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_4

文档序号:9421425阅读:来源:国知局
示出)流体连通,并且排气装置接收俘获 或分离了目标气体的部分气流。
[0056] 在用于从气流俘获或分离目标气体的方法中,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。
[0057] 用于从气流俘获或分离目标气体的方法还可包括将制品加热至足以使得吸附到 吸附剂组合物上的目标气体解吸附的温度。以这种方式解吸附的目标气体可以输送至合适 的收集系统或容器,用于储存或再利用目标气体。例如,如果目标气体是二氧化碳,则可以 将解吸附的目标气体输送到加压储存容器或者冷凝设备,以形成可商用的产品,例如加压 二氧化碳或干冰。
[0058]实施例
[0059] 通过以下实施例进一步阐述上文所述的实施方式。
[0060] 实施例1
[0061] 将吸附剂组合物负载到多孔基材上
[0062] 用含有聚乙烯亚胺(PEI)和聚(乙烯-共-丙烯酸)的聚合物溶液涂覆第一基材。 为了制备聚合物溶液,将重均分子量约为10000道尔顿的PEI(艾尔德瑞奇公司(Aldrich)) 和MP4983(聚(乙烯-共-丙烯酸)铵盐,其具有20摩尔%的丙烯酸部分,购自麦克尔曼 公司(Michelman))与水混合,形成固体含量约为20重量%的水性溶液。水性溶液中,PEI 与MP4983的质量比约为4:1。将水性溶液负载到PigMat(购自新比格公司(NewPig)的 聚丙烯纤维的非机织垫)上,基材在室温下干燥过夜。经干燥的负载基材的质量表明聚合 物负载约为100重量%,以涂覆之前的基材的质量计。
[0063] 作为对比的基础,用仅有PEI的水性溶液涂覆第二基材。在烧杯中完全混合等体 积的聚乙烯亚胺(PEI)和水,以形成含有约20重量%的PEI的水性溶液。将该溶液施加到 PigMat上,使得PEI溶液与基材的质量比约为5:1。将水性溶液负载到PigMat多孔基材 上,基材在室温下干燥过夜。经干燥的负载基材的质量表明聚合物负载约为100重量%,以 涂覆之前的基材的质量计。
[0064] 实施例2
[0065] 制造用于二氧化碳俘获测试的吸附剂制品
[0066] 将一片间隔片堆叠到实施例1中制备的每炔基材上。将所得到的堆叠片辗乳成直 径为2. 5cm、长度为10cm的吸附剂制品。吸附剂制品缠绕有纸,作为壳。这产生了待用于 〇)2吸附测试的最终吸附剂制品。
[0067] 实施例3
[0068] 二氧化碳吸附测试
[0069] 采用具有1英寸(2. 74cm)直径玻璃插入物的不锈钢管状反应器进行吸附测量。入 口气体组成约为9-10体积%的C02,其余是氮气。对于吸附循环,以约500cc/分钟的流量进 行测试,在该过程中,对吸附剂制品的入口和出口处的温度都进行精确监测。吸附剂制品在 约85°C脱气1小时,然后冷却至室温,之后开始吸附循环。采用560NicoletGasFourier TransformInfraredSpectroscopy(560Nicolet气体傅里叶变换红外光谱)(FTIR)对入 口和出口气流进行气体分析,该仪器装配有MCT检测器并整合了以4cm1分辨率监测的MKS 型250E压力/流量控制器。通过对突破之后的吸附的C02的曲线下的面积进行积分,来获 得吸附剂制品上吸附的C02的量。
[0070]负载有PEI/MP4983的第一基材所获得的结果见图4,仅负载有PEI的第二基材所 获得的结果见图5。结果显示,负载了PEI/MP4983的吸附剂制品具有与纯PEI负载的吸附 剂制品相当的能力,两种吸附剂制品都吸附了 〇.llg的C02,相当于约2. 4g/L和约0. 21晕 摩尔/g的PEI。负载了PEI/MP4983的吸附剂制品的重复运行显示与第一次运行相同的结 果。
[0071] 在一年之后再次测试PEI/MP4983吸附剂制品。在该测试中,发现PEI/MP4983样品 保留了其对于〇)2吸附的原有能力。具体来说,发现在一年之后,吸附剂制品吸附了 0. 12g的C02,相当于初始测量的0.llg的C02。因此,一年数据证实,当与MP4983结合使用时,测 试样品中的PEI没有随时间发生降解。比较根据上文的实施例1和2,但是采用纤维素材料 (KimWipe,购自金佰利-克拉克公司(Kimberley-Clark))作为多孔基材进行制备和测试 的吸附剂制品,在一年之后观察到一致的结果。
[0072] 因此,描述了用于从气流俘获或分离目标气体的制品,制品的制备方法以及采用 制品从气流俘获或分离目标气体的方法。制品包括涂覆或浸渍了吸附剂组合物的多孔基 材,所述吸附剂组合物由聚胺和选自聚氨酯、聚烯烃-丙烯酸共聚物或其组合的共存聚合 物形成。制品上的吸附剂组合物相比于仅含有聚胺的类似组合物具有水中降低的溶解度, 因此展现出超过包含聚胺但是不具有根据本文实施方式的共存聚合物的吸附剂制品的优 异耐用性和寿命。在一些实施方式中,吸附剂组合物可以是基本不溶于水的。此外,本文所 述的制品可以基于低成本多孔基材和挠性基材,例如纤维素材料或聚丙烯垫。吸附剂组合 物对于氧没有聚胺那么敏感,但是仍然展现出从气流俘获酸性目标气体(例如二氧化碳) 相当的能力。特别是当挠性基材(例如片材或垫子)用作多孔基材时,避免了吸附剂涂覆 的陶瓷整料固有的制造复杂度以及与其相关的成本。
[0073] 在第1个方面,本发明提供用于从气流俘获或分离目标气体的制品。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。共存聚合物可选自聚氨酯、聚烯烃-丙烯酸共聚物,及其组合。
[0074] 在第2个方面,本发明提供了根据第1个方面的制品,其中,聚胺选自:聚乙烯亚 胺、聚酰氨胺、聚乙烯胺、烷基氨基烷氧基硅烷、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。
[0075] 在第3个方面,本发明提供了根据第1或第2个方面的制品,其中,聚胺包括聚乙 烯亚胺或者聚胺是聚乙烯亚胺。
[0076] 在第4个方面,本发明提供了根据前述任意方面的制品,其中,聚烯烃-丙烯酸共 聚物选自乙烯与丙烯酸的共聚物以及乙烯与丙烯酸盐的共聚物。
[0077] 在第5个方面,本发明提供了根据前述任意方面的制品,其中,聚烯烃-丙烯酸共 聚物包括乙烯和丙烯酸铵盐的共聚物。
[0078] 在第6个方面,本发明提供了根据前述任意方面的制品,其中,共存聚合物包括聚 烯烃-丙烯酸共聚物,并且聚烯烃-丙烯酸共聚物或者共存聚合物包括乙烯和丙烯酸铵盐 的共聚物或者是乙烯和丙烯酸铵盐的共聚物。
[0079] 在第7个方面,本发明提供了根据前述任意方面的制品,其中,共存聚合物包括聚 氨酯。
[0080] 在第8个方面,本发明提供了根据前述任意方面的制品,其中,多孔基材包括非机 织或机织片材或垫子,其含有选自纤维素材料、聚丙烯、碳或活性炭的纤维。
[0081] 在第9个方面,本发明提供了根据前述任意方面的制品,其中,多孔基材是非机织 织物。
[0082] 在第10个方面,本发明提供了根据第1至第9个方面中任一项的制品,其中,多孔 基材是聚丙烯纤维的织物。
[0083] 在第11个方面,本发明提供了根据前述任意方面的制品,其中,共存聚合物同时 与聚胺和多孔基材化学键合。
[0084] 在第12个方面,本发明提供了根据前述任意方面的制品,其中,聚胺包括聚乙烯 亚胺,共存聚合物包括聚氨酯,并且聚乙烯亚胺通过脲连接与聚氨酯化学键合。
[0085] 在第13个方面,本发明提供了根据前述任意方面的制品,其中,聚胺包括聚乙烯 亚胺;共存聚合物包括聚氨酯,聚乙烯亚胺通过脲连接与聚氨酯化学键合,并且聚氨酯与多 孔基材的表面官能团化学键合。
[0086] 在第14个方面,本发明提供了根据前述任意方面的制品,其中,多孔基材是纤维 素材料,表面官能团是纤维素材料的羟基。
[0087] 在第15个方面,本发明提供了根据前述任意方面的制品,其中,目标气体选自: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。
[0088] 在第16个方面,本发明提供了根据前述任意方面的制品,其中,气流选自:烟气、 天然气、天然气煤气化产物、生
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