JP2015508018A - 二酸化炭素捕獲用基材、およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
粉末成分のバッチは、22μmの平均粒径までミル加工された約212m2/gの表面積を有するSASOL(商標)SBa200γ−アルミナ(SASOL,Houston Texas)から形成した。約500グラムのγ−アルミナを、CULMINAL(商標)(Ashland,Inc.,Ashland,KY)メチルセルロースの10重量%のさらなる添加(50グラム)とチューブラ(turbula)混合した。
粉末成分のバッチは、22μmの平均粒径までミル加工された約212m2/gの表面積を有するSASOL(商標)SBa200γ−アルミナから形成した。γ−アルミナを、75重量%γアルミナ対25重量%シリカゲルの比率で、約350〜約400m2/gの表面積および21μmの平均粒径を有するシリカゲルと混合した。γ−アルミナおよびシリカゲルの混合物を、CULMINAL(商標)メチルセルロースの10重量%のさらなる添加と乾燥ブレンドした。
粉末成分のバッチは、22μmの平均粒径までミル加工された約212m2/gの表面積を有するSASOL(商標)SBa200γ−アルミナから形成した。γ−アルミナを、50重量%γアルミナ対50重量%シリカゲルの比率で、約350〜約400m2/gの表面積および21μmの平均粒径を有するシリカゲルと混合した。γ−アルミナおよびシリカゲルの混合物を、CULMINAL(商標)メチルセルロースの10重量%のさらなる添加と乾燥ブレンドした。
実施形態において、ワイドポアシリカゲルと記載されるC型シリカゲルを、中央粒径が22μmであるように粒径分布を有するように粉砕する。粒径はバイモーダルであることが可能であるか、またはマルチモーダルであることが可能である。このシリカゲルに、メチルセルロースの10重量%のさらなる添加を添加し、乾燥ブレンドする。乾燥ブレンドされた粉末に、600〜800g/モルの平均分子量を有するポリエチレンイミン(PEI)の54%のさらなる添加を、質量比1:1で水で希釈する。一定の攪拌下での老化後、溶液を粉末に添加して、必要に応じて、さらなる水で押出成形が可能な粘稠性になるまで混練する。材料を、次いで、押出機で均質化する。均質化後、材料を、様々な形状のセル状モノリス、様々な形状のビーズ、ペレットおよびリボン、または他の構造およびフォームファクターに押出成形する。押出成形物は、<200℃、<110℃または<70℃の温度で乾燥させる。形成された物品は、マイクロ波、誘導、温風、または相対湿度乾燥器、または物品を乾燥させるために有用な他のオーブンで乾燥させることができる。本実施例は、一般に、シリカゲルとのポリマーの組成物を記載する。
Alfa Aesar(Ward Hill,MA)から入手した500gのC型シリカワイドポアシリカゲルを、50gのCULMINALメチルセルロースと混合する。それとは別に、680g/モルの平均分子量を有する269gのPEIを、一定撹拌下、269gの水に希釈する。数時間後、および周囲温度で、混練機などにおいて一定混合で、PEI−水溶液を粉末に添加する。押出成形のために適切なプラスチック材料を得るなどのために、さらなる水を添加する。材料を押出成形機で均質化し、連結バッチ材料を形成し、このプロセスを数回繰り返す。次いで、材料を最終的な物品に押出成形して乾燥させる。この実施例は表1に「JJW」として示される。
Alfa Aeserから入手した500gのC型シリカラージポアシリカゲルを、50gのCULMINAL(商標)メチルセルロースと混合する。それとは別に、269gの水を、8gの界面活性剤/分散剤(モノオレイン酸ソルビタン)と混合する。この溶液に、680g/モルの平均分子量を有する269gのPEIを、一定撹拌下、269gの水に希釈する。数時間後、および周囲温度で、混練機などにおいて一定混合で、PEI−水溶液を粉末に添加する。押出成形のために適切なプラスチック材料を得るなどのために、さらなる水を添加する。材料を押出成形機で均質化し、連結バッチ材料を形成し、このプロセスを数回繰り返す。次いで、材料を最終的な物品に押出成形して乾燥させる。この実施例は表1に「JMV」として示される。
SASOLから入手した500gのガンマ−アルミナSBa−200を、50gのCULMINAL(商標)メチルセルロースと混合する。それとは別に、680g/モルの平均分子量を有する269gのPEIを、一定撹拌下、269gの水に希釈する。数時間後、および周囲温度で、混練機などにおいて一定混合で、PEI−水溶液を粉末に添加する。押出成形のために適切なプラスチック材料を得るなどのために、さらなる水を添加する。材料を押出成形機で均質化し、連結バッチ材料を形成し、このプロセスを数回繰り返す。次いで、材料を最終的な物品に押出成形して乾燥させる。実施例7は、より多くのポリマーが存在し、ポリマーがより低い分子量であることを除き、実施例1と同様である。
Alfa Aesarから入手した500gのC型シリカワイドポアシリカゲルを、50gのCULMINAL(商標)メチルセルロースと混合する。それとは別に、680g/モルの平均分子量を有する300gのPEIを、一定撹拌下、300gの水に希釈する。数時間後、および周囲温度で、混練機などにおいて一定混合で、PEI−水溶液を粉末に添加する。押出成形のために適切なプラスチック材料を得るなどのために、さらなる水を添加する。材料を押出成形機で均質化し、連結バッチ材料を形成し、このプロセスを数回繰り返す。次いで、材料を最終的な物品に押出成形して乾燥させる。本実施例は、より多くのPEIが存在する(269gの代わりに300g)ことを除き、実施例1と同様である。
両方とも22μmの中央粒径を有する、Alfa Aesarから入手した300gのC型シリカワイドポアシリカゲルおよびSASOL(商標)から入手した200gのガンマ−アルミナSBa200を、50gのCULMINAL(商標)メチルセルロースと混合する。それとは別に、680g/モルの平均分子量を有する269gのPEIを、一定撹拌下、269gの水に希釈する。数時間後、および周囲温度で、混練機などにおいて一定混合で、PEI−水溶液を粉末に添加する。押出成形のために適切なプラスチック材料を得るなどのために、さらなる水を添加する。材料を押出成形機で均質化し、連結バッチ材料を形成し、このプロセスを数回繰り返す。次いで、材料を最終的な物品に押出成形して乾燥させる。実施例9は、実施例2では75%アルミナ/25%シリカゲルの実施例で10%のPEIが使用されていることに対して、シリカゲルが無機酸化物の主成分であり、アルミナが副成分であること、および低分子量のPEIが多量に使用されることを除き、実施例2および3と同様である。
別の実施例において、Alfa Aesar(Ward Hill,MA)から入手した500gのC型シリカワイドポアシリカゲルを、50gのCULMINALメチルセルロースと混合する。それとは別に、8グラムのモノオレイン酸ソルビタン(PEIの3%を表す)(界面活性剤と分散剤)を269gの水に添加する。撹拌後、680g/モルの平均分子量を有する269gのPEIを界面活性剤−水の溶液に希釈する。数時間後、および周囲温度で、混練機などにおいて一定混合で、PEI−水溶液を粉末に添加する。押出成形のために適切なプラスチック材料を得るなどのために、さらなる水を添加する。材料を押出成形機で均質化し、連結バッチ材料を形成し、このプロセスを数回繰り返す。次いで、材料を最終的な物品に押出成形して乾燥させる。この実施例は表1に「KGK」として示される。KGKは、シリカゲル上でのPEIの分散性の促進を補助するために、PEIの量のパーセントで3%のモノオレイン酸ソルビタンを用いて押出成形したことを除き、JJWと同様であったが、高いCO2吸収能力が得られた。
試料の吸収および脱着を試験するため、試料を管状反応器に配置し、N2ガスをハニカム中に流した。CO2および他の吸着質の試料から脱気するために、温度は110℃まで上昇させる。次いで試料を室温まで冷却し、ここでN2中10%CO2のガス混合物を500cc/分で反応器に導入し、吸着されたCO2の量を測定し、図5に示す。CO2の全グラムのプロットは、試験間に試料によって吸収されたCO2の蓄積量を表す。試料は飽和まで吸収された。吸収後、反応器チャンバーは、N2ガスを流すことでCO2を取り除く。用語「吸収」が本開示で使用される場合、この用語は用語「吸着」と同じ意味で使用され得る。気相CO2が除去されたら、温度を1分あたり3.1度の上昇率でN2流中110℃まで高める。110℃で試料を30分間これらの条件下に置き、その後冷却する。脱着の間、データを収集し、図6にプロットして示される。
Claims (5)
- 入口端部から出口端部まで軸方向に延在する複数の仕切り壁を有し、それによって複数の流れチャネルが形成されるハニカム基材であって、凝固される粉末成分および結合剤を含んでなるハニカム基材と;
前記ハニカム基材の前記仕切り壁の前記粉末成分中に分散された官能性構造単位基であって、CO2を含有するガス流体が前記入口端部から前記出口端部まで前記流れチャネル中を流れるときに、前記官能性構造単位基が、前記CO2と、カーボネート、ジカーボネート、カルバメートまたは他の配位もしくはイオン化合物を形成する配位結合を形成することによって前記CO2を吸収するように、前記仕切り壁中および上に配置される官能性構造単位基と;
を含んでなることを特徴とする、CO2捕獲用吸収性構造。 - 粉末成分および結合剤を混合物へと乾燥ブレンドする工程と;
CO2とカーボネート、ジカーボネート、カルバメートまたは他の配位もしくはイオン化合物を形成する配位結合を形成することによってCO2を吸収する官能性構造単位基および溶媒の溶液を前記混合物に添加して、前駆体を形成する工程と;
前記前駆体を混練する工程と;
前記前駆体を押出成形して、入口端部から出口端部まで軸方向に延在する複数の仕切り壁を有し、それによって複数の流れチャネルが形成される連結モノリスを形成する工程と;
前記連結モノリスから前記溶媒を除去して、ハニカム基材を形成する工程と;
を含んでなることを特徴とする、CO2捕獲用吸収性構造の形成方法。 - 粉末成分、官能性構造単位基、および第1の溶媒を含んでなるスラリーを形成する工程と;
前記第1の溶媒を前記スラリーから除去して、CO2とカーボネート、ジカーボネート、カルバメートまたは他の配位もしくはイオン化合物を形成する配位結合を形成することによってCO2を吸収する前記官能性構造単位基が含浸された前記粉末成分の個々の粒状物を形成する工程と;
前記含浸された前記粉末成分の個々の粒状物を含んでなる前駆体、結合剤および第2の溶媒をブレンドする工程と;
前記前駆体を押出成形して、入口端部から出口端部まで軸方向に延在する複数の仕切り壁を有し、それによって複数の流れチャネルが形成される連結モノリスを形成する工程と;
前記連結モノリスから前記第2の溶媒を除去して、ハニカム基材を形成する工程と;
を含んでなることを特徴とする、CO2捕獲用吸収性構造の形成方法。 - 前記官能性構造単位基が、ポリエチレンイミン、ポリアミドアミンおよびポリビニルアミンからなる群から選択されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載のCO2捕獲用吸収性構造。
- 前記連結モノリスを前記ハニカム基材へと加工するとき、加工温度が前記官能性構造単位基の分解温度未満に維持されることを特徴とする、請求項2または3に記載の方法。
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