JP2015508018A5

JP2015508018A5 -

Info

Publication number: JP2015508018A5
Application number: JP2014556718A
Authority: JP
Filing date: 2013-02-08
Publication date: 2016-08-12
Anticipated expiration: 2033-02-08

Description

二酸化炭素捕獲用基材、およびその製造方法

優先権

本出願は、米国特許法第１１９条に基づき、２０１２年２月９日に出願された米国仮特許出願第６１／５９６，８０７号の優先権の利益を主張し、上記米国仮特許出願の全記載内容は依拠され、その全体が本明細書に参照によって援用される。

本明細書は、概して、ガス流体から二酸化炭素（ＣＯ_２）を捕獲するための吸収性構造、特に、粉末成分と、粉末成分中に分散され、かつＣＯ_２を吸収するために活性化された官能性構造単位（ｍｅｒ）基と、から形成される吸収性構造に関する。

ＣＯ_２は、地球温暖化に関連のある温室効果ガスである。ＣＯ_２は、例えば、化石燃料の燃焼、天然ガスの精製、油回収システムなどの様々な消費者向けおよび工業用プロセスの副産物である。経済的な観点から、燃焼ガスおよび他のＣＯ_２点源からの炭素放出の炭素取引および将来的な規制は、ＣＯ_２捕獲技術の開発を促進する。

プロセスガス流体からのＣＯ_２捕獲を改善するために、様々な技術が現在使用されており、かつ／または開発されている。そのような技術には、例えば、液体アミン（ＭＥＡまたはＫＳ−１）プロセス、冷却アンモニアプロセスおよびガス膜が含まれる。これらの技術のそれぞれは、プロセスガス流体からＣＯ_２を除去するために有効であるが、それぞれの技術は欠点も有する。冷却アンモニアプロセスは、まだ開発の初期段階にあり、プロセスの商業的な実現可能性はまだ未知である。冷却アンモニアプロセスに関するいくつかの起こり得る課題には、アンモニアの揮発性、ならびにＳＯ_ｘおよびＮＯ_ｘなどのガス状汚染物質からのアンモニアの潜在的汚染が挙げられる。プロセスガス流体からのＣＯ_２の除去のために、様々なガス膜技術が現在使用されている。しかしながら、ガス膜技術を利用するプロセスでは、所望の量のＣＯ_２分離を達成するためには、複数の段階および／またはリサイクルが必要とされる。これらの複数の段階および／またはリサイクルによって、ＣＯ_２回収プロセスに有意な複雑性が加えられて、また、そのようなプロセスに関連するエネルギー消費およびコストが増加する。またガス膜技術は、典型的に、高圧、およびそれに関連する空間的制約を必要とし、このことは、沖合プラットホームなどの制限のある空間による設置において、この技術を使用することを困難にする。

したがって、プロセスガス流体からＣＯ_２を回収するために使用され得る他の方法および装置が必要とされている。

様々な実施形態に従って、ＣＯ_２捕獲用吸収性構造は、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を含む。ハニカム基材は、凝固した粉末成分および結合剤を含んでなる。また吸収性構造は、ハニカム基材の仕切り壁の粉末成分中に分散された官能性構造単位基を含む。官能性構造単位基は、ＣＯ_２を含有するガス流体が入口端部から出口端部まで流れチャネル中を流れるときに、官能性構造単位基が、ＣＯ_２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ＣＯ_２を吸収するように、仕切り壁中および上に配置される。

さらなる実施形態に従って、ＣＯ_２捕獲用吸収性構造の形成方法は、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、官能性構造単位基および溶媒の溶液を混合物に添加し、前駆体を形成する工程とを含む。官能性構造単位基は、ＣＯ_２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ＣＯ_２を吸収する。またこの方法は、前駆体を混練する工程と、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固結モノリス（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄｍｏｎｏｌｉｔｈ）を形成する工程と、固結モノリスから溶媒を除去して、ハニカム基材を形成する工程とを含む。

なおさらなる実施形態に従って、ＣＯ_２捕獲用吸収性構造の形成方法は、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、第１の溶媒をスラリーから除去して、官能性構造単位基が含浸された粉末成分の個々の粒状物を形成する工程とを含む。官能性構造単位基は、ＣＯ_２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ＣＯ_２を吸収する。またこの方法は、官能性構造単位基が含浸された粉末成分の個々の粒状物、結合剤および第２の溶媒を含んでなる前駆体をブレンドして調製する工程と、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固結モノリスを形成する工程と、固結モノリスから第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む。

本明細書に記載される実施形態の追加的な特徴および利益を、以下の詳細な説明に明示する。これはある程度そのような説明から当業者に容易に明白となるか、または以下の詳細な説明、請求の範囲、ならびに添付の図面を含む本明細書に記載される実施形態を実施することによって認識されるであろう。

以上の一般的な説明および以下の詳細な説明では様々な実施形態が記載されているが、これは、特許請求された主題の特性および特徴を理解するための概要または骨格を提供するように意図されていることは理解されるべきである。添付の図面は、様々な実施形態のさらなる理解を提供するために含まれており、これは本明細書に組み込まれて、その一部を構成する。図面は、本明細書に記載される様々な実施形態を説明し、説明とともに、特許請求された主題の原理および操作を説明するために有用である。

図１は、本明細書に記載される１つまたは複数の実施形態によるハニカム基材を有するＣＯ_２捕獲用吸収性構造を概略的に示す。図２は、４００／６．５のモノリス構造、４９％の多孔性および１３０ｍ^２／ｇの表面積を有するアルミナ押出成形物の写真である。このモノリスは、直径４インチ（１０．１６センチメートル）および長さ６インチ（１５．２４センチメートル）である。図３ＡおよびＢは、６００／３のモノリス構造で共押出成形されたシリカゲルおよびＰＥＩから形成されたハニカム基材の写真であり、ＣＯ_２蒸気中８回の試験サイクルの前（図３Ａ）、およびその後（図３Ｂ）である。図４は、Ｘ軸上の細孔径（Ａ）に対するＹ軸上の細孔体積のグラフであり、粉末としての各シリカゲルの細孔径分布と、表１に示すシリカゲルモノリスの実施例の関連する押出成形物の細孔径分布とを示す。図５は、共押出成形シリカゲル−ＰＥＩハニカムの例示的な実施形態における典型的な吸収を説明する平衡プロットである。図６は、共押出成形シリカゲル−ＰＥＩハニカムの例示的な実施形態におけるＣＯ_２の典型的な脱着を説明する平衡プロットである。図７は、基材の実施形態からのＣＯ_２の低温脱着を示すグラフである。図８は、Ｘ軸上の時間に対する、Ｙ軸上のＣＯ_２％としての再生ＣＯ_２／温度、Ｃ／ＣＯ_２流量、（ｃｃ／分）／蓄積ＣＯ_２、Ｓｔｄ．−ｃｃを示すグラフである。図９は、Ｘ軸上の時間に対する、ｃｃ／Ｌでの蓄積吸収ＣＯ_２を示す作業能力を示すグラフである。図１０は、Ｘ軸上の時間および第２のＹ軸上の温度と比較して、Ｙ軸上にｃｃ／Ｌでの蓄積ＣＯ_２脱着を示すグラフである。図１１は、Ｘ軸上の細孔径直径に対する、Ｙ軸上の微分侵入量（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｉｎｔｒｕｓｉｏｎ）（ｍｇ／ｇ）を示す水銀圧入ポロシメトリー測定である。図１２も、細孔径分布を説明するグラフである。図１３は、同一２００／７形状のＪＪＷおよびＩＷＣ組成物の細孔径分布を説明するグラフである。

以下、ガス流体からＣＯ_２を捕獲するための吸収性構造、およびその形成方法の実施形態が詳細に参照され、その実施例は添付の図面に説明される。可能である場合はいつでも、諸図面を通して同一参照番号が同一または類似の部分を参照するために使用される。ガス流体からＣＯ_２を捕獲するための吸収性構造の一実施形態は、図１に概略的に示される。吸収性構造は、一般に、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または基材構造を含む。ハニカム基材は、固結モノリスへと凝固される粉末成分および結合剤から形成される。官能性構造単位基は、仕切り壁を構成する粉末成分中に分散される。官能性構造単位基は、ハニカム基材の仕切り壁中に分散されて、安定化させる。ＣＯ_２を含有するガス流体が流れチャネル中を流れるときに、壁表面内に配置され、かつその一部を構成する官能性構造単位基が、ＣＯ_２と接触し、ガス流体からＣＯ_２を捕獲するために結合を形成する。吸収性構造および吸収性構造の形成方法は、添付の図面を具体的に参照することによって、本明細書により詳細に記載される。

ここで図１を参照すると、ＣＯ_２接触器とも称されるＣＯ_２捕獲用吸収性構造１００が概略的に示される。吸収性構造１００は、入口端部１１２から出口端部１１４まで軸方向９０に延在する複数の仕切り壁１２０を有するハニカム基材１１０を含む。複数の仕切り壁１２０は、複数の流れチャネル１２２を形成し、それを通してガス流体が流れ得る。表皮１１６は、ハニカム基材１１０の外径を画定する。

ハニカム基材１１０は、流れチャネル１２２を画定する仕切り壁１２０を形成する粉末成分および結合剤から形成される。粉末成分は、限定されないが、高表面積および多孔性無機固体、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、非晶質および結晶質シリケートまたはそれらの組み合わせ、ならびに高表面積カーバイド、例えば、高表面積シリカカーバイド、および他の高表面積多孔性非酸化物無機固体を含み得る。粉末成分は、ＣＯ_２吸収性化合物を担持し得、安定化させ得る。粉末成分をハニカム基材１１０の最終的な形態へと加工する前に、従来の方法を使用して、官能性構造単位基を粉末成分に導入してもよい。最終的な形態において、ハニカム基材１１０は、仕切り壁１２０の粉末成分上および中に分散される官能性構造単位基をさらに含む。官能性構造単位基は、仕切り壁１２０中で架橋されてもよい。ガス流体が、吸収性構造１００の入口端部１１２に導入され、流れチャネル１２２を通って導かれるとき、活性化された官能性構造単位基は、ガス流れ中のＣＯ_２と反応して、ＣＯ_２と配位結合を形成し、それによって、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が生じ、それによって、ガス流体からＣＯ_２を吸収する。

本明細書に記載されるハニカム基材１１０の実施形態において、粉末成分は無機酸化物を含んでもよい。無機酸化物は、例えば、非耐火性アルミナ、無機分子シリケート、非結晶質非晶質シリカ、層状二重水酸化物、またはそれらの組み合わせを含み得る。非耐火性アルミナの例には、限定されないが、ベーマイト、γ−アルミナと同様の遷移アルミナ相を含む非晶質アルミナが含まれる。非結晶質非晶質シリカの例には、限定されないが、沈殿シリカ、シリカゲルおよびメソ多孔性シリカが含まれる。一実施形態において、無機酸化物は、例えばフォージャサイトを含むゼオライト、あるいはβ型、Ｘ型、Ａ型またはＭＦＩ型ゼオライトであり得る。粉末成分は、単独で、または１種もしくは複数種の無機酸化物と組み合わせて活性炭を含んでもよい。

ハニカム基材は、粉末成分および結合剤から形成される。一実施形態において、結合剤は、分散可能または溶解可能な固体である有機化合物であって、低応力、低温用途でハニカム基材の形状を維持するために十分な強度特性を有し、ハニカム基材の焼結が不必要な有機化合物である。非焼結粉末成分を使用して、ハニカム基材を形成することによって、ハニカム基材の全体的な寸法と比較して、高い表面積および多孔性を有するハニカム基材がもたらされる。セルロース化合物、ポリエチレングリコールおよびポリエチレンオキシド、ポリビニル化合物、ポリビニルピロリドンならびに他のポリマーなどの有機結合剤は、形成時に基材構造を促進し、維持する流動学的な性能をも提供する。これについては、下記により詳細に検討される。結合剤は、典型的には、押出成形およびその後の加工の後、ハニカムに残留する。さらにはいくつかの実施形態において、結合剤はＣＯ_２を吸収する材料を含む。

本開示に従う実施形態は、有機および無機結合剤を含む結合剤のために様々な材料を利用してもよい。そのような結合剤の例としては、有機固体、例えば、セルロース化合物、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースおよび他のセルロース化合物、アラビアゴム、アルギナート、ポリマー結合剤、例えば、酢酸ビニル、アクリレート、アクリルおよびビニルラテックス、熱硬化性ポリマー、例えば、フェノール樹脂、その場で重合可能な様々なモノマー、その場で架橋可能なポリマー、ならびにシリコーン、アルコキシドおよび様々なクレー、ならびに他の無機塩および材料、例えば、アルミニウムオキシヒドロキシド（ベーマイト）、ケイ酸ナトリウムなどの従来から既知であるものが含まれる。

粉末成分は、ハニカム基材１１０の製造の前に、以下に記載されるように所望の表面積を提供するように加工される。いくつかの実施形態において、粉末成分は、粉末成分の得られる粒径分布が低い粒子充填を促進して、粉末成分の理論的な容積密度の８０％未満、例えば、粉末成分の容積密度の５０％未満である高い間隙および粒間多孔性が得られるように、ミル加工されてもよい。無機粉末の表面積は約５０ｍ^２／ｇより大きく、例えば、約１５０ｍ^２／ｇより大きい。なお他の実施形態において、無機粉末成分は、表面積が約１５０ｍ^２／ｇ〜約１０００ｍ^２／ｇ、例えば、約１５０ｍ^２／ｇ〜約８００ｍ^２／ｇであるようにミル加工されてもよい。粉末成分の表面積が増加することは、加工されたハニカム基材１１０の細孔径が減少することに相当することは理解されるべきである。そのようなものとして、本開示によるハニカム基材１１０に組み込まれる粉末成分は、約２ナノメートルより大きい平均細孔径を有してもよい。いくつかの実施形態において、粉末成分は、約３ナノメートルより大きい平均細孔径を有してもよい。なおさらなる実施形態において、粉末成分は、約４ナノメートル〜約１０ナノメートルの平均細孔径を有してもよい。

下記にさらに詳細に検討されるように、一般に、粉末成分の表面積および最適細孔径を増加させることによって、仕切り壁１２０中および上での官能性構造単位基のより高い分散が可能となる。しかしながら、細孔径が減少すると、慣例のコーティング技術を使用して、細孔を官能性構造単位基によって「詰まらせる」可能性が増加し、官能性構造単位基の全表面積が低下する。したがって、本明細書に開示される全ての実施形態によって必要とされるというわけではないが、本開示は、ＣＯ_２吸収性官能性構造単位基の分布および配置に適合可能な無機担体材料の最適な最高表面積および細孔径分布の発見を含む。

結合剤は、予め定められた形状で粉末成分を維持するが、粉末成分の個々の粒状物は互いに融合せず、粉末成分の個々の粒状物による多孔性は、ハニカム基材１１０において排除されない。そのようなものとして、ハニカム基材１１０は、仕切り壁１２０の厚さを通して多孔性を示し続ける。本開示に従うハニカム基材１１０の実施形態において、ハニカム基材１１０は、約３０％より高い多孔性を有してもよい。例えば、ハニカム基材１１０は、約２０％〜約９０％の多孔性、例えば、約３０％〜約８０％の多孔性を有してもよい。

ＣＯ_２を吸収するために、官能性構造単位基が仕切り壁１２０中および上に位置するように、官能性構造単位基はハニカム基材１１０の粉末成分中に分散される。「仕切り壁中」という句は、本明細書に使用される場合、官能性構造単位基が粉末成分の分離した粒子の細孔の周囲およびその中に位置することを意味する。ポリマーまたはモノマーの官能性構造単位基は、仕切り壁１２０中および上で架橋されてもよい。また官能性構造単位基は、ハニカム基材１１０が網目または網目様の形状に形成された後、架橋によって活性化されてもよい。官能性構造単位基の架橋、または官能性構造単位基の重合およびその後の架橋が生じる範囲は、架橋剤および／または重合剤の含有次第である。下記により詳細に検討されるように、架橋剤および／または重合剤は、押出成形組成物に含まれてもよい。あるいは、官能性構造単位基の架橋または重合の範囲は、ハニカム基材１１０に組み込まれた官能性構造単位基が熱処理を受けるときの架橋または重合の傾向次第であり得る。一旦架橋によって活性化されたら、官能性構造単位基は、ＣＯ_２と配位結合を形成して、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ＣＯ_２と形成することによって、ＣＯ_２を吸収する。

ＣＯ_２を吸収する官能性構造単位基を含むポリマーの例には、限定されないが、アミンポリマー、例えば、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）、ポリアミドアミン（ＰＡＭＡＭ）およびポリビニルアミンが含まれる。そのような化合物の例には、テトラエチレンペンタミン、ジエタノールアミン、ジエチレントリアミン、ペンタエチレンヘキサミン、ならびにアルキルアミノアルコキシシラン、例えば、特に、ジメチルアミノプロピルトリメトキシシランが含まれる。本開示による実施形態は、カーボネートもしくはカルバメート、または他の種としてＣＯ_２の捕獲が可能ないずれか、および全ての窒素含有有機化合物の使用が含まれてもよい。本開示による官能性構造単位基を含むポリマー、例えば、ポリエチレンイミンは、約６００Ｄａ〜約１０，０００Ｄａの分子量を有し得る。

上記のとおり、従来のコーティング技術を使用する場合、粉末成分の高い表面積は、粉末成分が固結モノリス形状に加工された後の官能性構造単位基の均一な分布を妨害し得る。例えば、粉末成分の細孔径が官能性構造単位基の長さと比較して小さい場合、官能性構造単位基が細孔を詰まらせる傾向があり得、細孔をガス流体から閉鎖し得る。詰まった細孔が、チャネル壁の厚さの範囲内での官能性構造単位基への接触を妨害するため、詰まった細孔は、ＣＯ_２捕獲に関する吸収性構造１００の有効性を低下させる。本明細書に記載される実施形態において、細孔が詰まることを防ぎ、かつその中に形成された細孔を詰まらせることなく、官能性構造単位基がチャネル壁の厚さを通して分散されることを可能にする他の製造プロセスが利用される。

以下、吸収性構造の製造方法が記載される。一実施形態において、粉末成分および結合剤は、乾燥ブレンド操作で混合される。粉末成分対結合剤の比率は、その後の押出成形プロセスにおける混合物の所望の流動学的特性に基づいて異なってもよい。種が、約３０：１または２０：１〜約１：１の重量％粉末成分対重量％結合剤の比率で試験される。別個に、液体または固体の形態の官能性構造単位基は、官能性構造単位基の希釈溶液を形成するために、希釈操作で溶媒と混合される。いくつかの実施形態において、溶媒は、官能性構造単位基との溶液として調製される極性有機溶媒を含む、アルコールまたは他の有機液体などの有機溶媒を含む。他の実施形態において、溶媒は水である。希釈溶液の構造単位基対溶媒の比率は、約１０：１〜約１：４０である。官能性構造単位基は高度に粘性であり、かつ高分子量を有する場合、それによって、粉末成分による均一な分散が困難となるため、有機溶媒または水による高い希釈が望ましい。前駆体を形成するために、官能性構造単位基および溶媒の希釈溶液は湿式操作で粉末成分および結合剤の混合物に添加される。前駆体は、粉末成分の個々の粒状物の周囲に結合剤および官能性構造単位基を均一に分散するため、その後の押出成形プロセスのために所望の流動学的特性を与えるために、混練操作で混合される。

任意選択で、前駆体はハニカムへと押出成形する前に均質化されてもよい。均質化操作は、前駆体が所望の流動学的特性を有するまで前駆体を作動するための押出成形機を通して前駆体を加工することを含んでもよい。前駆体は次いでハニカム形状に押出成形されて、長さに切断され、それによって網目または網目様の形状を有する固結モノリスを形成する。固結モノリスは、溶媒、粉末成分、官能性構造単位基および結合剤を含む。

次いで、固結モノリスから溶媒を除去するために固結モノリスを乾燥させ、ハニカム基材が生じる。一実施形態において、乾燥プロセスは、熱風オーブンで実行される。別の実施形態において、乾燥プロセスは電子レンジで実行される。さらに別の実施形態において、乾燥プロセスは相対湿度オーブンで実行される。固結モノリスの乾燥勾配を制御することによって、固結モノリスの不均等な収縮を回避することができる。さらに、乾燥勾配の制御によって、ハニカム基材１１０の強度の増加がもたらされ得る。いくつかの実施形態において、固結モノリスの外径（図１に示されるハニカム基材１１０の表皮１１６に相当する）に、防湿層、例えば、ＰＴＦＥまたは紙を巻きつけてもよい。防湿層は、固結モノリスの外径付近の位置、より急速な速度で乾燥される傾向がある位置で乾燥勾配を低下させ得る。乾燥速度は、必要に応じて、複数の加工温度設定値で固結モノリスから約２０％から約８０〜９５％の揮発性溶媒を除去するために制御される。そのような加工温度設定値は、官能性構造単位基の分解温度または変性温度より低い。加えて、そのような加工温度設定値は、大部分の溶媒（すなわち約８０〜９５％まで）が除去されるまで、部分的収縮および応力を最小化するために必要とされるように、持続または滞留時間に１００℃を超えなくてもよい。

溶媒が除去されたら、ハニカム基材１１０は、必要に応じて、ガス流体からのＣＯ_２の捕獲を可能にするために、モノマーの重合またはポリマーの架橋によって官能性構造単位基を活性化するために加工されてもよい。活性化プロセスは、官能性構造単位基の個々の構造単位を架橋する。さらに、官能性構造単位基の成分次第で、官能性構造単位基は、重合剤または架橋剤への曝露によって活性化されてもよい。そのような重合剤または架橋剤の例には、限定されないが、有機二官能性薬剤、例えば、ジアルデヒドまたはジカルボキシレート塩、アミド、コポリマーおよび他の薬剤であって、反応して架橋および／または重合系を形成するように官能性構造単位基と適合性のあるものが含まれる。一実施形態において、重合剤または架橋剤を含有する溶液またはエアロゾル化フォグをハニカム基材１１０に導入することによって、重合剤は官能性構造単位基に暴露される。別の実施形態において、重合剤または架橋剤は、粉末成分および結合剤を含有する混合物に乾燥ブレンド操作で添加される。この実施形態において、重合剤または架橋剤は、初期の加工段階の間、固結モノリス２６０の成分と非反応的である。しかしながら、固結モノリスが乾燥すると、高温によって重合剤または架橋剤と官能性構造単位基との間の反応が開始する。したがって、活性化プロセスは、固結モノリス２６０から溶媒を除去する乾燥プロセスに組み込まれてもよい。

ハニカム基材１１０を形成するための製造プロセスの別の実施形態において、粉末成分、官能性構造単位基および第１の溶媒はスラリーに混合される。第１の溶媒は、有機溶媒、例えば、アルコール溶液または水であってもよい。スラリーは、粉末成分の個々の粒状物と官能性構造単位基との良好な混合を促進するために、高度に液状であってもよい。加えて、粉末成分中の官能性構造単位基の湿潤性を補助するように、界面活性剤および分散剤をスラリーに添加してもよい。さらに、重合剤または架橋剤は、官能性構造単位基の活性化のためにスラリーに添加されてもよい。次いで、スラリーは乾燥操作で加工されて、それによってスラリーの固体成分から第１の溶媒が蒸発する。乾燥操作によって、官能性構造単位基が含浸した粉末成分の個々の粒状物が生じ、重合剤および／または架橋剤が添加されると、官能性構造単位基の重合および／または架橋が促進される。そのような乾燥操作の例には、限定されないが、熱風オーブンへの導入、スプレー乾燥プロセス、または蒸留プロセス、例えば、ロータリーエバポレーションが含まれる。

官能性構造単位基が含浸された粉末成分の個々の粒状物は、前駆体を形成するために、湿式操作において結合剤および第２の溶媒とブレンドされる。上記された第１の溶媒と同様に、第２の溶媒は有機溶媒または水でもよい。前駆体は、官能性構造単位基が含浸された粉末成分の個々の粒状物の中および周囲に結合剤を均一に分散するため、その後の押出成形プロセスにおいて所望の流動学的特性を提供するために、混練操作で混合される。官能性構造単位基が含浸された個々の粒状物に、さらなる構造単位基が添加されてもよい。

任意選択で、前駆体は均質化されてもよい。均質化操作は、前駆体が所望の流動学的特性を有するまで前駆体を作動するための押出成形機を通して前駆体を加工することを含んでもよい。前駆体は次いでハニカム形状に押出成形されて、長さに切断され、それによって、網目または網目様の形状を有する固結モノリスを形成する。固結モノリスは、溶媒、官能性構造単位基が含浸された粉末成分の個々の粒状物および結合剤を含む。

次いで、ＣＯ_２の捕獲のために適切な吸収性構造１００を形成するために、固結モノリスは、上記のとおり、乾燥および活性化される。

実施形態において、ＣＯ_２吸収性有機材料は、ＣＯ_２を吸収する官能性アミンもしくは同様の基を有するポリマー前駆体、モノマーまたはポリマーのいずれであっても、固体または液体のいずれであっても、水に溶解するか、または希釈される。ポリマーはイオン性となる傾向があるが、イオン性のみではない。言い換えると、ポリマーは非イオン性であり得る。この溶液に、ＣＯ_２吸収性化合物の分散性および湿潤性を改善するために、典型的に、シリカゲル、他の形態のシリカ、ヒュームドシリカ、沈殿シリカなど、およびシリケート、遷移活性アルミナなどの特定の無機化合物である高表面積の担体材料上へ、界面活性剤および分散剤などの追加材料を添加することができる。

シリカは一般に非晶質であるが、シリケートは非晶質でも結晶質でもありえる。アルミナ材料は、アルミナヒドロキシド、アルミナオキシヒドロキシド、例えば、ベーマイト、遷移アルミナなどであることができる。

それとは別に、高表面積無機材料は、セルロース化合物などの有機結合剤、または無機結合剤、または当該技術分野において結合剤として既知である他の化合物と混合される。

一実施形態において、未加工（ｇｒｅｅｎ）の有機結合剤は、メチルセルロースなどのセルロース化合物親水コロイドである。高表面積無機酸化物は、セルロース化合物結合剤と混合される。次いで、この混合物に、ＣＯ_２吸収性有機水溶液を添加し、混練する。これはバッチ材料である。確実に均一な混合をするために十分な時間の後、この材料は押出機中で均質化され、次いで、セル状モノリスが押出成形される。

実施形態において、押出成形された基材は高温でか焼されないか、または焼成されない。部材を１２０度以下で乾燥させることができる。部材を１００度未満で乾燥させてもよい。

バッチ材料は、モノリス、自己支持型メッシュ、渦巻き、および波形または組み立て構造を含むどのような適切な基材上でも、コーティングとして、さらに加工されることができる。この構造は、フォームファクターである。本研究ではＣＯ_２の吸収のために適切なポリマーを使用するが、適切なポリマーまたは他の吸収剤を用いて、硫黄酸化物化合物、窒素ガスまたは他の溶解したガスなどの他のガスを吸収するために、これを使用することができると考えられる。吸収は、化学結合または物理的吸収の形成を含むことができる。

ＣＯ_２吸収の目的のために、本研究は、ＣＯ_２との反応が可能なポリエチレンイミンによっても、他のアミンによっても、他の基の分子量によっても限定されない。言い換えると、ＰＥＩは様々な分子量であることが可能であり、直鎖であることも分枝鎖であることもでき、ポリアリルアミンおよびポリアルキルアミンの全ての態様を含む。

ＣＯ_２ガス捕獲は、工業用ガス、天然ガスおよび生物学的ガスが想定される多くの用途を含むことができる。工業用ガスは廃棄物排出物であり得、または工業プロセスからの副産物であり得る。あるいは、工業用ガスは、天然ガスからのＣＯ_２の除去などの汚染物質であり得る。

本開示に従う吸収性構造１００の成分が様々な温度および圧力で加工されることを理解すべきである。しかしながら、全ての実施形態において、本開示に従う吸収性構造１００の成分の最大加工温度は、粉末成分の焼結温度未満である。したがって、吸収性構造１００は未焼結のままであり、その代わりに、粉末成分中に分散された結合剤および官能性構造単位基によって結合されている。

本開示に従う吸収性構造１００は、吸収性構造１００中を流れるガス流体からＣＯ_２を捕獲する。吸収性構造１００によって捕獲することができるＣＯ_２の量は有限であり、仕切り壁１２０上に配置された活性化された官能性構造単位基の有用性に基づく。一般には、ハニカム基材１１０の表面積が大きいほど、仕切り壁１２０上に配置された官能性構造単位基の量が多く、常に一回に捕獲可能なＣＯ_２の体積は大きい。動作において、吸収性構造１００で捕獲されたＣＯ_２は、加熱などによって吸収性構造１００から脱着でき、それによって、吸収性構造１００が再びＣＯ_２を捕獲することができる。

本明細書に記載される吸収性構造の形成方法は、以下の実施例を参照することによって、さらに明らかにされる。

実施例１
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２１２ｍ^２／ｇの表面積を有するＳＡＳＯＬ（商標）ＳＢａ２００γ−アルミナ（ＳＡＳＯＬ，ＨｏｕｓｔｏｎＴｅｘａｓ）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。

乾燥ブレンドされた混合物から、１８００Ｄａの分子量を有するポリエチレンイミン（ＰＥＩ）１０重量％のさらなる添加（５０グラム）を、１００〜２００グラムのバッチ水と、溶液に完全に混合した。この溶液を、乾燥ブレンドされた混合物に添加し、混練し、前駆体を形成した。前駆体の所望の粘稠性およびテクスチャーを達成するため、典型的にバッチ水の６０〜６５重量％のさらなる添加（約３００グラム）を、γ−アルミナおよびＣＵＬＭＩＮＡＬ（商標）メチルセルロースの乾燥ブレンドされた混合物に添加した。残りのバッチ水は、前駆体の所望の粘稠性およびテクスチャーに基づき、必要に応じて前駆体に添加した。

前駆体は、ラム押出機に前駆体を通過させることによって均質化されて、ストリングまたはロープ様構造を形成した。均質化後、前駆体を押出成形して、固結モノリスを形成した。固結モノリスの２つの構成を評価した。第１の構成は、入口端部の１平方インチ（６．４５１６平方センチメートル）あたり約８００〜９００の流れチャネル（または「セル」）を有する固結モノリスからなり、流れチャネルは、約０．００２〜約０．００３５インチ（約０．００５〜約０．００８９センチメートル）の最小厚さを有する壁（代わりに「ウェブ」とも呼ばれる）によって画定されていた。第２の構成は、入口端部の１平方インチ（６．４５１６平方センチメートル）あたり約１５０〜２００の流れチャネルを有する固結モノリスからなり、流れチャネルは、約０．００６〜約０．００９インチ（約０．０１５〜約０．０２３センチメートル）の最小厚さを有する壁によって画定されていた。固結モノリスの両構成は、固結モノリスから水を蒸発させ、ハニカム基材を凝固および乾燥させるために、４０℃〜７０℃の設定温度の炉で乾燥された。このハニカム基材は、さらなる重合または架橋工程を行わなくても、ＣＯ_２を吸収するためにすぐに使用することができた。

ハニカム基材の２つの構成を、ＣＯ_２吸収に関して試験した。１平方インチ（６．４５１６平方センチメートル）あたり１５０〜２００の流れチャネルを有する試験片を、Ｎ_２中、室温から１１０℃まで、３０分の滞留時間で脱気した。Ｎ_２環境に残しながら、試験片を２７℃まで冷却した。１０％ＣＯ_２（残りはガスＮ_２）を有するガス流体を５００ｃｃ／分で導入した。ＣＯ_２吸収をフーリエ変換赤外線分光法（ＦＴＩＲ）によって監視した。飽和後（約１００％ＣＯ_２破過が生じる）、試験片を３０分間純粋なＮ_２でフラッシュした。次いで、試験片を、試験片からＣＯ_２を脱着するためにＮ_２中で加熱した。脱着もＦＴＩＲによって監視した。試験片は、２回の試験サイクルで、それぞれ、３．２ミリモルおよび２．７ミリモルのＣＯ_２／ｇ−ＰＥＩを吸収および脱着した。

１平方インチ（６．４５１６平方センチメートル）あたり８００〜９００の流れチャネルを有する試験片を、１５０〜２００の流れチャネルを有する試験片と同一の試験パラメーターに供した。１平方インチ（６．４５１６平方センチメートル）あたり９００の流れチャネルを有する試験片は、２回の試験サイクルで、それぞれ、３．７ミリモルおよび３．１ミリモルのＣＯ_２／ｇ−ＰＥＩを吸収および脱着した。

図２は、４００／６．５のモノリス構造、４９％の多孔性および１３０ｍ^２／ｇ表面積を有するアルミナ押出成形物の写真である。モノリスを「４００／６．５」と記載する際に、第１の数は、１平方インチ（６．４５１６平方センチメートル）あたりのセルのセル密度であり、第２の数は、１／１０００インチまたはミル（０．００２５センチメートル）での壁の厚さである。モノリスは、直径４インチ（１０．１６センチメートル）および長さ６インチ（１５．２４センチメートル）である。

実施例２
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２１２ｍ^２／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４００ｍ^２／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。

バッチ水および１８００Ｄａの分子量を有するＰＥＩの１０重量％のさらなる添加を含有する溶液を、乾燥ブレンドされた混合物に添加し、前駆体を形成した。前駆体は上記のパラメーターに従って加工されて、押出成形されて、２つの構成を形成した。第１の構成は、入口端部の１平方インチ（６．４５１６平方センチメートル）あたり約８００〜９００の流れチャネルを有する固結モノリスからなり、流れチャネルは、約０．００２〜約０．００３５インチ（約０．００５〜約０．００８９センチメートル）の最小厚さを有する壁によって画定されていた。第２の構成は、入口端部の１平方インチ（６．４５１６平方センチメートル）あたり約１５０〜２００の流れチャネルを有する固結モノリス（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄｍｏｎｏｌｉｔｈ）からなり、流れチャネルは、約０．００６〜約０．００９インチ（約０．０１５〜約０．０２３センチメートル）の最小厚さを有する壁によって画定されていた。固結モノリスの両構成は、固結モノリスから水を蒸発させ、ハニカム基材を凝固および乾燥させるために、４０℃〜７０℃の設定温度の炉で乾燥された。このハニカム基材は、さらなる重合または架橋工程を行わなくても、ＣＯ_２を吸収するためにすぐに使用することができた。

ハニカム基材の２つの構成を、ＣＯ_２吸収に関して試験した。両試験片を、Ｎ_２中、室温から１１０℃まで、３０分の滞留時間で脱気した。Ｎ_２環境に残しながら、試験片を２７℃まで冷却した。１０％ＣＯ_２（残りはガスＮ_２）を有するガス流体を５００ｃｃ／分で導入した。ＣＯ_２吸収をＦＴＩＲによって監視した。飽和後（約１００％ＣＯ_２破過が生じる）、試験片を３０分間純粋なＮ_２でフラッシュした。次いで、試験片を、試験片からＣＯ_２を脱着するためにＮ_２中で加熱した。脱着もＦＴＩＲによって監視した。試験片は、２回の試験サイクルで、５．１ミリモルのＣＯ_２／ｇ−ＰＥＩを吸収および脱着した。

実施例３
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２１２ｍ^２／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４００ｍ^２／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。

バッチ水および１８００Ｄａの分子量を有するＰＥＩの１０重量％のさらなる添加を含有する溶液を、乾燥ブレンドされた混合物に添加し、前駆体を形成した。前駆体は上記のパラメーターに従って加工されて、押出成形されて、２つの構成を形成した。第１の構成は、入口端部の１平方インチ（６．４５１６平方センチメートル）あたり約８００〜９００の流れチャネルを有する固結モノリスからなり、チャネルは約０．００２〜約０．００３５インチ（約０．００５〜約０．００８９センチメートル）の最小厚さを有する壁によって画定されている。第２の構成は、入口端部の１平方インチ（６．４５１６平方センチメートル）あたり約１５０〜２００の流れチャネルを有する固結モノリスからなり、チャネルは厚さ約０．００６〜約０．００９インチ（約０．０１５〜約０．０２３センチメートル）の最小厚さを有する壁によって画定されている。固結モノリスの両構成は、固結モノリスから水を蒸発させ、ハニカム基材を凝固および乾燥させるために、４０℃〜７０℃の設定温度の炉で乾燥された。このハニカム基材は、さらなる重合または架橋工程を行わなくても、ＣＯ_２を吸収するためにすぐに使用することができた。

ハニカム基材の２つの構成を、ＣＯ_２吸収に関して試験した。両試験片を、Ｎ_２中、室温から１１０℃まで、３０分の滞留時間で脱気した。Ｎ_２環境に残しながら、試験片を２７℃まで冷却した。１０％ＣＯ_２（残りはガスＮ_２）を有するガス流体を５００ｃｃ／分で導入した。ＣＯ_２吸収をＦＴＩＲによって監視した。飽和後（約１００％ＣＯ_２破過が生じる）、試験片を３０分間純粋なＮ_２でフラッシュした。次いで、試験片を、試験片からＣＯ_２を脱着するためにＮ_２中で加熱した。脱着もＦＴＩＲによって監視した。試験片は、２回の試験サイクルで、５．３ミリモルのＣＯ_２／ｇ−ＰＥＩを吸収および脱着した。

ここで、吸収性構造およびその製造方法は、ガス流体からＣＯ_２を除去する際に使用するために適切である吸収性構造を形成するために利用されてもよいことが理解されるべきである。特に、吸収性構造は、高表面積の仕切り壁を有するハニカム基材を含む。高い表面積によって、仕切り壁に沿って、ＣＯ_２吸着のための官能性構造単位基の多量の配置が可能となり、それによって、ＣＯ_２吸収能力の改善が可能である。

実施例４
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（ｂｉ−ｍｏｄａｌ）とし得、またはマルチモーダル（ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄａｌ）とし得る。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。一定の攪拌下での熟成後、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。

本実施例ではＣ型シリカゲルが記載されるが、他の種類のシリカまたはアルミナが使用されてもよい。プロセス中に様々な種類のシリカの組み合わせを混合することも形成することもできる。シリカは、ベーマイト、非晶質アルミナ、ロー、ガンマ−アルミナおよび他の多孔性アルミナ種を含む様々な遷移アルミナ材料と混合することができる。有機アミンの分散、およびＣＯ_２捕獲を改善する他の有機および無機添加剤が含まれ、例えば、ポリマーの分散を改善する界面活性剤および分散剤、ならびに非水溶性の強度を改善するための熱架橋性ポリマーである。

図３ＡおよびＢは、共押出成形されたシリカゲルおよびＰＥＩから形成された、６００／３モノリス構造のハニカム基材の写真であって、実施例４の処方（ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ）ＪＪＷによる、８回の試験サイクルの前（図３Ａ）および後（図４Ｂ）の写真である。図３ＡおよびＢからわかるように、構造は、ＣＯ_２および蒸気による繰り返された加熱および冷却吸収／脱着サイクルの後、損傷がない。モノリスは、その機械的な完全性を保持する。構造は、か焼されていないにもかかわらず、ＣＯ_２および蒸気による複数の吸収／脱着サイクルで処理された後でさえも安定している。さらなる実施形態において、押出成形に適切なラミネート、らせん、ペレット、ビーズおよびリボン、ならびに他の形状、および流動床としての動作をサポートするように十分に小さくて適切な形状の粒子を含むフォームファクターもあり得る。加えて、バッチ材料は引張り（ｄｒａｗｎ）または紡糸（ｓｐｕｎ）が可能であり、あるいは他の手段で、短繊維または長繊維であることが可能である繊維にすることができる。架橋性有機結合剤（架橋剤は必要ではないが）の含有のようなさらなる加工によって、そのような繊維を自己支持メッシュへと紡糸することができる。

実施例５
ＡｌｆａＡｅｓａｒ（ＷａｒｄＨｉｌｌ，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、固結バッチ（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄｂａｔｃｈ）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。

実施例６
ＡｌｆａＡｅｓｅｒ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、固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。

実施例７
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、固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。

実施例８
ＡｌｆａＡｅｓａｒ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、固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。

実施例９
両方とも２２μｍの中央粒径を有する、ＡｌｆａＡｅｓａｒ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、固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。

実施例１０
別の実施例において、ＡｌｆａＡｅｓａｒ（ＷａｒｄＨｉｌｌ，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、固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ＣＯ_２吸収能力が得られた。

表１は、２種類のシリカゲルを使用した組成物；ＡｌｆａＡｓｅａｒからのワイドポアシリカゲルを使用したＪＪＷ（実施例５）およびＫＧＫ（実施例１０）、ならびにＡｌｆａＡｓｅａｒからのラージポアシリカゲルを使用したＪＭＶ（実施例６）のモノリス１リットルあたり、およびモノリスのフルサイズ３．４リットルあたりのＣＯ_２吸収および脱着の体積を示す（^＊ＣＯ_２吸収および脱着体積は、３．４リットルのモノリスあたりのＣＯ_２の体積として測定される）。

図４に示されるグラフは、ワイドポアおよびラージポアシリカゲルである粉末としての各シリカゲルの細孔径分布、ならびに関連する押出成形物の細孔径分布を示す。図４に示されるように、ワイドポアシリカゲルはより粗い細孔径分布を有し、ラージポアはより微細な細孔径の方への分布を有する。ＪＭＶ調合物はラージポア調合物であり、ＪＪＷ調合物はワイドポア調合物である。この研究によって、ＣＯ_２の大きな体積が、共押出複合モノリス（ｃｏ−ｅｘｔｒｕｄｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍｏｎｏｌｉｔｈ）によって捕獲できることが示されている。全ての試料は、高表面積Ｃ型シリカゲル上で担持される６００ｇ／モルの分子量を有する３３％ＰＥＩから構成される。実施形態において、より高いセル密度のモノリスは、より低いセル密度モノリスよりも多くのＣＯ_２を吸収および脱着することができる。表１は、非常に高いＣＯ_２吸収能力を示すためには、＞０．２ｇ／ｃｃ、０．３ｇ／ｃｃより高いモノリス密度が望ましいことを示す。加えて、表１は、組成物の中でミリモルＣＯ_２／ｇ−ＰＥＩで示される捕獲効率が非常に高く、一般に、＞４ミリモルＣＯ_２／ｇ−ＰＥＩの効率が優れていると考えられる。ＪＪＷ３−ＡＧ−１では、試料を１１０℃で２４時間、蒸気の流れの中で熟成させ、ＪＪＷ３−１と比較して、分解が生じなかったことが示された。

図４は、Ｘ軸上の細孔径（Ａ）に対するＹ軸上の細孔体積のグラフであり、上記および表１で示されるシリカゲル実施例（ＪＪＷおよびＪＭＶ）の２つの性能を示す。図４のグラフは、粉末としての各シリカゲルの細孔径分布および関連する押出成形物の細孔径分布を示す。

実施例１１
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、Ｎ_２ガスをハニカム中に流した。ＣＯ_２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Ｎ_２中１０％ＣＯ_２のガス混合物を５００ｃｃ／分で反応器に導入し、吸着されたＣＯ_２の量を測定し、図５に示す。ＣＯ_２の全グラムのプロットは、試験の間に試料によって吸収されたＣＯ_２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、Ｎ_２ガスを流すことでＣＯ_２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ＣＯ_２が除去されたら、温度を１分あたり３．１度の上昇率でＮ_２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、それを図６にプロットして示す。

上記実施例によって製造されたハニカムを、ＣＯ_２吸収および脱着に関して試験した。図５および６に示される実施例は、上記実施例５のＪＪＷ調合物による吸収（図５）および脱着（図６）を表す。これらの図は特定の実施例からの吸収および脱着曲線を示すが、これは代表的な実施例であり、図５および６に示されるプロットはアルミナ試料および他の試料のものと同様であった。

図５および６は、ＣＯ_２の典型的な吸収および脱着を説明する平衡プロットである。図５は、共押出成形されたＰＥＩ−シリカゲル複合４００／７ハニカムの典型的なＣＯ_２吸収を示す。ＣＯ_２は、飽和（１００％ＣＯ_２破過）まで、周囲温度で５００ｃｃ／分の１０％ＣＯ_２／Ｎ_２で吸収される。図６に示されるプロットは、共押出成形されたＰＥＩ−シリカゲル複合４００／７ハニカムの典型的な脱着を示す。ＣＯ_２は、１１０℃まで３．１℃／分の温度上昇率で、５００ｃｃ／分のＮ_２中で脱着される。図５および６は、ＣＯ_２の大きな体積が、共押出複合モノリスで捕獲可能であることを示す。

図７は、基材の実施形態からのＣＯ_２の低温（８０℃まで）脱着を示すグラフである。動力学的に限定された吸収および脱着プロセスで、ＣＯ_２は、５００ｃｃ／分のＮ_２ガス流中で脱着され、図７に脱着として示される。吸収剤からのＣＯ_２の早期脱着は、それがより迅速なサイクル時間を可能にするという点で、これらの実施形態の利点である。図７は、Ｘ軸上の時間に対する、Ｙ軸上の再生ＣＯ_２％／温度、℃／ＣＯ_２流量、（ｃｃ／分）／蓄積ＣＯ_２、Ｓｔｄ．−ｃｃ（ＣＯ_２の全体積を意味する）を示すグラフである。全試料は、高表面積Ｃ型シリカゲル上に担持された６００ｇ／モルの分子量を有する３３％ＰＥＩから構成される。図７に示されるデータは、モノリス体積に関して正規化されていない。

図８は、Ｘ軸上の時間に対する、Ｙ軸上の再生ＣＯ_２％／温度、℃／ＣＯ_２流量、（ｃｃ／分）／蓄積ＣＯ_２、Ｓｔｄ．−ｃｃを示すグラフである。蒸気（１１０℃まで）の脱着の間、さらに温度を増加させ、残りのＣＯ_２が試料から迅速に脱着する。図８に示されるデータは、モノリス体積に関して正規化されていない。本明細書に開示される実施形態の利点は、比較的低温の早期ＣＯ_２脱着と、１１０℃までの迅速なその後のＣＯ_２脱着があるということである。図７は、本研究の一態様である早期の低温脱着特徴を示す。この利点は、潜在的により低い脱着費用と潜在的により効率的なシステムである。図８は、蒸気で加熱されたときの試料からのＣＯ_２の脱着を示す。非常に鋭い脱着ピークが示され、その脱着が５分以内に完了することが示される。

図９は、Ｘ軸上の時間と比較して、Ｙ軸上でのｃｃ／Ｌでの蓄積吸収ＣＯ_２および時間を示すグラフである。このグラフは、どのようにハニカムの形状が、ＣＯ_２質量移動耐性（ＣＯ _２ｍａｓｓｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を生じ、３分以内に吸収されるＣＯ_２の量を制限する可能性があるかを示す。より厚いウェブ状のより高密度のモノリス、例えば、３００／１４モノリスは、これらの基材が２００／７形状に存在するよりも多くのＰＥＩを有する場合であっても、薄いウェブ状のモノリス、例えば２００／７よりも、より少ないＣＯ_２を吸収する。モノリス密度は重要であり、単位体積あたり十分なＣＯ_２吸収能力を提供するように、それは十分なポリマー（ＰＥＩ）および担体を含有するために十分大きくなければならない。しかしながら、そのような密度増加は、質量移動耐性（ｍａｓｓｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を示さないより高いセル密度および適切なウェブ厚さによって達成されなければならない。図９は、特定の時間量の範囲内で吸着されるＣＯ_２の量を動力学的に限定するためのセル状形状の質量移動耐性の効果を示す。これは、あまりに厚いセル状ウェブ（または壁）による。グラフは、また、ウェブが十分に薄い場合、例えば、９００ｃｐｓｉ（１平方センチメートルあたり１４０）の実施例形状の３ミル（０．００８センチメートル）、および２００ｃｐｓｉ（１平方センチメートルあたり３１）の形状の７ミル（０．０１８センチメートル）の場合、ＣＯ_２吸収に対する質量移動耐性が、ほとんど観察されないか、全く観察されないことも示す。

図１０は、Ｘ軸上の時間と比較して、Ｙ軸上にｃｃ／Ｌでの蓄積ＣＯ_２脱着および時間を示すグラフである。図１０は、ＣＯ_２脱着を遅らせることに及ぼす、より高い熱量の影響を示し、より厚いウェブを有するより高密度のハニカムでは、温度を増加させるためにより長い時間量が必要であった。図１０に示すように、２００／７および９００／３形状はより熱く、ＣＯ_２脱着が３００／１４または２００／１２のいずれよりも早い。２００／７および９００／３では、より厚い壁を有するハニカムからのＣＯ_２脱着が開始するために必要とされる時間の半分未満で脱着が開始する。加えて、２００／７および９００／３の実施例は、２００／１２または３００／１４形状より迅速に、より高い温度を生じる。温度プロフィールは、熱質量（ｔｈｅｒｍａｌｍａｓｓ）によって、より厚い壁のハニカムが、より薄い壁の接触器と同一の初期温度を達成することが妨げられる予熱工程の後に開始する。より厚い壁の形状の熱質量の不都合は、蒸気中の加熱の間、持続する。

実施形態において、質量移動耐性および熱質量を最小化するために、ウェブの厚さは、＜２５ミル（０．０６４センチメートル）、＜１０ミル（０．０２５センチメートル）または＜８ミル（０．０２センチメートル）とすべきである。セル密度は、＜５０００ｃｐｓｉ（１平方センチメートルあたり７７５）、＜２０００ｃｐｓｉ（１平方センチメートルあたり３１０）、＜１０００ｃｐｓｉ（１平方センチメートルあたり１５５）または＜６００ｃｐｓｉ（１平方センチメートルあたり９３）とすべきである。加えて、ウェブの多孔性およびウェブが構成される材料は、＞３０％、＞４０％または≧５０％の開放多孔性を有すべきである。

実施形態において、より高いセル密度モノリスは、より低いセル密度モノリスよりも、より多くのＣＯ_２を吸収および脱着することができる。実施形態において、非常に高いＣＯ_２吸収能力を示すためには、幾何学的モノリス密度（モノリスの全バルク体積として算出される）が＞０．２ｇ／ｃｃであることが望ましく、好ましくは＞０．３ｇ／ｃｃである。加えて、実施形態において、組成物の中でミリモルＣＯ_２／ｇ−ＰＥＩ捕獲効率は非常に高く、一般に、効率＞４ミリモルＣＯ_２／ｇ−ＰＥＩが優れていると考えられる。ＪＪＷ３−ＡＧ−１では、試料を１１０℃で２４時間、蒸気の流れの中で熟成させ、ＪＪＷ３−１と比較して、分解が生じなかったことが示された。ＫＧＫはＪＪＷと同様であるが、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％モノオレイン酸ソルビタンを用いて押出成形されており、高いＣＯ_２吸収能力が得られた。

本研究の特定の利点は、基材の熱質量に対して高い吸収能力を提供するということである。ＣＯ_２の脱着は、ＣＯ_２を放出するために吸収剤を加熱することによって生じる。したがって、ＣＯ_２を効率的に脱着するための熱の使用を最適化しながら、接触器の熱質量を最小化することが重要である。したがって、接触器が、接触器の単位体積あたりの高いＣＯ_２吸収能力および吸収性ポリマーの１モルあたりの高い吸収効率を有することが重要である。

実施形態において、これらの実施例は、それらの特徴の両方とも実証する。セル状モノリス実施形態のように、この研究は、モノリスの単位体積あたりの高いＣＯ_２吸収効率およびＰＥＩの１グラムあたりの高いＣＯ_２吸収能力を実証する。

十分なＣＯ_２吸収力（ＣＯ _２ｃａｐａｃｉｔｙ）を得るために、必要な単位体積あたりの最小フォームファクター密度がある。すなわち、単位体積あたりの接触器の量は、最小基準を満たさなければならない。例えば、最小能力（ｍｉｎｉｍｕｍｃａｐａｃｉｔｙ）は、例えば、１５Ｌ、２２Ｌ、３０Ｌ、４０Ｌ以上（実施形態において、３．４Ｌモノリスであるフルサイズのモノリスに関して）である可能性がある。チャネル空間を含むモノリスの幾何学的体積に対する最小能力の比率は、異なる径のモノリスに対して変化する。

図１１は、Ｘ軸上の細孔径直径に対する、Ｙ軸上の微分侵入量（ｍｌ／ｇ）を示す水銀圧入ポロシメトリー測定である。これらの測定は、周知の技術によって実施された。図１１は、同一量ポリマー、６００ＤａのＰＥＩの５４％のさらなる添加によって、最終製品の細孔径分布は、セルの形状とシリカ組成による影響を受けることを示す。（ａ）はＪＭＶ、２００／７であり、（ｂ）はＪＭＶ、４００／７であり、（ｃ）はＪＪＷ、２００／７であり、（ｄ）はＪＪＷ、６００／３．５である。実施形態において、非晶質、高表面シリカ、その粒径分布、ＰＥＩポリマー充填量およびセル形状の選択によって細孔径分布を制御することは重要である。細孔径分布に影響を及ぼすこれらのパラメーターを制御することは、本研究の態様である。一例として、ＪＭＶ組成物のプロットａおよびｂは、２つの異なるセルの形状を示すが、同一ウェブ厚さを有し、細孔径分布が重複する。しかしながら、２００／７形状を有するＪＪＷ組成物（ｃ）では、異なる細孔径分布が得られる。さらに再び、６００／３．５形状を有する（ｄ）では、別の細孔径分布が得られる。このように、これらのパラメーターを制御することが可能であり、また、これらのパラメーターを制御することは、速度制限または動力学的制限条件下で、これらの接触器でのＣＯ_２吸収／脱着の動力学を最適化するために所望の細孔径分布を得るために重要となり得る。

図１２は、細孔径分布を説明するグラフである。図１２は、２つの異なるポリマー充填量の薄いウェブによる異なるセルの形状の効果を示す。図１２は、９００／２．８構成のＩＷＣ調合物と比較して、６００／３．５構成で、４４％の多孔性、０．５ｃｃ／ｇの細孔体積を有するＪＪＷ調合物を示す。異なるセル密度および同様のウェブ厚さであっても、ＰＥＩ充填量の差異よって細孔径分布は変化する。ＩＷＣは２１．４％のＰＥＩポリマーを有し、ＪＪＷは３３％のＰＥＩポリマーを有する。（ＩＷＣはＪＪＷと同様であるが、ポリマーがより少ない）。この図の意味は、多孔性に及ぼすポリマー充填量の影響を示すことである。

図１３は、同一２００／７形状のＪＪＷおよびＩＷＣ組成物の細孔径分布を説明するグラフである。図１３で示すように、ＪＪＷ組成物は３３％のＰＥＩを有し、ＩＷＣ組成物は２１．４％のＰＥＩを有する（表１を参照のこと）。ＪＪＷ組成物は、５２％の多孔性および０．７ｃｃ／ｇの細孔体積を有する。両組成物は２００／７形状を有する。図の通り、バッチのＰＥＩでは最終生成物でマクロ細孔（＞５００Å（５×１０^−６センチメートル））が増加し、メソ細孔分布（＜５００Å（５×１０^−６センチメートル））を変更する。ポリマーおよび有機物を使用する最終生成物の細孔径分布のこのような制御は妥当である。

本開示が様々な態様を含むことを理解すべきである。

第１の態様において、本開示は、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；ハニカム基材の仕切り壁の粉末成分中に分散された官能性構造単位基であって、ＣＯ_２を含有するガス流体が入口端部から出口端部まで流れチャネル中を流れるときに、官能性構造単位基が、ＣＯ_２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ＣＯ_２を吸収するように、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ＣＯ_２捕獲用吸収性構造を提供する。

第２の態様において、本開示は、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；ＣＯ_２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ＣＯ_２を吸収する官能性構造単位基および溶媒の溶液を混合物に添加し、前駆体を形成する工程と；前駆体を混練する工程と；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固結モノリスを形成する工程と；固結モノリスから溶媒を除去して、ハニカム基材を形成する工程と；を含んでなるＣＯ_２捕獲用吸収性構造の形成方法を提供する。

第３の態様において、本開示は、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；第１の溶媒をスラリーから除去して、ＣＯ_２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ＣＯ_２を吸収する官能性構造単位基が含浸された粉末成分の個々の粒状物を形成する工程と；官能性構造単位基が含浸された粉末成分の個々の粒状物、結合剤および第２の溶媒を含んでなる前駆体をブレンドして調製する工程と；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固結モノリスを形成する工程と；固結モノリスから第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ＣＯ_２捕獲用吸収性構造の形成方法を提供する。

第４の態様において、本開示は、粉末成分が無機酸化物を含んでなる、第１の態様の吸収性構造、または第２および第３の態様の吸収性構造の形成方法を提供する。

第５の態様において、本開示は、無機酸化物が、非耐火性アルミナ、無機分子シリケート、非結晶質非晶質シリカ、層状二重水酸化物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、第４の態様を提供する。

第６の態様において、本開示は、無機酸化物がゼオライトである、第４の態様を提供する。

第７の態様において、本開示は、ゼオライトが、フォージャサイト、Ｘ型、Ａ型、β型およびＭＦＩ型からなる群から選択される、第６の態様を提供する。

第８の態様において、本開示は、非耐火性アルミナが、アルミナトリ−ヒドロキシド、ベーマイト、γ−アルミナ、ρ−アルミナおよび遷移または活性アルミナからなる群から選択される、第５の態様を提供する。

第９の態様において、本開示は、非結晶質非晶質シリカが、沈殿シリカ、シリカゲルおよびメソ多孔性シリカからなる群から選択される、第５の態様を提供する。

第１０の態様において、本開示は、粉末成分が活性炭である、第１〜第３の態様のいずれかを提供する。

第１１の態様において、本開示は、粉末成分の平均表面積が５０ｍ^２／ｇより大きい、第１〜第１０の態様のいずれかを提供する。

第１２の態様において、本開示は、粉末成分の平均表面積が１５０ｍ^２／ｇより大きい、第１〜第１１の態様のいずれかを提供する。

第１３の態様において、本開示は、粉末成分の平均表面積が約１５０ｍ^２／ｇ〜約１０００ｍ^２／ｇである、第１〜第１２の態様のいずれかを提供する。

第１４の態様において、本開示は、粉末成分の平均細孔径が２ナノメートルより大きい、第１〜第１３の態様のいずれかを提供する。

第１５の態様において、本開示は、粉末成分の平均細孔径が３ナノメートルより大きい、第１〜第１４の態様のいずれかを提供する。

第１６の態様において、本開示は、粉末成分の平均細孔径が約４ナノメートル〜約１０ナノメートルである、第１〜第１５の態様のいずれかを提供する。

第１７の態様において、本開示は、ハニカム基材が約２０％〜約９０％の多孔性を有する、第１〜第１６の態様のいずれかを提供する。

第１８の態様において、本開示は、官能性構造単位基がアミンを含んでなる、第１〜第１７の態様のいずれかを提供する。

第１９の態様において、本開示は、アミンが、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、第１〜第１８の態様のいずれかを提供する。

第２０の態様において、本開示は、結合剤が有機または無機ポリマーを含んでなる、第１〜第１９の態様のいずれかを提供する。

第２１の態様において、本開示は、結合剤がメチルセルロースを含んでなる、第２０の態様を提供する。

第２２の態様において、本開示は、ハニカム基材が非焼結である、第１〜第２１の態様のいずれかを提供する。

第２３の態様において、本開示は、混合物が重合剤および／または架橋剤をさらに含んでなり、高温で熱活性化されたときに重合剤が官能性構造単位基を重合させ、かつ／または架橋剤が官能性構造単位基を架橋する、第２〜第２２の態様のいずれかを提供する。

第２４の態様において、本開示は、ハニカム基材に重合剤および／または架橋剤を導入することによって官能性構造単位基を活性化する工程をさらに含んでなる、第２〜第２３の態様のいずれかを提供する。

第２５の態様において、本開示は、溶媒を蒸発させるために固結モノリスを加熱することによって、溶媒が固結モノリスから除去される、第２〜第２４の態様のいずれかを提供する。

第２６の態様において、本開示は、固結モノリスをハニカム基材へと加工するとき、加工温度が官能性構造単位基の分解温度以下に維持される、第２〜第２５の態様のいずれかを提供する。

第２７の態様において、本開示は、スプレー乾燥プロセスによって第１の溶媒がスラリーから除去される、第３〜第２６の態様のいずれかを提供する。

第２８の態様において、本開示は、蒸留プロセスによって第１の溶媒がスラリーから除去される、第３〜第２７の態様のいずれかを提供する。

なお、「実質的」および「約」という用語は、本明細書において、いずれかの定量的比較、値、測定または他の表示に起因し得る固有の不確定度を表すために利用されてよい。これらの用語は、本明細書において、対象の基本的機能における重大な変化が生じることなく、定量的表示が明示された参照から異なり得る程度を表すためにも利用される。

特定の実施形態が本明細書に記載されるが、特許請求された主題の精神および範囲から逸脱することなく、様々な他の変更および修正がなされてもよいことは理解されるべきである。そのうえ、特許請求された主題の様々な態様が本明細書に記載されるが、そのような態様が、組み合わせで利用される必要はない。したがって、添付の請求の範囲が、特許請求された主題の範囲内である全てのそのような変更形態および修正形態を含むように意図される。

Claims

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、無機粉末成分および有機結合剤の混合物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無機粉末成分中に分散された官能性構造単位基を有するアミンポリマーであって、ＣＯ_２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ＣＯ_２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ＣＯ_２を吸収する、アミンポリマーと；
を含んでなる、ＣＯ_２捕獲用吸収性構造。
前記アミンポリマーが、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記載のＣＯ_２捕獲用吸収性構造。
無機酸化物粉末成分および有機結合剤を混合物へと乾燥ブレンドする工程と；
ＣＯ_２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ＣＯ_２を吸収する官能性構造単位基を有するアミンポリマー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；
前記混練した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固結モノリスを形成する工程と；
前記固結モノリスから前記溶媒を除去して、ＣＯ _２捕獲用吸収性構造を形成する工程と；
を含んでなる、ＣＯ_２捕獲用吸収性構造の形成方法。
（ｉ）無機酸化物粉末成分と、（ｉｉ）ＣＯ _２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ＣＯ _２を吸収する官能性構造単位基を有するアミンポリマー、および（ｉｉｉ）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、前記アミンポリマーが含浸された前記無機酸化物粉末成分の個々の粒状物を形成する工程と；
前記アミンポリマーが含浸された前記無機酸化物粉末成分の個々の粒状物、有機結合剤、および第２の溶媒を含んでなる前駆体をブレンドして調製する工程と；
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固結モノリスを形成する工程と；
前記固結モノリスから前記第２の溶媒を除去して、ＣＯ _２捕獲用吸収性構造を形成する工程と；
を含んでなることを特徴とする、ＣＯ_２捕獲用吸収性構造の形成方法。
前記アミンポリマーが、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３または４記載のＣＯ_２捕獲用吸収性構造の形成方法。
前記固結モノリスを前記ＣＯ _２捕獲用吸収性構造へと加工するとき、加工温度が前記アミンポリマーの分解温度未満に維持されることを特徴とする、請求項３から５いずれか１項記載の方法。