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_3

文档序号:9421425阅读:来源:国知局
是,图2A的聚胺50仅仅是出于示意性目的显示为线性聚乙烯 亚胺,聚胺不一定是聚乙烯亚胺,更不一定是线性聚乙烯亚胺。在图2B中,多孔基材20具 有基材表面25,其上具有羟基表面官能团27。聚胺50的聚合物分支57的端部处的伯胺氮 59与共存聚合物70通过第一键60结合。如果共存聚合物70是例如聚氨酯,则第一键60 可以是脲连接,使得吸附剂组合物与共聚物(例如聚(氨酯-脲))的化学结构可以是相同 的。共存聚合物70还可与羟基表面官能团27通过第二键80结合。应理解的是,图2A的 聚胺50仅仅是出于示意性目的显示为支化聚乙烯亚胺,聚胺不一定是聚乙烯亚胺,更不一 定是支化聚乙烯亚胺。
[0046] 参见图3A和3B,根据上文所述的实施方式的一种或多种制品可以构造成吸附剂 制品或者结合到吸附剂制品中,可以将所述吸附剂制品放入气流中,从气流分离、俘获或去 除目标气体。在图3A中,显示具有入口端120和出口端130的吸附剂制品100。吸附剂制 品100包括外壳110。可以将气流引入到入口端120,并流动通过吸附剂制品100到达出 口端130。当气流位于吸附剂制品100内的时候,气流中存在的目标气体可以被吸附剂制 品100内的一个或多个制品上的吸附剂组合物俘获。图3B中的吸附剂制品100的横截面 图提供了将多个制品10a、10b、10c、10d结合到吸附剂制品100中的非限制性的示意性实施 方式。所述多个制品10a、10b、10c、10d可以分别是根据上文所述的实施方式的制品,其可 以包括多孔基材,例如片材或垫子。然后可以弯曲或折叠多孔基材,弯曲和折叠的方式使得 流动通道150a、150b、150c、150d被限定通过吸附剂制品100,从吸附剂制品100的入口端 120到出口端130。在图3B中,流动通道150a、150b、150c、150d的形状仅仅出于示意性目 的进行故意放大。应理解的是,可以通过其他构造获得有效流动通道,例如以任意方式紧紧 地缠绕多个制品l〇a、10b、10c、10d,其允许气流流动通过吸附剂制品100,并实现气流与多 个制品10a、10b、10c、10d上的吸附剂组合物流体连通。此外,为了维持吸附剂制品100的 结构完整性和/或使得吸附剂组合物与目标气体之间的流体连通最大化,可以在多个制品 10a、10b、10c、10d中的每个之间的吸附剂制品100中包括分隔片140a、140b、140c。分隔片 140a、140b、140c可以是与吸附剂制品100在使用中将要经受的温度和压力条件相容的任 意材料。在一些例子中,分隔片140a、140b、140c可以由挠性材料(例如纸)或者刚性材料 (例如,金属或塑料)制造。
[0047] 根据上文所述的实施方式的制品,无论是单独使用作为吸附剂制品的组件(例如 图3A-3B所示的那些),或者用于包括一个或多个制品或吸附剂制品的合适系统中,其可适 用于从气流俘获或分离目标气体。气流可以来自任意小规格或工业工艺,其产生希望被从 气流俘获或分离的目标气体。气流的非限制性例子可以包括烟气、天然气、天然气煤气化产 物、生物质气化产物和烃类蒸汽重整工艺的产物。相信根据上文所述的实施方式的制品可 特别好地适用于从气流分离、俘获或去除酸性气体。因此,在一些实施方式中,目标气体可 以是酸性气体或者酸性气体的混合物。在非限制性的示意性实施方式中,目标气体可以是 酸性气体,例如硫化氢、二氧化碳、二硫化碳、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫、三氧化硫、硫 醇,或其混合物。例如,目标气体可以是二氧化碳,其存在于源自烟气或天然气的气流中。
[0048] 已经描述了用于从气流俘获或分离目标气体的制品。下面将描述根据上文所述的 一个或多个实施方式的制品的制备方法。
[0049] 在一些实施方式,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。水性溶液可以包含聚胺和共存聚合物或者聚胺和共存聚合物的 前体化合物,其反应形成包含聚胺和共存聚合物的吸附剂组合物。聚胺可以是任意水溶性 聚胺,例如聚乙烯亚胺、聚酰氨胺、聚乙烯胺和烷基氨基烷氧基硅烷。此类化合物的例子包 括但不限于:四亚乙基五胺、二乙醇胺、二亚乙基三胺、五亚乙基六胺、四亚乙基五胺-丙烯 腈、N-[(3-三甲氧基甲硅烷基)丙基]-乙二胺、N-[(3-三甲氧基甲硅烷基)丙基]-二亚 乙基三胺、聚氮丙啶,及其组合。在一些实施方式中,聚胺可以是聚乙烯亚胺。共存聚合物 可以包括聚氨酯、聚烯烃-丙烯酸共聚物、聚氨酯的前体(例如异氰酸酯),或其任意组合。 已经相对于上文所述的制品的实施方式描述了合适的聚氨酯和聚烯烃-丙烯酸共聚物。
[0050] 在一些实施方式中,水性溶液可含有任意重量比的聚胺和共存共聚物,其在室温 下产生具有如下性质的稳定混合物,例如实现水性溶液容易地施加到多孔基材上并且在多 孔基材上产生基本均匀的吸附剂组合物层的粘度。在示意性实施方式中,水性溶液可含有 聚胺和共存聚合物,它们的重量比约为1-10重量份数重量份数共存聚合物。对于较低 重量比的聚胺:共存聚合物(例如约为1:1),水性溶液可能在约为24小时之后变得凝胶 状。即使如此,接近1:1重量比的水性溶液仍可适用于施加到多孔基材,特别是如果在水性 溶液制备之后马上将它们施加到多孔基材的话。可以对水性溶液的固体总含量进行选择, 以有助于均匀涂覆或浸渍到多孔基材中。在示意性实施方式中,水性溶液的固体总含量可 以约为5-50%,例如约为10-30%,或者例如约为20 %。
[0051] 从气流俘获或分离目标气体的制品的制备方法可包括:使得其上具有水性溶液的 第一多孔基材干燥,以形成浸渍到第一多孔基材中或者涂覆到第一多孔基材上的吸附剂组 合物,所述吸附剂组合物是聚胺和共存聚合物的反应产物。例如,如果聚胺是聚乙烯亚胺, 共存聚合物是聚氨酯,则吸附剂组合物可以含有共聚物,例如聚(氨酯-脲)。不希望受到 理论的限制,相信通过例如从水性溶液去除水分来对多孔基材进行干燥,实现了水性溶液 中存在的聚合物的相互反应和/或聚合物与多孔基材反应,以形成吸附剂组合物,该吸附 剂组合物比仅含有聚胺的类似组合物较不溶于水或者可以是基本不溶于水的。上文描述并 参见图2A和2B显示了聚合物的反应。
[0052] 在一些实施方式中,从气流俘获或分离目标气体的制品的制备方法还可包括:将 水性溶液施加到至少一个额外的多孔基材上;使得其上具有水性溶液的每个额外的多孔基 材干燥;以及将所述额外的多孔基材堆叠到第一多孔基材上,以形成堆叠制品。此类实施 方式还可包括堆叠额外的多孔基材。额外的多孔基材的堆叠还可包括在相邻多孔基材之间 提供至少一个间隔片。所述至少一个间隔片可以是任意制品,例如纸、织物或片材,其使得 吸附剂制品中的相邻多孔基材分开,有助于气体流动通过吸附剂制品,或者为吸附剂制品 提供刚性。任选地,方法还可包括对堆叠制品进行成形,以形成管状吸附剂制品。上文所述 的图3A和3B的吸附剂制品100是根据包括对堆叠制品进行成形的方法所制备的制品的非 限制性实施方式的示意。此类方法还可包括在成形之前对多孔基材进行折叠或弯曲,以使 得当气流流动通过管状吸附剂制品时暴露于气流的表面积最大化。在图3A和3B的吸附剂 制品100中,显示多个制品103、1013、10(3、10(1分别进行折叠或弯曲,其弯曲成限定流动通道 150a、150b、150c、150d。
[0053] 根据上文所述的实施方式用于从气流俘获或分离目标气体的制品,包括根据上文 所述方法的实施方式制备的制品,可用于从气流俘获或分离目标气体。下面将描述采用上 文所述的一个或多个制品从气流俘获或分离目标气体的方法。
[0054]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。可以在室温或提升的温度(例如,约为100_400°C)进行目标气体的流动。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。聚胺可以是任意水溶性聚胺,例如聚 乙烯亚胺、聚酰氨胺、聚乙烯胺和烷基氨基烷氧基硅烷。此类化合物的例子包括但不限于: 四亚乙基五胺、二乙醇胺、二亚乙基三胺、五亚乙基六胺、四亚乙基五胺-丙烯腈、N_[ (3-三 甲氧基甲硅烷基)丙基]-乙二胺、N_[ (3-三甲氧基甲硅烷基)丙基]-二亚乙基三胺、聚 氮丙啶,及其组合。在一些实施方式中,聚胺可以是聚乙烯亚胺。共存聚合物可以包括聚氨 酯、聚烯烃-丙烯酸共聚物、聚氨酯的前体(例如异氰酸酯),或其任意组合。已经相对于上 文所述的制品的实施方式描述了合适的聚氨酯和聚烯烃-丙烯酸共聚物。
[0055] 在从气流俘获或分离目标气体的方法中,在一些实施方式中,制品可以是单个多 孔基材,例如片材或垫子,从而使得气流直接流动通过多孔基材的表面。在其他实施方式 中,制品可以是吸附剂制品,例如图3A和3B的吸附剂制品100,其包括多个多孔基材(制品 10a、10b、10c、10d),它们任选地被分隔片140a、140b、140c分隔开。当使用例如图3A和3B 的吸附剂制品100时,可以通过如下方式使得气流流动通过吸附剂制品100从入口端120 到出口端130 :将入口端120放置成与气流源(未
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