JP2014506836A - Ｃｏ２回収のための収着剤物品 - Google Patents

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Abstract

開放通路を画成する多孔質通路壁を有する基体、およびその多孔質通路壁の表面に分布した有機・無機複合収着材料を有する収着剤物品であって、収着材料が、アミノ官能化アルコキシシランおよびポリアミンに由来し、多孔質通路壁の内面にＣＯ2吸着部位を形成する収着剤物品が開示されている。その物品は、例えば、気体からＣＯ2を除去するために有用であろう。

Description

関連出願の説明
本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０１１年２月２８日に出願された米国仮特許出願第６１／４４７３４１号、および２０１１年５月１９日に出願された米国特許出願第１３／１１１３６０号の優先権の恩恵を主張するものである。
本開示は、概して、官能化アルコキシシランおよびポリアミンに由来する有機・無機収着材料を含む収着剤物品に関する。その収着剤物品は、例えば、ガス流からＣＯ2を除去するのに有用であろう。
石炭ガス化、バイオマスガス化、炭化水素の水蒸気改質、天然ガスの部分酸化、および類似のプロセスなどの多くの工業プロセスにより、例えば、ＣＯ2を含むガス流が生成される。
そのようなＣＯ2は温室効果を引き起こすという重大な懸念がある。したがって、それらの混合ガスからＣＯ2を除去するまたは捕捉することが望ましい。
開放通路を画成する多孔質通路壁を有する基体、およびその多孔質通路壁の表面に分布した有機・無機収着材料を含む、気体からＣＯ2を除去するための収着剤物品であって、収着材料が、アミノ官能化アルコキシシランおよびシリル化ポリアミンに由来するものであり、１０ｇ／ｌ以上の量で存在し、収着材料の少なくともいくらかが、多孔質通路壁内に存在し、多孔質通路壁の内部にＣＯ2収着部位を形成している、収着剤物品が、ここに開示されている。
開放通路を画成する多孔質通路壁を有する基体、およびその多孔質通路壁の表面に分布した有機・無機収着材料を含む、気体からＣＯ2を除去するための収着剤物品であって、収着材料が、エポキシド官能化アルコキシシランおよびポリアミンに由来するものであり、１０ｇ／ｌ以上の量で存在し、収着材料の少なくともいくらかが、多孔質通路壁内に存在し、多孔質通路壁の内部にＣＯ2収着部位を形成している、収着剤物品も、ここに開示されている。
流体からＣＯ2を除去する方法であって、上述した収着剤物品を、ＣＯ2を含む流体流と接触させる工程を有してなる方法も開示されている。この方法は、収着したＣＯ2の少なくとも一部を収着剤物品から放出させる工程をさらに含んでもよい。
態様（１）において、本開示は、開放通路を画成する多孔質通路壁を備えた基体、およびその多孔質通路壁の表面に分布した有機・無機複合収着材料を含む、気体からＣＯ2を除去するための収着剤物品であって、収着材料が、アミノ官能化アルコキシシランおよびシリル化ポリアミンに由来するものであり、１０ｇ／ｌ以上の量で存在し、収着材料の少なくともいくらかが、多孔質通路壁内に存在し、多孔質通路壁の内部にＣＯ2収着部位を形成している、収着剤物品を提供する。態様（２）において、本開示は、収着材料がＳＰＥＩ−シリカ材料を含む、態様１の物品を提供する。態様（３）において、本開示は、基体がハニカム形状である、態様１または２の物品を提供する。態様（４）において、本開示は、通路壁の気孔率が６０％超である、態様１〜３いずれか１つの物品を提供する。態様（５）において、収着材料は、ある温度でＣＯ2を捕捉することができ、それより高い温度でＣＯ2を放出することができる、態様１〜４いずれか１つの物品を提供する。
態様（６）において、本開示は、開放通路を画成する多孔質通路壁を備えた基体、およびその多孔質通路壁の表面に分布した有機・無機複合収着材料を含む、気体からＣＯ2を除去するための収着剤物品であって、収着材料が、エポキシド官能化アルコキシシランおよびポリアミンに由来するものであり、１０ｇ／ｌ以上の量で存在し、収着材料の少なくともいくらかが、多孔質通路壁内に存在し、多孔質通路壁の内部にＣＯ2収着部位を形成し、収着材料は、ある温度でＣＯ2を捕捉することができ、それより高い温度でＣＯ2を放出することができる、収着剤物品を提供する。態様（７）において、本開示は、ポリアミンがシリル化ポリアミンである、態様６の物品を提供する。態様（８）において、本開示は、ポリアミンが非シリル化ポリアミンである、態様６の物品を提供する。態様（９）において、本開示は、収着材料が、アミノ官能化アルコキシシランの存在下で、エポキシド官能化アルコキシシランおよび非シリル化ポリアミンに由来する、態様８の物品を提供する。態様（１０）において、本開示は、収着材料がＳＰＥＩ−シリカ材料を含む、態様６の物品を提供する。態様（１１）において、本開示は、基体がハニカム形状である、態様６〜１０いずれか１つの物品を提供する。態様（１２）において、本開示は、通路壁の気孔率が６０％超である、態様６〜１０いずれか１つの物品を提供する。
態様（１３）において、本開示は、流体からＣＯ2を除去する方法であって、態様１または６の物品を、ＣＯ2を含む流体流と接触させる工程を有してなる方法を提供する。態様（１４）において、本開示は、収着したＣＯ2の少なくとも一部を前記物品から放出させる工程をさらに含む、態様１３の方法を提供する。態様（１５）において、本開示は、ハニカム形状体に成形された、有機・無機複合収着材料を含む物品を提供する。態様（１６）において、本開示は、液体中に分散した有機・無機複合収着材料を含む物品を提供する。
追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者には容易に明白となるか、または記載された説明およびその特許請求の範囲、並びに添付図面に示されたように実施の形態を実施することにより認識されるであろう。
先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、単なる例示であり、特許請求の範囲の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供することが意図されているのが理解されよう。
添付図面は、さらに理解するために含まれ、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、１つ以上の実施の形態を図解しており、上記記載と共に、様々な実施の形態の原理および動作を説明する働きをする。
有機・無機複合収着剤の実施の形態の説明図 ここに開示された実施の形態によるＣＯ2の吸着と脱着を示すグラフ ここに開示された実施の形態によるＣＯ2の吸着と脱着を示すグラフ ここに開示された実施の形態によるＣＯ2の脱着ピークを示すグラフ
開放通路を画成する多孔質通路壁を備えた基体、およびその多孔質通路壁の表面に分布した有機・無機複合収着材料を含む収着剤物品であって、収着材料が、アミノ官能化アルコキシシランおよびシリル化ポリアミンに由来するものであり、１０ｇ／ｌ以上の量で存在し、収着材料の少なくともいくらかが、多孔質通路壁内に存在し、多孔質通路壁の内部にＣＯ2収着部位を形成している、収着剤物品が、ここに開示されている。開放通路を画成する多孔質通路壁を備えた基体、およびその多孔質通路壁の表面に分布した有機・無機収着材料を含む、気体からＣＯ2を除去するための収着剤物品であって、収着材料が、エポキシド官能化アルコキシシランおよびポリアミンに由来するものであり、１０ｇ／ｌ以上の量で存在し、収着材料の少なくともいくらかが、多孔質通路壁内に存在し、多孔質通路壁の内部にＣＯ2収着部位を形成している、収着剤物品も、ここに開示されている。開示された収着剤物品は、例えば、気体からＣＯ2を除去するのに有用であろう。
実施の形態において、有機・無機複合収着剤はシリル化ポリアミンである。有機・無機複合収着剤は、それ自体をＣＯ2などの気体を収着するために用いられるようにするアミノ官能基を含んでよい。有機・無機複合収着剤の実施の形態は、無機部分が有機ポリマーに結合している、シリル化ポリアミンポリマーの網目構造を有する。その結果は、均一な充填密度および混合ガスからＣＯ2を効果的に捕捉できる微細構造均一性を有する有機・無機複合収着剤である。
シリル化ポリアミンを含むゾルは、ゾルゲルプロセスによるシラン部分の重合によって、均一な密度および微細構造均一性を有する収着剤を形成するのに役立ち、一方で、アミノ部分は、ＣＯ2を捕捉するための官能基を提供する。実施の形態において、ここに開示された方法は、有機・無機複合収着剤を製造するための、効率的かつ対費用効果的プロセスを提供する。
前記ゾルゲルプロセスは、当該技術分野において周知の湿式化学技法である。このプロセスは、繋がった網目構造の前駆体として働く化学溶液または懸濁液である「ゾル」、または網目構造ポリマーの「ゲル」で始まる。このゾルは、モノマー単位（すなわち、シリル化ポリアミン）を有するものであり、溶液中に、またはマイクロメートル未満の粒子の懸濁液として、最終的なゲルの他の所望の成分を有してもよい。このゾルゲルプロセスは、重縮合がゾルにおいて始まり、ゲル点まで進行する動的プロセスである。ゲル点では、重合は、注ぐことができないほど大規模である。ゾルは、ゲル点の前に流されるか、または堆積され、ゾルが流されたまたは堆積された後、特に、乾燥し始め、ゾルが濃縮された後、重縮合はゲル点まで継続する。重縮合がゲル点を越えて継続し、より堅いゲルを形成してもよい。
いくつかの実施の形態において、ゾルは、シリル化ポリアミンを水性溶媒に加えることにより調製される。このシリル化ポリアミンは、ポリアミン内のどこかに結合したシランまたはアルコキシシランを少なくとも１つ有するポリアミンであってよい。ポリアミンは、ホモポリマーであっても、ヘテロポリマーであってもよい。ヘテロポリマーは、異なるアミン単位を有しても、アミノと、ポリ（アミノアルコール）などの他の部分との組合せを有してもよい。ゾルにおいて、シリル化ポリアミンのシラン部分は、加水分解を経て、ある程度または完全にヒドロキシル化される。シラン部分がアルコキシシランである場合、アルコキシ基は、ヒドロキシ部分により置換されてもよい。１つの例示の実施の形態において、シラン部分はトリアルコキシシランであり、加水分解により、トリアルコキシシランのアルキルオキシ基の少なくとも１つがヒドロキシル基により置換される。次いで、ヒドロキシル基は、重縮合反応により、別のヒドロキシル部分または第２のシリル化ポリアミンのアルコキシ部分のいずれかと反応し得る。その反応が継続しつつ、シリカ粒子／コア１４が形成され（図１参照）、ポリマー網目構造および最終的にゲルが形成される。シリカコア１４は、ポリアミン１２と共に、有機・無機複合収着剤１０を形成する。
１つの実施の形態において、有機・無機複合収着剤を製造する方法が提供される。この方法は、少なくとも１つのシリル化ポリアミンおよび水性溶媒を含むゾルを調製し、表面上にゾルを流し、ゾルを乾燥させて、有機・無機複合収着剤を形成する各工程を含んでよい。シリル化ポリアミンは、シリカコアの前駆体、並びにアミノ部分がＣＯ2を収着するところである官能性ポリマーの両方として機能してもよい。シリル化ポリアミンは、以下に限られないが、シリル化ポリエチレンイミン（ＳＰＥＩｍ）、シリル化ポリビニルピリジン、シリル化ポリジメチルアミノエチルメタクリレート、シリル化ポリビニルアミン、シリル化ポリアリルアミン（ＰＡＡｍ）またはその組合せであってよい。説明のための実施の形態において、シリル化ポリアミンは、シリル化ポリエチレンイミンである、トリメトキシシリルプロピル修飾ポリエチレンイミンである。ゾルは、約５質量％から約４０質量％（またはそれより多い）のシリル化ポリアミンを含んでもよい。実施の形態において、ゾルは、約１０質量％から約２０質量％のシリル化ポリアミンを含んでもよい。シリル化ポリアミンの濃度は、ゾルが、基体上に流されるまたは堆積される前にゲル化し始めないようなものであってよいことが、ゾル溶液の製造においてよく知られている。ゾルの作業時間は、使用されているシリル化ポリアミン並びに濃度と温度に依存する。当業者は、必要以上の実験を行わずに、ゾルからゲルを形成するための最良の濃度を決定することができるであろう。
同様に、水性溶媒の選択は、ゾルを構成するシリル化ポリアミンに依存するであろう。非限定的例として、ＳＰＥＩｍが水性イソプロパノール中にあってよい。水性溶媒は、所望のシリル化ポリアミンの溶解度特性に基づいて選択してよい。水性溶媒の他の例は、単独、または水との組合せのいずれかで、メタノールおよびエタノールなどの短いアルキル鎖のアルコールであってよい。
いくつかの実施の形態において、シリル化ポリアミンは、ゾルおよびその後の有機・無機複合収着剤を調製する前に、その場でのシリル化プロセスにより調製される。そのポリアミンは、シラン、例えば、グリシジルプロピルトリメトキシシラン（ＧＰＴＭＯＳ）との反応により、水性系においてその場でシリル化してもよい。いくつかの実施の形態において、複数のシランを使用してもよい。その場のシリル化に適したポリアミンの例としては、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、およびポリビニルアミンが挙げられる。
ゾルは、表面に流されても（例えば、浸漬被覆または回転塗布により）、成形体に形成しても、粉末、小球、またはナノスフェアを合成するために使用しても差し支えない。１つの実施の形態において、ゾルは、基体上に流されて、有機・無機複合収着剤物品を製造する。基体は、以下に限られないが、セラミック製ハニカム基体であってよい。別の実施の形態において、ゾルは、成形体、例えば、ハニカム基体に成形される。さらに別の実施の形態において、乾燥ゾルを使用して、粉末収着剤を得る。
ゾルが一旦、所望の表面および／または基体上に流されたら、ゾルおよび／またはその後に生じるゲルを乾燥させて、残留液体（溶媒）を除去してもよい。上述したように、ゾルゲルプロセスは、動的プロセスであり、ゾルの乾燥は、ゲル点の始まりを早めるであろう。
実施の形態において、ゾル、およびその後の有機・無機複合収着剤は、少なくとも１種類の親水性ポリマーをさらに有してよい。ゾルは、親水性ポリマーがアルコール系ポリマーまたはアミノ官能化アルコールポリマーである場合、約５質量％から約２５質量％の親水性ポリマーを有してよい。アルコール系ポリマーの非限定的例は、ポリ（ビニルアルコール）（ＰＶＡ）またはポリ（アリルアルコール）（ＰＡＡ）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）（ＰＨＥＭａ）もしくはそれらの組合せであってよい。アミノ官能化アルコールポリマーは、ポリ（ビニルアルコール−ｃｏ−ビニルアミン）（ＰＶＡＡｍ）、ポリ（ビニルアルコール−ｃｏ−アリルアミン）（ＰＶＡＡＡｍ）、ポリ（アミノプロピルメタクリルアミド−ｃｏ−ヒドロキシエチルメタクリレート）（ＰＡＰＭａ−ｃｏ−ＭＨＭａ）またはそれらの組合せであってよい。親水性ポリマーは、形成されるときにゲル全体に、その後、有機・無機複合組成物膜全体に分布してよい。親水性ポリマーは、イオン結合、水素結合またはファンデルワールス力により、シリル化ポリアミンと相互作用してよい。しかしながら、親水性ポリマーがシリル化ポリアミンと相互作用する必要はない。必要に応じて、親水性ポリマーを、化学的に、放射線または紫外線により、もしくは熱的に、ポリアミンに架橋させてもよい。親水性ポリマーは、ゾルにおいて、またはゲルが形成された後に、架橋させてもよい。親水性ポリマーがアミノ官能化アルコールポリマーである場合、ＣＯ2を収着するための追加のアミン官能基を提供するであろう。
実施の形態において、ゾルは、およびその後の有機・無機複合収着剤も、少なくとも１つのアルコキシシランを有してもよい。説明のための実施の形態において、アルコキシシランは、以下に限られないが、アミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＥＯＳ）、（３−トリメトキシシリルプロピル）ジエチレントリアミン（ＴＭＳＰＤＥＴＡ）、グリシジルプロピルトリメトキシシラン（ＧＰＴＭＯＳ）、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノイソブチルメチルジエトキシシラン、またはそれらの組合せなどのアミン官能化アルコキシシランであってよい。アミン官能化アルコキシシランは、シリル化ポリアミンについて上述したようなシリカコアの形成によって、アミノ官能化シリカ粒子を形成することができる。アルコキシシランは、シリル化ポリアミンと共に、両方の化合物を有する異種シリカコアを形成してもよい。いくつかの実施の形態において、非アミノ官能化シラン／シロキサンを使用してもよく、例えば、エポキシド官能化アルコキシシランを使用してもよい。
有機・無機複合収着剤の溶液を基体に塗布することなどの適切な技法を使用して、有機・無機複合収着剤を基体上に堆積させてもよい。例として、有機・無機複合収着剤は、有機・無機複合収着剤を含む溶液中に基体を浸漬することにより、有機・無機複合収着剤を含む溶液を基体上に注ぐことにより、または有機・無機複合収着剤を含む溶液を基体に吹き付けることにより、施すことができる。
フロースルー型基体上に形成された有機・無機複合収着剤の最終的な量は、基体により保持される有機・無機複合収着剤の量に依存する。基体により保持される有機・無機複合収着剤の量は、例えば、基体を有機・無機複合収着剤と複数回接触させ、接触工程の間に基体を乾燥させることによって、増加させることができる。その上、基体により保持される有機・無機複合収着剤の量は、基体の全気孔率を単に変える（例えば、気孔率を増加させると、基体により保持される有機・無機複合収着剤の量が増加する）ことによって、調節できる。いくつかの実施の形態において、フロースルー型基体上に堆積される有機・無機複合収着剤の量により、収着剤の添加量が１０ｇ／ｌ超に、収着剤の添加量が２５ｇ／ｌ超に、収着剤の添加量が５０ｇ／ｌ超に、収着剤の添加量が７５ｇ／ｌ超に、収着剤の添加量が１００ｇ／ｌ超に、収着剤の添加量が２００ｇ／ｌ超に、収着剤の添加量が３００ｇ／ｌ超に、収着剤の添加量が４００ｇ／ｌ超に、または収着剤の添加量が５００ｇ／ｌ超になる。
いくつかの実施の形態において、有機・無機複合収着剤、基体の多孔質通路壁の表面上に分布している。例えば、有機・無機複合収着剤は、多孔質通路壁の露出表面の全てにまたはその一部に分布していてよい。多孔質通路壁が多孔質通路壁全体に亘り細孔径と多孔質網目構造の組合せを含む実施の形態において、有機・無機複合収着剤は、基体の多孔質通路壁に任意の程度に含浸していてよい。いくつかの実施の形態において、有機・無機複合収着剤は、基体の多孔質通路壁の表面および任意の外面に分布している。いくつかの実施の形態において、有機・無機複合収着剤は、基体の表面の全てまたは一部を覆う、一体となった連続被覆の形態にある。他の実施の形態において、有機・無機複合収着剤は、割れ目、ピンホール、または他の不連続を含む。いくつかの実施の形態において、有機・無機複合収着剤は、粒子形態で、多孔質通路壁の表面上に分布している。実施の形態において、有機・無機複合収着剤による細孔の閉塞は最小である。
いくつかの実施の形態において、有機・無機複合収着剤の少なくとも一部は、フロースルー型基体の少なくとも一部に化学結合している。それゆえ、これらの実施の形態において、有機・無機複合収着剤のいくらかまたは全ては、フロースルー型基体のいくらかまたは全てに化学結合していて差し支えない。
いくつかの実施の形態において、有機・無機複合収着剤の少なくとも一部は、フロースルー型基体の少なくとも一部に機械的に結合している。それゆえ、これらの実施の形態において、有機・無機複合収着剤のいくらかまたは全ては、フロースルー型基体のいくらかまたは全てに機械的に結合していて差し支えない。
いくつかの実施の形態において、基体は、ガラス、ガラスセラミック、セラミック、またはそれらの組合せから構成される。いくつかの例示の基体材料としては、コージエライト、ムライト、粘土、マグネシア、金属酸化物、タルク、ジルコン、ジルコニア、ジルコン酸塩、ジルコニア・スピネル、スピネル、ゼオライト、アルミナ、アルミナ・チタン酸塩、チタニア、アルミノケイ酸塩、シリカ、ケイ酸塩、マグネシウムアルミノケイ酸塩、ホウ化物、長石、溶融シリカ、窒化物、炭化物、窒化ケイ素、金属硫酸塩、金属炭酸塩、金属リン酸塩、またはこれらの組合せが挙げられる。
いくつかの実施の形態において、基体の多孔質通路壁は、６０％超、６５％超、７０％超、または７５％超の表面気孔率を有する。いくつかの実施の形態において、基体の多孔質壁は、１００ｍ2／ｇ以上、１５０ｍ2／ｇ以上、２００ｍ2／ｇ以上、または２５０ｍ2／ｇ以上の表面積を有する。いくつかの実施の形態において、多孔質通路壁は、１０マイクロメートル超、２５マイクロメートル超、５０マイクロメートル超、７５マイクロメートル超、１００マイクロメートル超、１２５マイクロメートル超、１５０マイクロメートル超、２００マイクロメートル超、５００マイクロメートル超の細孔径、またはそれらの組合せを有する。いくつかの実施の形態において、高い気孔率および大きい細孔径の組合せにより、収着材料の添加量を多くする、例えば、多孔質通路壁の細孔構造内の収着材料が堆積する量を多くすることができる。
いくつかの実施の形態において、基体は、入口端、出口端、および入口端から出口端まで延在する開放通路（セルとも称される）を含むハニカム構造を有する。いくつかの実施の形態において、ハニカムは、入口端から出口端まで延在する多数の通路を含み、その通路は、交差する通路壁により画成されている。
基体は適切な技法を使用して製造してよく、例えば、基体は押出しにより製造してよい。
ここに記載された実施の形態のいずれを含む、開示された収着剤物品は、例えば、気体との接触により、気体からＣＯ2を除去するのに使用してよい。例えば、ガス流を、有機・無機複合収着剤がその上に分布した基体の開放通路に、入口端から出口端まで通過させてよい。
「収着する」、「収着」および「収着した」という用語は、物理的、化学的のいずれか、または物理的と化学的の両方で、収着剤物品上のＣＯ2の吸着、収着、または他の取込みを称する。
いくつかの実施の形態において、ＣＯ2収着は、３０℃まで、４０℃まで、５０℃まで、６０℃まで、または７０℃までの温度で行われる。
気体からのＣＯ2の除去は、有機・無機複合収着剤物品からＣＯ2を放出する工程をさらに含んでもよい。例えば、収着したＣＯ2の少なくとも一部は、収着したＣＯ2をその上に有する物品を提供し、その物品を、ＣＯ2の脱着温度より高い温度に加熱することによって、収着剤物品から脱着される。収着したＣＯ2の脱着は、収着剤物品の再生とも称される。収着剤物品は、適切な方法を使用して加熱してよい。例えば、１つの実施の形態において、収着剤物品は、窒素などの高温の不活性ガスの流れによって、加熱してよい。
ＣＯ2を脱着するのに十分な温度は、一部には、存在するＣＯ2の量に依存する。１つの実施の形態において、十分な温度は、例えば、１００℃、１５０℃、１８０℃、または２００℃の温度を含む、５０℃から３００℃の範囲の温度で物品を加熱することを含み得る。別の実施の形態において、この十分な加熱温度は、例えば、９０℃から２００℃、または９０℃から１８０℃の範囲を含む、これらの値から導かれる範囲であって差し支えない。
いくつかの実施の形態において、収着剤物品は、ＣＯ2の収着と脱着の複数回のサイクルが可能である。例えば、収着剤物品を、気体からのＣＯ2の除去に使用し、再生して、収着したＣＯ2を除去し、次いで、この物品を、気体からのＣＯ2の除去に再び使用することができる。いくつかの実施の形態において、収着剤物品は、２回以上、５回以上、１０回以上、５０回以上、または１００回以上のサイクルのＣＯ2の収着と脱着が可能であろう。
様々な実施の形態を、以下の実施例によりさらに明白にする。
実施例１〜３
バイアル内に、ある量の化学物質を装填し、次いで、ある量の水を加え、これを十分に混合した。例えば、５．０ｇのＡＰＴＥＯＳおよび５．０ｇの水を十分に混合し、５０％の水溶液を得た。これらの溶液を、表１に示されるように調製した。
Figure 2014506836
実施例１〜３について、基体としてグラスウール紙を使用した。この基体（収着剤を施す前に、その質量を測定した）を１０〜１５秒間に亘り溶液中に浸漬し、次いで、数時間から一晩に亘り室温で乾燥させた（再び質量を測定した）。質量増加（水分を含む固体の収着剤の百分率）は、質量差により得た（質量増加のパーセントは、試験サンプルについて約６５％であった）。
得られたサンプルについてＣＯ2を捕捉する能力は、少量の背圧で保湿ＣＯ2雰囲気内で測定した。最初のサイクルについての、収着Ａ、脱着Ｂおよび推定水分Ｃの結果が、表２に列挙されており、図２にプロットされている。
Figure 2014506836
収着は、ＣＯ2源としてドライアイスを使用して、わずかな背圧で３０〜４５分間に亘り室温で得た。ＣＯ2ガスを水浴に通して水分を得た。対照試験を同じ条件下で加湿空気雰囲気（Ｎ2およびＯ2の両方を含有する）内で行った。試験の直前に、試験サンプル（朝まで室温で乾燥させた）を、１５分間に亘り１００℃で強制空気を流したオーブン内でさらに乾燥させた。
脱着は、強制空気を流したオーブン内で１５分間に亘り１００℃で行った。
水分は、収着と脱着のデータに含まれており、収着と推定水分との間の差を用いて、捕捉したＣＯ2を推定し、脱着と推定水分との間の差を用いて、放出されたＣＯ2を推定する。水分は、３つの様式で推定した：１）サンプルを試験する前の、室温で乾燥させた後のサンプルの質量（一晩の乾燥）と、オーブン乾燥させた後のサンプルの質量（強制空気による１５分間の１００℃）との間の差；２）１５分間に亘り１００℃でＣＯ2を放出したばかりの質量と、サンプルを室温で朝までフード内に配置した後に得られた質量との差；および３）対照試験からの質量差−１５分間に亘り１００℃で乾燥させた後の質量と、対照試験後（ＣＯ2を置換するために空気を使用したことを除いて、ＣＯ2捕捉試験と同じ条件による）に、一晩室温で乾燥させた質量との間の差。
最初のサイクルで試験した３つのサンプルを、第２のサイクルについて試験し、収着Ａ、脱着Ｂ、および推定水分Ｃが、図３にプロットされている。
熱安定性および酸化防止剤性能を、サンプルを強制空気による１００℃のオーブン内で加熱することによる変色によって評価した。最も早い時間で変色した（無色から淡褐色および濃褐色まで）サンプルを、熱安定性および酸化防止剤性能が不十分であると考えた。
アミノ官能化シリカ粒子（ＡＰＴＥＯＳからの）は、熱試験による良好な熱安定性および酸化防止剤性能を有するが、アミノ基の量が比較的少ないために、最低の収着能力を示す。シリカ結合ＰＥＩは、良好なＣＯ2捕捉能力を有するが、熱安定性および酸化防止剤が望ましくない。ＡＰＴＥＯＳ／ＳＰＥＩに由来するシリカ／ＰＥＩ複合体は、２つの材料の利点を併せ持ち、シリカ結合ＰＥＩに近いＣＯ2捕捉能力、およびアミノ官能化シリカに近い熱安定性および酸化防止剤を示す。
実施例４
上述したように調製したシリカ／ＰＥＩ複合収着剤溶液を高気孔率ハニカム基体上に分布させた。基体上の固体収着材料の量は約１０質量パーセントであった。サンプルのＣＯ2捕捉能力は、９．２％のＣＯ2、５．５％のＨ2Ｏ、および残りの量のＮ2を含むガス流を使用して試験した。吸着は室温で試験した。１０分間から２０分間の異なる吸着時間の４サイクルを測定した。Ｈ2Ｏの吸着ピークは検出されなかったが、Ｈ2Ｏの脱着曲線が１００℃未満の温度で観察された。４サイクルに亘り、ＣＯ2捕捉能力は安定であった。ＣＯ2の吸着は３分以内に生じる。吸着中にサンプルの温度の上昇が観察された。このサンプルのＣＯ2捕捉効率は約３５％であった。
次いで、サンプルを１２０℃に加熱して、ＣＯ2を脱着させた。図４に示されるように、２つの脱着ピークが観察された。約３８℃から４０℃の１つのピークは、物理吸着されたＣＯ2を表す。約１０８℃の第２のピークは化学吸着されたＣＯ2を表す。物理吸着されたＣＯ2の化学吸着されたＣＯ2に対する量の比率は約６：１である。
別記しない限り、ここの述べたどの方法も、工程を特定の順序で行うことを要求しているとみなすことは決して意図していない。したがって、方法の請求項が、その工程が従うべき順序を実際に列挙していない場合、または工程が特定の順序に制限されるべきであると請求項または説明に他の様式で具体的に述べられていない場合、どのような特定の順序も推測されることは決して意図されていない。
本発明の精神または範囲から逸脱せずに、様々な改変および変更を行えることが当業者には明白であろう。本発明の精神および実体を含む開示の実施の形態の改変、組合せ、下位の組合せおよび変更が当業者に想起されるであろうから、本発明は、付随の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内に全てを含むものとみなすべきである。

Claims (5)

  1. 気体からＣＯ2を除去するための収着剤物品であって、
    開放通路を画成する多孔質通路壁を備えた基体、および
    前記多孔質通路壁の表面に分布した有機・無機複合収着材料、
    を含み、
    前記収着材料が、アミノ官能化アルコキシシランおよびシリル化ポリアミンに由来するものであり、
    前記収着材料が、１０ｇ／ｌ以上の量で存在し、
    前記収着材料の少なくともいくらかが、前記多孔質通路壁内に存在し、該多孔質通路壁の内部にＣＯ2収着部位を形成している、
    収着剤物品。
  2. 前記収着材料がＳＰＥＩ−シリカ材料を含む、請求項１記載の物品。
  3. 前記基体がハニカム形状である、請求項１または２記載の物品。
  4. 前記多孔質通路壁の気孔率が６０％超である、請求項１から３いずれか１項記載の物品。
  5. 前記収着材料が、ある温度でＣＯ2を捕捉することができ、それより高い温度でＣＯ2を放出することができる、請求項１から４いずれか１項記載の物品。
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