吸附剂组合物、吸附剂制品、制备吸附剂制品的方法和使用吸附剂制品俘获目标气体的方法
【专利说明】吸附剂组合物、吸附剂制品、制备吸附剂制品的方法和使用 吸附剂制品俘获目标气体的方法
[0001] 本申请根据35U.S.C. § 120,要求2013年4月23日提交的美国申请序列第 13/868332号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。 【背景技术】 技术领域
[0002] 本说明书一般地涉及用于从气流俘获或分离目标气体的吸附剂组合物，更具体 地，涉及吸附剂组合物、吸附剂制品、用于制备吸附剂制品的方法，以及使用吸附剂制品来 俘获目标气体的方法。
[0003]技术背景
[0004] 工业工艺通常产生酸性气体作为废物或副产物。许多此类酸性气体是污染物或者 具有严重的环境影响。例如，二氧化碳（C02)被认为是全球变暖的一个主要来源，因为相信 其对于温室效应具有强烈的贡献。其他气体，例如H2S、N〇JPSOx，可能是有毒的或者可能造 成环境问题，例如酸雨。此外，酸性气体是天然腐蚀性的，并且可能对用于工业工艺过程中 传输气体的管道和其他设备造成负面影响。产生酸性气体的工业工艺的例子包括煤气化、 生物质气化、烃类的蒸汽重整以及天然气的部分氧化或分离。对于这些工艺中的每一种，都 希望去除（净化）或俘获酸性气体。例如，当在天然气加工过程中俘获〇) 2时，不仅仅是C02 不再变成污染物或者不再造成全球变暖，其还可销售用于其他工业，例如饮料工业、油回收 工业和其他绿色能源系统，例如藻类固定。
[0005] 因此，对于改进的吸附剂组合物、吸附剂制品、用于制备吸附剂制品的方法，以及 使用吸附剂制品来俘获目标气体的方法，存在持续的需求。
【发明内容】
[0006]根据各个实施方式，用于从气流俘获或分离目标气体的制品可包括浸渍或涂覆了 吸附剂组合物的多孔基材。吸附剂组合物可包括聚胺以及与聚胺化学键合的共存聚合物。 共存聚合物可包括聚氨酯、聚烯烃-丙烯酸共聚物，或其组合。
[0007]根据其他实施方式，用于从气流俘获或分离目标气体的制品的制备方法可包括向 第一多孔基材施加水性溶液。水性溶液可包括聚胺和共存聚合物。共存聚合物可包括聚氨 酯、聚烯烃-丙烯酸共聚物，或其组合。用于制备制品的方法还可包括对其上具有水性溶液 的第一多孔基材进行干燥，以形成浸渍到第一多孔基材中或涂覆到第一多孔基材上的吸附 剂组合物。吸附剂组合物可以是聚胺和共存聚合物的反应产物。
[0008] 根据其他实施方式，用于从气流俘获或分离目标气体的方法可包括使得气流流动 通过制品的多孔基材。多孔基材可以用包含聚胺和共存聚合物的吸附剂组合物进行浸渍或 涂覆。共存聚合物可包括聚氨酯、聚烯烃-丙烯酸共聚物，或其组合。
[0009] 在以下的详细描述中提出了本文中描述的实施方式的其他特征和优点，其中的部 分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以 下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。
[0010] 应理解的是，前面的一般性描述和以下的详细描述介绍了各种实施方式，用来提 供理解要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方 式的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说 明了本文所述的各种实施方式，并与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。 【附图说明】
[0011] 图1A是根据本文所述的一些实施方式，用于对从流动通过制品的气流俘获或分 离目标气体的制品的平面图；
[0012] 图1B是图1A的制品的非机织纤维结构的放大图；
[0013] 图2A是根据一些实施方式的吸附剂组合物的键合的示意图，其中，共存聚合物与 多孔基材以及聚乙烯亚胺的仲氨基团键合；
[0014] 图2B是根据一些实施方式的吸附剂组合物的键合的示意图，其中，共存聚合物与 多孔基材以及聚乙烯亚胺的伯氨基团键合；
[0015] 图3A是根据本文所述的示意性实施方式的示例性管状吸附剂制品的正平面视 图；
[0016]图3B是图3A的示例性管状吸附剂制品的横截面图；
[0017] 图4是根据本文的示意性实施方式的吸附剂制品的二氧化碳吸附与时间的关系 图，所述吸附剂制品具有负载了聚乙烯亚胺和乙烯与丙烯酸铵盐的共聚物的多孔基材；以 及
[0018] 图5是吸附剂制品的二氧化碳吸附与时间的关系图，所述吸附剂制品具有仅负载 了聚乙烯亚胺的多孔基材，其制备作为与图4的数据的对比基准。 【具体实施方式】
[0019] 下面将详细参考用于从气流俘获或分离目标气体的制品的实施方式。在附图中所 示是制品的示例性实施方式。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同 或类似的部分。参见图1A，用于从气流俘获或分离目标气体的制品10可包括浸渍了吸附剂 组合物的多孔基材15。吸附剂组合物可包括聚胺以及与聚胺化学键合的共存聚合物。共 存聚合物可包括聚氨酯、聚烯烃-丙烯酸共聚物，或其组合。下面将更详细地描述制品的组 分。下面将描述制备制品的方法以及采用制品从气流俘获或分离目标气体的方法。
[0020] 用于从气流俘获或分离目前气体的制品可包括多孔基材。多孔基材可以是与下文 所述的吸附剂组合物化学相容的任意类型的基材，可以通过诸如涂覆或浸渍之类的方法向 其上施加吸附剂组合物。在图1A中所示是制品10的一个示例性实施方式，其中，多孔基材 15是片材或垫子。片材或垫子可以由非机织材料（例如非机织织物）或机织材料形成。例 如，片材或垫子可以是非机织纤维素材料，例如纸或纱织品。又例如，片材或垫子可以由聚 合物（例如聚丙烯）的非机织纤维织造。又例如，片材或垫子可以包括复写纸或含有活性 炭纤维的织物或布料。
[0021] 虽然图1A的多孔基材15是具有矩形形状的片材或垫子，但是应理解的是，其他形 状也是可以的，这取决于例如多孔基材15在用于去除目标气体的系统中是如何配置的。如 图1B所示是多孔基材1A的放大部分（不成比例）。当多孔基材15是片材或垫子时，多孔 基材15可以具有纤维20的机织或非机织网络，其限定了通过多孔基材15的孔30。在其他 实施方式中，多孔基材可以是多孔陶瓷材料，例如具有通道的蜂窝体整料，所述通道限定了 从蜂窝体整料的相对端通过。在此类实施方式中，蜂窝体整料可以由与吸附剂组合物化学 相容的任意类型材料制造，并且可以通过诸如涂覆或浸渍之类的方法向其上施加吸附剂组 合物。
[0022] 用于从气流俘获或分离目标气体的制品的多孔基材可浸渍或涂覆了吸附剂组合 物。为此，吸附剂组合物可以被多孔基材物理支撑或者与多孔基材化学键合。例如，吸附剂 组合物可以布置在多孔基材的孔内，并且被夹在限定了孔的材料或纤维之间或者被它们保 持在原位。又例如，吸附剂组合物可以基本布置在多孔基材的表面上作为涂层，所述涂层可 延伸进入多孔基材的孔中。在一些实施方式中，吸附剂组合物可以与多孔基材化学键合。吸 附剂组合物可以包含化学官能团，其与多孔基材的材料或纤维的官能团形成共价键。例如， 多孔基材可以包括表面羟基，吸附剂组合物的部分能够与其结合。吸附剂组合物可以如下 方式布置在多孔基材上或多孔基材中，使得当气流在多孔基材上流过或者流动通过多孔基 材时，气流与吸附剂组合物接触，并且目标气体能够被吸附到吸附剂组合物上。
[0023] 浸渍到从气流俘获或分离目标气体的制品的多孔基材中或者涂覆到其上的吸附 剂组合物可包括聚胺和共存聚合物。共存聚合物可以与聚胺化学键合。聚胺与共存聚合物 的重量比可以是例如 1:100 至 100:1，1:10 至 10:1，1:5 至 5:1，1:2 至 2:1，1:1. 5 至 1. 5:1， 或者约为1:1。在一些实施方式中，以重量计，聚乙烯亚胺可以是吸附剂组合物中的主要组 分。在此类实施方式中，聚胺与共存聚合物的重量比可以约为1:1至50: 1，或者约为1:1至 20:1，或者约为1:1至10:1。在示意性实施方式中，聚胺与共存聚合物的重量比可以约为 2:1至8:1，或者约为3:1至7:1，或者约为3:1至6:1。
[0024] 通常来说，当聚胺类单独用作从含水气流（通常呈蒸汽形式）俘获目标气体的吸 附剂制品或整料基材上的吸附剂组合物时，吸附剂制品或整料基材倾向于随时间损失俘获 目标气体的效率。聚胺类可能是大致粘性、水溶性聚合物，气流中的水会使其从吸附剂制品 流走、冲洗掉或者浸取。聚胺类还倾向于对于氧气是敏感的，并且会随时间降解，如果它们 在降解之前没有被从吸附剂制品冲洗掉或者浸取的话。因此，相信如果吸附剂制品涂覆或 浸渍了吸附剂组合物，所述吸附剂组合物同时是在氧气中化学稳定的并且比基本不溶于水 是较不溶于水，则相信含聚胺的吸附剂制品的寿命和效率性能可以得到增加。相信同时包 含聚胺和共存聚合物的吸附剂组合物符合这些规定。例如，在一些实施方式中，吸附剂组合 物可以基本或者完全不溶于水。
[0025] 吸附剂组合物的聚胺可以是任意水溶