具有吸附和解吸构造的柔性吸附剂聚合物复合制品制造技术

本文公开了一种用于吸附的复合吸附剂聚合物复合制品。所述吸附剂聚合物复合制品包括吸附剂和柔性多孔聚合物，吸附剂聚合物复合制品具有：吸附构造，其中吸附剂聚合物复合制品被构造成吸附进料流中的一种或多种组分；以及解吸构造，其中吸附剂聚合物复合制品被构造成从吸附剂聚合复合制品中去除一种或多种组分。从吸附剂聚合复合制品中去除一种或多种组分。从吸附剂聚合复合制品中去除一种或多种组分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有吸附和解吸构造的柔性吸附剂聚合物复合制品
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2021年3月5日提交的美国临时申请号63/157,451和2022年1月25日提交的美国临时申请号63/302,852的优先权，各申请的公开内容通过引用整体纳入本文。


[0003]本公开涉及吸附剂聚合物复合制品、吸附剂聚合复合制品的形成方法以及使用吸附剂聚合物复合制品用于吸附目的的方法，所述吸附包括用于二氧化碳的直接空气捕获(DAC)的吸附。

技术介绍

[0004]已证明与温室气体排放相关的二氧化碳(CO2)含量的增加对环境有害。据气候治理(Climate.gov)文章《气候变化：大气中的二氧化碳》(Climate Change:Atmospheric Carbon Dioxide)报道，2019年大气中的平均二氧化碳水平为409.8ppm，是过去80万年来的最高水平。大气中二氧化碳的增加速度也远高于前几十年的速度。
[0005]为了将气候变化限制在可接受的水平，不仅需要在不久的将来将二氧化碳排放量降至零，还需要实现二氧化碳负排放。为了实现负排放，存在几种可能性，例如燃烧生物材料发电，同时从燃烧烟气中捕获CO2并随后进行CO2封存("BECCS")或直接空气捕获CO2("DAC")。
[0006]通过吸附进行气体分离在工业中有许多不同的应用，例如从气流中去除特定组分，其中所需的产品可以是从流体中去除的组分，也可以是剩余的经过去除的流体，或者两者都是。因此，气流中的痕量组分和主要组分都可以成为吸附工艺的目标产物。气体分离的一个重要应用是从气流中捕获CO2，例如从烟道气、废气、工业废气、沼气或大气中捕获CO2。大气被认为是二氧化碳的稀进料流。
[0007]直接从大气中捕获二氧化碳(称为DAC)是减少人为温室气体排放的几种手段之一，大气作为商品市场和合成燃料生产的非化石、不依赖于地点的二氧化碳来源，具有有吸引力的经济前景。从大气中捕获二氧化碳的具体优势包括：a)DAC可以解决分布式来源(如载具
……
陆地、海洋和空中)的排放问题，这些来源占全球温室气体排放的很大一部分，目前无法以经济可行的方式在排放处捕获；b)DAC可以解决遗留排放，因此可以产生真正的负排放，以及c)DAC系统不需要连接到排放源，而是不依赖于地点的，并且可以位于CO2进一步处理或使用的地方。
[0008]人们越来越希望开发和改进这些工艺，使其更加高效，最大限度地去除大气中的二氧化碳，同时最大限度地减少工艺所需的能量。
[0009]图1是传统DAC系统10中涉及的工艺的示意图。提供输入进料流11，其包含CO2分子16在非CO2稀释剂18中的混合物。例如，输入进料流11可以是空气流。在吸附过程中，输入进料流11被暴露于吸附剂12。CO2分子16吸附到吸附剂12上，而非CO2稀释剂18则通过吸附剂12并从系统中10排出。然后吸附剂12经过解吸过程以从吸附剂12释放CO2分子16。解吸过程可
涉及液态水或蒸汽形式的湿度，或者通过反应或输送到系统的能量而造成的系统温度改变。这种解吸过程被称为"变动(swing)"吸附，以定义重复吸附和解吸CO2的循环过程。如果使用变湿吸附(moisture swing adsorption)，则吸附剂12可以暴露于水蒸气或液态水形式的湿度，以引起CO2分子16的解吸。如果使用变温吸附，则可以向吸附剂12施加热量以引起CO2分子16的解吸。这些湿度和/或温度的变动暂时破坏了将分子保持在吸附剂12上的结合力，从而可以释放CO2分子16。解吸的CO2分子16因此与吸附剂12分离，并作为输出14收集。收集的CO2分子16随后可以被富集并且在使用或储存之前经过进一步的必要过程。重要的是，所使用的吸附剂12能够反复经受分离CO2分子16所需的环境，例如高温和高湿度条件。
[0010]目前已有用于DAC的确立的制品和技术。一个例子是使用包括基材(如可支撑或涂覆有吸附剂材料的整料)的制品。通过改变基材的类型和使用的吸附剂可以实现各种变化。然而，这些先前确立的制品和方法在吸附和解吸状态之间有效循环的能力方面存在局限性。它们在制品的耐用性方面也有局限性。当暴露于高温或高湿度环境或其组合时，这些制品也可能会降解，从而导致使用寿命缩短。

技术实现思路

[0011]本专利技术公开了一种用于吸附的吸附剂聚合物复合制品。该吸附剂聚合物复合制品包括吸附剂和柔性多孔聚合物，吸附剂聚合物复合制品具有：吸附构造，其中吸附剂聚合物复合制品被构造为从输入中吸附一种或多种组分；以及解吸构造，其中吸附剂聚合物复合制品被构造为从吸附剂聚合复合制品中去除一种或多种组分。
[0012]根据一个实施例("实施例A")，一种吸附剂聚合物复合制品包括吸附剂和具有柔性的柔性多孔聚合物的复合物，并且该吸附剂聚合物复合制品具有吸附构造(其中吸附剂聚合物复合制品被构造为吸附进料流中的一种或多种组分)以及解吸构造(其中吸附剂聚合物复合制品被构造为从吸附剂聚合复合制品中去除一种或多种组分)。柔性多孔聚合物的柔性有助于吸附构造和解吸构造之间的变换。
[0013]根据第二实施例("实施例B")，一种使用吸附剂聚合物复合制品的方法包括以下步骤：提供具有多孔复合部分的吸附剂聚合物复合制品，该多孔复合部分包括吸附剂和柔性多孔聚合物；将处于第一构造的吸附剂聚合物复合制品暴露于含有二氧化碳的进料流，在吸附剂聚合物复合制品处于第一构造时，将至少一部分二氧化碳吸附至吸附剂，在吸附步骤之后将吸附剂聚合物复合制品布置成第二构造，在吸附剂聚合物复合制品处于第二构造时，从吸附剂聚合物复合制品中解吸二氧化碳。
[0014]附图简要说明
[0015]图1是DAC系统中涉及的工艺的示意图。
[0016]图2是本公开的吸附剂聚合物复合制品的立视图。
[0017]图2A是图2的第一复合制品的第一复合区域的示意性立视图。
[0018]图2B是图2的第一复合制品的压缩形式的第一复合区域的示意性立视图。
[0019]图2C是图2B的第一复合制品的进一步压缩形式的第一复合区域的示意性立视图。
[0020]图2D是本公开的具有端部密封区域的图2的第一吸附剂聚合物复合制品的立视图。
[0021]图3是显示了图2的吸附剂聚合物复合制品的使用方法的流程图。
[0022]图4A是处于第一层状构造的吸附剂聚合物复合制品的透视图。
[0023]图4B是处于第二卷绕构造的图4A的吸附剂聚合物复合制品的立视图。
[0024]图4C是根据本文公开的另一个实施方式的处于第一层状构造的吸附剂聚合物复合制品的侧视图。
[0025]图4D是处于第二卷绕构造的图4C的吸附剂聚合物复合制品的立视图。
[0026]图5是在第一构造和第二构造之间轮转的连续吸附剂聚合物复合制品的立视图。
[0027]图6A是处于第一延伸构造的吸附剂聚合物复合制品的立视图。
[0028]图6B是处于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种吸附剂聚合物复合制品，其包括吸附剂和具有柔性的柔性多孔聚合物的复合物，所述吸附剂聚合物复合制品具有：吸附构造，其中所述吸附剂聚合物复合制品被设置为吸附进料流的一种或多种组分；解吸构造，其中所述吸附剂聚合物复合制品被设置为从吸附剂聚合物复合制品中去除所述一种或多种组分；和其中，所述柔性多孔聚合物的柔性有助于在吸附构造和解吸构造之间的变换。2.如权利要求1所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，所述吸附剂聚合物复合制品还包括载体。3.如权利要求1所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，所述进料流包含二氧化碳。4.如权利要求1所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，所述吸附剂聚合物复合制品处于吸附构造时基本为层状，处于解吸构造时基本为圆柱形。5.如权利要求1所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，所述吸附剂聚合物复合制品包括：处于吸附构造时的延伸布置；和处于解吸构造时的压缩布置。6.如权利要求1所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，所述吸附剂聚合物复合制品处于吸附构造时基本是展开的，处于解吸构造时基本是折叠的。7.如权利要求1所述的吸附剂聚合物复合制品，其还包括不含吸附剂的非多孔部分，其中所述非多孔部分与复合物联接。8.如权利要求7所述的吸附剂聚合物复合制品，其中所述非多孔部分联接在复合物的最外端。9.如权利要求7所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，当所述吸附剂聚合物复合制品处于解吸构造时，复合物的多孔聚合物被非多孔部分暂时覆盖。10.如权利要求1所述的吸附剂聚合物复合制品，其中，一旦达到吸附剂聚合物复合制品的吸附容量或吸附平衡，吸附性聚合物复合制品即从吸附构造转变为解吸构造。11.如权利要求1所述的吸附剂聚合物复合制品，其中所述吸附剂聚合物复合制品从解吸构造转变为吸附构造。12.一种使用吸附剂聚合物复合制品的方法，所述方法包括以下步骤：提供吸附剂聚合物复合制品，所述吸附剂聚合物复合制品包括：多孔复合部分，所述多孔复合部分包括吸附剂和柔性多孔聚合物；将处于第一构造的吸附剂聚合物复合制品暴露于含有二氧化碳的进料流；在吸附剂聚合物复合制品处于第一构造时，至少一部分二氧化碳吸附至吸附剂；在吸附步骤之后将吸附剂聚合物复合制品布置成第二构造；和在吸附剂聚合物复合制品处于第二构造时，二氧化碳从吸附剂聚合物复合制品中解吸出来。13.如权利要求12所述的方法，其还包括将吸附剂聚合物复合制品保持在第一构造，直...

【专利技术属性】
技术研发人员：E，
申请(专利权)人：WL戈尔及同仁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：