【手続補正書】
【提出日】平成27年3月24日(2015.3.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】選択されたハニカムチャネル表面上の不透性ポリマー被覆
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は２０１２年４月５日に出願された米国仮特許出願第６１/６２０６７３号の米国特許法第１１９条の下の優先権の恩典を主張する。本明細書は上記仮特許出願の明細書の内容に依存し、上記仮特許出願の明細書の内容はその全体が本明細書に参照として含められる。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は全般にはガス流から二酸化炭素（ＣＯ２）を回収するための吸着剤構造体に関し、さらに詳しくは、吸着剤表面をもつ指定された反応流チャネル及び不透水性障壁層をもつ指定された熱交換チャネルを有する吸着剤構造体に関する。
【背景技術】
【０００３】
二酸化炭素は地球温暖化に関連付けられる温室効果ガスである。二酸化炭素は、例えば、化石燃料の燃焼、天然ガスの精製及び油分回収システムのような、様々な消費者プロセス及び産業プロセスの副産物であることが多い。経済的観点からは、炭素排出量取引並びに将来の燃焼排ガス及びその他のＣＯ２点源からの炭素排出規制がＣＯ２回収技術の開発を鼓舞している。
【０００４】
固体吸着剤による二酸化炭素回収は、温度スイング吸着法、圧力スイング吸着法または真空スイング吸着法のようなプロセスによって実現することができる。例えば、温度スイング吸着法においては、プロセスガスからのＣＯ２が低温において固体吸着剤上に吸着され、次いで吸着剤を高温に加熱することによって吸着剤から放出されて排出ガス流になる。ＣＯ２が吸着剤から放出されると、新しい吸着サイクルを開始するため、吸着剤は再び冷却されなければならない。温度スイングプロセスをともなう大規模利用においては、大量の固体吸着剤にわたって迅速かつ一様に温度サイクルを実施する必要が技術上の課題として残っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、プロセスガス流からＣＯ２を回収するための、温度スイング吸着プロセスに用いられ得る、代わりの方法及び装置が依然として必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
様々な実施形態にしたがえば、ＣＯ２回収のための吸着剤構造体が提供される。吸着剤構造体はハニカム基体を含み、ハニカム基体はハニカム基体の流入面から流入面の反対側のハニカム基体の流出面まで軸方向にハニカム基体を貫通する隔壁を有する。隔壁は複数本の個別チャネルを定めるチャネル面を有する。複数本の個別チャネルは複数本の反応チャネル及び複数本の熱交換チャネルを含み、よって、反応チャネルのチャネル面は反応チャネル面であり、熱交換チャネルのチャネル面は熱交換チャネル面である。反応チャネルと熱交換チャネルは個々の反応チャネルと個々の熱交換チャネルの間で熱が伝わるように配置される。反応チャネル面は吸着剤材料を含み、熱交換チャネル面は少なくとも１つの被覆層を有する。限定ではない実施形態において、少なくとも１つの被覆層は、例えば、ポリ（ビニルブチラール）樹脂、ポリアクリレート類、（カルボキシル化アクルロニトリル−ブタジエン共重合体を含む）ポリニトリル類、ポリクロロプレン類、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリオレフィン類、ポリ（テトラフルオロエチレン）、シリコーン類、ポリウレタン類、これらの混合材料及びこれらの複合材料のような、ポリマー材料で形成された不透水性層を含むことができる。不透水性層のポリマー材料は熱交換チャネル面を形成する隔壁内に実質的に浸入しない。
【０００７】
別の実施形態にしたがえば、ＣＯ２回収のための吸着剤構造体を形成するための方法が提供される。方法は吸着剤で形成されたハニカム基体を提供する工程を含むことができる。ハニカム基体はハニカム基体の流入面から流入面の反対側のハニカム基体の流出面まで軸方向にハニカム基体を貫通する隔壁を有する。隔壁は複数本の個別チャネルを定めるチャネル面を有する。複数本の個別チャネルは複数本の反応チャネル及び複数本の熱交換チャネルを含み、よって、反応チャネルのチャネル面は反応チャネル面であり、熱交換チャネルのチャネル面は熱交換チャネル面である。この方法は遮蔽反応チャネルを形成するために反応チャネルのそれぞれの流入端及び流出端を遮蔽する工程をさらに含むことができる。この方法は、水性ポリマーエマルジョンに熱交換チャネルのそれぞれを流過させ、遮蔽反応チャネルは流過させず、よって交換チャネル面だけを覆う水性ポリマーエマルジョンのエマルジョン皮膜を形成するために、ハニカム基体の流入面上に水性ポリマーエマルジョン（例えばラテックス）または水性ポリマー分散液を送液する工程をさらに含むことができる。この方法は熱交換チャネル面上に不透水性層を形成するためにエマルジョン被膜を乾燥させる工程をさらに含むことができる。不透水性層は、例えば、ポリ（ビニルブチラール）樹脂、ポリアクリレート類、（カルボキシル化アクルロニトリル−ブタジエン共重合体を含む）ポリニトリル類、ポリクロロプレン類、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリオレフィン類、ポリ（テトラフルオロエチレン）、シリコーン類、ポリウレタン類、これらの混合材料及びこれらの複合材料のような、ポリマー材料を含むことができる。
【０００８】
別の実施形態にしたがえば、ＣＯ２回収のための吸着剤構造体を形成するための別の方法が提供される。この方法はセラミック材料で形成されたハニカム基体を提供する工程を含むことができる。ハニカム基体はハニカム基体の流入面から流入面の反対側のハニカム基体の流出面まで軸方向にハニカム基体を貫通する隔壁を有する。隔壁は複数本の個別チャネルを定めるチャネル面を有する。複数本の個別チャネルは複数本の反応チャネル及び複数本の熱交換チャネルを含み、よって、反応チャネルのチャネル面は反応チャネル面であり、熱交換チャネルのチャネル面は熱交換チャネル面である。この方法は遮蔽反応チャネルを形成するために反応チャネルのそれぞれの流入端及び流出端を遮蔽する工程をさらに含むことができる。この方法は、水性ポリマーエマルジョンに熱交換チャネルのそれぞれを流過させ、遮蔽反応チャネルは流過させず、よって熱交換チャネル面だけを覆う水性ポリマーエマルジョンのエマルジョン皮膜を形成するために、ハニカム基体の流入面上に水性ポリマーエマルジョンを送液する工程をさらに含むことができる。この方法は交換チャネル面を覆う不透水性層を形成するためにエマルジョン被膜を乾燥させる工程をさらに含むことができる。不透水性層は、例えば、ポリ（ビニルブチラール）樹脂、ポリアクリレート類、（カルボキシル化アクルロニトリル−ブタジエン共重合体を含む）ポリニトリル類、ポリクロロプレン類、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリオレフィン類、ポリ（テトラフルオロエチレン）、シリコーン類、ポリウレタン類、これらの混合材料及びこれらの複合材料のような、ポリマー材料を含むことができる。
【０００９】
本明細書に説明される実施形態のさらなる特徴は以下の詳細な説明に述べられるであろう。これらのさらなる特徴及び利点は、ある程度は、当業者には記述だけから容易に明らかであろうし、あるいは、添付される図面及び特許請求の範囲を含む、以下の記述に説明される実施形態を実施することによって容易に認められるであろう。
【００１０】
上述の全般的説明及び以下の詳細な説明のいずれもが様々な実施形態を説明すること及び特許請求される主題の本質及び特質を理解するための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。添付図面は様々な実施形態のさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす。図面は本明細書に説明される様々な実施形態を示し、記述とともに、特許請求される主題の原理及び動作の説明に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本明細書の実施形態にしたがう吸着剤構造体の斜視図であり、反応チャネル及び熱交換チャネルを定める隔壁をもつハニカム基体を示す。
【図２】図２は、反応チャネルがハニカム基体の隔壁の吸着面によって定められ、熱交換チャネルが不透水性層で被覆されている、図１の吸着剤構造体の一実施形態の部分図である。
【図３】図３は、反応チャネルがハニカム基体の隔壁の吸着面によって定められ、熱交換チャネルが不透水性層及び不透水性層を覆う別の層で被覆されている、図１の吸着剤構造体の一実施形態の部分図である。
【図４】図４は、本明細書に説明される実施形態にしたがう吸着剤構造体を形成するための方法の本明細書に説明されるいくつかの実施形態にしたがう皮膜形成法の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
それぞれの例が添付図面に示される、ガス流からのＣＯ２回収のための吸着剤構造体の実施形態及びこれを形成するための方法をここで詳細に参照する。可能であれば必ず、同じ参照数字が全図面を通して同じかまたは同様の要素を指して用いられる。ガス流からのＣＯ２回収のための吸着剤構造体の一実施形態が図１に簡略に示され、別の実施形態が図２及び３に示される。吸着剤構造体は一般にハニカム基体を有し、ハニカム基体はハニカム基体の流入面から流入面の反対側のハニカム基体の流出面まで軸方向にハニカム基体を貫通する隔壁を有する。隔壁は複数本の個別チャネルを定めるチャネル面を有する。複数本のチャネルは複数本の反応チャネル及び複数本の熱交換チャネルを含み、よって、反応チャネルのチャネル面は反応チャネル面であり、熱交換チャネルのチャネル面は熱交換チャネル面である。反応チャネルと熱交換チャネルは個々の反応チャネルと個々の熱交換チャネルの間で熱が伝わるように配置される。反応チャネル面は吸着剤材料を含み、熱交換チャネル面はポリマー材料で形成された少なくとも１つの不透水性被覆層を有する。不透水性被覆層のポリマー材料は熱交換チャネル面から反応チャネル面の吸着剤材料内に浸入しない。したがって、ガス流からのＣＯ２回収プロセスにおいては、ガス流が反応チャネルを流過し、水のような熱交換媒体が熱交換チャネルを流過することができるが、熱交換媒体は不透水性被覆層によってブロックされて反応チャネルに入ることはできず、そうでなければ吸着剤のＣＯ２負荷容量が低下するであろう。添付図面を特に参照して吸着剤構造体及び吸着剤構造体を形成する方法をここでさらに詳細に説明する。
【００１３】
図１及び２を参照すれば、いくつかの実施形態にしたがうガス流からのＣＯ２回収のための吸着剤構造体１００はハニカム基体１１０を含むことができ、ハニカム基体１１０はハニカム基体１１０の流入面１３０からハニカム基体１１０の流出面１４０まで軸方向９０にハニカム基体１１０を貫通する隔壁１２０を有する。流出面１４０は流入面の反対側にある。隔壁１２０は複数本の個別チャネル１５０，１６０を定めるチャネル面１２５を有する。複数本の個別チャネル１５０，１６０は複数本の反応チャネル１５０及び複数本の熱交換チャネル１６０を含む。よって、反応チャネル１５０のチャネル面１２５は反応チャネル面１５５であり、熱交換チャネル１６０のチャネル面１２５は熱交換チャネル面１６５である。反応チャネル１５０と熱交換チャネル１６０は、個々の反応チャネル１５０Ａ，１５０Ｂと個々の熱交換チャネル１６０Ａ，１６０Ｂの間で熱が伝わるように配置される。反応チャネル面１５５は吸着剤材料を含む。熱交換チャネル面１６５は熱交換チャネル面１６５を覆う少なくとも１つの被覆層を有する。少なくとも１つの被覆層はポリマー材料で形成された不透水性層１７０を含む。不透水性層１７０のポリマー材料は、熱交換チャネル面１６５を形成する隔壁１２０の吸着剤材料内に、または反応チャネル面１５５の吸着剤領内に、実質的に浸入しない。
【００１４】
ハニカム基体１１０は、例えば、ガラス、セラミック、非酸化物セラミック（例えば、炭化物、窒化物）、炭素、合金、金属、ポリマー、複合材料及びこれらの混合材料を含む、適するいずれかの多孔質材料で形成することができる。いくつかの実施形態において、ハニカム基体１１０は、例えば、ゼオライト、ＭＯＦ（金属有機構造体）、クレイ、層状複水酸化物、固体アミン、及びアルカリ／アルカリ土類酸化物あるいは、ゼオライト、ＭＯＦ（金属有機構造体）またはコージェライトを含有する複合材料、ＳｉＣ、ムライト、アルミナ及びチタン酸アルミニウム、及び炭素のような、ＣＯ２を吸着することができる吸着剤材料で形成することができる。他の実施形態において、ハニカム基体１１０は吸着剤材料が埋め込まれているセラミック支持材料で形成することができる。他の実施形態において、ハニカム基体１１０は非吸着剤材料で形成し、続いて、例えばウォッシュコーティングのような、適する方法によって吸着剤材料を装荷することができる。ハニカム基体１１０は適するいずれかの方法で作製することができるが、一般には、押出、鋳型または３Ｄプリンティング、あるいは、適切な材料の成形及び、必要に応じて、例えば材料の加熱または焼成によるような材料の仕上げによって作製することができる。
【００１５】
一般に、本明細書に説明される実施形態にしたがう吸着剤材料は、ＣＯ２及びメタン、窒素、水素、硫化水素またはこれらの混合気のような１つ以上の別のガスを含むプロセスガス流からＣＯ２を可逆的に吸着することができる材料である。本明細書に用いられるように、「プロセスガス流からＣＯ２を可逆的に吸着することができる」は、吸着剤材料が第１の動作パラメータセット（例えば初期温度）においてプロセスガス流からＣＯ２を吸着することができ、第２の動作パラメータセットに変更することにより（例えば温度を上昇させることにより）、吸着されているＣＯ２を放出させ得ることを意味する。限定ではない実施形態において、ＣＯ２を含有するプロセスガス流は、例えば、天然ガス、燃焼排ガス、空気、バイオガス、水素ガス製造システムからの水性ガス転化混合気、及び燃焼プロセスからの排気ガスとすることができる。いくつかの実施形態において、ハニカム基体１１０は、吸着剤材料で、またはハニカム基体１１０の形成中に吸着剤材料が添加される非吸着剤材料で、形成される。他の実施形態において、吸着剤材料は非吸着剤材料で形成されたハニカム基体１１０の細孔内に装荷される。
【００１６】
いくつかの実施形態にしたがえば、ハニカム基体１１０を（例えば、鋳型、押出または成成形によって）作製することができる、適する吸着剤材料には、限定ではない例として、ゼオライト、ゼオライト様イミダゾール構造体、金属有機構造体、炭素、メソポーラスアルミナ及び、ＳＢＡ−１５及び類似品を含む、メソポーラスシリカ、及び上記材料の組合せ、並びにアミンまたはアミノ基で官能化された上記材料のいずれかがある。他の実施形態において、ハニカム基体１１０は上記の吸着剤材料の１つ以上が埋め込まれたセラミック支持材料で形成することができる。そのような実施形態において、セラミック支持材料は、例えば、ハニカム基体を形成するために吸着剤材料とともに鋳型または共押出することができる。
【００１７】
いくつかの実施形態にしたがえば、ハニカム基体１１０の少なくとも反応チャネル面１５５上に施すことができる、適する吸着剤材料には、ゼオライト、ゼオライト様イミダゾール構造体、金属有機構造体、炭素、メソポーラスアルミナ及び、ＳＢＡ−１５及び類似品を含む、メソポーラスシリカ、及び上記材料の組合せ、並びにアミンまたはアミノ基で官能化された上記材料のいずれかがあるが、これらには限定されない。本明細書に説明される実施形態にしたがえば、吸着剤材料は、例えばウォッシュコーティングによるような、いずれか適する手法によって施すことができる。
【００１８】
図１の実施形態のハニカム基体１１０は円柱形であるが、他の実施形態にしたがえば、ハニカム基体１１０は、例えば、三角形立体、長方形立体、正方形立体、または六角形立体のような、所望のいずれの形状も有することができる。さらに、ハニカム基体１１０は軸方向９０に、例えば１ｃｍから１０ｍのような、適するいかなる長さも有することができる。
【００１９】
一般に、ハニカム基体１１０が形成される材料は多孔質である。いくつかの実施形態において、ハニカム基体１１０は吸着剤材料で形成することができる。他の実施形態において、ハニカム基体はハニカム基体１１０の形成中に（例えば共押出により）またはハニカム基体１１０の形成後に（例えばウォッシュコーティングにより）吸着剤材料が付加される、例えばセラミック支持体のような、非吸着剤材料で形成することができる。ハニカム基体１１０の材料は、いくつかの実施形態において、１.０μｍから１５μｍの中程度の細孔径を有することができる。いくつかの実施形態において、吸着剤材料及びハニカム基体１１０は細孔径が１μｍより小さい細孔をある程度有することができ、細孔径が１μｍより大きい細孔をある程度有することができる。例えば、吸着剤材料及びハニカム基体１１０は、細孔の５０％より多くが１μｍより小さい径を有する、細孔を有することができる。本明細書で用いられるように、「細孔径」は断面直径を指し、あるいは、細孔が非円形断面を有する場合は、非円形細孔の断面積と同じ断面積を有する仮想円の直径を指す。一般に、いかなる与えられた材料の細孔径も統計的分布内にある。したがって、「細孔径中央値」または「ｄ５０」は、全細孔の統計的分布に基づいて、細孔の５０％の細孔径がそれより上にあり、細孔の５０％の細孔径がそれより下にある、長さ測定値を指す。しかし、本明細書に説明される吸着剤構造体１００の実施形態が、限定ではなく、細孔中間値が１.０μｍより小さいかまたは１５μｍより大きいハニカム基体を含む、別の細孔中間値を有するハニカム基体１１０にも利用され得ることは当然である。
【００２０】
いくつかの実施形態において、ハニカム基体１１０は、水銀圧入ポロシメトリーで測定して、３５％〜６０％の多孔度を有することができる。しかし、本明細書に説明される吸着剤構造体１００の実施形態が、限定ではなく、多孔度が３５％より小さいかまたは６０％より大きいハニカム基体を含む、別の多孔度を有するハニカム基体１１０にも利用され得ることは当然である。
【００２１】
図１及び２のハニカム基体１１０において個別チャネル１５０，１６０の形状は正方形として示されるが、本明細書に説明される吸着剤構造体１００に実施形態における個別チャネルの形状は図１及び２に示される形状に決して限定されないことは当然である。むしろ、ハニカム基体１１０における個別チャネル１５０，１６０は、限定ではなく、長方形、正方形、円形、長円形、六角形、三角形、五角形、３辺から２０辺を有する正多角形または不等辺多角形及びこれらの組合せを含む、所望のいかなる断面も有することができる。個別チャネル１５０，１６０の断面積は、軸方向９０に垂直な方向にスライスされたハニカム基体１１０の断面積に対する個別チャネル１５０，１６０の断面積の比を最大にするように選ばれることが好ましい。したがって、例えば１つ以上のタイプの幾何学的形状につくられたチャネルの平面充填のような、数多くの空間充填選択肢が可能であることは容易に理解されるはずである。さらに、反応チャネル１５０及び熱交換チャネル１６０が同じ形状または大きさである必要はなく、ハニカム基体１１０内で数が等しい必要はないことは当選である。いくつかの実施形態において、例えば、反応チャネル１５０と熱交換チャネル１６０は、複数の（例えば、２，３，４，５の、または５より多くの）反応チャネル１５０の列が熱交換チャネル１６０のそれぞれの列の間に配されるように、列をなして配置することができる。
【００２２】
ハニカム基体１１０内の個別チャネル１５０，１６０は、流入面１３０の平方インチ当たりの、ハニカム基体１１０内に存在する個別チャネル１５０，１６０の本数として定められる、セル密度を有する。いくつかの実施形態において、ハニカム基体１１０は流入面の平方インチ当たり約１００本から約２０００本（約１５.５〜約３１０本/ｃｍ２）の個別チャネルのセル密度を有することができる。好ましい実施形態において、ハニカム基体１１０は流入面１３０の平方インチ当たり約３００本から約１５００本（約４６.５〜約２３２.５本/ｃｍ２）の個別チャネルのセル密度を有することができる。さらに好ましい実施形態において、ハニカム基体１１０は流入面の平方インチ当たり約６００本から約１５００本（約９３.０〜約２３２.５本/ｃｍ２）の個別チャネルのセル密度を有することができる。一般に、ハニカム基体１１０のセル密度は、以下でさらに詳細に説明されるような、熱交換チャネル面１６５を被覆するために用いられる水性ポリマーエマルジョンの粘度と適合するように選ぶことができる。すなわち、いくつかの実施形態において、反応チャネル１５０は、流入面１３０の平方インチ当たり約１００本から約２０００本，約３００本から約１５００本、または約６００本から約１５００本の反応チャネルのセル密度を有することができ、反応チャネル１５０の間に分散される熱交換チャネル１６０のセル密度及び幾何学的形状は、不透水性層１７０を含む少なくとも１つの被覆層による熱交換チャネル１５０の十分な被覆性が可能になるようなセル密度だけに限定され得る。
【００２３】
図１及び２を参照すれば、上述したように、反応チャネル１５０と熱交換チャネル１６０は、個別反応チャネル１５０Ａ，１５０Ｂと個別熱交換チャネル１６０Ａ，１６０Ｂの間で熱が伝わるように配置される。数多くのチャネル形状寸法及びレイアウトの構成が可能であることは当然であるが、熱伝達の一例が図２の実施形態に示されている。
【００２４】
他にも図２の実施形態に存在し得る熱伝達ルートがあるが、最も明白なルートは、反応チャネル１５０Ａと熱交換チャネル１６０Ａの間及び反応チャネル１５０Ｂと熱交換チャネル１６０Ｂの間である。いずれの例においても、反応チャネル１５０Ａ，１５０Ｂとそれぞれの熱交換チャネル１６０Ａ，１６０Ｂの間の熱伝達は隔壁１２０を直接通って隣接チャネル間でおこる。したがって、例えば水のような、熱転送媒体または熱転送流体が熱交換チャネル１６０Ａ，１６０Ｂを流過すれば、反応チャネル１５０Ａ，１５０Ｂの温度は、反応チャネル１５０Ａ，１５０Ｂの温度に対する熱転送媒体の温度によって影響を受け得る。例えば、熱転送媒体が反応チャネル１５０Ａ，１５０Ｂの温度より冷たければ、反応チャネルは冷やされ、ＣＯ２の吸着に有利になる。同様に、熱転送媒体が反応チャネル１５０Ａ，１５０Ｂの温度より暖かければ、反応チャネルは暖められ、ＣＯ２の放出に有利になる。したがって、反応チャネル１５０Ａ，１５０Ｂとそれぞれの熱交換チャネル１６０Ａ，１６０Ｂの間の熱伝達が、温度スイング吸着法のサイクル中に必要とされるであろうような、吸着剤構造体１００内の吸着剤材料の温度の迅速で一様な調節を可能にし得ることは理解されるはずである。
【００２５】
次に、図２及び３を参照して図１の吸着剤構造体１００の実施形態例を説明する。そのような実施形態の全てにおいて、反応チャネル面１５５は吸着剤材料を含み、熱交換チャネル面１６５は少なくとも１つの被覆層を有する。熱交換チャネル面１６５上の少なくとも１つの被覆層は、以下でさらに詳細に説明される、ポリマー材料で形成された不透水性層１７０を含む。さらに、全ての実施形態において、不透水性層１７０のポリマー材料は、熱交換チャネル面１６５を形成する隔壁１２０，隔壁１２０の吸着剤材料または反応チャネル面１５５の吸着剤材料内に実質的に浸入しない。本明細書に用いられるように、「実質的に浸入しない」は、不透水性層１７０は隔壁１２０内に僅かに浸入できるが、その僅かな浸入は吸着剤構造体１００の動作中にＣＯ２の吸着がおこらなければならない吸着剤材料の細孔を遮蔽しないことを意味する。万一、不透水性層１７０のポリマー材料が隔壁１２０を貫通して浸入し、反応チャネル面１５５に到達してしまえば、おそらく個別反応チャネル１５０Ａ，１５０Ｂの少なくとも１つの面はＣＯ２を吸着できなくなる。図示される実施形態において、不透水性層１７０のポリマー材料は、隣接する熱交換チャネル１６０と反応チャネル１５０の間の隔壁１２０の厚さの２５％未満、１０％未満または５％未満までは、隔壁１２０の吸着剤材料内に浸入することができる。
【００２６】
図２を参照すれば、ハニカム基体１１０（図１を見よ）の部分図が示されている。いくつかの実施形態において、ハニカム基体１１０は、上述したように、吸着剤材料で形成される。したがって、反応チャネル面１５５を有し、反応チャネル１５０Ａ，１５０Ｂを定める隔壁１２０も吸着剤材料で形成される。ハニカム基体１１０が、ハニカム基体１１０の形成中またはハニカム基体１１０の形成後に吸着剤材料が付加される、非吸着剤セラミック材料（すなわち、ＣＯ２を可逆的に吸着しない材料）で形成されている場合のような、他の実施形態においては、吸着剤材料は反応チャネル面１５５のそれぞれに露出される。熱交換チャネル面１６５は少なくとも１つの被覆層を有する。図２の実施形態における少なくとも１つの被覆層は、以下でさらに詳細に説明される、ポリマー材料で形成された不透水性層１７０である。不透水性層１７０のポリマー材料は、熱交換チャネル面１６５を形成する隔壁１２０，隔壁１２０の吸着剤材料または反応チャネル面１５５の吸着剤材料内に実質的に浸入しない。
【００２７】
一般に、図２の実施形態の被覆形状をつくるため、ハニカム基体１１０が吸着剤材料で形成されるかまたは、吸着剤材料が付加される、非吸着剤材料で形成されるかにかかわらず、ハニカム基体１１０の反応チャネル１５０は遮蔽されるかまたは別の手段で遮蔽され、被覆材料は熱交換チャネル１６０内だけに導入される。被覆材料は、必要に応じて加熱により、乾燥させて、熱交換チャネル１６０上だけに、不透水性層１７０を含む少なくとも１つの被覆層を形成することができる。被覆形成プロセス完了後、反応チャネル１５０から遮蔽を取り去ることができる。
【００２８】
図３を参照すれば、ハニカム基体１１０（図１を見よ）の部分図が示されている。いくつかの実施形態において、ハニカム基体１１０は、上述したように、吸着剤材料で形成される。したがって、反応チャネル面１５５を有し、反応チャネル１５０Ａ，１５０Ｂを定める隔壁１２０も吸着剤材料で形成される。ハニカム基体１１０が、ハニカム基体１１０の形成中またはハニカム基体１１０の形成後に吸着剤材料が付加される、非吸着剤セラミック材料（すなわち、ＣＯ２を可逆的に吸着しない材料）で形成されている場合のような、他の実施形態においては、吸着剤材料は反応チャネル面１５５のそれぞれに露出される。熱交換チャネル面１６５は少なくとも１つの被覆層を有する。図３の実施形態における少なくとも１つの被覆層は、以下でさらに詳細に説明される、ポリマー材料で形成された不透水性層１７０及び、不透水性層１７０を覆う、同じく以下でさらに詳細に説明される、少なくとも１つの付加層１８０を含む。不透水性層１７０のポリマー材料は、熱交換チャネル面１６５を形成する隔壁１２０，隔壁１２０の吸着剤材料または反応チャネル面１５５の吸着剤材料内に実質的に浸入しない。
【００２９】
一般に、図３の実施形態の被覆形状をつくるため、ハニカム基体１１０が吸着剤材料で形成されるかまたは、吸着剤材料が付加される、非吸着剤材料で形成されるかにかかわらず、ハニカム基体１１０の反応チャネル１５０は遮蔽されるかまたは別の手段で遮蔽され、第１の被覆材料が熱交換チャネル１６０内だけに導入される。第１の被覆材料は、熱交換チャネル１６０内だけに導入し、必要に応じて、例えば加熱により、乾燥させて、不透水性層１７０を形成することができる。引き続いて、第２の被覆材料を熱交換チャネル１６０内だけに導入し、必要に応じて、例えば加熱により、乾燥させて、不透水性層１７０を覆う少なくとも１つの付加層１８０を形成することができる。被覆形成プロセス完了後、反応チャネル１５０から遮蔽を取り外すことができる。
【００３０】
次に、図１に例示され、さらに図２及び３に例示される、吸着剤構造体１００を全般的に参照すれば、ハニカム基体１１０の熱交換チャネル面１６５は少なくとも１つの被覆層を有する。少なくとも１つの被覆層はポリマー材料で形成された不透水性層１７０（図２及び３）を含み、必要に応じて、不透水性層１７０を覆う少なくとも１つの付加層１８０（図３）をさらに含む。図２または３は少なくとも１つの被覆層を単層（図２）または二層（図３）として示しているが、少なくとも１つの被覆層は熱交換チャネル面１６５を定めている隔壁１２０上に順次に被着される複数の被覆層で構成することができる。同様に、いくつかの実施形態において、少なくとも１つの被覆層は単一のポリマー材料で形成された正確に１つの不透水性層１７０を含むことができあるいは、それぞれが異なるポリマー材料で形成されている、１つより多くの不透水性層１７０を含むことができる。全ての実施形態において、上述したように、不透水性層１７０のポリマー材料は熱交換チャネル面１６５を形成する隔壁１２０，隔壁１２０の吸着剤材料または反応チャネル面１５５の吸着剤材料内に実質的に浸入しない。
【００３１】
いくつかの実施形態にしたがえば、不透水性層１７０は水を通さないポリマー材料を含むことができる。よって、ＣＯ２回収プロセス中に熱交換チャネル１６０内の熱転送媒体として水が用いられる場合、水は、ＣＯ２の吸着がおこっている（隔壁内１２０内にあるかまたは反応チャネル面１５５上にあるかにかかわらず）吸着剤材料内に浸入することはできない。理論に束縛されるつもりはなしに、吸着剤材料内の水のような熱転送媒体の存在は、吸着剤構造体１００の、ＣＯ２を含有しているプロセスガス流からのＣＯ２除去能力をかなり低め得ると考えられる。いくつかの実施形態において、ポリマー材料は不透水性であり、かつ疎水性である。
【００３２】
不透水性層１７０のポリマー材料は、ハニカム基体１１０の材料上に一様な皮膜を形成することができるが、ＣＯ２回収に必要な吸着剤材料でつくられたハニカム基体１１０のいかなる領域にも実質的に浸入しない、いかなるポリマー材料からも選ぶことができる。図示される実施形態において、この目的に特によく適するポリマー材料には、例えば、ポリ（ビニルブチラール）樹脂、ポリアクリレート類、（カルボキシル化アクルロニトリル−ブタジエン共重合体を含む）ポリニトリル類、ポリクロロプレン（ネオプレン）、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリエチレンまたはポリプロピレンのようなポリオレフィン類、ポリ（テトラフルオロエチレン）、シリコーン類、ポリウレタン類、これらの１つ以上を含む複合材料及びこれらの２つ以上の混合材料があるが、これらには限定されない。図示される実施形態の材料は、例えば、ゼオライト、コージェライト、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、チタン酸アルミニウム、ムライト、スピネル、ペロブスカイト、ケイ酸塩、炭素またはアルミナ及びこれらの混合材料でつくられた、ハニカム基体上での使用に特によく適している。
【００３３】
いくつかの実施形態において、熱交換チャネル面１６５上の少なくとも１つの被覆層の不透水性層１７０は隔壁１２０上に形成するかまたは直接に被着することができる。吸着剤構造体１００を形成するための方法に関して以下でさらに詳細に説明されるように、いくつかの実施形態において、不透水性層１７０は選ばれた硬化済または未硬化のポリマー材料を含有する水性ポリマーエマルジョンまたは分散液をハニカム基体１１０内に導入することによって被着することができる。水性ポリマーエマルジョン内のポリマー材料はいかなる吸着剤材料内へのポリマー材料内への浸入も防止するに適する粒径を有し、水性ポリマーエマルジョンの粘度は適する注型性及び被覆一様性を与えるように選ぶことができる。特にハニカム基体１１０が流入面１３０の平方インチ当たり８００本（１２４本/ｃｍ２）の個別チャネルより高いセル密度を有する場合、水性ポリマーエマルジョンの個別チャネル１５０，１６０への、例えば表面張力によって妨げられない、進入を可能にするに十分に低くなるように水性ポリマーエマルジョンの粘度を選ぶこともできる。熱交換チャネル面１６５がポリマー材料によって十分に覆われると、水性ポリマーエマルジョン内の水性ビヒクルを、例えば無加熱でのまたは加熱による乾燥によって、除去することができ、必要であれば、不透水性層を形成するためにポリマー材料を架橋または硬化させることができる。
【００３４】
別の実施形態において、例えば図３の実施形態におけるように、少なくとも１つの被覆層は不透水性層１７０を覆う少なくとも１つの付加層１８０をさらに含むことができる。そのような実施形態において、少なくとも１つの付加層１８０は、熱交換チャネル面１６５の不透水性を不透水性層１７０だけで達成されるよりも高める、上塗層として機能することができる。図示されていない他の実施形態において、少なくとも１つの付加層１８０は熱交換チャネル面１６５と不透水性層１７０の間に配することができる。そのような実施形態において、少なくとも１つの付加層１８０は、例えば、不透水性層１７０が被着または塗布されるときの不透水性層のポリマー材料の隔壁１７０の吸着剤材料内への実質的な浸入を防止するに必要な程度まで、熱交換チャネル面１６５の多孔度を低める、下塗層として機能することができる。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの付加層１８０は不透水性層１７０のポリマー材料とは異なるポリマー材料を含むことができる。限定ではない説明のための実施形態において、熱交換チャネル面１６５の少なくとも１つの被覆層は、上述した不透水性層１７０及び、不透水性層１７０の下層または上層の、ポリマー材料の少なくとも１つの付加層１８０を含むことができる。限定ではない実施形態において、少なくとも１つの付加層１８０のポリマー材料は、例えば、ポリスチレン類、エポキシ樹脂、ポリエステル類、ポリカーボネート類、ナイロン類、ポリ（ビニルブチラール）樹脂、ポリアクリレート類、（カルボキシル化アクルロニトリル−ブタジエン共重合体を含む）ポリニトリル類、ポリクロロプレン（ネオプレン）、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリエチレンまたはポリプロピレンのようなポリオレフィン類、ポリ（テトラフルオロエチレン）、シリコーン類、ポリウレタン類、これらの１つ以上を含有する複合材料及びこれらの２つ以上の混合材料のような、ポリマーから選ぶことができる。
【００３５】
上述したいくつかの実施形態にしたがう吸着剤構造体１００においては一般に、熱交換チャネル面１６５は、不透水性層１７０を含む少なくとも１つの被覆層及び。必要に応じて、少なくとも１つの付加層１８０で被覆することができる。全ての場合において、熱交換チャネル面１６５を被覆する１つ以上の層の厚さはハニカム基体１１０のセル密度に依存して変わる。いくつかの実施形態において、熱交換チャネル面１６５上の被覆の総厚は、被覆を含む熱交換チャネル１６０の、軸方向９０に垂直な断面における個別熱交換チャネル１６０の面積に基づいて、５０％未満、４０％未満、３０％未満、２０％未満、１０％未満、５％未満または１％未満がそれぞれの熱交換チャネル１６０内の全ての被覆層によって塞がれるように、制限され得る。いくつかの実施形態において、（不透水性層１７０及び、必要に応じて、少なくとも１つの付加層１８０を含む）少なくとも１つの被覆層の総厚は、例えば約３μｍから約５０μｍのように、０.０１μｍから約６００μｍとすることができる。
【００３６】
図２及び３を参照して図１の吸着剤構造体１００の様々な実施形態を説明してきたが、次に吸着剤構造体１００を作製するための方法を説明する。いくつかの実施形態において、本方法は吸着剤材料で形成されたハニカム基体１１０を提供する工程を含む。他の実施形態において、本方法は、例えば非吸着剤材料を含む、ＣＯ２吸着に用いられる吸着剤材料以外の支持材料で形成され、ハニカム材料１１０の形成中または形成後に吸着剤材料が付加された、ハニカム基体１１０を提供する工程を含む。以下の方法の説明において、図１〜３の吸着剤構造体の構造態様が、また吸着剤構造体１００を形成するための方法に用いられる送液構成２００の一実施形態の図４の略図も、折にふれて参照される。
【００３７】
いくつかの実施形態にしたがえば、ＣＯ２回収のための吸着剤構造体１００を形成するための方法は吸着剤材料で形成されたハニカム基体１１０を提供する工程を含む。ハニカム基体１１０の作製に適する吸着剤材料には、非限定的例として、ゼオライト、ゼオライト様イミダゾール構造体、金属有機構造体、炭素、メソポーラスアルミナ及び、ＳＢＡ−１５及び類似品を含む、メソポーラスシリカ、及び上記材料の組合せ、並びにアミンまたはアミノ基で官能化された上記材料のいずれかがある。
【００３８】
吸着剤材料で形成されたハニカム基体１１０は、ハニカム基体１１０の流入面１３０から流入面１３０の反対側のハニカム基体１１０の流出面１４０まで軸方向９０にハニカム基体１１０を貫通する隔壁１２０を有することができる。隔壁１２０は複数本の個別チャネル１５０，１６０を定めるチャネル面１２５を有する。複数本の個別チャネル１５０，１６０は複数本の反応チャネル１５０及び複数本の熱交換チャネル１６０を含む。よって、反応チャネル１５０のチャネル面１２５は反応チャネル面１５５であり、熱交換チャネル１６０のチャネル面１２５は熱交換チャネル面１６５である。
【００３９】
吸着剤材料でつくられたハニカム基体１１０を含む方法は、遮蔽反応チャネルを形成するため、反応チャネル１５０のそれぞれの流入端及び流出端を遮蔽する工程をさらに含むことができる。いくつかの実施形態において、反応チャネル１５０は、例えば、反応チャネル１５０を異物または除去可能な物質で閉塞することによって、遮蔽することができる。他の実施形態において、反応チャネル１５０は、反応チャネル１５０の末端だけを覆い、熱交換チャネル１６０の末端は開放しておく、マスクを用いて遮蔽することができる。これらにより、エマルジョンまたは分散液のような溶液を熱交換チャネル１６０だけに導入することができる。反応チャネル１５０は、被覆プロセス完了後、例えばマスクを外すことによって、遮蔽を取り去ることができる。
【００４０】
反応チャネル１５０が遮蔽されると、ハニカム基体１１０の流入面１３０上に液体組成物が送液され、液体組成物は熱交換チャネル１６０のそれぞれを流過させられるが、遮蔽反応チャネル１５０は流過できない。送液構成２００の一実施形態にしたがう液体組成物の送液が図４に簡略に示される。この実施形態において、液体組成物２２０は容器２１０から漏斗２３０に注ぎ込むことができる。漏斗２３０は、液体組成物２２０がハニカム基体１１０のチャネルに流入せずに漏斗２３０から横方向に出て行くことを防止する、漏れ防止シールを形成するようにハニカム基体１１０の流入面１３０に連結することができる。液体組成物２２０は次いで、例えば重力により、ハニカム基体１１０のチャネルを通り、流出面１４０に向けて引かれる。液体組成物２２０の余剰量は流入面１４０を通ってハニカム基体１１０を出ることができ、例えばいずれか適する受液槽２４０内に受けることができる。図示されていない別の実施形態において、液体組成物は、例えば流出面１４０に取り付けられた真空装置の支援により、ハニカム基体１１０を通して引くことができる。当業者であれば、熱交換チャネル１６０への液体組成物の送液に関わるプロセスに数多くの変形が存在することを容易に理解するはずである。
【００４１】
いくつかの実施形態において、液体組成物はポリマー材料の粒子を含有するエマルジョンまたは分散液とすることができる。エマルジョンまたは分散液は水性または非水性とすることができる。他の実施形態において、エマルジョンまたは分散液は、硬化させるとポリマー材料を形成する、未硬化モノマーを含有することができる。熱交換チャネル１６０への水性ポリマーエマルジョンの送液の結果、熱交換チャネル面１６５だけを覆う水性ポリマーエマルジョンのエマルジョン被膜が形成される。エマルジョン被膜は、熱交換チャネル面１６５上に不透水性層１７０を形成し、よって図２の構成を得るため、例えば加熱によるかまたは熱交換チャネル面１６５にかけて空気をブローすることによって、乾燥させることができる。
【００４２】
液体組成物は、特に液体組成物が水性ポリマーエマルジョンまたな分散液である場合、ビニルブチラール類、アクリルモノマー、カルボキシル化アクリロニトリル類、ブタジエン類、ニトリル類、クロロプレン類、塩化ビニル類、フッ化ビニリデン類、エチレンまたはプロピレンのようなオレフィン類、テトラフルオロエチレン、シロキサン類、ウレタン類、またはこれらのいずれかの混合物のような未硬化モノマーを含有することができる。したがって、そのようなモノマーで形成された不透水性層は、例えば、ポリ（ビニルブチラール）樹脂、ポリアクリレート類、（カルボキシル化アクルロニトリル−ブタジエン共重合体を含む）ポリニトリル類、ポリクロロプレン類、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリエチレンまたはポリプロピレンまたはこれらの共重合体のようなポリオレフィン類、ポリ（テトラフルオロエチレン）、シリコーン類、ポリウレタン類、これらの混合材料、及びこれらの複合材料から選ばれるポリマー材料を含むことができる。
【００４３】
液体組成物が、水性ポリマーエマルジョンにおけるように、粒子を含有する実施形態において粒子は０.１μｍから２０μｍの粒径中央値を有するポリマー材料の粒子とすることができる。別の実施形態において、粒径中央値は０.１μｍから２.０μｍとすることができる。水性ポリマーエマルジョンは、２５℃において５０ｃＰ（０.０５Ｐａ・秒）から５０００ｃＰ（５Ｐａ・秒）のような広い範囲の粘度を有することができる。別途に言明されない限り、粘度は本明細書において、Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ粘度計を用い、ＬＶＦ Ｎｏ.３スピンドルを３０ｒｐｍで回転させ、２５℃で測定した粘度を指す。ハニカム基体１１０のセル密度に基づいて水性ポリマーエマルジョンの粘度を選択することが好ましいであろう。したがって、いくつかの実施形態において、ハニカム基体１１０は、流入面１３０の平方インチ当たり、約１００本（約１５.５本/ｃｍ２）から約２０００本（約３１０本/ｃｍ２）の個別チャネル１５０，１６０、約３００本（約４６.５本/ｃｍ２）から約１５００本（約２３２.５本/ｃｍ２）の個別チャネル１５０，１６０、または約６００本（約９３.０本/ｃｍ２）から約１５００本の個別チャネル１５０，１６０のセル密度を有することができ、水性ポリマーエマルジョンは２５℃において５０ｃＰから５０００ｃＰの粘度を有することができる。いくつかの実施形態において、水性ポリマーエマルジョンは、水性ポリマーエマルジョンの総重量に基づき、重量で１０％から５０％の固形物を含有することができる。
【００４４】
いくつかの実施形態において、吸着剤材料でつくられたハニカム基体１１０を含む方法は、エマルジョン被膜の形成後に熱交換チャネル１６０から余剰の水性ポリマーエマルジョンを除去するため、熱交換チャネル１６０を通して、例えば空気または窒素のような、ガスをブローする工程をさらに含むことができる。
【００４５】
いくつかの実施形態にしたがえば、吸着剤材料でつくられたハニカム基体１１０を含む方法は、熱交換チャネル面１６５上の不透水性層層１７０の上の上塗層として少なくとも１つの付加層１８０を形成する工程をさらに含むことができる。上塗層を形成するため、ハニカム基体１１０の流入面上に第２の水性ポリマーエマルジョンを送液して、第２の水性ポリマーエマルジョンに熱交換チャネル１６０のそれぞれは流過させるが、遮蔽反応チャネル１５０は流過させないようにすることができる。これにより、不透水性層を覆って第２の水性ポリマーエマルジョンのエマルジョン被膜が形成される。このエマルジョン被膜は、不透水性層１７０上の上塗層として少なくとも１つの付加層１８０を形成するため、例えば加熱によるかまたはガスブローによって、乾燥させることができる。限定ではない、説明のための実施形態において、上塗層はポリスチレンまたはエポキシ樹脂で形成することができる。
【００４６】
いくつかの実施形態にしたがえば、ＣＯ２回収のための吸着剤構造体１００を形成するための方法は、セラミック材料で形成されたハニカム基体１１０を提供する工程を含むことができる。セラミック材料は吸着剤材料または非吸着剤材料とすることができる。セラミック材料でつくられたハニカム基体１１０は、ハニカム基体１１０の流入面１３０から流入面の反対側のハニカム基体１１０の流出面１４０まで軸方向９０にハニカム基体１１０を貫通する隔壁１２０を有する。隔壁１２０は複数本の個別チャネル１５０，１６０を定めるチャネル面１２５を有する。複数本の個別チャネル１５０，１６０は複数本の反応チャネル１５０及び複数本の熱交換チャネル１６０を含み、よって、反応チャネル１５０のチャネル面１２５は反応チャネル面１５５であり、熱交換チャネル１６０のチャネル面１２５は熱交換チャネル面１６５である。
【００４７】
セラミック材料で形成されたハニカム基体１１０を含む方法は、水性ポリマーエマルジョンを送液する工程の前に吸着剤材料をセラミック材料に装荷する工程をさらに含むことができる。いくつかの実施形態において、生地セラミック材料に吸着剤材料を加えて生地組成物を形成し、次いで、例えば共押出により、生地組成物からハニカム基体１１０を形成することで、セラミック材料に吸着剤材料を装荷することができる。生地組成物から形成されたハニカム基体１１０は、例えば焼成により、処理して、セラミック材料でつくられ、吸着剤材料が装荷された、ハニカム基体１１０にすることができる。他の実施形態において、セラミック材料は、ハニカム基体１１０の流入面１３０に吸着剤前駆体を送り込み、吸着剤前駆体に少なくとも反応チャネル１５０を流過させて、少なくとも反応チャネル面１５５上に吸着剤前駆体の前駆体被膜を形成させることで吸着剤材料を装荷することができる。いくつかの実施形態において、吸着剤前駆体を送る工程は吸着剤前駆体に反応チャネル１５０及び熱交換チャネル１６０のいずれも流過させるようにハニカム基体１１０の流入面１３０上に吸着剤前駆体を送り込む工程を含むことができる。他の実施形態において、吸着剤前駆体を送る前に、熱交換チャネル１６０のそれぞれの流入端及び出力端を遮蔽して遮蔽熱交換チャネルを形成することができる。次いで、吸着剤前駆体を送る工程は、吸着剤前駆体に反応チャネル１５０を流過させ、遮蔽熱交換チャネル１６０は流過させず、よって反応チャネル面１５５上だけに吸着剤前駆体の前駆体被膜が形成されるように、ハニカム基体１１０の流入面１３０上に吸着剤前駆体を送る工程を含むことができる。
【００４８】
吸着剤前駆体は、例えば加熱または乾燥されると、上述したような、吸着剤材料を形成するいずれかの化合物とすることができる。ハニカム基体１１０に装荷するために用いられる吸着剤材料への吸着剤前駆体の転換は、いかなる化学的転換も含まず、物理的転換のみとすることができる。例えば、吸着剤前駆体は水または有機溶媒のような液体倍に分散された吸着剤材料を含有することができ、溶媒の蒸発によって、吸着剤材料自体はいかなる化学的転換を受けなくとも、吸着剤前駆体に含有されていた吸着剤材料の吸着剤被膜が得られる。
【００４９】
前駆体被膜の形成後、少なくとも反応チャネル面１５５上の吸着剤被膜に前駆体被膜を転換するため、５０℃から１００℃のような、適する温度にハニカム基体を加熱することができる。吸着剤被膜は、ハニカム基体１１０が形成されたセラミック材料とは異なる吸着剤材料を含むことができる。
【００５０】
セラミック材料で形成されたハニカム基体１１０を含む方法は熱交換チャネル面１６５を覆う不透水性層１７０を形成する工程をさらに含むことができる。熱交換チャネル面１６５上に不透水性層１７０を形成するため、上述したように、反応チャネル１５０のそれぞれの流入端及び流出端が遮蔽されて、遮蔽反応チャネルが形成される。次いで、水性ポリマーエマルジョンに熱交換チャネル１６０のそれぞれを流過させ、遮蔽反応チャネル１５０は流過させないように、上述したように、水性ポリマーエマルジョンをハニカム基体１１０の流入面１３０上に送液することができる。これにより、熱交換チャネル面１６５だけを覆う水性ポリマーエマルジョンのエマルジョン被膜が形成される。不透水性層１７０及び、エマルジョン被膜を形成するために用いられる、被膜組成物は、ハニカム基体１１０が吸着剤材料で形成されている場合の方法に関して上述した液体組成物のいずれかとすることができる。エマルジョン被膜は、熱交換チャネル面１６５を覆う不透水性層を形成するため、乾燥させるか、加熱するかまたは硬化させることができる。必要に応じて、ハニカム基体１１０が吸着剤材料で形成されている、上述した実施形態の１つ以上にしたがい、不透水性層１７０を覆う少なくとも１つ以上の付加層１８０を形成することができる。
【００５１】
以上、熱交換チャネル１６０が不透水性層１７０及び、必要に応じて、少なくとも１つの付加層１８０を含む少なくとも１つの被覆層で被覆されたハニカム基体１１０を有する吸着剤構造体１００であって、吸着剤構造体１００を用いることができる、例えば温度スイング吸着プロセス中の、迅速で効率的であり、一様な、熱管理を可能にすることができる、吸着剤構造体１００を説明した。さらに、吸着剤構造体を形成するための方法も説明した。
【実施例】
【００５２】
本明細書に説明される実施形態は以下の実施例によりさらに明解になるであろう。
【００５３】
実施例１
図４に簡略に示されるように、ハニカム基体を被覆した。Ｂｕｔｖａｒ水性分散液ＲＳ-２６１（Ｂｕｔｖａｒ社から入手できる、重量で４０％から４３％で、粒径が０.５μｍから１.５μｍの、固形物を含む可塑化ポリ（ビニルブチラール）の、乳白色で安定な水性ポリマーエマルジョン）を用意した。反応チャネルとする予定のチャネルの両端をプラグで塞ぎ、熱交換チャネルとする予定のチャネルは開放のままとした。ポリマーエマルジョンをハニカム基体の上面から開放熱交換チャネルに注ぎ込み、熱交換チャネルを流過させて、ハニカム基体の底面から流出させた。被膜形成後、チャネルの閉塞を避け、チャネル面に付着したポリマーエマルジョン層は残しておくために、余剰ポリマーエマルジョンを吹き払うため、空気ナイフを用いた。反応チャネルのプラグを外した。ポリマー被覆された基板を７０℃に予備加熱されたオーブンに入れ、室温で一晩かけて乾燥させた。
【００５４】
同じ基本手順にしたがい、第１のポリマー層上の第２のポリマー層を得た。２つの別々の例において、第２のポリマー層を形成した。一方の例において、ポリスチレン（アルドリッチ社、１０％トルエン溶液）を用いた。他方の例において、エポキシ樹脂を用いた。エポキシ樹脂被覆は、ＥｒｉｓｙｓＧＥ２２（ＣＶＣ Ｔｈｅｒｍｏｓｅｔ Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓから入手できる、１,４-シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル脂環式二官能基エポキシ反応性希釈剤）と４,４'-メチレンビスシクロヘキサンアミン（Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓからの、Ａｍｉｃｕｒｅ ＰＡＣＭ）の混合液を熱交換チャネルに導入して形成した。エポキシ樹脂被覆のための混合液はエポキシ対アミン比が１：１の５０％（重量比）エタノール溶液として作製した。
【００５５】
実施例２
Ｂｕｔｖａｒエマルジョンの第１の層及びポリスチレンの第２の層を含む、ハニカム基体上に実施例１にしたがって作製したポリマー被覆面を、その軸長に平行にハニカム基体を切断してポリマー被覆を露出させることによって評価した。点眼器を用いてポリマー表面上に水を滴下し、観察のためにハニカム基体をペトリ皿においた。水滴を観察することでポリマー被覆上の水の透過性を評価した。２時間後に行い、６時間後に再び行った観察により、ポリマー被覆表面上の水滴の形状及び大きさに有意な変化は全くないことが明らかになった。
【００５６】
第１の態様において、本開示はＣＯ２回収のための吸着剤構造体１００を提供する。吸着剤構造体１００はハニカム基体１１０を含み、ハニカム基体１１０はハニカム基体１１０の流入面１３０から流入面１３０の反対側のハニカム基体１１０の流出面１４０まで軸方向９０にハニカム基体１１０を貫通する隔壁１２０を有する。隔壁１２０は複数本の個別チャネル１５０，１６０を定めるチャネル面１２５を有する。複数本の個別チャネル１５０，１６０は複数本の反応チャネル１５０及び複数本の熱交換チャネル１６０を含み、よって、反応チャネル１５０のチャネル面１２５は反応チャネル面１５５であり、熱交換チャネル１６０のチャネル面１２５は熱交換チャネル面１６５である。反応チャネル１５０と熱交換チャネル１６０は個々の反応チャネル１５０Ａ，１５０Ｂと個々の熱交換チャネル１６０Ａ，１６０Ｂの間で熱が伝わるように配置される。反応チャネル面１５５は吸着剤材料を有し、熱交換チャネル面１６５は少なくとも１つの被覆層を有する。少なくとも１つの被覆層は、ポリ（ビニルブチラール）樹脂、ポリアクリレート類、カルボキシル化アクルロニトリル−ブタジエン共重合体、ポリニトリル類、ラテックス類、ポリクロロプレン類、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリオレフィン類、ポリ（テトラフルオロエチレン）、シリコーン類、ポリウレタン類、これらの混合材料及びこれらの複合材料からなる群から選ばれるポリマー材料で形成された、不透水性層１７０を含む。不透水性層１７０のポリマー材料は、熱交換チャネル面１６５を形成する隔壁１２０，隔壁１２０の吸着剤材料または反応チャネル面１５５の吸着材料内に実質的に浸入しない。
【００５７】
第２の態様において、本開示は、ハニカム基体１１０が吸着剤材料で形成される、第１の態様にしたがう吸着剤構造体１００を提供する。
【００５８】
第３の態様において、本開示は、吸着剤材料が、ゼオライト、コージェライト、アルミナ、シリカ及びこれらの混合材料からなる群から選ばれる、第１または第２の態様にしたがう吸着剤構造体１００を提供する。
【００５９】
第４の態様において、本開示は、ハニカム基体１１０が吸着剤材料以外のセラミック材料で形成され、反応チャネル面１５５が吸着剤材料を含む吸着剤被覆で被覆された、第１または第３の態様にしたがう吸着剤構造体１００を提供する。
【００６０】
第５の態様において、本開示は、ハニカム基体１１０が吸着剤材料以外のセラミック材料で形成され、ハニカム基体１１０の形成中または形成後に吸着剤材料がセラミック材料に装荷された、第１または第３の態様にしたがう吸着剤構造体１００を提供する。
【００６１】
第６の態様において、本開示は、セラミック材料が非吸収材セラミック材料である、第１または第５の態様にしたがう吸着剤構造体１００を提供する。
【００６２】
第７の態様において、本開示は、ハニカム基体１１０が流入面１３０の平方インチ当たり約１００本（約１５.５本/ｃｍ２）から約２０００本（約３１０本/ｃｍ２）の個別チャネル１５０，１６０のセル密度を有する、第１から第６の態様のいずれかにしたがう吸着剤構造体１００を提供する。
【００６３】
第８の態様において、本開示は、ハニカム基体１１０が流入面１３０の平方インチ当たり約３００本（約４６.５本/ｃｍ２）から約１５００本（約２３２.５本/ｃｍ２）の個別チャネル１５０，１６０のセル密度を有する、第１から第７の態様のいずれかにしたがう吸着剤構造体１００を提供する。
【００６４】
第９の態様において、本開示は、ハニカム基体１１０が流入面１３０の平方インチ当たり約６００本（約９３.０本/ｃｍ２）から約１５００本（約２３２.５本/ｃｍ２）の個別チャネル１５０，１６０のセル密度を有する、第１から第８の態様のいずれかにしたがう吸着剤構造体１００を提供する。
【００６５】
第１０の態様において、本開示は、少なくとも１つの被覆層が不透水性層１７０を覆う少なくとも１つの付加層１８０をさらに含み、少なくとも１つの付加層１８０が不透水性層１７０のポリマー材料とは異なるポリマー材料を含む、第１から第９の態様のいずれかにしたがう吸着剤構造体１００を提供する。
【００６６】
第１１の態様において、本開示は、不透水性層１７０がポリ（ビニルブチラール）樹脂である、第１から第１０の態様のいずれかにしたがう吸着剤構造体１００を提供する。
【００６７】
第１２の態様において、本開示は第１から第３の態様または第７から第１１の態様のいずれかにしたがうＣＯ２回収のための吸着剤構造体１００を形成するための方法を提供する。方法は吸着剤材料で形成されたハニカム基体１１０を提供する工程を含み、ハニカム基体１１０は、ハニカム基体１１０の流入面１３０から流入面１３０の反対側のハニカム基体１１０の流出面１４０まで軸方向９０にハニカム基体１１０を貫通する隔壁１２０を有し、隔壁１２０は複数本の個別チャネル１５０，１６０を定めるチャネル面１２５を有し、複数本の個別チャネル１５０，１６０は複数本の反応チャネル１５０及び複数本の熱交換チャネル１６０を含み、よって、反応チャネル１５０のチャネル面１２５は反応チャネル面１５５であり、熱交換チャネル１６０のチャネル面１２５は熱交換チャネル面１６５である。方法は、遮蔽反応チャネルを形成するため、反応チャネル１５０のそれぞれの流入端及び流出端を遮蔽する工程をさらに含む。方法は、ハニカム基体１１０の流入面１３０上に水性ポリマーエマルジョンを、水性ポリマーエマルジョンに熱交換チャネル１６０のそれぞれを流過させ、遮蔽反応チャネル１５０は流過させず、よって熱交換チャネル面１６５だけを覆う水性ポリマーエマルジョンのエマルジョン被膜を形成するように、送液する工程をさらに含む。方法は熱交換チャネル面１６５上に不透水性層１７０を形成するため、エマルジョン被膜を乾燥させる工程をさらに含むことができる。不透水性層１７０は、ポリ（ビニルブチラール）樹脂、ポリアクリレート類、カルボキシル化アクルロニトリル−ブタジエン共重合体、ポリニトリル類、ラテックス類、ポリクロロプレン類、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリオレフィン類、ポリ（テトラフルオロエチレン）、シリコーン類、ポリウレタン類、これらの混合材料及びこれらの複合材料からなる群から選ばれるポリマー材料を含むことができる。
【００６８】
第１３の態様において、本開示は、水性ポリマーエマルジョンが硬化されるとポリマー材料を形成する未硬化モノマーまたはポリマー材料の粒子を含有する、第１２の態様にしたがう方法を提供する。
【００６９】
第１４の態様において、本開示は、水性ポリマーエマルジョンが０.１μｍから２０μｍの粒径中央値を有するポリマー材料の粒子を含む、第１２または第１３の態様にしたがう方法を提供する。
【００７０】
第１５の態様において、本開示は、水性ポリマーエマルジョンが２５℃において５０ｃＰ（０.０５Ｐａ・秒）から５０００ｃＰ（５Ｐａ・秒）の粘度を有する、第１２から第１４の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
【００７１】
第１６の態様において、本開示は、水性ポリマーエマルジョンが、水性ポリマーエマルジョンの総重量に基づいて、重量で１０％から５０％の固形物を有する、第１２から第１５の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
【００７２】
第１７の態様において、本開示は、ハニカム基体１１０が流入面１３０の平方インチ当たり約１００本（約１５.５本/ｃｍ２）から約２０００本（約３１０本/ｃｍ２）の個別チャネル１５０，１６０のセル密度を有し、水性ポリマーエマルジョンが２５℃において５０ｃＰ（０.０５Ｐａ・秒）から５０００ｃＰ（５Ｐａ・秒）の粘度を有する、第１２から第１６の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
【００７３】
第１８の態様において、本開示は、ハニカム基体１１０が流入面１３０の平方インチ当たり約３００本（約４６.５本/ｃｍ２）から約１５００本（約２３２.５本/ｃｍ２）の個別チャネル１５０，１６０のセル密度を有し、水性ポリマーエマルジョンが２５℃において５０ｃＰ（０.０５Ｐａ・秒）から５０００ｃＰ（５Ｐａ・秒）の粘度を有する、第１２から第１７の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
【００７４】
第１９の態様において、本開示は、ハニカム基体１１０が流入面１３０の平方インチ当たり約６００本（約９３.０本/ｃｍ２）から約１５００本（約２３２.５本/ｃｍ２）の個別チャネル１５０，１６０のセル密度を有し、水性ポリマーエマルジョンが２５℃において５０ｃＰ（０.０５Ｐａ・秒）から５０００ｃＰ（５Ｐａ・秒）の粘度を有する、第１２から第１８の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
【００７５】
第２０の態様において、本開示は、エマルジョン被膜形成後に熱交換チャネル１６０から余剰水性ポリマーエマルジョンを除去するため、熱交換チャネル１６０を通してガスをブローする工程をさらに含む、第１２から第１９の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
【００７６】
第２１の態様において、本開示は、ハニカム基体１１０の流入面１３０上に第２の水性ポリマーエマルジョンを、第２の水性ポリマーエマルジョンに熱交換チャネル１６０のそれぞれを流過させ、遮蔽反応チャネル１５０は流過させず、よって不透水性層１７０を覆う第２の水性ポリマーエマルジョンのエマルジョン被膜を形成するように、送液する工程、及び不透水性層１７０上の上塗層として少なくとも１つの付加層１８０を形成するために第２の水性ポリマーエマルジョンのエマルジョン被膜を乾燥させる工程をさらに含む、第１２から第２０の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
【００７７】
第２２の態様において、本開示は、上塗層として機能する少なくとも１つの付加層１８０がポリスチレン及びエポキシ樹脂からなる群から選ばれるポリマー材料を含む、第２１の態様にしたがう方法を提供する。
【００７８】
第２３の態様において、本開示は第１のまたは第４から第１１の態様のいずれかにしたがうＣＯ２回収のための吸着剤構造体１００を形成するための方法を提供する。方法はセラミック材料で形成され、吸着剤材料が装荷されたたハニカム基体１１０を提供する工程を含み、ハニカム基体１１０は、ハニカム基体１１０の流入面１３０から流入面１３０の反対側のハニカム基体１１０の流出面１４０まで軸方向９０にハニカム基体１１０を貫通する隔壁１２０を有し、隔壁１２０は複数本の個別チャネル１５０，１６０を定めるチャネル面１２５を有し、複数本の個別チャネル１５０，１６０は複数本の反応チャネル１５０及び複数本の熱交換チャネル１６０を含み、よって、反応チャネル１５０のチャネル面１２５は反応チャネル面１５５であり、熱交換チャネル１６０のチャネル面１２５は熱交換チャネル面１６５である。本方法は、遮蔽反応チャネルを形成するため、反応チャネル１５０のそれぞれの流入端及び流出端を遮蔽する工程をさらに含む。本方法は、ハニカム基体１１０の流入面１３０上に第１の水性ポリマーエマルジョンを、第１の水性ポリマーエマルジョンに熱交換チャネル１６０のそれぞれを流過させ、遮蔽反応チャネル１５０は流過させず、よって熱交換チャネル面１６５だけを覆う第１の水性ポリマーエマルジョンの第１のエマルジョン被膜を形成するように、送液する工程をさらに含む。本方法は熱交換チャネル面１６５を覆う不透水性層１７０を形成するため、第１のエマルジョン被膜を乾燥させる工程をさらに含む。不透水性層１７０は、ポリ（ビニルブチラール）樹脂、ポリアクリレート類、カルボキシル化アクルロニトリル−ブタジエン共重合体、ポリニトリル類、ラテックス類、ポリクロロプレン類、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリオレフィン類、ポリ（テトラフルオロエチレン）、シリコーン類、ポリウレタン類、これらの混合材料及びこれらの複合材料からなる群から選ばれるポリマー材料を含む。
【００７９】
第２４の態様において、本開示は、第１の水性ポリマーエマルジョンが硬化されるとポリマー材料を形成する未硬化モノマーまたは０.１μｍから２０μｍの粒径中央値を有するポリマー材料の粒子を含有する、第２３の態様にしたがう方法を提供する。
【００８０】
第２５の態様において、本開示は、第１の水性ポリマーエマルジョンを送液する工程の前に、吸着剤材料をハニカム基体に装荷するため、吸着材料をハニカム基体にウォッシュコーティングする工程をさらに含む、第２３または第２４の態様にしたがう方法を提供する。
【００８１】
第２６の態様において、本開示は、ハニカム基体の流入面上に第２の水性ポリマーエマルジョンを、第２の水性ポリマーエマルジョンに熱交換チャネルのそれぞれを流過させ、遮蔽反応チャネルは流過させず、よって不透水性層を覆う第２の水性ポリマーエマルジョンの第２のエマルジョン被膜を形成するように、送液する工程及び、必要に応じて、不透水性層を覆う上塗層として少なくとも１つの付加層を形成するために第２の水性ポリマーエマルジョンの第２のエマルジョン被膜を乾燥させる工程をさらに含む、第２３から第２５の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
【００８２】
第２７の態様において、本開示は、第１及び／または第２の水性ポリマーエマルジョンが硬化されるとポリマー材料を形成する未硬化モノマーまたはポリマー材料の粒子を含有する、第２３から第２６の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
【００８３】
第２８の態様において、本開示は、第１及び／または第２の水性ポリマーエマルジョンが０.１μｍから２０μｍの粒径中央値を有するポリマー材料の粒子を含有する、第２３から第２７の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
【００８４】
第２９の態様において、本開示は、第１及び／または第２の水性ポリマーエマルジョンが２５℃において５０ｃＰ（０.０５Ｐａ・秒）から５０００ｃＰ（５Ｐａ・秒）の粘度を有する、第２３から第２８の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
【００８５】
第３０の態様において、本開示は、水性ポリマーエマルジョンが、第１及び／または第２の水性ポリマーエマルジョンの総重量に基づいて、重量で１０％から５０％の固形物を有する、第２３から第２９の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
【００８６】
第３１の態様において、本開示は、ハニカム基体１１０が流入面１３０の平方インチ当たり約１００本（約１５.５本/ｃｍ２）から約２０００本（約３１０本/ｃｍ２）の個別チャネル１５０，１６０のセル密度を有し、第１及び／または第２の水性ポリマーエマルジョンが２５℃において５０ｃＰ（０.０５Ｐａ・秒）から５０００ｃＰ（５Ｐａ・秒）の粘度を有する、第２３から第３０の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
【００８７】
第３２の態様において、本開示は、ハニカム基体１１０が流入面１３０の平方インチ当たり約３００本（約４６.５本/ｃｍ２）から約１５００本（約２３２.５本/ｃｍ２）の個別チャネル１５０，１６０のセル密度を有し、第１及び／または第２の水性ポリマーエマルジョンが２５℃において５０ｃＰ（０.０５Ｐａ・秒）から５０００ｃＰ（５Ｐａ・秒）の粘度を有する、第２３から第３１の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
【００８８】
第３３の態様において、本開示は、ハニカム基体１１０が流入面１３０の平方インチ当たり約６００本（約９３.０本/ｃｍ２）から約１５００本（約２３２.５本/ｃｍ２）の個別チャネル１５０，１６０のセル密度を有し、第１及び／または第２の水性ポリマーエマルジョンが２５℃において５０ｃＰ（０.０５Ｐａ・秒）から５０００ｃＰ（５Ｐａ・秒）の粘度を有する、第２３から第３２の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
【００８９】
第３４の態様において、本開示は、第１及び／または第２のエマルジョン被膜形成後、熱交換チャネル１６０から余剰の第１及び／または第２の水性ポリマーエマルジョンを除去するために熱交換チャネル１６０を通してガスをブローする工程をさらに含む、第２３から第３３の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
【００９０】
第３５の態様において、本開示は、上塗層がポリスチレン及びエポキシ樹脂からなる群から選ばれるポリマー材料を含む、第２３から第３４の態様のいずれかにしたがう方法を提供する。
【００９１】
特許請求される主題の精神及び範囲を逸脱することなく、本明細書に開示された実施形態に様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、本明細書に説明される様々な実施形態の改変及び変形が添付される特許請求項及びそれらの等価形態の範囲内に入れば、本明細書はそのような改変及び変形を包含するとされる。
【符号の説明】
【００９２】
１００    吸着剤構造体
１１０    ハニカム基体
１２０    隔壁
１２５    チャネル面
１３０    流入面
１４０    流出面
１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ    反応チャネル
１５５    反応チャネル面
１６０，１６０Ａ，１６０Ｂ    熱交換チャネル
１６５    交換チャネル面
１７０    不透水性層
１８０    付加層
２００    送液構成
２１０    容器
２２０    液体組成物
２３０    漏斗
２４０    受液槽
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ２回収のための吸着剤構造体において、
多孔質の材料から形成されたハニカム基体であって、前記ハニカム基体の流入面から前記流入面の反対側の前記ハニカム基体の流出面まで軸方向に前記ハニカム基体を貫通する隔壁を有し、前記隔壁が複数本の個別チャネルを定めるチャネル面を有する、ハニカム基体、
を有し、
前記複数本の個別チャネルが複数本の反応チャネル及び複数本の熱交換チャネルを含み、前記反応チャネルの前記チャネル面は反応チャネル面であり、前記熱交換チャネルの前記チャネル面は熱交換チャネル面であり、
前記反応チャネルと前記熱交換チャネルは、個々の前記反応チャネルと個々の前記熱交換チャネルの間で熱が伝わるように配置され、
前記反応チャネル面は吸着剤材料を含み、
前記熱交換チャネル面は少なくとも１つの被覆層を有し、
前記少なくとも１つの被覆層は、ポリ（ビニルブチラール）樹脂、ポリアクリレート類、ポリニトリル類、ポリクロロプレン類、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリオレフィン類、ポリ（テトラフルオロエチレン）、シリコーン類、ポリウレタン類、これらの混合材料及びこれらの複合材料からなる群から選ばれるポリマー材料で形成された不透水性層を含み、
前記不透水性層の前記ポリマー材料は前記熱交換チャネル面を形成する前記隔壁内に実質的に浸入しない、
ことを特徴とする吸着剤構造体。
【請求項２】
前記ハニカム基体が前記吸着剤材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の吸着材構造体。
【請求項３】
前記ハニカム基体が前記吸着剤材料以外のセラミック材料で形成され、前記ハニカム基体の形成中または形成後に、前記吸着剤材料が前記セラミック材料に装荷されたものであることを特徴とする請求項１記載の吸着剤構造体。
【請求項４】
前記少なくとも１つの被覆層が、前記不透水性層を覆う少なくとも１つの付加層をさらに含み、前記少なくとも１つの付加層が、前記不透水性層の前記ポリマー材料とは異なるポリマー材料を含むことを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の吸着剤構造体。
【請求項５】
前記不透水性層がポリ（ビニルブチラール）樹脂であり、前記少なくとも１つの付加層の前記ポリマー材料がポリスチレンまたはエポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項４記載の吸着剤構造体。