KR20240007932A - 선택적 장벽 층을 갖는 흡착제 물품 - Google Patents

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에드워드 에이치 컬리
크리스틴 엠 스코티
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더블유. 엘. 고어 앤드 어소시에이트스, 인코포레이티드
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Abstract

흡착제 영역, 탈착 매체 영역, 및 적어도 이들 2개의 영역 사이에 위치된 선택적 장벽 층을 포함하는 흡착제 물품이 설명된다. 또한, 흡착제 물품을 형성하기 위한 방법, 및 이산화탄소의 직접적인 공기 포집(DAC)을 포함하는, 스윙 흡착 목적의 흡착제 물품의 사용 방법이 설명된다. 선택적 장벽 층은 흡착제 영역을 보호하기 위해 물과 수증기에 대해 불투과성일 수도 있다. 흡착제 물품은 수축 가능할 수도 있으며, 여기서 선택적 장벽 층은 흡착 동안 흡착제 영역에 대한 접근을 최대화하기 위해 흡착 구성으로 수축되며 탈착 동안 탈착 매체 영역에 대한 접근을 최대화하기 위해 탈착 구성으로 확장된다.

Description

선택적 장벽 층을 갖는 흡착제 물품
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2021년 5월 18일에 출원된 미국 가출원 제63/189,750호 및 2021년 8월 20일에 출원된 미국 가출원 제63/235,426호의 이득을 청구하며, 이들 가출원의 전체 내용이 모든 목적으로 본원에 참조로서 인용된다.
본 개시는 선택적 장벽 층을 갖는 흡착제 물품, 상기 흡착제 물품을 형성하기 위한 방법, 및 이산화탄소의 직접적인 공기 포집(DAC)을 포함하는, 스윙 흡착(swing adsorption) 목적의 흡착제 물품 사용 방법에 관한 것이다.
온실가스 배출과 관련된 이산화탄소(CO2) 농도 증가는 환경에 유해한 것으로 나타났다. 미국 기상청 제공 웹사이트 기사 "기후 변화: 대기 중 이산화탄소(Climate Change: Atmospheric Carbon Dioxide)"에 따르면, 2019년 대기 중의 평균 이산화탄소 농도는 409.8 ppm이었으며, 이것은 지난 80만년 동안 관측된 최고 수준이다. 대기 중의 CO2 증가율도 지난 수십 년 동안의 비율보다 훨씬 높다.
기후 변화 충격을 제한하기 위해서는, 가까운 미래에 CO2 배출을 줄이는 것뿐만 아니라 마이너스 CO2 배출을 달성하여야 한다. 마이너스 배출을 달성하기 위한 여러 가지 가능성으로서, 예를 들어, 연도 가스 연소로부터의 CO2 포집과 조합된 전기 발생을 위한 생체 적합성 재료의 연소 및 후속 CO2 격리("BECCS") 또는 CO2의 직접적인 공기 포집("DAC")이 존재한다.
산업계에는 흡착에 의한 가스 분리에 관한 다수의 용례가 있다. 예를 들어, 가스 스트림으로부터 특정 성분을 제거하는 것과 같은 경우, 원하는 생성물은 스트림으로부터 제거된 성분이거나, 나머지 고갈된 스트림이거나, 둘 다일 수 있다. 이에 의해, 가스 스트림 중의 미량의 성분뿐만 아니라 주요 성분 모두 흡착 프로세스의 표적이 될 수 있다. 중요한 가스 분리 용례 중 하나는 가스 스트림, 예를 들어, 연도 가스, 배기가스, 산업 폐가스, 바이오가스 또는 대기로부터 CO2를 포집하는 것이다. 대기는 희석 CO2 공급 스트림으로 간주된다.
DAC로 불리는 대기로부터의 직접적인 CO2 포집은 인위적인 온실가스 배출을 완화하는 여러 수단 중 하나이며, 원자재 시장과 합성 연료의 생산에 대하여 비화석의 위치 독립적인 CO2 공급원으로서 매력적인 경제적 전망을 갖추고 있다. 대기로부터의 CO2 포집의 구체적인 장점으로서, a) DAC는 전 세계 온실가스 배출의 상당 부분을 차지하며 현재 경제적으로 실현 가능한 방식으로 배출 현장에서 포집될 수 없는 분산된 배출원(예를 들어, 차량...육상, 해상 및 공기)을 처리할 수 있으며; b) DAC는 레거시(legacy) 배출을 처리할 수 있으며, 따라서 실제로 마이너스 배출을 창출할 수 있으며, c) DAC 시스템은 배출원에 부착되어야 하지 않고 위치 독립적일 수도 있으며 추가의 CO2 처리 또는 사용 현장에 위치할 수 있다.
이러한 프로세스를 보다 효율적으로 만들어 프로세스에 필요한 에너지를 최소화하면서 대기로부터 제거되는 CO2의 양을 최대화하도록 이러한 프로세스를 개발하고 개선하려는 동기가 증가하고 있다.
도 1은 전통적인 DAC 시스템(10)과 관련된 프로세스의 개략도이다. 비-CO2 희석제(18) 중의 CO2 분자(16)의 혼합물을 함유하는 유입물 공급 스트림(11)이 제공된다. 예를 들어, 유입물 공급 스트림(11)은 공기 스트림일 수도 있다. 흡착 프로세스 동안, 유입물 공급 스트림(11)이 흡습제(12)에 노출된다. CO2 분자(16)가 흡습제(12) 상에 흡착되는 반면, 비-CO2 희석제(18)는 흡습제(12)를 통과하여 시스템(10)으로부터 배기된다. 흡습제(12)는 이후, 흡습제(12)로부터 CO2 분자(16)를 방출하기 위해 탈착 프로세스를 거친다. 탈착 프로세스에는 액체 물이나 증기 형태의 수분, 또는 시스템으로 전달되는 반응물이나 에너지를 통한 시스템 온도 변화가 포함될 수도 있다. 이러한 탈착 프로세스를 CO2의 흡착과 탈착을 반복하는 순환 프로세스를 정의하는 "스윙(swing)" 흡착이라 한다. 수분 스윙 흡착이 사용되는 경우, 흡습제(12)가 수증기 또는 액체 물 형태의 수분에 노출되어 CO2 분자(16)의 탈착을 야기할 수도 있다. 온도 스윙 흡착이 사용되는 경우, 흡습제(12)에 열이 가해져 CO2 분자(16)의 탈착을 야기할 수도 있다. 이러한 수분 및/또는 온도 스윙은, CO2 분자(16)가 방출될 수 있도록, 흡습제(12)에 대하여 분자를 유지하는 결합(bonds)을 일시적으로 끊는다. 따라서, 탈착된 CO2 분자(16)가 흡습제(12)로부터 분리되어 유출물(14)로서 수집된다. 그런 다음 수집된 CO2 분자(16)는 농축되어, 사용되거나 저장되기 전에 추가로 필요한 프로세스를 거칠 수 있다. 사용되는 흡습제(12)가 고온 및 고습 조건과 같은 CO2 분자(16)의 분리에 필요한 환경을 반복적으로 견딜 수 있는 것이 중요하다.
DAC에 대해 물품과 기술들이 마련되어 있다. 일 예로서, 흡착제 재료를 지지하거나 흡착제 재료로 코팅된 단일체와 같은 기질을 포함하는 물품이 사용되고 있다. 기질의 유형과 사용되는 흡착제를 변경함으로써 변형예가 마련된다. 그러나, 이러한 이전에 마련된 물품 및 방법은 흡착 상태와 탈착 상태 사이를 효율적으로 순환하는 능력에 한계가 있다. 또한, 물품의 내구성 측면에서도 한계가 있다. 또한, 물품은 고온이나 습도가 높은 환경, 또는 그 조합에 노출되면 성능이 저하될 수도 있으며, 이로 인해 수명이 단축될 수 있다.
흡착제 영역, 탈착 매체 영역, 및 적어도 이들 2개의 영역 사이에 위치된 선택적 장벽 층을 포함하는 흡착제 물품이 설명된다. 또한, 흡착제 물품을 형성하기 위한 방법, 및 이산화탄소의 직접적인 공기 포집(DAC)을 포함하는, 스윙 흡착(swing adsorption) 목적의 흡착제 물품 사용 방법이 설명된다. 선택적 장벽 층은 흡착제 영역을 보호하기 위해 물과 수증기에 대해 불투과성일 수도 있다. 흡착제 물품은 수축 가능할 수도 있으며, 여기서 선택적 장벽 층은 흡착 동안 흡착제 영역에 대한 접근을 최대화하기 위해 흡착 구성으로 수축되며 탈착 동안 탈착 매체 영역에 대한 접근을 최대화하기 위해 탈착 구성으로 확장된다.
제1 예("예 1")에 따르면, 흡착제 물품은 물질을 흡착 및 탈착하도록 구성된 흡착제 재료를 포함하는 흡착제 영역, 흡착제로부터 물질을 탈착하는 탈착 매체를 수용하도록 구성된, 흡착제 영역에 인접하게 위치된 탈착 매체 영역, 및 적어도 흡착제 영역과 탈착 매체 영역 사이에 위치된 선택적 장벽 층을 포함한다.
예 1에 대한 추가의 일 예("예 2")에서, 흡착제 물품은 적어도 일 방향으로 가요성이다.
예 1 또는 예 2에 대한 추가의 일 예("예 3")에서, 흡착제 물품은 대략 0.5 mm 내지 1.0 cm의 총 두께를 갖는다.
예 1 내지 예 3 중 어느 하나에 대한 추가의 일 예("예 4")에서, 흡착제 영역은 적어도 다공성 중합체 및 흡착제 재료로 구성된 흡착제 중합체 복합 영역이다.
예 1 내지 예 4 중 어느 하나에 대한 추가의 일 예("예 5")에서, 선택적 장벽 층은 중합체를 포함한다.
예 5에 대한 추가의 일 예("예 6")에서, 중합체는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이다.
예 1 내지 예 6 중 어느 하나에 대한 추가의 일 예("예 7")에서, 흡착제 물품은 제2 흡착제 영역을 포함한다. 흡착제 영역과 제2 흡착제 영역은 선택적 장벽 층의 대향 측면 상에 위치된다.
예 7에 대한 추가의 일 예("예 8")에서, 흡착제 영역과 제2 흡착제 영역은 동일하다.
예 1 내지 예 8 중 어느 하나에 대한 추가의 일 예("예 9")에서, 선택적 장벽 층은 적어도 하나의 채널을 포함한다.
예 9에 대한 추가의 일 예("예 10")에서, 적어도 하나의 채널은 선택적 장벽 층의 적어도 제1, 제2 및 제3 벽에 의해 획정된다.
예 9 또는 예 10에 대한 추가의 일 예("예 11")에서, 적어도 하나의 채널은 압축되거나 확장될 수도 있다.
예 9 내지 예 11 중 어느 하나에 대한 추가의 일 예("예 12")에서, 흡착제 물품의 적어도 하나의 채널은 대체로 직사각형인 단면 프로파일을 갖는다.
예 9 내지 예 12 중 어느 하나에 대한 추가의 일 예("예 13")에서, 선택적 장벽 층의 적어도 하나의 채널은 확장된 경우 대체로 원형이며 수축된 경우 대체로 난형(ovular)인 단면 프로파일을 갖는다.
예 9 내지 예 13 중 어느 하나에 대한 추가의 일 예("예 14")에서, 적어도 하나의 채널 각각은 확장된 경우 대략 0.5 mm 내지 2 mm의 높이를 갖는다.
예 9 내지 예 14 중 어느 하나에 대한 추가의 일 예("예 15")에서, 적어도 하나의 채널은 다공성 및 투수성 재료를 포함하는 적어도 하나의 채널 벽에 의해 획정된다.
예 9 내지 예 15 중 어느 하나에 대한 추가의 일 예("예 16")에서, 적어도 하나의 채널은 물이 흡착제 물품 내부로부터 배수되도록 구성되는 채널의 단부 부분에 근접하게 위치한 배수 개구를 포함한다.
예 1 내지 예 8 중 어느 하나에 대한 추가의 일 예("예 17")에서, 선택적 장벽 층은 적어도 2개의 채널을 포함한다.
예 17에 대한 추가의 일 예("예 18")에서, 적어도 2개의 채널은 상호 연결된다.
예 17 또는 예 18에 대한 추가의 일 예("예 19")에서, 적어도 2개의 채널은 대체로 서로 평행하게 위치된다.
예 1 내지 예 12 중 어느 하나에 대한 추가의 일 예("예 20")에서, 선택적 장벽 층은 수축 불가능하여 선택적 장벽 층이 흡착 구성과 탈착 구성의 사이에서 그 형상을 유지한다.
예 1 내지 예 20 중 어느 하나에 대한 추가의 일 예("예 21")에서, 선택적 장벽 층은 물 및 수증기에 선택적으로 불투과성이다.
예 1 내지 예 20 중 어느 하나에 대한 추가의 일 예("예 22")에서, 선택적 장벽 층은 수증기에 대해 선택적으로 투과성이며 물에 대해 선택적으로 불투과성이다.
다른 예("예 23")에 따르면, 모듈은 적어도 하나의 흡착제 물품으로서, 적어도 하나의 흡착제 영역, 탈착 매체 영역, 및 적어도 탈착 매체 영역과 흡착제 영역의 사이에 위치된 선택적 장벽 영역을 각각 포함하는 흡착제 물품, 및 흡착제 영역과 연통하는 적어도 하나의 흡착 경로를 포함한다.
청구항 23에 대한 추가의 일 예("예 24")에서, 선택적 장벽 층은 적어도 하나의 탈착 채널을 포함한다.
청구항 23에 대한 추가의 일 예("예 25")에서, 모듈은 복수의 흡착제 물품을 포함하며, 적어도 하나의 흡착 경로가 복수의 흡착제 물품 각각의 사이에 형성된다.
청구항 25에 대한 추가의 일 예("예 26")에서, 복수의 흡착제 물품 각각은 2개의 흡착제 영역 및 이들 2개의 흡착제 영역 사이에 끼워진 탈착 매체 영역과 선택적 장벽 층을 포함한다.
청구항 25 또는 청구항 26에 대한 추가의 일 예("예 27")에서, 복수의 흡착제 물품 각각은 탈착 매체 영역이 확장 가능하며 수축될 수 있도록 적어도 일 방향으로 가요성이다.
또 다른 예("예 28")에 따르면, 흡착제 물품을 형성하기 위한 방법은 적어도 흡착제 재료로 구성된 흡착제 영역을 제공하는 단계, 탈착 매체 영역을 제공하는 단계, 적어도 흡착제 영역과 탈착 매체 영역 사이에 선택적 장벽 층을 제공하는 단계, 및 흡착제 영역을 선택적 장벽 층에 부착하는 단계를 포함한다.
예 28에 대한 추가의 일 예("예 29")에서, 선택적 장벽 층을 제공하는 단계는 선택적 장벽 층이 적어도 하나의 탈착 채널을 형성하도록 탈착 매체 영역을 둘러싸도록 선택적 장벽 층을 제공하는 단계를 포함한다.
예 28 또는 예 29에 대한 추가의 일 예("예 30")에서, 선택적 장벽 층을 제공하는 단계는 흡착제 영역을 둘러싸도록 선택적 장벽 층을 제공하는 단계를 추가로 포함한다.
예 28 내지 예 30 중 어느 하나에 대한 추가의 일 예("예 31")에서, 방법은 열 전도를 촉진하는 접착제 재료를 추가하는 단계를 추가로 포함한다.
예 28 내지 예 31 중 어느 하나에 대한 추가의 일 예("예 32")에서, 흡착제 재료는 이온 교환 수지, 제올라이트, 활성탄, 알루미나, 금속-유기 골격체, 또는 폴리에틸렌이민(PEI)이다.
예 28 내지 예 32 중 어느 하나에 대한 추가의 일 예("예 33")에서, 흡착제 영역은 다공성 중합체를 추가로 포함하며, 다공성 중합체는 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 팽창 폴리에틸렌이다.
예 29에 대한 추가의 일 예("예 34")에서, 선택적 장벽 층은 적어도 하나의 탈착 채널 각각의 경계를 이루는 가요성 중합체를 포함한다.
예 34에 대한 추가의 일 예("예 35")에서, 가요성 중합체는 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 폴리에틸렌이다.
예 28 내지 예 35 중 어느 하나에 대한 추가의 일 예("예 36")에서, 흡착제 영역을 선택적 장벽 층에 부착하는 단계는 선택적 장벽 층의 제1 측면에 흡착제 영역을 적층하는 단계를 포함한다.
예 36에 대한 추가의 일 예("예 37")에서, 방법은 적어도 흡착제 재료와 다공성 중합체로 구성된 제2 흡착제 영역을 제공하는 단계, 및 선택적 장벽 층의 제2 측면에 제2 흡착제 영역을 부착하는 단계를 추가로 포함한다.
예 37에 대한 추가의 일 예("예 38")에서, 선택적 장벽 층의 제2 측면에 제2 흡착제 영역을 부착하는 단계는 제2 흡착제 영역을 선택적 장벽 층의 제2 측면에 적층하는 단계를 포함한다.
제4 예("예 39")에 따르면, 복수의 흡착제 물품을 구비한 모듈의 사용 방법은, (a) 인접한 흡착제 물품 사이의 공간이 흡착 경로를 형성하며 각각의 흡착제 물품은 선택적 장벽 층으로 둘러싸인 적어도 하나의 탈착 채널을 포함하도록, 서로 인접하게 위치된 복수의 흡착제 물품으로 구성된 모듈을 제공하는 단계, (b) 공급 스트림을 모듈의 흡착 경로를 통해 안내함으로써 공급 스트림으로부터 이산화탄소를 흡착하는 단계로서, 흡착 경로는 확장되며 탈착 채널은 수축되는 것인, 단계, 및 (c) 모듈의 탈착 채널을 통해 탈착 매체를 안내함으로써 이산화탄소를 탈착하는 단계로서, 탈착 채널은 확장되며 흡착 경로가 수축되는 것인, 단계를 포함한다.
예 39에 대한 추가의 일 예("예 40")에서, 탈착 매체는 증기이다.
예 39 또는 예 40에 대한 추가의 일 예("예 41")에서, 흡착 단계(b)는 공급 스트림을 모듈의 대체로 수평 방향의 축선을 따라 안내하는 단계를 포함한다.
예 39 내지 예 41 중 어느 하나에 대한 추가의 일 예("예 42")에서, 탈착 단계 (c)는 모듈의 대체로 수직 방향의 축선을 따라 탈착 매체를 안내하는 단계를 포함한다.
예 39 내지 예 42 중 어느 하나에 대한 추가의 일 예("예 43")에서, 방법은 (d) 단계 (c)에서 탈착되는 이산화탄소를 수집하는 단계를 추가로 포함한다.
예 39 내지 예 43 중 어느 하나에 대한 추가의 일 예("예 44")에서, 방법은 탈착 단계 (c) 후에 흡착 단계 (b)를 반복하는 것을 추가로 포함한다.
제5 예("예 45")에 따르면, 모듈은 복수의 흡착제 물품을 포함하며, 각각의 흡착제 물품은 적어도 하나의 흡착제 영역, 탈착 매체 영역, 및 선택적 장벽 층을 포함하며, 선택적 장벽 층은 적어도 일 방향으로 가요성이며, 선택적 장벽 층은 흡착 구성일 때 두께가 감소하고 탈착 구성일 때 두께가 증가한다.
예 45에 대한 추가의 일 예("예 46")에서, 선택적 장벽 층은 복수의 채널을 포함한다.
예 45 또는 예 46에 대한 추가의 일 예("예 47")에서, 흡착제 물품은 흡착 구성에서 총 두께가 감소하고 탈착 구성에서 총 두께가 증가한다.
예 47에 대한 추가의 일 예("예 48")에서, 탈착 매체 영역은 흡착 구성에서 폭이 감소하고 탈착 구성에서 폭이 증가하며, 흡착제 영역은 흡착 구성과 탈착 구성에서 실질적으로 동일한 두께를 갖는다.
예 45 또는 예 46에 대한 추가의 일 예("예 49")에서, 흡착제 물품은 흡착 구성과 탈착 구성에서 실질적으로 동일한 총 두께를 포함한다.
예 49에 대한 추가의 일 예("예 50")에서, 흡착제 물품의 흡착제 영역은 흡착 구성에서 두께가 증가하고 탈착 구성에서 두께가 감소하며, 탈착 매체 영역은 흡착 구성에서 두께가 감소하고 탈착 구성에서 두께가 증가하여, 흡착제 물품의 총 두께가 흡착 구성과 탈착 구성에서 실질적으로 동일하다.
제6 예("예 51")에 따르면, 적어도 하나의 흡착제 물품을 포함하는 고정 부피를 갖는 모듈의 사용 방법으로서, 흡착제 물품은 흡착제 영역, 탈착 매체 영역, 및 적어도 흡착제 영역과 탈착 매체 영역의 사이에 위치된 선택적 장벽 층을 구비하며, 방법은, (a) 공급 스트림을 흡착제 물품의 흡착제 영역을 통해 안내함으로써 공급 스트림으로부터 이산화탄소를 흡착하는 단계, 및 (b) 흡착제 물품의 탈착 매체 영역을 통해 탈착 매체를 안내함으로써 흡착제 영역으로부터 이산화탄소를 탈착하는 단계를 포함한다. 방법은 흡착제 영역이 탈착 단계 (b)보다 흡착 단계 (a) 동안 모듈의 고정 부피를 더 많이 차지하는 것 및 탈착 매체 영역이 흡착 단계 (a)보다 탈착 단계 (b) 동안 모듈의 고정 부피를 더 많이 차지하는 것을 추가로 포함한다.
예 51에 대한 추가의 일 예("예 52")에서, 방법은 (c) 탈착 단계 (b) 후에 이산화탄소를 수집하는 단계를 추가로 포함한다.
예 52에 대한 추가의 일 예("예 53")에서, 방법은 수집 단계 (c) 후에 흡착 단계 (a)를 반복하는 단계를 추가로 포함한다.
도 1은 종래 기술의 DAC 시스템과 관련된 프로세스의 개략도이다.
도 2는 본 개시의 흡착제 물품의 입면도이다.
도 3a는 흡착 구성의 본 개시의 흡착제 물품의 입면도이다.
도 3b는 탈착 구성의 도 3a의 흡착제 물품의 입면도이다.
도 3c는 본 개시의 단부 밀봉 영역과 함께 도시된 도 3b의 흡착제 물품의 입면도이다.
도 3d는 본 개시의 연속적인 코팅을 갖는 흡착제 물품의 개략도이다.
도 4a는 흡착 구성의 본 개시의 흡착제 물품의 일 양태의 입면도이다.
도 4b는 탈착 구성의 도 4a의 양태의 입면도이다.
도 5는 도 3a 및 도 3b의 흡착제 물품을 형성하기 위한 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 개시의 모듈의 일 양태의 입면도이다.
도 7a는 흡착 구성의 본 개시의 모듈의 평면도이다.
도 7b는 탈착 구성의 도 7a의 모듈의 평면도이다.
도 8은 도 7a 및 도 7b의 모듈의 사용 방법을 도시한 흐름도이다.
도 9a는 일 구성의 본 개시의 예 A에 따른 흡착제 물품의 단면도이다.
도 9b는 다른 구성의 본 개시의 예 A에 따른 흡착제 물품의 단면도이다.
도 9c는 다른 구성의 본 개시의 예 A에 따른 복수의 상호 연결된 채널을 구비한 선택적 장벽 층의 이미지이다.
도 10a는 물방울을 수집하기 위한 내강이 없는 본 개시의 예 B에 따른 흡착제 물품의 단면도이다.
도 10b는 본원에 개시된 예에 따른 물방울을 수집하기 위한 내강이 있는 본 개시의 예 B에 따른 흡착제 물품의 단면도이다.
본 개시는 흡착제 물품, 흡착제 물품을 형성하기 위한 방법, 및 유입물로부터 하나 이상의 원하는 물질을 흡착 및 분리하기 위해 흡착제 물품을 사용하는 방법에 관한 것이다. 공기 공급 스트림으로부터의 CO2 포집에 사용하기 위한 흡착제 물품이 이하 설명되지만, 흡착제 물품이 기타 흡착제 방법 및 용례에 사용될 수도 있다. 이러한 방법에는 다른 가스 공급 스트림(예를 들어, 연소 배기가스) 및 액체 공급 스트림(예를 들어, 해수)을 비롯한 다양한 유입물로부터 물질을 흡착하는 것이 포함되지만 이것으로 제한되는 것은 아니다. 흡착 물질이 CO2로 제한되는 것은 아니다. 다른 흡착 물질이 다른 가스 분자(예를 들어, N2, CH4, 및 CO), 액체 분자 및 용질을 포함할 수도 있지만 이것으로 제한되는 것은 아니다. 특정 실시예에서, 유입물은 원하는 물질을 백만분의 일(ppm) 정도 함유하도록 희석될 수도 있다.
도 2는 본 개시의 흡착제 물품(20)의 입면도이다. 흡착제 물품(20)은 흡착제 영역(28), 선택적 장벽 층(56) 및 탈착 매체 영역(50)을 포함한다. 예시적인 흡착제 물품(20)은 공기 공급 스트림(68)으로부터 CO2를 포집하도록 구성되지만, 위에 언급된 바와 같이, 흡착제 물품(20)이 다른 흡착성이 있는 방법 및 용례에 사용될 수도 있다.
흡착제 영역(28)은 흡착제 재료(24, 24')를 포함한다. 흡착제 영역(28)은, 흡착제 영역(28) 내부의 흡착제 재료(24, 24') 상으로 공급 스트림(68) 내부의 CO2가 흡착되는 것을 허용하도록 공급 스트림(68)이 흡착제 영역(28)에 인접하게 또는 그 내부를 통과할 수도 있는 방식으로 위치된다.
탈착 매체 영역(50)은 탈착 매체(66)를 수용한다. 탈착 매체(66)는 흡착제 재료(24, 24')로부터 공급 스트림(68) 중의 흡착 물질을 탈착하는데 사용되는 물질일 수도 있다. 탈착 매체(66)는 도 3a 및 도 3b를 참조하여 추가로 설명될 것이다.
흡착제 물품(20)은 적어도 흡착제 영역(28)과 탈착 매체 영역(50)의 사이에 위치된 선택적 장벽 층(56)을 포함하여, 적어도 흡착제 영역(28)과 탈착 매체 영역(50)의 사이에 선택적으로 투과성의 장벽을 형성한다. 선택적 장벽 층(56)은 흡착제 재료(24, 24')로부터 흡착 물질을 탈착할 수 있는 탈착 매체(66)의 적어도 하나의 탈착 요소에 선택적으로 투과성인 반면, 탈착 매체(66)의 다른 요소, 특히, 흡착제 재료(24, 24')를 손상시킬 수도 있는 요소에는 선택적으로 불투과성이다. 따라서, 선택적 장벽 층(56)은 어느 요소(들)가 흡착제 영역(28)에 들어가며 어느 요소(들)가 흡착제 영역(28)에 들어가지 않을지를 제어하는 게이트로서 기능할 수도 있다. 다양한 실시예에서, 탈착 매체 영역(50)의 탈착 매체(66)는 증기일 수도 있다. 온도 스윙 흡착이 사용되는 경우, 선택적 장벽 층(56)은 증기로부터의 열에 선택적으로 투과성일 수도 있어, 이 열이 탈착 매체 영역(50)으로부터 흡착제 영역(28)으로 이동하여 흡착제 재료(24, 24')로부터 CO2를 탈착한다. 그러나, 선택적 장벽 층(56)은 수증기에는 선택적으로 불투과성일 수도 있다. 일부 실시예에서는, 선택적 장벽 층(56)이 수증기에 대해 선택적으로 투과성일 수도 있는 반면, 액체 물에 대해서는 선택적으로 불투과성일 수도 있다.
선택적 장벽 층(56)은 추가적으로 형상이 다양할 수도 있다. 일부 실시예에서, 선택적 장벽 층(56)은 흡착제 영역(28) 및/또는 탈착 매체 영역(50)용 채널을 획정하도록 흡착제 영역(28) 및 탈착 매체 영역(50) 중 하나 또는 둘 모두를 둘러싼다. 이러한 실시예에서, 선택적 장벽 층(56)은 도 3a 및 도 3b의 예를 참조하여 본원에 추가로 설명될 바와 같이 다수의 벽을 포함할 수도 있다. 추가적으로, 선택적 장벽 층(56)은 수축될 수 있으며 확장될 수 있도록 가요성일 수도 있어, 이에 의해 흡착제 영역(28) 및/또는 탈착 매체 영역(50)도 수축될 수 있으며 확장될 수 있다. 다른 실시예에서는, 선택적 장벽 층(56)이 흡착제 영역(28)과 탈착 매체 영역(50) 사이의 흡착제 물품(20)의 길이에 걸쳐 있는 단일 벽 구조일 수도 있다. 요약하면, 흡착제 물품(20)은 흡착 및 탈착이 발생할 수 있는 흡착제 영역(28)뿐만 아니라 탈착 매체(66)를 함유하는 탈착 매체 영역(50), 및 흡착제 영역(28)과 탈착 매체 영역(50)을 분리하도록 구성된 선택적 장벽 층(56)을 포함한다.
본 개시의 흡착제 물품(20)의 제1 예가 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 흡착제 물품(20)은 적어도 일 방향으로 가요성일 수도 있다. 특히, 흡착제 물품(20)의 선택적 장벽 층(56)은 적어도 일 방향으로 가요성일 수도 있다. 이러한 가요성으로 인해 흡착제 물품(20)은 흡착 구성(도 3a)으로 수축될 수 있으며 탈착 구성(도 3b)으로 확장될 수 있다. 도면은 흡착제 물품 및 그 구성 요소의 설명을 돕기 위해 도시되어 있으며, 따라서 구성 요소를 명확하게 하기 위해 비율이 과장될 수도 있다는 점에 유의하는 것이 중요하다.
도 3a는 수축된 흡착 구성의 흡착제 물품(20)을 보여준다. 도시된 실시예에서, 흡착제 물품(20)은 흡착제 영역(28)을 포함한다. 도 3a의 도시된 실시예에서, 흡착제 영역(28)은 제1 다공성 중합체(22) 및 예시적으로 흡착제 재료(24, 24')를 포함하는 보유 고체를 포함하는 흡착제 중합체 복합 영역이다. 흡착제 영역(28)은 또한, 선택 사양의 담체(26)를 포함할 수도 있다. 흡착제 영역(28)의 각각의 요소가 아래에 추가로 설명된다. 도면 및 이하의 설명은 흡착제 영역(28)을 구비한 흡착제 물품(20)에 관한 것이지만, 흡착제 재료(24 및/또는 24')가 다른 형태로 존재하는 것도 본 개시의 범위 내에 속한다.
흡착제 영역(28)의 제1 다공성 중합체(22)는 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 팽창 폴리에틸렌(ePE), 또는 다른 적합한 다공성 중합체 중 하나일 수도 있다. 다양한 실시예에서, 흡착제 영역(28)의 제1 다공성 중합체(22)는 가요성의 다공성 중합체이다. 나노스펀(nanospun), 멜트블로운(meltblown), 스펀본드(spunbond), 및 다공성 캐스트 필름(porous cast film)과 같은 부직 재료가 다양한 다른 적합한 다공성 중합체 중에 포함될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 제1 다공성 중합체(22)는 제어된 온도와 제어된 신장률로 중합체를 신장시킴으로써 확장될 수도 있어, 중합체가 피브릴화된다. 확장 후, 제1 다공성 중합체(22)는 복수의 노드(30) 및 인접한 노드(30)를 연결하는 복수의 피브릴(34)의 미세구조를 포함할 수도 있다. 이러한 경우에, 제1 다공성 중합체(22)는 피브릴(34) 및 노드(30)에 의해 경계가 형성되는 기공(32)을 포함한다. 예시적인 노드 및 피브릴 미세구조는 고어(Gore)의 미국 특허 제3,953,566호에 설명되어 있다. 제1 다공성 중합체(22)의 기공(32)은 미세기공으로 간주될 수도 있다. 이러한 미세기공은 단일 기공 크기 또는 기공 크기 분포를 가질 수도 있다. 특정 실시예에서 평균 기공 크기는 0.1 마이크론 내지 50 마이크론의 범위일 수도 있다.
흡착제 영역(28)의 흡착제 재료(24, 24')는 흡착을 통해 표면 상의 유입물로부터 원하는 물질을 유지하도록 구성된 표면을 갖는 기질이다. 흡착제 재료(24, 24')는 흡착 표적 물질에 따라 다양하다. 다양한 실시예에서, 흡착제 재료(24, 24')는, 이온 교환 수지(예를 들어, 다우 케미칼 컴퍼니(Dow Chemical Company)로부터 구입 가능한 Dowex™ Marathon™ A 수지와 같은 강염기성 음이온 교환 수지), 제올라이트, 활성탄, 알루미나, 금속-유기 골격체, 폴리에틸렌이민(PEI), 또는 다른 적합한 이산화탄소 흡착 재료, 예를 들어, 건조제, 탄소 분자체, 탄소 흡착제, 흑연, 활성 알루미나, 분자체, 알루미노포스페이트, 실리코알루미노포스페이트, 제올라이트 흡착제, 이온 교환 제올라이트, 친수성 제올라이트, 소수성 제올라이트, 변형 제올라이트, 천연 제올라이트, 포자사이트, 클리노프틸로라이트, 모데나이트, 금속 교환 실리코-알루미노포스페이트, 단극성 수지, 양극성 수지, 방향족 가교결합 폴리스티렌 매트릭스, 브롬화 방향족 매트릭스, 메타크릴산 에스테르 공중합체, 흑연 흡착제, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 나노 소재, 금속염 흡착제, 과염소산염, 옥살산염, 알칼리성 토금속 입자, ETS, CTS, 금속 산화물, 화학 흡착제, 아민, 유기 금속 반응물, 하이드로탈사이트, 실리카라이트, 제올라이트 이미다졸레이트 골격체 및 금속 유기 골격체(MOF) 흡착제 화합물, 및 이들의 조합을 포함할 수도 있지만 이것으로 제한되지 않는 이산화탄소 흡착 재료이다.
흡착제 재료(24, 24')는 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 코팅, 충전재, 동반 입자, 및/또는 다른 적합한 형태로 제1 다공성 중합체(22)에 존재할 수도 있다. 도 3a의 도시된 실시예에서, 제1 다공성 중합체(22)는 흡착제 재료(24)로 코팅되어, 흡착제 재료(24)가 제1 다공성 중합체(22)의 노드(30) 및/또는 피브릴(34) 상에 실질적으로 연속적인 코팅을 형성한다. 또한, 제1 다공성 중합체(22)가 흡착제 재료(24)로 충전되어 흡착제 재료(24)가 제1 다공성 중합체(22)의 노드(30) 및/또는 피브릴(34)에 통합되는 것도 본 개시의 범위 내에 속한다. 도 3a의 도시된 실시예에서, 담체(26) 상의 흡착제 재료(24')의 입자가 제1 다공성 중합체(22)에 동반되어, 흡착제 재료(24')가 제1 다공성 중합체(22)의 노드(30)와 피브릴(34) 사이의 기공(32)을 차지한다.
흡착제 영역(28)의 선택 사양의 담체(26)는 원하는 물질의 흡착에 이용 가능한 증가된 표면적을 허용할 수도 있는 점유 영역의 표면적을 증가시키도록 구성되는 재료이다. 담체(26)는 메조다공성 실리카, 폴리스티렌 비드(bead), 다공성 중합체성 베드(bed) 또는 구(sphere), 산화물 지지체, 또 다른 적합한 담체 재료를 포함할 수도 있다. 담체(26)는 황산칼슘, 알루미나, 활성탄, 및 발연 실리카와 같은 다공성 무기 재료를 내부에 포함하는 다공성 필름을 추가로 포함할 수도 있다. 전술한 바와 같이, 담체(26)는 흡착제 재료(24')로 코팅되거나 기능화된 고표면적 입자로서 흡착제 영역(28)의 기공(32)에 존재할 수도 있다. 흡착제 재료(24')로 코팅된 담체(26)의 조합은 흡착에 이용 가능한 표면적을 증가시킨다. 이들 실시예에서, 노드(30) 및 피브릴(34)은 흡착제 재료(24)로 코팅되거나 코팅되지 않을 수도 있다. 노드(30)와 피브릴(34)이 코팅되지 않은 경우, 제1 다공성 중합체(22)가 원래의 소수성을 유지할 수도 있다.
흡착제 물품(20)의 흡착제 영역(28)은 제1 측면(72)(예를 들어, 도 3a의 상부 측면) 및 제2 측면(74)(예를 들어, 도 3a의 하부 측면)을 포함한다. 일부 실시예에서, 흡착제 물품(20)은 제2 다공성 중합체(40)를 포함하는 외부 다공성 중합체 영역(36)을 추가로 포함하며, 여기서 외부 다공성 중합체 영역(36)은 흡착제 영역(28)의 제1 측면(72)에 인접하게 위치된다. 외부 다공성 중합체 영역(36)의 제2 다공성 중합체(40)는 복수의 노드(42), 인접한 노드(42)를 연결하는 복수의 피브릴(46), 및 개개의 노드(42)와 피브릴(46) 사이에 각각 형성된 복수의 기공(44)을 포함할 수도 있다. 제2 다공성 중합체(40)의 기공(44)은 위에서 추가로 설명된 바와 같이 미세기공으로 간주될 수도 있다.
흡착제 물품(20)의 흡착제 영역(28)과 외부 다공성 중합체 영역(36)은 서로 다른 프로세스를 사용하여 형성될 수도 있다. 특정 실시예에서, 흡착제 영역(28)과 외부 다공성 중합체 영역(36)은 별개의 층으로서 형성된 후 함께 결합될 수도 있다. 이 경우, 흡착제 영역(28)의 제1 다공성 중합체(22)와 외부 다공성 중합체 영역(36)의 제2 다공성 중합체(40)는 별개의 구조일 수도 있다. 다른 실시예에서는, 흡착제 영역(28) 및 외부 다공성 중합체 영역(36)이 함께 형성된 다음, 특정 영역을 구별하기 위해 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 상이한 코팅 프로세스 또는 표면 처리를 거칠 수도 있다. 이 경우, 흡착제 영역(28)의 제1 다공성 중합체(22)와 외부 다공성 중합체 영역(36)의 제2 다공성 중합체(40)는 연속적이거나 통합형 구조일 수도 있다.
흡착제 물품(20)의 흡착제 영역(28)과 외부 다공성 중합체 영역(36)은 서로 다른 정도의 소수성을 가질 수도 있다. 소수성은 플라즈마 에칭을 포함하지만 이것으로 제한되지 않는 코팅 또는 표면 처리 적용 및 미세지형 특징부 적용과 같은 다양한 방법을 통해 변경될 수도 있다. 흡착제 영역(28)은 제1 소수성을 가지며, 외부 다공성 중합체 영역(36)은 제2 소수성을 가질 수도 있다. 제1 소수성은 제2 소수성보다 작다. 소수성이 더 큰 외부 다공성 중합체 영역(36)은 흡착제 영역(28)을 통한 오염물 침투를 감소시켜, 공급 스트림(68)(도 2) 중의 또는 공급 스트림(68)이 안내되고 있는 환경의 임의의 오염물과 흡착제 영역(28)의 구성 요소 사이에 장벽을 형성할 수도 있다. 이것은 물 또는 다른 오염물이 야기할 수 있는 흡착제 영역(28) 내부의 흡착제 재료(24, 24')의 열화를 감소시켜, 흡착제 물품(20)의 수명 및 내구성을 증가시킨다. 흡착제 영역(28)에 비해 더 큰 외부 다공성 중합체 영역(36)의 소수성은 외부 다공성 중합체 영역(36) 내부의 흡착제 재료(24, 24')가 부족함으로 인해 초래할 수도 있다.
일부 실시예에서, 흡착제 영역(28)은 코팅(도시하지 않음)으로 밀봉된다. 특정 경우에, 코팅은 전술한 흡착제 재료(24, 24')와 유사한 이산화탄소 흡착 재료로 구성된다.
외부 다공성 중합체 영역(36)의 중합체는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE), 팽창 폴리에틸렌(ePE), 및 기타 적합한 다공성 중합체 중 적어도 하나일 수도 있다. 일부 예에서, 흡착제 영역(28)의 제1 다공성 중합체(22)가 외부 다공성 중합체성 영역(36)의 제2 다공성 중합체(40)와 동일할 수도 있다. 다양한 실시예에서, 외부 다공성 중합체성 영역(36)의 두께가 흡착제 영역(28)의 두께보다 작다.
흡착제 영역(28)과 외부 다공성 중합체성 영역(36)의 제1 및 제2 다공성 중합체(22, 40)의 기공 특성은 가변적이다. 특정 실시예에서, 외부 다공성 중합체 영역(36)은 흡착제 영역(28) 내로의 원하는 분자(예를 들어, CO2)의 침투를 허용하면서 바람직하지 않은 오염물(예를 들어, 물)이 흡착제 영역(28)으로 침투하는 것을 선택적으로 제한하기 위해 흡착제 영역(28)보다 더 적은 수의 및/또는 더 작은 기공(44)을 가질 수도 있다. 대조적으로, 흡착제 영역(28)은 흡착 및 탈착을 위해 흡착제 영역(28)을 통한 CO2의 이동을 촉진하기 위해 외부 다공성 중합체성 영역(36)보다 더 많은 수의 및/또는 더 큰 기공(32)을 가질 수도 있다.
또한, 기공 특성은 다양한 실시예에 따라 달라질 수 있다. 기공 특성의 이러한 변화는 흡착제 물품(20)의 두께(T1, T2)뿐만 아니라 흡착제 영역(28) 및 외부 다공성 중합체성 영역(36)의 개별 두께에 따라 달라질 수 있다.
도 3a의 도시된 실시예에서, 선택적 장벽 층(56)은 탈착 매체 영역(50)을 둘러싼다. 예시적인 선택적 장벽 층(56)은 흡착제 영역(28)에 인접하여 위치된 제1 벽(51)(예를 들어, 도 3a의 상부 벽), 제2 벽(53)(예를 들어, 도 3a의 하부 벽), 및 하나 이상의 가요성의 내부 벽(54)을 포함한다. 함께, 선택적 장벽 층(56)의 제1 벽(51), 제2 벽(53), 및 내부 가요성 벽(54)은 협력하여 채널(52a 내지 52f)을 획정한다. 탈착 매체 영역(50)은 선택적 장벽 층(56)의 채널(52a 내지 52f)의 내부에 위치하며, 이에 따라, 채널(52a 내지 52f)은 본원에서 "탈착 채널"로도 지칭될 수도 있다. 선택적 장벽 층(56)의 주변 벽(51, 53, 54)은 탈착 매체 영역(50)을 인접한 흡착제 영역(28)으로부터 분리한다. 선택적 장벽 층(56)의 외부 벽(51, 53)은 전술한 바와 같이 선택적으로 투과성일 수도 있다. 특정 경우에, 선택적 장벽 층(56)의 외부 벽(51, 53)은 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 또는 다른 적합한 재료와 같은 중합체로 형성된다. 선택적 장벽 층(56)의 내부 벽(54)은 동일한 중합체 또는 상이한 재료로 형성될 수도 있다. 따라서, 선택적 장벽 층(56)은 전술한 바와 같이 선택적 투과성 및 흡착제 영역(28)에 대한 접근이 적용되는 탈착 매체(66)(도 2)용의 별개의 탈착 채널(52a 내지 52f)을 제공한다. 온도 스윙 예에서, 흡착제 영역(28)의 흡착제 재료(24, 24')는, 흡착제 재료(24, 24')와 접촉할 수 있는 경우 흡착제 영역(28) 내부의 흡착제 재료(24, 24')를 손상시킬 수도 있는, 탈착 매체 영역(50)을 통과하는 탈착 매체(66)의 유체로부터 보호된 상태로 유지될 수도 있다. 흡착제 영역(28)이 선택적 장벽 층(56)의 내부에 존재하는 실시예에서는 채널(52a 내지 52f)이 본원에서 "흡착 채널"로 지칭될 수도 있음이 이해될 것이다.
도 3a의 흡착 구성에서, 선택적 장벽 층(56)의 탈착 채널(52a 내지 52f)은 사용하지 않을 때에는 탈착 매체 영역(50)이 차지하는 부피를 최소화하기 위해 폭(D1)으로 수축된다. 도 3a의 도시된 실시예에서, 내부 가요성 벽(54)은 이러한 수축 구성을 달성하기 위해 구부러지거나, 휘어지거나, 기울어지거나, 달리 길이가 단축된다. 결과적으로, 흡착제 물품(20)의 전체 두께(T1)는 도 3b의 후속 탈착 구성에서보다 더 작을 수도 있다. 다양한 실시예에서, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명될 바와 같이, 흡착제 물품(20)의 전체 두께(T1)는 일정할 수도 있는 반면, 적어도 하나의 흡착제 영역(28)의 두께는 변할 수도 있다.
탈착 채널(52a 내지 52f)의 단면 형상이 다양할 수도 있다. 도 3a 및 도 3b의 도시된 실시예에서, 각각의 탈착 채널(52a 내지 52f)의 단면 프로파일은 대체로 직사각형이다. 다른 실시예에서는, 각각의 탈착 채널(52a 내지 52f)의 단면 프로파일이 원형, 난형, 또는 정사각형과 같은 상이한 형상일 수도 있다.
탈착 채널(52a 내지 52f)의 배열 및 다른 특징이 또한 다양할 수도 있다. 예를 들어, 탈착 채널(52a 내지 52f)은 서로 연결되거나 서로 독립적일 수도 있다. 도 3a 및 도 3b의 도시된 실시예에서, 탈착 채널(52a 내지 52f)은 대체로 서로 평행하게 배열된다. 다른 실시예에서는, 탈착 채널(52a 내지 52f)이 교차 및/또는 중첩 방식으로 서로 가로질러 배열될 수도 있다. 또한, 탈착 채널(52a 내지 52f)이 흡착제 물품(20)의 상대적인 중심 내에 위치되는 것으로 도시되어 있지만, 선택적 장벽 층(56)이 흡착제 물품(20)의 다양한 원하는 영역에 위치될 수도 있어, 흡착제 물품(20) 전체에 걸쳐 다양한 탈착 채널(52a 내지 52f)을 형성한다. 또한, 선택적 장벽 층(56)은 흡착제 물품(20) 전체에 위치되는 미세채널로 구성될 수도 있다.
실시예에서, 흡착제 물품(20)은 제2 흡착제 영역(28')을 포함할 수도 있다. 제1 흡착제 영역(28)은 선택적 장벽 층(56)의 제1 벽(51)에 인접하게 위치될 수도 있으며, 제2 흡착제 영역(28')은 선택적 장벽 층(56)의 제2 벽(53)에 인접하게 위치될 수도 있다. 이러한 방식으로, 흡착제 영역(28) 및 제2 흡착제 영역(28')은 선택적 장벽 층(56)의 대향 측면 상에 위치되며, 따라서 탈착 매체 영역(50)이 2개의 흡착제 영역(28, 28')의 사이에 끼워진다. 이러한 끼움 배열은 흡착제 물품(20)이 다른 흡착제 물품(20)에 인접하게 위치되어 여전히 원하는 흡착 기능을 유지할 수 있도록 하며, 또한 탈착 매체 영역(50)의 사용을 최대화하며, 이것은 도 6, 도 7a 및 도 7b를 참조하여 본원에 추가로 후술될 바와 같이 모듈에 의해 사용되는 공간의 부피를 최대화한다. 추가적으로, 도 3a에 도시된 바와 같은 일부 실시예에서는, 제2 흡착제 영역(28')에 인접하게 위치되는 외부 다공성 중합체 영역(36')의 추가 층이 있을 수도 있다.
도 3b는 확장된 탈착 구성의 도 3a의 흡착제 물품(20)을 보여준다. 이러한 탈착 구성에서, 선택적 장벽 층(56)의 탈착 채널(52a 내지 52f)은, 탈착 매체(66)(도 2)가 탈착 채널(52a 내지 52f)의 내부에 위치한 탈착 매체 영역(50)을 통과할 수 있도록, 폭(D2)으로 확장된다. 보다 구체적으로, 내부 가요성 벽(54)은 도 3a의 흡착 구성의 구부러지거나, 휘어지거나, 기울어지거나, 길이가 단축된 구성으로부터 도 3b의 탈착 구성의 직선형 또는 세장형 구성으로 이동되었다. 특정 경우에, 탈착 매체(66)는 증기이다. 증기로부터의 열이 흡착제 영역(28, 28')으로 각각의 탈착 채널(52a 내지 52f)에 침투할 수 있어, 열이 흡착제 재료(24, 24')로부터 이산화탄소를 탈착시킨다. 탈착 매체(66)가 종종 증기와 관련하여 설명되긴 하지만, 탈착 매체(66)가 흡착제 재료(24, 24')로부터 흡착 물질을 탈착할 수 있는 탈착 요소(예를 들어, 열)를 갖는 임의의 매체를 포함할 수도 있다. 일부 실시예에서, 열 전도를 보조하는 재료 및 성분의 사용이 채용될 수도 있다. 일 예로서, 선택적 장벽 층(56)의 상부 및 하부 표면이 금속화될 수도 있거나, 선택적 장벽 층(56)을 흡착제 영역(28)에 부착하는데 사용되는 접착제가 금속 분말 또는 다른 열전도성 재료를 포함할 수도 있다. 탈착 구성에서, 흡착제 물품(20)은 대략 0.5 mm 내지 5.0 mm의 범위일 수도 있는 전체 두께(T2)를 가질 수도 있다. 도 3b의 흡착 구성의 전체 두께(T2)는 도 3a의 흡착 구성의 전체 두께(T1)보다 크거나 동일할 수도 있다.
도 3c는 추가적인 단부 밀봉 영역(21)을 갖는 도 3b의 흡착제 물품의 추가적인 입면도이다. 특정 실시예에서, 흡착제 물품(20)은 흡착제 물품(20)의 구성 요소를 보호하기 위해 이러한 단부 밀봉 영역(21)을 포함한다. 예를 들어, 흡착제 물품(20)이, 예를 들어, 생산 또는 제조 목적으로 임의의 방식으로 절단되거나 분할되는 경우, 흡착제 영역(28, 28')이 남을 수도 있으며, 이에 따라 흡착제 영역(28, 28') 내부의 흡착제 재료(24, 24')가 물 또는 증기와 같은 외부 환경적인 요소에 노출될 수도 있으며, 이것은 흡착제 물품(20)의 물성에 해로울 수도 있다. 따라서, 단부 밀봉 영역(21)을 갖는 실시예가 바람직할 수도 있다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 단부 밀봉 영역(21)은 적어도 외부 다공성 중합체 영역(36)의 제2 중합체(40)와 흡착제 영역(28)의 제1 중합체(22)를 연결하도록 위치된다. 실시예에서, 이에 의해 외부 다공성 중합체 영역(36, 36')의 중합체(40)가 연결될 수도 있다. 추가의 실시예에서, 단부 밀봉 영역(21)은 외부 다공성 중합체 영역(36)의 제2 중합체(40), 외부 다공성 중합체 영역(36')의 제2 중합체(40), 흡착제 영역(28)의 제1 중합체(22), 및 흡착제 영역(28')의 제1 중합체(22) 중 적어도 2개를 연결한다. 단부 밀봉 영역(21)은 적어도 일 측면에서 흡착제 영역(28, 28')의 노출된 제1 중합체(22)를 덮는다.
도 3c의 도시된 실시예에서, 단부 밀봉 영역(21)은 흡착제 물품(20) 상에 밀봉 재료(47)의 추가의 층을 도포함으로써 형성된다. 밀봉 재료(47)는 외부 다공성 중합체 영역(36, 36')의 재료와 동일하거나 상이할 수도 있다. 예를 들어, 밀봉 재료(47)는 ePTFE(도 3c에 도시됨), ePE, 실리콘 탄성중합체, 또는 흡착제 영역(28, 28')을 보호하는 임의의 다른 적합한 비다공성 및/또는 소수성 재료일 수도 있다. 다른 실시예에서는, 단부 밀봉 영역(21)이 외부 다공성 중합체 영역(36, 36')을 연장시키며 영역(36, 36')을 함께 결합(예를 들어, 핀칭, 접착)함으로써 형성될 수도 있다. 이 가장자리 밀봉 단계를 추가하면 복합재에 보유된 흡착제(들)를 보호하여 그리고 또한 복합재의 전단 가장자리(공기 중 잔해 및 고속 타격으로 인해 손상을 입을 가능성이 가장 높은 영역)를 강화하여 복합재에 이득이 될 것이다.
도 3d는 외부 다공성 중합체성 영역(36, 36')의 제2 다공성 중합체(40)와 단부 밀봉 영역(21)의 밀봉 재료(47)가, 도 3c에 도시된 바와 같이, 제1 다공성 중합체(22) 및 선택적 장벽 층(56)을 덮는 이음매 없는 보호 층(48)을 형성하기 위해 단일체형, 모놀리식 또는 연속적인 재료(예를 들어, 단부 부분이 연결되어 폐쇄 루프를 형성하는 튜브 또는 시트)로 형성된 흡착제 물품(20)의 일 예를 보여준다.
도 4a는 수축된 흡착 구성으로 도시된 본 개시의 선택적 장벽 층(56')으로 둘러싸인 탈착 매체 영역(50')의 또 다른 실시예이다. 수축된 흡착 구성에서, 흡착제 물품(20)은 전체 두께(T1')를 포함한다. 흡착제 물품(20)은 선택적 장벽 층(56')에 인접하여 위치하는 적어도 하나의 흡착제 영역(28)을 추가로 포함한다. 흡착제 영역(28)은 인접한 선택적 장벽 층(56')으로부터 흡착제 물품(20)의 상부 경계까지 측정된 제1 두께(T3')를 가질 수도 있다. 선택적 장벽 층(56')은 탈착 매체 영역(50')이 위치하는 적어도 하나의 탈착 채널(52a')을 포함한다. 도 4a의 예시적인 실시예에서, 선택적 장벽 층(56')은 6개의 탈착 채널(52a 내지 52f')을 포함한다. 각각의 탈착 채널(52a 내지 52f')은 탈착 채널(52a 내지 52f')과 탈착 매체 영역(50')에 인접하게 위치된 적어도 하나의 흡착제 영역(28)의 사이에 장벽을 생성하기 위해 연속적인 원형 벽(54')으로 둘러싸여 있다. 이 실시예에서, 흡착제 영역(28)은 선택적 장벽 층(56')의 전체 및 따라서 탈착 매체 영역(50')을 둘러싸도록 위치된다. 이러한 흡착 구성에서, 탈착 채널(52a 내지 52f')의 벽(54')은 폭(D1')(즉, 직경)을 갖는 대체로 난형의 단면 프로파일로 수축된다.
도 4b는 확장된 탈착 구성의 도 4a의 선택적 장벽 층(56') 및 탈착 매체 영역(50')을 보여준다. 확장된 탈착 구성에서, 탈착제 물품(20)은 전체 두께(T2')를 포함한다. 흡착제 영역(28)은 선택적 장벽 층(56')으로부터 흡착제 물품(20)의 상부 경계까지 측정된 제2 두께(T4')를 포함한다. 이러한 탈착 구성에서, 탈착 채널(52a 내지 52f')은 각각의 탈착 채널(52a 내지 52f')이 대체로 원형인 단면 프로파일을 갖는 확장 상태로 도시되어 있다. 각각의 탈착 채널(52a 내지 52f')은, 도 4a의 수축 폭(D1')을 초과하며 대략 0.5 mm 내지 2 mm일 수도 있는, 폭(D2')(즉, 직경)을 갖는다. 탈착 채널(52a 내지 52f')은 탈착 프로세스 동안 탈착 매체(66)(도 2)가 채널(52a 내지 52f')을 통해 안내되도록 기능한다.
도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명된 바와 같이, 흡착제 영역(28)의 제1 다공성 중합체(22)(도 3a)는 가요성일 수도 있다. 이와 같이, 흡착제 영역(28)은 압축 및 확장이 가능하도록 적어도 일 방향으로 가요성일 수도 있다. 도 4b에 도시된 흡착제 영역(28)이 도 4a의 흡착 구성과 비교하여 대체로 압축된 것으로 도시되어 있으므로, 제2 두께(T4')는 제1 두께(T3')보다 작다. 이들 실시예에서, 흡착제 물품(20)은 흡착제 영역(28)이 압축되는 동안 흡착 구성으로부터 탈착 구성으로 전환될 때 실질적으로 일정한 전체 두께(T1')를 유지할 수도 있다. 이러한 압축은 탈착 매체(66)(도 1)가 탈착 매체 영역(50')을 통해 안내될 때 탈착 매체 영역(50')의 확장으로 인해 발생할 수도 있다. 이러한 압축은 또한, 흡착제 물품(20)이 탈착 구성에 있는 동안 흡착제 영역(28)이 증가된 밀도를 갖게 할 수도 있다. 흡착제 영역(28)을 제2 두께(T4')로 압축하는 것은 도 4b의 탈착 동안, 예를 들어, 흡착제 영역(28) 내부의 열 보유 능력 증가 및 흡착제 물품(20)이 고정된 부피의 하우징 내부에 유지되는 능력과 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는 다양한 이유로 이득일 수도 있다. 탈착 매체 영역(50')이 도 4a의 흡착 구성으로 다시 압축될 때, 흡착제 영역(28)에 대한 압력이 감소하면 흡착제 영역(28)이 제1 두께(T3')까지 다시 확장하도록 허용될 수도 있다. 다른 실시예에서는, 흡착제 영역(28)이 강성일 수도 있으므로, 흡착 구성의 흡착제 영역(28)의 두께(T4')가 흡착 구성의 두께(T3')와 실질적으로 동일하다. 이러한 방식으로, 탈착 매체 영역(50')의 폭을 변경하면 흡착제 물품(20)의 두께(T1')가 실질적으로 동일한 양만큼 변경된다.
도 5는 도 3a 및 도 3b의 흡착제 물품(20)을 형성하기 위한 방법(100)의 예시적인 실시예이다. 방법(100)은 도 4a 및 도 4b의 탈착 매체 영역(50')을 갖는 흡착제 물품(20)을 형성하도록 조정될 수도 있지만, 도 3a 및 도 3b 또는 도 4a 및 도 4b의 실시예의 형성으로 제한되지 않는다.
블록(102)에서, 방법(100)은 먼저, 적어도 하나의 흡착제 영역(28)을 제공하는 단계를 포함한다. 다양한 실시예에서, 이 단계는 흡착제 영역(28) 및 흡착제 영역(28)에 부착되도록 구성된 외부 다공성 중합체 영역(36)을 제공하는 단계를 추가로 포함한다.
블록(104)에서, 방법(100)은 탈착 매체 영역(50)을 제공하는 단계를 추가로 포함한다.
블록(106)에서, 방법(100)은 적어도 흡착제 영역(28)과 탈착 매체 영역(50)의 사이에 선택적 장벽 층(56)을 제공하는 단계를 추가로 포함한다. 다양한 실시예에서, 이 단계는 선택적 장벽 층(56)이 제1 벽(51), 제2 벽(53) 및 적어도 하나의 가요성 내부 벽(54)을 포함하도록 탈착 매체 영역(50)을 선택적 장벽 층(56)으로 둘러싸는 단계를 추가로 포함한다. 다른 실시예에서는, 이 단계가 선택적 장벽 층(56)으로 흡착제 영역(28)을 둘러싸는 단계를 포함할 수도 있다. 선택적 장벽 층(56)을 제공하는 단계는 선택적 장벽 층(56)의 제1 벽(51)에 흡착제 영역(28)을 부착하는 단계를 추가로 포함할 수도 있다. 특정 경우에, 상기 제공 단계는 흡착제 영역(28)을 선택적 장벽 층(56)의 제1 벽(51)에 적층하는 단계를 포함한다. 실시예에서, 제2 흡착제 영역(28')이 있다. 이러한 실시예에서, 방법(100)은 탈착 매체 영역(50)을 둘러싸고 있는 선택적 장벽 층(56)의 제2 벽(53)에 추가 흡착제 영역(28')을 부착하는 단계를 추가로 포함한다. 특정 경우에, 이 부착 단계는 추가의 흡착제 영역(28')을 제2 벽(53)에 적층하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서는, 부착 단계가 추가의 흡수제 영역(28')을 선택적 장벽 층(56)의 제2 벽(53)에 결합하거나 접착하는 단계를 포함할 수도 있다.
도 6은 본 개시의 모듈(60)의 입면도이며, 모듈(60)은 2개의 흡착제 물품(20)을 포함한다. 다른 실시예에서는, 모듈(60)이 더 많은 수의 흡착제 물품(20)을 포함할 수도 있다. 도 6의 흡착제 물품(20)은 각각 도 4b의 선택적 장벽 층(56')에 도시된 탈착 채널(52a 내지 52f')을 포함한다. 탈착 채널(52a 내지 52f')은 도 4b의 확장된 탈착 구성으로 도시되어 있으며, 대체로 원형의 단면 프로파일을 갖는다. 탈착 구성은 확장된 탈착 채널(52a 내지 52f')을 통한 탈착 매체(66)의 최대 흐름용으로 구성된다. 특정 실시예에서, 이 탈착 매체(66)는 증기이다. 탈착 매체(66)는 대체로 수직 축선(64)을 따라 탈착 채널(52a 내지 52f')을 통해 안내된다. 이러한 방식으로, 탈착 매체(66)는 선택적 장벽 층(56')의 벽(54')에만 접촉하며 흡착제 영역(28)(도 3a)에는 직접 접촉하지 않는다. 추가적으로, 수직 축선(64)을 따라 탈착 매체(66)를 적용하면 과도한 탈착 매체(66)(예를 들어, 증기로부터 응축된 물)가 중력에 의해 모듈(60)에서 빠져나가는 것이 허용된다. 또한, 공급 스트림(68)은 대체로 수평 축선(62)을 따라 그리고 개별 흡착제 물품(20)의 사이에서 모듈(60)에 적용될 수 있다. 특정 실시예에서, 공급 스트림(68)은 기류이다. 경우에 따라, 기류는 이산화탄소를 포함한다. 이 공급 스트림(58)이 안내되는 흡착제 물품(20) 사이의 간격이 모듈(60)의 흡착 경로(78)를 구성한다.
일부 예에서, 냉각 액체(냉각제)는 또한, 탈착 매체 영역(50)에 수용되어 흡착제 물품(20)을 산화를 방해하는 온도까지 능동적으로 냉각시킬 수도 있다. 예를 들어, 채널(52a 내지 52f)이 통과하는 흡착제 물품(20)에서, 이러한 냉각제는 채널(52a 내지 52f)을 통해 흡착제 물품(20)을 통과할 수도 있다. 일부 예에서, 흡착제 물품(20)은 흡착제 영역(28)에서 공급 스트림(68)을 받을 수도 있으며, 이후 탈착 매체(66), 예를 들어, 증기로부터의 열 등이 적용되어 CO2의 탈착이 촉진된다. 탈착이 완료된 후, 예를 들어, 탈착 매체 영역(50)을 통해 냉매 또는 냉수를 통과시킴으로써 흡착제 물품(20)이 냉각될 수도 있으며, 이후 흡착 프로세스가 다시 개시되어 다음 흡착/탈착 사이클이 시작될 수도 있다.
도 7a는 흡착 동안 흡착 구성에 있는 본 개시의 모듈(60')의 평면도이다. 모듈(60')은 외부 하우징(80)의 내부에 서로 인접하게 위치된 복수의 흡착제 물품(20)으로 구성된다. 본 실시예가 외부 하우징(80)의 내부에 위치된 6개의 흡착제 물품(20)을 도시하긴 하지만, 흡착제 물품(20)의 수와 배열은 가변적이다. 일부 실시예에서, 흡착제 물품(20)의 수는 원하는 실시예의 외부 하우징(80)의 크기 제약에 기초하여 선택된다.
외부 하우징(80)은 크기와 형상이 다양할 수도 있다. 실시예에서, 외부 하우징(80)은 흡착제 물품(20)이 내부에 배치될 수 있도록 하기 위해 적어도 4개의 벽과 적어도 하나의 개방 측면을 갖는 대체로 정사각형의 용기이다. 다른 실시예에서는, 외부 하우징(80)이 흡착제 물품(20)의 위치 결정을 유지하기 위해 적어도 2개의 측면을 갖는 평평한 표면일 수도 있다. 또한, 다른 실시예에서는, 외부 하우징(80)이 흡착제 물품(20)의 보유 및 흡착 동안의 공급 스트림(68) 및 탈착 동안의 탈착 매체(66)의 도입을 허용하는 임의의 형상 또는 구성을 가질 수도 있다(도 6).
모듈(60')은 인접한 흡착제 물품(20) 사이의 공간을 포함하여 각각의 흡착제 물품(20)의 양측에 형성되는 흡착 경로(78a 내지 78g)를 포함한다. 복수의 흡착제 물품(20) 각각의 탈착 채널(52a 내지 52g)은 수축된 구성으로 도시되어 있는 반면, 흡착 경로(78a 내지 78g)는 확장되어 있다. 이러한 흡착 구성은 공급 스트림(68)(도 6)으로 흡착 경로(78a 내지 78g)를 가압하고 실질적으로 비어 있거나 사용되지 않은 탈착 채널(52a 내지 52g)을 수축시킴으로써 유발될 수도 있다. 이러한 방식으로, 흡착 경로(78a 내지 78g)는 공급 스트림(68)을 수용하기 위해 탈착 구성(도 7b)에서보다 흡착 구성(도 7a)에서 더 큰 크기를 갖는다. 탈착 프로세스를 돕기 위해 진공 또는 음압을 활용하는 시스템에서는, 음압이 또한, 흡착제 물품(20)을 수축시키는 힘으로 사용될 수도 있다.
도 7b는 탈착 동안 탈착 구성에 있는 도 7a의 모듈(60')의 평면도이다. 이러한 구성에서, 복수의 흡착제 물품(20) 각각의 탈착 채널(52a 내지 52g)이 확장된다. 탈착 채널(52a 내지 52g)의 확장 및 흡착 경로(78a 내지 79g)의 압축은 탈착 매체(66)(도 6)로 탈착 채널(52a 내지 52g)을 가압하고 실질적으로 비어 있거나 사용되지 않은 흡착 경로(78a 내지 78g)를 수축시킴으로써 달성될 수도 있다. 특정 경우에, 탈착 매체(66)는 증기이다. 이러한 경우, 증기로부터의 열은 탈착 채널(52a 내지 52g)을 통해 각각의 흡착제 물품(20)의 적어도 하나의 흡착제 영역(28)(도 3a)으로 침투할 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 특히 탈착 매체 영역(50)과 흡착제 영역(28)의 경계면에서 열 전도를 증가시키기 위해 추가 구성 요소, 코팅 및 접착제가 사용될 수도 있다. 또한, 앞서 언급된 바와 같이, 증기와 대조되는 탈착 매체(66)의 추가적인 변형예가 사용될 수도 있다.
위에서 개별 흡착제 물품(20)을 사용하는 모듈(60, 60')이 설명되긴 하지만, 모듈(60, 60')의 다양한 다른 실시예도 본 개시의 범위 내에서 상상된다. 예를 들어, 흡착제 물품(20)이 코일형 방식이나 접히는 방식으로 감길 수 있는 하나의 시트로서 형성될 수도 있어, 하나의 흡착제 물품(20)이 모듈(60, 60')을 형성하기 위한 다중 층을 형성한다. 이러한 방식으로, 하나의 흡착제 물품(20)이 사용되지만, 서로 인접하게 위치된 탈착 매체 영역(50)의 다중 층이 존재한다.
도 8은 본 개시의 모듈(60'), 예시적으로 도 7a 및 도 7b의 모듈(60')의 사용 방법(200)의 예시적인 실시예이다. 실시예에서, 방법(200)은 도 6의 모듈(60)을 이용한 DAC에도 사용될 수도 있다.
블록(202)에서, 방법은 먼저, 각각 흡착제 영역(28), 탈착 매체 영역(50) 및 선택적 장벽 층(56)을 포함하는 하나 이상의 흡착제 물품(20)으로 구성된 모듈(60')을 제공하는 단계를 포함한다. 하나보다 많은 흡착제 물품(20)이 사용되는 경우, 흡착제 물품(20)은 서로 인접하게 위치된다. 흡착제 물품(20)은 위에서 설명된 바와 같이 외부 하우징(80)의 내부에 위치된다.
블록(204)에서, 방법(200)은 공급 스트림(68)이 모듈(60') 내로 그리고 모듈(60')을 통해 안내되는 동안 공급 스트림(68)(도 6)으로부터 이산화탄소를 흡착하는 단계를 추가로 포함한다. 공급 스트림(68)의 적용은 공급 스트림(68)을 모듈(60')의 흡착 경로(78a 내지 78e)로 안내하는 단계를 포함한다. 공급 스트림(68)의 적용 동안, 압력은 도 7a에 도시된 바와 같이 탈착 경로(52a 내지 52g)가 수축되며 흡착 경로(78a 내지 78e)가 확장되도록 할 수도 있다. 이러한 방식으로, 모듈(60')을 통과하는 공급 스트림(68)의 양이 최대화될 수도 있으며, 공급 스트림(68)을 강제로 통과시키는 데 필요한 압력이 최소화될 것이다. 다양한 실시예에서, 모듈(60')은 고정된 부피를 갖는다. 이들 실시예에서, 흡착 단계 동안, 흡착제 영역(28)은 탈착 단계 동안보다 모듈(60')의 고정 부피를 더 많이 차지한다(도 7b). 공급 스트림(68) 내부의 이산화탄소는 흡착제 물품(20)의 적어도 하나의 흡착제 영역(28)(도 3a)에 노출된다. 적어도 하나의 흡착제 영역(28) 내부의 흡착제 재료(24, 24')(도 3a)는 최대 흡착 용량에 접근하거나 도달할 때까지 이산화탄소를 흡착한다. 다른 실시예에서는, 적어도 하나의 흡착제 영역(28) 내부의 흡착제 재료(24, 24')(도 3a)가 평형 상태에 도달될 때까지 이산화탄소를 흡착한다.
블록(206)에서, 방법(200)은 이어서 탈착 매체(66)가 모듈(60') 내로 그리고 모듈(60')을 통해 안내되는 동안 이산화탄소를 탈착하는 단계를 포함한다. 이 단계 동안, 탈착 매체(66)(도 6)는 탈착 채널(52a 내지 52g)을 통해 안내된다. 탈착 매체(66)를 탈착 채널(52a 내지 52g)에 적용하면 탈착 채널(52a 내지 52g)이 확장되며 흡착 경로(78a 내지 78e)가 수축되도록 할 수도 있다. 다양한 실시예에서, 모듈(60') 내부의 압력 변화는 흡착 경로(78a 내지 78e)의 수축을 야기할 수도 있어, 시스템이 탈착 구성으로 전환된다. 경우에 따라, 압력 변화는 흡착 경로(78a 내지 78e)를 통과하는 공급 스트림(68)의 부족으로 인해 발생한다. 이러한 방식으로, 모듈(60')을 통해 안내될 수 있는 탈착 매체(66)의 양이 최대화된다. 또한, 모듈(60')이 고정 부피를 갖는 다양한 실시예에서, 탈착 단계 동안 탈착 매체 영역(50)은 흡착 단계 동안에서보다 모듈(60')의 고정 부피를 더 많이 차지한다(도 7a). 특정 경우에, 탈착 매체(66)는 증기이다. 증기로부터의 열은 흡착제 물품(20)의 탈착 매체 영역(50)으로부터 선택적 장벽 층(56)을 통해 흡착제 영역(28)(도 3a)으로 침투하여 흡착제 물품(20) 내부의 이산화탄소를 탈착시킬 수 있다. 본 실시예에서, 온도 스윙 흡착을 사용하여 이산화탄소가 포집된다.
실시예에서, 방법(200)은 각각의 흡착제 물품(20)으로부터 탈착되는 이산화탄소를 수집하는 단계를 추가로 포함한다. 이산화탄소의 탈착 및 수집이 완료되면, 방법(200)은 공급 스트림(68)을 흡착제 물품(20)의 흡착 경로(78a 내지 79e)에 적용하여 모듈을 흡착 구성으로 되돌리며 블록(204)의 흡착 프로세스를 반복하는 단계를 추가로 포함할 수도 있다. 모듈(60')은 선택적 장벽 층(56)의 가역적으로 수축되며 확장되는 능력으로 인해 흡착제 물품(20)이 블록(204)에서의 흡착과 블록(206)에서의 탈착 사이클을 반복적으로 거칠 수도 있도록 구성된다. 앞서 언급된 바와 같이, 흡착 경로(78a 내지 78e)와 탈착 채널(52a 내지 52f)이 다양한 구성 동안 수축되며 확장되는 능력에 의해, 외부 하우징(80)에 기초하여 모듈(60')의 전체 치수를 유지하면서 모듈(60')의 부피가 각각의 개개의 구성 동안 흡착 또는 탈착을 위해 최대화될 수 있다.
위에 설명된 실시예에서, 선택적 장벽 층(56)은 흡착제 물품(20)이 흡착 구성(도 3a)으로 수축되며 탈착 구성(도 3b)으로 확장되는 것을 허용하는 내부 가요성 벽(54)을 포함한다. 다른 실시예에서는, 선택적 장벽 층(56)이 수축될 수 없을 수도 있으며 흡착과 탈착 사이에 그 형상을 유지할 수도 있다. 이러한 비수축형 실시예에서도, 선택적 장벽 층(56)은 다양한 탈착 채널(52a 내지 52f)을 통과하는 탈착 매체(66)로부터 흡착제 영역(28)의 흡착제 재료(24, 24')를 보호하기 위해 물 및 수증기에 불투과성일 수도 있다.
예 A
이하의 구성 요소는 도 9a 및 도 9b를 참조하여 설명될 것이다. 도 9a는 제1 구성의 흡착제 물품(20')의 단면도이다. 제1 및 제2 흡착제 중합체 복합(SPC) 영역(92, 96) 각각에 대해, 흡착제가 충전된 테이프를 포함하는 흡착제 물품을 생성하였다. 샘플은 비정질 실리카 분말(Syloid C 803, 콜롬비아 MD 소재 그레이스 인더스트리어스(Grace Industries)에서 구입 가능)을 준비한 다음 PTFE 수지와 조합하여 생성하였다. 혼합물의 비율은 실리카 60 중량%와 PTFE 40 중량%였다. 모티머 주니어(Mortimer, Jr)의 미국 특허 제4,985,296호에 설명된 프로세스를 사용하여 성분을 혼합하였다. 이 프로세스에는 수성 분산액 중에 실리카 60 중량%와 PTFE 40 중량%의 혼합물을 혼합하는 단계를 포함시켰다. 다음, 프로세스에 충전재와 PTFE를 응고시키는 단계를 포함시켰다. 그런 다음, 프로세스에 충전된 PTFE를 압출 윤활제(Isopar K)로 윤활시키고 페이스트 압출을 통해 테이프를 형성하는 단계를 포함시켰다. 그런 다음, 프로세스에 테이프를 신장시켜 확장시키는 단계와 내부에 충전재가 분포된 다공성 PTFE 테이프를 형성하는 단계, 및 마지막으로 테이프를 원하는 두께로 압축하여 재료를 부분적으로 치밀화하는 단계를 포함시켰다. 생성된 충전 테이프에서는 대략 0.762 mm의 두께와 150 mm의 폭이 측정되었다. 이 테이프를 대략 53 mm x 85 mm 크기의 샘플로 절단하였다.
내부 채널 구성 요소의 경우, 고어(Gore)의 US 3,082,292의 교시에 따라 ePTFE 다중 전도체를 제작하였다.
제1 및 제2 외부 층(90, 98) 각각에 대해, 브란카(Branca) 등의 US 5,814,405의 교시에 따라 생성된 확장 ePTFE 막을 획득하였다.
ePTFE 막을 샘플의 양쪽 표면 상에 배치하였다.
조립 구성 요소 적층체를 이하의 순서: (1) 제1 외부 영역/층(90), (2) SPC 영역(92), (3) 선택적 장벽 층(95)으로 둘러싸인 내부 채널(94), (4) SPC 영역(96), 및 (5) 제2 외부 영역/층(98)으로 편집하였다. 그런 다음, 이 5개 영역의 구성 요소 적층체를 카버(Carver) 유압 프레스 내에 배치하고 알루미늄 심(shim) 사이에서 압축하였다. 압력을 가하여 샘플을 원래 두께의 대략 1/3로 압축하였다. 샘플을 프레스로부터 제거하였으며, 전도체를 내부 채널 구성 요소의 내부로부터 제거한 다음, 샘플을 대략 53 mm x 85 mm로 트리밍 처리하였다. 결과의 샘플은 흡착제 중합체 복합 영역 내부에 여러 개의 0.5 mm 채널을 구비하였으며 양쪽 표면 상에 통기성이 있으면서도 방수성의 ePTFE 층을 구비하였다.
도 9a는 두께(T7)를 갖는 제1 외부 층(90) 및 전체 두께(T5)를 갖는 흡착제 물품(20')을 보여준다. 도 9b는 제2 구성의 흡착제 물품(20')의 단면도이다. 도 9b에 개괄적으로 도시된 바와 같이, 제1 외부 층(90)은 T7과 상이한 두께(T8)를 가지며 및/또는 흡착제 물품(20')은 T5와 상이한 전체 두께(T6)를 갖는다. 일부 예에서, 제2 구성의 두께(T6) 및/또는 두께(T8)는, 압축되지 않거나 덜 압축된 구성일 수도 있는 제1 구성과 비교하여 제2 구성이 압축된 구성인 경우, 두께(T5) 및/또는 두께(T7)보다 각각 더 작을 수도 있다. 압축은 흡착제 물품(20')의 외부 표면에 대해 무엇인가를 가압하는 것과 같이 수작업으로, 또는 흡착제 물품(20')을 둘러싸고 있는 환경의 압력 변화로 인해서와 같이 수동적으로 일어날 수도 있다. 일부 예에서, 제2 구성의 두께(T6) 및/또는 두께(T8)는, 제1 구성과 비교하여 제2 구성이 압축된 구성인 경우, 두께(T5) 및/또는 두께(T7)보다 각각 더 클 수도 있다.
일 구성으로부터 다른 구성으로 전환할 때 두께(T5, T6, T7 및/또는 T8)가 변경될 수도 있지만, 내부 채널(94) 및/또는 선택적 장벽 층(95)의 크기 및/또는 형상이 동일하게 유지될 수도 있다는 점에 유의하여야 한다. 즉, 선택적 장벽 층(95)을 형성하는 재료는, 두께(T5, T6)를 두께(T7, T8)로 변경하기 위해 외부 층(90, 98)에 가해지는 압력이 각각 내부 채널(94) 및/또는 선택적 장벽 층(95)의 크기에 영향을 미치지 않도록, 충분히 견고하거나, 준순응적이거나, 비순응적일 수도 있다. 예를 들어, 형상이나 직경을 포함하지만 이것으로 제한되지 않는 내부 채널(94) 및/또는 선택적 장벽 층(95)의 단면 크기는 이러한 두께 변화에 의해 상대적으로 영향을 받지 않은 상태로 유지될 수도 있다.
도 9c에 도시된 바와 같이, 선택적 장벽 층(95)은 상호 연결된 채널(97)을 갖는 단일 지지 층 구성 요소에 의해 획정될 수도 있다. 즉, 각각의 내부 채널(94)은 지지 층 구성 요소에 통합된 하나 이상의 상호 연결된 채널(97)을 통해 다른 내부 채널(94) 중 적어도 하나, 또는 경우에 따라 전부와 상호 연결된다. 따라서, 내부 채널(94)은 서로 독립적일 수도 있거나(즉, 인접한 다른 내부 채널(94)과 연결되지 않음), 하나의 내부 채널(94)로부터 다른 인접한 내부 채널(94)로의 예시적인 유체 흐름(99)으로 도시된 바와 같이 상호 연결된 채널(97)을 통해 상호 연결될 수도 있다.
예 B
이하의 구성 요소는 도 10a 및 도 10b를 참조하여 설명될 것이다. 도 10a는 흡착제 물품(300)의 단면도이며, 도 10b는 채널(307)을 갖는 흡착제 물품(300)의 단면도이다. 도 10a 및 도 10b의 단면도는 흡착제 물품(300)에 대한 다양한 배향 또는 시야각을 나타낼 수도 있다. 즉, 일부 실시예에 따르면, 도 9a 및 도 9b의 단면도는 흡착제 물품의 평면도 또는 상면도(예를 들어, y-축선을 따른)일 수도 있는 반면, 도 10a 및 도 10b의 단면도는 동일한 흡착제 물품의 측면도(예를 들어, x-축선 또는 z-축선을 따른)일 수도 있다.
CO2를 포집하는 과정에서, 흡착제 물품(300)은 증기 형태로 흡착제 물품(300)의 내부에 물을 수용할 수도 있다. 증기로부터 수증기가 증발되면 흡착제 물품(300)의 내부 온도가 낮아질 수도 있으며 CO2 포집 프로세스가 촉진될 수도 있다. 그러나, 수증기가 전부 완전히 증발되는 것은 아니므로, 수증기의 일부가 흡착제 물품(300)의 내부에 (예를 들어, 물방울 또는 응축수로서) 남아 있을 수도 있다. 일부 시나리오에서, 흡착제 물품(300) 내부의 응축수의 존재는 흡착제 물품(300)의 CO2 포집 능력의 효율을 감소시킬 수도 있다. 즉, 흡착제 물품(300) 내부의 증가된 양의 수분의 존재는 CO2 포집 능력을 감소시킬 수도 있다. 이에 따라, 흡착제 물품(300)을 상대적으로 건조한 상태로 유지하기 위해 흡착제 물품(300)으로부터 가능한 많은 응축수 또는 기타 수분을 제거하는 것이 바람직할 수도 있다. 이와 관련하여, 추가로 설명되는 바와 같이, 채널(307)은 흡착제 물품(300)의 내부에 수집된 물(예를 들어, 물방울 또는 응축수)이 흡착제 물품(300)으로부터 배수되는 것을 촉진하도록 구성될 수도 있다.
흡착제 물품(300)은 흡착제 물품(300)의 일측 또는 양측에 배치되거나 위치되는 하나 이상의 층(301) 및/또는 층(302)을 구비한다. 일부 실시예에서, 층(301, 302)은 수증기에 대해 선택적으로 투과 가능하지만 액체 물에 대해서는 선택적으로 불투과성인 선택적 장벽 층일 수도 있어, 수증기는 장벽 층을 통과할 수도 있는 반면 액체 물(예를 들어, 물방울)은 장벽 층을 통과하는 것이 방지된다. 일부 실시예에서, 층(301, 302)은, 예를 들어, ePTFE와 같은 소수성 재료로 형성되거나 코팅될 수도 있다.
일부 예에서 흡착제 물품(300)은 흡착제 및 친수성 재료(303)를 포함할 수도 있으며, 여기서 재료(303)는 수증기의 일부(예를 들어, 증기에 의해 야기됨)가 흡착제 물품(300)의 구조 내부에서 응축수를 형성하게 할 수도 있다. 흡착제 물품(300)은 복수의 노드(304) 및 인접한 노드(304)를 연결하는 복수의 피브릴(305)의 다공성 미세구조를 포함할 수도 있다. 흡착제 물품(300)은, 예를 들어, ePTFE, ePE 및 적합한 흡착제 재료를 포함하는 SPC일 수도 있다. 흡착제 물품(300)은, 예를 들어, 친수성 표면 개질과 같은 방법을 통해 친수성이 되도록 처리되거나 달리 개질될 수도 있다. 이러한 경우에, 노드(304) 및 피브릴(305)은 노드(304) 및 피브릴(305)에 의해 경계가 형성되는 기공(306)을 형성한다.
또한, 일부 예에 따른 흡착제 물품(300)의 친수성 요소(314)의 일부가 도 10a에 도시되어 있다. 친수성 요소(314)는 흡착제 물품(300) 전체에 균일하게 또는 불균일하게 분포될 수도 있다는 점을 이해하여야 한다. 예를 들어, 친수성 요소(314)는 요소(314)의 표면에 적용되는 친수성 재료(303)의 코팅 또는 이러한 친수성 재료(303)가 스며들거나 흡수되는 요소에 의해 야기될 수도 있는 친수성을 갖는 별도의 구성 요소 또는 입자일 수도 있다. 예를 들어, 친수성 재료(303)는 폴리에틸렌이민(PEI), 염, 이온교환수지 등이 될 수도 있다. 일부 예에서, 친수성 요소(314)는 충전재 또는 동반 입자로서 존재할 수도 있다. 일부 실시예에서, 흡착제 물품(300)은 친수성 재료(303)로 코팅되어, 친수성 재료(303)가 흡착제 물품(300)의 노드(304) 및/또는 피브릴(305) 상에 실질적으로 연속적인 코팅을 형성한다. 친수성 요소(314)가 흡착제 물품(300)의 노드(304) 및/또는 피브릴(305)에 통합되도록 흡착제 물품(300)을 친수성 요소(314)로 충전하는 것도 본 개시의 범위 내에 있다. 일부 예에서, 친수성 요소(314)의 입자는 흡착제 물품(300)에 동반되어, 친수성 요소(314)가 흡착제 물품(300)의 노드(304)와 피브릴(305) 사이의 기공(306)을 차지한다.
일부 예에서, 친수성 요소(314)는 친수성 재료(303)로 형성된 친수성 코팅의 복수의 담체일 수도 있다. 담체는 담체가 차지하는 영역(예를 들어, 기공(306))의 표면적을 증가시키도록 구성될 수도 있으며, 이것은 원하는 물질의 흡착에 이용 가능한 증가된 표면적을 허용할 수도 있다. 담체는 메조다공성 실리카, 폴리스티렌 비드(bead), 다공성 중합체성 베드(bed) 또는 구(sphere), 산화물 지지체, 또는 임의의 다른 적합한 담체 재료를 포함할 수도 있다. 담체는 황산칼슘, 알루미나, 활성탄, 및 발연 실리카와 같은 다공성 무기 재료를 내부에 포함하는 다공성 필름을 추가로 포함할 수도 있다. 담체는 친수성 재료(303)로 코팅되거나 기능화된 고표면적 입자로서 흡착제 물품(300)의 기공(306)에 존재할 수도 있다. 친수성 재료(303)로 코팅된 담체의 조합은 흡착에 이용 가능한 표면적을 증가시킨다.
일부 실시예에서, 노드(304) 및 피브릴(305)은 흡착제 재료, 예를 들어, 일부 예에서 친수성 재료(303)일 수도 있는 흡착제 재료(24, 24')로 부분적으로 또는 완전히 코팅될 수도 있다. 노드(304) 및 피브릴(305)이 코팅되지 않은 경우, 흡착제 물품(300)의 원래 소수성이 유지될 수도 있다.
외부 층(301, 302)은 도 10a에 도시된 바와 같이 물방울 또는 응축수(311)가 흡착제 물품(300)의 친수성 내부 재료(303)를 떠나는 것을 방지할 수도 있다. 물의 배수를 촉진하기 위해, 채널(307)은 화살표(308A, 308B)로 도시된 바와 같이 응축수(311)가 외부 층(301, 302)으로부터 채널(307)을 향해 내측으로 또는 멀리 이동하도록 안내되는 방식으로 흡착제 물품(300)의 내부에 배치된다. 이 경우, 도시된 바와 같이, 채널(307)은 양면이 내부 재료(303)에 의해 둘러싸여 있지만, 일부 예에서는 채널(307)의 일 측면만이 내부 재료(303)와 접촉할 수도 있는 반면 채널(307)의 다른 측면은 외부 층(301 또는 302)에 의해 덮어지거나 대안으로서 주변 환경에 노출될 수도 있다는 점을 이해하여야 한다. 일부 예에서, 응축수(311)의 화살표(308A, 308B)로 도시된 바와 같은 이동은, 예를 들어, 외부 층(301, 302)에 내부 압력을 가하거나 양 측면으로부터 흡착제 물품(300) 내로 공기 또는 가스를 불어넣음으로써 촉진될 수도 있다. 일부 예에서, 소수성(즉, 소수성 힘)은 흡착제 물품 내부에서의 물의 이동을 촉진한다. 이러한 움직임을 촉진하기 위해 임의의 다른 적합한 능동 또는 수동 방법이 구현될 수도 있다.
채널(307)의 벽(들)(312)은 다공성 및 투수성 재료로 형성될 수도 있으며, 이것은 벽(312)을 통한 응축수(311)의 통과 및 채널(307) 내부의 응축수(311)의 수집을 촉진한다. 중력은 화살표(309)로 도시된 바와 같이 채널(307) 내부의 응축수(311)가 흡착제 물품(300) 내부에서 병진 이동하도록(예를 들어, 아래로 떨어지게) 할 수도 있으며, 이후 응축수(311)는 채널(307)의 단부에 또는 이에 근접하게, 또는 채널(307)을 따른 다른 장소에 형성된 배수 개구(310)를 통해 흡착제 물품(300)을 떠날 수도 있다. 일부 예에서, 배수 개구(310)는 흡착제 물품(300)의 바닥에 위치하며, 일부 예에서, 벽(312)은 흡착제 물품(300)의 단부 부분(313)을 지나쳐 돌출되어, 채널(307)의 일부가 단부 부분을 지나 연장되어 배수 개구(310)가 흡착제 물품(300)의 외부에 위치되도록 한다.
일부 실시예에서, 채널(307)은 벽(들)(312)의 크기와 형상에 의해 적절하게 정의된 바와 같은 실질적으로 직선형의 관형 구성을 가정한다. 일부 실시예에서, 채널(307)은 실질적으로 곡선형이거나 구부러진 구성을 가정한다. 일부 실시예에서, 채널(307)은 나선형 구성을 가정한다. 그리고 일부 실시예에서, 채널(307)은 전체 길이를 따라 일관된 단면 형상(예를 들어, 원형, 난형, 다각형 등) 또는 영역을 갖는다. 일부 실시예에서, 채널(307)은 길이를 따라 다양한 단면 형상 또는 면적을 가지며, 예를 들어, 다른 부분보다 더 넓은 특정 부분을 갖는다. 예를 들어, 채널(307)은 절두원추형 구성을 가정할 수도 있다.
본 개시의 범위를 벗어나지 않고 논의된 예시적인 실시예에 대한 다양한 수정 및 추가가 이루어질 수 있다. 예를 들어, 위에서 설명된 실시예가 특정한 특징을 언급하긴 하지만, 본 개시의 범위는 또한 설명된 모든 특징을 포함하지 않는 실시예 및 특징의 상이한 조합을 갖는 실시예를 포함한다. 따라서, 본 개시의 범위는 청구범위의 범위 내에 속하는 모든 이러한 대안, 수정 및 변화뿐만 아니라 그 등가물을 모두 포괄하도록 의도된다.

Claims (53)

  1. 물질을 흡착 및 탈착하도록 구성된 흡착제 재료를 포함하는 흡착제 영역;
    상기 흡착제 재료로부터 상기 물질을 탈착하는 탈착 매체를 수용하도록 구성된, 상기 흡착제 영역에 인접하게 위치된 탈착 매체 영역; 및
    적어도 상기 흡착제 영역과 상기 탈착 매체 영역의 사이에 위치된 선택적 장벽 층
    을 포함하는 흡착제 물품.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 일 방향으로 가요성인, 흡착제 물품.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 대략 0.5 mm 내지 1.0 cm의 총 두께를 갖는, 흡착제 물품.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡착제 영역은, 적어도 다공성 중합체와 상기 흡착제 재료로 구성된 흡착제 중합체 복합 영역인 것인, 흡착제 물품.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택적 장벽 층은 중합체를 포함하는 것인, 흡착제 물품.
  6. 제5항에 있어서, 상기 중합체는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)인 것인, 흡착제 물품.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 흡착제 영역
    을 추가로 포함하며,
    상기 흡착제 영역과 상기 제2 흡착제 영역은 상기 선택적 장벽 층의 대향 측면 상에 위치되는 것인, 흡착제 물품.
  8. 제7항에 있어서, 상기 흡착제 영역과 상기 제2 흡착제 영역은 동일한 것인, 흡착제 물품.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택적 장벽 층은 적어도 하나의 채널을 포함하는 것인, 흡착제 물품.
  10. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 채널은 상기 선택적 장벽 층의 적어도 제1 벽, 제2 벽 및 제3 벽에 의해 획정되는 것인, 흡착제 물품.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 적어도 하나의 채널은 압축될 수도 있고 확장될 수도 있는 것인, 흡착제 물품.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡착제 물품의 적어도 하나의 채널은 대체로 직사각형인 단면 프로파일을 갖는 것인, 흡착제 물품.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택적 장벽 층의 적어도 하나의 채널은, 확장된 경우 대체로 원형이며 수축된 경우 대체로 난형(ovular)인 단면 프로파일을 갖는 것인, 흡착제 물품.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 채널 각각은 확장된 경우 대략 0.5 mm 내지 2 mm의 높이를 갖는 것인, 흡착제 물품.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 채널은, 다공성 및 투수성 재료를 포함하는 적어도 하나의 채널 벽에 의해 획정되는 것인, 흡착제 물품.
  16. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 채널은, 물이 흡착제 물품 내부로부터 배수되도록 구성되는 채널의 단부 부분에 근접하게 위치한 배수 개구를 포함하는 것인, 흡착제 물품.
  17. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택적 장벽 층은 적어도 2개의 채널을 포함하는 것인, 흡착제 물품.
  18. 제17항에 있어서, 상기 적어도 2개의 채널은 상호 연결되는 것인, 흡착제 물품.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 적어도 2개의 채널은 대체로 서로 평행하게 위치되는 것인, 흡착제 물품.
  20. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택적 장벽 층은 수축 불가능하여, 상기 선택적 장벽 층은 흡착 구성과 탈착 구성의 사이에서 그 형상을 유지하는 것인, 흡착제 물품.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택적 장벽 층은 물 및 수증기에 선택적으로 불투과성인 것인, 흡착제 물품.
  22. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택적 장벽 층은 수증기에 대해 선택적으로 투과성이며 물에 대해 선택적으로 불투과성인 것인, 흡착제 물품.
  23. 적어도 하나의 흡착제 물품 및 적어도 하나의 흡착 경로를 포함하는 모듈로서,
    각각의 흡착제 물품은, 적어도 하나의 흡착제 영역, 탈착 매체 영역, 및 적어도 상기 탈착 매체 영역과 상기 흡착제 영역의 사이에 위치된 선택적 장벽 층을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 흡착 경로는 상기 흡착제 영역과 연통하는 것인 모듈.
  24. 제23항에 있어서, 상기 선택적 장벽 층은 적어도 하나의 탈착 채널을 포함하는 것인, 모듈.
  25. 제23항에 있어서, 상기 모듈은 복수의 흡착제 물품을 포함하며, 적어도 하나의 흡착 경로는 상기 복수의 흡착제 물품 각각의 사이에 형성되는 것인, 모듈.
  26. 제25항에 있어서, 상기 복수의 흡착제 물품 각각은 2개의 흡착제 영역 및 이들 2개의 흡착제 영역 사이에 끼워진 탈착 매체 영역과 선택적 장벽 층을 포함하는 것인, 모듈.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 복수의 흡착제 물품 각각은, 탈착 매체 영역이 확장 가능하며 수축 가능하도록 적어도 일 방향으로 가요성인 것인, 모듈.
  28. 흡착제 물품을 형성하기 위한 방법으로서,
    적어도 흡착제 재료로 구성된 흡착제 영역을 제공하는 단계;
    탈착 매체 영역을 제공하는 단계;
    적어도 상기 흡착제 영역과 상기 탈착 매체 영역의 사이에 선택적 장벽 층을 제공하는 단계; 및
    상기 흡착제 영역을 상기 선택적 장벽 층에 부착하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 선택적 장벽 층을 제공하는 단계는, 선택적 장벽 층이 적어도 하나의 탈착 채널을 형성하도록 상기 탈착 매체 영역을 둘러싸게 선택적 장벽 층을 제공하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  30. 제28항 또는 제29항에 있어서, 상기 선택적 장벽 층을 제공하는 단계는, 상기 흡착제 영역을 둘러싸도록 선택적 장벽 층을 제공하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  31. 제28항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    열 전도를 촉진하는 접착제 재료를 추가하는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
  32. 제28항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡착제 재료는 이온 교환 수지, 제올라이트, 활성탄, 알루미나, 금속-유기 골격체, 또는 폴리에틸렌이민(PEI)인 것인, 방법.
  33. 제28항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡착제 영역은 다공성 중합체를 추가로 포함하며, 상기 다공성 중합체는 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 팽창 폴리에틸렌인 것인, 방법.
  34. 제29항에 있어서, 상기 선택적 장벽 층은 상기 적어도 하나의 탈착 채널 각각의 경계를 이루는 가요성 중합체를 포함하는 것인, 방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 가요성 중합체는 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 폴리에틸렌인 것인, 방법.
  36. 제28항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡착제 영역을 상기 선택적 장벽 층에 부착하는 단계는, 선택적 장벽 층의 제1 측면에 흡착제 영역을 적층하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  37. 제36항에 있어서,
    적어도 흡착제 재료와 다공성 중합체로 구성된 제2 흡착제 영역을 제공하는 단계; 및
    상기 제2 흡착제 영역을 상기 선택적 장벽 층의 제2 측면에 부착하는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 제2 흡착제 영역을 상기 선택적 장벽 층의 제2 측면에 부착하는 단계는, 제2 흡착제 영역을 선택적 장벽 층의 제2 측면에 적층(laminating)하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  39. 복수의 흡착제 물품을 구비한 모듈의 사용 방법으로서,
    (a) 인접한 흡착제 물품들 사이의 공간이 흡착 경로를 형성하며 각각의 흡착제 물품은 선택적 장벽 층으로 둘러싸인 적어도 하나의 탈착 채널을 포함하도록, 서로 인접하게 위치된 상기 복수의 흡착제 물품으로 구성된 모듈을 제공하는 단계;
    (b) 공급 스트림을 모듈의 상기 흡착 경로를 통해 안내함으로써 상기 공급 스트림으로부터 이산화탄소를 흡착하는 단계로서, 흡착 경로는 확장되며 탈착 채널은 수축되는 것인, 단계; 및
    (c) 모듈의 상기 탈착 채널을 통해 탈착 매체를 안내함으로써 이산화탄소를 탈착하는 단계로서, 탈착 채널은 확장되며 흡착 경로는 수축되는 것인, 단계
    를 포함하는 방법.
  40. 제39항에 있어서, 상기 탈착 매체는 증기인 것인, 방법.
  41. 제39항 또는 제40항에 있어서, 상기 흡착하는 단계(b)는, 상기 공급 스트림을 모듈의 대체로 수평 방향의 축선을 따라 안내하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  42. 제39항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탈착하는 단계 (c)는, 모듈의 대체로 수직 방향의 축선을 따라 상기 탈착 매체를 안내하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  43. 제39항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    (d) 단계 (c)에서 탈착되는 이산화탄소를 수집하는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
  44. 제39항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탈착하는 단계 (c) 후에, 상기 흡착하는 단계 (b)를 반복하는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
  45. 모듈로서,
    복수의 흡착제 물품
    을 포함하며, 각각의 흡착제 물품은 적어도 하나의 흡착제 영역, 탈착 매체 영역, 및 선택적 장벽 층을 포함하며, 상기 선택적 장벽 층은 적어도 일 방향으로 가요성이며, 상기 선택적 장벽 층은, 흡착 구성일 때 두께가 감소하고 탈착 구성일 때 두께가 증가하는 것인, 모듈.
  46. 제45항에 있어서, 상기 선택적 장벽 층은 복수의 채널을 포함하는 것인, 모듈.
  47. 제45항 또는 제46항에 있어서, 상기 흡착제 물품은, 흡착 구성에서 총 두께가 감소하고 탈착 구성에서 총 두께가 증가하는 것인, 모듈.
  48. 제47항에 있어서, 상기 탈착 매체 영역은 흡착 구성에서 폭이 감소하고 탈착 구성에서 폭이 증가하며, 상기 흡착제 영역은 흡착 구성과 탈착 구성에서 실질적으로 동일한 두께를 갖는 것인, 모듈.
  49. 제45항 또는 제46항에 있어서, 상기 흡착제 물품은 흡착 구성과 탈착 구성에서 실질적으로 동일한 총 두께를 포함하는 것인, 모듈.
  50. 제49항에 있어서, 상기 흡착제 물품의 흡착제 영역은 흡착 구성에서 두께가 증가하고 탈착 구성에서 두께가 감소하며, 상기 탈착 매체 영역은 흡착 구성에서 두께가 감소하고 탈착 구성에서 두께가 증가하여, 상기 흡착제 물품의 총 두께가 흡착 구성과 탈착 구성에서 실질적으로 동일한 것인, 모듈.
  51. 적어도 하나의 흡착제 물품을 포함하는 고정 부피를 갖는 모듈의 사용 방법으로서,
    상기 흡착제 물품은 흡착제 영역, 탈착 매체 영역, 및 적어도 흡착제 영역과 탈착 매체 영역의 사이에 위치된 선택적 장벽 층을 구비하며,
    상기 방법은,
    (a) 공급 스트림을 상기 흡착제 물품의 흡착제 영역을 통해 안내함으로써 상기 공급 스트림으로부터 이산화탄소를 흡착하는 단계; 및
    (b) 상기 흡착제 물품의 탈착 매체 영역을 통해 탈착 매체를 안내함으로써 상기 흡착제 영역으로부터 이산화탄소를 탈착하는 단계
    를 포함하며,
    상기 흡착제 영역은 상기 탈착하는 단계보다 상기 흡착하는 단계 동안 모듈의 고정 부피를 더 많이 차지하며,
    상기 탈착 매체 영역은 상기 흡착하는 단계보다 상기 탈착하는 단계 동안 모듈의 고정 부피를 더 많이 차지하는 것인, 방법.
  52. 제51항에 있어서,
    (c) 상기 탈착하는 단계 (b) 후에 이산화탄소를 수집하는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
  53. 제52항에 있어서,
    상기 수집하는 단계 (c) 후에 상기 흡착하는 단계 (a)를 반복하는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
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