JP2014533195A - 基体、担体および/または担体コーティング基体の上に収着剤を塗布する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(i)任意に、a溶媒、b結合剤、c担体およびd随意の分散剤、を備えるスラリーで、基体を前処理することにより、担体でコーティングされる基体を調製することと;(ii)基体、担体、および/または担体がコーティングされた基体を、収着剤で処理することと;を備え、前記基体は、(a)セラミック、金属またはプラスチック製のモノリシックまたはハニカム構造;(b)ポリウレタン発泡体、ポリプロピレン発泡体、ポリエステル発泡体、金属発泡体またはセラミック発泡体;または(c)織布または不織布のプラスチックまたはセルロース化合物繊維であって、
担体は、アルミナ、シリカ、シリカアルミナ、チタニア、ジルコニア、炭素、ゼオライト、金属有機構造体(MOF)またはこれらの組合せであり、収着剤は、二酸化炭素を吸着し、収着剤は、アミン類;モノエタノールアミン;ジエタノールアミン;ポリエチレンイミン(PEI);アミノプロピルトリメトキシシラン;ポリエチレンイミン−トリメトキシシラン;ナイロン、ポリウレタン、ポリビニルアミンまたはメラミンを含むアミドまたはアミン含有ポリマー;およびこれらの組合せから成る群より選択される。
一実施形態に従い、基体、担体、および/または担体がコーティングされた基体の上に、吸着剤のコーティングを塗布する方法が開示される。この方法は:(i)任意に、a溶媒、b結合剤、c担体およびd随意の分散剤、を備えるスラリーで、基体を前処理することにより、担体でコーティングされる基体を調製することと;(ii)基体、担体、および/または担体がコーティングされた基体を、収着剤で処理することと;を備える。
別の実施形態に従い、基体、担体および/または担体でコーティングされる基体上に収着剤にコーティングを塗布する方法が開示される。この方法は、(i)基体、担体、および/または担体がコーティングされた基体を、a溶媒、b結合剤、およびc担体、を備えるスラリーで処理すること;を備え、前記基体は、(a)セラミック、金属またはプラスチック製のモノリシックまたはハニカム構造;(b)ポリウレタン発泡体、ポリプロピレン発泡体、ポリエステル発泡体、金属発泡体またはセラミック発泡体;または(c)織布または不織布のプラスチックまたはセルロース化合物繊維、である。
(ii)ステップ(i)の後、スラリー処理された基体、担体および/または担体コーティング基体を乾燥させることと;その後、
(iii)結合剤または収着剤の分解を防止する温度で、過剰な収着剤および溶媒を除去して、吸着剤コーティングされた基体、吸着剤コーティングされた担体、および/または吸着剤コーティングされた担体コーティング基体を得ることと、を含むことができる。
ダブルディップおよび/またはシングルディップ方法におけるセラミックの基体は、コージェライト、アルミナ、コージェライト−αアルミナ、窒化ケイ素、ジルコンムライト、リシア輝石、アルミナ−シリカマグネシア、ジルコンケイ酸エステル、シリマナイト、ケイ酸マグネシウム、ジルコン、葉長石、アルミノケイ酸塩およびこれらの組合せから成る群より選択してもよい。
実施形態に従い、収着剤コーティングを備えているアルミナ担体が開示される。上述のように、収着剤は、二酸化炭素を吸着し、収着剤は、アミン類;モノエタノールアミン;ジエタノールアミン;ポリエチレンイミン(PEI);アミノプロピルトリメトキシシラン;ポリエチレンイミン−トリメトキシシラン;ナイロン、ポリウレタン、ポリビニルアミンまたはメラミンを含むアミドまたはアミン含有ポリマー;およびこれらの組合せから成る群より選択される。好適な実施形態において、収着剤はポリエチレンイミン(PEI)である。
図2は、吸着および脱着サイクルのフローチャートを概略的に示す。図2に示すように、吸着サイクル中、モノリス収着剤は、ファンを用いて空気および二酸化炭素をモノリス収着剤中に通過させる際に、比較的低い温度(例えば約20℃)で、二酸化炭素を吸着する。次いで、図2に示すように、脱着サイクル中、そこでモノリス収着剤は、再生ユニット内に置かれ、モノリス収着剤は、高い温度のガスフローにさらされて、収着剤を再生させ、流れ中のCO2の量を濃縮する。このガスフローは、蒸気の形態であってもよく、あるいは、約90℃〜約110℃の温度の窒素等の希ガスであってもよい。二酸化炭素を含んだ蒸気が、モノリス収着剤から回収され、その後、濃縮された二酸化炭素は、分離機を用いて回収できる。この方法で約≧95%の二酸化炭素を得ることが可能である。
実施例1
4.52gの酸化アルミニウム水酸化物および169.48gの水で45.22gのアルミナを混合することにより、スラリーが得られた。アルミナコーティングを1.15g/in3で塗布するよう、このスラリーをコージェライト製のハニカムの上にコーティングした。次いで、20%のポリエチレンイミン(PEI)を含む水溶液にこのアルミナコーティングハニカムを浸すことにより、PEI含浸を行った。調製されたコアに対して、CO2吸着能試験(実施例3−以下の吸着テストで説明する)を行い、PEIのグラム当たり4.20mmolのCO2を吸着したことが見出された。
吸着試験の手法
1%の水を含む空気中にCO2を400ppm、35℃、2.5m/秒の速度で、吸着剤コーティングされたハニカム内を、サンプルがCO2で飽和するまで、流した。110℃で、1%の水を含む窒素をコア内に流して、CO2を脱着した。過去の吸着と同一の条件で、再度、CO2を吸着した。
吸着測定を行う前に、各サンプルは、1%の水を含む空気内において、速度2.5m/秒、温度35℃で、400ppmのCO2の流れにサンプルを、サンプルがCO2で飽和するまでさらす処理を受けた。サンプルは、基体上にコーティングされる担体上に収着剤含浸がなされる:例えばセラミックのハニカム上にコーティングされるアルミナ上のPEIである。次いで、サンプルは、サンプル内を流れる1%の水を含む窒素の流れを用いて2.5m/秒および温度110℃で、CO2が放出されなくなるまで、CO2パージされる。次いで吸着測定は、1%の水を含む空気内おいてサンプル内を流れる400ppmのCO2によって、速度2.5m/秒、温度35℃で、サンプルがCO2で飽和するまで行われる。
サンプルは、ダブルディップコーティング法によって作製された。第1のコーティングは、下記のリストの組成物を有する水ベースのスラリーを塗布することによってセラミックのハニカムに形成された。各サンプルは、表面積および細孔構造の異なる性質を有する別々のアルミナ(アルミナA〜K)を用いて製造された。
aアルミナ92%
b結合剤(アルミナゾル)6%
c分散剤2%。
これらのサンプルは、塗布されるPEIの量を、サンプル間で変更した点を除いて、実施例3と同じ方法(同一材料表によるダブルディップ法)で調製された。
サンプルの各々の有機画分は、表に示す。
図8は、エンジン系燃焼ガスからのCO2捕捉に時々用いられるジエタノールアミン(DEA)と、PEIとを比較する(両方ともにアルミナに含浸させる)グラフであり、サンプル内を1%の水を含有する窒素2.5m/秒、温度110℃で晒した後における結果を示す。この熱処理後のCO2捕捉量性能は、PEIサンプル以上に変化した。先に記載したものと同様に、CO2性能測定を完了した。
図9は、PEIの分子量がどのように性能に影響を及ぼすか示すグラフであり、最も低い分子量PEI(MW=800)が、最高のCO2容量を有したことを示す。「ルパソール」は、図9において参照される。ルパソール(商標)は、BASFによって販売される多機能の非毒性のカチオンポリマーとしてのポリエチレンイミン(PEI)の登録商標であることに留意すべきである。ルパソール(商標)SK、ルパソール(商標)P、ルパソール(商標)G20およびルパソール(商標)FGは、BASFによって販売される、性質の異なるPEIである。ルパソール(商標)SKは、分子量2,000,000、ルパソール(商標)Pは、分子量750,000、ルパソール(商標)G20は、分子量1,200、ルパソール(商標)FGは、分子量800である。
サンプルは、先に提供される実施例3の方法によって調製され、コーティング総荷重が2.1g/in3、PEIとしてコーティングの29%であった。このサンプルについて、CO2が4000ppm、酸素が12%、水が1%、残りが窒素を含むガスを、流量2.5m/秒で、CO2で飽和するまで流すことにより、CO2吸着能を評価した。このサンプルは、PEIのグラム当たり3.88mmolのCO2を吸着したことがわかった。
Claims (57)
- 基体、担体、および/または担体がコーティングされた基体の上に、吸着剤のコーティングを塗布する方法であって、前記方法は、
(i)任意に、
a.溶媒、
b.結合剤、
c.担体および
d.任意の分散剤を
含むスラリーで前記基体を前処理することにより、前記担体でコーティングされる基体を調製する工程と;
(ii)前記基体、前記担体、および/または前記担体がコーティングされた基体を、収着剤で処理する工程と;
を備え、
前記基体は、(a)セラミック、金属またはプラスチック製のモノリシックまたはハニカム構造;(b)ポリウレタン発泡体、ポリプロピレン発泡体、ポリエステル発泡体、金属発泡体またはセラミック発泡体;または(c)織布または不織布のプラスチックまたはセルロース繊維、であり
前記担体は、アルミナ、シリカ、シリカアルミナ、チタニア、ジルコニア、炭素、ゼオライト、金属有機構造体(MOF)またはこれらの組合せであり、
前記収着剤は、二酸化炭素を吸着し、そして前記収着剤は、アミン類;モノエタノールアミン;ジエタノールアミン;ポリエチレンイミン(PEI);アミノプロピルトリメトキシシラン;ポリエチレンイミン−トリメトキシシラン;ナイロン、ポリウレタン、ポリビニルアミンまたはメラミンを含むアミドまたはアミン含有ポリマー;およびこれらの組合せから成る群より選択される、ことを特徴とする方法。 - 前記セラミック基体は、コージェライト、アルミナ、コージェライト−αアルミナ、窒化ケイ素、ジルコンムライト、リシア輝石、アルミナ−シリカマグネシア、ジルコンケイ酸エステル、シリマナイト、ケイ酸マグネシウム、ジルコン、葉長石、アルミノケイ酸塩およびこれらの組合せから成る群より選択される請求項1に記載の方法。
- 前記セラミック基体は、コージェライト、アルミナまたはこれらの組合せである、請求項2に記載の方法。
- 前記金属基体は、シート、メッシュ、フォイル、フレーク、粉末、ワイヤ、ロッドまたはこれらの組合せの形態の、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、Fe−Cr合金またはCr−Al−Fe合金である、請求項1に記載の方法。
- 前記金属基体は、シート、メッシュまたはフォイルの形態の、アルミニウム、ステンレス鋼、Cr−Al−Fe合金またはこれらの組合せである、請求項4に記載の方法
- 前記プラスチック基体は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンオキシド、ポリエーテルスルホン、メラミン、ポリアミド、ポリアクリレート、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリフルフラールアルコール、フェノールフルフリルアルコール、メラミンホルムアルデヒド、レソルシノールホルムアルデヒド、クレゾールホルムアルデヒド、フェノールホルムアルデヒド、ポリビニルアルコールジアルデヒド、ポリシアヌレート、ポリアクリルアミド、各種エポキシ、カンテンおよびアガロースまたはこれらの組合せのポリマーおよび/または共重合体である、請求項1に記載の方法。
- 前記プラスチック基体は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリウレタン、メラミン、ポリプロピレンまたはポリアミドのポリマーおよび/または共重合体である、請求項6に記載の方法。
- 前記モノリシック構造は、平方インチ当たり約50〜約900セルを有するチャンネルを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記チャンネルは、その断面が、正方形、三角形、または、正弦波の形状である、請求項9に記載の方法。
- 前記チャンネルの形状は、直線、ジグザグ、傾斜、またはヘリンボーンである、請求項9に記載の方法。
- 前記チャンネルは、穿孔形成の壁またはルーバー状の壁を有している、請求項9に記載の方法。
- 前記セラミックまたはプラスチックのモノリシック構造は、押出しによって製造される、請求項1に記載の方法。
- 前記金属またはプラスチックのモノリシック構造は、波形の金属フォイルまたは波形のプラスチックのシートを積層して製造される、請求項1に記載の方法。
- ステップ(i)は:
a.前記基体を前記スラリーでコーティングする工程;
b.前記コーティングされた基体から過剰溶媒を除去する工程;および
c.前記基体上の前記結合剤および前記担体をか焼する工程
を更に含む請求項1に記載の方法。 - 前記か焼は、200℃〜550℃の温度領域で行われる、請求項14に記載の方法。
- 前記か焼は、425℃〜475℃の温度で行われる、請求項15に記載の方法。
- 前記か焼は、450℃の温度で行われる、請求項16に記載の方法。
- 前記ステップ(i)における結合剤は、アルミナゾル、酸化水酸化アルミニウム、シリカゾル、チタニアゾル、酢酸ジルコニウム、シリコーンまたはこれらの組合せである、請求項1に記載の方法。
- 前記アルミナゾルが、1μm〜10μmの範囲のD50粒径となるよう粉砕される、請求項18に記載の方法。
- 前記アルミナゾルが、3μm〜6μmの範囲のD50粒径となるよう粉砕される、請求項19に記載の方法。
- 更に:
(iii)ステップ(ii)の後、前記処理された基体を乾燥させて過剰量の前記収着剤の除去し、過剰な溶媒を除去して、収着剤コーティング基体、収着剤コーティング担体、および/または担体でコーティングされた収着剤コーティング基体を得る工程を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記乾燥は、30℃〜70℃の温度範囲で行われる、請求項21に記載の方法。
- 前記乾燥は、40℃〜60℃の温度範囲で行われる、請求項22に記載の方法。
- 前記乾燥は、50℃の温度で行われる、請求項23に記載の方法。
- 前記溶媒が、水、メタノール、エタノール、トルエン、イソプロパノール、2−メトキシエチルエーテルおよびこれらの混合物から成る群より選択される、請求項1に記載の方法。
- 基体、担体および/または担体でコーティングされた基体上に収着剤のコーティングを塗布する方法であって、
(i)前記基体、担体、および/または担体がコーティングされた基体を、
a.溶媒
b.結合剤、および
c.収着剤
を備えるスラリーで処理する工程;を備え、
前記基体は、(a)セラミック、金属またはプラスチック製のモノリシックまたはハニカム構造;(b)ポリウレタン発泡体、ポリプロピレン発泡体、ポリエステル発泡体、金属発泡体またはセラミック発泡体;または(c)織布または不織布のプラスチックまたはセルロース繊維、であり、
前記担体は、アルミナ、シリカ、シリカアルミナ、チタニア、ジルコニア、炭素、ゼオライト、金属有機構造体(MOF)またはこれらの組合せであり、
前記収着剤は、二酸化炭素を吸着し、且つアミン類;モノエタノールアミン;ジエタノールアミン;ポリエチレンイミン(PEI);アミノプロピルトリメトキシシラン;ポリエチレンイミン−トリメトキシシラン;ナイロン、ポリウレタン、ポリビニルアミンまたはメラミンを含むアミドまたはアミン含有ポリマー;およびこれらの組合せから成る群より選択される、ことを特徴とする方法。 - 更に:
(ii)ステップ(i)の後、前記スラリー処理された基体、担体および/または担体コーティング基体を乾燥させる工程;および、その後、
(iii)前記結合剤または前記収着剤の分解を防止する温度で、過剰な収着剤および溶媒を除去して、収着剤コーティングされた基体、収着剤コーティングされた担体、および/または担体でコーティングされた収着剤コーティング基体を得る工程
を含む、請求項26に記載の方法。 - 前記セラミックの基体は、コージェライト、アルミナ、コージェライト−αアルミナ、窒化ケイ素、ジルコンムライト、リシア輝石、アルミナ−シリカマグネシア、ジルコンケイ酸エステル、シリマナイト、ケイ酸マグネシウム、ジルコン、葉長石、アルミノケイ酸塩およびこれらの組合せから成る群より選択される、請求項26に記載の方法。
- 前記セラミック基体は、コージェライト、アルミナまたはこれらの組合せである、請求項28に記載の方法。
- 前記金属基体は、シート、メッシュ、フォイル、フレーク、粉末、ワイヤ、ロッドまたはこれらの組合せの形態の、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、Fe−Cr合金またはCr−Al−Fe合金である、請求項26に記載の方法。
- 前記金属基体は、シート、メッシュまたはフォイルの形態での、アルミニウム、ステンレス鋼、Cr−Al−Fe合金またはこれらの組合せである、請求項30に記載の方法。
- 前記プラスチック基体は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンオキシド、ポリエーテルスルホン、メラミン、ポリアミド、ポリアクリレート、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリフルフラールアルコール、フェノールフルフリルアルコール、メラミンホルムアルデヒド、レソルシノールホルムアルデヒド、クレゾールホルムアルデヒド、フェノールホルムアルデヒド、ポリビニルアルコールジアルデヒド、ポリシアヌレート、ポリアクリルアミド、各種エポキシ、カンテンおよびアガロースまたはこれらの組合せのポリマーおよび/または共重合体である、請求項26に記載の方法。
- 前記プラスチック基体は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリウレタン、メラミン、ポリプロピレンまたはポリアミドのポリマーおよび/または共重合体である、請求項32に記載の方法。
- 前記ポリオレフィンは、エチレン酢酸ビニル、エチレンメチルアクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン‐プロピレンゴム、エチレン−プロピレンジエンゴム、ポリ(1−ブテン)、ポリスチレン、ポリ(2−ブテン)、ポリ(1−ペンテン)、ポリ(2−ペンテン)、ポリ(3−メチル(1−ペンテン))、ポリ(4−メチル−1−ペンテン)、1,2−ポリ−1,3−ブタジエン、1,4−ポリ−1,3−ブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、ポリ(酢酸ビニル)、ポリ(塩化ビニリデン)、ポリ(ビニリデンフルオリド)、ポリ(テトラフルオロエチレン)またはこれらの混合物である、請求項33に記載の方法。
- 前記ポリエステルは、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、PETの共重合体、PBTの共重合体およびPENの共重合体である、請求項33に記載の方法。
- 前記モノリシック構造は、平方インチ当たり約50〜約900のセルを有するチャンネルを有している、請求項26に記載の方法。
- 前記チャンネルは、その断面が、正方形、三角形、または、正弦波の形状である、請求項36に記載の方法。
- 前記チャンネルの形状が、直線、ジグザグ、傾斜、またはヘリンボーンである、請求項36に記載の方法。
- 前記チャンネルが、穿孔形成の壁またはルーバー状の壁を有する、請求項36に記載の方法。
- 前記セラミックまたはプラスチックのモノリシック構造が、押出しによって製造される請求項26に記載の方法。
- 前記金属またはプラスチックのモノリシック構造が、波形の金属フォイルまたは波形のプラスチックのシートを積層して製造される、請求項26に記載の方法。
- 前記ステップ(i)における結合剤が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン共重合体、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリブタジエン共重合体、塩化ゴム、ニトリルゴム、ポリクロロプレン、エチレン−プロピレンジエンエラストマー、ポリスチレン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリ(ビニルエステル)、ポリ(ビニルハライド)、ポリアミド、セルロース化合物ポリマー、ポリイミド、ポリアクリレート、ビニルポリアクリレートおよびスチレンポリアクリレート、ポリビニルアルコール、熱可塑性ポリエステル、熱硬化性ポリエステル、ポリ(フェニレンオキシド)、ポリ(フェニレンスルフィド)、ポリ(テトラフルオロエチレン)ポリフッ化ビニリデン及びポリ(フッ化ビニル)等のフッ素化重合体、エチレンクロロトリフルオロエチレン共重合体等のクロロ/フルオロ共重合体、ポリアミド、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、シリコーンポリマー、およびこれらの組合せから成る群より選択される、請求項26に記載の方法。
- 前記乾燥が、50℃〜150℃の温度範囲で行われる、請求項27に記載の方法。
- 前記乾燥が、70℃〜110℃の温度範囲で行われる、請求項43に記載の方法。
- 前記乾燥が、約110℃の温度で行われる、請求項44に記載の方法。
- 前記溶媒が、水、メタノール、エタノール、トルエン、イソプロパノール、2−メトキシエチルエーテルおよびこれらの混合物から成る群より選択される、請求項26に記載の方法。
- 請求項21に記載の収着剤コーティング基体、収着剤コーティング担体および担体がコーティングされた収着剤コーティング基体。
- 請求項27に記載の収着剤コーティング基体、収着剤コーティング担体および担体がコーティングされた収着剤コーティング基体。
- 請求項1に記載の収着剤コーティング。
- 請求項26に記載の収着剤コーティング。
- 収着剤コーティングを備えるアルミナ担体であって、
前記収着剤は、二酸化炭素を吸着し、前記収着剤は、アミン類;モノエタノールアミン;ジエタノールアミン;ポリエチレンイミン(PEI);アミノプロピルトリメトキシシラン;ポリエチレンイミン−トリメトキシシラン;ナイロン、ポリウレタン、ポリビニルアミンまたはメラミンを含むポリマーを含むアミドまたはアミン;およびこれらの組合せから成る群より選択され;
前記アルミナ担体は、約150m2/g〜250m2/gの表面積を有し、約0.7cc/g〜1.5のcc/gの細孔体積を有する、
アルミナ担体。 - 前記収着剤がポリエチレンイミン(PEI)であり、
前記アルミナ担体が、約170m2/g〜180m2/gの表面積を有し、約0.9cc/g〜1.2cc/gの細孔体積を有している、
請求項51に記載のアルミナ担体。 - 前記アルミナ担体が、約175m2/gの表面積を有し、約1.1cc/gの細孔体積を有する、請求項5に記載のアルミナ担体。
- 前記収着剤は、空気から、オフガスから、意図的に製造された二酸化炭素から、またはそれらの混合物から、二酸化炭素を吸着する、請求項1に記載の方法。
- 前記吸着された二酸化炭素は、原油の増進回収、飲料の炭酸化、食品の加工/冷却/凍結、化学物質の製造時の反応剤、藻類のための原料、または消火媒体として、保存および/または使用される、請求項54に記載の方法。
- 前記収着剤は、ガスを精製または分離する、請求項1に記載の方法。
- 前記収着剤が二酸化炭素を吸着して、天然ガス、環境空気、燃焼ガスまたは二酸化炭素を含む他の不純ガス混合物を精製する請求項1に記載の方法。
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