CN116917033A - 用于吸附的疏水吸附剂聚合物复合制品 - Google Patents

用于吸附的疏水吸附剂聚合物复合制品 Download PDF

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Abstract

本文公开了一种用于吸附的吸附剂聚合物复合制品。该吸附剂聚合物复合制品包括复合层，该复合层包括多孔聚合物和吸附剂材料。该吸附剂聚合物复合制品还包括在第一复合区域的任一侧的至少一个疏水层。

Description

用于吸附的疏水吸附剂聚合物复合制品
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年3月5日提交的美国临时申请号63/157,426和2022年1月25日提交的美国临时申请号63/302,847的优先权，各申请的公开内容通过引用整体纳入本文。
技术领域
本公开涉及吸附剂聚合物复合制品，形成吸附剂聚合复合制品的方法以及使用吸附剂聚合物复合制品进行吸附的方法，所述吸附包括用于二氧化碳的直接空气捕获(DAC)的吸附。
背景技术
已证明与温室气体排放相关的二氧化碳(CO2)含量的增加对环境有害。据气候治理(Climate.gov)文章《气候变化：大气中的二氧化碳》(Climate Change:AtmosphericCarbon Dioxide)报道，2019年大气中的平均二氧化碳水平为409.8ppm，是过去80万年来的最高水平。大气中二氧化碳的增加速度也远高于前几十年的速度。
为了限制气候变化的影响，不仅需要在不久的将来将二氧化碳排放量降至零，还需要实现二氧化碳负排放。为了实现负排放，存在几种可能性，例如燃烧生物材料发电，同时从燃烧烟气中捕获CO2并随后进行CO2封存("BECCS")或直接空气捕获CO2("DAC")。
通过吸附进行气体分离在工业中有许多不同的应用，例如从气流中去除特定组分，其中所需的产品可以是从流体中去除的组分，也可以是剩余的经过去除的流体，或者两者都是。因此，气流中的痕量组分和主要组分都可以成为吸附工艺的目标产物。气体分离的一个重要应用是从气流中捕获CO2，例如从烟道气、废气、工业废气、沼气或大气中捕获CO2。大气被认为是二氧化碳的稀进料流。
直接从大气中捕获二氧化碳(称为DAC)是减少人为温室气体排放的几种手段之一，大气作为商品市场和复合燃料生产的非化石、不依赖于地点的二氧化碳来源，具有有吸引力的经济前景。从大气中捕获二氧化碳的具体优势包括：a)DAC可以解决分布式来源(如载具……陆地、海洋和空中)的排放问题，这些来源占全球温室气体排放的很大一部分，目前无法以经济可行的方式在排放处捕获；b)DAC可以解决遗留排放，因此可以产生真正的负排放，以及c)DAC系统不需要连接到排放源，而是不依赖于地点的，并且可以位于CO2进一步处理或使用的地方。
人们越来越希望开发和改进这些工艺，使其更加高效，最大限度地去除大气中的二氧化碳，同时最大限度地减少工艺所需的能量。
图1是传统DAC系统10中涉及的工艺的示意图。提供输入进料流11，其包含CO2分子16在非CO2稀释剂18中的混合物。例如，输入进料流11可以是空气流。在吸附过程中，将输入进料流11暴露于吸附剂12。CO2分子16被吸附到吸附剂12上，而非CO2稀释剂18则穿过吸附剂12并从系统10中排出。然后吸附剂12经过解吸过程以从吸附剂12释放CO2分子16。解吸过程可涉及液态水或蒸汽形式的湿度，或者通过反应或输送到系统的能量而造成的系统温度改变。这种解吸过程被称为"变动(swing)"吸附，以定义重复吸附和解吸CO2的循环过程。如果使用变湿吸附(moisture swing adsorption)，则可以将吸附剂12暴露于水蒸气或液态水形式的湿度，以引起CO2分子16的解吸。如果使用变温吸附，则可以向吸附剂12施加热量以引起CO2分子16的解吸。这些湿度和/或温度的变动暂时破坏了将分子保持在吸附剂12上的结合力，从而可以释放CO2分子16。解吸的CO2分子16因此与吸附剂12分离，并作为输出14收集。收集的CO2分子16随后可以被富集并且在使用或储存之前经过进一步的必要过程。重要的是，所使用的吸附剂12能够反复经受分离CO2分子16所需的环境，例如高温和高湿度条件。
目前已有用于DAC的确立的制品和技术。一个例子是使用包括基材(如支撑或涂覆有吸附剂材料的整料)的制品。通过改变基材的类型和使用的吸附剂可以实现各种变化。然而，这些先前确立的制品和方法在吸附和解吸状态之间有效循环的能力方面存在局限性。它们在制品的耐用性方面也有局限性。当暴露于高温或高湿度环境或其组合时，这些制品也可能会降解，从而导致使用寿命缩短。
发明内容
本发明公开了一种用于吸附(包括用于DAC的吸附)的吸附剂聚合物复合制品。该吸附剂聚合物复合制品包括复合层，该复合层包括多孔聚合物和吸附剂材料。该吸附剂聚合物复合制品还包括在第一复合层的任一侧上的至少一个疏水层。
根据一个实施例("实施例A")，吸附剂聚合物复合制品包括第一复合区域和第二区域，所述第一复合区域包括第一多孔聚合物和吸附剂材料并且具有第一疏水性，所述第二区域具有第二多孔聚合物且被定位为邻近第一复合区域的第一侧，并且具有超过第一疏水性的第二疏水性。
根据第二实施例("实施例B")，形成吸附剂聚合物复合制品的方法包括以下步骤：形成包括第一多孔聚合物和吸附剂材料的第一复合区域，以及在第一复合区域的第一侧上形成包括第二多孔聚合物的第二疏水区域。
根据第三实施例("实施例C")，使用吸附剂聚合物复合制品进行吸附的方法包括以下步骤：提供吸附剂聚合物复合制品，其包括第一复合区域和第二区域，所述第一复合区域具有第一多孔聚合物和吸附剂并具有第一疏水性，所述第二区域被定位为邻近第一区域的第一侧并且具有超过第一疏水性的第二疏水性；引导包含二氧化碳的进料流穿过吸附剂聚合物复合制品，以及将二氧化碳吸附到吸附性聚合物复合制品中。
根据第四实施例("实施例D")，吸附剂聚合物复合制品包括具有吸附剂材料和筛网的第一区域、定位为邻近第一区域的包括第二聚合物的第二区域以及定位为邻近第一区域的包括第三聚合物的第三区域。
根据第五实施例("实施例E")，吸附剂聚合物复合制品包括第一复合区域、定位为邻近第一复合区域第一侧的第二多孔聚合物的第二区域、被定位为邻近第一复合区域第二侧的第三多孔聚合物的第三区域和端部密封区域，所述第一复合区域具有第一多孔聚合物和吸附剂材料并且具有第一疏水性，所述第二区域具有超过第一疏水性的第二疏水性，所述第三区域具有超出第一疏水性的第三疏水性，所述端部密封区域被设置为包围第二区域和第三区域之间的第一复合区域的端部。
附图简要说明
图1是DAC工艺中涉及的工艺的示意图。
图2是本公开的第一吸附剂聚合物复合制品的立视图。
图2A是图2的第一复合制品的第一复合区域的示意性立视图。
图2B是图2的第一复合制品的压缩形式的第一复合区域的示意性立视图。
图2C是图2B的第一复合制品的另一压缩形式的第一复合区域的示意性立视图。
图2D是本公开的具有端部密封区域的图2的第一吸附剂聚合物复合制品的立视图。
图3是显示了形成图2的吸附剂聚合物复合制品的方法的流程图。
图4是本公开的第二吸附剂聚合物复合制品的立视图。
图5是显示了形成图4的吸附剂聚合物复合制品的方法的流程图。
图6是本公开的第三吸附剂聚合物复合制品的立视图。
图7是显示了形成图6的吸附剂聚合物复合制品的方法的流程图。
图8是显示了使用根据本公开的吸附剂聚合物复合制品的实施方式的方法的流程图。
图9A是本公开的第四吸附剂聚合物复合制品的立视图。
图9B是图9A的吸附剂聚合物复合制品的变体的立视图。
图10A、10B、10C和10D是显示了根据本公开的吸附剂聚合物复合制品的一个实施例的缩放SEM图像。
图11A、11B、11C和11D是显示了根据本公开的吸附剂聚合物复合制品的一个实施例的缩放SEM图像。
图12是显示了CO2吸附结果的图表，该结果与对实施例4、5a、5b和6中形成的样品进行的测试程序一致。
图13是显示了CO2吸附动力学结果的图表，该结果与对实施例4、5a、5b和6中形成的样品进行的测试程序一致。
具体实施方式
定义和术语
本公开内容并非旨在以限制性方式阅读。例如，本申请中使用的术语应该在本领域赋予此类术语的含义的背景下进行广义地解读。
对于不精确的术语，术语"约"和"大约"可以互换使用，表示测量值包括所述测量值并且还包括合理接近所述测量值的任何测量值。如相关领域的普通技术人员所理解和容易确定的，与所述测量值合理接近的测量值与所述测量值的偏差相当小。例如，此类偏差可能归因于测量误差、测量和/或制造设备校准的差异、读数和/或设置测量中的人为错误、与其他组件相关的测量差异而进行的微调以优化性能和/或结构参数，特定实现场景、人或机器对对象的不精确调整和/或操纵等。如果确定相关领域的普通技术人员不容易确定这种合理的小差异的值，则术语"约"和"大约"可以理解为表示所述值的正负10％。
本文所用术语"原纤维"描述了一种细长的材料，如聚合物，其中长度和宽度基本上互不相同。例如，原纤维可以类似于一根绳子或纤维，其中宽度(或厚度)比长度短得多或小得多。
本文所用术语"节点"是指至少两根原纤维的连接点，其中连接可定义为两根原纤维永久或暂时相互接触的位置。在一些示例中，节点还可用于描述比纤维体体积更大的聚合物，并且其中原纤维的起始或终止没有相同原纤维通过节点的明显延续。在一些示例中，节点的宽度大于原纤维，但长度小于原纤维。
如本文所用，"节点"和"原纤维"可用于描述通常(但不一定)连接或互连的物体，例如，具有微观尺寸的物体。"微观"物体可以定义为具有至少一个非常小的维度(宽度、长度或高度)的物体，以至于肉眼看不到该物体或物体的细节，或者在没有显微镜(例如包括但不限于扫描电子显微镜或SEM)或任何适当类型的放大设备的帮助下很难甚至不可能观察到。
对各实施方式的描述
本公开涉及吸附剂聚合物复合制品、形成吸附剂聚合物复合制品的方法，以及使用吸附剂聚合物复合制品从原料流中吸附和分离一种或多种所需物质的方法。虽然下文所述的吸附剂聚合物复合制品用于从稀进料流(例如空气)捕获CO2，但也可用于其他吸附方法和应用。这些方法包括但不限于吸附来自各种输入的物质，包括其他气体进料流(例如，燃烧废气)和液体进料流(例如，海水)。所吸附的物质不限于CO2。其他吸附的物质可以包括但不限于其他气体分子(例如N2、CH4和CO)、液体分子和溶质。在一些实施方式中，输入可以是稀释的，含有百万分之几(ppm)数量级的所需物质。
图2显示了本公开的第一示例性吸附剂聚合物复合制品20，其包括第一复合区域28。第一复合区域28包括第一多孔聚合物22和吸附剂材料24、24’。第一复合区域28还可以包括任选的载体26。下面将进一步描述第一复合区域28的每个元件。
第一复合区域28的第一多孔聚合物22可以是膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)、膨胀聚乙烯(ePE)、聚四氟乙烯(PTFE)或其他合适的多孔聚合物中的一种。可以理解的是，非织造材料(例如纳米纺(nanospun)、熔喷、纺粘和多孔流延膜(porous cast film))也可以是各种其他合适的多孔聚合物形式。可以通过在受控温度和受控拉伸率下拉伸聚合物来使第一多孔聚合物22膨胀，从而使聚合物原纤维化。膨胀后，第一多孔聚合物22可包括多个节点30和连接相邻节点30的多根原纤维34的微观结构。在这些情况下，第一多孔聚合物22包括由原纤维34和节点30界定的孔32。戈尔(Gore)的美国专利号3,953,566中描述了一种示例性节点和原纤维微结构，该专利通过引用全文纳入本文。第一多孔聚合物22的孔32可被认为是微孔。这些微孔可以具有单一孔径，或者孔径分布。在一些实施方式中，平均孔径可为0.1微米至100微米。
第一复合区域28的吸附剂材料24、24’是一种基材，其表面被构造为通过吸附将输入中的所需物质保持在表面上。吸附剂材料24、24’根据吸附的目标物质的不同而变化。在各种实施方式中，吸附剂材料24、24’是二氧化碳吸附材料，其可包括但不限于离子交换树脂(例如强碱性阴离子交换树脂，例如可购自陶氏化学公司(Dow Chemical Company)的树脂DowexTMMarathonTM)、沸石、活性炭、氧化铝、金属有机骨架、聚乙烯亚胺(PEI)、干燥剂、碳分子筛、碳吸附剂、石墨、活性氧化铝、分子筛、铝磷酸盐、硅铝磷酸盐、沸石吸附剂、离子交换沸石、亲水性沸石、疏水性沸石、改性沸石、天然沸石、八面沸石、斜发沸石、丝光沸石、金属交换硅铝磷酸盐、单极性树脂、双极性树脂、芳香交联聚苯乙烯基质、溴化芳香基质、甲基丙烯酸酯共聚物、石墨吸附剂、碳纤维、碳纳米管、纳米材料、金属盐吸附剂、高氯酸盐/酯、草酸盐/酯，碱土金属颗粒、ETS、CTS、金属氧化物、化学吸附剂、胺、有机金属反应物、水滑石、硅沸石、沸石咪唑酯骨架和金属有机骨架(MOF)吸附剂化合物及其组合。
如下所述，吸附剂材料24、24’可以以涂料、填充物、夹带颗粒和/或其他合适的形式存在于第一多孔聚合物22中。在图2所示的实施方式中，用吸附剂材料24涂覆第一多孔聚合物22，使得吸附剂材料在第一多孔聚合物的节点30和/或原纤维34上形成基本连续的涂层。用吸附剂材料24填充第一多孔聚合物22使得吸附剂材料24纳入第一多孔聚合物的节点30和/或原纤维34中也属于本公开的范围内。在图2所示的实施方式中，载体26上的吸附剂材料24的颗粒被夹带在第一多孔聚合物22中，使得吸附剂材料24’占据第一多孔聚合物的节点30和原纤维34之间的孔32。
第一复合区域28的任选的载体26是一种材料，该材料被构造为增加其所占据的区域的表面积，使得能够增加可用于吸附所需物质的表面积。载体26可以包括介孔二氧化硅、聚苯乙烯珠、多孔聚合物床或球体、氧化物载体，和其他合适的载体材料。载体26还可以包括多孔膜，该多孔膜内包含多孔无机材料，例如硫酸钙、氧化铝、活性炭和气相二氧化硅。如上所述，载体26可以作为用吸附剂材料24’涂覆或功能化的高表面积颗粒存在于第一复合区域28的孔32中。涂覆有吸附剂材料24’的载体26的组合增加了可用于吸附的表面积。在这些实施方式中，节点30和原纤维34可以涂覆有或可以不涂覆有吸附剂材料24。当节点30和原纤维34没有被涂覆时，可以保留第一多孔聚合物22的原始疏水性。
吸附剂聚合物复合制品20的第一复合区域28包括第一侧72(例如，图2中的上侧)和第二侧74(例如，图2中的下侧)。吸附剂聚合物复合制品20还包括第二区域36，该第二区域包括第二多孔聚合物40，其中第二区域36被定位为邻近第一复合区域28的第一侧72。在各种实施方式中，吸附剂聚合物复合制品还包括第三区域38，该第三区域包括第三多孔聚合物48，其中第三区域38被定位为邻近第一复合区域28的第二侧74。由此，第一复合区域28可以被夹在第一侧72的第二层36和第二侧74的第三层38之间。第二区域36的第二多孔聚合物40可以包括多个节点42、连接相邻节点42的多根原纤维46以及分别形成在相应节点42和原纤维46之间的多个孔44。类似地，第三区域38的第三多孔聚合物48可以包括多个节点50、连接相邻节点50的多根原纤维52以及在各个节点50和原纤维52之间形成的多个孔54。如上所述，第二多孔聚合物40的孔44和/或第三多孔聚合物48的孔54可以被认为是微孔。
吸附剂聚合物复合制品20的第一复合区域28、第二区域36和第三区域38可以使用不同的工艺形成。在一些实施方式中，第一复合区域28、第二区域36和/或第三区域38可以形成为离散层，然后联接(couple)在一起。在这种情况下，第一复合区域28的第一多孔聚合物22、第二区域36的第二多孔聚合物40和/或第三区域38的第三多孔聚合物48可以是不同的结构。在其他实施方式中，第一复合区域28、第二区域36和/或第三区域38可以一起形成，然后经过不同的涂覆工艺或表面处理(如下文中进一步描述的)以区分某些区域。在这种情况下，第一复合区域28的第一多孔聚合物22、第二区域36的第二多孔聚合物40和/或第三区域38的第三多孔聚合物48可以是连续的或集成的结构。
吸附剂聚合物复合制品20的第一复合区域28、第二区域36和第三区域38可以具有不同程度的疏水性。可以通过各种方法改变疏水性，例如通过施加涂层或表面处理，其可以包括但不限于等离子体蚀刻和施加微形貌特征。第一复合区域28具有第一疏水性，第二区域36可以具有第二疏水性，第三区域38可以具有第三疏水性。第一疏水性分别小于第二疏水性和第三疏水性。第二疏水性可以小于、大于或等于第三疏水性。第二区域36和第三区域38的较大疏水性可以减少液态水通过相应区域36、38的渗透，从而在周围环境中的任何液态水与第一复合区域28的组成部分之间形成屏障。这减少了液态水可引起的第一复合区域28内的吸附剂材料24、24’的降解，增加了吸附剂聚合物复合制品20的寿命和耐用性。第二区域36的疏水性和第三区域38的疏水性相对于第一复合区域28的第一疏水性较大，这可能是由于在第二和第三区域36、38内缺少吸附剂材料24、24'造成的。
在一些实施方式中，使用涂层(未显示)来密封第一复合区域28。在一些情况下，涂层被配置为类似于上述吸附剂材料24、24’的碳吸附材料。
第二区域36的第二多孔聚合物40和第三区域38的第三多孔聚合物48可以是以下中的至少一种：聚四氟乙烯(PTFE)、膨胀型聚四氟乙烯(ePTFE)、膨胀型聚乙烯(ePE)或其他合适的多孔聚合物。第二区域36的第二多孔聚合物40可以与第三区域38的第三多孔聚合物48相同或不同。此外，第一复合区域28的第一多孔聚合物22、第二区域36的第二多孔聚合物40和第三区域38的第三多孔聚合物48可以彼此相同或不同。
在各种实施方式中，第二区域36的厚度小于第一复合区域28的厚度，第三区域38的厚度小于第一复合区域28的厚度。吸附剂聚合物复合制品20的总厚度可为约0.1mm至约5.0mm。在一些实施方式中，第一复合区域28的厚度可占总厚度的大部分，例如总厚度的约70％、约80％、约90％或更多。
第一复合区域28、第二区域36和第三区域38各自的多孔聚合物22、40、48的孔隙特征是可变的。在一些实施方式中，第二和第三区域36、38可以具有比第一复合区域28更少和/或更小的孔44、54，以选择性地限制不期望的污染物(例如水)渗透到第一复合区域28中，同时允许期望的分子(例如CO2)渗透到第一复合区域28中。相比之下，第一复合区域28可以具有比第二和第三区域36、38更多和/或更大的孔32，以促进CO2通过第一复合区域28以进行吸附和解吸。
此外，不同的实施方式中孔隙特征可以变化。孔隙特征的这种变化可以取决于吸附剂聚合物复合制品20的整个厚度，以及第一复合区域28、第二区域36和第三区域38的单独厚度。
图2A是图2的吸附剂复合制品20的第一复合区域28的示意性立视图。在该实施方式中，吸附剂聚合物复合制品20(图2)相对较厚，例如约3mm，并且第一复合区域28具有占吸附剂聚合物复合物20的总厚度的大部分的厚度T1。吸附剂聚合物复合制品20可以装载有期望量的吸附剂材料24(例如，约60％的吸附剂材料24)以保持相对大的空隙率，其中空隙率是第一复合区域28的空隙空间的体积与第一复合区域28的整个体积的相对比率。由此，吸附剂聚合物复合制品20在结构上是相对开放的，并且吸附剂材料24具有相对高的可接触性。虽然在此实施方式中，由于厚度T1，气体扩散所需的距离可能更远，但是吸附剂材料24对于气体来说仍然是可接触的。因此，气体吸附至吸附剂材料24的初始动力学可能较慢，但是与较薄的实施方式相比，可以快速达到CO2吸附至吸附剂材料24的平衡，这也将在本文中进行描述。
图2B是图2A的第一复合区域28的一个替代性实施方式，其中吸附剂复合制品20(图2)具有中等厚度，例如约0.5mm。在该实施方式中，第一复合区域28的厚度T2占吸附剂聚合物复合制品20总厚度的大部分。在这种情况下，如果第一复合区域28的聚合物22(图2)的量和吸附剂材料24的量相对于先前的实施方式是恒定的，则其空隙率将小于图2A的第一复合区域28的空隙率。因此，吸附剂聚合物复合制品20保持了这样的孔隙率，其中气体可接触吸附剂材料24但接触程度相对低于图2A实施方式的吸附剂材料24。结果，由于较短的扩散距离，气体吸附到吸附剂材料24的初始动力学可能更快，但是CO2吸附平衡的时间将相对于图2A中的实施方式的时间增加。
图2C是图2A和2B的第一复合区域28的一个替代性实施方式，其中吸附剂聚合物复合制品20(图2)相对较薄，例如约0.1mm。在该实施方式中，第一复合区域28的厚度T3占吸附剂聚合物复合制品20总厚度的大部分。在这种情况下，如果第一复合区域28的聚合物22(图2)的量和吸附剂材料24的量相对于前两个实施方式是恒定的，则聚合物22和可用的吸附剂材料24将在吸附剂聚合物复合制品20内进一步压缩。由于吸附剂聚合物复合制品20的压缩厚度，气体通过制品20所需的扩散距离更短，但是吸附剂材料24对气体的接触程度也更低。因此，虽然气体吸附到吸附剂材料24的初始动力学将比之前的实施方式更快，但是系统可能需要更长的时间才能达到CO2吸附平衡。
回到图2，吸附剂聚合物复合物20的孔隙特征不仅可以在每一层内变化，也可以在不同的实施方式中变化，这是由于改变了不同特征，包括吸附剂聚合物复合制品20的厚度、第一复合区域28的厚度、在吸附剂聚合物复合制品20内使用的吸附剂材料24、24’的量和聚合物22的量。由此，可以改变扩散长度和吸附剂材料24、24’可接触性之间的关系以最大限度地发挥吸附剂聚合物复合制品20的功能。
此外，改变第一复合区域28、第二区域36和第三区域38的疏水性、厚度、孔隙特征和其他特性的能力可以提高吸附剂聚合物复合制品20的耐用性和适形性。此外，使用相对薄而柔性的吸附剂聚合物复合制品20可使吸附剂聚合物复合制品20适应不同的构造以吸附和解吸二氧化碳。
仍然参照图2，可以将其他可用的组成部分纳入到吸附剂聚合物复合制品20、20’(参照图4)和20”(参照附图6)中。所述组成部分可以包括能够增强导热性的填料。例如，如图2所示，可以将导热粉末78掺混到混合物中，或者可以将导热组成部分(例如，铝纤丝和/或编织物)层压到结构中。在一些情况下，可以纳入电导体(例如，电线、格栅)。在一些情况下，可使用包含导热材料的粘合剂来粘合吸附剂聚合物复合制品20、20’、20”的区域。可用组成部分的一个例子是导热和/或导电筛网25(图9A和9B)，下文将对此进行进一步描述。此外，该组成部分的材料可以基于特定应用的热导率、电导率、柔性、延展性、疏水性、薄度、耐用性、抗紫外线性、适形性等来选择。
图2D是具有额外端部密封区域21的图2的吸附剂聚合物复合制品的附加立视图。在一些实施方式中，吸附剂聚合物复合制品20包括端部密封区域21以保护吸附剂聚合物复合制品20的组成部分。例如，如果吸附剂聚合物复合制品20以任何方式被切开或裂开，例如出于生产或制造目的，则可能会使第一复合区域28和第一复合区域28中的吸附剂材料24、24’暴露在外部环境元素(如水、蒸汽或碎屑)中，这可能会对吸附剂聚合物复合制品20的性能造成损害。因此，具有端部密封区域21的实施方式可能是合乎需要的。如图2D所示，端部密封区域21被布置成使其可以连接第二区域36的聚合物40和第三区域38的聚合物48，并且覆盖第一复合区域28至少一侧上的暴露的聚合物。
在图2D所示的实施方式中，通过向吸附剂聚合物复合制品20施加额外的密封材料层47来形成端部密封区域21。密封材料47可以与第二区域36和第三区域38的材料相同或不同。例如，密封材料47可以是ePTFE(如图2A所示)、ePE、硅酮弹性体、或任何其它合适的保护第一复合区域28的非多孔和/或疏水材料。在其他实施方式中，可以通过延伸第二区域36和第三区域38并将区域36、38联接(例如，接合、粘合)在一起来形成端部密封区域21。增加该边缘密封步骤将通过保护保留在复合物中的吸附剂以及增韧复合物的前缘(这是最有可能受到空中碎片和高速撞击损坏的区域)而有利于复合物。
图3是显示了形成上述吸附剂聚合物复合制品20(图2)的方法100的流程图。在框102处，方法100包括形成包括第一多孔聚合物22和吸附剂材料24、24’的第一复合区域28(图2)。框102的该形成步骤可以包括如上所述地用吸附剂材料24、24’涂覆、夹带和/或填充第一多孔聚合物22。
在框104处，该方法包括将第二疏水区域36联接到第一复合区域28的第一侧72，其中所述联接包括层压、粘附或以其他方式将第二疏水区域36附接到第一复合区域28的第一侧72。在框106处，该方法包括将第三疏水区域38联接到第一复合区域28的第二侧74，其中所述联接包括层压、粘附或以其他方式将第三疏水区域38连接到第一复合区域28的第二侧74。在一些实施方式中，框106中的第三疏水区域38的联接可以在框104中的第二疏水区域36的联接之前或同时发生。
图4示出了本公开的第二示例性实施方式的聚合物复合制品20’。除了下文所述之外，吸附剂聚合物复合制品20’类似于上述吸附剂聚合物复合制品20(图2)，其中相似的元件用相似的附图标记表示。吸附剂聚合物复合制品20’包括第一复合区域28、第二区域36(其中第二区域36联接到第一复合区域28的第一侧72上)和第三区域38(其中第三区域38联接到第一复合区域28的第二侧74上)。在该实施方式中，吸附剂聚合物复合制品20’包括多个附着点80(即连接点)，其中第二区域36和第三区域38彼此连接。附着点之间的距离82是可变的，可以减小或增大。在一些实施方式中，使用粘合剂来形成附着点80。由此，第一复合区域28可以被夹在第一侧72的第二区域36和第二侧74的第三区域38之间的相邻附着点80之间的口袋状区域中。附着点可以被设计或构建成在区域36和38之间产生均匀空间以用于吸附剂和载体驻留，并使表面积损失的量最小化，同时放置和支撑吸附剂和(一个或多个)载体以达到最佳吸附效果。
图5是显示了形成上述吸附剂聚合物复合制品20’(图4)的方法200的流程图。在框202处，方法200包括形成包括多孔聚合物和吸附剂材料的第一复合区域28。在框204处，方法200包括将第二疏水区域36联接到第一复合区域28的第一侧72。在框206处，该方法包括将第三疏水区域38联接到第一复合区域28的第二侧74。在框208处，方法200包括将第二疏水区域36和第三疏水区域38在附着点80处连接。在一些实施方式中，使用粘合剂来形成附着点80。使用各种附着点80以允许最大化能够吸附的表面积，并因此最小化所需粘合剂的量和粘合剂占据的表面积。也可以设想各种拼接图案和缝合方式来将层36和38在特定点处接合在一起。
图6示出了本公开的第三示例性实施方式的吸附剂聚合物复合制品20”。除了下文所述之外，吸附剂聚合物复合制品20”类似于上述吸附剂聚合物复合制品20(图2)和吸附剂聚合物复合制品20’(图4)，其中相似的元件用相似的附图标记表示。如上所述，吸附剂聚合物复合制品20”包括具有第一多孔聚合物22和吸附剂材料24、24’的第一复合区域28。
吸附剂聚合物复合制品20”还包括第二区域36，该第二区域36与第一复合区域28的第一侧72一体形成。在该实施方式中，第一复合区域28的第一多孔聚合物22可以与第二区域36的第二多孔聚合物40连续。在一些实施方式中，吸附剂聚合物复合制品20”可进一步包括具有第三多孔聚合物48的第三区域38，该第三区域38与第一复合区域28的第二侧74一体形成。在该实施方式中，第一复合区域28的第一多孔聚合物22可以与第三区域38的第三多孔聚合物48连续。
在一些实施方式中，第二区域36和第三区域38是吸附剂聚合物复合制品20”的第一复合区域28的改性表面的区域，即吸附剂聚合物复合制品20”是整料。在这些实施方式中，可以通过对多孔聚合物40、48进行表面处理来产生第二区域36和第三区域38，使得各区域36、38具有比第一复合区域28的第一多孔聚合物22更高的疏水性。该表面处理可以包括侵蚀第一复合区域28的第一侧72和第一复合区28的第二侧74外面的吸附剂材料24、24’，使得第二区域36和第三区域38的多孔聚合物40、48各自不含吸附剂材料24，24’。除了对第二区域36和第三区38施加然后侵蚀吸附剂材料24，24’之外，该表面处理可以包括掩蔽第二区域36和第三区域38，使得吸附剂材料24、24’仅沉积在第一复合区域28内。表面处理还可以包括将疏水涂料施加到第二区域36和第三区域38。下文提供了有关这些和其他表面处理的更多信息。
图7是显示了形成上述吸附剂聚合物复合制品20”(图6)的方法300的流程图。在框302处，方法300包括形成包括第一多孔聚合物22和吸附剂材料24、24’的第一复合区域28。在框306处，方法300包括对第一复合区域28的第一侧72施加表面处理。该表面处理可以包括侵蚀第一侧72外面的吸附剂材料24、24’。可以通过使用热、溶剂或等离子体来完成侵蚀。在其他情况下，表面处理可以包括用疏水性物质施加洗涤、施加等离子体处理或掩蔽第一侧72外面的区域。在框308处，方法300包括对第一复合区域28的第二侧74施加表面处理。该表面处理可以包括侵蚀第二侧74外面的吸附剂材料24、24’。可以通过使用热量、溶剂或等离子体来完成侵蚀。在其他情况下，表面处理可以包括用疏水性物质施加洗涤、施加等离子体处理或掩蔽第二侧74外面的区域。
图8是显示了使用上述图2的吸附剂聚合物复合制品20进行吸附(特别是DAC)的基本方法400的流程图。在一些实施方式中，如上所述，可以改变使用方法400以在除DAC之外的吸附过程中使用图2的吸附剂聚合物复合制品20。虽然参照图2的吸附剂聚合物复合制品20来阐述方法400，但是方法400同样地分别适用于图4和图6的吸附剂聚合物复合制品20’和吸附剂聚合物复合制品20”。在框402处，方法400包括提供吸附剂聚合物复合制品20。在框404处，方法400包括引导进料流穿过吸附剂聚合物复合制品20，该进料流可以类似于图1的包括CO2分子16的空气输入流11。其他合适的输入流11包括液体(例如海水)或其他蒸气。在框406处，方法400包括将CO2分子16吸附至吸附剂聚合物复合制品20。在框408处，方法400包括从吸附剂聚合物复合制品20解吸CO2分子16(图1)，从而再生吸附剂聚合物复合制品20以供进一步使用。在一些情况下，框408的该解吸步骤包括将水、水蒸气或热量中的至少一种施加到吸附剂聚合物复合制品20。在框410处，方法400包括利用真空或其他合适的收集技术收集CO2分子16以用于期望的最终用途。
在一些实施方式中，可以重复在框406处将CO2分子16吸附到吸附剂聚合物复合制品20和随后在框408处将CO216从吸附剂聚合复合制品20解吸的步骤。因此，吸附剂聚合物复合制品20可以在吸附和解吸阶段之间有效地循环并且具有增加的耐用性。
图9A是第四吸附剂聚合物复合制品20”’的示例性实施方式。吸附剂聚合物复合制品20”’包括第一区域28”，该第一区域包括吸附剂材料24和筛网25(例如玻璃纤维、金属丝(wire))。筛网25可以具有网格型(lattice-type)布置，并且可以沿着第一复合区域28”的整个第一侧72和第二侧74延伸。筛网25可以为吸附剂聚合物复合制品20和保留的吸附剂材料24提供结构支撑，类似于前述实施方式中描述的第一多孔聚合物22。此外，如上所述，筛网25可以被认为是如上所述的有用组成部分，其促进吸附剂聚合物复合制品20”内的导热性和/或导电性。吸附剂聚合物复合制品20”’还包括第二多孔聚合物40”的第二区域36”和/或第三多孔聚合物48”的第三区域38”，如上所述，其可将吸附剂材料24固定在筛网25中。
图9B是图9A中所示吸附剂聚合物复合制品的一种变体的示例性实施方式20”’。在该实施方式中，筛网25可以具有格栅型(grid-type)布置，而不是图9A的网格型布置。其他变体也在本公开的范围内。
实施例
实施例1
制备了一种包括吸附剂填充带的吸附剂聚合物复合制品。通过获得无定形二氧化硅粉末(Syloid C803，可购自格雷斯工业(Grace Industries)，哥伦比亚市，马里兰州)并与PTFE树脂组合，来制备样品。共混物的比例为60重量％的二氧化硅和40重量％的PTFE。使用Mortimer，Jr.的美国专利号4,985,296中描述的方法将组分共混。该方法包括将60重量％二氧化硅和40重量％PTFE的共混物混合在水性分散体中。接下来，该方法包括使填料和PTFE凝结。然后，该方法包括用挤出润滑剂(Isopar K)润滑填充的PTFE，并将糊料挤出以形成带。然后，该方法包括通过拉伸带来使其膨胀，形成其中分布有填料的多孔PTFE带，最后将其压缩至所需厚度。得到的填充带的厚度为约0.762mm，宽度为约150mm。将该带切割成约53mmx 85mm的样品。
图10A、10B、10C和10D为该样品的缩放SEM图像。SEM图像的缩放率标注在各图像中。图10A显示了带90在100倍放大率下的表面图像，其显示了具有亮区域90a和暗区域90b的带的表面的一些变化，比例尺显示了相对于图像的500μm的长度。图像底部显示的是：HV10.00kV，mag 100x，WD 10.1mm，HFW 1.49mm，det BSED。图10B示出了带90的相同表面在1000倍放大率下的更高放大率SEM，其比例尺显示了相对于图像的50μm的长度，其中二氧化硅颗粒92得以显示并被嵌入聚合物中，图10A的亮区90a是二氧化硅颗粒92，而图10A的暗区是支撑二氧化硅颗粒92的聚合物。图像底部显示的是：HV 10.00kV，mag 1000x，WD 10.1mm，HFW 149μm，det BSED。图10C显示了图10A的相同带90在100倍放大率下的截面图像，其显示了具有亮区域90a和暗区域90b的带的表面的一些变化，比例尺显示了相对于图像的500μm的长度。图像底部显示的是：HV 10.00kV，mag 100x，WD 9.4mm，HFW 1.49mm，det BSED。图10D示出了吸附剂聚合物复合制品的相同横截面在1000倍放大率下的更高放大率SEM，其比例尺显示了相对于图像的50μm的长度，其中二氧化硅颗粒92再次显现并被嵌入聚合物中，图10C的亮区90a是二氧化硅颗粒92，而图10C中的暗区是支撑二氧化硅颗粒92的聚合物。图像底部显示的是：HV 10.00kV，mag 1000x，WD 9.5mm，HFW 149μm，det BSED。
实施例2
制备了一种包括ePTFE膜之间的玻璃纤维筛网的吸附剂聚合物复合制品。通过首先将两层聚氨酯粘合剂(Gorilla牌喷涂粘合剂，大猩猩胶水公司(Gorilla GlueCompany)，辛辛那提，俄亥俄州)喷涂到玻璃纤维网/筛网(圣戈班(Saint-Gobain)，ADFORS，玻璃纤维通气筛网)上，来制备样品。使粘合剂干燥直到它不再有粘性。获得根据Branca等人的US 5814405的教导生产的膨胀ePTFE。使用烙铁局部加热以使聚氨酯再次流动并引起粘附，从而将ePTFE膜附接到粘合剂涂覆的筛网的一侧。然后将实施例1中提到的相同二氧化硅粉末施加到该结构上，使二氧化硅填充筛网孔。使用直尺(尺子)沿筛网表面整平粉末。使用另一层相同的ePTFE膜来覆盖筛网和粉末。将该结构放入设定为150摄氏度的衬衫熨烫机(t-shirt press)中。闭合熨烫机并对该结构施加压力和热量30秒。取出样品，冷却并用剪刀修剪。最终样品的尺寸约为53mmx85mm。
实施例3
制备了一种包括吸附剂填充带的吸附剂聚合物复合制品。通过获得无定形二氧化硅粉末(Syloid C803，可购自格雷斯工业(Grace Industries)，哥伦比亚市，马里兰州)并与PTFE树脂组合，来制备样品。共混物的比例为60重量％的二氧化硅和40重量％的PTFE。然后将该混合物加工成实施例1中所述的带。所得带的厚度为约0.762mm，宽度为约150mm。
获得根据Branca等人的US 5814405的教导生产的膨胀型ePTFE。将ePTFE薄膜放置在样品的两个表面上。然后将样品放置在Carver液压机中，在铝垫片之间进行压缩。压力将样品压缩到其原始厚度的约1/3。将样品取出并修剪至约53mm x 85mm。
然后对实施例1、2和3的吸附剂聚合物复合制品的若干特征进行分析。一个测试的特征是吸附剂聚合物复合制品的疏水性。疏水性测试表明，涂层没有改变吸附剂聚合物复合物的疏水性。虽然PEI是亲水性的，但研究发现，在涂覆处理后，ePTFE层的疏水性在吸附剂聚合物复合制品中得以保持。结果还表明，H2O液滴的临界尺寸决定了它们是否会从吸附剂聚合物复合制品中流出或留在表面。但是，摇动吸附剂聚合物复合制品可以去除留在吸附剂聚合物复合制品上的H2O液滴。这是产生可适形的吸附剂聚合物复合制品的优点。
此外，对实施例1、2和3中的吸附剂聚合物复合制品进行高温处理，以模拟变温吸附。样品能够经受5次变温吸附循环，同时保持适当功能。
实施例4
制备了一种包括含有Dowex颗粒的填充带的吸附剂聚合物复合制品。从佛罗里达州南迈阿密的Lenntech USA获得氯化物形式的Dowex Marathon A。然后将树脂冷冻研磨至约50微米的平均尺寸。然后将Dowex树脂粉末与PTFE树脂以60重量％Dowex和40重量％PTFE的比率混合。然后将该混合物加工成实施例1中所述的带。所得带的厚度为约0.762mm，宽度为约150mm。将该带切割成约53mm x 85mm的样品，并贴上标签进行测试。
图11A、11B、11C和11D为该样品的SEM图像。SEM图像的缩放率标注在各图像中。图11A显示了Dowex带在50倍放大率下的表面图像，其显示了支撑填料颗粒96的聚合物94以及在许多颗粒96的表面上存在的PTFE外皮95，比例尺显示了相对于图像的1.00mm的长度(使得两个连续的垂直标记之间的距离表示0.1mm)。图像底部显示的是：2.0kV 10.8mm x50 LM(UL)6/25/2020。图11B示出了在200倍放大率下Dowex带的相同表面的更高放大率SEM，其同样显示了支撑填料颗粒96的聚合物94以及在许多颗粒96的表面上存在的PTFE外皮95，其比例尺显示了相对于图像的200μm的长度(使得两个连续的垂直标记之间的距离表示20μm)。图像底部显示的是：2.0kV 10.8mm x200 LM(UL)6/25/2020。图11C显示了图11A的相同Dowex带在50倍放大率下的截面图像，其显示了支撑填料颗粒96的聚合物94形成层，比例尺显示了相对于图像的1.00mm的长度(使得两个连续的垂直标记之间的距离表示0.1mm)。图像底部显示的是：2.0kV 11.1mm x50 LM(UL)6/25/2020。图11D示出了在200倍放大率下Dowex带的相同截面的更高放大率SEM，其同样显示了支撑填料颗粒96的聚合物94形成层，比例尺显示了相对于图像的200μm的长度(使得两个连续垂直标记之间的距离表示20μm)。图像底部显示的是：2.0kV 11.1mm x200 LM(UL)6/25/2020。在图11A和图11B中，Dowex颗粒都无法清楚可见，因为它们嵌入在聚合物94的表面之下。在图11C和11D中，截面显示了嵌入聚合物94中的Dowex颗粒96。
实施例5a
方法1(干法)
制备了包括ePTFE膜之间的玻璃纤维筛网的吸附剂聚合物复合制品。通过首先将两层聚氨酯粘合剂(Gorilla牌喷涂粘合剂，大猩猩胶水公司，辛辛那提，俄亥俄州)喷涂到玻璃纤维网/筛网(圣戈班，ADFORS，玻璃纤维通气筛网)上，来制备样品。使粘合剂干燥直到它不再有粘性。获得根据Branca等人的US 5814405的教导生产的膨胀型ePTFE。使用烙铁局部加热以使聚氨酯再次流动并引起粘附，从而将ePTFE膜附接到粘合剂涂覆的筛网的一侧。然后将实施例4中提到的Dowex树脂施加到该结构上，用树脂填充筛网孔。使用直尺(尺子)沿筛网表面整平粉末。使用另一层相同的ePTFE膜来覆盖筛网和树脂。将该结构放入设定为125摄氏度的衬衫熨烫机中。闭合熨烫机并对该结构施加压力和热量30秒。将样品取出，冷却并用剪刀修剪至约53mm x 85mm。
实施例5b
方法2(湿法)
制备了包括ePTFE膜之间的玻璃纤维筛网的吸附剂聚合物复合制品。通过首先将两层聚氨酯粘合剂(Gorilla牌喷涂粘合剂，大猩猩胶水公司，辛辛那提，俄亥俄州)喷涂到玻璃纤维网/筛网(圣戈班，ADFORS，玻璃纤维通气筛网)上来制备样品。使粘合剂干燥直到它不再有粘性。获得根据Branca等人的US 5814405的教导生产的膨胀ePTFE。使用烙铁局部加热以使聚氨酯再次流动并引起粘附，从而将ePTFE膜附接到粘合剂涂覆的筛网的一侧。然后将与实施例5a中提到的相同的Dowex树脂与70％IPA混合，直到其获得薄浆料的稠度。然后将其施加到结构上，用树脂浆料填充筛网孔。使用直尺(尺子)沿筛网表面整平浆料。使用另一层相同的ePTFE膜来覆盖筛网和树脂。将该结构干燥30分钟，然后放入设定为125摄氏度的衬衫熨烫机中。将样品取出，冷却并用剪刀修剪至约53mm x 85mm。
本领域技术人员将认识到，在上述实施例中，可以容易地使用其他多孔材料来替代。可以理解，非织造材料(例如纳米纺、熔喷、纺粘和多孔流延膜)可以代替实施例5a和5b的玻璃纤维网/筛网。
实施例6
制备了包括两侧层压有ePTFE层的SnowPure层的吸附剂聚合物复合制品。获得含有Dowex Marathon A树脂的基于聚丙烯的膜(可购自SnowPure有限公司，圣克莱门特，加利福尼亚州)。获得根据Branca等人的US 5814405的教导生产的膨胀型ePTFE。将ePTFE膜放置在SnowPure材料的各表面上，并使用烙铁头的局部加热将其固定到位。烙铁的热量部分熔化了SnowPure膜中的聚丙烯基材，并导致使其粘附至ePTFE。将样品切割/修剪至约53mm x85mm。
与作为基线的竞争品(仅SnowPure)相比，分析实施例5a、5b和6的样品经过变湿吸附的性能。
图12显示了当使用30分钟的变湿吸附循环时，吸附至吸附剂聚合物复合制品的CO2量(单位为μmol/g)。结果表明，根据实施例5a(方法1)形成的吸附剂聚合物复合制品获得了测试的吸附剂聚合物复合制品中最高的CO2吸附，并且根据实施例4形成的吸附剂聚合物复合制品获得了最低的CO2吸附。基线吸附剂聚合物复合制品和根据实施例6制备的吸附剂聚合物复合制品的性能好于实施例4，但不如实施例5a或实施例5b。
图13与图12相似，但其显示了在30分钟的变湿吸附循环中，吸附至吸附剂聚合物复合制品的CO2量随时间的变化(单位为μmol/g/min)的动力学结果。与图12的结果一样，性能最好的样品是实施例5a的样品(方法1)，其次是实施例5b的样品(方法2)。性能最不理想的吸附剂聚合物复合制品同样是实施例4的制品。基线样品和实施例6的样品的性能不如实施例5a和实施例5b的样品，但确实比实施例4的样品更好。
关于CO2吸附和吸附动力学的结果均表明使用根据实施例5a和5b形成的Dowex和ePTFE吸附剂聚合物复合制品复合物的益处。
可以在不脱离本公开范围的情况下对所讨论的示例性实施方式进行各种修改和添加。例如，虽然上述实施方式涉及特定特征，但本公开的范围还包括具有不同特征组合的实施方式和不包括所有所描述特征的实施方式。因此，本公开的范围旨在包含属于权利要求范围内的所有此类替代、修改和变更，以及其所有等同物。

Claims (45)

1.一种吸附剂聚合物复合制品，其包括：
第一复合区域，其包括第一多孔聚合物和吸附剂材料，所述第一复合区域具有第一疏水性；和
被定位为邻近第一复合区域第一侧的第二多孔聚合物的第二区域，所述第二区域具有超过第一疏水性的第二疏水性。
2.如权利要求1所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，所述吸附剂聚合物复合制品还包括第三多孔聚合物的第三区域，其被定位为邻近第一复合区域的第二侧，所述第三区域具有超过第一疏水性的第三疏水性。
3.如权利要求2所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，所述第一多孔聚合物、第二多孔聚合物和第三多孔聚合物是相同的。
4.如权利要求2所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，所述第二区域和第三区域两者相对于第一复合区域的较大疏水性是由第二区域和第三区域内不含吸附剂材料所限定的。
5.如权利要求1所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，所述第一复合区域的第一多孔聚合物与第二区域的第二多孔聚合物是连续的。
6.如权利要求2所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，所述第一复合区域的第一多孔聚合物与第三区域的第三多孔聚合物是连续的。
7.如权利要求1所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，所述吸附剂材料是二氧化碳吸附材料。
8.如权利要求1所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，所述吸附剂材料是离子交换树脂、沸石、活性炭、氧化铝、金属有机骨架或聚乙烯亚胺(PEI)。
9.如权利要求1所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，第一吸附剂复合区域的第一多孔聚合物是膨胀型聚四氟乙烯、聚四氟乙烯或膨胀型聚乙烯。
10.如权利要求2所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，第二区域的厚度小于第一复合区域的厚度，并且第三区域的厚度小于第一复合区域的厚度。
11.如权利要求1所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，所述吸附剂聚合物复合制品的厚度为约0.1mm至约5.0mm。
12.如权利要求1所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，所述第一复合区域还包括载体。
13.如权利要求12的吸附剂聚合物复合制品，其中，所述吸附剂被构造为涂覆第一复合层的载体，而不涂覆第一复合层的多孔聚合物。
14.如权利要求12所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，所述载体为二氧化硅或陶瓷。
15.如权利要求1所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，第二区域的第二多孔聚合物是聚四氟乙烯、膨胀型聚四氟乙烯和膨胀型聚乙烯中的至少一种。
16.如权利要求2所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，第三区域的第三多孔聚合物是聚四氟乙烯、膨胀型聚四氟乙烯和膨胀型聚乙烯中的至少一种。
17.如权利要求2所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，第二区域的第二多孔聚合物与第三区域的第三多孔聚合物相同。
18.如权利要求2所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，第一复合区域的孔大于第二区域和第三区域。
19.如权利要求1所述的吸附剂聚合物复合制品，其还包括至少一种选自导电材料、导热材料或疏水材料的可用组成部分。
20.一种形成吸附剂聚合物复合制品的方法，所述方法包括以下步骤：
形成包括第一多孔聚合物和吸附剂材料的第一复合区域；和
在所述第一复合区域的第一侧上形成包括第二多孔聚合物的第二疏水区域。
21.如权利要求20所述的方法，其中，所述第二疏水区域是与第一复合区域离散的层。
22.如权利要求21所述的方法，其中，在第一复合层的第一侧上形成第二疏水区域的步骤包括将第二疏水层的第二多孔聚合物联接到第一复合层的多孔聚合物的第一侧。
23.如权利要求20所述的方法，其中，所述方法还包括在第一复合层的第二侧上形成包括第三多孔聚合物的第三疏水区域的步骤。
24.如权利要求23所述的方法，其中，所述第三疏水区域是与第一复合区域离散的层。
25.如权利要求24所述的方法，其中，在第一复合区域的第二侧上形成第三疏水区域的步骤还包括将第三疏水区域的第三多孔聚合物联接到第一复合区域的第一多孔聚合物的第二侧。
26.如权利要求22所述的方法，其中，联接步骤包括将第二疏水区域层压到第一复合区域的第一侧上。
27.如权利要求25所述的方法，其中，联接步骤包括将第三疏水区域层压到第一复合区域的第二侧上。
28.如权利要求25所述的方法，其还包括通过沿着吸附剂聚合物复合制品的长度建立附着点，使得第一复合区域夹在相邻附着点之间的第二疏水区域和第三疏水区域之间，从而将第二疏水区域连接到第三疏水区域。
29.如权利要求28所述的方法，其中，连接步骤包括使用粘合剂材料。
30.如权利要求28所述的方法，其中，沿着吸附剂聚合物复合制品的相邻附着点之间的距离是变化的。
31.如权利要求20所述的方法，其中，形成包括第一多孔聚合物和吸附剂材料的第一复合区域的步骤还包括用吸附剂涂料涂覆第一多孔聚合物，并且在第一复合区域的第一侧上形成第二疏水区域的步骤还包括在第一复合区域的第一侧外面施加表面处理。
32.如权利要求23所述的方法，其中，形成包括第一多孔聚合物和吸附剂材料的第一复合区域的步骤还包括用吸附剂涂料涂覆第一多孔聚合物，并且在第一复合区域的第二侧上形成第三疏水区域的步骤还包括在第一复合区域的第二侧外面施加表面处理。
33.如权利要求32所述的方法，其中，所述吸附剂涂料是聚乙烯亚胺(PEI)。
34.一种使用吸附剂聚合物复合制品进行吸附的方法，所述方法包括以下步骤：
提供吸附剂聚合物复合制品，其包括第一复合区域和第二区域，所述第一复合区域包括第一多孔聚合物和吸附剂并且具有第一疏水性，所述第二区域被定位为邻近第一区域的第一侧并且具有超过第一疏水性的第二疏水性；
引导包含二氧化碳的进料流穿过所述吸附剂聚合物复合制品；和
将二氧化碳吸附到所述吸附剂聚合物复合制品中。
35.如权利要求34所述的方法，其中提供吸附剂聚合物复合制品的步骤还包括在第一区域的第二侧形成第三多孔聚合物的第三区域，所述第三区域具有超过第一疏水性的第三疏水性。
36.如权利要求34所述的方法，其还包括通过向所述吸附剂聚合物复合制品施加水和热量中的至少一种来解吸二氧化碳。
37.如权利要求34所述的方法，其还包括使用真空来收集解吸的二氧化碳。
38.一种吸附剂聚合物复合制品，其包括：
具有吸附剂材料和筛网的第一区域；
被定位为邻近第一区域的包括第二聚合物的第二区域；和
被定位为邻近第一区域的包括第三聚合物的第三区域。
39.如权利要求38所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，第二区域的第二聚合物和第三区域的第三聚合物是膨胀型聚四氟乙烯和膨胀型聚乙烯中的至少一种。
40.如权利要求38所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，所述筛网是导电的或导热的。
41.如权利要求38所述的吸附剂聚合物复合制品，其中所述筛网包括玻璃纤维或金属丝。
42.一种吸附剂聚合物复合制品，其包括：
第一复合区域，其包括第一多孔聚合物和吸附剂材料，所述第一复合区域具有第一疏水性；
被定位为邻近第一复合区域第一侧的第二多孔聚合物的第二区域，所述第二区域具有超过第一疏水性的第二疏水性；
被定位为邻近第一复合区域第二侧的第三多孔聚合物的第三区域，所述第三区域具有超过第一疏水性的第三疏水性；
端部密封区域，所述端密封区域被设置为包围第二区域和第三区域之间的第一复合区域的端部。
43.如权利要求42所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，所述端部密封区域通过将第二区域和第三区域接合在一起而形成。
44.如权利要求42所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，所述端部密封区域是放置在吸附剂聚合物复合制品上的密封材料附加层。
45.如权利要求44所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，所述密封材料与第二区域的多孔聚合物或第三区域的多孔聚合物相同。
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