的吸附剂-聚合物纺丝液脱气
通过喷丝头或模头挤出所述吸附剂-聚合物纺丝液
在凝结剂浴中使所挤出的纤维凝结以便去除聚合物溶剂并固化基质吸附剂-聚合物
使所形成的柔性纤维暴露于含有交联剂的第二溶剂体系
洗涤所述纤维
使所述高温额定吸附纤维经受高温活化步骤(例如240℃+、250℃+、270℃+等)
-所述柔性高温额定吸附纤维，其通过以下方式制备：
通过在溶剂体系中混合可溶性聚合物来形成聚合物纺丝液
将所得的聚合物纺丝液与吸附剂粉末共混
使所得的吸附剂-聚合物纺丝液脱气
通过喷丝头或模头挤出所述吸附剂-聚合物纺丝液
在凝结剂浴中使所挤出的纤维凝结以便去除聚合物溶剂并固化基质吸附剂-聚合物
使所形成的纤维暴露于含有一种或多种聚合物前体的第二溶剂体系
用所挤出的纤维和所述聚合物前体都不溶于其中的溶剂洗涤所述纤维
使所述高温额定吸附纤维经受高温活化步骤(例如240℃+、250℃+、270℃+等)
-所述柔性高温额定吸附纤维通过以下方式制备：
通过在含有特定盐的溶剂体系中混合可溶性聚合物形成聚合物纺丝液，以便通过离子交换使沸石吸附剂转化/变性
将所得的聚合物纺丝液与沸石粉末共混
使所得的吸附剂-聚合物纺丝液脱气
通过喷丝头或模头挤出所述吸附剂-聚合物纺丝液
在凝结剂浴中使所挤出的纤维凝结以便去除聚合物溶剂并固化基质吸附剂-聚合物
进一步提取凝结后仍然存在的任何剩下的溶剂
使所述高温额定吸附纤维经受高温活化步骤(例如240℃+、250℃+、270℃+等)
-所述柔性高温额定吸附纤维通过以下方式制备：
通过在不含盐的溶剂体系中混合可溶性聚合物来形成聚合物纺丝液
将所得的聚合物纺丝液与沸石粉末共混
使所得的吸附剂-聚合物纺丝液脱气
通过喷丝头或模头挤出所述吸附剂-聚合物纺丝液
在凝结剂浴中使所挤出的纤维凝结以便去除聚合物溶剂并固化基质吸附剂-聚合物
进一步提取凝结后仍然存在的任何剩下的溶剂
在带有特定离子物种的水溶液(或非水溶液)中将所得的纤维洗涤多次以便通过离子交换使沸石转化/变性
使所述高温额定吸附纤维经受高温活化步骤(例如240℃+、250℃+、270℃+等)
-一种用于制造增强的柔性高温额定吸附纤维的方法，所述方法包括
通过在溶剂体系中混合可溶性聚合物(例如在NMP中混合MPD-IT)来形成聚合物纺丝液
在同一或不同的溶剂体系中溶胀不溶性聚合物纤维和/或原纤维(例如，MPD-I或PPD-T原纤维)
将经溶胀的不溶性纤维/原纤维与聚合物纺丝液共混以便形成均匀的复合纺丝液
同时或顺序地将所得的复合聚合物纺丝液与吸附剂粉末共混
使所得的吸附剂-聚合物纺丝液脱气
通过喷丝头或模头挤出所述吸附剂-聚合物纺丝液
在凝结剂浴中使所述吸附纤维凝结以便去除聚合物溶剂并固化基质吸附剂-聚合物
进一步提取凝结后仍然存在的任何剩下的溶剂
-使所述吸附纤维经受高温活化步骤(例如240℃+、250℃+、270℃+等)
-所述柔性高温额定吸附纤维，其适用于低温/冷操作
-所述柔性高温额定吸附纤维在低温/冷操作中的用途
-所述柔性高温额定吸附纤维在吸附布和/或吸附织物内的用途
-所述柔性高温额定吸附纤维在轴流吸附器(或吸附剂床)中的用途
-所述柔性高温额定吸附纤维在径流吸附器(或吸附剂床)中的用途
-所述柔性高温额定吸附纤维在以下任何吸附过程内的用途：PSA、PTSA、TSA、VSA、VPSA、ESA、RCPSA、RCTSA等
-所述柔性高温额定吸附纤维用于气体分离的用途，包括：
用于H2纯化的PSA(例如SMR)
用于从N2中去除CO2的PSA
用于从CH4中去除CO2的PSA
用于空气除湿和除二氧化碳的TSA(例如ASU)
用于从空气中捕获N2的PSA、VSA、VPSA(例如，O2生产)
-所述柔性高温额定吸附纤维用于在液相(或任何其他冷凝相)中分离的用途
-所述柔性高温额定吸附纤维用于蒸气分离的用途
-所述柔性高温额定吸附纤维用于固定应用的用途
-所述柔性高温额定吸附纤维用于移动应用的用途(例如OBOGS)
-使用与所述柔性高温额定吸附纤维的配制品相同的配制品的任何其他类型的柔性高温额定吸附结构
柔性平板
柔性波纹板
柔性蜂窝
附图说明
为了进一步理解本发明的本质和目的，应结合附图来参考以下详细说明，在附图中相似元件给予相同或类似的参考号，并且其中：
图1是根据实例1生产的纤维的CO2等温线对比商业珠粒的CO2等温线的图。
图2是根据实例2生产的纤维的CO2等温线对比活化温度的图。
具体实施方式
我们提出了用于基于吸着剂的流体分离(即，基于吸附或基于吸收)的实心纤维，所述纤维由聚合物基质中的吸着剂颗粒制成，所述吸着剂颗粒是通过扩散诱导的相转化或热诱导的相转化制成的，其中所述基质的一种或多种聚合物展现出至少5％的断裂伸长率。所述纤维适用于基于吸附的流体分离过程的相对高的温度的活化和/或再生。更具体地，聚合物基质包含聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物并且可经得起暴露于220℃或更高的活化或再生温度，而对吸着剂颗粒的吸着(例如吸附)容量没有显著不利影响(下文“热暴露特性”)。所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物的“热暴露特性”定义为具有至少220℃的维卡软化温度(Ts)、热挠曲温度(HDT)、和/或玻璃化转变温度(Tg)。典型地，Tg、HDT和/或Ts都高于吸着剂的活化和再生温度。甚至更典型地，这些特性中的一种或多种比吸着剂的活化和再生温度高至少10℃或甚至至少20℃。所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物典型地经得起至少220℃的活化温度而不显著劣化吸着剂颗粒的吸着容量持续至少1小时、至少5小时或甚至高达10小时(或更长)的时间段。活化后，典型地，吸着剂(例如吸附剂)颗粒保留了至少95％的吸着(例如吸附)容量。
聚合物的Ts可以根据ASTM D 1525中概述的测试程序确定。ASTM D 1525要求测量平头针刺入被加热的聚合物的一部分(以受控方式)至指定深度的温度。
聚合物的Tg是以下的温度，高于所述温度聚合物呈橡胶态并且低于所述温度聚合物呈其玻璃态。本领域普通技术人员将清楚地认识到，Tg可以通过使用差示扫描热量计的差示扫描量热法(DSC)来确定。
本领域普通技术人员将清楚地认识到，聚合物的断裂伸长率可以通过测量在拉伸其之前的经受测试的材料部分的长度、测量在拉伸之后的所述部分的长度并计算后者与前者的比率来确定。
聚合物的HDT可以根据ASTM D648中概述的测试程序确定。ASTM D648要求在测试期间施加0.45MPa或1.8MPa的外部纤维应力和控制的温度升高直到发生给定量的挠曲。
所述配制品可以包含一种或多种满足必要的热暴露特性的聚合物粘合剂(单独地或作为整体)。本领域普通技术人员将认识到，所述配制品可包含两种或更多种聚合物粘合剂，其中少于全部的聚合物粘合剂具有必要的热暴露特性，并且一种或多种其他粘合剂不具有必要的热暴露特性，但聚合物粘合剂的共混物整体上满足必要的热暴露特性。对于那些不具有必要的热暴露特性的聚合物粘合剂，由于除了适合于相对高的温度的活化和/或再生之外的原因，可以将所述聚合物粘合剂包含在所述配制品中。例如，由于它们的拉伸强度或成孔特性而可以包含它们。
满足必要的热暴露特性的粘合剂或粘合剂的共混物是热塑性的。热塑性材料是以下树脂，所述树脂在加热时可逆地变成塑料并且在冷却时变硬。这些材料可以不同于热固性材料，所述热固性材料是在加热时不可逆地交联的树脂。
满足必要的热暴露特性的热塑性粘合剂或热塑性粘合剂的共混物使其对于在由新颖的配制品制成的实心纤维的形成中使用是非常令人满意的。更具体地，它们展现出令人满意的高断裂伸长率，使得所形成的纤维在相转化后能够被加工和处理而不断裂。由含有吸着剂(例如吸附剂)和聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物的配制品制成的实心纤维汇合点将在相转化后在加工和处理期间容易地断裂，所述聚合物粘合剂具有相对高的Ts但是断裂伸长率小于5％。典型地，本发明的热塑性粘合剂或热塑性粘合剂的共混物展现出不小于7％的断裂伸长率，并且典型地展现出10％-15％的断裂伸长率。
因为它们至少部分地由热塑性粘合剂制成，所以新颖的纤维对于用于以相对快速的循环时间、相对大的吸附剂床和/或相对高的待处理气体流速运行的吸附过程是非常令人满意的。这是因为热塑性粘合剂的磨损速度远高于由相对脆性的非聚合物粘合剂(如膨润土)制成的常规珠状吸附剂的磨损速度。更重要的是，新颖的纤维适用于相对高的温度的活化和/或再生
可用于形成纤维的相转化方法包括扩散诱导的相分离(DIPS)和温度诱导的相分离(TIPS)。
对于通过DIPS制造的纤维，将选择的聚合物粘合剂溶解在合适的溶剂中。合适的溶剂包括至少98wt％的所述聚合物粘合剂溶解在其中的那些。取决于所选择的聚合物粘合剂并且不限制本发明的范围，特定的溶剂包括非极性溶剂、极性质子溶剂以及极性非质子溶剂。后者包括N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)和N,N-二甲基亚砜(DMSO)、及其组合。溶剂还可以包括一定量的非溶剂(即，不溶解所述聚合物粘合剂的非溶剂)，但是所述非溶剂是与所述溶剂可混溶的，以便产生接近双节的单相。所述聚合物粘合剂和溶剂的组合物在下文中称为聚合物纺丝悬浮液。
所述纺丝悬浮液可包括添加至溶剂中的一种或多种盐以便促进聚合物溶解，例如CaCl2或LiCl。还应根据所用吸附剂的性质选择溶剂和盐的组合。例如，可能希望的是在某些沸石中不包含盐，以便防止将最终使沸石变性或转化的任何离子交换过程。在另一方面，可以添加盐以便在吸附剂纺丝液(由聚合物粘合剂、溶剂、任选的盐、吸附剂和任选的填料构成)中时通过离子交换有意地转化沸石。可替代地，可以不将盐有意地添加到纺丝悬浮液中，但是可以在形成后使形成的复合吸附纤维经受进一步处理，例如离子交换，以便获得目标吸附特性。此类离子交换过程是众所周知的，并且由于所用聚合物的化学惰性可以将其应用于形成的纤维而不显著改性。
所述纺丝悬浮液可包含一种或多种有机填料和/或一种或多种无机填料。例如，吸附剂纺丝液可以包括填料，所述填料包括由热塑性聚合物制成的干纺原纤维。通过干纺制成的原纤维固有地展现出高的结晶度。通过包含此类高结晶度的原纤维，可以改善本发明纤维的柔性。一种类型的无机填料包括相对短的碳纤维，例如5-20μm长，其量最高达20wt％，以便提高吸着剂挤出物的机械特性。另一种填料是玻璃纤维。有机填料可以是可溶于或不溶于聚合物纺丝液的溶剂中的聚合物。所述不溶性聚合物填料包括但不限于由热塑性聚合物制成的干纺原纤维。不溶性聚合物填料的实例包括聚(对位芳酰胺)浆料或原纤维(例如长度为500-1,000μm的由Kevlar型953制成的纤维)。将不溶性聚(对位芳酰胺)包含到溶解的聚(间位芳酰胺)中可以使聚(对位芳酰胺)溶胀并且从而有助于将聚(间位芳酰胺)和聚(对位芳酰胺)聚合物链在彼此内锁定/缠结，同时改善了吸着剂挤出物的机械特性。为了增强将不溶性聚合物填料与聚合物纺丝液的可溶性热塑性聚合物共混的相容性，所述不溶性聚合物填料典型地与聚合物纺丝液中溶解的热塑性聚合物属于同一个一般的聚合物类别。所述不溶性聚合物填料可与聚合物纺丝液的可溶性热塑性聚合物相同，但是具有比所述可溶性热塑性聚合物的分子量更高的分子量或具有比所述可溶性热塑性聚合物的结晶度更高的结晶度。例如，可以用刚性链聚合物例如在通过干纺生产的MPD-I纤维中实现高的结晶度。
所述纺丝悬浮液可包括交联剂和交联促进剂以便使聚合物粘合剂交联并由此提高所得纤维的机械强度和/或耐化学性。在此种情况下，交联反应在挤出纤维之后进行。本领域普通技术人员将认识到，空心纤维膜领域中已知的任何交联剂均可用于本发明。交联促进剂的具体实例包括金属氧化物和单质硫、低聚硫或聚合硫。可替代地，吸附剂纺丝液可包括交联促进剂但不包括交联剂。在此种情况下，可以通过用包含交联剂的组合物涂覆挤出的纤维并且随后使其交联来使所述挤出的纤维暴露于相应的交联剂。
不管所述聚合物粘合剂如何交联，在特定的实施例中，交联可以在相对低分子量的聚合物粘合剂上进行，而不是在具有用于形成用于气体分离膜的空心纤维的分子量的更典型的分子量的聚合物粘合剂上进行。以这种方式，可以使此种低分子量聚合物粘合剂的链段交联以便产生交联的聚合物粘合剂，其总分子量大体上近似于由用于形成用于气体分离膜的空心纤维的聚合物粘合剂典型展现出的分子量。
上面的此具体实施例，其中固化的吸着纤维中的热塑性粘合剂与交联剂和交联促进剂交联，可以与包括非交联的热固性聚合物的固化的吸附剂珠粒区分开。在此类吸附剂/热固性聚合物基质珠粒中的吸附剂的相对高的温度的活化和/或再生期间，将预期热固性聚合物在暴露于此类相对高温度下交联。本领域普通技术人员将认识到，此类吸附剂/热固性聚合物基质吸附剂珠粒的床的结构和预期的气体分离性能将不可逆地改变。因此，这样的技术人员不会有任何以下预期：此类床可以成功地用于预定的流体分离。
在聚合物纺丝液中包含已经聚合的聚合物粘合剂(展现出必要的热暴露特性)的替代方案中，纺丝悬浮液可以包含所述聚合物粘合剂的前体(其中此种聚合物粘合剂在由所述前体聚合时将展现出必要的热暴露特性)并且预定的聚合物粘合剂在相转化期间或之后由相应的聚合物前体聚合。
在另一替代方案中，代替具有用于形成用于气体分离膜的空心纤维的分子量的更典型的分子量的聚合物粘合剂(展现出必要的热暴露特性)，所述纺丝悬浮液可包含相对低分子量的聚合物粘合剂并且通过加热(例如在挤出物的活化期间)(这促进热环化反应)增加其分子量。
一些聚合物可以展现出令人满意的Ts、维卡软化温度或Tg，但是在纺丝悬浮液中使用的溶剂中具有差的溶解度。例如，它们可能需要危险的溶剂或鉴于环境法规而难以管理的溶剂，或者它们可能是不溶的或仅溶解到不令人满意的程度，并阻止通过相转化的纤维形成。上面刚描述的三个替代方案提供了此问题的解决方案。这是因为聚合物前体或相对低重量的聚合物更有可能在典型用于通过相转化制造的纤维中的溶剂中展现出令人满意的溶解度。因此，最后使最终的聚合物粘合剂(展现出必要的热暴露特性)存在于纤维中，而在纺丝悬浮液中不存在聚合物或单体内容物溶解的问题。
然后将溶解的聚合物粘合剂与呈粉末形式的吸着剂混合。吸着剂的类型不受限制，并且可以包括基于吸附的液体或气体分离领域的技术人员已知的那些中的任一种。典型地，吸着剂具有的粒度小于或等于100μm、典型地小于或等于10μm、并且有时甚至小于或等于1μm。可以将其研磨以便获得所需的尺寸分布。
在通过模头或喷丝头挤出之前，可任选地使纺丝悬浮液在加热和/或真空下脱气。迫使纺丝悬浮液通过模头或喷丝头进入凝结剂介质，在所述凝结剂介质中从吸附剂纺丝液中除去溶剂，从而诱导聚合物基质固化。仔细控制聚合物粘合剂加载量和溶剂量，以便产生接近于双节的单相。那样，当射出的孔流体和挤出的纺丝原液组合物离开喷丝头并穿过任选的气隙时，从芯纺丝原液组合物蒸发的溶剂引起纺丝溶液的外部固化或使其更接近于固化。
凝结浴(也称为凝结剂)构成聚合物的非溶剂或不良溶剂，而同时为芯纺丝原液组合物中的溶剂的良溶剂。当新生纤维投入含有非溶剂的凝结剂浴中时，溶剂和非溶剂从纤维到浴的交换，并且反之亦然，完成纤维的固化以形成固体聚合物和液体溶剂/非溶剂的两相子结构。以这种方式，液体凝结剂浴促进了仍溶解的芯纺丝原液聚合物的相转化(即，固化)。在选择合适的凝结剂介质组合物和温度时，可以考虑吸附剂纺丝液的性质。凝结后，所得吸附剂/聚合物基质可以最好地描述为开孔结构。具体地，聚合物基质将吸附剂微粒包封在开孔结构或笼状结构中，而不粘到吸附剂颗粒上以便促进良好的质量传输。
在挤出过程期间，可以将固化的纤维拉出，例如通过将其拉到并围绕旋转的筒，这样使得纤维在张力下凝结。在张力下凝结吸附剂纺丝液可以促进聚合物链的对齐，从而产生额外的氢键并最终增强所得的吸附纤维。在张力下展现出此种对齐的聚合物粘合剂的一个实例是聚间位芳酰胺。除其他事项外，可以调整拉伸比以便产生特征为比纤维芯处相对更高的聚合物含量的开放纤维皮。此种皮减轻了粉尘形成的风险，同时仍然允许良好的质量传递。
如上所见，聚合物粘合剂(展现出必要的热暴露特性)必须溶于适合于通过DIPS形成纤维的溶剂中。可替代地，所得纤维中的聚合物粘合剂必须能够在挤出后由其构成前体(通过如上解释的链延长)或单体(通过聚合)形成，其中所述构成前体或单体本身可溶于适用于通过DIPS形成纤维的溶剂中。我们已经发现许多展现出所需的Ts的聚合物不足够溶解至允许其通过DIPS成形。相反，许多足够溶解以允许其通过DIPS成形的聚合物不展现出所需的Ts。对于足够溶解以允许通过DIPS形成纤维并且展现出所需Ts的那些聚合物，许多聚合物不展现出至少5％的断裂伸长率。
既然已经描述了DIPS，我们将继续描述通过TIPS形成纤维。
本领域技术人员将理解，纤维可以通过以下方式经由TIPS形成：在高于聚合物粘合剂的熔融温度(或在两种或更多种聚合物粘合剂的情况下，高于配制品中最高熔点聚合物粘合剂的熔融温度)加热聚合物粘合剂(或聚合物粘合剂的共混物)和吸着剂(例如吸附剂)的共混物。然后将吸着剂和熔融的聚合物粘合剂以纤维形式通过喷丝头挤出，并使新生的纤维穿过冷却介质例如水和/或空气，这样使得新生的纤维固化。因为不需要将聚合物粘合剂溶解在配制品中，所以不需要溶剂。配制品中可包含非熔融添加剂(来自上述添加剂)。所谓非熔融意指它们具有的熔点高于配制品被加热到的温度，并且在从喷丝头挤出期间保持呈固态。可以通过围绕旋转的筒拉固化的纤维来拉紧所述纤维。
无论纤维是通过DIPS还是TRIPS形成的，都可以通过以下方式形成适合进行基于吸着的分离的结构：将纤维扭绞、将纤维缠绕在芯轴上、将纤维编织成织物、收集大量的纤维并迫使其进入容器中，或将大量的纤维压成非织造织物形式。基于吸着的气体分离过程的类型不受限制，并且包括变压吸附(PSA)、变温吸附(TSA)、真空变化吸附(VSA)、真空变压吸附(VPSA)和变电吸附(ESA)。此类结构和过程可以是固定的或移动的。尽管用于基于吸着的分离的结构典型地用于气体分离，但它也可以用于蒸气分离或凝相分离。
可以考虑将多种聚合物或聚合物家族用作具有必要的热暴露特性的聚合物粘合剂，或以其组合展现出必要的热暴露特性的聚合物的共混物的形式使用，包括聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、聚芳酰胺、梯型聚合物、聚苯并咪唑(PBI)、聚苯并噁唑(PBO)、和聚苯并噻唑(PBT)。
聚酰亚胺的特别合适的实例是式(I)的聚合物，其可以商标商购自赢创纤维公司(Evonik Fibres GmbH)。
Figure BDA0002281268790000181
P84具有报告的315℃的Tg以及30％的断裂伸长率。另一种特别合适的聚酰亚胺可以商标
Figure BDA0002281268790000182
NT商购自赢创纤维公司。
Figure BDA0002281268790000183
NT具有报告的337℃的Tg、10％的断裂伸长率和319℃-343℃的HDT。
聚酰胺-酰亚胺在各种普通溶剂中展现出令人满意的溶解度，并且通常最高达275℃仍保持其韧性、高强度和高刚度。聚酰胺-酰亚胺的特别合适的实例是式(II)的聚合物，其可以商品名
Figure BDA0002281268790000184
商购自苏威公司(Solvay)。例如，一种特定类型的
Figure BDA0002281268790000185
(4203L)具有报告的7.6％的伸长率、278℃(ASTM D648)的HDT和277℃的Tg。Torlon的结构是根据式(II)：
Figure BDA0002281268790000186
特别合适的聚芳酰胺包括间位芳酰胺，其实例包括：MPD-I(聚间苯二甲酰间苯二胺)或MPD-IT(间苯二胺(MPD)、间苯二甲酰氯(I)和对苯二甲酰氯(T)的缩聚产物)。MPD-I可以商标
Figure BDA0002281268790000191
商购自杜邦公司(DuPont)并且具有根据式(III)的结构：
我们测得的MPD-IT的Tg为约275℃。
虽然由吸着剂颗粒和完全由PBI构成的聚合物基质制成的纤维不会具备必要的断裂伸长率，PBI(聚[2,2'-(间亚苯基)-5,5'-二苯并咪唑])可以用于提高具有适当高的断裂伸长率(即，大于7％)和至少200℃(或更高)的Ts、Tg、维卡或软化温度的其他聚合物粘合剂的耐热性。PBI的结构是根据式(IV)：
Figure BDA0002281268790000193
PBI具有出色的热稳定性和化学稳定性，并且它在1.8MPa下展现出约435℃的HDT以及427℃的Tg，并且可以暴露于最高达540℃的温度。PBI不熔化，但在热解下在约760℃降解。考虑到PBI的相对低的断裂伸长率(3％)，PBI(单独或与填料一起)最适合于固体/刚性整体结构或珠粒以及仅要求很少柔性(相对于纤维)的任何结构。其热稳定性使其成为使用基于锂的沸石(需要超过400℃的活化温度)的O2 VSA的首选。
PBI可在共混物中使用，以提高较不耐热聚合物的额定温度。例如，在不限制本发明的范围的情况下，PBI可以与聚醚酰亚胺(PEI)或聚酰胺-酰亚胺(PAI)共混以便提高PEI或PAI的Tg。
PBO(聚(对亚苯基-2,6-苯并噁唑))具有根据式(V)的结构：
Figure BDA0002281268790000194
PBT(聚(对亚苯基-2,6-苯并噻唑))具有根据式(VI)的结构：
Figure BDA0002281268790000201
梯形聚合物的实例包括苯并咪唑并苯并菲咯啉型梯形聚合物(BBL)及其衍生物(例如，BBL-N、BBL-P、BBL-DBF、BBL-AQ)、聚氢喹喔啉结构和半梯形聚苯并咪唑并苯并菲咯啉(BBB)。BBL具有根据式(VII)的结构：
Figure BDA0002281268790000202
如以上提及的，针对不同目的可以设想聚合物粘合剂的共混物。具体地，可以配制聚合物的共混物，以便更好地调节最终聚合物基质特性。如前所提及，可以添加高温额定聚合物以提高较低温度额定热塑性聚合物的热性能。例如，可以在PAI中使用50wt％PBI以便提高PAI的Tg。可替代地，可将可渗透的聚合物添加到不可渗透的聚合物中以便改善气体扩散。例如，可以在MPD-IT中使用20wt％DAM-IT来帮助气体传输，因为MPD-IT可能是不透气的。
挤出物中的吸着剂颗粒包括在基于吸着剂的流体分离(即，基于吸附或基于吸收)并且特别是气体分离领域中已知的那些中的任一种。吸附剂的非限制性类型包括沸石(例如，A、Y、X、CaBaX型，或LSX例如Li-LSX，Ca-LSX)、活性炭、碳分子筛、活性氧化铝、硅胶、金属有机框架(MOF)和呈固体形式的胺。所谓呈固体形式的胺意指已经沉积在固体基材上的胺或没有负载在基材上的胺的固体颗粒。
在基于吸附的流体分离的情况下，纤维可以形成为离散的吸附剂床。所述吸附剂床可以是固定床或移动床(例如机载氧气产生系统或OBOGS)。基于吸附的流体分离过程可以使用吸附剂床作为非流化床、流化床或循环床。吸附过程可以是变压吸附(PSA)、变压变温吸附(PTSA)、变温吸附(TSA)、真空变化吸附(VSA)、真空变压吸附(VPSA)、变电吸附(ESA)、快速循环变压吸附(RCPSA)、或快速循环变温吸附(RCTSA)。在PSA过程中，使用吸附剂床进行的气体分离过程的具体非限制性实例包括H2的纯化(特别是用于从合成气或合成气工艺气体(例如主要包含H2、CO、N2和CH4的合成气或合成气工艺气体)中获得H2)、用于从空气中捕获N2、从N2中去除CO2、和从CH4中去除CO2。在TSA过程中，使用吸附剂床进行的气体分离过程的具体非限制性实例包括对空气进行除湿和对空气进行除二氧化碳，例如在空气分离单元中(例如在基于低温蒸馏的ASU的前端纯化单元中)。吸附剂床还可用于VSA或VPSA过程中，以捕获从空气中捕获的N2以产生O2。一种具体的分离过程是前端纯化(FEP)过程用于纯化空气以进料到基于低温蒸馏的空气分离单元(ASU)中，其中从空气中去除大量CO2、H2O和挥发性有机化合物(VOC)以产生用于ASU的进料。吸附剂床还可用于分离液体，例如冷凝气体。另外，吸附剂可以用于分离蒸气。
本发明展现出若干优点。
本发明产生了相对耐磨或无粉尘的吸附结构。通过使用聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物，获得了优于传统基于粘土的粘合剂的显著优点。传统基于粘土的粘合剂是脆性的并且易于粉化。相比之下，就机械应力和热应力而言，聚合物粘合剂更为宽容，并且在成形、处理和操作方法方面提供了极大的灵活性。例如，考虑具有聚合物粘合剂的吸附纤维，可以消除或显著减少粉化，这样使得可以设想具有循环或流化吸附剂床的过程方案。可替代地，可以缩短大型PSA系统中的减压和再加压步骤，因此缩短循环时间并最终增加给定PSA的通过量。本发明还提供了关于活化温度的更大的灵活性。由于它们的热暴露特性，它们可以经得起相对高的活化温度，现有技术的珠粒不能在不遭受吸附容量显著减低的情况下承受所述温度。
本发明可以与现有解决方案进行对比。
在过去，已经提出了多种聚合物粘合剂来形成各种吸附剂结构。例如美国专利6,451,723披露了聚砜(PSU)用于形成混合基质13X-PSU吸附剂结构的用途。然而，聚砜(PSU)在1.8MPa下具有的热挠曲温度(HDT)仅为174℃并且具有的玻璃化转变温度(Tg)为185℃。这两个参数是尤其值得一看的重要数字，因为它们提供了有关所得吸附剂床结构将在温度下如何承受机械加载的启示。具体地，HDT是聚合物样品在指定的机械加载下变形的温度。确实，当热塑性聚合物暴露于不断升高的温度时，其机械特性可能在接近玻璃化转变温度(Tg)时或多或少突然减弱。关于后者，非常希望在给定聚合物的玻璃化转变温度下保持，以便避免/减轻孔结构的坍塌。此种坍塌将对吸附容量和动力学都产生不利影响，尤其是当使用不可渗透的聚合物如芳酰胺时。
美国专利8,133,308提出了形成负载的吸着剂纤维。具体地，基质吸附剂-乙酸纤维素的薄层沉积在非吸着性空心纤维的外径上。然而，乙酸纤维素(CA)在1.8MPa下具有的热挠曲温度(HDT)仅为86℃，并且在0.45MPa下为105℃，并且具有的玻璃化转变温度(Tg)为130℃。
前述的先前提出的热塑性聚合物展现出相对低的Tg，并且因此不适合高温活化/再生(例如，>250℃)。另外，考虑到数立方米的大型结构化吸附剂系统，所选聚合物的特性以及与成形相关的限制变得至关重要，因为必须寻找当制造小尺寸的吸附剂结构(例如几升)时无关紧要的另外的关键参数(例如HDT、耐冲击性)。
美国专利7,592,284披露了多种一般聚合物家族的用途，包括热固性和热塑性聚合物。热固性聚合物典型地由热固性树脂(呈软固体或粘性状态的预聚物，其通过固化不可逆地变成不熔性、不溶性聚合物网络)获得。在固化期间，发生交联反应，导致形成刚性的三维聚合物结构。可以通过热量的作用诱导固化。相比之下，在不存在交联剂和任选的交联促进剂的情况下，本发明的纤维不进行热交联。
尽管一般来说热固性聚合物更好地适合高温要求，但调节所得的孔隙率可能是挑战。即使固化后，热固性聚合物也会释放出VOC，其对于低温过程上游的前端纯化(FEP)过程可能是问题，因为不希望的VOC将冷凝并积聚在热交换器上。耐化学性以及耐冲击性也可能是热固性聚合物的问题，所述热固性聚合物可能是脆性的并且因此在机械或热应力下破裂。此种情况将负面影响整体床的性能，因为裂缝将为气体产生优先路径，从而导致早期突破。
与现有技术解决方案相比，本发明提供了许多具有高温活化的吸附剂的活化的解决方案。例如，一些应用，例如用于N2/O2分离的基于LiX的沸石或使用NaX沸石捕获CO2，典型地需要高温活化。例如，基于LiX的沸石可能需要最高达450℃的活化，而NaX沸石可能需要330℃的活化，以便达到满吸附容量。本发明的纤维不仅适应高温要求，而且保证了吸附系统的结构和机械完整性。
考虑到ASU的轴流构造的TSA上的300℃再生事件，将热量从例如床的顶部带到床，并在床的另一端(在这种情况下，底端)测量/监控温度。取决于加热斜升方案，床的顶端可能经受数小时长的高热量事件，而底端可能看到较短的高热量事件。因此，本发明的纤维提供了吸附系统解决方案，其在数小时内展现出高耐热性并且将经得起足够长时间的必需的活化/再生温度。
实例
实例1：用于CO2的13X-MPDIT纤维的制造和表征
在第一个实例中，通过首先将20wt％的MPD-IT放入无盐的NMP溶剂中来制备高温吸附纤维。接下来，将基于钠的13X沸石的可商购吸附剂粉末添加到纺丝液中，这样使得一旦凝结，吸附纤维将加载有80wt％的沸石。具体地，使用高速混合器将沸石粉末与所述纺丝液混合，并且然后使其脱气。调整纤维的13X加载量以便能够忍受后续的处理过程。然后将所得纤维在甲醇中洗涤、在室温下风干并且最后在275℃下活化。生成了所得的CO2等温线，并将其与基准(商业珠粒)进行比较。
图1示出了实例1吸附纤维上的CO2等温线对比商业珠粒上的CO2等温线。将所述纤维在275℃下活化，而将商业珠粒在330℃下活化。两条等温线均在22℃下生成。
实例2：活化温度对用MPD-IT作为粘合剂的NaX吸附纤维的CO2吸附容量的影响
在第二个实例中，通过首先将20wt％的MPD-IT放入无盐的NMP溶剂中来制备高温吸附纤维。接下来，将基于钠的13X沸石的可商购吸附剂粉末添加到纺丝液中，这样使得一旦凝结，吸附纤维将加载有75wt％的沸石。具体地，使用高速混合器将沸石粉末与所述纺丝液混合，并且然后使其脱气。然后将所得纤维在甲醇中洗涤、在室温下风干并且在高温处理下活化。具体地，第一种纤维在275℃下活化并且进行CO2等温线。在进行CO2等温线之前，第二种纤维在330℃(超过了聚合物的Tg)下活化。
图2示出了CO2等温线对比活化温度，更具体地，它示出了在玻璃化转变温度之下和之上活化对吸附容量的影响。具体地，随着聚合物流动并再覆盖一部分沸石晶体，在330℃下活化的纤维展现出较低的CO2容量。

Claims (42)

1.一种用于基于吸着剂的流体分离的复合纤维，所述复合纤维中的每一种都在聚合物基质中包含吸着剂颗粒，其中：
所述聚合物基质包含聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物；
所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物包含至少一种热塑性聚合物；
所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物能够经得起暴露于220℃或更高的温度，而对所述吸着剂颗粒的吸着容量没有显著不利影响；
所述纤维展现出至少5％(优选至少7％、更优选至少10％并且甚至更优选至少15％)的断裂伸长率；
所述纤维是通过温度诱导的相分离(TIPS)或扩散诱导的相转化(DIPS)从包含所述热塑性聚合物的聚合物纺丝悬浮液生产的，所述热塑性聚合物在DIPS的情况下任选地溶解在溶剂中，并且所述吸着剂颗粒在DIPS的情况下悬浮在所述溶剂中或者在TIPS的情况下悬浮在热塑性聚合物-在呈熔融状态时-中；
所述吸着剂是吸附剂或吸收剂；并且
所述吸着剂颗粒以至少50wt％的浓度存在于所述挤出物中。
2.如权利要求1所述的纤维，其中，所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少220℃的维卡软化温度或热挠曲温度。
3.如权利要求1所述的纤维，其中，所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少240℃的维卡软化温度或热挠曲温度。
4.如权利要求1所述的纤维，其中，所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少250℃的维卡软化温度或热挠曲温度。
5.如权利要求1所述的纤维，其中，所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少270℃的维卡软化温度或热挠曲温度。
6.如权利要求1所述的纤维，其中，所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少300℃的维卡软化温度或热挠曲温度。
7.如权利要求1所述的纤维，其中，所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少330℃的维卡软化温度或热挠曲温度。
8.如权利要求1所述的纤维，其中，所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少360℃的维卡软化温度或热挠曲温度。
9.如权利要求1所述的纤维，其中，所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少400℃的维卡软化温度或热挠曲温度。
10.如权利要求1所述的纤维，其中，所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少220℃的玻璃化转变温度。
11.如权利要求1所述的纤维，其中，所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少240℃的玻璃化转变温度。
12.如权利要求1所述的纤维，其中，所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少250℃的玻璃化转变温度。
13.如权利要求1所述的纤维，其中，所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少260℃的玻璃化转变温度。
14.如权利要求1所述的纤维，其中，所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少270℃的玻璃化转变温度。
15.如权利要求1所述的纤维，其中，所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少300℃的玻璃化转变温度。
16.如权利要求1所述的纤维，其中，所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少330℃的玻璃化转变温度。
17.如权利要求1所述的纤维，其中，所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少360℃的玻璃化转变温度。
18.如权利要求1所述的纤维，其中，所述聚合物粘合剂或聚合物粘合剂的共混物具有至少400℃的玻璃化转变温度。
19.如权利要求1所述的纤维，其中，所述吸附剂选自由以下组成的组：沸石、活性炭、碳分子筛、活性氧化铝、硅胶、金属有机框架、和呈固体形式的胺。
20.如权利要求1所述的纤维，其中，所述热塑性聚合物选自由以下组成的组：聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、聚芳酰胺、梯型聚合物、聚苯并咪唑(PBI)、聚苯并噁唑(PBO)、和聚苯并噻唑(PBT)。
21.如权利要求1所述的纤维，其中，所述热塑性聚合物选自由以下组成的组：聚苯并咪唑、聚苯并噁唑和聚苯并噻唑。
22.如权利要求1所述的纤维，其中，所述聚合物纺丝悬浮液还包含一种或多种类型的交联剂，并且在通过扩散诱导的相分离形成之后，使所述聚合物基质与所述交联剂交联。
23.如权利要求1所述的纤维，其中，在通过扩散诱导的相分离形成之后，将所述纤维用一种或多种类型的交联剂浸渍，并使所述聚合物基质与所述交联剂交联。
24.如权利要求1所述的纤维，其中，所述聚合物纺丝悬浮液还包含一种或多种不溶于所述溶剂的聚合物。
25.如权利要求24所述的纤维，其中，所述可溶性热塑性聚合物和所述不溶性聚合物具有相同的分子式，但是所述不溶性聚合物具有较高的分子量或结晶度。
26.如权利要求1所述的纤维，其进一步包含掺入所述聚合物基质中的一种或多种无机填料。
27.如权利要求26所述的纤维，其中，所述一种或多种无机填料选自碳纤维和玻璃纤维。
28.如权利要求1所述的纤维，其中，所述聚合物基质包含一种或多种聚芳酰胺及其衍生物。
29.如权利要求1所述的纤维，其中，所述聚合物基质包含选自MPD-I、MPD-IT、DAM-IT及其衍生物的一种或多种聚芳酰胺。
30.一种用于活化如权利要求1所述的纤维的方法，所述方法包括将所述纤维加热至所述吸着剂的预定活化温度的步骤。
31.如权利要求30所述的方法，其中，所述预定活化温度为至少220C。
32.如权利要求30所述的方法，其中，所述预定活化温度为至少240C。
33.如权利要求30所述的方法，其中，所述预定活化温度为至少250C。
34.如权利要求30所述的方法，其中，所述预定活化温度为至少270C。
35.一种用于基于吸附的流体分离的吸附剂床，所述吸附剂床包含通过如权利要求30所述的方法活化的一种或多种纤维。
36.一种用于基于吸附的气体分离的方法，所述方法包括以下步骤：用一个或多个如权利要求35所述的吸附剂床分离至少包括第一种气体和第二种气体的进料气体以产生第一气体流和第二气体流，所述第一气体流与所述进料气体相比富含所述第一种气体，所述第二气体流与所述进料气体相比富含所述第二种气体，其中所述进料气体通过变压吸附、变压变温吸附、变温吸附、真空变化吸附、真空变压吸附或变电吸附经由所述一个或多个吸附剂床分离。
37.如权利要求36所述的方法，其中，所述进料气体通过变压吸附经由所述一个或多个吸附剂床分离。
38.如权利要求37所述的方法，其中，所述进料气体是合成气或来自合成气生产工艺的工艺气体，并且所述第一种气体是氢气。
39.如权利要求37所述的方法，其中，所述第一种气体是CO2，并且所述第二种气体是N2。
40.如权利要求37所述的方法，其中，所述第一种气体是CO2，并且所述第二种气体是CH4。
41.如权利要求36所述的方法，其中，所述进料气体通过变温吸附经由所述一个或多个吸附剂床分离，所述进料气体是空气并且所述第一种气体是水或CO2。
42.如权利要求36所述的方法，其中，所述进料气体是空气，所述进料气体通过真空变化吸附或真空变压吸附经由所述一个或多个吸附剂床分离，并且或者所述第一种气体是氧气并且所述第二种气体是氮气和或所述第一种气体是氮气并且所述第二种气体是氧气。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114130376A (zh) * 2021-11-25 2022-03-04 华南理工大学 一种纸基复合吸附材料及其制备方法与应用

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109499557B (zh) * 2018-11-14 2022-10-25 辽宁圣诺美科技实业有限公司 一种节能环保型活性炭再生炉
CN109453745A (zh) * 2018-12-28 2019-03-12 苏州班顺工业气体设备有限公司 高强度碳分子筛及其制备方法
US20220096975A1 (en) * 2020-09-30 2022-03-31 Uchicago Argonne, Llc Nanofiber Filter Medium for Reusable Facemask and Filtering Facepiece Respirator

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6500233B1 (en) * 2000-10-26 2002-12-31 Chevron U.S.A. Inc. Purification of p-xylene using composite mixed matrix membranes
CN1622855A (zh) * 2001-12-31 2005-06-01 格雷斯股份有限两合公司 包括被引入到聚合物基质中的多孔官能化固体的吸附材料
US20060096911A1 (en) * 2004-11-08 2006-05-11 Brey Larry A Particle-containing fibrous web
CN101238166A (zh) * 2005-07-01 2008-08-06 金文申有限公司 制备多孔网状复合材料的方法
WO2008110820A1 (en) * 2007-03-14 2008-09-18 Nano-Porous Solutions Limited Regenerable adsorption unit
US20080295691A1 (en) * 2007-06-01 2008-12-04 Chunqing Liu Uv cross-linked polymer functionalized molecular sieve/polymer mixed matrix membranes
US20090149313A1 (en) * 2007-12-11 2009-06-11 Chunqing Liu Mixed Matrix Membranes Containing Low Acidity Nano-Sized SAPO-34 Molecular Sieves
US20130305920A1 (en) * 2011-02-14 2013-11-21 National University Of Singapore Preparation of Zeolitic Imidazolate Frameworks (ZIFs) - Polybenzimidazole Mixed-Matrix Composite and Application for Gas and Vapor Separation
CN104364008A (zh) * 2012-06-22 2015-02-18 普莱克斯技术有限公司 新颖吸附剂组合物
CN104640624A (zh) * 2012-09-21 2015-05-20 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 包含吸附剂颗粒和相变材料颗粒的吸附剂混合物
US20160263533A1 (en) * 2013-12-16 2016-09-15 Sabic Global Technologies B.V. Treated mixed matrix polymeric membranes

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0370260B1 (en) * 1988-11-23 1994-12-21 Cytec Technology Corp. Porous polymer beads and process
US5137985A (en) * 1989-09-22 1992-08-11 Hoechst Celanese Corp. Miscible blends of polybenzimidazoles and polyamide-imides having fluorine-containing linking groups and process for preparation of the blends
US5139668A (en) 1989-12-27 1992-08-18 Alberta Research Corporation Hollow fiber bundle element
US5401706A (en) 1993-01-06 1995-03-28 Semco Incorporated Desiccant-coated substrate and method of manufacture
US5693230A (en) 1996-01-25 1997-12-02 Gas Research Institute Hollow fiber contactor and process
US6451723B1 (en) 2000-07-07 2002-09-17 Honeywell International Inc. Polymer-bound nitrogen adsorbent and method of making and using it
US6592651B2 (en) 2001-11-02 2003-07-15 The Boc Group, Inc. Activation processes for monolith adsorbents
US7077891B2 (en) 2002-08-13 2006-07-18 Air Products And Chemicals, Inc. Adsorbent sheet material for parallel passage contactors
US7592284B2 (en) 2006-03-13 2009-09-22 Honeywell International Inc. Preparation of ion exchanged polymer bound nitrogen adsorbent
CA2691549C (en) 2007-06-27 2014-10-28 Georgia Tech Research Corporation Sorbent fiber compositions and methods of temperature swing adsorption
ES2746198T3 (es) * 2008-12-22 2020-03-05 Glatt Systemtechnik Gmbh Gránulo adsorbente de material compuesto, proceso para su producción y proceso de separación de gases
US8377172B2 (en) 2009-06-11 2013-02-19 Georgia Tech Research Corporation Fiber sorbents
US20120048109A1 (en) 2010-08-24 2012-03-01 Chevron U. S. A. Inc. Mixed Matrix Membranes
US9005561B2 (en) 2011-03-01 2015-04-14 Exxonmobil Research And Engineering Company Selective sulfur removal process
WO2012118760A2 (en) 2011-03-01 2012-09-07 Exxonmobil Upstream Research Company Apparatus and systems having compact configuration multiple swing adsorption beds and methods related thereto
EP2680948A4 (en) 2011-03-01 2015-05-06 Exxonmobil Upstream Res Co APPARATUS AND SYSTEMS WITH VALVE ASSEMBLY ROTARY POWER SUPPLY AND BALANCED ADSORPTION PROCESS THEREFOR
US20120247330A1 (en) 2011-03-30 2012-10-04 Electric Power Research Institute, Inc. Method and apparatus for rapid adsorption-desorption co2 capture
EP2532411A1 (de) 2011-06-10 2012-12-12 Süd-Chemie AG Druckwechseladsorptionsverfahren
FR3002939B1 (fr) 2013-03-07 2016-01-01 IFP Energies Nouvelles Procede de preparation d'un materiau hybride organique-inorganique mis en forme avec un liant polymere

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6500233B1 (en) * 2000-10-26 2002-12-31 Chevron U.S.A. Inc. Purification of p-xylene using composite mixed matrix membranes
CN1622855A (zh) * 2001-12-31 2005-06-01 格雷斯股份有限两合公司 包括被引入到聚合物基质中的多孔官能化固体的吸附材料
US20060096911A1 (en) * 2004-11-08 2006-05-11 Brey Larry A Particle-containing fibrous web
CN101238166A (zh) * 2005-07-01 2008-08-06 金文申有限公司 制备多孔网状复合材料的方法
WO2008110820A1 (en) * 2007-03-14 2008-09-18 Nano-Porous Solutions Limited Regenerable adsorption unit
US20080295691A1 (en) * 2007-06-01 2008-12-04 Chunqing Liu Uv cross-linked polymer functionalized molecular sieve/polymer mixed matrix membranes
US20090149313A1 (en) * 2007-12-11 2009-06-11 Chunqing Liu Mixed Matrix Membranes Containing Low Acidity Nano-Sized SAPO-34 Molecular Sieves
US20130305920A1 (en) * 2011-02-14 2013-11-21 National University Of Singapore Preparation of Zeolitic Imidazolate Frameworks (ZIFs) - Polybenzimidazole Mixed-Matrix Composite and Application for Gas and Vapor Separation
CN104364008A (zh) * 2012-06-22 2015-02-18 普莱克斯技术有限公司 新颖吸附剂组合物
CN104640624A (zh) * 2012-09-21 2015-05-20 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 包含吸附剂颗粒和相变材料颗粒的吸附剂混合物
US20160263533A1 (en) * 2013-12-16 2016-09-15 Sabic Global Technologies B.V. Treated mixed matrix polymeric membranes

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114130376A (zh) * 2021-11-25 2022-03-04 华南理工大学 一种纸基复合吸附材料及其制备方法与应用
CN114130376B (zh) * 2021-11-25 2022-12-16 华南理工大学 一种纸基复合吸附材料及其制备方法与应用

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