(57)【要約】  ＣＯ2回収のための吸着剤物品およびその製造方法。ＣＯ2回収のための吸着剤物品は、セラミック基体、複数の無機支持粒子、およびその支持粒子上の有機ＣＯ2収着剤を備える。セラミック基体は、そのセラミック基体の入口端から出口端まで延在する複数の開放通路を画成する複数の多孔質隔壁を備える。有機ＣＯ2収着剤は、そのセラミック基体の多孔質隔壁の細孔内の無機支持粒子により支持されている。開放通路を画成する多孔質隔壁の表面には、有機ＣＯ2収着剤が実質的にない。
2018538137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品において、
複数の開放通路を画成する複数の多孔質隔壁を有するセラミック基体であって、
前記複数の開放通路は該セラミック基体の入口端から出口端まで延在し、
前記多孔質隔壁の気孔率は４０％から７０％であり、
該多孔質隔壁の細孔は、約１０マイクロメートルから約３０マイクロメートルの中央直径（Ｄ５０）を有する、
セラミック基体と、
前記多孔質隔壁の内の少なくとも１つの前記細孔内にある複数の無機支持粒子と、
前記多孔質隔壁の内の少なくとも１つの前記細孔内の前記複数の無機支持粒子の内の少なくとも１つにより支持された有機二酸化炭素収着剤と、
を備えた物品。
【請求項２】
前記セラミック基体の開放通路が、該セラミック基体中の前記有機二酸化炭素収着剤の０．００１質量％から１質量％、および該セラミック基体中の前記複数の無機支持粒子の０．００１質量％から１質量％を含有する、請求項１記載の物品。
【請求項３】
前記セラミック基体が、前記複数の無機支持粒子および前記有機二酸化炭素収着剤を含有するセラミック基体より０．０１％から５％低い圧力降下を有する、請求項１または２記載の物品。
【請求項４】
前記セラミック基体が、コージエライト、窒化ケイ素、ジルコンムライト、スポジュメン、アルミナ・シリカマグネシア、ケイ酸ジルコン、シリマナイト、ケイ酸マグネシウム、ジルコン、ペタライト、アルミノケイ酸塩、またはその組合せからなる群より選択される、請求項１から３いずれか１項記載の物品。
【請求項５】
前記多孔質隔壁の内の少なくとも１つが、前記セラミック基体中の前記複数の無機支持粒子の９９質量％以上をその中に含有し、前記複数の多孔質隔壁が、約０．１ｃｍ3／ｇから約１ｃｍ3／ｇの細孔容積、約５１マイクロメートルから約５０８マイクロメートルの厚さ、または約２×１０-13ｍ2から約２×１０-12ｍ2の透過率の内の少なくとも１つを有する、請求項１から４いずれか１項記載の物品。
【請求項６】
前記複数の多孔質隔壁の細孔が、約０．１マイクロメートルから約５００マイクロメートルの直径を有する、請求項１から５いずれか１項記載の物品。
【請求項７】
前記複数の無機支持粒子の各々が約５０ｍ2／ｇから約２７５ｍ2／ｇの表面積および約０．１ｃｍ3／ｇから約２．５ｃｍ3／ｇの細孔容積を有し、前記複数の無機支持粒子および支持された前記有機二酸化炭素収着剤が、前記多孔質隔壁の細孔の約５０容積％と約９９容積％の間を満たす、請求項１から６いずれか１項記載の物品。
【請求項８】
前記複数の無機支持粒子がアルミナである、請求項１から７いずれか１項記載の物品。
【請求項９】
前記複数の無機支持粒子が、約０．１マイクロメートルから約１００マイクロメートルの直径、または約１マイクロメートルから約２０マイクロメートルの中央直径（Ｄ５０）の内の少なくとも一方を有する、請求項１から８いずれか１項記載の物品。
【請求項１０】
前記有機二酸化炭素収着剤が、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ポリエチレンイミン、ポリアミドアミン、ポリビニルアミン、アミノプロピルトリメトキシシラン、ポリエチレンイミン−トリメトキシシラン、１−（２−ヒドロキシエチル）ピペラジン、Ｎ−（３−アミノプロピル）ジエタノールアミン、およびその組合せからなる群より選択される、請求項１から９いずれか１項記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０１５年１１月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／２６０７７１号の米国法典第３５編第１１９条の下での優先権の恩恵を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、広く、二酸化炭素（ＣＯ2）回収のための吸着剤構造、およびその製造方法と使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＣＯ2は、地球温暖化に関連する温室効果ガスである。ＣＯ2は、例えば、石化燃料の燃焼、天然ガスの精製、石油回収システムなどの様々な消費および工業過程の副生成物である。経済的観点から、カーボン・トレード並びに排煙および他のＣＯ2点源からの炭素放出の将来の規制により、ＣＯ2回収技術の開発が後押しされている。
【０００４】
プロセスガス流からのＣＯ2の回収を改善するために、様々な技術が現在使用されているおよび／または開発されている。そのような技術の例には、液体アミン（ＭＥＡまたはＫＳ−１）プロセス、冷却アンモニアプロセス、および気体膜がある。これらの技術の各々は、プロセスガス流からＣＯ2を除去するのに効果的であるが、各技術には欠点もある。冷却アンモニアプロセスはまだ開発の初期段階にあり、そのプロセスの商業的実現可能性はまだ分かっていない。冷却アンモニアプロセスにあり得るいくつかの難題に、アンモニアの揮発性およびＳＯｘやＮＯｘなどのガス状汚染物によるアンモニアの潜在的な汚染がある。様々な気体膜技術が、プロセスガス流からのＣＯ2の除去のために現在利用されている。しかしながら、気体膜技術を利用するプロセスでは、望ましい量のＣＯ2分離を達成するために、多段階および／または循環が必要である。これらの多段階および／または循環は、ＣＯ2回収プロセスに著しい複雑さを加え、またそのプロセスに関連するエネルギー消費および費用を増加させる。気体膜技術も、典型的に、高圧および関連する広さの制約を要し、これには、海洋プラットフォームなどの限定空間での設置が難しい技術が使用される。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の１つの実施の形態によれば、物品が開示される。その物品は、セラミック基体、複数の無機支持粒子、および有機二酸化炭素収着剤を備える。実施の形態において、そのセラミック基体は、複数の開放通路を画成する複数の多孔質隔壁を備える。その複数の開放通路は、そのセラミック基体の入口端から出口端まで延在することがある。実施の形態において、その多孔質隔壁の気孔率は４０％から約７０％である。実施の形態において、その多孔質隔壁の細孔は、約１０マイクロメートルから約３０マイクロメートルの中央直径（Ｄ５０）を有する。その複数の無機支持粒子は、その多孔質隔壁の内の少なくとも１つの細孔内にある。実施の形態において、前記有機二酸化炭素収着剤は、その多孔質隔壁の内の少なくとも１つの細孔内の複数の無機支持粒子の内の少なくとも１つにより支持されている。
【０００６】
本開示の別の実施の形態によれば、ＣＯ2回収のための物品が開示される。実施の形態において、その物品は、コージエライト基体、複数のアルミナ支持粒子、およびアミン高分子二酸化炭素収着剤を備える。実施の形態において、そのコージエライト基体は、互いに反対の表面を有する複数の多孔質隔壁を備える。その複数の多孔質隔壁の表面は、そのコージエライト基体の入口端から出口端まで延在する複数の開放通路を画成することがある。実施の形態において、その多孔質隔壁の気孔率は４０％から約７０％である。実施の形態において、その多孔質隔壁の細孔は、約１０マイクロメートルから約３０マイクロメートルの中央直径（Ｄ５０）を有する。その複数のアルミナ支持粒子は、その多孔質隔壁の内の少なくとも１つの細孔内にある。そのアミン高分子二酸化炭素収着剤は、その多孔質隔壁の内の少なくとも１つの細孔内の複数のアルミナ支持粒子の内の少なくとも１つにより支持されている。実施の形態において、その複数の隔壁の表面は、アミン高分子ＣＯ2収着剤の０．００１質量％から１質量％を含有する。
【０００７】
本開示のさらに別の実施の形態によれば、ＣＯ2回収のための物品を製造する方法が開示されている。
【０００８】
以下の詳細な説明を考慮した場合、本開示はよりよく理解され、先に述べられたこと以外の特徴、態様および利点が明白になるであろう。そのような詳細な説明は、以下の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示のハニカムセラミック基体の説明図
【図２】例示の実施の形態によるセラミック基体内の細孔径分布（マイクロメートル）をプロットしたグラフ
【図３】例示の実施の形態による吸着剤物品における細孔径分布（マイクロメートル）をプロットしたグラフ
【図４】例示の実施の形態によるウォッシュコート添加量（ｇ／Ｌ）に基づくスラリー固形物添加量（質量％）をプロットしたグラフ
【図５Ａ】例示の実施の形態によるＣＯ2回収のための「壁内」被覆吸着剤物品の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像
【図５Ｂ】例示の実施の形態によるＣＯ2回収のための「壁内」被覆吸着剤物品の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像
【図５Ｃ】例示の実施の形態によるＣＯ2回収のための「壁内」被覆吸着剤物品の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像
【図５Ｄ】例示の実施の形態によるＣＯ2回収のための「壁内」被覆吸着剤物品の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像
【図５Ｅ】例示の実施の形態によるＣＯ2回収のための「壁内」被覆吸着剤物品の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像
【図６Ａ】例示の実施の形態によるＣＯ2回収のための「壁内および壁上」吸着剤物品のＳＥＭ画像
【図６Ｂ】例示の実施の形態によるＣＯ2回収のための「壁内および壁上」吸着剤物品のＳＥＭ画像
【図６Ｃ】例示の実施の形態によるＣＯ2回収のための「壁内および壁上」吸着剤物品のＳＥＭ画像
【図６Ｄ】従来技術の「壁上」被覆吸着剤物品のＳＥＭ画像
【図６Ｅ】従来技術の「壁上」被覆吸着剤物品のＳＥＭ画像
【図６Ｆ】従来技術の「壁上」被覆吸着剤物品のＳＥＭ画像
【図７Ａ】従来技術の「壁上」被覆吸着剤物品のＳＥＭ画像
【図７Ｂ】従来技術の「壁上」被覆吸着剤物品のＳＥＭ画像
【図７Ｃ】従来技術の「壁上」被覆吸着剤物品のＳＥＭ画像
【図７Ｄ】従来技術の「壁上」被覆吸着剤物品のＳＥＭ画像
【図７Ｅ】従来技術の「壁上」被覆吸着剤物品のＳＥＭ画像
【図８】例示の実施の形態による、被覆溶液中のＰＥＩの質量％に対するＣＯ2回収のための吸着剤物品に関するＣＯ2回収（測定した脱着に基づいて計算した）をプロットしたグラフ
【図９】例示の実施の形態によるＣＯ2回収のための吸着剤物品に亘り圧力降下をプロットしたグラフ
【図１０】例示の実施の形態によるＣＯ2回収のための吸着剤物品に関するＣＯ2回収（測定した脱着に基づいて計算した）をプロットしたグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１０】
特に明記のない限り、ここに使用した全ての技術用語および科学用語は、本開示が属する技術分野の当業者に通常理解されるのと同じ意味を有する。ここに記載されたものと類似または同等のどの方法および材料も本開示に使用することができるが、例示の方法および材料が下記に記載されている。
【００１１】
ＣＯ2収着剤コーティングが支持された従来のＣＯ2回収物品は、内燃機関からの排出物を処理するのに使用される三元触媒（ＴＷＣ）の概念に基づいてきた。この技術において、セラミック基体は、その基体の隔壁の表面上に堆積されるウォッシュコート（ＣＯ2収着剤を含有する）の骨格支持体としての機能を果たす。ＣＯ2収着剤コーティングの機械的耐久性を増加させること、コーティングの活性を増加させること、表面積およびＣＯ2収着剤コーティングへのアクセスを増加させること、またはＣＯ2回収物品を横切る圧力降下を減少させることによって、従来のＣＯ2回収物品を改良することが、先端研究の課題となってきた。発明者等の本開示は、性能および性質が改善された吸着剤物品５０およびその製造方法と使用方法を提供する。
【００１２】
本開示は、セラミック基体１００、無機支持体１０２、および有機ＣＯ2収着剤１０４を備えた、ＣＯ2回収のための吸着剤物品５０に関する。図１に与えられるように、セラミック基体１００は、複数の開放通路１２２を画成する複数の多孔質隔壁１２０を備えることがある。多孔質隔壁１２０の各々は、複数の開放通路１２２を画成する互いに反対の表面間に厚さＴを有する。開放通路１２２は、セラミック基体１００の入口端１１２から出口端１１４まで軸方向９０（例えば、ｙ軸に垂直な面内）に延在することがある。例示の実施の形態において、複数の隔壁１２０が交差して、図１に示されるようなハニカム構造を形成する。実質的に円形の断面（例えば、ｙ軸に垂直な面内）を有する通路１０５を有するハニカムセラミック基体１００が図１に示されているが、実施の形態において、その通路は、どの適切な形状、例えば、六角形、正方形、三角形、長方形、または正弦波断面、もしくはその任意の組合せを有しても差し支えない。その上、ハニカムセラミック基体１００は、実質的に円柱の形状として示されているが、そのような形状は例に過ぎず、多孔質セラミック基体は、以下に限られないが、ほんの数例挙げれば、球形、楕円形、ピラミッド形、立方形、またはブロック形を含む様々な形状を有し得ることを理解すべきである。開放通路１２２は、基体１００を横切る標的ガスの圧力降下を制限するために、少なくとも０．２ｍｍ以上から１０ｍｍまでの直径を有することがある。セラミック基体は、約６００ｍ3／時と約２７５０ｍ3／時の間の排ガス流量について、約１ミリバール（ｍｂａｒ）（約１００Ｐａ）から約１００ｍｂａｒ（約１０ｋＰａ）の圧力降下を有することがある。
【００１３】
セラミック基体１００は、以下に限られないが、流通(flow-through)モノリス、壁流(wall-flow)モノリス、または部分流動モノリスの構造を含む様々な構造と設計を有してもよい。例示の流通モノリスは、開放通路１２２、多孔質網目構造、または流体が基体１００の一端から他端にそれを通って流動できる他の流路を含むどの構造も含む。例示の壁流モノリスは、例えば、開放通路１２２または多孔質網目構造もしくは構造物（例えば、ディーゼル微粒子フィルタ）の互いに反対の端部で開いているか施栓されていることがある他の流路を含むどのモノリス構造も含み、それによって、流体が構造物の一端から他端に流れるときに、流体を隔壁１２０に通すように向ける（「壁流」）。壁流モノリスを形成する例示の方法が、その内容がここに引用される、米国特許第８４３５４４１号明細書に与えられている。例示の部分流動モノリスは、例えば、流体が、封鎖されずに、通路を通って流れられるように、いくつかの通路または流路が両端で開いた、流通モノリスと壁流モノリスとのどの組合せを有しても差し支えない。
【００１４】
図１に示されるように、セラミック基体１００は、周縁または外周に沿って多孔質外皮１１６も備えることがある。外皮１１６は、約０．１ｍｍから約３．５ｍｍ、または約０．５ｍｍから約２．５ｍｍ、またさらには約１ｍｍから約２ｍｍの厚さを有することがある。外皮１１６は、隔壁１２０の性質と類似の性質（例えば、細孔の直径、細孔の直径分布、材料など）を有しても、その内容がここに引用される米国特許第８９９９４８３号明細書に与えられたものと同じまたは類似の組成を有してもよい。代わりの実施の形態において、外皮１１６は、隔壁１２０を合流させることによって簡単に形成されることがある。外皮１１６は、セラミック基体１００の形成中またはその後に施されてもよい。外皮１１６は、その内容がここに引用される米国特許第５４８７６９４号明細書に与えられた方法によって製造されてもよい。
【００１５】
ハニカム形状のセラミック基体１００は、しばしば、表面積の平方インチ当たりのセル（または通路）、並びに内部壁厚（ミルは、１０-3インチと等しい）に関して記載される。このように、３００セル／平方インチ（約４６．５セル／ｃｍ2）および８ミル（約０．２０ｍｍ）の壁厚を有するハニカムは、３００／８ハニカムなどと表示されるであろう。例示のハニカムは、約１５０から約４００セル／平方インチ（２３．２５〜６２セル／ｃｍ2）、または約２００から約３００セル／平方インチ（３１〜４６．５セル／ｃｍ2）などの、間の全ての範囲および部分的範囲を含む、約１００から約５００セル／平方インチ（１５．５〜７７．５セル／ｃｍ2）を有することがある。追加の実施の形態によれば、隔壁１２０の厚さＴは、約８ミルから約１６ミル（２０３〜４０６マイクロメートル）、例えば、約８、１０、１２、１４、または１６ミル（約２０３、２５４、３０４、３５６、または４０６マイクロメートル）などの、間の全ての範囲および部分的範囲を含む、約２ミルから約２０ミル（５１〜５０８マイクロメートル）に及び得る。隔壁１２０の厚さＴは、十分な有機ＣＯ2収着剤１０４がＣＯ2の吸着のためにその中に添加されるように、１ミル（２５．４マイクロメートル）より大きいであろう。隔壁１２０の厚さＴは、吸着剤物品５０を横切る圧力降下がひどく高く（例えば、２７５０ｍ3／時の排ガス流量で３０ｍｂａｒ（３ｋＰａ）超）ならないように約２０ミル（５０８マイクロメートル）より小さいであろう。
【００１６】
典型的なハニカムセラミック基体１００の長さおよび／または直径は、約１インチから約１２インチ（２．５４〜３０．４８ｃｍ）、約２インチから約１１インチ（５．０８〜２７．９４ｃｍ）、約３インチから約１０インチ（７．６２〜２５．４ｃｍ）、約４インチから約９インチ（１０．１６〜２２．８６ｃｍ）、約５インチから約８インチ（１２．７〜２０．３２ｃｍ）、または約６インチから約７インチ（１５．２４〜１７．７８ｃｍ）などの、間の全ての範囲および部分的範囲を含む、１から数インチ（約２．５４から数十ｃｍ）に及び得る。
【００１７】
セラミック基体１００は、例示の実施の形態によれば、約４０％から約７０％、または４０％から６５％の総気孔率を有し、多孔質である。セラミック基体１００の総気孔率は、無機支持粒子１０２および有機ＣＯ2収着剤１０４が多孔質隔壁１２０に入れるように、約４０％を超えるべきである。例えば、隔壁を横切る透過率が約４．２×１０-14ｍ2以下の従来のセラミック基体は、吸着剤物品５０には適していないであろう。ＣＯ2を含有する標的ガスが多孔質隔壁１２０を透過して、有機ＣＯ2収着剤１０４と接触できるためにも、約４０％を超える気孔率が望ましい。例えば、セラミック基体１００の隔壁１２０を横切る透過率は、約２×１０-13ｍ2から２×１０-12ｍ2またはそれより大きいことがある。しかしながら、セラミック基体１００の総気孔率は、セラミック基体１００が取扱いとＣＯ2回収工程条件に耐えるのに十分な強度（例えば、１２５ｐｓｉ（約８６２ｋＰａ）のＭＯＲ）を有するように、約７０％未満であろう。セラミック基体１００は、Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから入手できるＣｅｌｃｏｒ（登録商標）基体またはＤｕｒａＴｒａｐ（登録商標）基体、もしくはＮＧＫ  Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ，Ｉｎｃ．から入手できる基体（例えば、ＨＯＮＥＹＣＥＲＡＭ（登録商標））であってよい。
【００１８】
実施の形態において、多孔質隔壁１２０内の細孔容積は、約０．１ｃｍ3／ｇから約１ｃｍ3／ｇに及ぶことがある。例示の実施の形態において、多孔質隔壁１２０内の個々の細孔は、開放通路１２２間で多孔質隔壁１２０を横切って流路が存在するように相互に連結されている。多孔質隔壁１２０内の個々の細孔は、約０．１マイクロメートルと約５００マイクロメートルの間、または約０．１マイクロメートルと約２５０マイクロメートルの間、または約１マイクロメートルから約２００マイクロメートル、またさらには約５マイクロメートルから約９０マイクロメートルの直径分布を有することがある。実施の形態において、複数の隔壁１２０内の複数の細孔は、約５マイクロメートルと約５０マイクロメートルの間、または約１０マイクロメートルと約４０マイクロメートルの間、またさらには約１２マイクロメートルから約３０マイクロメートルの中央直径（Ｄ５０）を有する。約５マイクロメートル未満のＤ５０を有する多孔質隔壁は、壁中と壁を通る透過率を制限するであろう。また、約３０または５０マイクロメートルを超えるＤ５０を有する多孔質隔壁は、頻繁な取扱いまたは大流量作動条件に耐えられないほど、セラミック基体の構造的完全性を低下させてしまうであろう。
【００１９】
本開示のＣＯ2回収のための吸着剤構造を製造する方法は、セラミック基体１００を形成する工程を有してなる。セラミックハニカム基体１００のセル形状が一旦決定されたら、次いで、最適なセル形状を有するハニカム基体１００を、多孔質ハニカム基体１００の本体を形成するのに適したどの従来の材料から形成しても差し支えない。例えば、１つの実施の形態において、基体１００は、可塑化されたセラミック形成組成物から形成できる。例示のセラミック形成組成物としては、コージエライト、チタン酸アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ジルコニア、マグネシウム安定化ジルコニア、ジルコニア安定化アルミナ、イットリウム安定化ジルコニア、カルシウム安定化ジルコニア、マグネシウム安定化アルミナ、カルシウム安定化アルミナ、チタニア、シリカ、マグネシア、ニオビア、セリア、バナジア、窒化物、炭化物、金属、ゼオライト、またはその任意の組合せを形成するために従来より公知のものが挙げられる。実施の形態において、セラミック基体１００は、少なくとも９５質量％のコージエライト、または９７質量％以上のコージエライト、またさらには９９質量％以上のコージエライトから形成されることがある。
【００２０】
セラミック基体１００は、セラミック基体１００の本体を形成するのに適したどの従来の過程にしたがって形成しても差し支えない。例えば、１つの実施の形態において、可塑化されたセラミック形成バッチ組成物を、例えば、押出し、射出成形、スリップ注型、遠心注型、圧力注型、乾式プレスなどのどのような公知の従来のセラミック形成法によって未焼成体に成形しても差し支えない。セラミック前駆体バッチ組成物が、例えば、上述したような焼結相セラミック組成物の１つ以上を形成することのできる無機セラミック形成バッチ成分、液体ビヒクル、結合剤、並びに１種類以上の随意的な加工助剤および例えば、滑剤、および／または細孔形成剤を含む添加剤を含むことが好ましい。例示の実施の形態において、押出しは、水圧ラム押出プレス、または二段階脱気一軸オーガー押出機、または吐出端にダイアセンブリが取り付けられた二軸スクリューミキサを使用して、行うことができる。後者において、バッチ材料をダイに押し通すのに十分な圧力を蓄積させるために、材料および他の工程条件にしたがって、適切なスクリューエレメントが選択される。
【００２１】
無機バッチ成分は、焼成の際に、コージエライト、ムライト、スピネル、チタン酸アルミニウム、またはその混合物を含むセラミック基体１００を生じるように選択することができる。例えば、制限するものではなく、１つの実施の形態において、無機バッチ成分は、酸化物の質量パーセント基準で特徴付けて、約４９から約５３質量％のＳｉＯ2、約３３から約３８質量％のＡｌ2Ｏ3、および約１２から約１６質量％のＭｇＯから実質的になるコージエライト組成物を提供するように選択することができる。例示の無機コージエライト前駆体粉末バッチ組成物は、約３３から約４１質量％の酸化アルミニウム源、約４６から約５３質量％のシリカ源、および約１１から約１７質量％の酸化マグネシウム源を含むことがある。コージエライトを形成するのに適した例示の非限定的な無機バッチ成分混合物としては、その内容がここに引用される、米国特許第３８８５９７７号、米国再発行特許第３８８８８号、米国特許第６３６８９９２号、同第６３１９８７０号、同第６２１４４３７号、同第６２１０６２６号、同第５１８３６０８号、同第５２５８１５０号、同第６４３２８５６号、同第６７７３６５７号、同第６８６４１９８号、および米国特許出願公開第２００４／００２９７０７号、同第２００４／０２６１３８４号の各明細書に開示されているものが挙げられる。
【００２２】
あるいは、別の実施の形態において、基体１００の本体は、焼成の際に、酸化物の質量パーセント基準で特徴付けて、２７から３０質量％のＳｉＯ2、および約６８から７２質量％のＡｌ2Ｏ3から実質的になるムライト組成物を提供するように選択された無機バッチ成分から形成することができる。例示の無機ムライト前駆体粉末バッチ組成物は、約７６質量％のムライト耐火凝集体、約９．０質量％の微細粘土、および約１５％のアルファアルミナを含み得る。ムライトを形成するのに適した追加の例示の非限定的な無機バッチ成分混合物としては、その内容がここに引用される、米国特許第６２５４８２２号および同第６２３８６１８号の各明細書に開示されたものが挙げられる。
【００２３】
さらにまた、基体１００の本体は、焼成の際に、酸化物の質量パーセント基準で特徴付けて、約８から約１５質量％のＳｉＯ2、約４５から約５３質量％のＡｌ2Ｏ3、および約２７から約３３質量％のＴｉＯ2から実質的になるチタン酸アルミニウム組成物を提供するように選択された無機バッチ成分から形成することができる。例示の無機チタン酸アルミニウム前駆体粉末バッチ組成物は、約１０％の石英、約４７％のアルミナ、約３０％のチタニア、および約１３％の追加の無機添加剤を含み得る。
【００２４】
次に、形成された未焼成体を乾燥させて、セラミック形成バッチ組成物内に存在することのあるどの液体ビヒクルも少なくとも実質的に全てを除去することができる。ここに用いたように、少なくとも実質的に全ては、存在する液体ビヒクルの少なくとも９５質量％、少なくとも９８質量％、少なくとも９９質量％、またさらには少なくとも９９．９質量％の除去を含む。液体ビヒクルを除去するのに適した例示の非限定的な乾燥条件は、ハニカム未焼成体を、液体ビヒクルを少なくとも実質的に除去するのに十分な期間に亘り、少なくとも５０℃、少なくとも６０℃、少なくとも７０℃、少なくとも８０℃、少なくとも９０℃、少なくとも１００℃、少なくとも１１０℃、少なくとも１２０℃、少なくとも１３０℃、少なくとも１４０℃、またさらには少なくとも１５０℃の温度で加熱する工程を含む。１つの実施の形態において、液体ビヒクルを少なくとも実質的に除去するのに効果的な条件は、少なくとも約６０℃の温度での加熱を含む。さらに、その加熱は、例えば、熱風乾燥、またはマイクロ波乾燥を含む、どの従来の公知の方法によって行っても差し支えない。
【００２５】
乾燥後、次いで、未焼成体を、セラミック形成バッチ組成物を焼結相セラミック組成物に転化させるのに効果的な条件下で焼成することができる。当業者に分かるように、セラミック形成バッチ組成物を焼結相セラミック組成物に転化させるのに効果的な条件は、少なくとも一部には、ハニカム未焼成体を形成するのに使用した特定のバッチ組成物に依存し、どのような必要以上の実験も行わずに、当業者に容易に得られるであろう。しかしながら、例示の実施の形態において、セラミック形成バッチ組成物を焼結相セラミック組成物に転化させるのに効果的な条件は、成形された未焼成体を１３５０℃から１５００℃の範囲の最高焼成温度で焼成する工程を含み得る。コージエライト基体１００の形成には、１３７５℃から１４２５℃の範囲の最高焼成温度が望ましい。
【００２６】
ＣＯ2回収のための吸着剤物品５０は、無機支持体１０２（図には明白に示されていない）も備える。実施の形態において、無機支持体１０２は、多孔質隔壁１２０の複数の細孔内の複数の粒子として構成されている。すなわち、複数の無機支持粒子１０２は、多孔質隔壁１２０の内の少なくとも１つの細孔内に収容されている。無機支持粒子１０２は、有機ＣＯ2収着剤１０４を支持するように構成されることもある。１つの実施の形態において、無機支持粒子１０２は、基体１００の隔壁１２０内の全細孔容積の約２０％から約８０％を満たす。実施の形態において、開放通路１２２は、無機支持粒子１０２を実質的に含まない。例示の実施の形態において、基体１００内の複数の無機支持粒子１０２の５質量％未満またさらには１質量％未満が、開放通路１２２内にある。すなわち、基体１００の開放通路１２２は、基体１００中の複数の無機支持粒子１０２の約０．００１質量％から約５質量％、またさらには約０．００１質量％から約１質量％を収容することがある。したがって、開放通路１２２を画成する隔壁１２０の表面は、基体１００内の複数の無機支持粒子１０２の約０．００１質量％から約５質量％、またさらには約０．００１質量％から約１質量％を収容する。それゆえ、基体１００内の無機支持粒子１０２の９５質量％以上、またさらには９９質量％以上t@
は、多孔質隔壁１２０の細孔内に収容されている。すなわち、多孔質隔壁１２０の内の少なくとも１つは、その中に、基体１００中の無機支持粒子１０２の９５質量％以上を収容する。実施の形態において、無機支持粒子１０２は、隔壁１２０の全厚Ｔに亘って存在することがある。すなわち、本開示の吸着剤物品５０は、基体の隔壁の表面上の支持粒子が、隔壁上の支持コーティングを固定するように約１０〜１５％以下だけ壁厚に浸透しているであろう従来のＣＯ2回収物品とは異なる。
【００２７】
無機支持粒子１０２は、アルミナ、水酸化アルミニウム、ベーマイト、ガンマアルミナ、遷移または活性アルミナ、シリカ、およびその組合せであってよい。例示の実施の形態において、無機支持粒子１０２は高表面積アルミナである。実施の形態において、無機支持粒子１０２は、約０．１マイクロメートルから約１００マイクロメートルの直径分布を有する。他の実施の形態において、無機支持粒子１０２は、約１マイクロメートルから約２０マイクロメートル、または約２マイクロメートルから約１０マイクロメートルの中央直径（Ｄ５０）を有する。無機支持粒子１０２は、多孔質隔壁１２０の細孔の大半の中に収まるように構成されている。例示の実施の形態において、無機支持粒子１０２は、約１マイクロメートルから約１０マイクロメートルのＤ９０を有する。約１マイクロメートル未満のＤ５０を有する無機支持粒子１０２は、多孔質隔壁１２０の表面に沿って細孔を満たす傾向にあり、他の粒子が厚さＴの中心に到達するのを妨げるであろう。すなわち、無機支持粒子１０２は、密に充填し、低透過率の領域を構成し、ＣＯ2のアクセスを妨げるであろう。約２０マイクロメートル超のＤ５０を有する無機支持粒子１０２は、大きすぎて、多孔質隔壁１２０の全厚Ｔを横切って細孔を貫通できないであろう。無機支持粒子１０２は各々、約５０ｍ2／ｇから約２７５ｍ2／ｇの表面積を有するであろう。さらに、無機支持粒子１０２の各々は、約０．１ｃｍ3／ｇから約２．５ｃｍ3／ｇの細孔容積を有するであろう。
【００２８】
ＣＯ2回収のための吸着剤物品５０を製造する方法は、多孔質隔壁１２０の細孔内に無機支持粒子１０２を挿入する工程を有してなる。１つの実施の形態において、セラミック基体１００と接触するための支持体前駆体スラリーを調製する。その支持体前駆体スラリーは、複数の無機支持粒子１０２、結合剤、および液体ビヒクル（例えば、溶媒）から作られることがある。支持体前駆体スラリー内の複数の無機支持粒子１０２は、本開示による所望の粒径分布および中央直径（Ｄ５０）範囲を達成するために、サイズが小さくされていることがある（例えば、製粉、ジェットミル、ボールミル、粉砕など）。例示の実施の形態において、複数の無機支持粒子１０２の粒径は、多孔質隔壁１２０の細孔内に挿入され保持されるように構成されている。支持体前駆体スラリー内の結合剤は、無機結合剤（例えば、コロイドベーマイト、ｌｙｄｏｘシリカ、コロイドチタニア、コロイドジルコニアなど）、有機結合剤（例えば、メチルセルロース、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニルなど）、またはその組合せを含むことがある。その結合剤組成物は、多孔質隔壁１２０内に無機支持粒子１０２を結合させるように構成されることがある。支持体前駆体スラリー内の液体ビヒクルは、水、酢酸、アセトン、トルエン、エチルアルコール、ジクロロメタン、オクタン酸、および多孔質隔壁１２０の細孔への無機粒子（および他の前駆体成分）の送達ビヒクルとしての機能を果たせるどの他の一般的な有機液体であってもよい。実施の形態において、支持体前駆体スラリーを混合して、セラミック基体１００との接触前に、均質な混合物を得る。実施の形態において、支持体前駆体スラリーは、多孔質隔壁１２０中に流れ込めるように、約１体積％から約７０体積％の固形物を有する。実施の形態において、支持体前駆体スラリーは、約１センチポアズ（ｃＰ）から約１０００ｃＰの粘度を有することがあり、ずり減粘特性を示すことがある。
【００２９】
支持体前駆体スラリーをセラミック基体１００と接触させる方法は、多孔質隔壁１２０の細孔内に無機支持粒子１０２を選択的に挿入するまたは吸収させるように構成されている。例えば、セラミック基体１００および支持体前駆体スラリーの接触としては、浸漬被覆、噴霧被覆、３Ｄプリント被覆、加圧含浸、真空含浸、および他の類似の方法が挙げられるであろう。１つの実施の形態において、真空力および支持体前駆体スラリーが、基体１００の互いに反対の端部に配置される。そのスラリーは、上端に堆積後、スラリーが基体の通路中に流れ込まないように適所に留まるように、ずり減粘性である。真空に引かれるときに、その力によって、スラリーが基体１００の軸方向９０（図１に示された）に沿って多孔質隔壁１２０の細孔中に引き込まれる。すなわち、その方法は、支持体前駆体スラリーをセラミック基体１００の多孔質隔壁１２０の細孔中に真空引きする工程を含むことがある。真空力は、約１キロパスカル（ｋＰａ）から約５０ｋＰａであり、多孔質隔壁１２０中に流れ込むように、支持体前駆体スラリーのずり減粘を生じるであろう。
【００３０】
ＣＯ2回収のための吸着剤物品５０を製造する方法は、支持体前駆体スラリーを含む基体１００をか焼する（すなわち、熱処理する）工程も含むことがある。か焼は、約１時間から約１０時間に亘り約１００℃から約６００℃の温度で湿度制御炉内で行われることがある。支持体前駆体スラリーを含むセラミック基体１００のか焼により、セラミック基体１００から支持体前駆体スラリーの少なくとも一部が除去されるであろう。例えば、か焼は、セラミック基体１００から支持体前駆体スラリー内の液体ビヒクルを蒸発させる、またはそのスラリー内の有機物質を酸化させる（またはその両方）ことがある。か焼は、無機粒子を多孔質隔壁１２０内の細孔表面と結合させることもある。例示の実施の形態において、か焼は、多孔質隔壁１２０の細孔内に無機支持粒子１０２を残し、支持体前駆体スラリーからの溶媒および結合剤は１質量％未満しか残らない。別の例において、か焼は、開放通路１２２内の無機支持粒子１０２の９９質量％以上、またさらには９９．９質量％以上を除去するであろう。
【００３１】
ＣＯ2回収のための吸着剤物品５０を製造する方法は、基体１００の開放通路１２２（支持体前駆体スラリーを含む）を通じて加圧ガス（例えば、空気、窒素、アルゴン、および類似の不活性ガス）を噴射して、開放通路１２２を一掃する工程も含むことがある。基体１００の開放通路１２２を通じて加圧ガスを噴射する工程は、基体１００（支持体前駆体スラリーを含む）をか焼する前に行っても、またはか焼後に行ってもよい。
【００３２】
本開示のＣＯ2回収のための吸着剤物品５０は、有機ＣＯ2収着剤１０４（図に明白に示されていない）も備える。有機ＣＯ2収着剤１０４は、無機支持粒子１０２の内の少なくとも１つにより支持されるように構成されている。有機ＣＯ2収着剤１０４は、無機支持粒子１０２の細孔内、無機支持粒子１０２の表面上、またはその両方に支持されることがある。さらに、有機ＣＯ2収着剤１０４は、無機支持粒子１０２と接触するために、基体１００の多孔質隔壁１２０中に流れ込むように構成されている。すなわち、有機ＣＯ2収着剤１０４は、基体１００の多孔質隔壁１２０の内の少なくとも１つの細孔内に収容された複数の無機支持粒子１０２の内の少なくとも１つにより支持されている。それゆえ、基体１００の開放通路１２２は、有機ＣＯ2収着剤１０４を実質的に含まないことがある。
【００３３】
１つの実施の形態において、有機ＣＯ2収着剤１０４の添加量は、セラミック基体１００および無機支持体１０２を含む物品の質量の約１質量％から約４０質量％である。有機ＣＯ2収着剤１０４は、基体１００の隔壁１２０内の全細孔容積の約３０％から約７０％を満たす。例示の実施の形態において、基体１００内のＣＯ2収着剤１０４の約０．００１質量％から約５％、またさらには約０．００１質量％から約１質量％が、開放通路１２２内にある。すなわち、基体１００の開放通路１２２は、基体１００内のＣＯ2収着剤１０４の約０．００１質量％から約５％、またさらには約０．００１質量％から約１質量％を収容することがある。したがって、開放通路１２２を画成する隔壁１２０の表面は、基体１００内のＣＯ2収着剤１０４の約０．００１質量％から約５質量％、またさらには約０．００１質量％から約１質量％を収容する。それゆえ、基体１００内のＣＯ2収着剤１０４の９５質量％以上、またさらには９９質量％以上が、多孔質隔壁１２０の細孔内に収容されている。すなわち、多孔質隔壁１２０の内の少なくとも１つは、基体１００内のＣＯ2収着剤１０４の９５質量％以上をその中に収容する。
【００３４】
実施の形態において、有機ＣＯ2収着剤１０４は、ポリエチレンアミン、ポリアミドアミン、ポリビニルアミンなどのアミン高分子である。他の実施の形態において、有機ＣＯ2収着剤は、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ポリエチレンイミン、ポリアミドアミン、ポリビニルアミン、アミノプロピルトリメトキシシラン、ポリエチレンイミン−トリメトキシシラン、１−（２−ヒドロキシエチル）ピペラジン、Ｎ−（３−アミノプロピル）ジエタノールアミン、またはその組合せからなる群より選択されることがある。
【００３５】
ＣＯ2回収のための吸着剤物品５０を製造する方法は、有機ＣＯ2収着剤１０４およびか焼されたセラミック基体１００（無機支持粒子１０２を含む）を接触させる工程をさらに含む。接触させる工程は、基体１００上に有機ＣＯ2収着剤１０４をウォッシュコートする工程、有機ＣＯ2収着剤１０４中に基体１００を浸漬する工程、または類似の工程を含むことがある。有機ＣＯ2収着剤１０４およびセラミック基体１００を接触させる方法は、多孔質隔壁１２０の細孔内に有機ＣＯ2収着剤１０４を挿入し、吸収させ、その中の無機支持粒子１０２により支持させるように構成されている。１つの実施の形態において、有機ＣＯ2収着剤１０４は、有機ＣＯ2収着剤液体または溶液と呼ばれる別の液体（例えば、水、アルコール）を含む溶液の一部である。その有機ＣＯ2収着剤液体は、約１０質量％から約６０質量％の有機ＣＯ2収着剤１０４を含有することがある。実施の形態において、有機ＣＯ2収着剤液体は、約１ｃＰから約１００ｃＰの粘度を有することがある。か焼されたセラミック基体１００（無機支持粒子１０２を含む）および有機ＣＯ2収着剤液体を接触させた後、無機支持粒子１０２および有機ＣＯ2収着剤液体は共に、多孔質隔壁１２０の細孔の約６０％と約１００％の間を満たすことがある。
【００３６】
ＣＯ2回収のための吸着剤物品５０を製造する方法は、か焼されたセラミック基体１００（無機支持粒子１０２を含む）および有機ＣＯ2収着剤溶液を乾燥させる工程も含むことがある。乾燥させる工程は、約５０℃から約１００℃での湿度制御雰囲気（例えば、オーブンまたは炉）内の加熱を含むことがある。必要に応じて、乾燥中の雰囲気は、有機ＣＯ2収着剤１０４の酸化を防ぐために不活性であるまたは酸素を含まないことがある。乾燥は、約１０時間から約１００時間に亘る室温脱水または空気流動も含むことがある。乾燥により、か焼されたセラミック基体１００から有機ＣＯ2収着剤溶液の少なくとも一部が除去されるであろう。例えば、乾燥により、か焼されたセラミック基体１００内の有機ＣＯ2収着剤溶液からの液体の一部が除去されるであろう。乾燥により、多孔質隔壁１２０の内の少なくとも１つの細孔内に収容された複数の無機支持粒子１０２上またはその中に有機ＣＯ2収着剤１０４の一部が堆積されるまたは取り付けられるであろう。乾燥後、無機支持粒子１０２および有機ＣＯ2収着剤１０４は共に、多孔質隔壁１２０の細孔の約５０％と約９５％の間を満たすであろう。
【００３７】
ＣＯ2回収のための吸着剤物品５０を使用する方法は、吸着剤物品５０とＣＯ2を含有する標的ガスとの間で相対運動を生じさせる工程を含むことがある。その標的ガスは、大気から、製造過程（例えば、発電のための炭化水素燃焼）からの排煙、またはＣＯ2が副生成物である他の過程からのものであってもよい。例えば、標的ガス中に約２００ｐｐｍ超のＣＯ2を含有する工程流。相対運動を生じさせる工程は、物品５０の軸方向９０に亘る標的ガスの圧力または真空力により行われることがある。相対運動を生じさせる工程は、標的ガスを通る物品５０の物的移動も含むことがある。ＣＯ2回収のための吸着剤物品５０を使用する方法は、物品５０を標的ガスと接触させる工程も含むことがあり、その標的ガスはＣＯ2を含み、物品５０は標的ガス内のＣＯ2の少なくとも一部を回収する。
【実施例】
【００３８】
本開示は、以下の実例を参照してさらに明白になるであろう。以下の実例は、説明に役立ち、制限と解釈すべきではない。以下の実例において、本開示による吸着剤物品を調製し、従来のＣＯ2吸着剤物品の２つの比較例と比較した。
【００３９】
実例１：本開示によるＣＯ2回収のための吸着剤物品の調製
Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）からのより大型の「ＤｕｒａＴｒａｐ」Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅ（ＡＣ）Ｓｉｎｔｅｒｅｄ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅから円柱体として、直径２インチ（５．０８ｃｍ）で長さ６インチ（１５．２４ｃｍ）の３つのセラミック基体をコアドリリングした。そのセラミック基体は、２００セル／平方インチ（約３１セル／ｃｍ2）および０．０１インチ（２５４マイクロメートル）の隔壁厚を有する端部から端部までの開放通路構造を有した。そのセラミック基体は、２．５ｇ／ｃｍ3の公称固有密度、５０％の公称気孔率（多孔質隔壁の気孔率）、および１９マイクロメートルの公称中央細孔径を有した。基体の各々の全体積（すなわち、円柱体積）が、下記の表１に与えられている。そのセラミック基体は、２５℃から８００℃の温度範囲に亘り４×１０-7／℃の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有した。３つのセラミック基体の細孔径分布が、図２の線２００により与えられている。セラミック基体の各々の外周に外皮を施した。
【００４０】
３つのセラミック基体に塗布するための、アルミナ支持体前駆体スラリーを調製した。ＳＢＡ−２００アルミナ（Ｓａｓｏｌから）をジェットミル粉砕して、粒子の平均直径（Ｄ５０）を約３．３マイクロメートルに低下させた。スラリー固形物を調製するために、ｐＨが約３．５に低下するまで、脱イオン水に酢酸を加え、次いで、粉砕されたアルミナ支持体粒子を、アルミナ：ベーマイトの質量比が７０：３０から８５：１５に及ぶように、ＡＬ−２０無機ベーマイト結合剤と共に加えた。上述した固形物および液体を混ぜ合わせて、ウォッシュコート添加量の標的に応じて、約１〜５０質量％の固形物を有するアルミナ支持体前駆体スラリーを形成した。アルミナ固形物の例示の質量％が図４に与えられている。アルミナ支持体前駆体スラリーを約１５分間に亘りボールミル粉砕して、どのような凝集体も壊して、約１００ｃＰの粘度を得た。実施の形態において、高細孔容積のアルミナ中への水の取込みを補うために、追加の水が必要になることがある。スラリー中の固形物パーセント（および関連する粘度）は、基体の軸方向（すなわち、一方の端部から他方の端部）に亘る真空力が、スラリーをずり減粘させ、スラリーが多孔質隔壁中に引き込まれるように選択した。
【００４１】
３つのセラミック基体の各々を真空流し塗り機に取り付けた。この流し塗り機は、基体１００の各端の外径の周りにリングシールを作り出す。流し塗り機の上端のシールをアルミナ支持体前駆体スラリーの貯蔵器に接続し、流し塗り機の下端のシールを真空ポンプに接続した。続いて、アルミナ支持体前駆体スラリーがずり減粘され、セラミック基体の全軸長に亘り多孔質隔壁中に流れ込むように、約２０秒に亘りセラミック基体を真空に引いた。真空を除いた後、残留スラリーがスラリー貯留器内に残った。
【００４２】
３つのセラミック基体にアルミナ支持体前駆体スラリーを流し塗りした後、圧縮空気を使用して、通路から過剰のスラリーを取り除いた。この後、各基体を約３時間に亘り約５５０℃でか焼して、その前駆体から結合剤および液体の少なくとも一部を除去し、セラミック基体の多孔質隔壁内にアルミナを結合させた。３つの基体の各々の多孔質隔壁内のアルミナ添加量が、下記の表１に与えられている。次いで、３つのアルミナ含有セラミック基体の各々を、水とポリエチレンイミン（ＰＥＩ）の溶液中に浸漬した。溶液中のＰＥＩの量が、各試料について、下記の表１に与えられている。その後、３つのセラミック基体（中にアルミナに支持されたＰＥＩを有する）を約２時間に亘り約７０℃でオーブン内において乾燥させて、ＰＥＩから水の少なくとも一部を除去した。各セラミック基体の隔壁へのコーティング中のアルミナ対ＰＥＩの質量比が、下記の表１に与えられている。アルミナに支持されたＰＥＩを含有する３つのセラミック基体の細孔径分布が、図３の線３００により与えられている。
【００４３】
ＣＯ2回収のための試料２（すなわち、表１の試料２）の吸着剤物品の断面の徐々に増加する倍率のＳＥＭ画像が、図６Ａ〜Ｃに与えられており、壁内のアルミナ添加量は１３５ｇ／Ｌであり、壁上にわずかな溢れがある。ＣＯ2回収のための第４の吸着剤物品の断面の徐々に増加する倍率のＳＥＭ画像が、図５Ａ〜Ｃに与えられており、壁内のアルミナコーティングは９２ｇ／Ｌである。ＣＯ2回収のための第４の吸着剤物品の隔壁の表面の追加のＳＥＭ画像が、図５Ｄ〜Ｅに与えられている（図５ＥのＳＥＭ画像は、図５ＤのＳＥＭ画像より高い倍率の図である）。これらのＳＥＭ画像は、黒色の基体の通路（すなわち、開放空間）、白色としてコージエライト、および灰色としてアルミナ支持ＰＥＩを示す。アルミナ支持ＰＥＩ（灰色）は、存在するために空隙（すなわち、通路または細孔）が使用されているところに存在する。図５Ａ〜Ｃおよび図６Ａ〜Ｃを比べると、より多いウォッシュコートの添加量（１３５ｇ／Ｌのアルミナ）のために、セラミック基体の壁に、アルミナが添加され始めている。
【００４４】
実例２：第１の従来のＣＯ2吸着剤物品の調製（比較試料Ａ〜Ｃ）
実例１の過程と同様に、「Ｃｏｒｎｉｎｇ」からのより大型のＥＸ−２７  Ｃｅｌｃｏｒ（登録商標）Ｓｉｎｔｅｒｅｄ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅから円柱体として、直径２インチ（５．０８ｃｍ）で長さ６インチ（１５．２４ｃｍ）の３つのセラミック基体をコアドリリングした。これらを、実例１において調製したものに対する比較試料として調製した。そのセラミック基体は、４００セル／平方インチ（約６２セル／ｃｍ2）および０．００４インチ（１０２マイクロメートル）の隔壁厚を有する端部から端部までの開放通路構造を有した。そのセラミック基体は、２７９ｇ／Ｌの嵩密度、約３３％の公称気孔率（多孔質隔壁の気孔率）、および約３．４マイクロメートルの公称中央細孔径を有した。基体の各々の全体積（すなわち、円柱体積）が、下記の表１に与えられている。３つのセラミック基体の細孔径分布が、図２の線２０１により与えられている。セラミック基体の各々の外周に外皮を施した。
【００４５】
３つのセラミック基体に塗布するための、アルミナ支持体前駆体スラリーを実例１において調製したものと同様に調製した。３つのセラミック基体の各々を真空流し塗り機に取り付け、実例１に記載されたように被覆した。さらに、３つのセラミック基体の各々をエアーナイフで処理し、実例１に記載されたようにか焼した。３つの基体の各々の多孔質隔壁内のアルミナ添加量が、下記の表１に与えられている。また、３つのアルミナ含有セラミック基体の各々を、水とポリエチレンイミン（ＰＥＩ）の溶液中に浸漬した。溶液中のＰＥＩの量が、各試料について、下記の表１に与えられている。その後、３つのセラミック基体（中にアルミナに支持されたＰＥＩを有する）を、実例１に記載されたように乾燥させた。各セラミック基体の隔壁へのコーティング中のアルミナ対ＰＥＩの質量比が、下記の表１に与えられている。アルミナに支持されたＰＥＩを含有する３つのセラミック基体の細孔径分布が、図３の線３０１により与えられている。
【００４６】
実例３：第２の従来のＣＯ2吸着剤物品の調製（比較試料Ｄ〜Ｆ）
実例２の過程と同様に、Ｃｏｒｎｉｎｇ，Ｉｎｃからのより大型のＥＸ−２７「Ｃｅｌｃｏｒ」Ｓｉｎｔｅｒｅｄ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅから円柱体として、直径２インチ（５．０８ｃｍ）で長さ６インチ（１５．２４ｃｍ）の３つのセラミック基体をコアドリリングした。これらを、実例１において調製したものに対する比較試料として調製した。そのセラミック基体は、２３０セル／平方インチ（約３６セル／ｃｍ2）および０．００７インチ（１７８マイクロメートル）の隔壁厚を有する端部から端部までの開放通路構造を有した。そのセラミック基体は、約３３％の公称気孔率（多孔質隔壁の気孔率）、および約３．４マイクロメートルの公称中央細孔径を有した。基体の各々の全体積（すなわち、円柱体積）が、下記の表１に与えられている。３つのセラミック基体の細孔径分布が、図２の線２０２により与えられている。セラミック基体の各々の外周に外皮を施した。
【００４７】
３つのセラミック基体に塗布するための、アルミナ支持体前駆体スラリーを実例１において調製したものと同様に調製した。３つのセラミック基体の各々を真空流し塗り機に取り付け、実例１に記載されたように被覆した。さらに、３つのセラミック基体の各々をエアーナイフで処理し、実例１に記載されたようにか焼した。３つの基体の各々の多孔質隔壁内のアルミナ添加量が、下記の表１に与えられている。また、３つのアルミナ含有セラミック基体の各々を、水とポリエチレンイミン（ＰＥＩ）の溶液中に浸漬した。溶液中のＰＥＩの量が、各試料について、下記の表１に与えられている。その後、３つのセラミック基体（中にアルミナに支持されたＰＥＩを有する）を、実例１に記載されたように乾燥させた。各試料についてウォッシュコート中のＰＥＩ質量％が、下記の表１に与えられており、ＰＥＩの質量を、ウォッシュコート中のＰＥＩおよびアルミナの合計量で割ることによって計算した。各セラミック基体の隔壁へのコーティング中のアルミナ対ＰＥＩの質量比が、下記の表１に与えられている。アルミナに支持されたＰＥＩを含有する３つのセラミック基体の細孔径分布が、図３の線３０２により与えられている。
【００４８】
ＣＯ2回収のための第４の吸着剤物品の断面の徐々に増加する倍率のＳＥＭ画像が、図６Ｄ〜Ｆに与えられており、壁上のアルミナ添加量は８９ｇ／Ｌであり、壁内への貫通はわずかである。ＣＯ2回収のための第５の吸着剤物品の断面の徐々に増加する倍率のＳＥＭ画像が、図７Ａ〜Ｃに与えられており、壁上のアルミナコーティングは５４ｇ／Ｌである。ＣＯ2回収のためのこの第５の吸着剤物品の隔壁の表面の追加のＳＥＭ画像が、図７Ｄ〜Ｅに与えられている（図７ＥのＳＥＭ画像は、図７ＤのＳＥＭ画像より向上した高い倍率の図である）。これらのＳＥＭ画像は、黒色の基体の通路（すなわち、開放空間）、白色としてコージエライト、および灰色としてアルミナ支持ＰＥＩを示す。アルミナ支持ＰＥＩ（灰色）は、存在するために空隙（すなわち、通路または細孔）が使用されているところに存在する。
【００４９】
【表１】
2018538137.tif 000003
【００５０】
実例４：アルミナ支持体前駆体スラリーの固形物対セラミック基体上の添加量
アルミナ支持体前駆体スラリー中の固形物パーセントおよびセラミック基体上の添加量の間の関係を説明するために、別の実験を行った。実例１〜３からの３つのより大型の基体の各々から５つの１立方インチ（１６．３８ｃｍ3）の立方体をドリル加工で取り出して、１５個の個別の流通基体を形成した。１５個の基体の各々を、異なる固形物を中に有する（３０質量％から４５質量％）アルミナ支持体前駆体スラリー中に３０秒に亘り浸漬した。１５個のセラミック基体の各々の上のアルミナ添加量を、か焼後に質量差により測定した。５つの得られたデータ点および３つの線形近似線が、図４のプロットに与えられている。２００セル／平方インチ（約３１セル／ｃｍ2）および０．０１インチ（２５４マイクロメートル）の隔壁厚を有する「ＤｕｒａＴｒａｐ」ＡＣ  Ｓｉｎｔｅｒｅｄ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅからの５つのデータ点（菱形）は、線４００により近似されている。４００セル／平方インチ（約６２セル／ｃｍ2）および０．００４インチ（１０２マイクロメートル）の隔壁厚を有するＥＸ−２７「Ｃｅｌｃｏｒ」Ｓｉｎｔｅｒｅｄ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅからの５つのデータ点（円形）は、線４０１により近似されている。２３０セル／平方インチ（約３６セル／ｃｍ2）および０．００７インチ（１７８マイクロメートル）の隔壁厚を有するＥＸ−２７「Ｃｅｌｃｏｒ」Ｓｉｎｔｅｒｅｄ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅからの５つのデータ点（三角形）は、線４０２により近似されている。図４の結果は、多孔質壁の気孔率が、アルミナ粒子を捕捉するためのより大きい容量を与えることを示す。これにより、近似線４０１および４０２より上にある近似線４００の隔たりが説明される。
【００５１】
実例５：実例１〜３の吸着剤物品に関するＣＯ2吸着および脱着試験
実例１〜３からの吸着剤物品の各々を、ＣＯ2吸着および脱着能力について別々に評価した。その過程中、毎分５００立方センチメートルで純粋な窒素をその中に流すことによって、吸着剤物品を８５℃で１時間に亘り反応器内で脱気した。次いで、１０％のＣＯ2を有する標的ガス（残りのガスはＮ2）を５００ｃｍ3／分で反応器に通し、別々に物品を横切らせた。その物品によるＣＯ2の吸着は、時間の経過による標的ガス流中の濃度差を測定することによって決定した。飽和（約１００％のＣＯ2の突破をもたらした）後、物品に３０分間に亘り純粋なＮ2を勢いよく流した。次に、物品をＮ2中で加熱して、別々に物品中のＣＯ2を脱着させた。脱着は、フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）分光法によりモニタした。
【００５２】
実例１〜３からの３つの吸着剤物品の各々からの脱着データを使用して、物品の体積を、６インチ×６インチ×６インチ（約１５ｃｍ×１５ｃｍ×１５ｃｍ）の物品に拡大した（より大きい体積の部品は、直径２インチ（約５ｃｍ）×長さ６インチ（約１５ｃｍ）の物品と同等に吸着し、脱着すると仮定する）。これら９つの得られたデータ点（実例１〜３の各々から３つ）および３つの線形近似線が、図１０のプロットに与えられている。実例１の物品からの３つのデータ点（菱形）は、線７００により近似されている。実例２の物品からの３つのデータ点（円形）は、線７０１により近似されている。実例３の物品からの３つのデータ点（三角形）は、線７０２により近似されている。実例１の吸着剤物品が、実例２および３の物品と比べてより多いＣＯ2の吸着（および脱着）を与えることは予期せぬことであった。当業者は、アルミナ粒子を隔壁（アルミナ支持ＰＥＩを中に有する）内に配置すると、壁上のアルミナ支持ＰＥＩと比べて、吸着が制限されると予測したであろう。
【００５３】
図８は、被覆溶液中のＰＥＩの質量％（３０％、３８％、および４５％）に対する実例１〜３からの９つの吸着剤物品（６インチ×６インチ×６インチ（約１５ｃｍ×１５ｃｍ×１５ｃｍ）の物品に拡大した）の各々からのＣＯ2回収（脱着に基づく）の棒グラフを与える。このデータは、２００／１２の多孔質壁試料が、著しく高いＣＯ2取込みを有し、実際に、壁上試料よりもウォッシュコートをより効率的に使用していることを示す。３つの実例１の物品は５００で示された棒により表され、３つの実例２の物品は５０１で示された棒により表され、３つの実例３の物品は５０２で示された棒により表されている。
【００５４】
図９は、実例１〜３の３つの物品の各々に亘る毎分標準状態での２１０立方フィート（ＳＣＦＭ）（約５．６７ｍ3）で計算したｋＰａのモデル化された圧力降下の棒グラフを与える。３つの実例１の物品に関してモデル化された圧力降下は、図９の棒６００により示されるように、約３．９ｋＰａであった。３つの実例２の物品に関してモデル化された圧力降下は、図９の棒６０１により示されるように、約５．８ｋＰａであった。３つの実例３の物品に関してモデル化された圧力降下は、図９の棒６０２により示されるように、約４．２ｋＰａであった。したがって、実例１の壁内のアルミナ支持ＰＥＩにかかわらず、圧力降下の不利益は、比較（壁上のコーティング）の実例２および３よりも低かった。
【００５５】
様々な開示された実施の形態は、その特定の実施の形態に関して記載された特定の特徴、要素または工程を含むことがあることが認識されよう。特定の特徴、要素または工程は、１つの特定の実施の形態に関して記載されているけれども、様々な示されていない組合せまたは順序で、代わりの実施の形態と交換されてもまたは組み合わされてもよいことが認識されよう。
【００５６】
ここに用いたように、名詞は、特に明記のない限り、複数の対象を含む。範囲は、「約」１つの特定の値から、および／または「約」別の特定の値までとここに表すことができる。そのような範囲が表現された場合、実例は、その１つの特定の値から、および／または他方の特定の値までを含む。同様に、先行詞「約」を使用して、値が近似として表された場合、特定の値は別の態様を形成することが理解されよう。それらの範囲の各々の端点は、他方の端点に関してと、他方の端点とは関係なくの両方で有意であることがさらに理解されよう。
【００５７】
ここでの列挙は、特定の様式で機能するように「構成された」または「適合された」本発明の構成要素を指すことも留意されたい。この点に関して、そのような構成要素は、そのような列挙が、目的の用途の列挙とは対照的に構造的な列挙である場合、特定の性質を具体化するように、または特定の様式で機能するように「構成されている」または「適合されている」。より詳しくは、構成要素が「構成されている」または「適合されている」様式への言及は、その構成要素の既存の物理的状況を示し、それゆえ、その構成要素の構造的特徴の明白な列記と解釈すべきである。
【００５８】
範囲は、「約」１つの特定の値から、および／または「約」別の特定の値までとここに表すことができる。そのような範囲が表現された場合、実例は、その１つの特定の値から、および／または他方の特定の値までを含む。同様に、先行詞「約」を使用して、値が近似として表された場合、特定の値は別の態様を形成することが理解されよう。それらの範囲の各々の端点は、他方の端点に関してと、他方の端点とは関係なくの両方で有意であることがさらに理解されよう。
【００５９】
本開示に様々な改変および変更を行えることが当業者に明白であろう。本開示の実体を含む開示の実施の形態の改変、組合せ、下位の組合せ、および変更が当業者に想起されるであろうから、本開示は、付随の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内に全てを含むと考えるべきである。
【００６０】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００６１】
実施形態１
物品において、
複数の開放通路を画成する複数の多孔質隔壁を有するセラミック基体であって、
前記複数の開放通路は該セラミック基体の入口端から出口端まで延在し、
前記多孔質隔壁の気孔率は４０％から７０％であり、
該多孔質隔壁の細孔は、約１０マイクロメートルから約３０マイクロメートルの中央直径（Ｄ５０）を有する、
セラミック基体と、
前記多孔質隔壁の内の少なくとも１つの前記細孔内にある複数の無機支持粒子と、
前記多孔質隔壁の内の少なくとも１つの前記細孔内の前記複数の無機支持粒子の内の少なくとも１つにより支持された有機二酸化炭素収着剤と、
を備えた物品。
【００６２】
実施形態２
前記セラミック基体の開放通路が、該セラミック基体中の前記有機二酸化炭素収着剤の０．００１質量％から１質量％を含有する、実施形態１に記載の物品。
【００６３】
実施形態３
前記セラミック基体の開放通路が、該セラミック基体中の前記複数の無機支持粒子の０．００１質量％から１質量％を含有する、実施形態１または２に記載の物品。
【００６４】
実施形態４
前記複数の無機支持粒子および支持された前記有機二酸化炭素収着剤が、前記多孔質隔壁の細孔の約５０容積％と約９９容積％の間を満たす、実施形態１から３いずれか１つに記載の物品。
【００６５】
実施形態５
前記セラミック基体が、前記複数の無機支持粒子および前記有機二酸化炭素収着剤を含有するセラミック基体より０．０１％から５％低い圧力降下を有する、実施形態１から４いずれか１つに記載の物品。
【００６６】
実施形態６
前記セラミック基体が、コージエライト、窒化ケイ素、ジルコンムライト、スポジュメン、アルミナ・シリカマグネシア、ケイ酸ジルコン、シリマナイト、ケイ酸マグネシウム、ジルコン、ペタライト、アルミノケイ酸塩、またはその組合せからなる群より選択される、実施形態１から５いずれか１つに記載の物品。
【００６７】
実施形態７
前記セラミック基体が少なくとも９５質量％のコージエライトを含む、実施形態１から６いずれか１つに記載の物品。
【００６８】
実施形態８
前記複数の多孔質隔壁が、約０．１ｃｍ3／ｇから約１ｃｍ3／ｇの細孔容積、約５１マイクロメートルから約５０８マイクロメートルの厚さ、または約２×１０-13ｍ2から約２×１０-12ｍ2の透過率の内の少なくとも１つを有する、実施形態１から７いずれか１つに記載の物品。
【００６９】
実施形態９
前記複数の多孔質隔壁の細孔が、約０．１マイクロメートルから約５００マイクロメートルの直径を有する、実施形態１から９いずれか１つに記載の物品。
【００７０】
実施形態１０
前記複数の無機支持粒子の各々が約５０ｍ2／ｇから約２７５ｍ2／ｇの表面積を有する、実施形態１から９いずれか１つに記載の物品。
【００７１】
実施形態１１
前記複数の無機支持粒子の各々が約０．１ｃｍ3／ｇから約２．５ｃｍ3／ｇの細孔容積を有する、実施形態１から１０いずれか１つに記載の物品。
【００７２】
実施形態１２
前記複数の無機支持粒子がアルミナである、実施形態１から１１いずれか１つに記載の物品。
【００７３】
実施形態１３
前記複数の無機支持粒子が、約０．１マイクロメートルから約１００マイクロメートルの直径、または約１マイクロメートルから約２０マイクロメートルの中央直径（Ｄ５０）の内の少なくとも一方を有する、実施形態１から１２いずれか１つに記載の物品。
【００７４】
実施形態１４
前記多孔質隔壁の内の少なくとも１つが、前記セラミック基体中の前記複数の無機支持粒子の９９質量％以上をその中に含有する、実施形態１から１３いずれか１つに記載の物品。
【００７５】
実施形態１５
前記有機二酸化炭素収着剤が、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ポリエチレンイミン、ポリアミドアミン、ポリビニルアミン、アミノプロピルトリメトキシシラン、ポリエチレンイミン−トリメトキシシラン、１−（２−ヒドロキシエチル）ピペラジン、Ｎ−（３−アミノプロピル）ジエタノールアミン、およびその組合せからなる群より選択される、実施形態１から１４いずれか１つに記載の物品。
【００７６】
実施形態１６
前記多孔質隔壁の内の少なくとも１つが、前記セラミック基体中の前記有機二酸化炭素収着剤の９９質量％以上をその中に含有する、実施形態１から１５いずれか１つに記載の物品。
【００７７】
実施形態１７
ＣＯ2回収のための吸着剤物品において、
互いに反対の表面を有する複数の多孔質隔壁を有するコージエライト基体であって、
前記複数の多孔質隔壁の表面は、該コージエライト基体の入口端から出口端まで延在する複数の開放通路を画成し、
前記多孔質隔壁の気孔率は４０％から約７０％であり、
該多孔質隔壁の細孔は、約１０マイクロメートルから約３０マイクロメートルの中央直径（Ｄ５０）を有する、
コージエライト基体と、
前記多孔質隔壁の内の少なくとも１つの前記細孔内にある複数のアルミナ支持粒子と、
前記多孔質隔壁の内の少なくとも１つの前記細孔内にある前記複数のアルミナ支持粒子の内の少なくとも１つにより支持されたアミン高分子ＣＯ2収着剤であって、
前記複数の隔壁の表面は、アミン高分子ＣＯ2収着剤の０．００１質量％から１質量％を含有する、
アミン高分子ＣＯ2収着剤と、
を備えた物品。
【００７８】
実施形態１８
前記複数の開放通路を画成する前記隔壁の表面が、前記コージエライト基体中の前記複数のアルミナ支持粒子の０．００１質量％から１質量％を含有する、実施形態１７に記載の物品。
【００７９】
実施形態１９
実施形態１に記載の物品を製造する方法において、
前記セラミック基体および支持体前駆体スラリーを接触させて、該セラミック基体の前記多孔質隔壁の内の少なくとも１つの前記細孔内に前記複数の無機支持粒子を吸収させる工程であって、
前記支持体前駆体スラリーが、前記複数の無機支持粒子、結合剤、および溶媒を含むものである、工程、
接触させられた前記セラミック基体をか焼して、該セラミック基体から前記支持体前駆体スラリーの少なくとも一部を除去する工程、および
か焼された前記セラミック基体を有機ＣＯ2収着剤溶液と接触させる工程であって、
前記有機ＣＯ2収着剤溶液が前記有機ＣＯ2収着剤および溶媒を含むものである、工程、
を有してなる方法。
【００８０】
実施形態２０
接触させられ、か焼された前記セラミック基体上の前記溶液を乾燥させて、前記溶媒の少なくとも一部を除去し、前記多孔質隔壁の内の少なくとも１つの前記細孔内に収容された前記複数の無機支持粒子上に前記有機ＣＯ2収着剤の一部を堆積させる工程をさらに含む、実施形態１９に記載の方法。
【符号の説明】
【００８１】
１００    セラミック基体
１１２    入口端
１１４    出口端
１１６    外皮
１２０    隔壁
１２２    開放通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2018538137.tif 000009
【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
2018538137.tif 000013
【図６Ｂ】
2018538137.tif 000014
【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
2018538137.tif 000016
【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７Ａ】
2018538137.tif 000019
【図７Ｂ】
2018538137.tif 000020
【図７Ｃ】
2018538137.tif 000021
【図７Ｄ】
2018538137.tif 000022
【図７Ｅ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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