JP2019507674A - 大気質管理のための二酸化炭素吸着剤 - Google Patents

Abstract

特定の実施形態では、アミン化合物が含浸した多孔質支持体を含む、二酸化炭素およびＶＯＣ吸着剤が開示されている。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年２月１２日に出願された米国仮特許出願第６２／２９４，３６４号明細書（United States Provisional Patent Application No. 62/294,364）および２０１６年６月２４日に出願された米国仮特許出願第６２／３５４，４７３号明細書（United States Provisional Patent Application No. 62/354,473）の優先権の利益を主張し、これらの開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

背景
ＨＶＡＣシステムのエネルギー効率を向上させるために、ＣＯ_２吸着材料が開発されている。具体的には、ＨＶＡＣシステムでは、再循環される内気からＣＯ_２を吸着し、次にＣＯ_２をパージプロセスにより外気中に放出するＣＯ_２吸着剤を組み込んだＣＯ_２スクラバーが使用されている。このようなシステムは、従来のＨＶＡＣシステムの下でエネルギー節約の点で改善されているが、吸着材料は、作業能力および熱老化の安定性について長期の目標を達成していない。

さらに、従来の吸着材料は、概して１つのタイプの吸着用途に適応している。例えば、ＣＯ_２吸着剤は、ホルムアルデヒドなどの揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を効果的に除去するには不十分であり、ＶＯＣ固有の吸着剤は、ＣＯ_２を効果的に除去するには不十分である。

本開示の概要
以下に、このような態様の基本的な理解を提供するために、本開示の様々な態様の簡略化された概要を提示する。この概要は、本開示の広範な概要ではない。本開示の主要なまたは重要な要素を特定することも、本開示の特定の実施形態または特許請求の範囲を詳細に説明することも意図されていない。その唯一の目的は、本開示のいくつかの概念を、後で提示されるより詳細な説明の序文として、簡略化した形で提示することである。

本開示の一態様では、吸着剤の調製方法は、第１のアミン化合物および反応物を含む反応溶液を調製すること、前記反応物は、炭酸エステル化合物またはケトン化合物を含み、かつ第１のアミン化合物は反応物と反応して第２のアミン化合物を生成すること；および第２のアミン化合物を多孔質支持体に含浸させて吸着剤を製造することを含む。

一実施形態では、反応溶液はアルデヒド（例えばホルムアルデヒド）を含まず、反応生成物もアルデヒド（例えばホルムアルデヒド）を含まない。

一実施形態では、第１のアミン化合物は、第１の数のアミン部分を含み、第２のアミン化合物は、第１の数のアミン部分よりも多い第２の数のアミン部分を含む。一実施形態では、第１の数のアミン部分は、１以上である。一実施形態では、第１の数のアミン部分は、２より多い。一実施形態では、第１の数のアミン部分は、３より多い。一実施形態では、第１の数のアミン部分は、４より多い。一実施形態では、第１の数のアミン部分は、５より多い。

一実施形態では、第１のアミン化合物は、ペンタエチレンヘキサミン、ジエタノールアミン、テトラエチレンペンタミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンテトラミン、ビス（２−ヒドロキシプロピル）アミン、Ｎ，Ｎ’−ビス（２−ヒドロキシエチル）エチレンジアミン、モノエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、アルキルアミン、メチルアミン、直鎖状ポリエチレンイミン、分枝鎖状ポリエチレンイミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、メチルジエタノールアミン、メチルエタノールアミン、ポリエチレンポリアミン、ジエチレントリアミン、Ｎ，Ｎ’−ビス−（３−アミノプロピル）エチレンジアミン、またはポリエチレンを含む。一実施形態では、第１のアミン化合物は、ペンタエチレンヘキサミンを含む。

一実施形態では、炭酸エステル化合物は、式：

［式中、Ｒ_１およびＲ_２は、水素、ハロゲン、アルカノイル、アルキル、任意に置換されるアルキル、シクロアルキル、任意に置換されるシクロアルキル、アルケニル、任意に置換されるアルケニル、シクロアルケニル、任意に置換されるシクロアルケニル、アルキニル、任意に置換されるアルキニル、ヒドロキシ、アリール、任意に置換されるアリール、アラルキル、（ヘテロシクロ）アルキル、（ヘテロアリール）アルキル、（アミノ）アルキル、（アルキルアミノ）アルキル、（ジアルキルアミノ）アルキル、（カルボキサミド）アルキル、（シアノ）アルキル、アルコキシアルキル、およびヒドロキシアルキルからなる群から独立して選択される］
のものである。一実施形態では、炭酸エステル化合物は、式：

［式中、Ｒ_１はＣ_ｎＨ_２ｎ＋１を含み、Ｒ_２はＣ_ｍＨ_２ｍ＋１を含み、ｎは１〜１８の整数であり、ｍは１〜１８の整数である］
のものである。

一実施形態では、炭酸エステル化合物は、アルキルカーボネートを含む。請求項１１記載の方法では、アルキルカーボネートは、ジメチルカーボネートまたはジエチルカーボネートのうち１種以上を含む。

一実施形態では、ケトンは、アセトン、ベンゾイン、ニンヒドリン、ベンゾフェノン、ベンゾインメチルエーテル、ブタノン、ペンタノン、ヘキサノン、ヘプタノン、アセト酢酸メチルまたはアセト酢酸エチルのうち１種以上を含む。

一実施形態では、ケトンは、アセトンを含む。

一実施形態では、第２のアミン化合物は、吸着剤の全質量の２０％〜４０％の量で存在する。

一実施形態では、吸着剤の失活率は、８５％より高い。一実施形態では、吸着剤の失活率は、９０％より高い。一実施形態では、吸着剤の失活率は、９５％より高い。

一実施形態では、吸着剤のＣＯ_２吸着能力は、１１ｇ／Ｌより高い。一実施形態では、吸着剤のＣＯ_２吸着能力は、吸着剤の質量に対する吸着されたＣＯ_２の質量として計算すると１．０質量％より高い。一実施形態では、吸着剤のＣＯ_２吸着能力は、吸着剤の質量に対する吸着されたＣＯ_２の質量として計算すると１．５質量％より高い。一実施形態では、吸着剤のＣＯ_２吸着能力は、吸着剤の質量に対する吸着されたＣＯ_２の質量として計算すると２．０質量％より高い。一実施形態では、吸着剤のＣＯ_２吸着能力は、吸着剤の質量に対する吸着されたＣＯ_２の質量として計算すると２．２質量％より高い。

一実施形態では、多孔質支持体は粘土を含む。一実施形態では、多孔質支持体は、ベントナイト、アタパルジャイト、カオリナイト、モンモリロナイト、ボールクレー、フラー土、ヘクトライト、パリゴルスカイト、サポナイト、セピオライト、ハロイサイト、シリカ、硫酸カルシウム、ゼオライト、合成ゼオライト、アルミナ、チタニア、ヒュームドシリカ、活性炭、または金属有機骨格のうち１種以上を含む。一実施形態では、多孔質支持体は、アタパルジャイトを含む。

一実施形態では、多孔質支持体の表面積は、第２のアミン化合物を含浸する前に、５０ｍ^２／ｇより大きい。

一実施形態では、多孔質支持体の平均細孔容積は、０．２ｃｃ／ｇより大きく、かつ０．８ｃｃ／ｇ未満である。

一実施形態では、多孔質支持体の平均細孔容積は、０．１ｃｃ／ｇより大きく、かつ３．０ｃｃ／ｇ未満である。

一実施形態では、多孔質支持体は、約０．２５ｍｍ〜約５ｍｍの範囲の直径を有する顆粒の形である。

一実施形態では、支持体は、その上に形成されたシリコン系コーティングを含む。

一実施形態では、この方法は、含浸前にシリコン系コーティングを多孔質支持体上に形成することをさらに含む。一実施形態では、多孔質支持体上にシリコン系コーティングを形成することは、多孔質支持体を、テトラエチルオルトシリケート、コロイド状シリカ、またはケイ酸ナトリウムのうち１種以上で処理することを含む。

一実施形態では、この方法は、含浸前に支持体をか焼することをさらに含む。一実施形態では、多孔質支持体のか焼は、多孔質支持体を４００℃〜６００℃の温度でか焼することを含む。

本開示の別の態様では、吸着剤は、多孔質支持体；および多孔質支持体上にコーティングされたガス吸着材料を含み、ガス吸着材料は、１種以上のポリアミンを含み、その際、吸着剤は、汚染物質としてホルムアルデヒドを含まない。例えば、いくつかの実施形態では、ガス吸着材料は、反応生成物としてアルデヒド（例えば、ホルムアルデヒド）を含まない方法に従って製造される。

本開示の別の態様では、ＣＯ_２および／またはＶＯＣスクラビングシステムは、前述の吸着剤のいずれかの実施形態を含み、その吸着剤は、ＣＯ_２および／またはＶＯＣスクラビングシステムに受容された空気に接触するように配置されている。一実施形態では、ＣＯ_２および／またはＶＯＣスクラビングシステムは、１つ以上の濾過カートリッジを備え、その中に吸着剤が配置され、ＣＯ_２および／またはＶＯＣスクラビングシステムに受容された空気の流れに接触するように配置されている。

前述の吸着剤の任意の実施形態は、１つ以上の濾過カートリッジ内に配置されてもよい。

本開示の別の態様では、ポリテトラフルオロエチレン空気フィルターシートは、前述の吸着剤の実施形態のうちのいずれかを含む。

本開示の別の態様では、空気の処理方法は、第１のＣＯ_２濃度を有する第１の体積の空気を、前述の吸着剤の実施形態を含む空気処理チャンバに流すこと、および前記吸着剤を、前記第１の体積の空気と接触させることを含み、ここで、第１の体積の空気の第２のＣＯ_２濃度は、接触後の第１のＣＯ_２濃度以下である。いくつかの実施形態では、第１の体積の空気は、建造物の内部から再循環される空気を含む。いくつかの実施形態では、この方法は、第３のＣＯ_２濃度を有する第２の体積の空気を、空気処理チャンバ内に流すこと、および吸着剤を、第２の体積の空気と接触させることをさらに含み、ここで、第２の体積の空気の第４のＣＯ_２濃度は、接触後の空気の第３のＣＯ_２濃度以上である。いくつかの実施形態では、第２の体積の空気は、建造物の外部からの空気を含む。

本開示の別の態様では、自動車の換気システムは、構成要素（例えば、フィルタ、フィルタユニット、容器、空気ダクト等）を含み、その実施形態は、構成要素内に配置された前述の吸着剤の任意の実施形態を含む。

本開示の別の態様では、航空機環境制御システムは、前述の吸着剤の実施形態を含むフィルタユニットを含み、前述の吸着剤は、フィルタユニット内に配置され得る。

本開示の別の態様では、大気から二酸化炭素を除去するための空気制御システムは、前述の吸着剤の任意の実施形態を含むフィルタユニットを含み、前述の吸着剤は、フィルタユニット内に配置され得る。本開示の別の態様では、塗料組成物は、前述の吸着剤の任意の実施形態を含み得る。本開示の別の態様では、食品貯蔵システムは、前述の吸着剤の任意の実施形態を含み得る。

本明細書で使用される「失活率」は、熱質量分析を用いた熱老化に対する吸着剤の安定性の尺度として使用される。吸着剤のＣＯ_２吸着能力を評価する際に、失活率は、初期のＣＯ_２吸着能力に対する、吸着剤の老化後（条件：Ｎ_２中で１００℃で６時間、続いて空気中で９０℃で２時間）のＣＯ_２吸着能力の割合に相当する。失活率が高いことは、吸着剤の老化に対する安定性が高いことを示す。ＣＯ_２の吸着／脱着サイクルの典型的な条件は次の通りである：３０分間の吸着、１０００ｐｐｍのＣＯ_２（空気残部：２０％のＯ_２およびＮ_２残部）、３０℃；３０分間の脱着、４００ｐｐｍのＣＯ_２（Ｎ_２残部）、５０℃。食品の貯蔵条件をシミュレートする吸着サイクルでは、ＣＯ_２濃度は、少なくとも２０％であり得る。

本明細書では、「吸着材料」という用語は、ガス分子、イオン、または他の種を、その構造内に付着させること（例えば、空気からのＣＯ_２の除去）ができる材料を指す。特別な材料としては、粘土、金属有機骨格、活性アルミナ、シリカゲル、活性炭、モレキュラーシーブカーボン、ゼオライト（例えば、モレキュラーシーブゼオライト）、ポリマー、樹脂、およびこれらの構成材料のいずれかまたは他の構成材料であって、上にガス吸着材料を支持しているもの（例えば、本明細書に記載された吸着剤の様々な実施形態）が挙げられるが、これらに限定されない。特定の吸着材料は、特定の種を、優先的にまたは選択的に付着させ得る。

本明細書で使用される「吸着能力」という用語は、吸着材料が、特定の操作条件（例えば、温度および圧力）下で吸着できる化学種の量に対する作業能力を指す。吸着能力の単位は、ｇ／Ｌの単位で示される場合、吸着剤１リットル当たりの吸着されたガスのグラム数に相当する。

また、本明細書で使用される「活性化」という用語は、吸着材料（例えば、ＣＯ_２吸着剤粒子）を、その吸蔵能力を高めるように処理することを指す。典型的には、その処理によって、汚染物質（例えば、水、非水性溶媒、硫黄化合物および高級炭化水素）が吸着部位から除去され、吸着材料の能力は、それらの意図する目的のために向上する。

また、本明細書で使用されるように、本明細書で使用される「粒子」という用語は、それぞれ０．１μｍ〜５０ｍｍの範囲の最大寸法を有する材料の個別部分の集合を指す。粒子の形態は、結晶、半結晶、または非晶質であり得る。本明細書に開示されるサイズの範囲は、特に明記しない限り、平均（mean）／平均（average）またはメジアンサイズであり得る。粒子は、球状である必要はないが、当業者に理解されるように、立方体、円柱、ディスクの形、または他の適切な形状であり得ることも留意されたい。「顆粒」は、粒子の１種であり得る。

また、本明細書で使用されるように、「モノリス」という用語は、吸着材料を指す場合、１つの材料のブロックを指す。１つのブロックは、例えば、ブリック、ディスクまたはロッドの形であっていてよく、かつガスの流れ／分配を増加させるためのチャネルを含んでもよい。特定の実施形態では、複数のモノリスが、一緒に配列して所望の形状を形成してもよい。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「アルキル」という用語は、１〜１２個の炭素原子（すなわち、Ｃ_１〜１２アルキル）または指定された数の炭素原子（すなわち、Ｃ_１アルキル、例えばメチル、Ｃ_２アルキル、例えばエチル、Ｃ_３アルキル、例えばプロピルまたはイソプロピル等）を有する直鎖状または分枝鎖状の脂肪族炭化水素を指す。一実施形態では、アルキル基は、直鎖状Ｃ_１〜１０アルキル基から選択される。別の実施形態では、アルキル基は、分枝鎖状Ｃ_１〜１０アルキル基から選択される。別の実施形態では、アルキル基は、直鎖状Ｃ_１〜６アルキル基から選択される。別の実施形態では、アルキル基は、分枝鎖状Ｃ_１〜６アルキル基から選択される。別の実施形態では、アルキル基は、直鎖状Ｃ_１〜４アルキル基から選択される。別の実施形態では、アルキル基は、分枝鎖状Ｃ_１〜４アルキル基から選択される。別の実施形態では、アルキル基は、直鎖状または分枝鎖状Ｃ_２〜４アルキル基から選択される。非限定的なＣ_１〜１０アルキル基の例としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、イソ−ブチル、３−ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル等が挙げられる。非限定的なＣ_１〜４アルキル基の例としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、およびイソブチルが挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「任意に置換されるアルキル」という用語は、上記で定義されたアルキルが、非置換であるか、またはニトロ、ハロアルコキシ、アリールオキシ、アラルキルオキシ、アルキルチオ、スルホンアミド、アルキルカルボニル、アリールカルボニル、アルキルスルホニル、アリールスルホニル、ウレイド、グアニジノ、カルボキシ、カルボキシアルキル、シクロアルキル等から独立して選択される１つ、２つ、または３つの置換基で置換されることを意味する。一実施形態では、任意に置換されるアルキルは、２つの置換基で置換される。別の実施形態では、任意に置換されるアルキルは、１つの置換基で置換される。任意に置換されるアルキル基の非限定的な例としては、−ＣＨ_２ＣＨ_２ＮＯ_２、−ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＯ_２Ｈ、−ＣＨ_２ＣＨ_２ＳＯ_２ＣＨ_３、−ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＯＰｈ、−ＣＨ_２Ｃ_６Ｈ_１１等が挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「シクロアルキル」という用語は、飽和および部分的に飽和した（１つまたは２つの二重結合を有する）、３〜１２個の炭素原子または指定された数の炭素原子を有する１〜３つの環を含む脂環式炭化水素（すなわち、Ｃ_３〜１２シクロアルキル）を指す。一実施形態では、シクロアルキル基は、２つの環を有する。一実施形態では、シクロアルキル基は、１つの環を有する。別の実施形態では、シクロアルキル基は、Ｃ_３〜８シクロアルキル基から選択される。別の実施形態では、シクロアルキル基は、Ｃ_３〜６シクロアルキル基から選択される。シクロアルキル基の非限定的な例としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、ノルボルニル、デカリン、アダマンチル、シクロヘキセニル等が挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「任意に置換されるシクロアルキル」という用語は、上記で定義されたシクロアルキルが、非置換であるかまたはハロ、ニトロ、シアノ、ヒドロキシ、アミノ、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、ハロアルキル、ヒドロキシアルキル、アルコキシ、ハロアルコキシ、アリールオキシ、アラルキルオキシ、アルキルチオ、カルボキサミド、スルホンアミド、アルキルカルボニル、アリールカルボニル、アルキルスルホニル、アリールスルホニル、ウレイド、グアニジノ、カルボキシ、カルボキシアルキル、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアリール、ヘテロシクロ、アルコキシアルキル、（アミノ）アルキル、ヒドロキシアルキルアミノ、（アルキルアミノ）アルキル、（ジアルキルアミノ）アルキル、（シアノ）アルキル、（カルボキサミド）アルキル、メルカプトアルキル、（ヘテロシクロ）アルキルおよび（ヘテロアリール）アルキルから独立して選択される１つ、２つまたは３つの置換基で置換されることを意味する。一実施形態では、任意に置換されるシクロアルキルは、２つの置換基で置換される。別の実施形態では、任意に置換されるシクロアルキルは、１つの置換基で置換される。任意に置換されるシクロアルキル基の非限定的な例としては、

が挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「シクロアルケニル」という用語は、上記で定義した部分的に不飽和のシクロアルキル基を指す。一実施形態では、シクロアルケニルは、１つの炭素−炭素二重結合を有する。別の実施形態では、シクロアルケニル基は、Ｃ_４〜８シクロアルケニル基から選択される。シクロアルケニル基の例としては、シクロペンテニル、シクロヘキセニル等が挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「任意に置換されるシクロアルケニル」という用語は、上記で定義されたシクロアルケニルが、非置換であるか、またはハロ、ニトロ、シアノ、ヒドロキシ、アミノ、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、ハロアルキル、モノヒドロキシアルキル、ジヒドロキシアルキル、アルコキシ、ハロアルコキシ、アリールオキシ、アラルキルオキシ、アルキルチオ、カルボキサミド、スルホンアミド、アルキルカルボニル、アリールカルボニル、アルキルスルホニル、アリールスルホニル、ウレイド、グアニジノ、カルボキシ、カルボキシアルキル、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアリール、ヘテロシクロ、アルコキシアルキル、（アミノ）アルキル、ヒドロキシアルキルアミノ、（アルキルアミノ）アルキル、（ジアルキルアミノ）アルキル、（シアノ）アルキル、（カルボキサミド）アルキル、メルカプトアルキル、（ヘテロシクロ）アルキル、および（ヘテロアリール）アルキルから独立して選択される１つ、２つまたは３つの置換基で置換されていることを意味する。一実施形態では、任意に置換されるシクロアルケニルは、２つの置換基で置換されている。別の実施形態では、任意に置換されるシクロアルケニルは、１つの置換基で置換されている。別の実施形態では、シクロアルケニルは非置換である。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「アルケニル」という用語は、１つ、２つまたは３つの炭素−炭素二重結合を含む上記で定義されたアルキル基を指す。一実施形態では、アルケニル基は、Ｃ_２〜６アルケニル基から選択される。別の実施形態では、アルケニル基は、Ｃ_２〜４アルケニル基から選択される。アルケニル基の非限定的な例としては、エテニル、プロペニル、イソプロペニル、ブテニル、ｓｅｃ−ブテニル、ペンテニル、およびヘキセニルが挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「任意に置換されるアルケニル」という用語は、上記で定義されたアルケニルが、非置換であるか、またはハロ、ニトロ、シアノ、ヒドロキシ、アミノ、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、ハロアルキル、ヒドロキシアルキル、アルコキシ、ハロアルコキシ、アリールオキシ、アラルキルオキシ、アルキルチオ、カルボキサミド、スルホンアミド、アルキルカルボニル、アリールカルボニル、アルキルスルホニル、アリールスルホニル、ウレイド、グアニジノ、カルボキシ、カルボキシアルキル、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアリール、またはヘテロシクロから独立して選択される１つ、２つまたは３つの置換基で置換されていることを意味する。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「アルキニル」という用語は、１〜３つの炭素−炭素三重結合を含む上記のアルキル基を指す。一実施形態では、アルキニルは、１つの炭素−炭素三重結合を有する。一実施形態では、アルキニル基は、Ｃ_２〜６アルキニル基から選択される。別の実施形態では、アルキニル基は、Ｃ_２〜４アルキニル基から選択される。アルキニル基の非限定的な例としては、エチニル基、プロピニル基、ブチニル基、２−ブチニル基、ペンチニル基およびヘキシニル基が挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として本明細書で使用される「任意に置換されるアルキニル」という用語は、上記で定義されたアルキニルが、非置換であるか、またはハロ、ニトロ、シアノ、ヒドロキシ、アミノ、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、ハロアルキル、ヒドロキシアルキル、アルコキシ、ハロアルコキシ、アリールオキシ、アラルキルオキシ、アルキルチオ、カルボキサミド、スルホンアミド、アルキルカルボニル、アリールカルボニル、アルキルスルホニル、アリールスルホニル、ウレイド、グアニジノ、カルボキシ、カルボキシアルキル、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアリール、またはヘテロシクロから独立して選択される１つ、２つまたは３つの置換基で置換されていることを意味する。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「ハロアルキル」という用語は、１個以上のフッ素、塩素、臭素および／またはヨウ素原子で置換されたアルキル基を指す。一実施形態では、アルキル基は、１個、２個または３個のフッ素および／または塩素原子で置換されている。別の実施形態では、ハロアルキル基は、Ｃ_１〜４ハロアルキル基から選択される。ハロアルキル基の非限定的な例としては、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、１，１−ジフルオロエチル基、２，２−ジフルオロエチル基、２，２，２−トリフルオロエチル基、３，３，３−トリフルオロプロピル基、４，４，４−トリフルオロブチル基、およびトリクロロメチル基が挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「ヒドロキシアルキル」という用語は、１つ以上、例えば、１つ、２つまたは３つのヒドロキシ基で置換されたアルキル基を指す。一実施形態では、ヒドロキシアルキル基は、モノヒドロキシアルキル基である、すなわち、１つのヒドロキシ基で置換されている。別の実施形態では、ヒドロキシアルキル基は、ジヒドロキシアルキル基である、すなわち、２つのヒドロキシ基で置換されている。別の実施形態では、ヒドロキシアルキル基は、Ｃ_１〜４ヒドロキシアルキル基から選択される。ヒドロキシアルキル基の非限定的な例としては、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、およびヒドロキシブチル基、例えば、１−ヒドロキシエチル基、２−ヒドロキシエチル基、１，２−ジヒドロキシエチル基、２−ヒドロキシプロピル基、３−ヒドロキシプロピル基、３−ヒドロキシブチル基、４−ヒドロキシブチル基、２−ヒドロキシ−１−メチルプロピル基、および１，３−ジヒドロキシプロパ−２−イル基が挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「アルコキシ」という用語は、末端の酸素原子に結合された、任意に置換されるアルキル、任意に置換されるシクロアルキル、任意に置換されるアルケニル、任意に置換されるシクロアルケニル、または任意に置換されるアルキニルを指す。一実施態様では、アルコキシ基は、Ｃ_１〜４アルコキシ基から選択される。別の実施形態では、アルコキシ基は、末端の酸素原子に結合されたＣ_１〜４アルキル、例えばメトキシ、エトキシおよびｔｅｒｔ−ブトキシから選択される。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「アルコキシアルキル」という用語は、アルコキシ基で置換されたアルキル基を指す。アルコキシアルキル基の非限定的な例としては、メトキシメチル、メトキシエチル、メトキシプロピル、メトキシブチル、エトキシメチル、エトキシエチル、エトキシプロピル、エトキシブチル、プロポキシメチル、イソ−プロポキシメチル、プロポキシエチル、プロポキシプロピル、ブトキシメチル、ｔｅｒｔ−ブトキシメチル、イソブトキシメチル、ｓｅｃ−ブトキシメチル、およびペンチルオキシメチルが挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「ハロアルコキシ」という用語は、末端の酸素原子に結合されたハロアルキルを指す。ハロアルコキシ基の非限定的な例としては、フルオロメトキシ、ジフルオロメトキシ、トリフルオロメトキシ、および２，２，２−トリフルオロエトキシが挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「アリール」という用語は、６〜１４個の炭素原子を有する単環式または二環式芳香族環系（すなわち、Ｃ_６〜１４アリール）を指す。アリール基の非限定的な例としては、フェニル（「Ｐｈ」と略記）、ナフチル、フェナントリル、アントラシル、インデニル、アズレニル、ビフェニル、ビフェニレニル、およびフルオレニルが挙げられる。一実施形態では、アリールは、フェニルまたはナフチルから選択される。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として本明細書で使用される「任意に置換されるアリール」という用語は、上記で定義されたアリールが、非置換であるか、またはハロ、ニトロ、シアノ、ヒドロキシ、アミノ、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、ハロアルキル、ヒドロキシアルキル、アルコキシ、ハロアルコキシ、アリールオキシ、アラルキルオキシ、アルキルチオ、カルボキサミド、スルホンアミド、アルキルカルボニル、アリールカルボニル、アルキルスルホニル、アリールスルホニル、ウレイド、グアニジノ、カルボキシ、カルボキシアルキル、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアリール、ヘテロシクロ、アルコキシアルキル、（アミノ）アルキル、ヒドロキシアルキルアミノ、（アルキルアミノ）アルキル、（ジアルキルアミノ）アルキル、（シアノ）アルキル、（カルボキサミド）アルキル、メルカプトアルキル、（ヘテロシクロ）アルキル、または（ヘテロアリール）アルキルから独立して選択される１〜５つの置換基で置換されていることを意味する。一実施形態では、任意に置換されるアリールは、任意に置換されるフェニルである。一実施形態では、任意に置換されるフェニルは、４つの置換基を有する。別の実施形態では、任意に置換されるフェニルは、３つの置換基を有する。別の実施形態では、任意に置換されるフェニルは、２つの置換基を有する。別の実施形態では、任意に置換されるフェニルは、１つの置換基を有する。置換されたアリール基の非限定的な例としては、２−メチルフェニル、２−メトキシフェニル、２−フルオロフェニル、２−クロロフェニル、２−ブロモフェニル、３−メチルフェニル、３−メトキシフェニル、３−フルオロフェニル、３−クロロフェニル、４−メチルフェニル、４−エチルフェニル、４−メトキシフェニル、４−フルオロフェニル、４−クロロフェニル、２，６−ジ−フルオロフェニル、２，６−ジ−クロロフェニル、２−メチル、３−メトキシフェニル、２−エチル、３−メトキシフェニル、３，４−ジ−メトキシフェニル、３，５−ジ−フルオロフェニル、３，５−ジ−メチルフェニル、３，５−ジメトキシ、４−メチルフェニル、２−フルオロ−３−クロロフェニル、および３−クロロ−４−フルオロフェニルが挙げられる。「任意に置換されるアリール」という用語は、縮合した任意に置換されるシクロアルキルおよび縮合した任意に置換されるヘテロシクロ環を有する基を含むことを意味する。例としては、

が挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「アリールオキシ」という用語は、末端の酸素原子に結合した任意に置換されるアリールを指す。アリールオキシ基の非限定的な例は、ＰｈＯ−である。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「アラルキルオキシ」という用語は、末端の酸素原子に結合したアラルキル基を指す。アラルキルオキシ基の非限定的な例は、ＰｈＣＨ_２Ｏ−である。

また、本明細書で使用されるように、「ヘテロアリール」または「ヘテロ芳香族」という用語は、５〜１４個の環原子（すなわち、Ｃ_５〜１４ヘテロアリール）ならびに酸素、窒素および硫黄から独立して選択される１個、２個、３個または４個のヘテロ原子を有する単環式および二環式の芳香族環系を指す。一実施形態では、ヘテロアリールは、３個のヘテロ原子を有する。別の実施形態では、ヘテロアリールは、２個のヘテロ原子を有する。別の実施形態では、ヘテロアリールは、１個のヘテロ原子を有する。一実施形態では、ヘテロアリールは、Ｃ_５ヘテロアリールである。別の実施形態では、ヘテロアリールは、Ｃ_６ヘテロアリールである。ヘテロアリール基の非限定的な例としては、チエニル、ベンゾ［ｂ］チエニル、ナフト［２，３−ｂ］チエニル、チアントレニル、フリル、ベンゾフリル、ピラニル、イソベンゾフラニル、ベンゾオキサゾニル、クロメニル、キサンテニル、２Ｈ−ピロリル、ピロリル、イミダゾリル、ピラゾリル、ピリジル、ピラジニル、ピリミジニル、ピリダジニル、イソインドリル、３Ｈ−インドリル、インドリル、インダゾリル、プリニル、イソキノリル、キノリル、フタラジニル、ナフチリジニル、シンノリニル、キナゾリニル、プテリジニル、４ａＨ−カルバゾリル、カルバゾリル、β−カルボリニル、フェナントリジニル、アクリジニル、ピリミジニル、フェナントロリニル、フェナジニル、チアゾリル、イソチアゾリル、フェノチアゾリル、イソオキサゾリル、フラザニル、およびフェノキサジニルが挙げられる。一実施態様では、ヘテロアリールは、チエニル（例えば、チエン−２−イルおよびチエン−３−イル）、フリル（例えば、２−フリルおよび３−フリル）、ピロリル（例えば、１Ｈ−ピロール−２−イルおよび１Ｈ−ピロール−３−イル）、イミダゾリル（例えば、２Ｈ−イミダゾール−２−イルおよび２Ｈ−イミダゾール−４−イル）、ピラゾリル（例えば、１Ｈ−ピラゾール−３−イル、１Ｈ−ピラゾール−４−イル、および１Ｈ−ピラゾール−５−イル）、ピリジル（例えば、ピリジン−２−イル、ピリジン−３−イル、およびピリジン−４−イル）、ピリミジニル（例えば、ピリミジン−２−イル、ピリミジン−４−イル、およびピリミジン−５−イル）、チアゾリル（例えば、チアゾール−２−イル、チアゾール−４−イル、およびチアゾール−５−イル）、イソチアゾリル（例えば、イソチアゾール−３−イル、イソチアゾール−４−イル、およびイソチアゾール−５−イル）、オキサゾリル（例えば、オキサゾール−２−イル、オキサゾール−４−イル、およびオキサゾール−５−イル）およびイソオキサゾリル（例えば、イソオキサゾール−３−イル、イソオキサゾール−４−イル、およびイソオキサゾール−５−イル）から選択される。「ヘテロアリール」という用語は、可能なＮ−オキシドを含むことも意味する。例示的なＮ−オキシドとしては、ピリジルＮ−オキシド等が挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「任意に置換されるヘテロアリール」という用語は、上記で定義されたヘテロアリールが、非置換であるか、またはハロ、ニトロ、シアノ、ヒドロキシ、アミノ、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、ハロアルキル、ヒドロキシアルキル、アルコキシ、ハロアルコキシ、アリールオキシ、アラルキルオキシ、アルキルチオ、カルボキサミド、スルホンアミド、アルキルカルボニル、アリールカルボニル、アルキルスルホニル、アリールスルホニル、ウレイド、グアニジノ、カルボキシ、カルボキシアルキル、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアリール、ヘテロシクロ、アルコキシアルキル、（アミノ）アルキル、ヒドロキシアルキルアミノ、（アルキルアミノ）アルキル、（ジアルキルアミノ）アルキル、（シアノ）アルキル、（カルボキサミド）アルキル、メルカプトアルキル、（ヘテロシクロ）アルキル、および（ヘテロアリール）アルキルから独立して選択される１〜４つの置換基、例えば、１つまたは２つの置換基で置換されていることを意味する。一実施形態では、任意に置換されるヘテロアリールは、１つの置換基を有する。一実施形態では、任意に置換されるヘテロアリールは、任意に置換されるピリジル、すなわち２−、３−または４−ピリジルである。使用可能な炭素原子または窒素原子は、置換され得る。別の実施形態では、任意に置換されるヘテロアリールは、任意に置換されるインドールである。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「ヘテロ環」または「ヘテロシクロ」という用語は、３〜１４員環（すなわち、３〜１４員ヘテロシクロ）および少なくとも１個のヘテロ原子を有する１つ、２つまたは３つの環を含む飽和および部分的に飽和した（例えば、１つまたは２つの二重結合を含む）環状基を指す。各ヘテロ原子は、酸素、硫黄、例えばスルホキシドおよびスルホン、および／または窒素原子からなる群から独立して選択され、四級化され得る。「ヘテロシクロ」という用語は、環状ウレイド基、例えば、２−イミダゾリジノンおよび環状アミド基、例えば、βラクタム、γ−ラクタム、δ−ラクタムおよびε−ラクタムを含むことを意味する。「ヘテロシクロ」という用語は、縮合した任意に置換されるアリール基を有する基、例えばインドリニルを含むことも意味する。一実施形態では、ヘテロシクロ基は、１つの環および１つまたは２つの酸素および／または窒素原子を含む５員または６員の環状基から選択される。ヘテロシクロは、炭素原子または窒素原子を介して残りの分子に任意に結合され得る。ヘテロシクロ基の非限定的な例としては、２−イミダゾリジノン、ピペリジニル、モルホリニル、ピペラジニル、ピロリジニル、およびインドリニルが挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として本明細書で使用される「任意に置換されるヘテロシクロ」という用語は、上記で定義したヘテロシクロが、非置換であるか、またはハロ、ニトロ、シアノ、ヒドロキシ、アミノ、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、ハロアルキル、ヒドロキシアルキル、アルコキシ、ハロアルコキシ、アリールオキシ、アラルキルオキシ、アルキルチオ、カルボキサミド、スルホンアミド、アルキルカルボニル、アリールカルボニル、アルキルスルホニル、アリールスルホニル、ウレイド、グアニジノ、カルボキシ、カルボキシアルキル、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアリール、ヘテロシクロ、アルコキシアルキル、（アミノ）アルキル、ヒドロキシアルキルアミノ、（アルキルアミノ）アルキル、（ジアルキルアミノ）アルキル、（シアノ）アルキル、（カルボキサミド）アルキル、メルカプトアルキル、（ヘテロシクロ）アルキル、（ヘテロアリール）アルキル等から独立して選択される１〜４つの置換基で置換されていることを意味する。利用可能な炭素原子または窒素原子で置換が起こり、スピロ環が形成され得る。任意に置換されるヘテロシクロ基の非限定的な例としては、

が挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「アミノ」という用語は−ＮＨ_２を指す。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「アルキルアミノ」という用語は、−ＮＨＲ^１５を指し、ここで、Ｒ^１５はアルキルである。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「ジアルキルアミノ」という用語は、−ＮＲ^１６ａＲ^１６ｂを指し、ここで、Ｒ^１６ａおよびＲ^１６ｂは、それぞれ独立してアルキルであるか、またはＲ^１６ａおよびＲ^１６ｂは、一緒になって３〜８員の任意に置換されるヘテロシクロを形成する。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「ヒドロキシアルキルアミノ」という用語は、−ＮＨＲ^１７を指し、ここで、Ｒ^１７はヒドロキシアルキルである。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「（アミノ）アルキル」という用語は、アミノ基で置換されたアルキル基を指す。アミノアルキル基の非限定的な例としては、−ＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨ_２、−ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨ_２、−ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨ_２等が挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「（アルキルアミノ）アルキル」という用語は、アルキルアミノ基で置換されたアルキル基を指す。（アルキルアミノ）アルキル基の非限定的な例は、−ＣＨ_２ＣＨ_２Ｎ（Ｈ）ＣＨ_３である。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「（ジアルキルアミノ）アルキル」という用語は、ジアルキルアミノ基で置換されたアルキル基を指す。（ジアルキルアミノ）アルキル基の非限定的な例は、−ＣＨ_２ＣＨ_２Ｎ（ＣＨ_３）_２である。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「（シアノ）アルキル」という用語は、１つ以上のシアノ基、例えば−ＣＮ基で置換されたアルキル基を指す。（シアノ）アルキル基の非限定的な例としては、−ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＮ、−ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＮ、および−ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＮが挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「カルボキサミド」という用語は、式−Ｃ（＝Ｏ）ＮＲ^２４ａＲ^２４ｂの基を指し、ここで、Ｒ^２４ａおよびＲ^２４ｂは、それぞれ独立して水素、任意に置換されるアルキル、任意に置換されるアリール、または任意に置換されるヘテロアリールであるか、またはＲ^２４ａおよびＲ^２４ｂは、それらが結合している窒素と一緒になって、３〜８員のヘテロシクロ基を形成する。一実施形態では、Ｒ^２４ａおよびＲ^２４ｂは、それぞれ独立して水素または任意に置換されるアルキルである。カルボキサミド基の非限定的な例としては、−ＣＯＮＨ_２、−ＣＯＮ（Ｈ）ＣＨ_３、−ＣＯＮ（ＣＨ_３）_２および−ＣＯＮ（Ｈ）Ｐｈが挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「（カルボキサミド）アルキル」という用語は、カルボキサミド基を有するアルキル基を指す。（カルボキサミド）アルキル基の非限定的な例としては、−ＣＨ_２ＣＯＮＨ_２、−Ｃ（Ｈ）ＣＨ_３−ＣＯＮＨ_２、および−ＣＨ_２ＣＯＮ（Ｈ）ＣＨ_３が挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「スルホンアミド」という用語は、式−ＳＯ_２ＮＲ^２３ａＲ^２３ｂの基を指し、ここで、Ｒ^２３ａおよびＲ^２３ｂはそれぞれ独立して水素、任意に置換されるアルキル、または任意に置換されるアリールであるか、またはＲ^２３ａおよびＲ^２３ｂは、それらが結合している窒素と一緒になって、３〜８員のヘテロシクロ基を形成する。スルホンアミド基の非限定的な例としては、−ＳＯ_２ＮＨ_２、−ＳＯ_２Ｎ（Ｈ）ＣＨ_３、および−ＳＯ_２Ｎ（Ｈ）Ｐｈが挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「アルキルカルボニル」という用語は、カルボニル基、すなわち、アルキル基で置換された−Ｃ（＝Ｏ）−を指す。アルキルカルボニル基の非限定的な例は、−ＣＯＣＨ_３である。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「アリールカルボニル」という用語は、カルボニル基、すなわち、任意に置換されるアリール基で置換された−Ｃ（＝Ｏ）−を指す。アリールカルボニル基の非限定的な例は、−ＣＯＰｈである。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「アルキルスルホニル」という用語は、スルホニル基、すなわち、上記の任意に置換されるアルキル基のいずれかで置換された−ＳＯ_２−を指す。アルキルスルホニル基の非限定的な例は、−ＳＯ_２ＣＨ_３である。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「アリールスルホニル」という用語は、スルホニル基、すなわち、上記の任意に置換されるアリール基のいずれかで置換された−ＳＯ_２−を指す。アリールスルホニル基の非限定的な例は、−ＳＯ_２Ｐｈである。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「メルカプトアルキル」という用語は、−ＳＨ基で置換された上記のアルキル基のいずれかを指す。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「カルボキシ」という用語は、式−ＣＯＯＨの基を指す。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「カルボキシアルキル」という用語は、−ＣＯＯＨで置換された上記のアルキル基のいずれかを指す。カルボキシアルキル基の非限定的な例は、−ＣＨ_２ＣＯ_２Ｈである。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「アラルキル」という用語は、１つ、２つまたは３つの任意に置換されるアリール基で置換されたアルキル基を指す。一実施形態では、アラルキル基は、１つの任意に置換されるアリール基で置換されたＣ_１〜４アルキルである。アラルキル基の非限定的な例としては、ベンジル、フェネチル、−ＣＨＰｈ_２、および−ＣＨ（４−ＦＰｈ）_２が挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「ウレイド」という用語は、式−ＮＲ^２２ａＣ（＝Ｏ）ＮＲ^２２ｂＲ^２２ｃの基を指し、ここでＲ^２２ａは水素、アルキルまたは任意に置換されるアリールであり、かつＲ^２２ｂおよびＲ^２２ｃは、それぞれ独立して水素、アルキル、または任意に置換されるアリールであるか、またはＲ^２２ｂおよびＲ^２２ｃは、それらが結合している窒素と一緒になって、４〜８員のヘテロシクロ基を形成する。ウレイド基の非限定的な例としては、−ＮＨＣ（Ｃ＝Ｏ）ＮＨ_２および−ＮＨＣ（Ｃ＝Ｏ）ＮＨＣＨ_３が挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「グアニジノ」という用語は、式−ＮＲ^２５ａＣ（＝ＮＲ^２６）ＮＲ^２５ｂＲ^２５ｃの基を指し、ここで、Ｒ^２５ａ、Ｒ^２５ｂおよびＲ^２５ｃは、それぞれ独立して水素、アルキル、または置換されるアリールであり、かつＲ^２６は水素、アルキル、シアノ、アルキルスルホニル、アルキルカルボニル、カルボキサミドまたはスルホンアミドである。グアニジノ基の非限定的な例としては、−ＮＨＣ（Ｃ＝ＮＨ）ＮＨ_２、−ＮＨＣ（Ｃ＝ＮＣＮ）ＮＨ_２、−ＮＨＣ（Ｃ＝ＮＨ）ＮＨＣＨ_３等が挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「（ヘテロシクロ）アルキル」という用語は、１つ、２つまたは３つの任意に置換されるヘテロシクロ基で置換されたアルキル基を指す。一実施形態では、（ヘテロシクロ）アルキルは、１つの任意に置換されるヘテロシクロ基で置換された（Ｃ_１〜４）アルキルである。（ヘテロシクロ）アルキル基の非限定的な例としては、

が挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、それ自体でまたは別の基の一部として使用される「（ヘテロアリール）アルキル」という用語は、１つ、２つまたは３つの任意に置換されるヘテロアリール基で置換されたアルキル基を指す。一実施形態では、（ヘテロアリール）アルキル基は、１つの任意に置換されるヘテロアリール基で置換された（Ｃ_１〜４）アルキルである。（ヘテロアリール）アルキル基の非限定的な例としては、

が挙げられる。

また、本明細書で使用されるように、測定量に関連して使用される「約」という用語は、測定を行い、かつ測定の目的および測定機器の精度に見合った水準の処置を施す当業者が予想するように、その測定量の標準的な変動を指す。

本開示は、添付図面の図において、限定ではなく、例示を目的として示されている。

詳細な説明
本明細書に記載された実施形態は、二酸化炭素および／またはホルムアルデヒドなどの揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を吸着するための吸着剤に関する。吸着剤は、暖房、換気、および空調（ＨＶＡＣ）システムに組み込むことができ、吸着剤の高い吸着能力および耐久性を利用して商業ビルのエネルギー消費を削減する。ＨＶＡＣシステムのＣＯ_２スクラバーユニットにおいて固体のＣＯ_２吸着剤を使用することで、換気回数を減らし、外気による希釈で屋内のＣＯ_２濃度を下げ、したがってエネルギー消費を削減することができる。吸着剤は、高湿度条件下であっても、ＣＯ_２およびホルムアルデヒドなどのＶＯＣを同時に吸着し得る。

本明細書に記載された吸着剤を使用する他のシステムとしては、住宅および商業ビルの空気浄化システム、自動車の車内空調ＨＶＡＣシステム、車室内の空気清浄機、ならびに航空機室内の空調を浄化するための環境制御システムが挙げられる。特定の実施形態では、本明細書に記載された吸着剤は、塗料に組み込まれていてよく、この塗料が適用された密閉室内から出るホルムアルデヒドを吸着することができる。特定の実施形態では、本明細書に記載された吸着剤は、包装などの食品貯蔵システムまたは貨物コンテナに組み込むことができる。

本開示の特定の実施形態は、高いＣＯ_２吸着能力、反復使用に対する高い安定性（熱／老化安定性）、および高い耐摩耗性を有するＣＯ_２吸着剤に関する。ＣＯ_２の吸着は、典型的な屋内空気条件（例えば、１０００ｐｐｍのＣＯ_２で２０℃と３０℃の間）で起こり、脱着は、テキサスなどの暑い気候地域における典型的な屋外空気条件（例えば、４００ｐｐｍのＣＯ_２で４０℃と５０℃の間）で起こる。例示的な吸着剤は、活性ガス吸着成分として作用する１種以上のアミン化合物と、アミン化合物の高い表面積支持体として働く多孔質支持体とから構成される。いくつかの実施形態では、吸着剤は、高い吸着効率をもたらすポリアミン、ならびにアミン充填のための高い細孔容積および表面積を有する多孔質材料を含有する。いくつかの実施形態では、空気濾過システムに組み込む際の圧力の低下が少なく、かつ取り扱いが容易であるために顆粒が使用されている。ポリアミンは、吸着剤を、例えば９０℃までのより高い温度で再生することを可能にする。

吸着剤は、本出願を通じて、「ＣＯ_２吸着剤」と呼ばれることが多いが、このような吸着剤は、他に規定されない限り、ＶＯＣなどの他の化合物も同様に吸着可能であり得ることが理解されるべきである。

本開示の特定の実施形態は、ペンタエチレンヘキサミンなどのアミン化合物とジメチルカーボネートとの反応からポリアミンを製造する方法に関する。このような実施形態では、ホルムアルデヒドを使用する際の合成方法が改良されている。利点としては、吸着剤からのホルムアルデヒド汚染物質の除去およびＣＯ_２吸着能力の向上が挙げられる。ポリアミンは、シリカ粉末などの多孔質支持体に含浸され得る。粘土支持体などの他の多孔質支持体も使用され得る。

いくつかの実施形態では、多孔質支持体は、その上に形成されたシリコン系コーティングを有し得る。本明細書で使用される「シリコン系コーティング」という用語は、シリカ、コロイド状シリカ、またはケイ酸ナトリウムなどのシリコンを含むコーティング層を指す。

図１〜２は、本開示の一実施形態による例示的なエアフローシステム１００を示す。システム１００は、建造物１０２の一部として設置されたＣＯ_２スクラバーユニット１０４およびＨＶＡＣシステム１０６を含む。図１に示すように、ＣＯ_２スクラバーユニット１０４およびＨＶＡＣシステム１０６は、互いに流動的に、建造物１０２の内部空気空間に結合され、再循環空気流路１０８が確立される。ＣＯ_２が、建造物１０２の内部空気空間内に蓄積すると、内部の空気が、ＣＯ_２スクラバーユニット１０４に再循環され、余分なＣＯ_２が、ＣＯ_２吸着剤により吸着される。処理された空気は、次に、ＨＶＡＣシステム１０６を通過し、これはさらに濾過され（例えば、粉塵および他の微粒子が除去される）、加熱または冷却されて建造物１０２に再循環され得る。

図２に示すように、ＣＯ_２スクラバーユニット１０４は、ＣＯ_２吸着剤から吸着されたＣＯ_２をパージするパージプロセスを使用することができる。特定の実施形態では、低ＣＯ_２濃度の外部（外側）空気を引き込むためのパージ用空気流路１１０が設けられている。ＣＯ_２スクラバーは、熱を（例えば、加熱要素を使用して）ＣＯ_２吸着剤に加えて、吸着されたＣＯ_２のパージ空気流路１１０および外部環境への脱着を促進することができる。いくつかの実施形態では、ＣＯ_２スクラバーは、熱い外気（例えば、４０℃〜５０℃の空気）を単独で、またはＣＯ_２吸着剤に熱を加えることと組み合わせて使用することができる。いくつかの実施形態では、空気流路１０８および１１０のうちの一方のみが任意の時点で設けられる。いくつかの実施形態では、パージプロセスは、再循環空気がまだ流れている間に起こり得る。例えば、ＣＯ_２スクラバーユニット１０４は、建造物１０２から受け取った再循環空気を、吸着剤に接触することなくＨＶＡＣシステム１０６に流入するように迂回させることができ、パージ空気流路１１０を使用して吸着剤を再生（例えば、ＣＯ_２の脱着）する。いくつかの実施形態では、ＣＯ_２スクラバーユニット１０４は、複数の吸着剤を含み、かつ複数の空気流路を画定することができる。例えば、ＣＯ_２スクラバーユニット１０４は、再循環空気のＣＯ_２を第１の吸着剤で処理し、同時に、再循環空気から隔離された第２の吸着剤を再生することができる。第２の吸着剤が再生したら、これを第１の吸着剤と共に再循環空気に接触させることができる。第１の吸着剤は、パージプロセスにより再生されるべき再循環空気から後で単離することができる。

ＣＯ_２吸着剤は、顆粒、例えば、球状ペレット、立方体ペレット、ディスク、押出物、ビーズ、粉末の形で、または他の適切な形状であってもよい。いくつかの実施形態では、顆粒の平均サイズは、約０．２５ｍｍ〜約５ｍｍの範囲にある。いくつかの実施形態では、平均サイズは、０．２５ｍｍ〜２．４ｍｍの範囲にある。いくつかの実施形態では、他のサイズが利用されてもよい。いくつかの実施形態では、顆粒をカートリッジに装填し、続いてＣＯ_２スクラバーユニット内に装填／積み重ねることができる。いくつかの実施形態では、吸着剤は、吸着剤がウォッシュコートされた（例えば、シリカ粉末などのポリアミン含浸粉末がウォッシュコートされた）、多孔質セラミックハニカム、金属ハニカム、またはポリマーフォームの形であってもよい。

このシステムは、他の空気浄化用途に適用され得ることに留意されたい。例えば、吸着剤は、航空機または自動車の室内の環境制御システムに組み込むことができる。

図３は、本開示の一実施形態によるＣＯ_２吸着剤を製造するための方法３００を示すフロー図である。図３は、ブロック３０２で開始し、ここで反応溶液が調製される。反応溶液は、第１のアミン化合物および反応物を含み、これらは反応して第２のアミン化合物（例えばポリアミン）を生成する。特定の実施形態では、反応溶液は、アルデヒド（例えばホルムアルデヒド）を含まず、第２のアミン化合物は、アルデヒドなしの反応で合成される。

第１のアミン化合物は、第１の数のアミン部分を含み、これらは、１種以上の第１級アミン、第２級アミンまたは第３級アミンを含み得る。例えば、第１のアミン化合物は、ペンタエチレンヘキサミン、ジエタノールアミン、テトラエチレンペンタミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ビス（２−ヒドロキシプロピル）アミン、Ｎ，Ｎ’−ビス（２−ヒドロキシエチル）エチレンジアミン、モノエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、アルキルアミン、メチルアミン、直鎖状ポリエチレンイミン、分枝鎖状ポリエチレンイミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、メチルジエタノールアミン、メチルエタノールアミン、またはポリエチレンのうち１種以上を含んでいてよく、このようなアミンのあらゆる組み合わせが考えられる。本明細書で使用される「化合物」という用語は、固有の化学構造のうちの１つ以上の分子を指す。例えば、第１のアミン化合物を含む溶液は、第１のアミン化合物を第１の濃度で含有し得る。また、本明細書で使用される「ポリアミン」という用語は、１つより多いアミン部分を有する化合物を指す。

他のアミン化合物としては、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ビス（２−ヒドロキシプロピル）アミン、Ｎ，Ｎ’−ビス（２−ヒドロキシエチル）エチレンジアミン、モノエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、アルキルアミン、メチルアミン、ポリエチレンイミン（分枝鎖状または直鎖状）、ジメチルアミン、ジエチルアミン、メチルジエタノールアミン、メチルエタノールアミン、およびポリエチレンが挙げられるが、これらに限定されない。

特定の実施形態では、反応物は、炭酸エステル化合物またはケトン化合物を含む。一実施形態では、炭酸エステル化合物は、式：

［式中、Ｒ_１およびＲ_２は、水素、ハロゲン、アルカノイル、アルキル、任意に置換されるアルキル、シクロアルキル、任意に置換されるシクロアルキル、アルケニル、任意に置換されるアルケニル、シクロアルケニル、任意に置換されるシクロアルケニル、アルキニル、任意に置換されるアルキニル、ヒドロキシ、アリール、任意に置換されるアリール、アラルキル、（ヘテロシクロ）アルキル、（ヘテロアリール）アルキル、（アミノ）アルキル、（アルキルアミノ）アルキル、（ジアルキルアミノ）アルキル、（カルボキサミド）アルキル、（シアノ）アルキル、アルコキシアルキル、およびヒドロキシアルキルから独立して選択される］
のものである。特定の実施形態では、Ｒ_１はＣ_ｎＨ_２ｎ＋１を含み、Ｒ_２はＣ_ｍＨ_２ｍ＋１を含み、ここでｎは１〜１８の整数であり、かつｍは１〜１８の整数である。特定の実施形態では、反応物は、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、または別のアルキルカーボネートのうち１種以上を含み得るアルキルカーボネートである。

特定の実施形態では、反応物は、ケトンを含む。ケトンは、アセトン、ベンゾイン、ニンヒドリン、ベンゾフェノン、ベンゾインメチルエーテル、ブタノン、ペンタノン、ヘキサノン、ヘプタノン、アセト酢酸メチル、またはアセト酢酸エチルのうち１種以上を含み得る。特定の実施形態では、反応物は、炭酸エステルおよびケトンの双方を含む。

ブロック３０４では、多孔質支持体（例えば、複数の多孔質粒子）が供給される。多孔質支持体は、ポリアミンなどのガス吸着剤材料を含浸させるための高表面積の多孔質支持体として機能し得る。特定の実施形態では、多孔質支持体としては、粘土粒子（例えば、ベントナイト、アタパルジャイト、カオリナイト、モンモリロナイト、ボール粘土、フラー土、ヘクトライト、パリゴルスカイト、サポナイト、セピオライト、ハロイサイト、他の粘土材料、またはこれらの組み合わせ）が挙げられる。特定の実施形態では、多孔質支持体としては、シリカ、硫酸カルシウム、ゼオライト、合成ゼオライト、アルミナ、チタニア、ヒュームドシリカ、活性炭、金属有機骨格、他の種類の多孔質材料、またはそれらの組み合わせが挙げられる。

特定の実施形態では、多孔質支持体は、顆粒などの複数の多孔質粒子を含む。特定の実施形態では、粒子／顆粒の平均サイズは、約０．２５ｍｍ〜約５ｍｍの範囲にある。特定の実施形態では、平均サイズは、約０．２５ｍｍ〜約２．４ｍｍの範囲にある。

特定の実施形態では、多孔質支持体は、粉末の形の複数の多孔質粒子を含む。特定の実施形態では、粒子／粉末の平均サイズは、約１．０μｍ〜約１００μｍの範囲にある。特定の実施形態では、平均サイズは、約５．０μｍ〜約５０μｍの範囲にある。

特定の実施形態では、多孔質支持体の表面積（例えば、ラングミュア表面積）は、ポリアミンの含浸前に１０ｍ^２／ｇより大きい。特定の実施形態では、表面積は、５０ｍ^２／ｇより大きい。特定の実施形態では、表面積は、１００ｍ^２／ｇより大きい。特定の実施形態では、表面積は、１０ｍ^２／ｇより大きく、かつ５０００ｍ^２／ｇ未満である。特定の実施形態では、表面積は、２５ｍ^２／ｇより大きく、かつ１０００ｍ^２／ｇ未満である。特定の実施形態では、表面積は、５０ｍ^２／ｇより大きく、かつ５００ｍ^２／ｇ未満である。特定の実施形態では、表面積は、７５ｍ^２／ｇより大きく、かつ３００ｍ^２／ｇ未満である。特定の実施形態では、表面積は、１００ｍ^２／ｇより大きく、かつ１２０ｍ^２／ｇ未満である。特定の実施形態では、表面積は、２００ｍ^２／ｇより大きい。特定の実施形態では、表面積は、２００ｍ^２／ｇより大きく、かつ５００ｍ^２／ｇ未満である。特定の実施形態では、表面積は、２００ｍ^２／ｇより大きく、かつ４００ｍ^２／ｇ未満である。特定の実施形態では、表面積は、２００ｍ^２／ｇより大きく、かつ３００ｍ^２／ｇ未満である。特定の実施形態では、シリコン系コーティングを多孔質支持体に適用した後、支持体の表面積は、少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、５％〜４０％、１０％〜４０％、または２０％〜４０％増加する。

多孔質支持体の表面積は、ＤＩＮ ＩＳＯ ９２７７：２００３−０５（ＤＩＮ６６１３１の改訂版）に従ってブルナウアー・エメット・テラー（Brunauer-Emmett-Teller）（ＢＥＴ）法により測定することができる。比表面積は、０．０５〜０．３ｐ／ｐ_０の相対圧力範囲で多点ＢＥＴ測定により測定される。

特定の実施形態では、多孔質支持体の平均細孔容積（例えば、バレット・ジョイナー・ハレンダ（Barrett-Joyner-Halenda）（ＢＪＨ）細孔容積）は、０．１ｍＬ／ｇより大きく、かつ３．０ｍＬ／ｇ未満である。特定の実施形態では、平均細孔容積は、０．２ｍＬ／ｇより大きく、かつ２．０ｍＬ／ｇ未満である。特定の実施形態では、平均細孔容積は、０．５ｍＬ／ｇより大きく、かつ１．５ｍＬ／ｇ未満である。特定の実施形態では、平均細孔容積は、０．８ｍＬ／ｇより大きく、かつ１．２ｍＬ／ｇ未満である。特定の実施形態では、シリコン系コーティングを多孔質支持体に適用した後、支持体の平均細孔容積は、最大７％、最大１０％、最大１５％、最大２０％、最大２５％、５％〜１０％、５％〜２０％、または５％〜２５％減少する。

特定の実施形態では、多孔質支持体の平均細孔半径（例えば、ＢＥＴ細孔半径）は、１０オングストロームより大きく、かつ３００オングストローム未満である。特定の実施形態では、平均細孔半径は、１５オングストロームより大きく、かつ２５０オングストローム未満である。特定の実施形態では、平均細孔半径は、２０オングストロームより大きく、かつ２００オングストローム未満である。特定の実施形態では、平均細孔半径は、５０オングストロームより大きく、かつ２００オングストローム未満である。特定の実施形態では、平均細孔半径は、１００オングストロームより大きく、かつ２００オングストローム未満である。特定の実施形態では、平均細孔半径は、１２０オングストロームより大きく、かつ２００オングストローム未満である。特定の実施形態では、シリコン系コーティングを多孔質支持体に適用した後、支持体の平均細孔半径は、最大１０％、最大１５％、最大２０％、１０％〜３０％、１５％〜２５％、１０％〜２０％、または２０％〜３０％減少する。

本開示の実施形態で使用される多孔質支持体の能力を高めるために、多孔質支持体を活性化することができる。活性化は、多孔質支持体（例えば、粒子）を、多孔質粒子を活性化するのに十分な時間にわたり、環境温度、真空、不活性ガス流、またはそれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない様々な条件に付すことを含み得る。いくつかの実施形態では、多孔質支持体は、か焼によって活性化され得る。特定の実施形態では、活性化は、シリコン系コーティングで支持体をコーティングする前に、シリコン系コーティングで支持体をコーティングした後に、および／またはアミン化合物を含浸させた後に行われ得る。

特定の実施形態では、活性化は、吸着部位からの水分子の除去を含む。他の実施形態では、活性化は、多孔質支持体の製造により残留した吸着部位から非水性溶媒分子を除去することを含む。さらなる実施形態では、活性化は、吸着部位からの硫黄化合物または高級炭化水素の除去を含む。活性化プロセスで不活性ガスのパージを使用する実施形態では、その後の溶媒の回収工程も考えられる。特定の実施形態では、汚染物質（例えば、水、非水性溶媒、硫黄化合物または高級炭化水素）が、分子レベルで多孔質支持体から除去される。

特定の実施形態では、多孔質支持体は、ガス吸着材料を含浸させる前（例えば、シリコン系コーティングの形成前および／または形成後）にか焼される。か焼は、特定の実施形態では４００℃と６００℃の間、他の実施形態では５４０℃と５８０℃の間、または他の実施形態では１００℃と１５０℃の間の温度で行われ得る。

いくつかの実施形態では、シリコン系コーティングが、多孔質支持体上に形成されて、多孔質支持体（例えば、シリカコーティング支持体）が形成される。特定の実施形態では、多孔質支持体が、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）を含有する水溶液で処理される。特定の実施形態では、多孔質支持体は、５０℃〜７０℃（例えば、６０℃）の温度で１時間〜３時間、ＴＥＯＳでインキュベートされる。他の実施形態では、多孔質支持体は、コロイド状シリカまたはケイ酸ナトリウムなどの他の材料で処理され得る。シリコン系コーティングは、周囲温度、真空、不活性ガス流、またはそれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない様々な条件下で形成され得る。

ブロック３０６では、例えば、第２のアミン化合物を含有する溶液と多孔質支持体とを混合することによって、第２のアミン化合物が、多孔質支持体に含浸されて吸着剤を形成する。いくつかの実施形態では、反応溶液は、第２のアミン化合物が形成された後に、多孔質支持体と混合される。多孔質支持体には、第２のアミン化合物が（例えば、初期湿潤含浸により）含浸されるようになり得る。含浸は、周囲温度、様々な雰囲気条件（例えば、空気下、窒素雰囲気下、真空下、または低圧窒素雰囲気下）、不活性ガス流、またはそれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない様々な条件下で起こり得る。

ブロック３０８では、吸着剤が乾燥される。ブロック３１０では、吸着剤は、大量の空気と接触し、その大量の空気からガスを吸着するように構成されている。いくつかの実施形態では、ガスはＣＯ_２である。いくつかの実施形態では、ＣＯ_２に加えてまたはＣＯ_２の代わりに他のガス（例えば、揮発性有機化合物）が吸着され得る。

特定の実施形態では、乾燥後、多孔質支持体に含浸された１種以上のアミン化合物の質量パーセントは、吸着剤の全質量の２０％〜６０％、吸着剤の全質量の３０％〜５０％、または吸着剤の全質量の３８％〜４５％の範囲にある。特定の実施形態では、有機内容物（アミン化合物および他の添加剤を含む）の質量パーセントは、吸着剤の全質量の２０％〜６０％、吸着剤の全質量の３０％〜５０％、または吸着剤の全質量の３８％〜４５％の範囲にあり、かつ多孔質支持体の質量パーセントは、吸着剤の全質量の４０％〜８０％、吸着剤の全質量の５０％〜７０％、または吸着剤の全質量の５５％〜６２％の範囲にある。

いくつかの実施形態では、吸着剤が２０℃より高く、かつ４０℃未満の温度で維持され（ＣＯ_２の吸着）、次いで吸着剤が４５℃より高く、かつ５５℃未満の温度で維持される（ＣＯ_２の脱着）場合、吸着剤のＣＯ_２吸着能力は、２０ｇ／Ｌより高い。いくつかの実施形態では、吸着剤が２０℃より高く、かつ４０℃未満の温度で維持され（ＣＯ_２の吸着）、次いで吸着剤が４５℃より高く、かつ５５℃未満の温度で維持される（ＣＯ_２の脱着）場合、吸着剤のＣＯ_２吸着能力は、１５ｇ／Ｌより高い。いくつかの実施形態では、吸着剤が２０℃より高く、かつ４０℃未満の温度で維持され（ＣＯ_２の吸着）、次いで吸着剤が４５℃より高く、かつ５５℃未満の温度で維持される（ＣＯ_２の脱着）場合、吸着剤のＣＯ_２吸着能力は、１０ｇ／Ｌより高い。いくつかの実施形態では、吸着剤が２０℃より高く、かつ４０℃未満の温度で維持され（ＣＯ_２の吸着）、次いで吸着剤が４５℃より高く、かつ５５℃未満の温度で維持される（ＣＯ_２の脱着）場合、吸着剤のＣＯ_２吸着能力は、５ｇ／Ｌより高い。

いくつかの実施形態では、吸着剤が２０℃より高く、かつ４０℃未満の温度で維持され（ＣＯ_２の吸着）、次いで吸着剤が６０℃より高く、かつ７０℃未満の温度で維持される（ＣＯ_２の脱着）場合、吸着剤のＣＯ_２吸着能力は、４０ｇ／Ｌより高い。いくつかの実施形態では、吸着剤が２０℃より高く、かつ４０℃未満の温度で維持され（ＣＯ_２の吸着）、次いで吸着剤が６０℃より高く、かつ７０℃未満の温度で維持される（ＣＯ_２の脱着）場合、吸着剤のＣＯ_２吸着能力は、３０ｇ／Ｌより高い。いくつかの実施形態では、吸着剤が２０℃より高く、かつ４０℃未満の温度で維持され（ＣＯ_２の吸着）、次いで吸着剤が６０℃より高く、かつ７０℃未満の温度で維持される（ＣＯ_２の脱着）場合、吸着剤のＣＯ_２吸着能力は、２０ｇ／Ｌより高い。いくつかの実施形態では、吸着剤が２０℃より高く、かつ４０℃未満の温度で維持され（ＣＯ_２の吸着）、次いで吸着剤が６０℃より高く、かつ７０℃未満の温度で維持される（ＣＯ_２の脱着）場合、吸着剤のＣＯ_２吸着能力は、１０ｇ／Ｌより高い。

いくつかの実施形態では、吸着剤のＣＯ_２吸着能力は、吸着剤の質量に対する吸着されたＣＯ_２の質量として計算した場合、０．７質量％より高く、０．８質量％より高く、０．９質量％より高く、１．０質量％より高く、１．１質量％より高く、１．２質量％より高く、１．３質量％より高く、１．４質量％より高く、１．５質量％より高く、１．６質量％より高く、１．７質量％より高く、１．８質量％より高く、１．９質量％より高く、２．０質量％より高く、２．１質量％より高く、２．２質量％より高く、２．３質量％より高く、２．４質量％より高く、または２．５質量％より高い。

図４は、本開示の一実施形態によるＣＯ_２吸着剤を製造するための別の方法４００を示すフロー図である。図４は、ブロック４０２で開始し、ここで反応溶液が調製される。反応溶液は、ブロック３０２に関して記載されたのと同様の方法で調製され得る。

ブロック４０４では、多孔質支持体が供給される。多孔質支持体は、粉末を含み得る。例えば、粉末は、シリカ粉末であってもよい。特定の実施形態では、粉末の平均サイズは、約１．０μｍ〜約１００μｍ、または約５．０μｍ〜約５０μｍの範囲にある。

ブロック４０６では、第２のアミン化合物が、例えば、ブロック３０６に関して記載されたのと同様の方法で粉末に含浸する。

ブロック４０８では、吸着剤が、第２のアミン化合物を含浸させた粉末から顆粒を製造することによって形成される。特定の実施形態では、吸着剤は、粉末を、非加圧凝集（ディスクペレタイザー、回転ドラム、ピンミキサー、パドルミキサー等）または加圧凝集（圧縮機、ブリケット等を含む）のための粉末装置に装入することによって形成される。

ブロック４１０および４１２は、ブロック３０８および３１０に関して、それぞれ、記載されたのと同様の方法で実施され得る。

図５は、本開示の一実施形態によるＣＯ_２吸着剤を製造するための別の方法５００を示すフロー図である。図５は、多孔質支持体（例えば、粉末）、第１のアミン化合物、および反応物などの様々な成分を含む反応溶液が調製されるブロック５０２で開始し、この結果、第２のアミン化合物が生成し、この第２のアミン化合物が多孔質支持体に含浸する。反応溶液は、反応物が多孔質支持体（例えば、粉末）の存在下で形成され得ることを除いて、ブロック３０２に関して記載されたのと同様の方法で調製され得る。例えば、多孔質支持体は、第１のアミン化合物および反応物と同時に混合されていてよく、または１種以上の成分が、反応容積に直列または並列で装入されてもよい。一実施形態では、反応物は、第１のアミン化合物と混合されていてよく、続いて多孔質支持体が反応溶液に装入される。別の実施形態では、第１のアミン化合物は、多孔質支持体と混合されていてよく、続いて反応物が添加される。

ブロック５０４では、吸着剤は、例えば、ブロック４０８に関して記載されたのと同様の方法で、第２のアミン化合物を含浸させた粉末から顆粒を製造することによって形成される。いくつかの実施形態では、ブロック５０４および５０２は、同時に実行され得る。

ブロック５０６および５０８は、ブロック３０８および３１０に関して、それぞれ、記載されたのと同様の方法で実行され得る。

特定の実施形態では、方法３００、４００または５００のいずれかに従って形成して得られた吸着剤は、約０．２５ｍｍ〜約５．０ｍｍの平均サイズ；５ｍ^２／ｇ〜１００ｍ^２／ｇのＢＥＴ平均表面積；０．１ｃｃ／ｇ〜１．０ｃｃ／ｇのＢＪＨ平均細孔容積；および１００オングストローム〜３００オングストロームのＢＥＴ平均細孔半径を有する。多孔質支持体に含浸された１種以上のアミン化合物の質量パーセントは、吸着剤の全質量の２０％〜６０％の範囲にある。

方法３００、４００および５００のブロックは限定的ではなく、いくつかの実施形態では、それぞれの方法のブロックのいくつかまたはすべてが実行されてもよいことに留意されたい。いくつかの実施形態では、１つ以上のブロックが、ほぼ同時に実行されてよい。いくつかのブロックは、完全に省略されるか、または繰り返されてもよい。

例示的な実施例
以下の実施例は、本開示の理解を助けるために記載されており、当然ながら、本明細書に記載され、かつ特許請求される実施形態を具体的に限定するものとして解釈されるべきではない。当業者の知識の範囲内にある、現在知られているまたは今後開発されるすべての等価物の置換を含む実施形態のこのような変形、および配合の変更または実験計画の軽微な変更は、本明細書に組み込まれた実施形態の範囲内に入ると考えられている。

図１は、本開示の一実施形態による例示的なエアフローシステムを示す。 図２は、本開示の別の実施形態による例示的なエアフローシステムを示す。 図３は、本開示の一実施形態によるＣＯ_２吸着剤の製造方法を示すフロー図である。 図４は、本開示の一実施形態によるＣＯ_２吸着剤を製造するための別の方法を示すフロー図である。 図５は、本開示の一実施形態によるＣＯ_２吸着剤を製造するための別の方法を示すフロー図である。 図６は、比較例のホルムアルデヒドの吸着を、本開示の一実施形態に従って製造された吸着剤と比較したプロットである。 図７は、本発明の実施形態に従って製造された吸着剤のアセトアルデヒドの吸着を示すプロットである。

実施例１：ポリアミンの合成
ポリアミンバッチを以下のように合成した。５０ｇ（０．２２モル）のＰＥＨＡを、７５ｇの脱イオン水と共に１Ｌ容器に入れて、ペンタエチレンヘキサミン（ＰＥＨＡ）溶液を調製した。次に、このＰＥＨＡ溶液に、９．９ｇ（０．１１モル）、１９．８ｇ（０．２２モル）、３９．６ｇ（０．４４モル）、または５９．４ｇ（０．６６モル）のジメチルカーボネート（ＤＭＣ）を加え、マグネチックスターラーで撹拌して反応溶液を調製すると、それぞれ、１：０．５、１：１、１：２、または１：３のモル比を有する溶液が得られた。溶液ごとに、７０℃で３時間混合し、反応を促進させた。

ポリアミンバッチをさらに、ＰＥＨＡおよびジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を用いて合成した。５０ｇ（０．２２モル）のＰＥＨＡを、７５ｇの脱イオン水を含む１Ｌ容器に入れてＰＥＨＡ溶液を調製し、これを次に別の反応で２６ｇ（０．２２モル）、５２ｇ（０．４４モル）、または７８ｇ（０．６６モル）のＤＥＣと反応させると、それぞれ、１：１、１：２または１：３のモル比のバッチが得られた。他の反応条件は、上記のＰＥＨＡとＤＭＣとの反応条件と同じであった。

ポリアミンバッチをさらに、Ｎ，Ｎ’−ビス−（３−アミノプロピル）エチレンジアミンとＤＭＣまたはＤＥＣとを用いて合成した。５０ｇ（０．２９モル）のＮ，Ｎ’−ビス−（３−アミノプロピル）エチレンジアミンを、７５ｇの脱イオン水を含む１Ｌ容器に入れてＮ，Ｎ’−ビス−（３−アミノプロピル）エチレンジアミン溶液を調製し、これを次に別の反応で２６ｇ（０．２９モル）のＤＭＣまたは６４ｇ（０．５４モル）のＤＥＣと反応させると、それぞれ、１：１または１：２のモル比のバッチが得られた。他の反応条件は、上記のＰＥＨＡとＤＭＣまたはＤＥＣとの反応条件と同じであった。

この実施例は、ＤＭＣおよびＤＥＣとＰＥＨＡおよびＮ，Ｎ’−ビス−（３−アミノプロピル）エチレンジアミンとの反応に関するものであるが、本明細書に記載された実施形態は、他の反応、例えばアミン化合物と他の種類の炭酸エステルとの間の反応によって製造されるポリアミンにも適合すると考えられる。

実施例２：吸着剤の製造（粉末）
シリカ粉末を、以下の実施例において多孔質支持体として使用した。シリカ粉末の平均サイズは、約１μｍ〜約２０μｍの範囲にあった。シリカ粉末のＢＥＴ平均表面積は、１５０ｍ^２／ｇ〜２００ｍ^２／ｇの範囲にあった。シリカ粉末のＢＪＨ平均細孔容積は、０．８ｃｃ／ｇ〜１．２ｃｃ／ｇの範囲にあった。シリカ粉末のＢＥＴ平均細孔半径は、１２０オングストローム〜２００オングストロームの範囲にあった。

ポリアミン溶液をシリカ粉末の床上に注ぐことにより、アミンの含浸および造粒を行った。得られたスラリーを乾燥させ、乾燥したフィルムケーキを、０．５ｍｍ〜２．４ｍｍの範囲のサイズに粉砕した。含浸前に、シリカ粉末およびアミン化合物溶液を、６０℃で１５〜３０分間予熱し、シリカ粉末の細孔構造中へのアミン化合物の分散を改善した。含浸後、混合物を、Ｎ_２雰囲気下、６０℃で２〜３時間乾燥させた。

実施例３：吸着剤の製造（顆粒）
シリカ粉末をディスクペレタイザー中に装入し、ディスクを回転させながら湿式顆粒が形成されるまでポリアミン溶液を注入することにより、アミンの含浸および造粒を行った。造粒後、顆粒を、Ｎ_２雰囲気下、６０℃で２〜３時間乾燥させた。

得られた顆粒は、約０．５ｍｍ〜約２．４ｍｍの平均サイズを有していた。顆粒のＢＥＴ平均表面積は、１０ｍ^２／ｇ〜２０ｍ^２／ｇの範囲にあった。顆粒のＢＪＨ平均細孔容積は、０．１ｃｃ／ｇ〜０．２ｃｃ／ｇの範囲にあった。ＢＥＴ平均細孔半径は、２００オングストローム〜３００オングストロームの範囲にあった。

実施例４：吸着の評価
吸着剤の顆粒を、充填された床反応器に入れて、ＣＯ_２吸着能力を測定した。０．１ｍ／ｓ（メートル／秒）のエアフローの場合、１０００ｐｐｍのＣＯ_２濃度および０体積％の水（屋内の空気条件をシミュレートするため）を用いて、２５℃で６０分を超えてＣＯ_２の吸着を測定した。０．２ｍ／ｓ（メートル／秒）のエアフローの場合、４００ｐｐｍのＣＯ_２濃度および１体積％の水（屋外の空気条件をシミュレートするため）を用いて、５０℃で３０分を超えて脱着を測定した。ＣＯ_２の捕捉量（ｇ−ＣＯ_２／Ｌ−吸着剤）およびアミン捕捉効率（吸着剤に含浸されたアミンのグラム数あたりの吸着されたＣＯ_２のミリグラム数）によりＣＯ_２吸着剤の性能を測定した。

様々な試料を試験した。試料１は、６０質量％のシリカ粉末支持体と４０質量％のポリアミン（実施例１、ＰＥＨＡ：ＤＭＣ＝１：１）とを含有し、これを実施例２に従って製造した。試料１は、１１．３２ｇ／ＬのＣＯ_２吸着能力を示し、その能力は３０回の吸着／脱着サイクルを通して安定であった。

試料２は、６０質量％のシリカ粉末支持体と４０質量％のポリアミン（実施例１、ＰＥＨＡ：ＤＭＣ＝１：２）とを含有し、これを実施例２に従って製造した。試料２は、１１．３２ｇ／ＬのＣＯ_２吸着能力を示した。

試料３は、６７質量％のシリカ粉末支持体と３３質量％のポリアミン（実施例１、ＰＥＨＡ：ＤＭＣ＝１：１）とを含有し、これを実施例３に従って製造した。試料３は、５０℃での脱着時に１２．５６ｇ／ＬのＣＯ_２吸着能力を示し、６５℃での脱着時に２２．２７ｇ／ＬのＣＯ_２吸着能力を示した。吸着剤を、空気下で５０℃のオーブンに１００時間置いて老化させた後、ＣＯ_２吸着能力を測定した。老化後、吸着剤は、５０℃での脱着時に１３．８３ｇ／ＬのＣＯ_２吸着能力を示し、６５℃での脱着時に２４．９１ｇ／ＬのＣＯ_２吸着能力を示した。

試料４は、６２質量％のシリカ粉末支持体と３８質量％のポリアミン（実施例１、ＰＥＨＡ：ＤＭＣ＝１：１）とを含有し、これを実施例３に従って製造した。試料４は、５０℃での脱着時に１３．７３ｇ／ＬのＣＯ_２吸着能力を示し、６５℃での脱着時に３０．８０ｇ／ＬのＣＯ_２吸着能力を示した。吸着剤を、空気下で５０℃のオーブンに１００時間置いて老化させた後、ＣＯ_２吸着能力を測定した。老化後、吸着剤は、５０℃での脱着時に１３．４３ｇ／ＬのＣＯ_２吸着能力を示し、６５℃での脱着時に２７．０３ｇ／ＬのＣＯ_２吸着能力を示した。

試料５は、５５質量％のシリカ粉末支持体と４５質量％のポリアミン（実施例１、ＰＥＨＡ：ＤＭＣ＝１：１）とを含有し、これを実施例３に従って製造した。試料５は、５０℃での脱着時に１６．３４ｇ／ＬのＣＯ_２吸着能力を示し、６５℃での脱着時に３２．２９ｇ／ＬのＣＯ_２吸着能力を示した。

試料６は、５０質量％のシリカ粉末支持体と５０質量％のポリアミン（実施例１、ＰＥＨＡ：ＤＭＣ＝１：１）とを含有し、これを実施例３に従って製造した。試料６は、５０℃での脱着時に１３．４３ｇ／ＬのＣＯ_２吸着能力を示し、６５℃での脱着時に３１．０９ｇ／ＬのＣＯ_２吸着能力を示した。

ＰＥＨＡとホルムアルデヒドとの間の反応に基づいてポリアミンを製造したことを除いて、試料１と同様の方法で試料７を調製し、その際、吸着剤は、６０質量％のシリカ粉末と４０質量％のポリアミンとを含有していた。試料７のＣＯ_２吸着能力は、７．０６ｇ／Ｌであり、試料１よりもかなり低かった。試料８および試料９を、試料７と同様に調製すると、それぞれ、７．１７ｇ／Ｌおよび７．６３ｇ／ＬのＣＯ_２吸着能力が得られた。

アタパルジャイト系顆粒支持体上にジエタノールアミンを含浸させて試料１０を調製した。試料１０の吸着剤は、７２質量％のアタパルジャイト系顆粒支持体と２８質量％のジエタノールアミンとを含む。ＣＯ_２吸着能力は、６５℃での脱着時に１６．４３ｇ／Ｌであった。

シリコン系コーティングが形成されたアタパルジャイト系顆粒支持体上にジエタノールアミンを含浸させて試料１１を調製した。２０質量％のテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）で処理することにより支持体上にシリコン系コーティングを形成した。試料１１の吸着剤は、７２質量％のシリコン系コーティングを有するアタパルジャイト系顆粒支持体と、２８質量％のジエタノールアミンとを含有していた。ＣＯ_２吸着能力は、最初の５０℃での脱着時に１０．４９ｇ／Ｌであり、２８回の吸着／脱着サイクルを通して９．６９ｇ／Ｌ〜９．８９ｇ／Ｌ付近で安定していた。

シリコン系コーティングが形成されたアタパルジャイト系顆粒支持体上にジエタノールアミンを含浸させて試料１２を調製した。２．６質量％のケイ酸ナトリウム溶液（Ｎａ_２Ｏ：ＳｉＯ_２＝１．３で固形分４８．９％）で処理することにより、支持体上にシリコン系コーティングを形成した。試料１２の吸着剤は、７１質量％のシリコン系コーティングを有するアタパルジャイト系顆粒支持体と、２９質量％のジエタノールアミンとを含有していた。ＣＯ_２吸着能力は、５０℃での脱着時に９．１３ｇ／Ｌであった。吸着剤を、空気下で５０℃のオーブンに１００時間置いて老化させた後、ＣＯ_２吸着能力を測定した。老化後、吸着剤は、５０℃での脱着時に８．１０ｇ／ＬのＣＯ_２吸着能力を示した。

試料１３は、５５質量％のシリカ粉末支持体と４５質量％のポリアミン（実施例１、ＰＥＨＡ：ＤＥＣ＝１：１）とを含有し、これを実施例３に従って製造した。試料１３は、５０℃での脱着の場合に１３．６７ｇ／ＬのＣＯ_２吸着能力を示し、６５℃での脱着の場合に４０．１０ｇ／ＬのＣＯ_２吸着能力を示した。

試料１４は、５５質量％のシリカ粉末支持体と４５質量％のポリアミン（実施例１、ＰＥＨＡ：ＤＥＣ＝１：２）とを含有し、これを実施例３に従って製造した。試料１４は、５０℃での脱着の場合に１６．３６ｇ／ＬのＣＯ_２吸着能力を示し、６５℃での脱着の場合に２３．２６ｇ／ＬのＣＯ_２吸着能力を示した。

実施例５：老化の分析
ＣＯ_２吸着能力および熱老化に対する安定性を、それぞれ熱重量分析により分析した。吸着剤の熱老化に対する安定性を、各吸着剤の失活率を測定することで評価した。失活率は、新しい吸着剤の吸着能力に対する老化した吸着剤の吸着能力の比であり、失活率が高いほど、吸着剤の吸着能力の安定性は高い。

吸着剤を、促進される熱／酸化暴露プロセスに付し、その際、吸着剤を、３０℃で３０分間の空気中１０００ｐｐｍのＣＯ_２と、５０℃で３０分間のＮ_２との間で５回循環させ、続いて老化プロセスに付し、その際、吸着剤を、Ｎ_２に１００℃で６時間、続いて空気に９０℃で２時間曝露した。吸着剤を、老化プロセス後に再び５回循環させ、老化前および老化後の吸着能力を比較した。

試料１は、２．３２質量％（ｇ−ＣＯ_２／ｇ−吸着剤）のＣＯ_２吸着能力および９４％の失活率を示した。この結果は、６０質量％のシリカ粉末支持体と４０質量％のポリアミンとを含有する粉末試料を用いて、後で造粒工程に付すことなく得られたことに留意されたい。試料３は、１．６８質量％（ｇ−ＣＯ_２／ｇ−吸着剤）のＣＯ_２吸着能力および９５％の失活率を示した。試料５は、１．６０質量％（ｇ−ＣＯ_２／ｇ−吸着剤）のＣＯ_２吸着能力および１００％の失活率を示した。試料３および試料５についてのＣＯ_２吸着能力試験を、顆粒試料を用いて行った。

試料７は、１．９９質量％（ｇ−ＣＯ_２／ｇ−吸着剤）のＣＯ_２吸着能力および８９％の失活率を示した。

７２質量％のＴＥＯＳ層がコーティングされたアタパルジャイト系支持体と２８質量％のジエタノールアミンとを含む試料１１は、１．０８質量％（ｇ−ＣＯ_２／ｇ−吸着剤）のＣＯ_２吸着能力および３４％の失活率を示した。

７１質量％のケイ酸ナトリウム層がコーティングされたアタパルジャイト系支持体と２９質量％のジエタノールアミンとを含む試料１２は、０．８９質量％（ｇ−ＣＯ_２／ｇ−吸着剤）のＣＯ_２吸着能力および４３％の失活率を示した。

試料１５は、６０質量％のシリカ粉末支持体と４０質量％のポリアミン（実施例１、ＰＥＨＡ：ＤＭＣ＝１：０．５）とを含有し、後で造粒工程に付されることのない粉末試料であった。試料１５は、１．６６質量％（ｇ−ＣＯ_２／ｇ−吸着剤）のＣＯ_２吸着能力および１０６％の失活率を示した。

試料１６は、６０質量％のシリカ粉末支持体と４０質量％のポリアミン（実施例１、ＰＥＨＡ：ＤＭＣ＝１：３）とを含有し、後で造粒工程に付されることのない粉末試料であった。試料１６は、１．６９質量％（ｇ−ＣＯ_２／ｇ−吸着剤）のＣＯ_２吸着能力および９６％の失活率を示した。

試料１７は、６０質量％のシリカ粉末支持体と４０質量％のポリアミン（実施例１、ＰＥＨＡ：ＤＥＣ＝１：１）とを含有し、後で造粒工程に付されることのない粉末試料であった。試料１７は、２．４４質量％（ｇ−ＣＯ_２／ｇ−吸着剤）のＣＯ_２吸着能力および９６％の失活率を示した。

試料１８は、６０質量％のシリカ粉末支持体と４０質量％のポリアミン（実施例１、ＰＥＨＡ：ＤＥＣ＝１：２）とを含有し、後で造粒工程に付されることのない粉末試料であった。試料１８は、３．０５質量％（ｇ−ＣＯ_２／ｇ−吸着剤）のＣＯ_２吸着能力および１０１％の失活率を示した。

試料１９は、６０質量％のシリカ粉末支持体と４０質量％のポリアミン（実施例１、ＰＥＨＡ：ＤＥＣ＝１：３）とを含有し、後で造粒工程に付されることのない粉末試料であった。試料１９は、１．６２質量％（ｇ−ＣＯ_２／ｇ−吸着剤）のＣＯ_２吸着能力および９５％の失活率を示した。

試料２０は、６０質量％のシリカ粉末支持体と４０質量％のポリアミン（実施例１、ＰＥＨＡ：ＤＥＣ＝１：１）とを含有し、後で造粒工程に付されることのない粉末試料であった。試料２０は、３．８１質量％（ｇ−ＣＯ_２／ｇ−吸着剤）のＣＯ_２吸着能力および９２％の失活率を示した。

試料２１は、６０質量％のシリカ粉末支持体と４０質量％のポリアミン（実施例１、ＰＥＨＡ：ＤＥＣ＝１：２）とを含有し、後で造粒工程に付されることのない粉末試料であった。試料２１は、３．１８質量％（ｇ−ＣＯ_２／ｇ−吸着剤）のＣＯ_２吸着能力および９７％の失活率を示した。

要約すると、特定の実施形態では、ポリアミンおよびシリカ粉末を含む顆粒について、シリコン系コーティングでコーティングされたアタパルジャイト系顆粒支持体にＤＥＡが含浸したものおよびシリコン系コーティングのないアタパルジャイト系顆粒支持体にＤＥＡが直接含浸したものよりも５０℃での老化および複数の吸着／脱着サイクルに対する安定性が高いことが分かった。また、ＰＥＨＡとＤＥＣとを反応させて製造されたポリアミンを含む顆粒および粉末も、高いＣＯ_２吸着能力および失活率を示し、ＤＥＣに対するＰＥＨＡの比は、得られた吸着剤のＣＯ_２吸着能力および失活率に影響を与えた。

実施例６：ホルムアルデヒドの吸着試験
約２０ｍＬ（１１ｇ）の実施例３に従って製造した吸着剤（平均粒径１．７ｍｍ〜２．３ｍｍ）を、試料２２（５５質量％のシリカ粉末支持体および４５質量％のポリアミンを含有し、ＰＥＨＡ：ＤＭＣ＝１：１で実施例１に従って製造したもの）と呼び、これをプラグフロー反応器に入れ、２ｐｐｍのホルムアルデヒドを含有する空気流を、３０℃で５０，０００ｈ^−１の空間速度で試料に通した。気流には、約４００ｐｐｍのＣＯ_２および１％のＨ_２Ｏも含有されており、これらはホルムアルデヒドの吸着を阻害しなかった。

図６は、約２００分間にわたる３回の吸着サイクルについて、試料２２のホルムアルデヒドの吸着を、比較例１（ＣＥ１）と比較したプロットである。ピークは、エアフローが吸着剤を通過していない時の間隔に相当し、谷は、エアフローが吸着剤を通過している時の間隔に相当する。示される通り、ＣＥは、ホルムアルデヒドのほぼ半分を吸着し、サイクルごとに吸着量が減少したが、試料２２は、ホルムアルデヒドのほぼ１００％の吸着を示し、吸着量の減少は見られなかった。

ホルムアルデヒドの吸着能力を、試料２２および様々な他の比較例について熱重量分析（ＴＧＡ）を用いて測定した。試料を、６０℃で１２時間、真空および窒素下で一晩前処理した。ＴＧＡ運転の順序は次の通りであった：ヘリウム下で２時間にわたり８０℃で前処理を行い、ホルムアルデヒド１００ｐｐｍ（５０ｍｌ／分）下で３時間にわたり室温に保った（このプロセスは、１０時間のホルムアルデヒド暴露を用いても行った）。次にこの後の３時間（または１０時間）の間の質量増加を測定した。結果を第１表に示し、吸着能力を、質量％の単位（２時間の前処理時間後の吸着剤の質量あたりの吸着された質量）で示す。

実施例７：アセトアルデヒドの吸着調査
実施例６と同様に、約２０ｍＬ（１１ｇ）の試料２２の吸着剤を、プラグフロー反応器に入れ、１０ｐｐｍのアセトアルデヒドを含む空気流を、３０℃で１００，０００ｈ^−１の空間速度で試料に通した。気流には、約４００ｐｐｍのＣＯ_２および１％のＨ_２Ｏも含有されており、これらはホルムアルデヒドの吸着を阻害しなかった。

図７は、約３３０分間にわたる５回の吸着サイクルにおける試料２２のアセトアルデヒドの吸着のプロットである。ピークは、エアフローが吸着剤を通過していない時の間隔に相当し、谷は、エアフローが吸着剤を通過している時の間隔に相当する。示される通り、試料２２は、ホルムアルデヒドに加えてアセトアルデヒドを吸着する能力を示した。

上記の説明では、本開示の実施形態を完全に理解するために、具体的な材料、寸法、プロセスパラメータ等の多くの具体的な詳細が記載されている。特定の特徴、構造、材料、または特性は、１つ以上の実施形態において適切な方法で組み合わされ得る。「例」または「例示的」という用語は、本明細書において、例、事例、または例示としての役割を果たすことを意味するために使用されている。「例」または「例示的」と本明細書に記載される態様または設計は、必ずしも他の態様または設計に対して好ましいかまたは有利であると解釈されるべきではない。むしろ、「例」または「例示的」という用語の使用は、具体的な方法で概念を示すことが意図されている。本出願において使用される通り、「または」という用語は、排他的な「または」ではなく包括的な「または」を意味することが意図されている。すなわち、特に記載のない限り、または文脈から明らかでない限り、「ＸはＡまたはＢを含む」とは、固有の包含的な順列のいずれかによって意味することが意図されている。換言すれば、ＸがＡを含む場合、ＸがＢを含む場合；あるいはＸがＡおよびＢの双方を含む場合、「ＸはＡまたはＢを含む」は、上記の具体例のいずれかで満たされる。さらに、本出願および添付の特許請求の範囲で使用される冠詞「ａ」および「ａｎ」は、特に記載のない限り、または文脈から明らかでない限り、概して、単数形に向けられるべき「１つ以上」を意味すると解釈されるべきである。

本明細書を通して、「実施形態」、「特定の実施形態」、または「一実施形態」とは、実施形態に関して記載された特定の特徴、構造、または特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。このように、本明細書全体を通して、「実施形態」、「特定の実施形態」、または「一実施形態」という句が様々な場所で見られるが、これらは必ずしもすべてが同じ実施形態を指しているわけではなく、このような参照は「少なくとも１つ」を意味している。

上記の説明は、例示的であり、かつ限定的ではないことが意図されていることが理解されるべきである。他の多くの実施形態は、上記の説明を読んで理解する際に当業者には明らかになる。したがって、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、このような特許請求の範囲に含まれる等価物の全範囲とともに決定されるべきである。

Claims (103)

1. 多孔質支持体、および
   前記多孔質支持体上にコーティングされたガス吸着材料
   を含む吸着剤であって、
   前記ガス吸着材料は、１種以上のポリアミンを含み、前記１種以上のポリアミンは、反応生成物および／または反応物としてホルムアルデヒドを含まないプロセスに従って製造される、前記吸着剤。
2. プロセスが、アミン化合物と反応物との反応を含む、請求項１記載の吸着剤。
3. アミン化合物が、ペンタエチレンヘキサミン、ジエタノールアミン、テトラエチレンペンタミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンテトラミン、ビス（２−ヒドロキシプロピル）アミン、Ｎ，Ｎ’−ビス（２−ヒドロキシエチル）エチレンジアミン、モノエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、アルキルアミン、メチルアミン、直鎖状ポリエチレンイミン、分枝鎖状ポリエチレンイミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、メチルジエタノールアミン、メチルエタノールアミン、ポリエチレンポリアミン、ジエチレントリアミン、Ｎ，Ｎ’−ビス−（３−アミノプロピル）エチレンジアミン、またはポリエチレンのうち１種以上を含む、請求項２記載の吸着剤。
4. アミン化合物が、ペンタエチレンヘキサミンを含む、請求項２記載の吸着剤。
5. アミン化合物が、Ｎ，Ｎ’−ビス−（３−アミノプロピル）エチレンジアミンを含む、請求項２記載の吸着剤。
6. 反応物が、下記式：
   

   

   ［式中、Ｒ_１およびＲ_２は、水素、ハロゲン、アルカノイル、アルキル、任意に置換されるアルキル、シクロアルキル、任意に置換されるシクロアルキル、アルケニル、任意に置換されるアルケニル、シクロアルケニル、任意に置換されるシクロアルケニル、アルキニル、任意に置換されるアルキニル、ヒドロキシ、アリール、任意に置換されるアリール、アラルキル、（ヘテロシクロ）アルキル、（ヘテロアリール）アルキル、（アミノ）アルキル、（アルキルアミノ）アルキル、（ジアルキルアミノ）アルキル、（カルボキサミド）アルキル、（シアノ）アルキル、アルコキシアルキル、およびヒドロキシアルキルからなる群から独立して選択される］
   を有する炭酸エステル化合物を含む、請求項２から５までのいずれか１項記載の吸着剤。
7. 反応物が、下記式：
   

   

   ［式中、Ｒ_１はＣ_ｎＨ_２ｎ＋１を含み、Ｒ_２はＣ_ｍＨ_２ｍ＋１を含み、ｎは１〜１８の整数であり、ｍは１〜１８の整数である］
   を有する炭酸エステル化合物を含む、請求項２から５までのいずれか１項記載の吸着剤。
8. 反応物が、アルキルカーボネートを含む、請求項２から５までのいずれか１項記載の吸着剤。
9. アルキルカーボネートが、ジメチルカーボネートまたはジエチルカーボネートのうち１種以上を含む、請求項８記載の吸着剤。
10. 反応物が、アセトン、ベンゾイン、ニンヒドリン、ベンゾフェノン、ベンゾインメチルエーテル、ブタノン、ペンタノン、ヘキサノン、ヘプタノン、アセト酢酸メチル、またはアセト酢酸エチルのうち１種以上を含むケトンを含む、請求項２から５までのいずれか１項記載の吸着剤。
11. 反応物が、アセトンを含む、請求項２から５までのいずれか１項記載の吸着剤。
12. ポリアミンが、吸着剤の全質量の２０％〜６０％の量で存在する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の吸着剤。
13. 吸着剤の失活率が、８５％より高い、請求項１から１３までのいずれか１項記載の吸着剤。
14. 吸着剤の失活率が、９０％より高い、請求項１から１３までのいずれか１項記載の吸着剤。
15. 吸着剤のＣＯ_２吸着能力が、１１ｇ／Ｌより高い、請求項１から１４までのいずれか１項記載の吸着剤。
16. 吸着剤のＣＯ_２吸着能力が、吸着剤の質量に対する吸着されたＣＯ_２の質量として計算すると１．０質量％より高い、請求項１から１４までのいずれか１項記載の吸着剤。
17. 吸着剤のＣＯ_２吸着能力が、吸着剤の質量に対する吸着されたＣＯ_２の質量として計算すると１．５質量％より高い、請求項１から１４までのいずれか１項記載の吸着剤。
18. 多孔質支持体が、粘土を含む、請求項１から１７までのいずれか１項記載の吸着剤。
19. 多孔質支持体が、ベントナイト、アタパルジャイト、カオリナイト、モンモリロナイト、ボールクレー、フラー土、ヘクトライト、パリゴルスカイト、サポナイト、セピオライト、ハロイサイト、シリカ、硫酸カルシウム、ゼオライト、合成ゼオライト、アルミナ、チタニア、ヒュームドシリカ、活性炭、または金属有機骨格のうち１種以上を含む、請求項１から１７までのいずれか１項記載の吸着剤。
20. 多孔質支持体が、アタパルジャイトを含む、請求項１から１７までのいずれか１項記載の吸着剤。
21. 多孔質支持体の表面積が、５０ｍ^２／ｇより大きい、請求項１から２０までのいずれか１項記載の吸着剤。
22. 多孔質支持体の平均細孔容積が、０．１ｃｃ／ｇより大きく、かつ３．０ｃｃ／ｇ未満である、請求項１から２１までのいずれか１項記載の吸着剤。
23. 多孔質支持体が、約０．２５ｍｍ〜約５ｍｍの範囲の直径を有する顆粒の形である、請求項１から２２までのいずれか１項記載の吸着剤。
24. 支持体が、その上に形成されたシリコン系コーティングを含む、請求項１から２３までのいずれか１項記載の吸着剤。
25. 多孔質支持体上に形成されたシリコン系コーティングをさらに含む、請求項１から２４までのいずれか１項記載の吸着剤。
26. 全吸着剤の質量に対する吸着されたホルムアルデヒドの質量として計算すると０．７質量％より高いホルムアルデヒド吸着能力を有する、請求項１から２５までのいずれか１項記載の吸着剤。
27. ホルムアルデヒド吸着能力が、０．８質量％より高い、請求項２６記載の吸着剤。
28. 空気流が流れるプラグフロー反応器に充填される際に、ホルムアルデヒドの９０％超を吸着する、請求項１から２５までのいずれか１項記載の吸着剤であって、前記空気流は、２ｐｐｍのホルムアルデヒドおよび４００ｐｐｍのＣＯ_２を最初に含有し、エアフローは、３０℃に維持され、かつ５０，０００ｈ^−１の空間速度を有する、前記吸着剤。
29. ホルムアルデヒドの９０％超を吸着する、請求項２８記載の吸着剤。
30. 多孔質支持体；および
    前記多孔質支持体上にコーティングされ、かつ１種以上のポリアミンを含有するガス吸着材料
    を含む吸着剤であって、全吸着剤の質量に対する吸着されたホルムアルデヒドの質量として計算すると０．７質量％より高いホルムアルデヒド吸着能力を有する、前記吸着剤。
31. ホルムアルデヒド吸着能力が、０．８質量％より高い、請求項３０記載の吸着剤。
32. 多孔質支持体；および
    前記多孔質支持体上にコーティングされ、かつ１種以上のポリアミンを含有するガス吸着材料
    を含み、かつ空気流が流れるプラグフロー反応器に充填される際に、ホルムアルデヒドの９０％超を吸着する吸着剤であって、前記空気流は、２ｐｐｍのホルムアルデヒドおよび４００ｐｐｍのＣＯ_２を最初に含有し、エアフローは、３０℃に維持され、かつ５０，０００ｈ^−１の空間速度を有する、前記吸着剤。
33. ホルムアルデヒドの９０％超を吸着する、請求項３２記載の吸着剤。
34. １種以上のポリアミンが、アミン化合物と反応物との反応から製造され、その際、前記反応は反応生成物としてホルムアルデヒドを含まない、請求項３２または３３記載の吸着剤。
35. アミン化合物が、ペンタエチレンヘキサミン、ジエタノールアミン、テトラエチレンペンタミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンテトラミン、ビス（２−ヒドロキシプロピル）アミン、Ｎ，Ｎ’−ビス（２−ヒドロキシエチル）エチレンジアミン、モノエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、アルキルアミン、メチルアミン、直鎖状ポリエチレンイミン、分枝鎖状ポリエチレンイミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、メチルジエタノールアミン、メチルエタノールアミン、ポリエチレンポリアミン、ジエチレントリアミン、Ｎ，Ｎ’−ビス−（３−アミノプロピル）エチレンジアミン、またはポリエチレンのうち１種以上を含む、請求項３４記載の吸着剤。
36. アミン化合物が、ペンタエチレンヘキサミンを含む、請求項３４記載の吸着剤。
37. アミン化合物が、Ｎ，Ｎ’−ビス−（３−アミノプロピル）エチレンジアミンを含む、請求項３４記載の吸着剤。
38. 反応物が、下記式：
    

    

    ［式中、Ｒ_１およびＲ_２は、水素、ハロゲン、アルカノイル、アルキル、任意に置換されるアルキル、シクロアルキル、任意に置換されるシクロアルキル、アルケニル、任意に置換されるアルケニル、シクロアルケニル、任意に置換されるシクロアルケニル、アルキニル、任意に置換されるアルキニル、ヒドロキシ、アリール、任意に置換されるアリール、アラルキル、（ヘテロシクロ）アルキル、（ヘテロアリール）アルキル、（アミノ）アルキル、（アルキルアミノ）アルキル、（ジアルキルアミノ）アルキル、（カルボキサミド）アルキル、（シアノ）アルキル、アルコキシアルキル、およびヒドロキシアルキルからなる群から独立して選択される］
    を有する炭酸エステル化合物を含む、請求項３４から３７までのいずれか１項記載の吸着剤。
39. 反応物が、下記式：
    

    

    ［式中、Ｒ_１はＣ_ｎＨ_２ｎ＋１を含み、Ｒ_２はＣ_ｍＨ_２ｍ＋１を含み、ｎは１〜１８の整数であり、かつｍは１〜１８の整数である］
    を有する炭酸エステル化合物を含む、請求項３４から３７までのいずれか１項記載の吸着剤。
40. 反応物が、アルキルカーボネートを含む、請求項３４から３７までのいずれか１項記載の吸着剤。
41. アルキルカーボネートが、ジメチルカーボネートまたはジエチルカーボネートのうち１種以上を含む、請求項４０記載の吸着剤。
42. 反応物が、アセトン、ベンゾイン、ニンヒドリン、ベンゾフェノン、ベンゾインメチルエーテル、ブタノン、ペンタノン、ヘキサノン、ヘプタノン、アセト酢酸メチル、またはアセト酢酸エチルのうち１種以上を含むケトンを含む、請求項３４から３７までのいずれか１項記載の吸着剤。
43. 反応物が、アセトンを含む、請求項３４から３７までのいずれか１項記載の吸着剤。
44. １種以上のポリアミンが、吸着剤の全質量の２０％〜６０％の量で存在する、請求項３０から４３までのいずれか１項記載の吸着剤。
45. 吸着剤の失活率が、８５％より高い、請求項３０から４４までのいずれか１項記載の吸着剤。
46. 吸着剤の失活率が、９０％より高い、請求項３０から４４までのいずれか１項記載の吸着剤。
47. 吸着剤のＣＯ_２吸着能力が、１１ｇ／Ｌより高い、請求項３０から４６までのいずれか１項記載の吸着剤。
48. 吸着剤のＣＯ_２吸着能力が、吸着剤の質量に対する吸着されたＣＯ_２の質量として計算すると１．０質量％より高い、請求項３０から４６までのいずれか１項記載の吸着剤。
49. 吸着剤のＣＯ_２吸着能力が、吸着剤の質量に対する吸着されたＣＯ_２の質量として計算すると１．５質量％より高い、請求項３０から４６までのいずれか１項記載の吸着剤。
50. 多孔質支持体が、粘土を含む、請求項３０から４９までのいずれか１項記載の吸着剤。
51. 多孔質支持体が、ベントナイト、アタパルジャイト、カオリナイト、モンモリロナイト、ボールクレー、フラー土、ヘクトライト、パリゴルスカイト、サポナイト、セピオライト、ハロイサイト、シリカ、硫酸カルシウム、ゼオライト、合成ゼオライト、アルミナ、チタニア、ヒュームドシリカ、活性炭、または金属有機骨格のうち１種以上を含む、請求項３０から４９までのいずれか１項記載の吸着剤。
52. 多孔質支持体が、アタパルジャイトを含む、請求項３０から４９までのいずれか１項記載の吸着剤。
53. 多孔質支持体の表面積が、５０ｍ^２／ｇより大きい、請求項３０から５２までのいずれか１項記載の吸着剤。
54. 多孔質支持体の平均細孔容積が、０．１ｃｃ／ｇより大きく、かつ３．０ｃｃ／ｇ未満である、請求項３０から５３までのいずれか１項記載の吸着剤。
55. 多孔質支持体が、約０．２５ｍｍ〜約５ｍｍの範囲の直径を有する顆粒の形である、請求項３０から５４までのいずれか１項記載の吸着剤。
56. 多孔質支持体が、その上に形成されたシリコン系コーティングを含む、請求項３０から５５までのいずれか１項記載の吸着剤。
57. 吸着剤の製造方法であって、
    第１のアミン化合物および反応物を含む反応溶液を調製すること、前記反応物は、炭酸エステル化合物またはケトン化合物を含み、かつ前記第１のアミン化合物は、前記反応物と反応して第２のアミン化合物を生成する；および
    前記第２のアミン化合物を、多孔質支持体に含浸させて前記吸着剤を製造すること
    を含む、前記製造方法。
58. 第１のアミン化合物と反応物との反応生成物が、ホルムアルデヒドを含まない、請求項５７記載の方法。
59. 第１のアミン化合物は、第１の数のアミン部分を含み、第２のアミン化合物は、第１の数のアミン部分以上の第２の数のアミン部分を含む、請求項５７または５８記載の方法。
60. 第１の数のアミン部分が、１より多い、請求項５９記載の方法。
61. 第１の数のアミン部分が、２より多い、請求項５９記載の方法。
62. 第１の数のアミン部分が、３より多い、請求項５９記載の方法。
63. 第１の数のアミン部分が、４より多い、請求項５９記載の方法。
64. 第１の数のアミン部分が、５より多い、請求項５９記載の方法。
65. 第１のアミン化合物が、ペンタエチレンヘキサミン、ジエタノールアミン、テトラエチレンペンタミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンテトラミン、ビス（２−ヒドロキシプロピル）アミン、Ｎ，Ｎ’−ビス（２−ヒドロキシエチル）エチレンジアミン、モノエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、アルキルアミン、メチルアミン、直鎖状ポリエチレンイミン、分枝鎖状ポリエチレンイミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、メチルジエタノールアミン、メチルエタノールアミン、ポリエチレンポリアミン、ジエチレントリアミン、Ｎ，Ｎ’−ビス−（３−アミノプロピル）エチレンジアミン、またはポリエチレンのうち１種以上を含む、請求項５７または５８記載の方法。
66. 第１のアミン化合物が、ペンタエチレンヘキサミンを含む、請求項５７または５８記載の方法。
67. 第１のアミン化合物が、Ｎ，Ｎ’−ビス−（３−アミノプロピル）エチレンジアミンを含む、請求項５７または５８記載の吸着剤。
68. 炭酸エステル化合物が、下記式：
    

    

    ［式中、Ｒ_１およびＲ_２は、水素、ハロゲン、アルカノイル、アルキル、任意に置換されるアルキル、シクロアルキル、任意に置換されるシクロアルキル、アルケニル、任意に置換されるアルケニル、シクロアルケニル、任意に置換されるシクロアルケニル、アルキニル、任意に置換されるアルキニル、ヒドロキシ、アリール、任意に置換されるアリール、アラルキル、（ヘテロシクロ）アルキル、（ヘテロアリール）アルキル、（アミノ）アルキル、（アルキルアミノ）アルキル、（ジアルキルアミノ）アルキル、（カルボキサミド）アルキル、（シアノ）アルキル、アルコキシアルキル、およびヒドロキシアルキルからなる群から独立して選択される］
    のものである、請求項５７から６７までのいずれか１項記載の方法。
69. 炭酸エステル化合物が、下記式：
    

    

    ［式中、Ｒ_１はＣ_ｎＨ_２ｎ＋１を含み、Ｒ_２はＣ_ｍＨ_２ｍ＋１を含み、ｎは１〜１８の整数であり、かつｍは１〜１８の整数である］
    のものである、請求項５７から６７までのいずれか１項記載の方法。
70. 炭酸エステル化合物が、アルキルカーボネートを含む、請求項５７から６７までのいずれか１項記載の方法。
71. アルキルカーボネートが、ジメチルカーボネートまたはジエチルカーボネートのうち１種以上を含む、請求項５７から６７までのいずれか１項記載の方法。
72. ケトンが、アセトン、ベンゾイン、ニンヒドリン、ベンゾフェノン、ベンゾインメチルエーテル、ブタノン、ペンタノン、ヘキサノン、ヘプタノン、アセト酢酸メチル、またはアセト酢酸エチルのうち１種以上を含む、請求項５７から６７までのいずれか１項記載の方法。
73. ケトンが、アセトンを含む、請求項５７から６７までのいずれか１項記載の方法。
74. 第２のアミン化合物が、吸着剤の全質量の２０％〜６０％の量で存在する、請求項５７から７３までのいずれか１項記載の方法。
75. 吸着剤の失活率が、８５％より高い、請求項５７から７３までのいずれか１項記載の方法。
76. 吸着剤の失活率が、９０％より高い、請求項５７から７３までのいずれか１項記載の方法。
77. 吸着剤のＣＯ_２吸着能力が、１１ｇ／Ｌより高い、請求項５７から７６までのいずれか１項記載の方法。
78. 吸着剤のＣＯ_２吸着能力が、吸着剤の質量に対する吸着されたＣＯ_２の質量として計算すると１．０質量％より高い、請求項５７から７６までのいずれか１項記載の方法。
79. 吸着剤のＣＯ_２吸着能力が、吸着剤の質量に対する吸着されたＣＯ_２の質量として計算すると１．５質量％より高い、請求項５７から７６までのいずれか１項記載の方法。
80. 多孔質支持体が、粘土を含む、請求項５７から７９までのいずれか１項記載の方法。
81. 多孔質支持体が、ベントナイト、アタパルジャイト、カオリナイト、モンモリロナイト、ボールクレー、フラー土、ヘクトライト、パリゴルスカイト、サポナイト、セピオライト、ハロイサイト、シリカ、硫酸カルシウム、ゼオライト、合成ゼオライト、アルミナ、チタニア、ヒュームドシリカ、活性炭、または金属有機骨格のうち１種以上を含む、請求項５７から８０までのいずれか１項記載の方法。
82. 多孔質支持体が、アタパルジャイトを含む、請求項５７から８０までのいずれか１項記載の方法。
83. 多孔質支持体の表面積が、第２のアミン化合物を含浸する前に、５０ｍ^２／ｇより大きい、請求項５７から８２までのいずれか１項記載の方法。
84. 多孔質支持体の平均細孔容積が、０．１ｃｃ／ｇより大きく、かつ３．０ｃｃ／ｇ未満である、請求項５７から８３までのいずれか１項記載の方法。
85. 多孔質支持体が、約０．２５ｍｍ〜約５ｍｍの範囲の直径を有する顆粒の形である、請求項５７から８４までのいずれか１項記載の方法。
86. 支持体が、その上に形成されたシリコン系コーティングを含む、請求項５７から８４までのいずれか１項記載の方法。
87. 含浸前にシリコン系コーティングを多孔質支持体上に形成することをさらに含む、請求項５７から８６までのいずれか１項記載の方法。
88. 多孔質支持体上にシリコン系コーティングを形成することが、多孔質支持体を、テトラエチルオルトシリケート、コロイド状シリカ、またはケイ酸ナトリウムのうち１種以上で処理することを含む、請求項８７記載の方法。
89. 支持体を、含浸前にか焼することをさらに含む、請求項５７から８８までのいずれか１項記載の方法。
90. 多孔質支持体のか焼が、多孔質支持体を４００℃〜６００℃の温度でか焼することを含む、請求項８９記載の方法。
91. 請求項５７から９０までのいずれか１項記載の方法に従って製造された吸着剤。
92. 請求項１から５６までのいずれか１項または請求項９１記載の吸着剤を含み、前記吸着剤が、ＣＯ_２および／またはＶＯＣスクラビングシステム内に受容された空気に接触するように配置されている、前記ＣＯ_２および／またはＶＯＣスクラビングシステム。
93. フィルタユニット；および
    前記フィルタユニット内に配置された、請求項１から５６までのいずれか１項または請求項９１記載の吸着剤
    を含む、自動車の換気システム。
94. フィルタユニット；および
    前記フィルタユニット内に配置された、請求項１から５６までのいずれか１項または請求項９１記載の吸着剤
    を含む、航空機環境制御システム。
95. 大気から二酸化炭素を除去するための空気制御システムであって、
    フィルタユニット；および
    前記フィルタユニット内に配置された、請求項１から５６までのいずれか１項または請求項９１記載の吸着剤
    を含む、前記空気制御システム。
96. 請求項１から５６までのいずれか１項または請求項９１記載の吸着剤が配置されている、食品貯蔵容器。
97. 粉末の形の、請求項１から５６までのいずれか１項または請求項９１記載の吸着剤を含む、塗料組成物。
98. 請求項１から５６までのいずれか１項または請求項９１記載の吸着剤を含む、ポリテトラフルオロエチレン空気フィルターシート。
99. 第１のＣＯ_２濃度を有する第１の体積の空気を、請求項１から５６までのいずれか１項または請求項９１記載の吸着剤を含む空気処理チャンバに流すこと；および
    前記吸着剤を、前記第１の体積の空気と接触させること
    を含む空気の処理方法であって、前記第１の体積の空気の第２のＣＯ_２濃度が、接触後の第１のＣＯ_２濃度未満である、前記処理方法。
100. 第１の体積の空気が、建造物の内部から再循環される空気を含む、請求項９９記載の方法。
101. 第３のＣＯ_２濃度を有する第２の体積の空気を、空気処理チャンバ内に流すこと；および
     吸着剤を、前記第２の体積の空気と接触させること
     をさらに含み、その際、前記第２の体積の空気の第４のＣＯ_２濃度が、接触後の第３のＣＯ_２濃度より高い、請求項１００記載の方法。
102. 第２の体積の空気が、建造物の外部からの空気を含む、請求項１０１記載の方法。
103. 請求項１から５６までのいずれか１項または請求項９１記載の吸着剤を含み、前記吸着剤がウォッシュコートされた、多孔質セラミックハニカム、金属ハニカム、またはポリマーフォームの形である、吸着体。

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