(57)【要約】  少なくとも１つの多孔壁によって画成された少なくとも１つのセルからなるフロースルー基材の形態をした連続体を含む吸着剤構造。該連続体は、本体内に実質的に分散された吸着材料である炭素を含む。さらには、吸着構造の温度は、連続体を通る電流の伝導によって制御することができる。
2019535494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着構造（１０ａ、１０ｂ）であって、
少なくとも１つの多孔壁（１８）によって画成された少なくとも１つのセル（１６）を含む、フロースルー基材（１４）の形態をした連続体（１４ａ、１４ｂ）を備えており、
前記連続体（１４ａ、１４ｂ）が、吸着材料（７０ａ）と、前記連続体（１４ａ、１４ｂ）内に実質的に分散された、質量で約５％〜約４０％の炭素（８０ａ、７０ｂ）とを含み、
前記吸着構造（１０ａ、１０ｂ）の温度が、前記連続体（１４ａ、１４ｂ）を通る電流の伝導によって制御することができる、
吸着構造（１０ａ、１０ｂ）。
【請求項２】
前記連続体（１４ａ、１４ｂ）が、質量で約１０％〜約２５％の炭素（８０ａ、７０ｂ）を含む、請求項１に記載の構造（１０ａ，１０ｂ）。
【請求項３】
前記連続体（１４ａ、１４ｂ）の電気抵抗が、約５オーム〜約１５オームである、請求項１又は２に記載の構造（１０ａ，１０ｂ）。
【請求項４】
前記炭素（８０ａ、７０ｂ）が、
活性炭；
非活性炭；
カーボンブラック、のうちの少なくとも１つであり、かつ、
合成炭素前駆体、有機炭素前駆体、又はそれらの組合せに由来する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の構造（１０ａ，１０ｂ）。
【請求項５】
前記吸着材料（７０ａ）が、ゼオライト、有機金属構造体、又はそれらの組合せを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の構造（１０ａ，１０ｂ）。
【請求項６】
前記吸着構造（１０ａ、１０ｂ）が、
ブルナウアー−エメット−テラー（ＢＥＴ）吸着法で測定して、約４００ｍ２／ｇ〜約６００ｍ２／ｇ；及び
ブルナウアー−エメット−テラー（ＢＥＴ）吸着法で測定して、約１００ｍ２／ｇ〜約２００ｍ２／ｇ
のうちの一の比表面積を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の構造（１０ａ，１０ｂ）。
【請求項７】
前記連続体（１４ｂ）が非活性炭を含み、さらに、前記吸着材料（７０ａ）が、前記連続体（１４ｂ）上にコーティング（８０ｂ）として存在する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の構造（１０ｂ）。
【請求項８】
前記コーティング（８０ｂ）が、前記吸着材料（７０ａ）と、メチルセルロース、可塑剤、又は無機フィラーのうちの少なくとも１つとを含む、未焼成コーティングに由来する、請求項７に記載の構造（１０ｂ）。
【請求項９】
前記連続体（１４ａ）が、前記炭素材料、前記吸着材料、並びに、フェノール樹脂、メチルセルロース、可塑剤、又は無機フィラーのうちの少なくとも１つを含む未焼成体から誘導される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の構造（１０ａ）。
【請求項１０】
ＣＯ２の捕捉のために吸着構造（１０ａ、１０ｂ）を使用する方法であって、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の吸着構造（１０ａ、１０ｂ）を提供する工程；及び
前記吸着構造（１０ａ、１０ｂ）を、ＣＯ２を含むガスと接触させる工程、を含み、
前記接触工程が、前記吸着構造（１０ａ、１０ｂ）内に前記ＣＯ２の一部を捕捉するように行われる、
方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、その全体がここに参照することによって本願に援用される、２０１６年１０月２１日出願の米国仮特許出願第６２／４１０，９３４号の優先権の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、概して、二酸化炭素及び他の化合物の除去に有用な電気抵抗加熱能力を有する吸着構造、並びに該構造の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
地球温暖化に関連する懸念は，明確に文書化されており、一般的には、人間の活動に関連した大気中の二酸化炭素（ＣＯ２）レベルと関連付けられている。発電所は、人間の活動に関したＣＯ２の約３分の１を占めると考えられている。石油精製、鋼鉄、及びその他の金属合金の製造、セメント加工などのその他の産業においても、毎年、他の望ましくない化合物（例えばフルオロカーボン）とともに大量のＣＯ２が生成され、環境中に放出されている。これらのＣＯ２レベル及び環境に有害な他の化合物のレベルは、これらの産業で採用されるプロセス及び方法に大きな影響を与えることなく、ＣＯ２及びこれらの他の化合物を捕捉し、貯蔵することによって実質的に低減することができる。ＣＯ２及び他のガスの除去及び貯蔵に関連した方法及び設計手法が開発されてきており、今日では、さまざまな工業プロセスに由来する望ましくないＣＯ２及び他の副生成物を捕捉するために用いられている。さらには、ＣＯ２は、数百年から数千年もの間、さまざまな地下貯留槽や格納容器に安全に貯蔵することができる。
【０００４】
ＣＯ２ガス及び環境に有害なその他のガス状生成物を捕捉し、貯蔵するために採用されるさまざまな手法の中でも、ある特定の吸着材料技術は、とりわけ、石油精製、鋼及び金属合金の製造、並びにセメント加工産業が採用するプロセスに由来する排ガス流に含まれるＣＯ２ガス及び他のガスを吸着するために用いることができる。ＣＯ２ガスの吸着後、例えば、隔離又は他の下流での使用のために、ＣＯ２を格納容器又は他の適切な貯留槽内へと脱着させるために、追加の工程が必要である。吸着材料を製造するためには、その多くが、他の有害なガスとともにＣＯ２ガスの捕捉及び貯蔵を達成するのに必要とされる必要表面積及び化学的性質を発展させるために、極めて高い温度（例えば８００℃超）で処理されることから、典型的にはかなりの量のエネルギーが必要とされる。さらには、これらのガスを捕捉及び貯蔵するために、吸着及び脱着プロセスにかなりの量のエネルギーが用いられる。例えば、ＣＯ２ガスの吸着及び脱着は非常に温度依存性であり、従来の手法（例えば、炉内の対流及び放射に関連した熱伝達による）で吸収剤材料を効率的に加熱及び冷却することは非常に困難でありうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、限られたエネルギー使用量で、さまざまな工業プロセスからのＣＯ２及び他の有害な副生成物を効率的に捕捉し、貯蔵することができる吸着構造及び構成が必要とされている。限られたエネルギー使用量で、費用対効果の高い方法で製造することができる吸着構造設計もまた必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の第１の態様は、少なくとも１つの多孔壁によって画成された少なくとも１つのセルからなるフロースルー基材の形態をした連続体を含む吸着構造に関する。連続体は、吸着材料と、重量で約５％〜約３５％の炭素とを含み、該炭素は、連続体内に実質的に分散されている。さらには、吸着構造の温度は、連続体を通る電流の伝導によって制御することができる。幾つかの実施では、連続体の電気抵抗は、約５オーム〜約１５オームである。
【０００７】
第１の態様のある特定の実施では、連続体内の炭素は活性炭である。連続体内の炭素はまた、非活性炭であってもよい。連続体はまた、幾つかの実施形態では、カーボンブラックも含みうる。さらなる実施形態によれば、連続体内の炭素は、合成炭素前駆体、有機炭素前駆体、又はこれらの前駆体の組合せに由来しうる。
【０００８】
第１の態様の他の実施では、連続体は、カーボンブラックを含んでいてもよい。連続体はまた、フェノール樹脂、メチルセルロース、可塑剤、無機フィラー、及び吸着材料を含む未焼成体に由来してもよい。
【０００９】
第１の態様の他の実施によれば、吸着構造は、ブルナウアー−エメット−テラー（ＢＥＴ）吸着法で測定して、約４００ｍ２／ｇ〜約６００ｍ２／ｇの比表面積を有する。他の実施は、吸着構造が、ＢＥＴ吸着法で測定して、約１００ｍ２／ｇ〜約２００ｍ２／ｇの比表面積を有するようなものである。
【００１０】
本開示の第２の態様は、非活性炭と、少なくとも１つの多孔壁によって画成された少なくとも１つのセルとを含む、フロースルー基材の形態をした連続体を備えた吸着構造に関する。連続体は、吸着材料を含む吸着コーティングをさらに含む。幾つかの事例では、吸着コーティングは、連続体の一又は複数の多孔壁上に位置するか、あるいは、代替的に、連続体内に位置する。さらには、吸着構造の温度は、連続体を通る電流の伝導によって制御することができる。第２の態様の幾つかの実施では、連続体の電気抵抗は、約５オーム〜約１５オームである。
【００１１】
第２の態様のある特定の実施では、吸着コーティングは、メチルセルロース、可塑剤、無機フィラー、及び吸着材料を含む未焼成コーティングに由来する。
【００１２】
第２の態様の他の実施によれば、吸着構造は、ブルナウアー−エメット−テラー（ＢＥＴ）吸着法で測定して、約４００ｍ２／ｇ〜約６００ｍ２／ｇの比表面積を有する。他の実施は、吸着構造が、ＢＥＴ吸着法で測定して、約１００ｍ２／ｇ〜約２００ｍ２／ｇの比表面積を有するようなものである。
【００１３】
本開示の第３の態様は、炭素前駆体と吸着材料との混合物をフロースルー基材へと成形する工程；該混合物を乾燥する工程；及び、混合物中の炭素前駆体を炭化して、少なくとも１つの多孔壁によって画成された少なくとも１つのセルからなるフロースルー基材の形態をした連続体を画成する工程を含む、吸着構造の製造方法に関する。連続体は、吸着材料と、重量で約５％〜約３５％の炭素とを含み、該炭素は、連続体内に実質的に分散されている。さらには、吸着構造の温度は、連続体を通る電流の伝導によって制御することができる。
【００１４】
本方法のある特定の実施では、連続体は、質量で約１０％〜約２５％の炭素を含む。さらには、本方法のある特定の実施形態では、成形及び炭化工程は、吸着材料が連続体内で連続するように行われる。
【００１５】
第３の態様の方法の他の実施では、成形工程は、混合物をフロースルー基材の形状の未焼成体へと押出成形する工程を含み、該未焼成体は、フェノール樹脂、メチルセルロース、可塑剤、無機フィラー、及び吸着材料を含む。
【００１６】
本開示の第４の態様は、炭素前駆体をフロースルー基材の形状へと成形する工程；炭素前駆体を炭化して、少なくとも１つの多孔壁によって画成された少なくとも１つのセルからなるフロースルー基材の形態をした非活性炭連続体を形成する工程；吸着材料を含む吸着コーティングを基材に塗布する工程；及び、基材内のコーティングを焼成する工程を含む、吸着構造の製造方法に関する。さらには、吸着構造の温度は、連続体を通る電流の伝導によって制御することができる。さらには、塗布工程は、吸着コーティングを基材内へとウォッシュコーティングする工程を含みうる。
【００１７】
追加の特徴及び利点は、以下の詳細な説明に記載され、その説明から当業者に容易に明らかとなるか、あるいは、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付の図面を含めた本明細書に記載される実施形態を実施することによって認識されよう。
【００１８】
前述の概要及び後述する詳細な説明はいずれも、単なる例示であり、特許請求されている本開示の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することが意図されていることが理解されるべきである。
【００１９】
添付の図面は、本開示の原理のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に取り込まれてその一部を構成する。図面は、１つ以上の実施形態を示しており、その説明とともに、例えば、本開示の原理及び動作を説明する役割を果たす。本明細書及び図面に開示される本開示のさまざまな特徴は、任意の及びすべての組み合わせて用いることができることが理解されるべきである。非限定的な例として、本開示のさまざまな特徴は、以下の態様に従って互いに組み合わせることができる。
本開示のこれら及び他の特徴、態様、及び利点は、本開示の以下の詳細な説明を添付の図面を参照して読む場合によりよく理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本開示の態様に従う吸着構造を有する、ＣＯ２の除去及び再生システムの概略的な斜視図
【図１Ａ】図１に示されるシステム及び吸着構造の上面平面図
【図１Ｂ】図１に示される吸着構造の第１の実施形態の上面の概略的な拡大図
【図１Ｃ】図１に示される吸着構造の第２の実施形態の上面の概略的な拡大図
【図２】図１及び１Ｂに示される構造に匹敵する吸着構造の抵抗加熱能力を試験するための配置の概略的な斜視図
【図２Ａ】１０Ｖから１５Ｖの間のさまざまなＡＣ電圧に供されたときの図２に示される配置によって生成される温度及び時間データのプロット
【図３】抵抗加熱に供されたときの図１及び１Ｂに示される構造に匹敵する、吸着構造のＣＯ２の吸着及び脱着能力を試験するための配置の概略的な斜視図
【図３Ａ】１０ＶのＡＣ電圧による抵抗加熱に供されたときの図３に示される配置によって生成されるＣＯ２濃度及び時間データのプロット
【図４】図１及び１Ｂに示される構造に匹敵する吸着構造についてのＣＯ２の吸着等温線のプロット
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下の詳細な説明では、説明の目的で、限定せずに、本開示のさまざまな原理の完全な理解を提供するために、具体的な詳細を開示する例示的な実施形態が記載されている。しかしながら、本開示が本明細書に開示された特定の詳細から逸脱する他の実施形態で実施することができることは、本開示の利益を享受した当業者にとって明らかであろう。さらには、よく知られている装置、方法、及び材料の説明は、本開示のさまざまな原理の説明を不明瞭にしないように省略されることがある。最後に、可能な限り、同様の参照番号は同様の要素のことを指す。
【００２２】
本明細書では、範囲は、「約」１つ特定の値から、及び／又は「約」別の特定の値までとして表現することができる。このような範囲が表現される場合、別の実施形態は、１つの特定の値から及び／又は他の特定の値までを含む。同様に、値が先行詞「約」を使用して近似値として表される場合、その特定の値は別の実施形態を形成することが理解されよう。範囲の各々の端点は、他の端点に関して、及び他の端点とは独立して、の両方で重要であることがさらに理解されよう。
【００２３】
例えば、上方、下方、右、左、前、後ろ、上、下などの方向の用語は、本明細書で用いられる場合には、描かれた図を参照してのみ構成され、絶対的な方向を意味することを意図されていない。
【００２４】
特に明記しない限り、本明細書に記載の方法が、その工程が特定の順序で行われることを必要とすると解釈されることは、決して意図されていない。したがって、方法クレームがその工程が従うべき順序を実際には記載していない場合、若しくは、工程が特定の順序に限定されるべきであることがクレーム又は説明において他に具体的に述べられていない場合には、順序が推測されることは、決して意図されていない。これは、工程の配置又は動作フローに関する論理的事項；文法上の編成又は句読点から派生した平明な意味；明細書に記載される実施形態の数又は種類を含めた、解釈のためのあらゆる明白でない根拠にもあてはまる。
【００２５】
本明細書で用いられる場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈上明らかにそうではないことが示されない限り、複数の指示対象を含む。よって、例えば、「成分」についての言及には、文脈上明らかにそうでないことが示されない限り、このような成分を２つ以上含む態様が含まれる。
【００２６】
本開示の態様は、概して、ＣＯ２ガスを他の有害なガスとともに捕捉し、貯蔵するための吸着構造及びシステムに関する。これらの吸着構造は、ＣＯ２ガスを捕捉し貯蔵するためにさまざまな工業プロセスの排気流中に配置することができる。実施形態では、本開示の吸着構造は、雰囲気ガス（すなわち、空気）から直接、ＣＯ２を捕捉するために利用することができる。典型的には、ＣＯ２ガスは、吸着構造によるＣＯ２の捕捉を被る工業プロセスの排気流に関連する、周囲温度又はそれより高い温度で、吸着構造内に吸着することができる。ＣＯ２ガスが吸着によって吸着構造内に収集されると、圧力が構造内に蓄積し、最終的には、ＣＯ２レベルが吸着構造で飽和して、最終担持レベルとなる。
【００２７】
吸着したＣＯ２ガスの貯蔵は、脱着プロセス（本明細書では「再生」とも称される）を通じて達成することができる。吸着構造からのＣＯ２ガスの脱着は、概して、吸着構造への熱エネルギーの追加を必要とする。したがって、このようなシステムに熱スイング吸着（「ＴＳＡ」）プロセスを採用して、ＣＯ２ガスを捕捉し、貯蔵することができる。典型的には、ＴＳＡプロセスは、該プロセスの吸着段階における低温、及び、該プロセスの脱着段階における高温の使用を包含する。
【００２８】
ＴＳＡプロセスの脱着段階に対する従来の手法は、吸着構造を取り囲むように位置付けられた加熱炉によって吸着構造を加熱する工程を包含する。これらの手法は、再生の目的でＣＯ２ガスを放出するために吸着構造を加熱するのに有効でありうるが、それらはかなりのエネルギー利用を必要とする。このシステム及びＴＳＡプロセスの主な欠点は、熱エネルギーを吸着構造に伝達するために、概して放射及び対流に依存するために、加熱炉由来の熱エネルギーのかなりの部分が環境へと失われることである。
【００２９】
本開示の態様は、対照的に、概して、有意に、より効率的な熱エネルギー利用を通じて、ＴＳＡプロセスの脱着段階を達成することができる吸着構造及びシステムに関する。特に、これらの態様は、本明細書で「電気スイング吸着」（「ＥＳＡ」）と称されるプロセスに従って、ＣＯ２ガスの脱着を促進するために該吸着構造を抵抗加熱するのに十分な電圧を吸着構造の一部に通すことによって加熱可能な吸着構造を対象とする。電圧の印加による発熱を通じて吸着構造を直接加熱することによって、ＥＳＡ駆動性の吸着構造は、従来の吸着構造及びシステムと比較して、熱エネルギーをより効率的に利用することができる。より詳細には、抵抗加熱によって吸着構造内で電気エネルギーを熱エネルギーに変換する。この熱エネルギーは、その後、吸着剤−ＣＯ２結合を切断し、それによって、ＣＯ２ガスの脱着を確実にすることができる。
【００３０】
本開示の吸着構造の別の利点は、それらを比較的低温で処理し、作製できることである。例えば、本開示の吸着構造の実施形態は、非活性化形態の炭素を含む；その結果、これらの吸着構造は、活性炭を製造するのに必要な高温で処理する必要がない。正味の効果は、これらの吸着構造が、炭素の活性化を示す温度での処理を必要とする他の従来の吸着構造と比較して、より低い製造コストを必要とすることである。
【００３１】
図１、１Ａ、及び１Ｂを参照すると、吸着構造１０ａが、ＣＯ２ガスの吸着及び再生システム内に概略的に示されている。吸着構造１０ａは、フロースルー基材１４の形態内に連続体１４ａを含む。図１に示されるように、フロースルー基材１４は、長さｌ、幅ｗ、及び２つの側面１２間の距離Ｌによって画成することができる。さらには、フロースルー基材１４は、１つ以上の多孔壁１８によって画成される１つ以上のセル１６を含む（図１Ａ参照）。加えて、連続体１４ａは、吸着材料７０ａ（図１Ｂ参照）と、該連続体１４ａ内に実質的に分散された炭素８０ａとを含む。
【００３２】
図１、１Ａ、及び１Ｂに示されるように、吸着構造の温度１０ａは、電流の伝導、及びその伝導に関連する抵抗によって制御することができる。ある特定の実施では、吸着構造１０ａの側面１２は導電性であり、リード線４０に接続されている。さらには、これらのリード線４０は電源４８に接続されている。リード線４０とフロースルー基材１４の側面１２とを介した電流の通過による抵抗加熱を通じて吸着構造１０ａの温度制御を（後述する、図１Ｃに示される吸着構造１０ｂとともに）行うために、時間依存的な態様で電源４８の電圧を制御するように、さまざまな手法が採用されうる。吸着構造１０ａ、側面１２、リード線４０、電源４８、及び他の要因の配置に応じて、吸着構造１０ａ及びその連続体１４ａの電気抵抗は、約５〜約５００オーム、約５〜約５０オーム、約５〜約１５オーム、及びこれらの範囲の間のすべての抵抗値でありうる。
【００３３】
図１に示されるフロースルー基材１４に関連して本明細書で用いられる場合、用語「フロースルー基材」とは、例えば、図１Ｂの連続体１４ａ（又は、本開示において後述される図１Ｃの連続体１４ｂ）などの連続体に流体流を流すことを可能にするであろう、直線又は蛇行したチャネル及び／又は多孔質ネットワークなどの内部流路を含む成形体である。さらには、フロースルー基材１４は、入口端から出口端まで、少なくとも１ｃｍ、少なくとも２ｃｍ、少なくとも３ｃｍ、少なくとも４ｃｍ、少なくとも５ｃｍ、少なくとも６ｃｍ、少なくとも７ｃｍ、少なくとも８ｃｍ、少なくとも９ｃｍ、少なくとも１０ｃｍ、又は１ｃｍ〜１ｍのフロースルー方向の寸法を含みうる。
【００３４】
本明細書で用いられる場合、用語「吸着」とは、物理的、化学的、物理的及び化学的の両方、若しくは他の何らかのメカニズムを単独で、又は物理的及び／又は化学的機構と組み合わせてのいずれかでのフロースルー基材１４上でのＣＯ２ガスの吸着、吸収、又は他の捕捉を指す。
【００３５】
本開示の幾つかの態様では、フロースルー基材１４は、入口端、出口端、及び入口端から出口端まで延びる内部チャネルを含む、ハニカム構造を有する。一実施形態では、ハニカムは、入口端から出口端まで延びる複数のセルを含み、該セルは、例えばセル壁１８などの交差するセル壁によって画成されている。ハニカム基材は、流体流（例えば、ＣＯ２ガスを含む排気流）とセル壁とのより密接な接触を可能にする壁フロースルー構造をもたらすように、任意選択的に、１つ以上の選択的に閉栓されたハニカム基材のセル端を含みうる。
【００３６】
本開示の実施形態では、フロースルー基材１４は、図１に例示的な形態で示されるように、１００ｍ２／ｇ以上、２００ｍ２／ｇ以上、３００ｍ２／ｇ以上、４００ｍ２／ｇ以上、又は５００ｍ２／ｇ以上の表面積を有する表面を含む。
【００３７】
本開示の別の実施形態では、フロースルー基材１４は、全細孔容積の少なくとも４０％が５ナノメートル以上の細孔径を有する細孔で構成されるような全細孔容積によって特徴付けられる。別の実施形態では、フロースルー基材１４は、全細孔容積の約２０％〜約７０％が５ナノメートルから２０μｍの範囲の細孔径を有する細孔で構成されるような全細孔容積を含む。別の実施形態では、フロースルー基材１４は、全細孔容積の約２０％〜約７０％が２μｍ〜５０μｍの範囲の細孔径を有する細孔で構成されるように、全細孔容積を含む。フロースルー基材１４の細孔は、本明細書において、基材１４内に曲がりくねったネットワーク状の細孔を形成するように他の細孔に接続及び／又は他の細孔と交差する細孔によって特徴付けられると定義される、「相互接続多孔性」を形成することができる。
【００３８】
さらには、フロースルー基材１４は、ＣＯ２ガスの接触及び吸着に利用可能な表面積によって特徴付けることができる。一般に、フロースルー基材１４のセル密度が増加するにつれて、ＣＯ２ガスとの接触に利用可能な表面積もまた増加する。別の実施形態では、フロースルー基材１４は、１平方インチ（約６．４５ｃｍ２）あたり約６セル（「ｃｐｓｉ」）〜約１２００ｃｐｓｉの範囲のセル密度によって特徴付けることができる。別の実施では、フロースルー基材１４のセル密度は、約５０ｃｐｓｉ〜約９００ｃｐｓｉの範囲でありうる。さらには、フロースルー基材１４のある特定の実施は、約１００ｃｐｓｉ〜約６００ｃｐｓｉのセル密度によって特徴付けることができる。
【００３９】
別の態様によれば、フロースルー基材１４は、図１に例示的な形態で示されるように、約０．００１インチ（約２５．４μｍ）〜約０．０５０インチ（約１．２７ｍｍ）の範囲の厚さを有する少なくとも１つのセル壁１８によって特徴付けることができる。フロースルー基材１４の他の実施形態は、約０．００２インチ（約５０．８μｍ）〜約０．０４０インチ（約１．０１６ｍｍ）の範囲の厚さを有する少なくとも１つのセル壁１８によって特徴付けることができる。より一般的には、フロースルー基材１４のセル密度及び壁厚の増加は、より高い嵩密度レベル及び吸着剤容量を結果的にもたらす。実施形態では、フロースルー基材１４は、基材１平方センチメートル当たり約１０〜約６０平方センチメートル（ｃｍ２／ｃｍ３）、又は約２０ｃｍ２／ｃｍ３〜約５０ｃｍ２／ｃｍ３、又はさらには約２０ｃｍ２／ｃｍ３〜約３０ｃｍ２／ｃｍ３の幾何学的表面積を含む。
【００４０】
吸着構造１０ａ及び連続体１４ａに関連して本明細書で用いられる場合、用語「連続体」とは、吸着材料７０ａと、構造内に実質的に分散された炭素８０ａとの連続した途切れのない構造を指す。したがって、「連続体」は、吸着材料７０ａが構造１０ａの全体にわたって接触している、ネットワーク、スケルトン、又は他の相互接続構造の形態でありうる。さらには、炭素８０ａは、構造１０ａの全体にわたって又はそうでなければ構造体１０ａ上に、実質的に分散している。連続体１４ａの炭素８０ａに関連して本明細書で用いられる場合、用語「実質的に分散された」とは、吸着構造の対向する面（例えば、吸着構造１０ａの対向する側面１２）間で測定される電気抵抗が約５００オーム以下になるような導電経路を結果的にもたらす、連続体１４ａのバルク及び／又は表面内の炭素８０ａの分散を指す。非限定的な例として、炭素８０ａは、炭素８０ａと連続体１４ａの両方がネットワーク、スケルトン、又は他の相互接続構造の形態になるように、連続体１４ａ内に実質的に分散されうる。本開示においても概説されるように、連続体１４ａは、吸着材料に加えて他の非炭素成分（例えば、無機フィラー）を含むことができ、それらは互いに連続して途切れなく接触していてもいなくてもよい。
【００４１】
吸着材料７０ａの連続した途切れのない構造を含む連続体１４ａを有する吸着構造１０ａの利点は、このような構造が、ＣＯ２ガスの吸着に適した高表面積も有しつつ、従来の吸着構造の剛性及び耐久性を有することができることである。さらには、連続体１４ａは、ＣＯ２ガスを含む排気流中の溶媒及び他の揮発性物質に対して特に耐性がある無機の非炭素吸着材料から製造することができる。加えて、連続体１４ａは、製造システム及びインフラストラクチャをほとんど調整することなく、同様の吸着材料を採用する他の種類のフィルタ（例えば、触媒コンバータ）の製造に用いられる標準的な押出成形プロセスを使用して製造することができ、それによって全体的な製造コストを削減する。
【００４２】
再び図１、１Ａ、及び１Ｂに示される吸着構造１０ａを参照すると、連続体１４ａの吸着材料７０ａは、限定はしないが、ゼオライト、有機金属構造体（「ＭＯＦ」）、及びこれらの材料の組合せを含むさまざまな吸着材料から製造することができる。典型的なＭＯＦは、有機配位子に配位して、典型的には高い多孔率及び表面積を有する一、二、又は三次元構造を形成する、金属イオンからなる化合物である。吸着材料７０ａに適した典型的なゼオライト材料は、各々アルミノケイ酸塩材料を含む、ＺＳＭ−５、４Ａ、及び１３Ｘゼオライト粉末である。加えて、他の適切なゼオライト材料としては、限定はしないが、ＺＳＭ−８、ＺＳＭ−１１、ＺＳＭ−１２、ハイパーＹ、超安定Ｙ、ベータ、モルデナイト、ＡＬＰＯ、ＳＡＰＯ、エリオナイト、及びＬ−ゼオライトが挙げられる。
【００４３】
また前述したように、図１、１Ａ、及び１Ｂに示される吸着構造１０ａは、連続体１４ａ内に実質的に分散された炭素８０ａと、吸着材料７０ａとを含む。幾つかの実施形態では、炭素８０ａは、微粒子の形態をしている。他の実施形態では、炭素８０ａは、吸着材料７０ａを含む連続体１４ａ全体に分散した、ファイバ、ウィスカー、又は他の不連続形態の形態をしている。炭素８０ａは、吸着構造１０ａの幾つかの態様では、活性炭でありうる。吸着構造１０ａの他の好ましい態様では、炭素８０ａは非活性化形態をしており、任意選択的にカーボンブラックを含むことができる。炭素８０ａが非活性化形態をしている場合、吸着構造１０ａに関連した製造コストは、活性化形態で構成された炭素８０ａを有する吸着構造１０ａよりも有利に低い。これは、炭素８０ａの非活性化形態の処理温度が、炭素８０ａの活性化形態より低いからである。加えて、非活性化形態の炭素８０ａを含むような吸着構造１０ａに関連するより低い処理温度は、より温度感受性の低い吸着材料７０ａの使用を可能にし、それらの幾つかは、より高温対応可能な吸着材料よりも増加したＣＯ２吸着効率を有する。
【００４４】
吸着構造１０ａのある特定の態様では、炭素８０ａは、合成前駆体、有機炭素前駆体、又は合成と有機前駆体との組合せに由来する。炭素前駆体の例としては、合成炭素含有ポリマー材料が挙げられる。一実施形態では、吸着構造１０ａの製造に用いられるバッチ組成物は、炭素前駆体としての有機樹脂を含む。例示的な有機樹脂としては、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂（例えば、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、それらの組合せなど）が挙げられる。フェノール樹脂又はフラン樹脂などのフルフラールアルコール系樹脂のような合成ポリマー材料もまた用いることができる。例示的な適切なフェノール樹脂は、ポリフェノール樹脂などのレゾール樹脂である。例示的な適切なフラン液体樹脂は、米国インディアナ州所在のＱＯ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  Ｉｎｃ．社のＦｕｒｃａｂ−ＬＰである。例示的な適切な固体樹脂は、例えばノボラック樹脂などの固体フェノール樹脂である。再び、図１、１Ａ及び１Ｂに示される吸着構造１０ａを参照すると、連続体１４ａは、吸着材料７０ａと炭素材料とを含むことができる。実施形態では、連続体１４は、例えば、炭素８０ａなど、約５質量％〜約４０質量％の炭素を含む。実施形態では、炭素は、連続体１４ａ内に実質的に分散されている。他の実施では、連続体１４ａは、吸着材料７０ａと、約１０質量％〜約２５質量％の炭素とを含む。さらには、連続体は、炭素８０ａを、約５質量％、１０質量％、１５質量％、２０質量％、２５質量％、３０質量％、３５質量％、４０質量％、又はそれ以上、並びに、これらの量の間のすべての炭素レベルで含むことができる。なおさらには、連続体１４ａの他の実施は、炭素８０ａに加えてカーボンブラックを含むことができる。連続体１４ａで用いられるカーボンブラックのレベルは、幾つかの態様では、約１質量％〜約１０質量％の範囲である。したがって、炭素レベルは、約１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、１０％、及びこれらの量の間のすべてのカーボンブラックレベルでありうる。幾つかの実施では、吸着構造１０ａにおける炭素８０ａの総量は、２質量％〜４０質量％、好ましくは１０質量％〜２０質量％でありうる。これらのレベルの炭素８０ａは、脱着サイクル中の抵抗加熱のための強度、吸着容量、及び導電率の最適なバランスを達成するのに役立つ。炭素前駆体への少量（例えば、約１〜約５％）のカーボンブラックの添加は、炭素８０ａが許容可能な導電性と、より低い炭化温度とを有することを有利に確保するであろう。
【００４５】
図１、１Ａ、及び１Ｂに示される吸着構造１０ａの幾つかの実施形態によれば、連続体１４ａは、吸着材料７０ａと炭素８０ａとを含む未焼成体から導かれる。さらには、未焼成体は、不活性の無機フィラーを含むことができる。連続体１４ａを処理（例えば、乾燥、硬化、及び焼成）する際に、これらの無機フィラーは、連続体１４ａ内に残る。より詳細には、これらの無機フィラーは、酸化物含有ガラス、セラミック、ガラス−セラミック、及び他の耐火材料を含むことができる。用いることができる例示的な無機フィラーとしては、酸化物含有又は酸素含有鉱物、若しくはそれらの塩、例えば、粘土、タルク等；炭酸塩、例えば、炭酸カルシウム；アルミノケイ酸塩、例えば、カオリン（すなわち、アルミノケイ酸塩粘土）、フライアッシュ（すなわち、発電所において石炭燃焼後に得られるアルミノケイ酸塩灰）；ケイ酸塩、例えば、珪灰石（すなわち、メタケイ酸カルシウム）；チタン酸塩；ジルコン酸塩；ジルコニア；ジルコニアスピネル；ケイ酸アルミニウムマグネシウム；ムライト；アルミナ；アルミナ三水和物；ベーマイト；スピネル；長石；アタパルジャイト；アルミノケイ酸塩ファイバ；コージエライト；及びシリカが挙げられる。
【００４６】
さらには、幾つかの実施では、連続体１４ａは、１つ以上の細孔形成剤を含む未焼成体から導かれる。本明細書で用いられる場合、「細孔形成剤」とは、焼成、炭化、及び／又は活性化熱処理中に燃え尽きて、連続体１４内に多孔性を残すことができる有機材料である。未焼成体に用いることができる例となる細孔形成剤としては、高分子ビーズ、ワックス、デンプン、及び当技術分野で知られているさまざまな種類の天然又は合成の材料が挙げられる。
【００４７】
再び、図１、１Ａ、及び１Ｂに示される吸着構造１０ａを参照すると、連続体１４ａは、吸着材料７０ａと炭素８０ａ（例えば、炭素前駆体の形態で）に加えて一又は複数の有機フィラーを含む未焼成体からも導かれうる。例示的な有機結合剤は、セルロース化合物を含む。セルロース化合物としては、メチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシブチルセルロース、ヒドロキシブチルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩、及びそれらの混合物などのセルロースエーテルが挙げられる。例となるメチルセルロース結合剤は、Ｄｏｗ（登録商標）Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ社（「Ｄｏｗ（登録商標）」）から市販されるＭＥＴＨＯＣＥＬ（商標）Ａシリーズの製品である。例となるヒドロキシプロピルメチルセルロース結合剤としては、これもまたＤｏｗ（登録商標）社から市販される、ＭＥＴＨＯＣＥＬ（商標）Ｅ、Ｆ、Ｊ、Ｋシリーズの製品が挙げられる。やはりＤｏｗ（登録商標）社から市販される、ＭＥＴＨＯＣＥＬ（商標）３１０シリーズの製品中の結合剤もまた、本発明の文脈で使用することができる。Ｄｏｗ（登録商標）ＭＥＴＨＯＣＥＬ（商標）Ａ４Ｍは、ＲＡＭ押出機と共に使用するための例となる結合剤である。Ｄｏｗ（登録商標）ＭＥＴＨＯＣＥＬ（商標）Ｆ２４０Ｃは、二軸押出機とともに使用するための例となる結合剤である。
【００４８】
再び図１、１Ａ、及び１Ｂに示される吸着構造１０ａを参照すると、連続体１４ａは、吸着材料７０ａと炭素８０ａ（例えば、炭素前駆体の形態で）に加えて、１つ以上の成形助剤（本明細書では「可塑剤」とも称される）を含む、未焼成体からも導くことができる。例示的な成形助剤としては、石鹸、脂肪酸、例えばオレイン酸、リノール酸、ステアリン酸ナトリウムなど、ポリオキシエチレンステアレート等、及びそれらの組合せが挙げられる。未焼成体の製造に用いられるバッチの押出及び硬化特性の改善に有用でありうる他の添加剤は、リン酸及び油である。例示的な油としては、植物油、２５０〜１０００の分子量を有する石油、並びに、パラフィン系及び／又は芳香族及び／又は脂環式化合物を含む他の油が挙げられる。幾つかの有用な油は、ＷＤ−４０  Ｃｏｍｐａｎｙ社の３−ＩＮ−ＯＮＥ（登録商標）油である。他の有用な油には、ポリアルファオレフィン、エステル、ポリアルキレングリコール、ポリブテン、シリコーン、ポリフェニルエーテル、クロロトリフルオロエチレン（「ＣＴＦＥ」）油、及び他の市販の油をベースとした合成油が含まれうる。ヒマワリ油、ゴマ油、落花生油、大豆油等の植物油もまた、最終的に連続体１４ａを形成する未焼成体の調製に有用な成形助剤である。
【００４９】
図１、１Ａ、及び１Ｂに示される吸着構造１０ａの１つの実施によれば、連続体１４ａは、フェノール樹脂（例えば、炭素８０ａの前駆体として）、メチルセルロース、可塑剤、無機フィラー、及び吸着材料７０ａを含む未焼成体から誘導される。ある特定の態様では、未焼成体は、炭素８０ａの前駆体としての約２５〜約３５％のフェノール樹脂（質量による）、約１％〜約５％の可塑剤、約５％〜約１５％のアルミナ無機フィラー、吸着材料７０ａとしての約５０％〜約６５％のゼオライト、及び約４％〜約７％のメチルセルロースを含む。別の実施形態によれば、連続体１４ａは、導電性を向上させ、炭化温度を下げるために、本開示に概説されている１つ以上の炭素前駆体とともに、質量で約１〜約５％のカーボンブラックを追加的に含む未焼成体から誘導される。
【００５０】
図１、１Ａ、及び１Ｂに示される吸着構造１０ａは、本開示の態様によれば、比表面積測定方法論の分野で理解される標準的な原理に従ってブルナウアー−エメット−テラー（「ＢＥＴ」）法で測定した比表面積によっても特徴付けることができる。実施形態によれば、吸着構造１０ａは、約５０ｍ２／ｇ〜約１０００ｍ２／ｇの比表面積によって特徴付けることができる。幾つかの態様では、吸着構造１０ａの比表面積は、約１００ｍ２／ｇ〜約６００ｍ２／ｇである。別の態様では、吸着構造１０ａの比表面積は、約１００ｍ２／ｇ〜約２００ｍ２／ｇである。さらなる態様では、吸着構造１０ａの比表面積は約４００ｍ２／ｇ〜約６００ｍ２／ｇである。
前述のとおり、図１、１Ａ、及び１Ｂに示される吸着構造１０ａ（及び図１Ｃに示される吸着構造１０ｂ）の温度は、ＣＯ２ガスのＥＳＡに関連する吸着及び脱着をもたらすように、その連続体１４ａを通る電流の伝導によって制御することができる。吸着構造１０ａの側面１２は、導電性になるように構成することができ、リード線４０及び電源４８に接続させることができる。さらには、導電性になるように構成されている吸着構造の側面１２は、好ましくは均一な態様で、吸着構造を通じて電流を伝導することができるように位置づけられる。側面１２の実際の位置決めは、装置の幾何学形状に応じて決まる。それにもかかわらず、吸着構造１０ａ（及び、図１、１Ａ、及び１Ｃに示される吸着構造１０ｂ）の側面１２は、いかなる特定の種類の導体又は導体の幾何学形状にも限定されない。しかしながら、好ましくは、電源４８からリード線４０を通過する電流は、ホットスポットを頻発させることなく、吸着構造の実質的に均一な加熱を生じる。
【００５１】
図１、１Ａ、及び１Ｂに示される吸着構造１０ａ（及び、図１、１Ａ、及び１Ｃに示される吸着構造１０ｂ）についての電圧及び電流の要件は、吸着構造の適用に応じて変動しうる。さらには、吸着構造の抵抗率は、次式に従って所望されるように調整することができる：
【００５２】
【数１】
2019535494.tif 000003
【００５３】
式中、ρはオーム−ｃｍ単位の抵抗率であり、Ｒはオーム単位の抵抗であり、Ａはｃｍ２単位の導電面の面積であり、Ｌは、前述のとおり、ｃｍ単位の２つの導電面間の距離である。
【００５４】
図１、１Ａ、及び１Ｂに示される吸着構造１０ａ（及び、図１、１Ａ、及び１Ｃに示される吸着構造１０ｂ）の実施形態によれば、導電性金属は、吸着構造及びフロースルー基材１４の対向する側面１２（又は表面）の各々に適用することができる。本明細書で言及されるように、吸着構造の「対向する側面」又は「対向する表面」とは、導電性の側面又は表面間に電流が通ると、連続体を実質的に均一な態様で加熱するように、該側面又は表面が、連続体１４ａ（及び、図１、１Ａ、及び１Ｃに示される連続体１４ｂ）の幾何学形状に従って間隔をあけられるようなものである。当然ながら、対向する表面は、電流が印加された状態で連続体を実質的に均一に加熱することを可能にするために、吸着構造上又は内の任意の位置（複数の位置を含む）に存在しうる。対向する側面１２（又は、場合によって、平行な対向側面１２を有しない連続体については、対向する表面）に用いることができる例示的な導電性材料としては、金属、並びに、銅、銀、アルミニウム、亜鉛、ニッケル、鉛、及びスズのうちの１つ以上を含む金属合金が挙げられる。実施形態では、側面１２は、その塗布容易性及び高導電性の理由から、銀含有塗料又はペーストでコーティングされる。加えて、導電性側面１２を有する吸着構造は、該側面１２が、吸着構造の連続体上において、導電性材料のストリップの形態をしているか、そうでなければ導電性材料のストリップを含むように構成することができる。リード線４０の一部として側面１２に接続するために電極が用いられる場合には、例として、それは圧力接触、例えばばねによって適用されうる。あるいは、幾つかの態様では、導電性金属のストリップをこの目的で使用して、導電性接着剤、例えば、Ｖｏｎ  Ｒｏｌｌ  ＵＳＡ、Ｉｎｃ．社のＥ−Ｓｏｌｄｅｒ（登録商標）＃３０１２及び＃３０２２などの銀含有エポキシによって、吸着構造及び連続体に取り付けることができる。さらには、幾つかの実施形態では、銅コーティングを、この目的で、当業者に理解されるスプレー金属コーティングの手法によって堆積させることができる。
【００５５】
理論にとらわれるわけではないが、このＥＳＡに関連した手法による連続体１４ａを含む吸着構造１０ａの抵抗加熱は、主に、連続体１４ａ及びその吸着材料７０ａ全体にわたって実質的に分散している、炭素８０ａの存在によって引き起こされる。炭素８０ａは、それ自体が高度に導電性でありうるが、連続体１４ａ全体にわたって分散された形態で存在することによって、導電性がより低い吸着材料７０ａと、より導電性の炭素８０ａとの組合せを通じて、抵抗加熱を達成することができる。さらには、連続体１４ａ及び吸着材料７０ａの全体にわたる炭素８０ａの分散は、熱的ホットスポットを実質的に頻発させることなく、温度の均一性が達成されることを確実にする。
【００５６】
これより図１、１Ａ、及び１Ｃを参照すると、吸着構造１０ｂが、ＣＯ２ガス吸着及び再生システム内に概略的な形態で示されている。概して、吸着構造１０ｂは、先に概説した吸着構造１０ａと同様の構造を伴って製造され、かつ、同じ機能を有する。したがって、同様の番号の要素は、同一又は同様の構造、及び機能を有する。より詳細には、吸着構造１０ｂは、フロースルー基材１４の形態で連続体１４ｂを含む。連続体１４ｂ及びフロースルー基材１４は、非活性炭７０ｂと、少なくとも１つの多孔壁１８によって画成された少なくとも１つのセル１６とを含む。連続体１４ｂはさらに、吸着材料を含む吸着コーティング８０ｂを含む。ある特定の実施では、吸着コーティング８０ｂは、多孔壁１８上にある。他の実施では、吸着コーティング８０ｂは、連続体１４ｂ内に（図示せず、及び、任意選択的に多孔壁１８上に）位置しうる。
【００５７】
さらに図１、１Ａ、及び１Ｃに示される吸着構造１０ｂに関して、連続体１４ｂは、先に概説したように、連続体１４ａと同程度の意味で連続的である（図１Ｂ参照）。吸着構造１０ｂ及び連続体１４ｂに関連して本明細書で用いられる場合、用語「連続体」とは、非活性炭材料７０ｂと吸着コーティング８０ｂとの連続した途切れのない構造を指す。したがって、「連続体」は、非活性炭材料７０ｂが構造１０ｂ全体にわたって接触している、ネットワーク、スケルトン、又は他の相互接続構造の形態でありうる。加えて、吸着構造１０ｂ（図１、１Ａ、及び１Ｃ参照）の非活性炭材料７０ｂは、吸着構造１０ａに用いられる炭素８０ａと同一又は同様の構造及び処理を有する（図１Ｂ参照）。さらには、吸着コーティング８０ｂは、非活性炭材料７０ｂ内に実質的に分散される、及び／又は、その多孔壁１８上にコーティングされる。加えて、吸着構造１０ｂ（図１、１Ａ及び１Ｃ参照）に用いられる吸着コーティング８０ｂの吸着材料は、吸着構造１０ａ（図１Ｂ参照）に用いられる吸着材料７０ａと同一又は同様の構造及び処理を有する。
【００５８】
吸着構造１０ｂの利点は、非活性炭材料７０ｂの連続した途切れのない構造を含む連続体１４ｂとともに図１、１Ａ、及び１Ｃに示されるように、このような構造が、ＣＯ２ガス吸着に適した高表面積も有しつつ、従来の吸着構造の剛性及び耐久性を有することができることである。活性炭の途切れのない連続体は、非活性炭を含む連続体と直接比較して、より大きな表面積を有しうるが、非活性炭７０ｂの途切れのない構造と、吸着材料を含む吸着コーティング８０ｂの両方を組み合わせた連続体１４ｂは、同じ又はより高い表面積、並びに、同じ又はより良好なＣＯ２ガスの吸着及び脱着効率を有することができる。前述のとおり、非活性炭を含む連続体１４ｂを有する吸着構造１０ｂの製造コストは、活性炭に依拠する同等のシステムよりもはるかに低い。さらには、吸着構造１０ｂに関連するより低い処理温度は、有利に高い表面積及びＣＯ２ガス吸着効率を有するより温度感受性の吸着材料を有する吸着コーティング８０ｂの使用を可能にする。
【００５９】
吸着構造１０ｂの実施形態によれば、連続体１４ｂは、吸着材料と、メチルセルロース、可塑剤、又は無機フィラーのうちの少なくとも１つを含む未焼成コーティングに由来する吸着コーティング８０ｂを含む。前述のとおり、吸着コーティング８０ｂに用いられる吸着材料は、先に概説した吸着構造１０ａの吸着材料７０ａと同等に構成することができる。ある特定の態様では、未焼成コーティングは、吸着構造１０ｂの連続体１４ｂにウォッシュコーティングとして塗布される。
【００６０】
他の実施によれば、吸着構造１０ｂは、ＢＥＴ吸着法で測定して、約４００ｍ２／ｇ〜約６００ｍ２／ｇの比表面積を有する。他の実施は、吸着構造１０ｂが、これもＢＥＴ吸着法で測定して、約１００ｍ２／ｇ〜約２００ｍ２／ｇの比表面積を有するようなものである。
【００６１】
加えて、図１、１Ａ、及び１Ｃに示される吸着構造１０ｂの温度は、連続体１４ｂを通る電流の伝導によって制御することができる。吸着構造１０ｂ、側面１２、リード線４０、電源４８（図１参照）、及び他の要因の配置に応じて、吸着構造１０ｂ及びその連続体１４ｂの電気抵抗は、約５〜約１５オームでありうる。理論にとらわれるわけではないが、先に概説したように、ＥＳＡに関連した手法による、連続体１４ｂを有する吸着構造１０ｂの抵抗加熱は、非活性炭７０ｂを含むため、主に連続体１４ｂによって推進される。非活性炭７０ｂは、それ自体が高度に導電性でありうるが、導電性が低い吸着コーティング８０ｂと組み合わせた連続体１４ｂ全体にわたるその存在は、非活性炭材料７０ｂと吸着コーティング８０ｂとの組合せを通じて抵抗加熱をもたらすことができるようにする。さらには、連続体１４ｂ全体にわたる、及び／又は、連続体１４ｂの多孔壁１８上の吸着コーティング８０ｂによる被覆は、熱的ホットスポットを実質的に頻発することなく、したがって、連続体１４ｂ全体を通過する吸着したガスの均一な脱着とともに、温度均一性を確実に達成するのに役立つ。
【００６２】
前述のとおり、図１〜１Ｃに示される吸着構造１０ａ、１０ｂは、抵抗加熱を採用するＥＳＡ関連プロセスを通じたＣＯ２ガスの吸着及び脱着に用いることができる。幾つかの実施形態では、吸着構造１０ａ、１０ｂは、該吸着構造がこの目的に適しているＣＯ２ガスの少なくとも５０％を排ガス流から除去することができる。他の態様では、吸着構造１０ａ、１０ｂは、ＥＳＡ関連プロセスを用いて、ＣＯ２ガスの少なくとも７０％を排ガス流から除去することができる。加えて、吸着構造１０ａ、１０ｂの幾つかの実施は、ＥＳＡ関連プロセスを通じて、ＣＯ２ガスの少なくとも９０％を排ガス流から除去することができる。
【００６３】
吸着構造１０ａ、１０ｂでＣＯ２ガスを脱着するのに十分な温度は、一部には、存在するＣＯ２ガスの量に応じて決まることも認識されるべきである。一実施形態では、十分な温度は、その間のすべての範囲及び部分範囲を含めて、例えば、１００℃、１５０℃、１８０℃、又は２００℃の温度など、約５０℃〜約３００℃の範囲の温度で、ＥＳＡ関連プロセスによって吸着構造１０ａ、１０ｂを加熱することを含みうる。別の実施形態では、十分な加熱温度は、例えば、約９０℃〜約２００℃、又は約９０℃〜約１８０℃の範囲を含む、これらの値に由来する範囲でありうる。
【００６４】
ひとたび、脱着されたＣＯ２ガスの少なくとも一部が吸着構造１０ａ、１０ｂから化学的に及び／又は物理的に脱着されると、脱着されたＣＯ２ガスは、廃棄物流によって吸着構造から分離されうる。一実施形態では、脱着されたＣＯ２ガスを搬送するのに適した廃棄物流は、窒素などの不活性ガスの流れを含みうる。またさらは、脱着されたＣＯ２ガスの少なくとも一部を含む廃棄物流は、望ましい場合には、脱着されたＣＯ２ガスのその後の修復又は収集のために、ＣＯ２ガス収集装置へと搬送されうる。吸着構造１０ａ、１０ｂから脱着されたいかなるＣＯ２ガスも、他の貯蔵機構又はプロセスを介して後に封じ込めるために二次システムに回収することができる。
【００６５】
加えて、吸着構造１０ａ、１０ｂ、及びハニカムの形態をしたフロースルー基材１４を有するものなど、これらの構造の原理と一致する他の吸着構造は、任意の適切なシステム環境に組み込むことができる、又は該システム環境で使用することができる。例えば、本開示の吸着構造は、石炭火力発電所又は天然ガス複合サイクル発電所のプロセス流に使用することができる。吸着構造１０ａ、１０ｂはまた、粒子状物質制御の後かつ積層の前に、配置することができる。ＳＯ２ガス制御システムが配置されている場合、吸着構造１０ａ、１０ｂは、ＳＯ２ガス制御システムの後に配置することができる。より一般的には、上述した吸着構造１０ａ、１０ｂ、及び同様に構築された吸着構造のいずれか１つを、ＣＯ２ガスの除去及び吸着剤の再生のためにシステム構成に組み込むことができる。
【００６６】
本開示の別の態様によれば、図１、１Ａ、及び１Ｂに示される吸着構造１０ａなどの吸着構造の製造方法が提供される。本方法は、炭素前駆体と吸着材料（例えば、吸着材料７０ａ）との混合物を、フロースルー基材の形状（例えば、フロースルー基材１４）へと成形する工程；例えば、揮発性物質及び水分を除去するために、該混合物を乾燥する工程；及び、混合物中の炭素前駆体を炭化して、少なくとも１つの多孔壁（例えば、多孔壁１８）によって画成された少なくとも１つのセル（例えば、セル１６）からなるフロースルー基材の形態をした連続体（例えば、連続体１４ａ）を画成する工程を含む。さらには、前述のとおり、連続体１４ａは、吸着材料７０ａと、連続体１４ａ内に実質的に分散された炭素８０ａとを含む。例えば、炭素８０ａは、約５質量％〜約４０質量％の炭素で連続体１４ａ内に含まれうる。別の実施では、炭素８０ａは、約１０質量％〜約２５質量％の炭素で連続体１４ａ内に含まれうる。加えて、本方法によって製造された吸着構造１０ａの温度は、連続体１４ａを通る電流の伝導によって制御することができる。
【００６７】
本方法によれば、炭素前駆体と吸着材料との混合物をフロースルー基材の形状（例えば、フロースルー基材１４）へと成形する工程は、さまざまな手法に従って行うことができる。例えば、混合物は、押出成形などの適切な技法によって、例えば、ハニカムなどの形状へと成形されうる。炭素前駆体及び吸着材料の押出成形は、さまざまな形状、及び幾何学形状をしたフロースルー基材を製造するためのカスタムメイドのダイとともに、標準的な押出機及び押出装置（例えば、ラム押出機、一軸押出機、二軸押出機など）を使用することによって行うことができる。前述のとおり、混合物中に成形助剤及び可塑剤が存在することにより、成形工程を補助することができる。
【００６８】
吸着構造１０ａなどの吸着構造を製造する前述の方法のさらなる工程は、成形工程から結果的に生じる混合物を乾燥させるか、あるいは他の方法で硬化させることである。例えば、炭素前駆体と吸着材料の混合物を、オーブン中、約１００℃〜約２００℃で周囲又は不活性雰囲気中で数分〜数時間加熱して、該混合物を乾燥させることができる。混合物が、１つ以上の有機樹脂を含む限りにおいて、該混合物を空気中、大気圧で加熱することによって、典型的には該混合物を約７０℃〜約２００℃の温度で約０．５時間〜約５．０時間加熱することによって硬化させることができる。本方法のある特定の実施形態では、混合物は、例えば、約７０℃から約９０℃まで、約１２５℃まで、約１５０℃までなど、低温からそれより高温へと段階的に加熱され、各温度は、数分から数時間保持される。加えて、硬化はまた、酸添加剤などの硬化添加剤を室温で添加すること、紫外線（ＵＶ）感受性触媒の添加、及び紫外線を適用することなどによっても達成することができる。
【００６９】
乾燥及び／又は硬化工程の後、本方法は、混合物中の炭素前駆体を炭化して、少なくとも１つの多孔壁（例えば、多孔壁１８）によって画成された少なくとも１つのセル（例えば、セル１６）からなるフロースルー基材の形態をした連続体（例えば、連続体１４ａ）を画成する工程を含む。例えば、混合物中の炭素前駆体は、それをＯ２枯渇雰囲気中で高温の炭化温度に供することによって炭化することができる。炭化温度は、約６００℃〜約１２００℃の範囲とすることができ、ある特定の実施形態では、それは、約７００℃〜約１０００℃の範囲でありうる。さらには、炭化雰囲気は、不活性であってよく、主に、Ｎ２、Ｎｅ、Ａｒ、及びそれらの混合物などの非反応性ガスを含む。Ｏ２枯渇雰囲気中での炭化温度では、混合物中に含まれる有機物質が分解して表面積の大きい炭素質残留物を残すことがある。本方法の幾つかの実施形態では、成形、乾燥、及び炭化工程は、吸着材料（例えば、吸着材料７０ａ）が、連続体（例えば、連続体１４ａ）内で連続するように行われる。
【００７０】
図１、１Ａ、及び１Ｂに示される吸着構造１０ａなどの吸着構造を製造する方法の別の実施によれば、本方法は、連続体（例えば、連続体１４ａ）内で炭素を活性化する工程を含む。典型的には、活性化工程は、炭化工程の後で行われるであろう。特に、連続体内の炭素は、例えば、ＣＯ２及び／又はＨ２Ｏ含有雰囲気中の高い活性化温度で、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２とＨ２Ｏとの混合物、ＣＯ２と窒素との混合物、Ｈ２Ｏと窒素との混合物、及びＣＯ２と別の不活性ガスとの混合物から選択されるガス雰囲気に供されうる。雰囲気は、実質的に純粋なＣＯ２又はＨ２Ｏ（蒸気）、ＣＯ２とＨ２Ｏの混合物、若しくは、ＣＯ２及び／又はＨ２Ｏと、窒素及び／又はアルゴンなどの不活性ガスとの組合せでありうる。ＣＯ２と窒素との混合物は、例えば、２％以上の低いＣＯ２含有量で使用することができる。典型的には、５〜５０％（質量による）のＣＯ２含量を有するＣＯ２と窒素との混合物が、プロセスコストを削減するために使用することができる。活性化温度は、約６００℃〜約１０００℃の範囲でありうる。他の実施形態では、活性化温度は、約６００℃〜約９００℃の範囲でありうる。この工程中に、炭化バッチ混合体の炭素構造の一部は、穏やかに酸化されて：
ＣＯ２（ｇ）＋Ｃ（ｓ）→２ＣＯ（ｇ）
Ｈ２Ｏ（ｇ）＋Ｃ（ｓ）→Ｈ２（ｇ）＋ＣＯ（ｇ）
連続体中の炭素の構造（例えば、前の炭化工程に由来する炭素質における）のエッチング、及び連続体全体に実質的に分散されるような活性炭の形成を結果的にもたらす。さらには、活性炭は、ナノスケール及びマイクロスケールの一方又は両方に複数の細孔を含むことができる。
【００７１】
本開示のさらなる態様によれば、図１、１Ａ、及び１Ｃに示される吸着構造１０ｂなどの吸着構造の製造方法が提供される。本方法は、炭素前駆体をフロースルー基材（例えば、フロースルー基材１４）の形状へと成形する工程；及び、混合物中の炭素前駆体を炭化して、少なくとも１つの多孔壁（例えば、多孔壁１８）によって画成された少なくとも１つのセル（例えば、セル１６）からなるフロースルー基材の形態をした連続体（例えば、連続体１４ａ）を画成する、非活性炭（例えば、非活性炭７０ｂ）を含む連続体（例えば、連続体１４ｂ）を形成する工程を含む。さらには、本方法は、（例えば、吸着構造体１０ａに関連して説明した収着剤材料７０ａに匹敵するような）吸着材料を含む、吸着コーティング（例えば、吸着コーティング８０ｂ）を、フロースルー基材内に塗布する工程を含む。加えて、本方法は、フロースルー基材内の吸着コーティングを焼成する工程を含む。さらには、前述のとおり、本方法によって製造された吸着構造（例えば、吸着構造１０ｂ）の温度は、連続体（例えば、連続体１４ｂ）を通る電流の伝導によって制御することができる。
【００７２】
概して、吸着構造１０ｂなどの吸着構造を製造するための前述の方法の成形及び炭化工程は、吸着構造１０ａなどの吸着構造の製造方法に関して先に概説したものと同じ工程に従って行うことができる。吸着コーティング（例えば、吸着コーティング８０ｂ）を塗布する工程については、さまざまな技法が適している。塗布工程のための例示的な手法としては、ウォッシュコーティング、浸漬、ディップコーティングなどが挙げられる。最後に、吸着コーティングを焼成する工程は、吸着構造１０ａなどの吸着構造を製造する方法に関連して先に概説した炭化工程及び／又は活性化工程で用いたのと同じ時間、温度、及び雰囲気に従って行うことができる。
【実施例】
【００７３】
以下の実施例は、本開示のある特定の非限定的な実施形態を表している。
【００７４】
実施例１：ゼオライト／炭素吸着構造の抵抗加熱及びＥＳＡ能
図２に概略的に示すように、吸着構造１０ａ（図１、１Ａ、及び１Ｂも参照のこと）を含む吸着構造の加熱装置１００を、次のように準備した。１ガロンのＮａｌｇｅｎｅ（登録商標）瓶に、Ｚｅｏｌｙｓｔ  Ｃｏ．社のＺＳＭ−５ゼオライト（ＣＢＶ３０２４Ｅ）を６６４．３ｇ；Ａｋｒｏｃｈｅｍ  Ｃｏｒｐ．社のセルロース繊維（ＢＨ２００）を６６．５４ｇ；ヒドロキシプロピルメチルセルロースＡ４Ｍを６７．２０ｇ；及び、ステアリン酸ナトリウム１２ｇを量り取り、約２０分間、ターブラミキサーで混合した。＊混合粉末を粉砕機に移し、混合物に追加の液体成分を添加しながら、混合を約２０〜３０分間、継続した：Ｇｅｏｒｇｉａ−Ｐａｃｉｆｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社製のフェノール樹脂液体（ＧＰ−５１０Ｄ５０）を３６０ｇ、植物油＃２を３０ｇ、及び脱イオン水１２０ｇ。得られた混合物は良好な可塑性を有しており、ハニカムダイを用いて押出成形されて、１平方インチ（約６．４５ｃｍ２）あたり約４００セル（ｃｐｓｉ）及び壁厚０．００７インチ（約０．１７８ｍｍ）を有する未焼成体をもたらした。１２インチ（約３０．５ｃｍ）長の押出成形されたハニカム構造の未焼成体を切断し、アルミニウム箔アルミニウム箔（端部は開放されている）で包み、９５℃で２４時間、オーブン中で乾燥させた。次に、乾燥試料を切断し、流動窒素中、流動窒素中、８００℃で６時間炭化した。吸着構造１０ａを示すこれらの炭化試料は、約５２０ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を伴って、導電性であることが実証された。
【００７５】
実施例に従って調製した得られた吸着構造１０ａは、約３インチ（約７．６２ｃｍ）の長さｌと、１２．６３ｇの重量とを有する、ゼオライト吸着材料と炭素との連続体を含むハニカム形状のフロースルー基材の形態であった。炭素は、連続体内に実質的に分散されていた。さらには、銀塗料をブラシコーティングを介してフロースルー基材の側面（例えば、吸着構造１０ａの側面１２）に塗布して、電気リード線４０と電源４８との間の電気的接続性を改善した。ひとたび、リード線４０をフロースルー基材の側面に銀塗料で取り付けたら、１２０℃を超えるオーブンでアセンブリを乾燥させた。安定な電気抵抗率がリード線４０間で測定され、フロースルー基材のセルにわたり、約２９．３オームを示した。この時点で、電気リード線４０を電源４８（例えば、電圧調整器）に接続し、吸着構造の抵抗加熱挙動を評価した。さらには、熱電対１０１、１０２、及び１０３を図２に示されるように吸着構造１０ａのフロースルー基材に挿入して、構造の加熱を時間の関数としてモニタした。
【００７６】
図２及び２Ａに示されるように、吸着構造１０ａを、時間の関数として加熱装置１００によってさまざまな電圧レベルに供した。特に、吸着構造１０ａに印加する電圧を、リード線４０を介して電源４８によって１０Ｖ  ＡＣ、１２Ｖ  ＡＣ、及び１５Ｖ  ＡＣの間で変動させた。図２Ａに示される熱電対１０１、１０２、及び１０３に由来するデータから明らかなように、吸着構造１０ａの温度は、印加電圧の関数として、周囲温度から約２００℃のピークまで上昇した。ＡＣ電圧を取り除いた後、吸着構造１０ａの温度は、最終的に周囲温度へと戻った。
【００７７】
これより図３を参照すると、吸着構造加熱装置１００（すなわち、図２に示されるもの）を、ＣＯ２ガス吸着／脱着ベンチ反応器試験装置２００内に配置した。反応器２５０の入口端２１０において、約１０％のＣＯ２ガスと残りのＮ２ガスとを含むプロセスガス２２０を吸着構造加熱装置１００（その内部に吸着構造１０ａを含む）を介して５００ｍｌ／分の流量で配管し、吸着構造１０ａを使用してＣＯ２ガスを除去するように、ＥＳＡプロセスの吸着段階をシミュレートした。ＥＳＡプロセスの脱着段階のその後のシミュレーション中に、純粋なＮ２ガスが装置１００を通して配管された。それぞれのプロセスガスが加熱装置１００を通して配管される際に、フーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）検出器２３０を用いて、時間の関数としてＣＯ２ガス濃度（％）をモニタした。
【００７８】
図３及び３Ａに示されるように、吸着構造１０ａを通してプロセスガス２２０を流すことによって、吸着構造加熱装置１００を用いて、ＥＳＡプロセスの吸着段階をシミュレートした。特に、吸着剤のＣＯ２濃度レベルは、約５〜８分以内に約８％の飽和レベルまで増加した。約１６又は１７分後、プロセスガス２２０を純粋なＮ２ガスに切り替えて、ＥＳＡプロセスの脱着段階をシミュレートした。図３Ａでは、プロセスガス２２０から純粋なＮ２ガスへの切替は、１％未満へのＣＯ２レベルの低下を示している。純粋なＮ２ガスを用いた加熱装置１００及び吸着構造１０ａのＮ２ガスでの約１０分間のパージ後、リード線４０を介して電源４８から印加される１０Ｖ  ＡＣで吸着構造１０ａを加熱して、ＣＯ２ガスを脱着した。図３Ａから明らかなように、ＣＯ２レベルは約３．２％まで急上昇しており、抵抗加熱に関連する吸着構造１０ａからのＣＯ２ガスの脱着が示唆された。
【００７９】
実施例２：
４つの吸着構造組成物を調製し、本開示に概説される吸着構造１０ａ及びこのような吸着構造の製造方法と一致して、製造した。これらの得られた吸着構造を、下記表１に列挙されるように、ＡＯＣ１７０、ＡＯＤ１７０、ＡＯＧ１７０及びＡＯＪ１７０と指定した。より詳細には、下記表１に列挙される組成物は、スラリーの形態で調製された。次に、スラリーを、約０．０１０インチ（約０．２５４ｍｍ）の厚さ及び約１９．１２ｃｍ２／ｃｍ３の幾何学的表面積を有するセル壁を有する、直径１インチ（約２．５４ｃｍ）、２００ｃｐｓｉのハニカムの形態をしたフロースルー基材へと押出成形し、アルミニウム箔で包み（端部は開放されている）、次いで、約９５℃で２４時間、乾燥させた。これらの試料の未焼成強度は、フェノール樹脂に関連する高レベルの架橋に起因して、２０００ｐｓｉを超えるレベルで高いと考えられた。次に、得られたフロースルー基材を、表１に示される特定の温度（すなわち、８００℃、６００℃、又は５００℃）で炭化工程に供した。この時点で、比表面積測定分野の当業者には理解されるように、吸着構造体１０ａの例としての最終試料を多点及び一点ＢＥＴ法を用いて比表面積測定に供した。
【００８０】
下記表１に記されるように、ＺＳＭ−５ゼオライトを含むＡＯＣ１７０及びＡＯＤ１７０試料は、４８０ｍ２／ｇを超える比表面積を示した。１３Ｘ及び４Ａゼオライトを使用するＡＯＪ１７０及びＡＯＧ１７０組成物に関しては、表１は、約１３０〜約１８５ｍ２／ｇの範囲のこれらの組成物の表面積が炭化温度に敏感でありうることを示している。特に、これらのゼオライト組成物のより高い炭化温度は、それらの結晶化度を低下させる傾向があり、結果として得られる試料の比表面積を低下させた。しかしながら、ＡＯＧ１７０及びＡＯＪ１７０組成物において、カーボンブラック（例えば、約１〜５質量％）を、質量で等量のフェノール樹脂の代わりに使用できることが予想される。これらの組成物は、炭化を介して変換するのに著しく少ない量の炭素を有することから、それらに対し、より低い炭化温度を使用することができる。表１のデータを考慮すると、より低い炭化温度は、より高い比表面積レベルと相関するはずである。
【００８１】
【表１】
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【００８２】
これより図４を参照すると、ＡＯＣ１７０組成物についてのＣＯ２吸着等温線のプロットが提供されている（表１参照）。Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ（登録商標）高圧体積分析計（「ＨＰＶＡ」）システムを、２組のＡＯＣ１７０試料について、圧力（バール）の関数として、吸着されたＣＯ２体積（モル／ｋｇ）を測定するために、１インチ（約２．５４ｃｍ）の試料ホルダーとともに用いた。さらには、ＣＯ２ガス下でＨＰＶＡシステムを用いて測定する前に、試料を約３５０℃で脱気した。測定した最初の試料は、ハニカムのフロースルー基材の形態をした、ＡＯＣ１７０の組成を有する吸着構造であり、黒四角で連続して示されている。測定した第２の試料は、ＡＯＣ１７０の吸着構造組成物の粉砕粉末バージョンであった。データから明らかなように、ＡＯＣ１７０ハニカム吸着構造とＡＯＣ破砕粉末試料の等温線は、ほぼ同一であった。このように、ＡＯＣハニカム吸着構造は、同じ組成を有する非常に高表面積の粉末に匹敵する有効性でＣＯ２ガスを吸着することができる。
【００８３】
ここに概説したように、本開示の第１の態様は、少なくとも１つの多孔壁によって画成された少なくとも１つのセルを含む、フロースルー基材の形態をした連続体を含む吸着構造に関する。連続体は、吸着材料と、連続体内に実質的に分散された、質量で約５％〜約４０％の炭素とを含む。さらには、吸着構造の温度は、連続体を通る電流の伝導によって制御することができる。
第２の態様によれば、連続体が質量で約１０％〜約２５％の炭素を含む、態様１の吸着構造が提供される。
【００８４】
第３の態様によれば、連続体の電気抵抗が、約５オーム〜約１５オームである、態様１又は態様２の吸着構造が提供される。
【００８５】
第４の態様によれば、炭素が活性炭、非活性炭、又はそれらの組合せである、態様１〜３のいずれかの吸着構造が提供される。
【００８６】
第５の態様によれば、炭素が非活性炭である、態様１〜３のいずれかの吸着構造が提供される。
【００８７】
第６の態様によれば、吸着材料が、連続体内で連続している、態様１〜５のいずれかの吸着構造が提供される。
【００８８】
第７の態様によれば、吸着材料が、ゼオライト、有機金属構造体、又はそれらの組合せを含む、態様１〜６のいずれかの吸着構造が提供される。
【００８９】
第８の態様によれば、炭素が、合成炭素前駆体、有機炭素前駆体又はそれらの組合せに由来する、態様１〜７のいずれかの吸着構造が提供される。
【００９０】
第９の態様によれば、連続体が、カーボンブラックをさらに含む、態様１〜８のいずれかの吸着構造が提供される。
【００９１】
第１０の態様によれば、連続体が、炭素材料、吸着材料、並びに、フェノール樹脂、メチルセルロース、可塑剤、又は無機フィラーのうちの少なくとも１つを含む未焼成体から誘導される、態様１〜９のいずれかの吸着構造が提供される。
【００９２】
第１１の態様によれば、吸着構造が、ブルナウアー−エメット−テラー（ＢＥＴ）吸着法で測定して、約４００ｍ２／ｇ〜約６００ｍ２／ｇの比表面積を有する、態様１〜１０のいずれかの吸着構造が提供される。
【００９３】
第１２の態様によれば、吸着構造が、ブルナウアー−エメット−テラー（ＢＥＴ）吸着法で測定して、約１００ｍ２／ｇ〜約２００ｍ２／ｇの比表面積を有する、態様１〜１０のいずれかの吸着構造が提供される。
【００９４】
本開示の第１３の態様は、非活性炭と、少なくとも１つの多孔壁によって画成された少なくとも１つのセルとを含む、フロースルー基材の形態をした連続体；及び、連続体上のコーティングとしての吸着材料を備えた、吸着構造に関する。さらには、吸着構造の温度は、連続体を通る電流の伝導によって制御することができる。
【００９５】
第１４の態様によれば、連続体の電気抵抗が、約５オーム〜約１５オームである、態様１３の吸着構造が提供される。
【００９６】
第１５の態様によれば、吸着材料が、ゼオライト、有機金属構造体、又はそれらの組合せを含む、態様１３又は態様１４の吸着構造が提供される。
【００９７】
第１６の態様によれば、コーティングが、吸着材料と、メチルセルロース、可塑剤、又は無機フィラーのうちの少なくとも１つとを含む未焼成コーティングに由来する、態様１３〜１５のいずれかの吸着構造が提供される。
【００９８】
本開示の第１７の態様は、炭素前駆体と吸着材料との混合物をフロースルー基材へと成形する工程；基材を乾燥する工程；及び、混合物中の炭素前駆体を炭化して、少なくとも１つの多孔壁によって画成された少なくとも１つのセルからなるフロースルー基材の形態をした連続体を画成する工程を含む、吸着構造の製造方法に関する。連続体は、吸着材料と、連続体内に実質的に分散された、質量で約５％〜約４０％の炭素とを含む。さらには、吸着構造の温度は、連続体を通る電流の伝導によって制御することができる。
【００９９】
第１８の態様によれば、方法がさらに、炭化工程の後に行われる、連続体内で炭素を活性化する工程を含む、態様１７の方法が提供される。
【０１００】
第１９の態様によれば、連続体が、質量で約１０％〜約２５％の炭素を含む、態様１７又は態様１８の方法が提供される。
【０１０１】
第２０の態様によれば、成形、乾燥、及び炭化工程が、吸着材料が連続体内で連続するように行われる、態様１７〜１９のいずれかの方法が提供される。
【０１０２】
第２１の態様によれば、吸着材料が、ゼオライト、有機金属構造体、又はそれらの組合せを含む、態様１７〜２０のいずれかの方法が提供される。
【０１０３】
第２２の態様によれば、成形工程が、混合物をフロースルー基材の形状の未焼成体へと押出成形する工程を含み、該未焼成体が、吸着材料と、フェノール樹脂、メチルセルロース、可塑剤、又は無機フィラーのうちの少なくとも１つとを含む、態様１７〜２１のいずれかの方法が提供される。
【０１０４】
本開示の第２３の態様は、炭素前駆体をフロースルー基材の形状へと成形する工程；炭素前駆体を炭化して、少なくとも１つの多孔壁によって画成された少なくとも１つのセルからなるフロースルー基材の形態をした非活性炭連続体を形成する工程；吸着材料をコーティングとして基材状に塗布する工程；及び、該コーティングを焼成する工程を含む、吸着構造の製造方法に関する。さらには、吸着構造の温度は、連続体を通る電流の伝導によって制御することができる。
【０１０５】
第２４の態様によれば、塗布工程が、吸着コーティングを約１００ｇ／Ｌ〜約３００ｇ／Ｌの担持量で、基材内へとウォッシュコーティングする工程を含む、態様２３の方法が提供される。
【０１０６】
第２５の態様によれば、吸着材料が、ゼオライト、有機金属構造体、又はそれらの組合せを含む、態様２３又は態様２４の方法が提供される。
【０１０７】
第２６の態様によれば、コーティングが、吸着材料と、メチルセルロース、可塑剤、又は無機フィラーのうちの少なくとも１つとを含む未焼成コーティングに由来する、態様２３〜２５のいずれかの方法が提供される。
【０１０８】
本開示の第２７の態様は、態様１に従う吸着構造を提供する工程；及び、吸着構造を、ＣＯ２を含むガスと接触させる工程を含む、ＣＯ２を捕捉するために吸着構造を使用する方法に関する。さらには、接触工程は、吸着構造内にＣＯ２の一部を捕捉するように行われる。
【０１０９】
第２８の態様によれば、ガスが最高で８０℃の温度である、態様２７の方法が提供される。
【０１１０】
第２９の態様によれば、吸着構造内のＣＯ２の一部が脱着によって吸着構造から除去されるように、吸着構造に電流を印加して該吸着構造を加熱する工程をさらに含む、態様２７又は態様２８の方法が提供される。
【０１１１】
第３０の態様によれば、電流を印加する工程が、吸着構造を５０℃以上の温度まで加熱するように行われる、態様２７〜２９のいずれかの方法が提供される。
【０１１２】
本開示の精神及びさまざまな原理から実質的に逸脱することなく、本開示の上述の実施形態に対して多くの変形及び修正がなされうる。このような修正及び変形はすべて、本開示の範囲内に含まれ、かつ、添付の特許請求の範囲によって保護されることが、本明細書では意図されている。
【０１１３】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０１１４】
実施形態１
吸着構造であって、
少なくとも１つの多孔壁によって画成された少なくとも１つのセルを含む、フロースルー基材の形態をした連続体を含み、
前記連続体が、吸着材料と、前記連続体内に実質的に分散された、質量で約５％〜約４０％の炭素とを含み、
前記吸着構造の温度が、前記連続体を通る電流の伝導によって制御することができる、
吸着構造。
【０１１５】
実施形態２
前記連続体が、質量で約１０％〜約２５％の炭素を含むことを特徴とする、実施形態１に記載の構造。
【０１１６】
実施形態３
前記連続体の電気抵抗が、約５オーム〜約１５オームである、実施形態１又は２に記載の構造。
【０１１７】
実施形態４
前記炭素が、活性炭、非活性炭、又はそれらの組合せである、実施形態１〜３のいずれかに記載の構造。
【０１１８】
実施形態５
前記炭素が非活性炭である、実施形態１〜３のいずれかに記載の構造。
【０１１９】
実施形態６
前記吸着材料が前記連続体内で連続している、実施形態１〜５のいずれかに記載の構造。
【０１２０】
実施形態７
前記吸着材料が、ゼオライト、有機金属構造体、又はそれらの組合せを含む、実施形態１〜６のいずれかに記載の構造。
【０１２１】
実施形態８
前記炭素が、合成炭素前駆体、有機炭素前駆体、又はそれらの組合せに由来する、実施形態１〜７のいずれかに記載の構造。
【０１２２】
実施形態９
前記連続体がカーボンブラックをさらに含む、実施形態１〜８のいずれかに記載の構造。
【０１２３】
実施形態１０
前記連続体が、前記炭素材料、前記吸着材料、並びに、フェノール樹脂、メチルセルロース、可塑剤、又は無機フィラーのうちの少なくとも１つを含む未焼成体から誘導される、実施形態１〜９のいずれかに記載の構造。
【０１２４】
実施形態１１
前記吸着構造が、ブルナウアー−エメット−テラー（ＢＥＴ）吸着法で測定して、約４００ｍ２／ｇ〜約６００ｍ２／ｇの比表面積を有する、実施形態１〜１０のいずれかに記載の構造。
【０１２５】
実施形態１２
前記吸着構造が、ブルナウアー−エメット−テラー（ＢＥＴ）吸着法で測定して、約１００ｍ２／ｇ〜約２００ｍ２／ｇの比表面積を有する、実施形態１〜１１のいずれかに記載の構造。
【０１２６】
実施形態１３
吸着構造であって、
非活性炭と、少なくとも１つの多孔壁によって画成された少なくとも１つのセルとを含む、フロースルー基材の形態をした連続体と、
前記連続体上のコーティングとしての吸着材料と
を含み、
前記吸着構造の温度が、前記連続体を通る電流の伝導によって制御することができる、
吸着構造。
【０１２７】
実施形態１４
前記連続体の電気抵抗が約５オーム〜約１５オームである、実施形態１３に記載の構造。
【０１２８】
実施形態１５
前記吸着材料が、ゼオライト、有機金属構造体、又はそれらの組合せを含む、実施形態１３又は実施形態１４に記載の構造。
【０１２９】
実施形態１６
前記コーティングが、前記吸着材料と、メチルセルロース、可塑剤、又は無機フィラーのうちの少なくとも１つとを含む、未焼成コーティングに由来する、実施形態１３〜１５のいずれかに記載の構造。
【０１３０】
実施形態１７
吸着構造の製造方法であって、
炭素前駆体と吸着材料との混合物を、フロースルー基材の形状へと成形する工程；
前記混合物を乾燥する工程；及び
前記混合物中の前記炭素前駆体を炭化して、少なくとも１つの多孔壁によって画成された少なくとも１つのセルからなる、前記フロースルー基材の形状をした連続体を画成する工程、
を含み、
前記連続体が、吸着材料と、前記連続体内に実質的に分散された、質量で約５％〜約４０％の炭素とを含み、かつ
前記吸着構造の温度が、前記連続体を通る電流の伝導によって制御することができる、
方法。
【０１３１】
実施形態１８
炭化工程の後に行われる、前記連続体内の前記炭素を活性化する工程
をさらに含む、実施形態１７に記載の方法。
【０１３２】
実施形態１９
前記連続体が、質量で約１０％〜約２５％の炭素を含む、実施形態１７又は１８に記載の構造。
【０１３３】
実施形態２０
前記成形、乾燥、及び炭化工程が、前記吸着材料が前記連続体内で連続するように行われる、実施形態１７〜１９のいずれかに記載の方法。
【０１３４】
実施形態２１
前記吸着材料が、ゼオライト、有機金属構造体、又はそれらの組合せを含む、実施形態１７〜２０のいずれかに記載の方法。
【０１３５】
実施形態２２
前記成形工程が、前記混合物を、フロースルー基材の形状の未焼成体へと押出成形する工程を含み、前記未焼成体が、前記吸着材料と、フェノール樹脂、メチルセルロース、可塑剤、又は無機フィラーのうちの少なくとも１つとを含む、実施形態１７〜２１のいずれかに記載の方法。
【０１３６】
実施形態２３
吸着構造の製造方法であって、
炭素前駆体をフロースルー基材の形状へと成形する工程；
前記炭素前駆体を炭化して、少なくとも１つの多孔壁によって画成された少なくとも１つのセルからなる、フロースルー基材の形態をした非活性炭連続体を形成する工程；
吸着材料をコーティングとして前記基材上に塗布する工程；及び
前記コーティングを焼成する工程
を含み、
前記吸着構造の温度が、前記連続体を通る電流の伝導によって制御することができる、
方法。
【０１３７】
実施形態２４
前記塗布工程が、前記吸着コーティングを、約１００ｇ／Ｌ〜約３００ｇ／Ｌの担持量で、前記基材内にウォッシュコーティングする工程を含む、実施形態２３に記載の方法。
【０１３８】
実施形態２５
前記吸着材料が、ゼオライト、有機金属構造体、又はそれらの組合せを含む、実施形態２３又は実施形態２４に記載の方法。
【０１３９】
実施形態２６
前記コーティングが、前記吸着材料と、メチルセルロース、可塑剤、又は無機フィラーのうちの少なくとも１つとを含む、未焼成コーティングに由来することを特徴とする、実施形態２３〜２５のいずれかに記載の方法。
【０１４０】
実施形態２７
ＣＯ２の捕捉のために吸着構造を使用する方法であって、
実施形態１に記載の吸着構造を提供する工程；及び
前記吸着構造を、ＣＯ２を含むガスと接触させる工程
を含み、
前記接触工程が、前記吸着構造内の前記ＣＯ２の一部を捕捉するように行われる、
方法。
【０１４１】
実施形態２８
前記ガスが最高で８０℃までの温度である、実施形態２７に記載の方法。
【０１４２】
実施形態２９
前記吸着構造内の前記ＣＯ２の一部が脱着によって前記吸着構造から除去されるように、前記吸着構造に電流を印加して、前記吸着構造を加熱する工程をさらに含む、実施形態２７又は２８に記載の方法。
【０１４３】
実施形態３０
前記電流を印加する工程が、前記吸着構造を５０℃以上の温度まで加熱するように行われる、実施形態２７〜２９のいずれかに記載の方法。
【符号の説明】
【０１４４】
１０ａ，１０ｂ  吸着構造
１２  側面
１４ａ，１４ｂ  連続体
１６  セル
１８  多孔壁
４０  リード線
４８  電源
７０ａ  吸着材料
７０ｂ  炭素
８０ａ  炭素
８０ｂ  コーティング
１００  
１０１，１０２，１０３  熱電対
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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