(57)【要約】  ガス貯蔵及び送出装置、ガス濾過装置、ガス精製装置及びその他の用途において使用するためのガス吸着剤として有用性のあるセルロース系炭素熱分解生成物材料が開示される。セルロース系炭素熱分解生成物材料は、セルロース前駆体材料、例えば、微結晶性セルロースに由来する微孔性炭素を含む。吸着剤用途では、セルロース系炭素熱分解生成物は、例えば、ガス貯蔵及び送出を最大化するために高い密度及び高い細孔容積を有する微粒子の形態又はモノリシックな形態で製造されてよく、炭素熱分解生成物吸着剤の孔径分布は、目的の特定のガスの貯蔵容量及び送出を最適にするために活性化条件によって調整可能である。吸着剤組成物には、その他の非セルロース系熱分解生成物成分が含まれてよい。【選択図】図２１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製品、フラットパネルディスプレイ、及びソーラーパネルからなる群から選択される製品の製造のためのガスをその上に可逆的に吸着させるセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項２】
木材パルプ、おが屑、新聞印刷用紙、ヤシ殻、オリーブの種、モモの種、アンズ核、ビスコース、ビスコースレーヨン、コットン、コットンリンター、アルガンの殻、マカダミアナッツ殻、酢酸セルロース、バクテリアセルロース、リグニン、リンボクの種、クルミ殻、ナツメヤシの種、籾殻、コーヒーの実の皮、コーヒー滓、バガス、ソルガム雑穀藁、竹材、マンゴー核、アーモンド殻、トウモロコシ穂軸、サクランボの種、及びブドウ種子の１以上の熱分解生成物を含む、請求項１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項３】
微結晶性セルロースの熱分解生成物を含む、請求項１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項４】
前記ガスが、水素化物、ハロゲン化物、有機金属、水素、ＣＯ２、ＣＯ、Ｃ２−Ｃ４炭化水素、及び前述の２以上の混合物からなる群から選択される１以上を含む、請求項１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項５】
前記ガスが、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、及びブチレンからなる群から選択される１以上を含む、請求項１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項６】
前記ガスが、アルシン、ホスフィン、ゲルマン、ジボラン、シラン、ジシラン、トリメチルシラン、テトラメチルシラン、Ｃ２−Ｃ４炭化水素、アセチレン、水素、スチビン、三塩化ホウ素、三フッ化ホウ素、四フッ化二ホウ素、三フッ化窒素、四フッ化ゲルマニウム、四フッ化ケイ素、三フッ化ヒ素、五フッ化ヒ素、三フッ化ホスフィン、五フッ化リン、フッ素、塩素、フッ化水素、硫化水素、セレン化水素、テルル化水素、ハロゲン化メタン、ハロゲン化エタン、アレン、スタンナン、トリシラン、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素、フッ化カルボニル、亜酸化窒素、前述の同位体が濃縮された変異体、及び前述の２以上の組合せからなる群から選択される１以上を含む、請求項１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項７】
前記ガスが水素化物ガスを含む、請求項１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項８】
前記ガスがハロゲン化物ガスを含む、請求項１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項９】
前記ガスがガス状有機金属を含む、請求項１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項１０】
前記ガスが、（ｉ）水素化物、（ｉｉ）ハロゲン化物、（ｉｉｉ）有機金属、（ｉｖ）水素、（ｖ）二酸化炭素、（ｖｉ）一酸化炭素、（ｖｉｉ）メタン、（ｖｉｉｉ）天然ガス、（ｉｘ）エタン、（ｘ）エチレン、（ｘｉ）プロパン、（ｘｉｉ）プロピレン、（ｘｉｉｉ）ブタン、（ｘｉｖ）ブチレン、及びこれらのガスの２以上の組合せからなる群から選択されるガスを含む、請求項１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項１１】
前記ガスが半導体製造ガスを含む、請求項１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項１２】
前記半導体製造ガスが、イオン注入用のドーパントガス、蒸着プロセスのための前駆体、エッチング剤、洗浄試薬、前述の２以上のガス混合物、並びに、共流ガス、キャリアガス、及び希釈剤の１以上と組み合わせた前述の１以上のガスを含むガス混合物からなる群から選択されるガスを含む、請求項１１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項１３】
以下の特性：ＡＳＴＭ  Ｄ２８６６−１１の手順によって測定して０．５％未満の全灰含有量を有する；片密度が０．５５ｇ／ｃｃから１．３５ｇ／ｃｃである；片密度が０．６０ｇ／ｃｃから１．３０ｇ／ｃｃである；嵩密度が０．５ｇ／ｃｃから１．３ｇ／ｃｃである；前記吸着剤が結合剤を含まない；Ｎ２  ＢＥＴ表面積が７５０から３０００ｍ２／グラムの範囲内である；０．３ｎｍから２．０ｎｍの範囲のサイズを有するマイクロ孔が細孔容積の少なくとも４０％を有する；０．３ｎｍから２．０ｎｍの範囲のサイズを有するマイクロ孔が細孔容積の少なくとも７０％を有する；０．３ｎｍから２．０ｎｍの範囲のサイズを有するマイクロ孔が細孔容積の４０％から９０％又はそれ以上を有する；メタン吸着容量が２１℃及び３５バールの圧力で１１０Ｖ／Ｖよりも大きい；メタン吸着容量が２１℃及び３５バールの圧力で１２５Ｖ／Ｖよりも大きい；メタン吸着容量が２１℃及び３５バールの圧力で１４０Ｖ／Ｖから２２０Ｖ／Ｖの範囲内である；且つ、３５バールと１バールとの間のメタン吸着作業／デルタ容量が少なくとも７５Ｖ／Ｖ、例えば、７５から１２５Ｖ／Ｖの範囲内である特性の１以上を特徴とする、請求項１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項１４】
ＡＳＴＭ  Ｄ２８６６−１１の手順によって測定して１％未満の全灰含有量；０．５０ｇ／ｃｃから１．４０ｇ／ｃｃの範囲の片密度；７５０ｍ２／グラムよりも大きいＮ２  ＢＥＴ表面積；及び２１℃及び３５バールの圧力で１００Ｖ／Ｖよりも大きいメタン吸着容量を特徴とする、請求項１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項１５】
３５バール（５０８ｐｓｉｇ）及び２１℃で少なくとも１００Ｖ／Ｖのメタン吸着容量を特徴とする、請求項１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項１６】
モノリシックな形態の、請求項１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項１７】
微粒子の形態の、請求項１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項１８】
メソ孔及び／又はマクロ孔の細孔容積の６０％未満を含む多孔度を含む、請求項１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項１９】
少なくとも１．１ｇ／ｃｃの密度、並びに圧力３５バール及び温度２１℃で少なくとも１４０Ｖ／Ｖのメタン容量を特徴とする、請求項１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項２０】
７５０ｍ２／ｇよりも大きい表面積、０．７５ｇ／ｃｃよりも大きい片密度、及び０．５ｇ／ｃｃよりも大きい嵩密度を特徴とする、請求項１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項２１】
少なくとも７５０ｍ２／ｇのＮ２  ＢＥＴ表面積を特徴とする、請求項１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項２２】
０．３ｎｍから２．０ｎｍの間の大きさの細孔で構成される細孔容積の少なくとも５０％を含む多孔度を含む、請求項１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項２３】
セルロース前駆体材料及び１以上の非セルロース前駆体材料の熱分解生成物を含む、請求項１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項２４】
前記１以上の非セルロース前駆体材料が、合成高分子材料、石油系材料、石油由来材料、セルロース以外の炭水化物、並びに前述の組合せ、ブレンド、及び混合物からなる群から選択される、請求項２３に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項２５】
前記１以上の非セルロース前駆体材料が、ポリ塩化ビニリデンポリマー及び共重合体、並びにポリフッ化ビニリデンポリマー及び共重合体からなる群から選択される、請求項２４に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項２６】
前記１以上の非セルロース前駆体材料が、デンプン及びマルトデキストリンからなる群から選択される、請求項２４に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項２７】
２以上の異なるセルロース材料を含むセルロース前駆体材料の熱分解生成物を含む、請求項１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項２８】
セルロース前駆体材料の濃度が、前記セルロース前駆体材料及び非セルロース前駆体材料の総重量に基づいて少なくとも５０重量％である、請求項２３に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項２９】
化学的及び／又は物理的活性化によって活性化される熱分解生成物を含む、請求項１に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項３０】
前記熱分解生成物が、６００℃から１２００℃の範囲の温度の、不活性ガスと混合しているか又は純粋なガス流れとしてのＣＯ２、空気、又は蒸気に曝露させる際のバーンオフによって活性化された、請求項２９に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項３１】
請求項１から３０の何れか一項に記載のセルロース系炭素熱分解生成物を含有するガス貯蔵分配容器を含むガス供給パッケージ。
【請求項３２】
請求項３１に記載のガス供給パッケージから前記製造のためのガスを供給することを含む、半導体製品、フラットパネルディスプレイ、及びソーラーパネルからなる群から選択される製品を製造する方法。
【請求項３３】
前記製品を製造するためのプロセスで用いるために、請求項３１に記載のガス供給パッケージを提供することを含む、半導体製品、フラットパネルディスプレイ、及びソーラーパネルからなる群から選択される製品を製造するためのガスを供給する方法。
【請求項３４】
使用用にパッケージ化されたガスを供給する方法において、前記方法が請求項１から３０の何れか一項に記載のガス供給パッケージにセルロース系炭素熱分解生成物をパッケージングすることを含む、方法。
【請求項３５】
ガス精製装置であって、内部容積を規定し、その中を通るガスの流れに適合したハウジングと、前記ガスを吸着精製するために前記ハウジングの中を通る前記ガスと接触するように配置された、前記ハウジングの前記内部容積中の請求項１から３０の何れか一項に記載のセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤とを含む、ガス精製装置。
【請求項３６】
半導体製品、フラットパネルディスプレイ、及びソーラーパネルからなる群から選択される製品を製造するための精製ガスを供給する方法であって、請求項３５に記載の１以上のガス精製装置の使用を含む、方法。
【請求項３７】
空気濾過装置及び／又は精製装置であって、空気中不純物の吸着除去のためにハウジングの中へ方向づけられた空気流と接触するように配置された、請求項１から３０の何れか一項に記載のセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤を含む濾過材料を保持する前記ハウジングを含む、空気濾過装置及び／又は精製装置。
【請求項３８】
ガス供給パッケージにおいて、ガスをその上に吸着させた状態で可逆的に保持し、前記ガス供給パッケージの分配条件下で前記容器から放出するためにガスを脱着するための、請求項１から３０の何れか一項に記載のセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤を含有するガス貯蔵分配容器を含む、ガス供給パッケージ。
【請求項３９】
セルロース前駆体材料及び１以上の非セルロース前駆体材料の熱分解生成物を含む、吸着剤。
【請求項４０】
前記１以上の非セルロース前駆体材料が、合成高分子材料、石油系材料、石油由来材料、セルロース以外の炭水化物、並びに前述の組合せ、ブレンド、及び混合物からなる群から選択される、請求項３９に記載の吸着剤。
【請求項４１】
前記１以上の非セルロース前駆体材料が、ポリ塩化ビニリデンポリマー及び共重合体、並びにポリフッ化ビニリデンポリマー及び共重合体からなる群から選択される、請求項４０に記載の吸着剤。
【請求項４２】
前記１以上の非セルロース前駆体材料が、デンプン及びマルトデキストリンからなる群から選択される、請求項４０に記載の吸着剤。
【請求項４３】
前記セルロース前駆体材料が、微結晶性セルロースを含む、請求項３９に記載の吸着剤。
【請求項４４】
２以上の異なるセルロース材料を含むセルロース前駆体材料の熱分解生成物を含む、請求項３９に記載の吸着剤。
【請求項４５】
セルロース前駆体材料の濃度が、前記セルロース前駆体材料及び非セルロース前駆体材料の総重量に基づいて少なくとも５０重量％である、請求項３９に記載の吸着剤。
【請求項４６】
化学的及び／又は物理的活性化によって活性化される熱分解生成物を含む、請求項３９に記載の吸着剤。
【請求項４７】
前記熱分解生成物が、６００℃から１２００℃の範囲の温度の、不活性ガスと混合しているか又は純粋なガス流れとしてのＣＯ２、空気、又は蒸気に曝露させる際のバーンオフによって活性化された、請求項４６に記載の吸着剤。
【請求項４８】
請求項３９に記載の吸着剤であって、
（ｉ）微結晶性セルロース熱分解生成物と；
（ｉｉ）（ａ）デンプン及び（ｂ）マルトデキストリンのうちの少なくとも一つの熱分解生成物と
を含む、吸着剤。
【請求項４９】
微結晶性セルロース熱分解生成物とデンプンの熱分解生成物を含む、請求項４８に記載の吸着剤。
【請求項５０】
微結晶性セルロース熱分解生成物とマルトデキストリンの熱分解生成物を含む、請求項４８に記載の吸着剤。
【請求項５１】
微結晶性セルロース熱分解生成物、デンプン熱分解生成物、及びマルトデキストリンの熱分解生成物を含む、請求項４８に記載の吸着剤。
【請求項５２】
ガス供給パッケージにおいて、ガスをその上に吸着貯蔵し、前記ガス供給パッケージの分配条件下でガスをそれから脱着するための請求項３９から５１の何れか一項に記載の吸着剤を保持する容器を含む、ガス供給パッケージ。
【請求項５３】
ガス濾過装置及び／又は精製装置において、濾過及び／又は精製のためにその中をガスが流れるハウジングを含むガス濾過及び／又は精製装置であって、前記ハウジングが、前記ガスとの接触のための請求項３９から５１の何れか一項に記載の吸着剤を保持する、ガス濾過装置及び／又は精製装置。
【請求項５４】
請求項５３に記載のガス濾過装置。
【請求項５５】
請求項５３に記載のガス精製装置。
【請求項５６】
ガスをパッケージングする方法であって、前記ガスを請求項３９から５１の何れか一項に記載の吸着剤に吸着させることを含み、前記吸着剤がガス貯蔵分配容器にパッケージ化されている、方法。
【請求項５７】
ガスを濾過及び／又は精製する方法において、前記ガスを、前記ガスの１以上の成分に吸着親和性を有する請求項３９から５１の何れか一項に記載の吸着剤と接触させることを含む、方法。
【請求項５８】
前記セルロース前駆体材料が、前記セルロース前駆体材料及び非セルロース前駆体材料の総重量に基づいて、５から９８重量％の濃度で存在する、請求項３９に記載の吸着剤。
【請求項５９】
前記セルロース前駆体材料が、前記セルロース前駆体材料及び非セルロース前駆体材料の総重量に基づいて、少なくとも５０重量％の濃度で存在する、請求項３９に記載の吸着剤。
【請求項６０】
前記セルロース前駆体材料が、前記セルロース前駆体材料及び非セルロース前駆体材料の総重量に基づいて、５５から９８重量％の濃度で存在する、請求項３９に記載の吸着剤。
【請求項６１】
前記セルロース前駆体材料が、前記セルロース前駆体材料及び非セルロース前駆体材料の総重量に基づいて、６０から８０重量％の濃度で存在する、請求項３９に記載の吸着剤。
【請求項６２】
前記セルロース前駆体材料が、前記セルロース前駆体材料及び非セルロース前駆体材料の総重量に基づいて、６５から９５重量％の濃度で存在する、請求項３９に記載の吸着剤。
【請求項６３】
前記セルロース前駆体材料が、前記セルロース前駆体材料及び非セルロース前駆体材料の総重量に基づいて、７０から９０重量％の濃度で存在する、請求項３９に記載の吸着剤。
【請求項６４】
前記ガスが、その少なくとも一つの同位元素の天然存在度レベルを上回って同位体が濃縮された同位体が濃縮された変異体を含み、前記天然存在度レベルを上回る前記同位体が濃縮されたレベルが、前記同位体が濃縮された元素の前記ガス中の天然存在度レベルと１００％同位体濃度の差の５％から１００％の範囲内である、請求項６に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項６５】
前記ガスが、同位体が濃縮されたホウ素含有ガスを含む、請求項６に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項６６】
前記ガスが、同位体が濃縮されたケイ素含有ガスを含む、請求項６に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項６７】
前記ガスが、同位体が濃縮されたゲルマニウム含有ガスを含む、請求項６に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項６８】
バーンオフガスが、不活性ガスと混合しているＣＯ２を含む、請求項４７に記載の吸着剤。
【請求項６９】
ＣＯ２が、前記バーンオフガスの全体積に基づいて３０％から９８体積％の範囲の濃度で前記バーンオフガスに存在している、請求項６８に記載の吸着剤。
【請求項７０】
バーンオフガスが、不活性ガスと混合している空気を含む、請求項４７に記載の吸着剤。
【請求項７１】
空気が、前記バーンオフガスの全体積に基づいて３０％から９８体積％の範囲の濃度で前記バーンオフガスに存在している、請求項７０に記載の吸着剤。
【請求項７２】
バーンオフガスが、不活性ガスと混合している蒸気を含む、請求項４７に記載の吸着剤。
【請求項７３】
空気が、前記バーンオフガスの全体積に基づいて３０％から９８体積％の範囲の濃度で前記バーンオフガスに存在している、請求項７２に記載の吸着剤。
【請求項７４】
前記ガスが、前述の２以上の混合物を含み、ガス混合物の各成分ガスの濃度が２から９８体積％の範囲の濃度で存在し、前記ガス混合物の全ての成分ガスの体積百分率が合計して１００体積パーセントになる、請求項４に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【請求項７５】
前記半導体製造ガスが、前述の２以上のガス混合物、又は共流ガス、キャリアガス、及び希釈剤の１以上と組み合わせた前述の１以上を含むガス混合物を含み、前記ガス混合物の各成分ガスの濃度が２から９８体積％の範囲内であり、前記ガス混合物の全ての成分ガスの体積百分率が合計して１００体積パーセントになる、請求項１２に記載のセルロース系炭素熱分解生成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
「ＭＩＣＲＯＣＲＹＳＴＡＬＬＩＮＥ  ＣＥＬＬＵＬＯＳＥ  ＰＹＲＯＬＹＺＡＴＥ  ＡＤＳＯＲＢＥＮＴ  ＡＮＤ  ＧＡＳ  ＳＵＰＰＬＹ  ＰＡＣＫＡＧＥＳ  ＣＯＭＰＲＩＳＩＮＧ  ＳＡＭＥ」について２０１６年８月２２日にＥｄｗａｒｄ  Ａ．Ｓｔｕｒｍらの名前で出願された米国特許仮出願第６２／２０８６６３号の米国特許法第１１９条の利益が本明細書により主張される。米国特許仮出願第６２／２０８６６３号の開示は、これにより全ての目的のために出典明示によりその全文が本明細書に援用される。
【０００２】
本開示は一般に炭素熱分解生成物材料、より具体的には、炭素吸着剤、例えば再生可能な天然セルロース源に由来する高純度微孔性炭素吸着剤など、そのような炭素吸着剤を作製する方法、並びにそのような炭素熱分解生成物材料を利用するシステム及びプロセスに関する。そのようなシステム及びプロセスには、例えば、半導体製品、フラットパネルディスプレイ、ソーラーパネル等の製造のための、又は吸着剤に基づく加熱冷却システム及びプロセスのためのプロセスガスを供給するための、或いはガス又は空気の濾過及び／又は精製、ガス捕捉、ガス分離等を伴うシステム及びプロセスで使用するための流体を貯蔵及び分配するシステム及びプロセスが含まれる。
【背景技術】
【０００３】
多くの高圧ガスのパッケージング、貯蔵、輸送、及び使用は、固有の物理的危険又は窒息の危険に加えて、引火性、毒性、自然発火性、及び爆発性という潜在的な危険性によって複雑化する。
【０００４】
これらのリスク及び関連する危険に対処するために、危険ガスを貯蔵し、そこからそのようなガスを、ガスを使用するための分配条件下で供給する、特殊ガスパッケージの安全を高めるための様々な手法が用いられてきた。
【０００５】
そのような手法の一つは、ガスが低い圧力、例えば大気圧より低い圧力で吸着剤に貯蔵される、ガスが可逆的に吸着される物理的吸着剤を保持するガス貯蔵分配容器を提供することである。そのようなガスの低圧貯蔵は、容器の輸送及び取り扱い中の放出又は曝露の可能性を最小限に抑え、業界にとって非常に安全で信頼性の高い技術であることが証明されている。そのような種類の容器は半導体製造業界で広く製品化されており、例えば水素化物、ハロゲン化物、及びイオン注入用の有機金属ガスの格納用に、ＳＤＳ（登録商標）（米国マサチューセッツ州ビルリカのＥｎｔｅｇｒｉｓ、Ｉｎｃ．）の商標名で製品化されている。そのような製品のＳＤＳ３（登録商標）ラインは、物理吸着剤として、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＶＤＣ（ポリ塩化ビニリデン）、ＰＭＡ（ポリアクリル酸メチル）、及びこれらの材料の共重合体などの高純度合成ポリマーの制御された熱分解及び活性化から得られる、高密度で高容量のモノリシックな微孔性炭素吸着剤を使用する。これらの特殊な炭素吸着剤材料は、低いエネルギーコストで目的のガスの可逆的な物理的吸着に対応する多孔度を特徴とする。
【０００６】
競争力及び持続可能性のために、再生可能な材料の使用を拡大するための現代の産業による全体的な努力という面で、当技術は新しい吸着剤材料を引き続き追及する。
【０００７】
そのため、容易に入手可能な再生可能材料から経済的に製造され、且つ、ガスが在庫に吸着的に保持され、半導体製品、フラットパネルディスプレイ、ソーラーパネル等の製造で使用するための、分配条件下で安全且つ効率的な方法でガスが容易に脱着される、高容量で高効率なガス貯蔵媒体を提供することのできる吸着剤材料を提供することは、当技術分野で著しい進歩となるであろう。また、その他のシステム及びプロセス、例えば、吸着剤に基づく加熱冷却システム及びプロセス、並びにガス又は空気の濾過及び／又は精製、ガス捕捉、ガス分離等を伴うシステム及びプロセスで有用に用いられるそのような種類の材料を提供することも非常に有益となるであろう。
【発明の概要】
【０００８】
本開示は、一般に、ガス、例えば、半導体製品、フラットパネルディスプレイ、ソーラーパネル等の製造用のプロセスガスの貯蔵及び分配のための炭素吸着剤としての有用性、並びに吸着剤に基づく加熱冷却システム及びプロセス、及びガス又は空気の濾過及び／又は精製、ガス捕捉、ガス分離等を伴うシステム及びプロセスにおける有用性を有するセルロース出発物質、例えば、微結晶性セルロースに由来する炭素熱分解生成物材料に関する。
【０００９】
一態様では、本開示は、再生可能な天然セルロース源から調製された高純度微孔性炭素吸着剤、そのような炭素吸着剤を作製する方法、及びそのような炭素吸着剤を利用する、吸着剤に基づくガス貯蔵及び分配システム及びプロセスに関する。
【００１０】
様々な態様では、本開示は、微結晶性セルロースを含む材料のブレンドの、例えば微結晶性セルロース、デンプン、マルトデキストリン等を含むブレンドなどの炭素熱分解生成物吸着剤、並びに、そのような吸着剤を例えば、プロセスガスを貯蔵することができ、分配条件下でプロセスガスをそれから脱着することができるガス貯蔵媒体として含むか、或いはガス精製及び／又は濾過用途において代替的に使用することのできる半導体製造プロセス及び装置を企図する。
【００１１】
別の態様では、本開示は、炭素吸着剤材料、及びガス貯蔵容器及びそのような炭素吸着剤材料を組み込むシステム、並びにそのような材料、容器、並びにガス貯蔵及び送出システムを作製及び使用する方法に関する。
【００１２】
さらにもう一つの態様では、本開示は、微結晶性セルロースなどのセルロース源材料の熱分解から得られる微孔性吸着剤炭素に関する。
【００１３】
本開示のさらなる態様は、本開示の吸着剤を保持するガス供給容器を含むガス供給パッケージに関する。
【００１４】
本開示のなおさらなる態様は、前駆体セルロース材料をニアネットシェイププリフォームに圧縮すること；不活性ガス環境において制御された方法で加熱してセルロース材料を炭素に熱分解すること；及び、任意選択的に、（ｉ）化学的活性化、及び（ｉｉ）物理的な活性化の１以上によって炭素を活性化させて表面積を増加させることを含む、モノリシックな又は微粒子の炭素吸着剤を作製する方法に関する。
【００１５】
本開示は、一態様において、半導体製品、フラットパネルディスプレイ、及びソーラーパネルからなる群から選択される製品の製造のためのガスをその上に可逆的に吸着させるセルロース系炭素熱分解生成物に関する。
【００１６】
本開示は、さらなる態様では、本明細書に様々に記載されるようなセルロース系炭素熱分解生成物を含有するガス貯蔵分配容器を含むガス供給パッケージに関する。
【００１７】
本開示のさらなる態様は、本開示のガス供給パッケージから前記製造のためのガスを供給することを含む、半導体製品、フラットパネルディスプレイ、及びソーラーパネルからなる群から選択される製品を製造する方法に関する。
【００１８】
本開示のさらなる態様は、半導体製品、フラットパネルディスプレイ、及びソーラーパネルからなる群から選択される製品を製造するためのガスを供給する方法に関し、前記方法は、製品を製造するためのプロセスで用いるために、本開示のガス供給パッケージを提供することを含む。
【００１９】
本開示のなおさらなる態様は、使用用にパッケージ化されたガスを供給する方法に関し、前記方法は、本開示のセルロース系炭素熱分解生成物をガス供給パッケージにパッケージングすることを含む。
【００２０】
本開示のさらにもう一つの態様は、内部容積を規定し、その中を通るガスの流れに適合したハウジング、及びガスを吸着精製するためにハウジングの中を通るガスと接触するように配置されたハウジングの内部容積中のセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤とを含む、ガス精製装置に関する。
【００２１】
本開示は、もう一つの態様では、ガス又は空気の濾過及び／又は精製装置、並びに本明細書に様々に記載されるようなセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤を含有するプロセスに関する。
【００２２】
本開示のもう一つの態様は、ガスをその上に吸着させた状態で可逆的に保持し、ガス供給パッケージの分配条件下で容器から排出するためにガスを脱着するための、セルロース系炭素熱分解生成物吸着剤を含有するガス貯蔵分配容器を含む、ガス供給パッケージに関する。
【００２３】
本開示のその他の態様、特徴及び実施態様は、次の説明及び添付の特許請求の範囲からより完全に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本開示の一実施態様による炭素熱分解生成物材料を利用する、それを通って流れるガスの精製のためのプロセスラインに配置されたインラインガス精製装置の模式図を示す図である。
【図２】ガス流の吸着精製のためのガス精製装置の透視図を示す図である。
【図３】図２のガス精製装置に概略的に示される種類のトレーの斜視図を示す図である。本開示の顆粒状の炭素熱分解生成物吸着剤を満たしたトレーを示しているが、トレーの容積を四分円に分割する、各弧長が９０°の放射状の壁集成材を有することによって図２に示されるトレーの構造とは異なっている。
【図４】炭素熱分解生成物吸着剤を４つの部分に載せたトレーの床を示す、図３のトレーの底面斜視図を示す図である。
【図５】本開示のもう一つの実施態様による炭素モノリシック吸着剤を利用する貯蔵及び送出システムの模式図を示す図である。
【図６】本開示のさらなる実施態様による微粒子の炭素吸着剤を含有する容器の内部構造を示す、ガス貯蔵分配容器を含むガス供給パッケージの透視断面図を示す図である。
【図７】本開示の一実施態様によるガス濾過システムの断面立面図を示す図である。
【図８】システムの上部入口面を示す、図７のガス濾過システムの上面図を示す図である。
【図９】本開示のもう一つの実施態様によるガス濾過システムの断面立面図を示す図である。全ての部品及び成分は、図７に対応して番号が付されているが、図７のガス精製システムとは対照的に、濾過集成材は、微結晶性セルロース熱分解生成物吸着剤の顆粒状粒子の層を繊維状濾材の層の入口対向面に含むので、精製されるガスは、最初に吸着剤と接触し、それからそれは繊維状濾材層を流れる。
【図１０】図示されるシステムの入口面に示される濾過集成材を示す、図９のガス濾過システムの上面図を示す図である。
【図１１】波形ポリマーフィルムシートのアレイの概略的な分解斜視図を示す図である。
【図１２】図１１に示されるアレイの溶融／接着及び熱分解の後のアレイの正面図を示す図である。
【図１３】図１１及び／又は１２のアレイに由来する活性炭ハニカムアレイの斜視図を示す図である。
【図１４】本開示の一実施態様による微孔性熱分解生成物炭素精製装置の分解部分断面図を示す図である。
【図１５】ハウジングの内部容積に配置された微結晶性セルロース熱分解生成物吸着剤を示す、図１４の精製装置の縦軸を横断する平面で切った断面図を示す図である。
【図１６】ハウジングの内部容積に配置された微結晶性セルロース熱分解生成物吸着剤を示す、精製装置の中心縦軸と交差する平面の、図１４の精製装置（垂直配向）の断面図を示す図である。
【図１７】微結晶性セルロース熱分解生成物吸着剤を、精製装置ハウジング内の押出され流路形成されたモノリスの形で示す、図１４に示される種類の精製装置の縦軸を横断する平面で切った精製装置の断面図を示す図である。
【図１８】押出されたモノリスの流路を図示するために、精製装置の中心縦軸と交差する平面の、図１７の精製装置（垂直配向）の断面図を示す図である。
【図１９】本開示のもう一つの実施態様による精製装置の縦軸に対して横方向の平面で切った、図１４に示される種類の精製装置の断面図を示す図である。
【図２０】微結晶性セルロース熱分解生成物吸着剤を、精製装置ハウジングのハニカム構造の中の微粒子の吸着剤の形で示す、精製装置の中心縦軸と交差する平面の、図１９の精製装置（垂直配向）の断面図を示す図である。
【図２１】マイクロエレクトロニクス製造プロセス設備のための、本開示の一実施態様によるガス送出システムの模式図を示す図である。
【図２２】結合剤を添加せずに直接圧縮によって形成された、原料密度が１．３２ｇ／ｃｃを超える天然炭水化物の自己接着タブレットの写真を示す図である。
【図２３】様々な天然炭水化物源から圧縮されたディスクの大きさの範囲を示す写真を示す図である。
【図２４】１．３０ｇ／ｃｃよりも大きい平均片密度を有する、プレス成形された微結晶性セルロースタブレットの写真を示す図である。
【図２５】プレス成形された微結晶性セルロースタブレットの、プレス時、炭素への熱分解の後、及び酸化的活性化の後の写真を示す図である。
【図２６】平均密度が１．０５ｇ／ｃｃよりも大きい、熱分解炉から取り出した時の、本開示の一実施態様による微結晶性セルロースから調製されたいくつかのセルロース系炭素熱分解生成物物品の写真を示す図である。
【図２７】予備成形及び制御された熱分解によって調製された、形成された炭素熱分解生成物吸着剤片の多様な形状及び大きさを示す写真を示す図である。
【図２８】空間充填形状を有する炭素熱分解生成物吸着剤物品の一実施態様の写真を示す図である。これは、隣接する炭素熱分解生成物吸着剤物品が互いに接触しているように配置することができるので、炭素熱分解生成物吸着剤物品の対応するアレイを、炭素熱分解生成物吸着剤が吸着親和性を有するガスを保持するために適合させた吸着剤容器の密閉容積内の吸着剤密度を最大にするために用いることができる。
【図２９】密度が０．７７ｇ／ｃｃ、表面積が１２４７平方メートル／ｇである圧縮された微結晶性セルロースに由来する、統合された炭素吸着剤モノリスの切断片の倍率を増加させた一連のＳＥＭ顕微鏡写真を示す図である。
【図３０】密度が０．７７ｇ／ｃｃ、表面積が１２４７平方メートル／ｇである圧縮された微結晶性セルロースに由来する、図１２の同じ統合された炭素吸着剤モノリスの表面のＳＥＭ顕微鏡写真を示す図である。
【図３１】図２９及び３０の活性炭吸着剤モノリスの微細気孔の、より高倍率のＳＥＭ画像を示す図である。
【図３２】微結晶性セルロースから調製したセルロース系炭素熱分解生成物物品のＣＯ２中の９００℃での処理時間の関数としてのバーンオフレベル（重量％）のグラフを示す図である。
【図３３】微結晶性セルロースから調製したセルロース系炭素熱分解生成物物品の表面積（重量と容積の両方）の、バーンオフレベルの関数としてのグラフを示す図である。
【図３４】微結晶性セルロースから調製し、９００℃のＣＯ２を使用して活性化させたセルロース系炭素熱分解生成物物品についての、バーンオフレベルに対する推定ＣＨ４容積容量の確立された相関に基づくプロットを示す図である。
【図３５】微結晶性セルロースから調製し、９００℃のＣＯ２を使用して活性化させたセルロース系炭素熱分解生成物物品についての、バーンオフレベルに対する測定したマイクロ孔容積及び計算したメソ＋マクロ孔容積のグラフを示す図である。
【図３６】微結晶性セルロースから調製し、９００℃のＣＯ２を使用して活性化させたセルロース系炭素熱分解生成物物品についての、ミリポア容積対メソ＋マクロ孔容積の推定比の、バーンオフレベルの関数としてのグラフを示す図である。
【図３７】７７ケルビンでの、微結晶性セルロースから調製したセルロース系炭素熱分解生成物物品についての窒素吸着等温線のプロットを示す図である（圧力の関数としての、窒素吸着容積（ｃｃ窒素／グラム））。
【図３８】０℃での、微結晶性セルロースから調製したセルロース系炭素熱分解生成物物品についてのＣＯ２吸着等温線のプロットを示す図である（圧力（トル）の関数としての、ＣＯ２吸着容積（ｃｃ窒素／グラム））。
【図３９】微結晶性セルロースから調製したセルロース系炭素熱分解生成物物品についてのα−Ｓプロットを示す図である（標準温度及び圧力条件での窒素吸着容積（ｃｃ／ｇ）の関数としての、標準温度及び圧力条件での窒素吸着容積（ｃｃ／ｇ））。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本開示は、一般に、炭素熱分解生成物材料に関する。特定の態様では、本開示は、より具体的には、炭素吸着剤、例えばセルロース出発物質、例えば微結晶性セルロースに由来し、ガスの可逆的吸着に有用に使用されて、ガス貯蔵条件下でガスを吸着的に保持することのできるガス貯蔵媒体を提供し、分配及びその後の使用のためにガスを容易に脱着させることのできる、炭素吸着剤などに関する。そのような炭素吸着剤は、このように、半導体製品、フラットパネルディスプレイ、ソーラーパネル等の製造用のプロセスガスを供給するための有用性、並びに吸着剤に基づく加熱冷却システム及びプロセスでの有用性、並びにガス又は空気の濾過及び／又は精製、ガス捕捉、ガス分離等を伴うシステム及びプロセスでの有用性を有する。
【００２６】
本開示は、その特徴、態様及び実施態様に関して本明細書に様々に記載されているように、特定の実施において、そのような特徴、態様及び実施態様、並びに本開示の様々なさらなる実施を構成するように集められたその要素及び成分の一部又は全部を含む、その一部又は全部からなる、又はその一部又は全部から本質的になるとして構成されてよい。本開示は、それに応じて、そのような特徴、態様及び実施態様、又はその選択されたもの（一又は複数）を、様々な置換及び組合せにおいて、本開示の範囲内にあると企図する。
【００２７】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用されるように、以下の用語は、以下の意味を有する。
【００２８】
単数形「ａ」、「ａｎｄ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈上明らかに指示されている場合を除いて、複数の指示対象を含む。
【００２９】
本開示の炭素熱分解生成物に関して、「高純度」という用語は、炭素熱分解生成物が、ＡＳＴＭ  Ｄ２８６６−１１の手順によって測定して１％未満の全灰含有量を特徴とすることを意味する。
【００３０】
用語「炭水化物」とは、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、及び酸素（Ｏ）原子によって構成される大型の生体分子又は高分子をさす。そのような分子は、２：１の水素：酸素原子比、及び実験式ＣＸ（Ｈ２Ｏ）Ｙ（式中、ＸはＹとは異なる）を有することがある。厳密に言えば、これらの分子は炭素の水和物である。一般に、用語「炭水化物」は、「糖類」と同義と考えられる。炭水化物は、４つの化学的分類：単糖類、二糖類、オリゴ糖、多糖類に属する。
【００３１】
用語「糖類」は、炭素、水素、及び酸素原子で構成される、甘い、短鎖の、可溶性炭水化物の汎用名である。例としては、アラビノース、フルクトース、ガラクトース、グルコース（デキストロース）、ラクトース、マルトース、マンノース、スクロース、キシロース、及びそれらの誘導体が挙げられる。
【００３２】
用語「微結晶性セルロース」とは、木材セルロースマイクロファイバーの不溶性の三次元結合した「結晶性」部分を、それよりも弱く結合した非晶領域から分離し、精製することによって調製した、高度に精製された木材パルプセルロースをさす。微結晶性セルロースは、加工食品の製造において品質改良剤、増量剤、又は充填剤として、さらにビタミン及び栄養補助食品の賦形剤及び打錠助剤として広く使用されている。
【００３３】
用語「マクロ孔」とは、サイズが５０ｎｍより大きい細孔をさす。
【００３４】
用語「メソ孔」とは、サイズが２ｎｍから５０ｎｍである細孔をさす。
【００３５】
用語「マイクロ孔」とは、サイズが２ｎｍ未満の細孔をさす。
【００３６】
用語「ウルトラマイクロ孔」とは、サイズが０．７ｎｍ未満の細孔をさす。
【００３７】
用語「モノリス」とは、ビーズ、ペレット、押出物、粉末、顆粒、又は微粒子などの非モノリス炭素熱分解生成物形態とは区別される、バルク形態、ブロック、レンガ、シリンダー、パック、ロッド、又はその他の幾何学的に規則的な又は不規則的なバルク形態の炭素熱分解生成物材料をさす。本開示のモノリシックな炭素熱分解生成物は、モノリシックな炭素熱分解生成物製品に実質的に相当するサイズ及び構造を有する「ニアネットシェイプ」熱分解可能な前駆体プリフォームを熱分解することによって、高密度固体物品として有利に形成される。得られるバルク形態の微孔性炭素物品は、単一片の吸着剤として、又は複数片のスタック（例えば、モノリシックな炭素熱分解生成物がディスク状の形態であり、そのようなディスク状の本体のスタックが、スタックの中の連続したディスク状の本体の対面当接で垂直に積み重ねられている場合）、又はバルク形態の炭素熱分解生成物物品がそのそれぞれの表面のかなりの部分（一又は複数）にわたって互いに接触するその他の配置として使用することができる。それによりビーズ、ペレット、押出物、粉末、顆粒、又は微粒子の吸着剤が充填されている吸着剤容器に見出される高い空隙容量を除去することができ、吸着剤容器には結果としてそのようなビーズ、ペレット、押出物、粉末、顆粒、又は微粒子を含有する空間体積の収着容量の減少をもたらした相当な間隙容量及び総空隙がある。様々な特定の実施態様では、モノリス炭素熱分解生成物は、その（ｘ，ｙ，ｚ）次元の各々が少なくとも１ｃｍである、例えば、その（ｘ，ｙ，ｚ）次元の各々が１ｃｍから２５ｃｍ、又はそれ以上の範囲内である、次元特徴を有してよい。
【００３８】
用語「片密度」とは、単一片の固体吸着剤の単位体積あたりの質量をさし、グラム／立方センチメートルの単位で表される。
【００３９】
熱分解性前駆体材料から形成される炭素熱分解生成物に関して使用される用語「結合剤を含まない」とは、熱分解性前駆体組成物が、組成物の総重量に基づいて５重量％以下の結合剤材料を含有する、好ましくは同じ重量に基づいて２重量％以下の結合剤を含有する、最も好ましくは結合剤材料を欠くことを意味する。したがって、結合剤を含まない炭素熱分解生成物は、十分に凝集性がある前駆体材料から形成することができるので、それはプレス成形又はその他の成形作業によってニアネットシェイプ形態に形成し、前駆体材料の熱分解の間及び後にニアネットシェイプ形態を維持することができる。この点において、残留吸着種、例えば、ミリング及びパッケージングなどの標準的な処理運転から生じる水又は水分は、原材料の一部であり、原材料の添加剤又は結合剤成分ではないと考えられる。
【００４０】
用語「熱分解」とは、前駆体材料が実質的に炭素に変換される条件の不活性ガスカバー下での前駆体材料の熱分解をさす。
【００４１】
熱分解されて炭素熱分解生成物を形成する熱分解性前駆体物品に関して、「ニアネットシェイプ」という用語は、その前駆体物品が、熱分解から得られる生成物である炭素熱分解生成物と形状的に一致する構造を有することを意味する。熱分解された生成物物品に関して、熱分解性前駆体物品のそのような特徴は、非常に有利である、それは、それが広範囲の切削、研削等の必要性を解消して炭素熱分解生成物の処理時の材料除去をもたらし、前駆体物品から炭素熱分解生成物吸着剤製品に進行する際に適度に一貫した形状因子が維持されるためである。
【００４２】
用語「セルロース系炭素熱分解生成物」とは、セルロースを含む前駆体材料の熱分解によって形成された炭素熱分解生成物をさす。
【００４３】
セルロース系炭素熱分解生成物のための前駆体材料は、セルロース前駆体材料だけで構成されてもよいし、又はセルロース系炭素熱分解生成物のための前駆体材料は、セルロース前駆体材料を（ｉ）熱分解プロセス又はプロセスの炭素熱分解生成物製品を促進するか又は強化するための添加剤（例えば、細孔形成剤、粘度制御剤、界面活性剤等）、及び／又は（ｉｉ）その他の熱分解性前駆体材料（一又は複数）と共に含んでもよい。そのようなその他の熱分解性前駆体材料（一又は複数）には、合成高分子材料（例えば、ポリ塩化ビニリデンポリマー及び共重合体、ポリフッ化ビニリデンポリマー及び共重合体等）、石油系材料、石油由来材料、セルロース以外の炭水化物（例えば、糖類、サッカライド、デンプン、マルトデキストリン等）、並びに前述の組合せ、ブレンド、及び混合物が含まれてよい。セルロース前駆体材料は、異なるセルロース構成要素、例えば木材パルプとアンズ核の混合物、又は籾殻とコットンリンターの混合物などを含んでよい。
【００４４】
セルロース系炭素熱分解生成物のセルロース出発物質の好ましい形態は、微結晶性セルロースである。
【００４５】
様々な実施態様では、セルロース前駆体材料は、セルロース前駆体材料と非セルロース前駆体材料を含む熱分解性前駆体材料混合物の一成分として用いることができ、そのような前駆体材料混合物中では、セルロース前駆体材料は、混合物中のセルロース及び非セルロース前駆体材料の総重量に基づいて５％から９８重量％の濃度で存在してよい。その他の実施態様では、セルロース前駆体材料は、同じ総重量に基づいて、少なくとも５０重量％の濃度で、又は同じ総重量に基づいて、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、及び９５重量％、最大９８重量％の少なくとも一つの濃度で存在してよい。例えば、セルロース前駆体材料は、混合物中のセルロース及び非セルロース前駆体材料の総重量に基づいて５５％から９８重量％、又は６０％から８０重量％、又は６５％から９５重量％、又は７０％から９０重量％、或いは上記の個々の百分率から選択される端点を有する他の範囲内の濃度で存在してよく、そのような重量百分率は全て同じ総重量に基づく。
【００４６】
様々の態様では、本開示はセルロース系炭素熱分解生成物に関する。
【００４７】
様々な実施態様のセルロース系炭素熱分解生成物は、ＡＳＴＭ  Ｄ２８６６−１１の手順によって測定して１％未満の全灰含有量；０．５０ｇ／ｃｃから１．４０ｇ／ｃｃの範囲の片密度；７５０ｍ２／グラムよりも大きいＮ２  ＢＥＴ表面積；及び２１℃及び３５バールの圧力で１００Ｖ／Ｖよりも大きいメタン吸着容量を特徴とすることができる。
【００４８】
本開示のもう一つの態様は、貯蔵用にガスを吸着することができ、分配条件下でガスを脱着することができ、ガス供給パッケージから使用場所に（例えば、半導体製品、フラットパネルディスプレイ、ソーラーパネル等の製造のための製造プロセスシステムで）ガスを分配することのできる、ガス貯蔵媒体としてセルロース系炭素熱分解生成物を含有するガス供給パッケージに関する。
【００４９】
そのような使用のための炭素熱分解生成物吸着剤は、活性型であってよく、例えば、該活性型は化学的及び／又は物理的な活性化によって活性化されている。特定の一実施態様では、活性型は、酸、例えば、塩酸、硫酸、リン酸、ホウ酸、及び炭酸からなる群から選択される酸との反応によって化学的に活性化されている。その他の実施態様では、活性型は、ナトリウム、リチウム、カリウム、カルシウム、又はアンモニウムの水酸化物との反応によって化学的に活性化されている。さらにその他の実施態様では、活性型は、６００℃から１２００℃の範囲の温度の、不活性ガス、例えば、窒素又はアルゴンと混合しているか又は純粋なガス流れとしてのＣＯ２、空気、又は蒸気に曝露させた際のバーンオフによって活性化されている。
【００５０】
特定の実施態様での本開示のセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤は、以下の特徴の１以上を特徴とすることができる：ＡＳＴＭ  Ｄ２８６６−１１の手順によって測定して０．５％未満の全灰含有量を有する；片密度が０．５５ｇ／ｃｃから１．３５ｇ／ｃｃである；片密度が０．６０ｇ／ｃｃから１．３０ｇ／ｃｃである；嵩密度が０．５ｇ／ｃｃから１．３ｇ／ｃｃである；前記吸着剤が結合剤を含まない；Ｎ２  ＢＥＴ表面積が７５０から３０００ｍ２／グラムの範囲内である；０．３ｎｍから２．０ｎｍの範囲のサイズを有するマイクロ孔が細孔容積の少なくとも４０％を有する；０．３ｎｍから２．０ｎｍの範囲のサイズを有するマイクロ孔が細孔容積の少なくとも７０％を有する；０．３ｎｍから２．０ｎｍの範囲のサイズを有するマイクロ孔が細孔容積の４０％から９０％又はそれ以上を有する；メタン吸着容量が２１℃及び３５バールの圧力で１１０Ｖ／Ｖよりも大きい；メタン吸着容量が２１℃及び３５バールの圧力で１２５Ｖ／Ｖよりも大きい；メタン吸着容量が２１℃及び３５バールの圧力で１４０Ｖ／Ｖから２２０Ｖ／Ｖの範囲内である；且つ、３５バールと１バールとの間のメタン吸着作業／デルタ容量が少なくとも７５Ｖ／Ｖ、例えば、７５から１２５Ｖ／Ｖの範囲内である。
【００５１】
その他の実施態様での本開示のセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤は、水素化物、ハロゲン化物、有機金属、水素、ＣＯ２、ＣＯ、Ｃ２−Ｃ４炭化水素（例えば、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、ブチレン）、及び前述の２以上の混合物からなる群から選択されるガスをその上に吸着させることができる。前記半導体製造ガスが、前述の２以上のガス混合物、又は共流ガス、キャリアガス、及び希釈剤の１以上と組み合わせた前述の１以上を含むガス混合物を含む実施態様では、ガス混合物の各成分ガスの濃度は２から９８体積％の範囲内であってよく、この際、ガス混合物の全ての成分ガスの体積百分率は、合計して１００体積パーセントになる。
【００５２】
特定の実施態様では、吸着されたガスは、アルシン、ホスフィン、ゲルマン、ジボラン、シラン、ジシラン、トリメチルシラン、テトラメチルシラン、Ｃ２−Ｃ４炭化水素（例えば、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、ブチレン）、アセチレン、水素、スチビン、三塩化ホウ素、三フッ化ホウ素、四フッ化二ホウ素、三フッ化窒素、四フッ化ゲルマニウム、四フッ化ケイ素、三フッ化ヒ素、五フッ化ヒ素、三フッ化ホスフィン、五フッ化リン、フッ素、塩素、フッ化水素、硫化水素、セレン化水素、テルル化水素、ハロゲン化メタン、ハロゲン化エタン、アレン、スタンナン、トリシラン、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素、フッ化カルボニル、亜酸化窒素、前述の同位体が濃縮された変異体、及び前述の２以上の組合せからなる群から選択されるガスを含む。
【００５３】
吸着されたガスが前述のガスの１以上の同位体が濃縮された変異体を含む特定の実施態様では、同位体が濃縮された変異体を含むガスは、その少なくとも一つの同位元素の天然存在度レベルを上回って同位体が濃縮されていてよく、天然存在度レベルを上回る同位体が濃縮されたレベルは、同位体が濃縮された元素のガス中の天然存在度レベルと１００％同位体濃度の差の５％から１００％の範囲内である。特定の実施態様では、そのような差に基づく同位体濃縮レベルは、そのような差の５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９９％、９９．５％、９９．９％、及び１００％の少なくとも一つである。例えば、ガスは、同位体が濃縮されたホウ素含有ガス、又は同位体が濃縮されたケイ素含有ガス、又は同位体が濃縮されたゲルマニウム含有ガスを含んでよい。
【００５４】
本開示は、さらなる態様において、本明細書に様々に記載されるような本開示のセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤を保持するガス供給容器を含むガス供給パッケージに関する。容器は、特定の実施態様で、容器の内部容積１ｃｃあたり少なくとも０．１グラムの吸着剤の吸着剤充填量、好ましくは容器の内部容積１ｃｃあたり少なくとも０．６グラムの吸着剤の吸着剤充填量、より好ましくは容器の内部容積１ｃｃあたり少なくとも０．６５グラムの吸着剤の吸着剤充填量、及び最も好ましくは容器の内部容積１ｃｃあたり少なくとも０．７５グラムの吸着剤の吸着剤充填量、例えば、容器の内部容積１ｃｃあたり０．５から０．９５グラムの範囲の、又はそれ以上の吸着剤を特徴とする。
【００５５】
もう一つの特定の実施態様では、本開示は、半導体製造ガスを吸着剤に吸着させた、本明細書に様々に記載されるようなガス供給パッケージに関する。半導体製造ガスは、半導体製造において有用性のあるどんなガス種も含んでよく、イオン注入用のドーパントガス、化学気相成長法又は原子層成長法などの蒸着プロセスのための前駆体、エッチング剤、洗浄試薬等、並びに前述のガスを共流ガス、キャリアガス、希釈剤等と組み合わせて含むガス混合物を含んでもよい。
【００５６】
本開示は、もう一つの態様では、セルロース前駆体材料をニアネットシェイププリフォームに圧縮すること；不活性ガス環境において制御された方法で加熱して炭水化物を炭素に熱分解すること；及び、任意選択的に、（ｉ）化学的活性化、及び（ｉｉ）物理的な活性化の１以上によって炭素を活性化させて表面積を増加させることを含む、セルロース系炭素熱分解生成物を作製する方法に関する。
【００５７】
吸着ガスの貯蔵及び送出の実用的有用性を高いレベルで達成するために、本開示のセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤は、高重量（貯蔵／グラム）及び高容積（貯蔵／リットル）の両方のガス貯蔵密度を提供する、高密度でモノリシックな又は微粒子の形状の空間充填型材料として有利に製造される。セルロース系炭素熱分解生成物吸着剤は、微孔性であり、有効な細孔径を適用のための目的の吸着質ガスに適合させた多孔度を有利に含む。多孔度としては、好ましくは６０％未満のメソ孔（２ｎｍよりも大きいが５０ｎｍ未満の直径を有する細孔）及び／又はマクロ孔（５０ｎｍよりも大きい直径の細孔）の細孔容積が挙げられる。より好ましくは、そのような細孔（メソ孔＋マクロ孔）の百分率は４５％未満、最も好ましくはそのような細孔（メソ孔＋マクロ孔）の百分率は３０％未満である。
【００５８】
本開示のセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤は、高いメタン吸着容量を有する、例えば、３５バール（５０８ｐｓｉｇ）及び２１℃で少なくとも１００Ｖ／Ｖ、好ましくは３５バール（５０８ｐｓｉｇ）及び２１℃で１１０Ｖ／Ｖよりも大きい、より好ましくは３５バール（５０８ｐｓｉｇ）及び２１℃で１２５Ｖ／Ｖよりも大きい、及び最も好ましくは３５バール（５０８ｐｓｉｇ）及び２１℃で１４０Ｖ／Ｖよりも大きい、例えば、３５バール（５０８ｐｓｉｇ）及び２１℃で１００から２５０Ｖ／Ｖの範囲内、及びより好ましくは３５バール（５０８ｐｓｉｇ）及び２１℃で１２５から２２０Ｖ／Ｖの範囲内である。
【００５９】
セルロース系炭素熱分解生成物吸着剤は、急速な吸脱着速度も示し、低い吸着熱及び高い熱容量によって、吸着剤が熱効果を管理して吸着及び脱着中の温度変化を最小に抑えることができる。吸着剤は、有利には疎水性の性質を有する。吸着剤は、様々な実施態様においてモノリシックな形態に調製され、本明細書に記載される前駆体材料から多様な形状に成形されることができる。その他の実施態様では、吸着剤は微粒子の形態で調製される。様々な実施態様では、セルロース系炭素熱分解生成物吸着剤は、１．１ｇ／ｃｃ以上の密度を示し、疎水性であり、メタン容量は圧力３５バール及び温度２１℃で少なくとも１４０Ｖ／Ｖである。そのような種類のセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤は、有利には放熱をもたらすために適度の熱容量（例えば、約１Ｊ／ｇ−Ｋ）及び高い熱伝導率（例えば、〜０．８Ｗ／ｍ−Ｋ）を有する。
【００６０】
したがって、本開示のセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤は、高密度のモノリシックな形態の高表面積、微孔性炭素吸着剤として提供されることができ、炭素熱分解生成物吸着剤製品の最終用途に望ましいように成形されることができる。加工コストを低く維持し、最終製品の純度を保つために、セルロース前駆体材料は、好ましくは、遷移金属、アルカリ又はアルカリ土類金属、ハロゲン化物、塩等の無機汚染物質を含まないか又は実質的に含まない。セルロース系炭素熱分解生成物は、ガスの貯蔵のための低コストで高効率の吸着剤を提供し、特定の実施態様において、７５０ｍ２／ｇよりも大きい表面積、０．７５ｇ／ｃｃよりも大きい片密度、及び０．５ｇ／ｃｃよりも大きい嵩密度を含む特徴をもつ。
【００６１】
セルロース前駆体材料は、その後の炭化及び活性化を受ける前に、望ましい形状（一又は複数）例えば、微粒子又はモノリシックな形状に容易に形成又はプレス成形することができる。炭水化物の非酸化的熱分解の副生成物は主に水蒸気であり、低レベルの二酸化炭素及び／又は一酸化炭素を含む。これらは管理の容易なプロセス廃液である。
【００６２】
セルロース系炭素熱分解生成物の前駆体材料は、不活性雰囲気下、任意の適した温度、例えば、少なくとも４００℃及び１２００℃まで、又はそれ以上の温度で熱分解することができる。活性化は、任意の適した方法で実行することができ、化学的及び／又は物理的活性化技術、例えば、（１）熱分解された炭素とＫＯＨ、ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、ＮＨ４ＯＨ、ＮａＨＣＯ３、（ＮＨ４）２ＳＯ４、Ｈ２ＳＯ４、ＨＣｌ、又はＨ３ＰＯ４の室温での反応とそれに続く加熱、その後の適切な酸又は塩基の中和洗浄／水洗浄濾過及び乾燥による残留活性化化学物質の除去による化学的活性化；或いは（２）炭素を高温に曝露して蒸気、ＣＯ２、空気、又はその他の酸化ガスとすることによる物理的活性化、或いは、これらの様々な技術の任意の組合せによって実行してよい。
【００６３】
様々な吸着剤の実施態様では、セルロース系炭素熱分解生成物吸着剤は、吸着剤がガス貯蔵及び分配媒体として配備される容器又はその他の格納構造に関して、形状充填形態である、結合剤を含まない高密度の炭素モノリスを含む。そのような文脈で使用されるように、用語「高密度」とは、炭素熱分解生成物の片密度が少なくとも０．５０ｇ／ｃｃ、好ましくは少なくとも０．７０ｇ／ｃｃ、最も好ましくは０．７５ｇ／ｃｃよりも大きい、例えば、０．５０ｇ／ｃｃから１．７０ｇ／ｃｃの範囲内であることを意味する。あるいは、セルロース系炭素熱分解生成物吸着剤は、微粒子の形態、例えば、粉末、顆粒、ペレット、又はその他の微粒子の形態であってよい。
【００６４】
セルロース系炭素熱分解生成物吸着剤は、少なくとも７５０ｍ２／ｇ、好ましくは少なくとも９００ｍ２／ｇ；最も好ましくは１０００ｍ２／ｇよりも大きい、例えば、７５０ｍ２／ｇから３０００ｍ２／ｇの範囲内のＮ２  ＢＥＴ表面積を得るように調製されてよい。
【００６５】
様々な実施態様では、本開示の微孔性セルロース系炭素熱分解生成物材料は、その細孔容積の少なくとも５０％が０．３ｎｍから２．０ｎｍの間のサイズの細孔で構成されてよく、好ましくはその細孔容積の少なくとも７０％、及びより好ましくは７５％超、例えば、９５％まで、又はそれ以上が、０．３ｎｍから２．０ｎｍの間のサイズの細孔で構成されてよい。
【００６６】
本開示のその他の実施態様は、モノリシックな形態のセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤に関し、この際、吸着剤のメタン吸着容量は、２１℃及び３５バールで少なくとも１００Ｖ／Ｖ、好ましくは少なくとも１１０Ｖ／Ｖ、より好ましくは少なくとも１２５Ｖ／Ｖ、例えば、１４０から２２０Ｖ／Ｖの範囲内である。
【００６７】
その他の態様では、本開示は、セルロース系炭素熱分解生成物吸着剤を含有するガス供給容器に関し、この際、容器内の炭素吸着剤の充填密度は、吸着剤によって占有される容器容積１ｃｃあたり少なくとも０．１ｇの炭素吸着剤、好ましくは少なくとも０．６ｇ／ｃｃ、より好ましくは０．６５ｇ／ｃｃ、最も好ましくは少なくとも０．７５ｇ／ｃｃ、例えば、０．５ｇ／ｃｃから１．０ｇ／ｃｃ又はそれ以上の範囲内である。
【００６８】
本開示のさらなる態様は、（ｉ）水素化物、（ｉｉ）ハロゲン化物、（ｉｉｉ）有機金属、（ｉｖ）水素、（ｖ）二酸化炭素、（ｖｉ）一酸化炭素、（ｖｉｉ）メタン、（ｖｉｉｉ）天然ガス、（ｉｘ）エタン、（ｘ）エチレン、（ｘｉ）プロパン、（ｘｉｉ）プロピレン、（ｘｉｉｉ）ブタン、（ｘｉｖ）ブチレン、及びこれらのガスの２以上の組合せからなる群から選択されるガスをその上に吸着させたセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤を含有するガス供給容器に関する。
【００６９】
本開示のなおさらなる態様は、アルシン、ホスフィン、ゲルマン、ジボラン、シラン、ジシラン、トリメチルシラン、テトラメチルシラン、Ｃ２−Ｃ４炭化水素（例えば、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、ブチレン）、アセチレン、水素、スチビン、三塩化ホウ素、三フッ化ホウ素、四フッ化二ホウ素、三フッ化窒素、四フッ化ゲルマニウム、四フッ化ケイ素、三フッ化ヒ素、五フッ化ヒ素、三フッ化ホスフィン、五フッ化リン、フッ素、塩素、フッ化水素、硫化水素、セレン化水素、テルル化水素、ハロゲン化メタン、ハロゲン化エタン、アレン、スタンナン、トリシラン、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素、フッ化カルボニル、亜酸化窒素、前述の同位体が濃縮された変異体、及び前述の２以上の組合せからなる群から選択されるガスをその上に吸着させたセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤を含有するガス供給容器に関する。
【００７０】
その他の態様では、本開示は、本開示のセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤を含有する上記の種類の容器（一又は複数）を組み込むガス吸着、貯蔵、輸送、及び／又は送出システムに関する。
【００７１】
様々な特定の実施態様では、本開示のセルロース系炭素熱分解生成物は、モノリシックな形態を有する；ＡＳＴＭ  Ｄ２８６６−１１の手順によって測定して１％未満の全灰含有量；０．５０ｇ／ｃｃから１．７０ｇ／ｃｃのモノリシックな形態の片密度；７５０ｍ２／ｇよりも大きいＮ２  ＢＥＴ表面積；２１℃及び３５バールの圧力で１００Ｖ／Ｖよりも大きい、例えば、１１０Ｖ／Ｖよりも大きい、１２５Ｖ／Ｖよりも大きい、又は１００から２２０Ｖ／Ｖの範囲内のメタン吸着容量；その多孔度の少なくとも４０％、例えば、その多孔度の５０％、６０％、７０％、又は８０％よりも大きく、９０％まで、又はそれ以上が、０．３ｎｍから２．０ｎｍの間の孔径を有するマイクロ孔によって構成される；熱伝導率が０．６Ｗ／ｍｋよりも大きい；並びに、２１℃で３５バールから２１℃で１バールの間で７５Ｖ／Ｖ以上のメタン吸着作業／デルタ容量（メタン吸着作業／デルタ容量は、より高い圧力（３５バール）で炭素吸着剤に吸着され、その後、それよりも低い圧力条件（１バール）で脱着によって炭素吸着剤から放出されることのできる収着質ガスの体積である（両方とも２１℃の温度で測定される場合））の少なくとも一つを特徴とすることがある。
【００７２】
本開示は、もう一つの態様において、熱分解の前に４，０００ｐｓｉ以上、好ましくは５，０００ｐｓｉと５０，０００ｐｓｉの間の圧縮力下で、ニアネットシェイププリフォームに圧縮されるセルロース前駆体材料に関する。
【００７３】
本開示は、さらに別の態様において、６００℃から１２００℃の範囲の温度に処理してセルロース系炭素熱分解生成物を得ることによる、統合されたニアネットシェイプセルロースプリフォームの炭素への熱変換に関する。
【００７４】
本開示は、さらなる態様において、化学的又は物理的な手段による形成されたセルロース系炭素熱分解生成物の活性化によって、その表面積及びマイクロ孔容積を高めることに関する。
【００７５】
本開示のセルロース系炭素熱分解生成物材料は、比較的高い収量で、低コストで、高純度で、最小限環境上の危険性で作製することができる。セルロース前駆体材料の圧縮されたプリフォームにより、高密度でモノリシックな形態の炭素熱分解生成物の製造が可能になる。そのような材料の熱分解の結果、管理の容易な副生成物が得られる。高温下、窒素又はアルゴンなどの不活性パージガスと組み合わせた、蒸気、ＣＯ２、又は空気による物理的活性化を用いて、新しい不純物又は汚染物質を導入せずに、表面積、嵩密度、及び細孔径分布などの特性の非常に正確な制御を実現することができる。自己接着性（凝集性）セルロース前駆体材料は、炭素熱分解生成物の望ましい特性を変えることのある結合剤を使用せずに処理する一方、高密度、優れた強度及び耐久性、高い熱容量、及び良好な熱伝導率の炭素熱分解生成物物品をなお実現することを可能にする。結果として、急速なガス充填を可能にするための吸着中の低発熱、貯蔵及び輸送安定性及び最大ガス送出のための吸着ガスとの最小化された化学反応性、並びに、持続可能な高い使用率及び持続可能なサプライチェーンを可能にするガス送出時の低放熱を伴う、高いガス吸着容量をもつ固体吸着剤炭素熱分解生成物を生成することが可能である。
【００７６】
本開示のセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤が、上記の様々な特徴（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ）及び特徴（ｆｅａｔｕｒｅｓ）の何れか、並びにそのような特徴（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ）及び特徴（ｆｅａｔｕｒｅｓ）の任意の２以上の組合せを組み込むことができることは理解されるであろう。
【００７７】
本開示に従うセルロース系炭素熱分解生成物は、任意の適した大きさ、形状及び形態で提供されてよい。例えば、セルロース系炭素熱分解生成物は、様々な実施態様では、特徴が微粒子であり得、特定の実施態様では、粒子はサイズが０．３から４ｍｍの範囲（直径又は主寸法）であってよく、片密度は０．８ｇ／ｃｃよりも大きい、又は大きさ及び密度は任意のその他の適した値である。その他の実施態様では、セルロース系炭素熱分解生成物は、モノリシックな形態であってよい。本開示の広範な実施において有用な炭素熱分解生成物モノリスは、特定の実施態様では、大きいレンガ、ブロック、タブレット、及びインゴット形態を、バルク形態として含むことがある。様々な実施態様では、炭素熱分解生成物モノリスは、三次元の（ｘ、ｙ、ｚ）特徴を有することがあり、そのような寸法の各々は１．５よりも大きい、及び好ましくは２センチメートルよりも大きい。
【００７８】
様々な炭素熱分解生成物吸着剤の実施態様では、炭素熱分解生成物は、炭素熱分解生成物吸着剤モノリスとして、同じ直径のディスク状の物品の形態で提供され、それへのガスをその上に可逆的に貯蔵するためにガス貯蔵分配容器内の垂直のスタックにそのような物品を積み重ねることを可能にする。
【００７９】
したがって、本開示は、一態様では、半導体製品、フラットパネルディスプレイ、及びソーラーパネルからなる群から選択される製品の製造のためのガスをその上に可逆的に吸着させるセルロース系炭素熱分解生成物を企図する。
【００８０】
そのようなセルロース系炭素熱分解生成物は、様々な実施態様において、木材パルプ、おが屑、新聞印刷用紙、ヤシ殻、オリーブの種、モモの種、アンズ核、ビスコース、ビスコースレーヨン、コットン、コットンリンター、アルガンの殻、マカダミアナッツ殻、酢酸セルロース、バクテリアセルロース、リグニン、リンボクの種、クルミ殻、ナツメヤシの種、籾殻、コーヒーの実の皮、コーヒー滓、バガス、ソルガム雑穀藁、竹材、マンゴー核、アーモンド殻、トウモロコシ穂軸、サクランボの種、及びブドウ種子の１以上の熱分解生成物を含む。特定の態様では、セルロース系炭素熱分解生成物は、微結晶性セルロースの熱分解生成物を含む。
【００８１】
上に考察されるセルロース系炭素熱分解生成物において、ガスは、水素化物、ハロゲン化物、有機金属、水素、ＣＯ２、ＣＯ、Ｃ２−Ｃ４炭化水素、及び前述の２以上の混合物からなる群から選択される１以上を含んでよい。
【００８２】
様々な実施態様では、ガスは、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、及びブチレンからなる群から選択される１以上を含む。その他の実施態様では、ガスは、アルシン、ホスフィン、ゲルマン、ジボラン、シラン、ジシラン、トリメチルシラン、テトラメチルシラン、Ｃ２−Ｃ４炭化水素、アセチレン、水素、スチビン、三塩化ホウ素、三フッ化ホウ素、四フッ化二ホウ素、三フッ化窒素、四フッ化ゲルマニウム、四フッ化ケイ素、三フッ化ヒ素、五フッ化ヒ素、三フッ化ホスフィン、五フッ化リン、フッ素、塩素、フッ化水素、硫化水素、セレン化水素、テルル化水素、ハロゲン化メタン、ハロゲン化エタン、アレン、スタンナン、トリシラン、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素、フッ化カルボニル、亜酸化窒素、前述の同位体が濃縮された変異体、及び前述の２以上の組合せからなる群から選択される１以上を含む。
【００８３】
特定の実施態様では、ガスは、水素化物ガス、ハロゲン化物ガス、又はガス状有機金属を含んでよい。例えば、ガスは、特定の実施では、（ｉ）水素化物、（ｉｉ）ハロゲン化物、（ｉｉｉ）有機金属、（ｉｖ）水素、（ｖ）二酸化炭素、（ｖｉ）一酸化炭素、（ｖｉｉ）メタン、（ｖｉｉｉ）天然ガス、（ｉｘ）エタン、（ｘ）エチレン、（ｘｉ）プロパン、（ｘｉｉ）プロピレン、（ｘｉｉｉ）ブタン、（ｘｉｖ）ブチレン、及びこれらのガスの２以上の組合せからなる群から選択されるガスを含んでよい。
【００８４】
ガスは、半導体製造ガス、例えば、イオン注入用のドーパントガス、蒸着プロセスのための前駆体、エッチング剤、洗浄試薬、前述の２以上のガス混合物、並びに、共流ガス、キャリアガス、及び希釈剤の１以上と組み合わせた１以上の前述のガスを含むガス混合物からなる群から選択されるガスを含んでよい。
【００８５】
半導体製造ガスが、前述の２以上のガス混合物、又は共流ガス、キャリアガス、及び希釈剤の１以上と組み合わせた前述の１以上を含むガス混合物を含む様々な実施態様では、ガス混合物の各成分ガスの濃度は、２から９８体積％の範囲の濃度であってよく、この際、ガス混合物の全ての成分ガスの体積百分率は、合計して１００体積パーセントになる。例えば、ガス濃度は、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９７％、及び９８％の少なくとも一つであってよく、その上限及び下限の数値が前述の数字の何れかによって定義される範囲内であってよく、この際、上限値は下限値よりも大きい、例えば１０％から６５％の範囲、４０％から７５％の範囲、又はその他の関係する特定の用途に適切な範囲などであってよい。
【００８６】
前述のセルロース系炭素熱分解生成物は、特定の実施態様において、以下の特徴の任意の１以上を特徴とすることができる：ＡＳＴＭ  Ｄ２８６６−１１の手順によって測定して０．５％未満の全灰含有量を有する；片密度が０．５５ｇ／ｃｃから１．３５ｇ／ｃｃである；片密度が０．６０ｇ／ｃｃから１．３０ｇ／ｃｃである；嵩密度が０．５ｇ／ｃｃから１．３ｇ／ｃｃである；前記吸着剤が結合剤を含まない；Ｎ２  ＢＥＴ表面積が７５０から３０００ｍ２／グラムの範囲内である；０．３ｎｍから２．０ｎｍの範囲のサイズを有するマイクロ孔が細孔容積の少なくとも４０％を有する；０．３ｎｍから２．０ｎｍの範囲のサイズを有するマイクロ孔が細孔容積の少なくとも７０％を有する；０．３ｎｍから２．０ｎｍの範囲のサイズを有するマイクロ孔が細孔容積の４０％から９０％又はそれ以上を有する；メタン吸着容量が２１℃及び３５バールの圧力で１１０Ｖ／Ｖよりも大きい；メタン吸着容量が２１℃及び３５バールの圧力で１２５Ｖ／Ｖよりも大きい；メタン吸着容量が２１℃及び３５バールの圧力で１４０Ｖ／Ｖから２２０Ｖ／Ｖの範囲内である；且つ、３５バールと１バールとの間のメタン吸着作業／デルタ容量が少なくとも７５Ｖ／Ｖ、例えば、７５から１２５Ｖ／Ｖの範囲内である。
【００８７】
その他の実施態様では、セルロース系炭素熱分解生成物は、ＡＳＴＭ  Ｄ２８６６−１１の手順によって測定して１％未満の全灰含有量；０．５０ｇ／ｃｃから１．４０ｇ／ｃｃの範囲の片密度；７５０ｍ２／グラムよりも大きいＮ２  ＢＥＴ表面積；及び２１℃及び３５バールの圧力で１００Ｖ／Ｖよりも大きいメタン吸着容量を特徴とすることができる。セルロース系炭素熱分解生成物のその他の実施態様は、３５バール（５０８ｐｓｉｇ）及び２１℃で少なくとも１００Ｖ／Ｖのメタン吸着容量を特徴とすることができる。
【００８８】
セルロース系炭素熱分解生成物は、モノリシックな形態であってもよいし、微粒子の形態であってもよいし、これらの又は異なる形態の組合せであってもよい。セルロース系炭素熱分解生成物は、特定の実施態様では、メソ孔及び／又はマイクロ孔の細孔容積の６０％未満を含む多孔度を含んでよい。さらにその他の実施態様では、セルロース系炭素熱分解生成物は、次の、少なくとも１．１ｇ／ｃｃの密度及び圧力３５バール及び温度２１℃で少なくとも１４０Ｖ／Ｖのメタン容量；７５０ｍ２／ｇよりも大きい表面積、０．８ｇ／ｃｃよりも大きい片密度、及び０．５ｇ／ｃｃよりも大きい嵩密度；少なくとも７５０ｍ２／ｇのＮ２  ＢＥＴ表面積；０．３ｎｍから２．０ｎｍの間のサイズの細孔で構成される、細孔容積の少なくとも５０％を含む多孔度の何れかを特徴とすることがある。
【００８９】
本開示のセルロース系炭素熱分解生成物は、様々な実施態様において、セルロース前駆体材料及び１以上の非セルロース前駆体材料の熱分解生成物を含んでよい。例えば、１以上の非セルロース前駆体材料は、合成高分子材料、石油系材料、石油由来材料、セルロース以外の炭水化物、並びに前述の組合せ、ブレンド、及び混合物からなる群から選択されてよい。さらなる具体例として、１以上の非セルロース前駆体材料は、ポリ塩化ビニリデンポリマー及び共重合体、並びにポリフッ化ビニリデンポリマー及び共重合体からなる群から選択されてよい。なおさらなる具体例として、１以上の非セルロース前駆体材料は、デンプン及びマルトデキストリンからなる群から選択されてよい。さらにもう一つの例として、セルロース系炭素熱分解生成物は、２以上の異なるセルロース材料を含むセルロース前駆体材料の熱分解生成物を含んでよい。セルロース系炭素熱分解生成物がセルロース前駆体材料及び非セルロース前駆体材料の熱分解生成物を含む場合、セルロース前駆体材料の濃度は、特定の実施態様では、セルロース前駆体材料と非セルロース前駆体材料の総重量に基づいて、少なくとも５０重量％であってよい。
【００９０】
本開示のセルロース系炭素熱分解生成物は、活性化されてよく、化学的及び／又は物理的活性化によって活性化される熱分解生成物を含んでよい（例えば、熱分解生成物は、６００℃から１２００℃の範囲の温度の、不活性ガスと混合しているか又は純粋なガス流れとしてのＣＯ２、空気、又は蒸気に曝露させる際のバーンオフによって活性化されている）。
【００９１】
例えば、バーンオフガスは、不活性ガスと混合しているＣＯ２を含んでよく、様々な実施態様では、ＣＯ２は、バーンオフガスの全体積に基づいて３０％から９８体積％の範囲の濃度でバーンオフガスに存在してよい。その他の実施態様では、バーンオフガス中のＣＯ２の濃度は、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９７％、及び９８％の少なくとも一つであってよく、その上限及び下限の数値が前述の数字の何れかによって定義される範囲内であってよく、上限値は下限値よりも大きい、例えば４０％から６５％の範囲、５０％から８５％の範囲、又はその他の関係する特定の用途に適切な範囲などであってよい。
【００９２】
別の例として、バーンオフガスは、不活性ガスと混合している空気を含んでよく、様々な実施態様では、空気は、バーンオフガスの全体積に基づいて３０％から９８体積％の範囲の濃度でバーンオフガスに存在してよい。その他の実施態様では、バーンオフガス中の空気の濃度は、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９７％、及び９８％の少なくとも一つであってよく、その上限及び下限の数値が前述の数字の何れかによって定義される範囲内であってよく、上限値は下限値よりも大きい、例えば４０％から６５％の範囲、５０％から８５％の範囲、又はその他の関係する特定の用途に適切な範囲などであってよい。
【００９３】
さらに別の例として、バーンオフガスは、不活性ガスと混合している蒸気を含んでよく、様々な実施態様では、蒸気は、バーンオフガスの全体積に基づいて３０％から９８体積％の範囲の濃度でバーンオフガスに存在してよい。その他の実施態様では、バーンオフガス中の蒸気の濃度は、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９７％、及び９８％の少なくとも一つであってよく、その上限及び下限の数値が前述の数字の何れかによって定義される範囲内であってよく、上限値は下限値よりも大きい、例えば４０％から６５％の範囲、５０％から８５％の範囲、又はその他の関係する特定の用途に適切な範囲などであってよい。
【００９４】
本開示は、さらなる態様では、本明細書に様々に記載されるようなセルロース系炭素熱分解生成物を含有するガス貯蔵分配容器を含むガス供給パッケージに関する。
【００９５】
本開示のさらなる態様は、本開示のガス供給パッケージから前記製造のためのガスを供給することを含む、半導体製品、フラットパネルディスプレイ、及びソーラーパネルからなる群から選択される製品を製造する方法に関する。
【００９６】
本開示のさらなる態様は、半導体製品、フラットパネルディスプレイ、及びソーラーパネルからなる群から選択される製品を製造するためのガスを供給する方法に関し、そのような方法は、製品を製造するためのプロセスで用いるために、本開示のガス供給パッケージを提供することを含む。
【００９７】
本開示のなおさらなる態様は、使用用にパッケージ化されたガスを供給する方法に関し、そのような方法は、本開示のセルロース系炭素熱分解生成物をガス供給パッケージにパッケージングすることを含む。
【００９８】
本開示は、もう一つの態様では、内部容積を規定し、その中を通るガスの流れに適合したハウジング、及びガスを吸着精製するためにハウジングの中を通るガスと接触するように配置されたハウジングの内部容積中の本明細書に様々に記載されるようなセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤とを含む、ガス精製装置を企図する。
【００９９】
本開示は、もう一つの態様では、ガスが精製装置の内部容積の中を同時に又は交互に流れることができ、その精製装置では１以上の本明細書に様々に記載されるようなセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤によってガスが接触吸着されることができるため、そのような接触によって元のガス源よりも高純度のガス流が得られるような、１以上のガス精製装置を用いるガス精製システム及び方法に関する。
【０１００】
さらなる態様では、本開示は、濾過装置／精製装置を通るように方向づけられた空気流から不純物を急速に吸着するために、本明細書に様々に記載されるセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤を微粒子の形態で含むことが強化された、ひだ状の濾過媒体を保持するハウジングを含む、空気濾過装置及び／又は精製集成材、システム及び方法を企図する。
【０１０１】
ここで図面を参照すると、図１は、本開示の一実施態様によるセルロース系炭素熱分解生成物材料を利用する、それを流れるガスの精製のためのプロセスラインに配置されたインラインガス精製装置１０の模式図である。
【０１０２】
図示されるように、精製装置１０は、容器の第１の端部のガス入口ライン１８とガスが流れる関係で連結され、容器の第１の端部の反対側のその第２の端部のガス出口ライン２０とガスが流れる関係で連結された、円筒形の細長い形状の精製装置容器１２を含む。精製装置容器１２には、容器の第１及び第２の端部の末端壁によって境界が定められた、その内部に封入された内部容積を規定する外接する円筒壁１４が含まれる。内部容積には、本開示に従って微粒子のセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤が配置されている。そのような吸着剤は、ガス入口ライン１８から容器の内部容積１２を通ってガス出口ライン２０まで流れるガス混合物の１以上の成分に対して選択的吸着親和性を有するので、そのような成分は、精製装置を流れるガス混合物から選択的に除去されて、そのような成分が枯渇した精製ガスが生成される。
【０１０３】
ガス入口ライン１８及びガス出口ライン２０は、ガス入口ライン１８から精製装置に流れるガス混合物が、選択的に除去可能な成分を精製されることが求められる、半導体製造設備の流れ回路の一部であってよい。精製装置はこのように半導体製造設備の特定のガス利用運転で利用されるガスを精製することができる、或いは、精製装置は残留する有毒な又は別の場合には危険な成分をそれが設備から廃液として放出される前にガスから除去するために用いることができる。精製装置は、クリーンルーム及びリソグラフィートラック用途に配置することができる。セルロース系炭素熱分解生成物吸着剤材料は、このように精製装置において微粒子の形態で、粉末、ビーズ、ペレット、押出物、顆粒等として利用することができる。あるいは、精製装置の圧力低下が十分に低い場合、セルロース系炭素熱分解生成物吸着剤材料は、モノリシックな形態で、或いはモノリス又は狭いガス流路を含むブロック、例えば、ハニカムとして提供されてもよい。なおさらなる配置として、様々な実施態様では、セルロース系炭素熱分解生成物吸着剤材料は、ガスと吸着剤材料の接触をもたらし、その結果、望ましくない成分をそのような接触によってそれから吸着除去するための支持材料又はバッティングの上に提供されてもよい。
【０１０４】
最適な精製のためのプロセスガスの同時又は交互の処理のために、類似の又は様々のセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤含有する、図１に示されるような２以上ガス精製装置は、並行して又は連続して使用され得ることがここでさらに示される。
【０１０５】
図２は、ガス流の吸着精製のためのガス精製装置５０の透視図を示す図である。
【０１０６】
ガス精製装置５０には、放射状の壁集成材６０によって３つの別個のトレー部分５４、５６、及び５８に分割されている回転可能なディスク状のトレー５２が含まれる。図示されるように、そのような部分の各々の円周の大きさは１２０°であるので、部分の各々は等しい体積である。この部分の各々には、顆粒の形の吸着剤が配置されている。トレー５２は、シャフト７６に取り付けられた駆動ローラー７４によって矢印Ａで示される方向への回転に適しており、駆動ローラー７４は、そのような駆動ローラーによって動かされた場合のディスク５２の回転方向Ａとの関連で、矢印Ｂで示される方向へ反対方向に回転運動するように配置されている。
【０１０７】
示される駆動ローラーは、シャフト７６に取り付けられており、シャフトは次に駆動モーター７８に連結され、それは次に選択された速度で駆動モーター７８を駆動するための可変駆動アクチュエータに連結される。可変駆動アクチュエータ及びモーターには、電力ライン８２によって電力が供給される。
【０１０８】
トレー５２には、シュラウド６４が回転トレーの上下に配置され、それぞれの上及び下のシュラウド部分は互いに位置が合わせられ（ｉｎ  ｒｅｇｉｓｔｒｙ  ｗｉｔｈ  ｏｎｅ  ａｎｏｔｈｅｒ）、精製されるガスがガス供給ライン７０に導入される内部容積を規定する。そのような配置によって、導入されたガスはシュラウドの中を上側のシュラウド部分から下側のシュラウド部分へ下方に流れるので、ガスはトレーの部分５６の吸着剤を通過し、吸着剤と接触する。そのような接触の結果として、導入されたガスは、部分５６の吸着剤に吸着することによってその中の汚染物質が精製され、得られる汚染物質を除去したガスは、シュラウドの下側の部分から矢印７２で示される方向に精製ガスとして排出される。
【０１０９】
また、トレー５２には熱再生シュラウド６２も回転トレーの上下に配置され、それぞれの上及び下の熱再生シュラウド部分は互いに位置が合わせられ（ｉｎ  ｒｅｇｉｓｔｒｙ  ｗｉｔｈ  ｏｎｅ  ａｎｏｔｈｅｒ）、ガスがトレーの部分５４の吸着剤を通過し、吸着剤と接触するように、高温の再生ガスがシュラウドの中を上側のシュラウド部分から下側のシュラウド部分へ下方に流れるための再生ガスライン６６に導入される内部容積を規定する。そのような接触の結果として、以前に吸着された汚染物質を搭載した吸着剤は、シュラウド６４を通過した結果として再生ガスによって加熱されて汚染物質を脱着するので、それらは熱再生ガス流に同伴し、熱再生シュラウドの下側のシュラウド部分から排出され、排出ライン６８に排出される。
【０１１０】
汚染物質を含有する再生ガスは、ガス精製システムからの廃液に排出されてもよいし、又はそのような汚染物質を含有する再生ガスは、再生ガスがその後にシステムで再循環及び再使用されることができるように、熱再生ガスから汚染物質を除去するための処理装置（図示せず）に流されてよい。
【０１１１】
図２では、部分５８の吸着剤は、再生ガスの熱再生シュラウド流でちょうど熱的に再生され、それによってさらに吸着精製で使用するために再生されたところである。
【０１１２】
したがって、トレー５２が回転する時、部分５４、５６、及び５８の各々の吸着剤は連続してガス接触シュラウド６４を通過してガスの精製をもたらし、その後それは熱再生シュラウド６２で熱再生ガスとの接触によって熱的に再生され、その後それは新たな精製利用のために熱再生シュラウド６２からガス接触シュラウド６４に送られる。この方法で、トレーがその全３６０°の回転経路を通って移動する時に、ガス精製のための汚染物質の連続吸着、及び吸着剤からの汚染物質の連続脱着を伴って、連続したガス精製が達成される。
【０１１３】
図２のガス精製装置で利用される吸着剤は、本開示の吸着剤を含む。例えば、吸着剤は、微結晶性セルロース、又は微結晶性セルロースとその他の熱分解性材料、例えばデンプン及び／又はマルトデキストリンなどとのブレンドに由来する高純度微孔性炭素熱分解生成物吸着剤を含んでよい。このように吸着剤は、微結晶性セルロースを含む２以上の熱分解性材料の組合せ、例えば、ブレンド又は混合物の熱分解生成物を含んでよく、或いは、吸着剤は、２以上の個別の熱分解生成物吸着剤を互いとのブレンド又は混合物の形で含む熱分解生成物複合吸着剤を含んでよい。本開示の微結晶性セルロースに基づく熱分解生成物吸着剤は、組成及び任意選択のさらなる熱分解性供給源材料及び熱分解生成物において広く変動することがあることは理解されるであろう。
【０１１４】
図３は、図２のガス精製装置に概略的に示される種類のトレー５２の斜視図であり、本開示の顆粒状の炭素熱分解生成物吸着剤が充填されたトレーを示す。図２に示されるトレーとは対照的に、図３に示されるトレー５２は、トレーの容積を、各々の弧長が９０°である、四分円に分割する放射状の壁集成材を有する。図４は、炭素熱分解生成物吸着剤を４つの部分に載せたトレーの床を示す、図３のトレー５２の底面斜視図を示す図である。
【０１１５】
図５は、本開示のもう一つの実施態様によるセルロース系炭素熱分解生成物のモノリシックな吸着剤を利用するガス供給パッケージを含む貯蔵及び送出システム２００の模式図である。
【０１１６】
示されるように、貯蔵及び送出システム２００は、シリンダーの上のバルブヘッドのための手動アクチュエータ２０８を含む分配アセンブリの部分を含むバルブヘッド２０６にその上部で締結される貯蔵分配容器２０４を含む。そのような手動アクチュエータの代わりに、自動弁アクチュエータ、例えば空気弁アクチュエータ、又はその他の適した種類のアクチュエータなどを用いることもでき得る。
【０１１７】
バルブヘッドは、弁が開いている場合にガスを容器２０４から分配するか、又は弁が全閉位置にある場合に容器２０４に貯蔵されているガスを保持するための、全開位置と全閉位置との間を移動可能な弁（図示せず）を含む。弁が分配のために開放されている場合、容器が維持されている圧力よりも低い圧力下で容器を流れ回路に接触させて、そのような分配運転によってガスを脱着させて容器から分配させることを含む、任意の適した様式によってガスを容器から排出することができる。その上に、又は或いは、そのような分配のために弁が開放されている容器からのガス分配のために、容器を加熱してガスの脱着をもたらしてもよい。別のさらなる又は代わりとなる運転モードとして、キャリアガスを容器の内部容積に流して、容器中のキャリアガスと炭素熱分解生成物吸着剤材料に吸着されたガスとの間に得られる物質移動濃度勾配による脱着を行うことができる。
【０１１８】
容器２０４は、例えば、金属、ガラス、セラミック、ガラス質材料、ポリマー、及び複合材料などの材料を含む、任意の適した構造材料で形成されることができる。そのような目的のための実例となる金属としては、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、真鍮、ブロンズ、及びそれらの合金が挙げられる。バルブヘッドは、カップリング２１０によって、圧力変換器２１４がその中に配置された分配導管２１２、分配アセンブリに不活性ガスをパージするための不活性パージユニット２１６、分配運転中に分配導管２１２を通る流量を一定に維持するための質量流量コントローラー２２０、及び分配アセンブリからのその排出の前に分配されたガスから粒子を除去するための濾過装置２２２に締結される。
【０１１９】
分配アセンブリは、分配アセンブリを、下流の配管、弁、又は脱着されたガスの使用場所、例えば、化学的合成反応器又はマイクロエレクトロニクス製品製造ツールに関連するその他の構造と互いに係合するためのカップリング２２４をさらに含む。ガス貯蔵分配容器２０４は、垂直に延在するディスク２０５のスタックを含む内部のモノリシックなセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤を示すために、部分的に取り去られて示される、これは本開示のセルロース系炭素熱分解生成物材料を構成することができ、適した多孔性及び物理的な特徴を有する。ディスク２０５は同じ又は同様の直径（容器２０４の縦軸に垂直な横寸法）のものであってよく、スタックの中の連続して隣接する積み重ねられたディスクは対面接触して互いに当接する。
【０１２０】
容器内部容積のディスクの積み重ねられたアレイの中の連続するディスクは、各々円筒形であってよく、円形の端面はスタックの中の隣接するディスクの円形の端面と完全に対面当接する、或いはディスクは、吸着剤物品のスタック全体にわたってガスの出入りを促進するためにその縁が面取りされているか、又はその周囲に溝があってよい。
【０１２１】
図６は、本開示のさらなる実施態様による微粒子のセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤を含有する容器の内部構造を示す、ガス貯蔵分配容器３０２を含むガス供給パッケージの透視断面図を示す図である。
【０１２２】
示されるように、容器３０２は、容器の内部容積３５２を封入し、本開示に従う微粒子のセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤３５０を、例えば、吸着剤の球形のビーズの形態で含有する壁３４６を含む。容器の上端のバルブヘッド３０４が締結されている口に、セルロース系炭素熱分解生成物吸着剤材料の床から微粒子固体を分配されたガス中に連行することを防止するのに役立つ、多孔質焼結管３６０、又はその他のガス透過性の構造が備えられてよい。バルブヘッド３０４は、手動弁アクチュエータホイール３０６と連結されていて、それによって、開位置で分配し、全閉位置で容器にガスを貯蔵するために、全開位置と全閉位置との間にバルブヘッド３０４の弁（図示せず）を手動で移動させることができる。
【０１２３】
したがって、本開示は、ガスをその上に吸着させた状態で可逆的に保持し、ガス供給パッケージの分配条件下で容器から排出するためにガスを脱着するための、セルロース系炭素熱分解生成物吸着剤を含有するガス貯蔵分配容器を含むガス供給パッケージを企図する。
【０１２４】
図７は、本開示の一実施態様によるガス濾過システム４００の断面立面図を示す図である。示されるガス濾過システム４００には開口した上面が含まれ、それを通って精製されるガスが上側の矢印によって示される方向に流れ、ハウジング４０３の内部容積４０２を通って流れ、ハウジングの開口した底面で、かかる図面の下側の領域の矢印によって示される方向に排出される。内部容積４０２には、繊維状濾材の上側層及び下側層４０４を含む濾過集成材４０１が配置されている、その中間層は、本開示に従う微結晶性セルロース熱分解生成物吸着剤４０５の層である。微結晶性セルロース熱分解生成物吸着剤は、繊維充填材料のそれぞれの上側層と下側層４０４の間に挟まれた、吸着剤の顆粒状粒子の層を含んでよく、任意選択的に、薄膜接着剤層によって繊維充填材料の吸着剤接触面の適所に保持されてよい。そのような薄膜接着剤層は何れも、細孔容積及び吸着剤の吸着性表面積がガス精製での使用に最大化されるように、そのような特徴が吸着剤の多孔性をあまり塞がないようにするべきである。
【０１２５】
図８は、システムの上部入口面を示す、図７のガス濾過システム４００の上面図を示す図である。図７及び８のガス濾過システムに示される配置によって、精製されるガスは開口した入口面から内部容積に流入し、繊維状濾材の層４０４と接触して、精製されるガスの物理的濾過を設ける、一方、微結晶性セルロース熱分解生成物吸着剤は、精製されるガスから吸着性の汚染物質を吸着的に除去する働きをして、汚染物質が枯渇したガスを生じ、このガスは後にハウジングから排出させて、循環させるか又は別の場合にはその意図する目的に利用することができる。
【０１２６】
図９は、本開示のもう一つの実施態様によるガス濾過システム４００の断面立面図を示す図であり、全ての部品及び成分は、図７に対応して番号が付されているが、図７のガス精製システムとは対照的に、濾過集成材４０１は、微結晶性セルロース熱分解生成物吸着剤４０５の顆粒状粒子の層を繊維状濾材の層４０４の入口対向面に含むので、精製されるガスは、最初に吸着剤と接触し、それからそれは繊維状濾材層４０４材料を流れる。図９の実施態様では、微結晶性セルロース熱分解生成物吸着剤を、繊維状濾材層の入口対向面に被覆してよく、上述のように、繊維状濾材層は、その上に接着剤の薄膜層を施して、微粒子の熱分解生成物吸着剤を繊維状濾材層の入口対向面に固定してもよい。
【０１２７】
図１０は、図示されるシステムの入口面に示される濾過集成材を示す、図９のガス濾過システム４００の上面図を示す図である。
【０１２８】
図１１は、波形ポリマーフィルムシートのアレイ５００の概略的な分解斜視図を示す図である。シートの各々は、示される構造を有し、それには平らな頂面と、互いに上下に変位し、角度をもって配向された側壁によって相互に接続した底面が含まれる。そのようなシートの各々は、したがって、それぞれのシートの同じ大きさの底面及び天面が互いに一致し、同延であるように、第２の下方シートの天面と係合する第１の上方シートの底面を当接位置決めすることによって、もう一つのそのようなシートと互いに係合することができる。
【０１２９】
図１２は、図１１に示されるアレイ５００の溶融／接着及び熱分解の後のアレイ５０２の正面図を示す図であり、そのようなアレイ５０２は、任意選択的にその他の熱分解性材料と混合したか又は組み合わせた、熱分解性微結晶性セルロース材料で充填されてよく、そのような充填されたアレイはその後、熱分解され、活性化されて図１３に示される活性炭ハニカムアレイ５０４を形成する。あるいは、波形ポリマーフィルムシートのアレイ５００は、その接合後に、任意選択的にその他の熱分解性材料と混合したか又は組み合わせた熱分解性微結晶性セルロース材料で充填されてよく、充填したアレイ全体を最初に同時に熱分解し、その後炭素熱分解生成物の活性化を行ってよい。
【０１３０】
図１４は、本開示の一実施態様による微孔性熱分解生成物炭素精製装置の分解部分断面図を示す図である。精製装置５１０には、ハウジング５１８の内部容積に配置された本開示の微結晶性セルロース熱分解生成物吸着剤５２０を含有する、円筒形のハウジング５１８が含まれる。円筒形のハウジング５１８は、両端部のその内表面にネジ山が設けられていて、装置の入口及び出口部品を収容する。入口５１２は、精製するガスを装置に供給する流れ回路で導管、パイプ、又はその他のカップリング接続と連結するための入口管５１４を備えている。入口５１２は、円筒形のハウジングの関連する端部の内部のネジ山と螺合するためのネジ部分５１６を備えている。同様に、出口５２２は、装置からの精製ガスの排出のための流れ回路と連結するための出口管５２６を備えている。出口５２２は、円筒形のハウジングの関連する端部の内部のネジ山と螺合するためのネジ部分５２４を備えている。
【０１３１】
図１４に示される精製装置５１０のハウジング、入口、及び出口は、成形されてもよいし、機械加工されてもよいし、そうでなければ任意の適切な構成材料、例えば、ステンレス鋼などの金属、或いはポリビニルブチラール又はポリイミドなどのポリマーから形成されてもよい。
【０１３２】
図１５は、ハウジング５１８の内部容積に配置された微結晶性セルロース熱分解生成物吸着剤５２０を示す、図１４の精製装置５１０の縦軸を横断する平面で切った断面図を示す図である。
【０１３３】
図示されるように、吸着剤の円筒形のロッドを用いて、有利なガス流量特性及び効率的な吸着／脱着速度のためのハウジングの内部容積を満たすことができる。図１６は、ハウジング５１８の内部容積に配置された微結晶性セルロース熱分解生成物吸着剤５２０を示す、精製装置の中心縦軸と交差する平面の、精製装置（垂直配向）の断面図を示す図である。
【０１３４】
円筒形のロッドの代わりに、精製装置ハウジングの内部容積に任意の適した形態又は構造で、例えば、六角形、八角形、又はその他の断面形状のロッドで、或いは個別の吸着剤物品のその他の形態の、又は吸着剤及び／又は吸着剤物品の混合物及び組合せで吸着剤を備えてよいことは当然理解される。
【０１３５】
図１７は、微結晶性セルロース熱分解生成物吸着剤５２０を、精製装置ハウジング５１８内の押出され流路形成されたモノリスの形で示す、図１４に示される種類の精製装置の縦軸に対して横方向の平面で切った、精製装置の断面図であり、図１８は、精製装置の中心縦軸と交差する平面の、精製装置（垂直配向）の断面図を示し、押出されたモノリスの流路を図示する。モノリスの縦方向の流路は、例えば、熱分解性材料がロッド要素のアレイを通過するとそれに応じて押出物にロッド要素のアレイを正確に映す開放流路ができる成形型を通る、任意選択的にその他の熱分解性材料と組み合わせた微結晶性セルロースの押出によるなど、適した方法で形成されてよい。その他の流路形成方法、例えばレーザー切断又はマイクロメカニカル機械加工などを用いてもよい。
【０１３６】
図１９は、図１４に示される種類の精製装置の縦軸に対して横方向の平面で切った、精製装置の断面図であり、図２０は、微結晶性セルロース熱分解生成物吸着剤５２０を、精製装置ハウジング５１８のハニカム構造の中の微粒子の吸着剤の形で示す、精製装置の中心縦軸と交差する平面の、精製装置（垂直配向）の断面図を示す。したがって、微細な流路は、その後に図２０に図示されるように積み重ねられた吸着剤物品が充填されるハニカム構造として形成することができる。
【０１３７】
本開示のガス精製装置が、多様な形状の何れかに構築され配置されることができること、及び微結晶性セルロース熱分解生成物吸着剤が、精製するガスと、任意の適した形態、粉末、粒子、顆粒、ビーズ等の分割形態、又はモノリシックな吸着剤物品などのバルク形態を含む、任意の適した形態でガス接触するためのハウジング内に提供されてよいことは、前述の内容から明らかであろう。
【０１３８】
図２１は、マイクロエレクトロニクス製造プロセス設備６２４のための、本開示の一実施態様によるガス送出システム６００の模式図である。ガス送出システムには、パージガス供給源６０２が含まれ、パージガス供給源６０２は、バルブヘッドアセンブリを装備し、本開示に従う微結晶性セルロース熱分解生成物吸着剤を各々含有する精製装置容器６１２及び６１４のアレイに関連する入口マニホールド６１０にパージガスを送出するための流量制御弁をその中に含むパージガスライン６０６と連結された、流体貯蔵分配容器を含んでよい。入口マニホールド６１０は、マニホールドのガス流を選択された精製装置容器６１２及び６１４の一つに送るための切換弁を含む。したがって、精製装置容器６１２及び６１４は入口マニホールド６１０と連結され、かかる容器はガス送出システムの運転においてガス流を送るための切換弁を同様に含有する出口マニホールド６１８とも連結される。
【０１３９】
ガス送出システムには、プロセスガス供給源６０４も含まれ、プロセスガス供給源６０４は、パージガス供給源６０２に対応するか又は同様の方法で構築されてよく、流体貯蔵分配容器は、バルブヘッドアセンブリを装備し、微結晶性セルロース熱分解生成物吸着剤を含有する精製装置容器６１２及び６１４のアレイに関連する入口マニホールド６１０にプロセスガスを送出するための流量制御弁をその中に含むプロセスガス供給ライン６０８と連結される。
【０１４０】
精製装置容器は、プロセスガス供給源６０４からのプロセスガスを周期的に交代して精製するように配置され、精製装置容器のうちのオンストリームの容器はプロセスガス供給源６０４からのプロセスガスが供給されていて、他方、精製装置容器のうちのオフストリームの容器は、パージガス供給源６０２からのガスによって再生され、オフストリーム容器を流れるパージガスによって、かかるオフストリームの容器中の吸着剤からの吸着汚染物質の脱着が行われる、そして、オフストリームの容器は、さらなる精製作業のために再生された容器のそのような再生の後に、プロセスガスのオンストリーム処理に切り替えられてよく、或いは、再生された容器は、ガス精製がその他の精製装置容器で完了するまで待機状態に置かれてよい。ガス精製工程は、精製装置容器の吸着剤がプロセスガス供給源６０４から供給されるプロセスガスから適切なレベルの汚染物質が負荷されるまで実行することができ、その後、オンストリーム処理は、他方の再生された容器に切り替えられる。容器は、オフストリーム容器の加熱を行い、それにより精製装置容器うちのこれまでのオンストリームの容器からの汚染物質の脱着を補助する、加熱ジャケット又はその他の熱制御器を装備してよい。
【０１４１】
したがって、図示される弁入口マニホールド及び弁出口マニホールドの配置により、ガス精製装置は、精製装置容器のうちのオンストリームの容器が精製されるプロセスガスをプロセスガス供給源６０４から受け取り、オンストリームの容器から得られる精製ガスを次に出口マニホールドに排出し、切換弁の適切な設定によって、精製済プロセスガスをマイクロエレクトロニクスプロセス設備６２４に流すための精製済プロセスガス送出ライン６２２にそのガスを向けるように配置されている。オフストリームの容器は、吸着剤から汚染物質を脱着させる、その中を通るパージガスの流れによって再生され、任意選択的に、脱着の速度及び程度をさらに向上させるために、再生される容器への入熱によって補助される、そして、得られる汚染物質を含有するパージガスは、その後汚染物質含有パージガスライン６２２及び再生／再使用スクラバー６２６に流され、そこでは汚染物質は例えば触媒酸化によって、他にスクラビング、乾式スクラビング、化学反応、廃棄媒体での捕捉及び可溶化、又は他の方法でパージガスから除去されて、システムで再循環及び再使用するためのパージガスを再生することができる。あるいは、スクラバーは、汚染物質をそれから除去するために単にパージガスを処理してもよく、得られた清浄されたパージガスは排出されて空気又は水を受けるか、又は別の場合には処分される。
【０１４２】
パージガスは任意の適した種類であってよく、例えば、空気又は窒素、アルゴン、クリプトン、ヘリウム、キセノン等、又は汚染物質を含有するパージガスから汚染物質を除去するために効果的なその他のパージガスなどの不活性ガスを含んでよい。
【０１４３】
示される配置により、入口マニホールド及び出口マニホールドの切換弁は、サイクル時間又はプログラムに従って周期的に切り替えられるか、又は他の方法で調節されて、ガス送出システムの連続的な又は別の場合には望ましい動作モードを実現することができる。
【０１４４】
本明細書においてこれまでに考察されるように、本開示のセルロース系炭素熱分解生成物材料は、非セルロース系炭素熱分解生成物材料、例えば図２２−２３及び以降に提示される実施例１−３に関して示され説明されるものなどと共に利用することができることは当然理解される。
【０１４５】
図２２は、結合剤を添加せずに直接圧縮によって形成された、原料密度が１．３２ｇ／ｃｃを超える天然炭水化物の自己接着タブレットの写真である。
【０１４６】
図２３は、様々な天然炭水化物源から圧縮されたディスクの大きさの範囲を示す写真である。
【０１４７】
非セルロース系炭素熱分解生成物材料の特徴（ｆｅａｔｕｒｅｓ）及び特徴（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ）は、以下の限定されない実施例１−３によってさらに詳細に説明される。
【実施例】
【０１４８】
実施例１
天然トウモロコシデンプンの供給を得、この供給物から採取したデンプンのサンプルを秤量し、実験室の空気炉で１９５℃に加熱して、そのような前駆体材料を乾燥させ、安定化させた。次に、乾燥したデンプンを６００℃の管炉内で窒素流下で熱分解した。冷却後、トウモロコシデンプン由来の炭素熱分解生成物のＮ２  ＢＥＴ表面積を、Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ  ＡＳＡＰ  ２４２０  Ｐｏｒｏｓｉｍｅｔｅｒを使用して、５７８ｍ２／ｇと測定した。
【０１４９】
同じ供給源からトウモロコシデンプンの別のサンプルを秤量し、約０．１７ｍＰａ（２５，０００ｐｓｉ）の圧力下でタブレット形態に圧縮して、プリフォームタブレットを得た。タブレットを秤量し、測定して、各々の片密度の決定を可能にした。圧縮されたトウモロコシデンプンタブレットの平均片密度は１．２０グラム／ｃｃであった。
【０１５０】
これらのトウモロコシデンプンタブレットを、次に６００℃の温度の管路中、窒素気流下で熱分解した。冷却後、得られる炭素タブレットを秤量し、測定し、それらの片密度を計算した。トウモロコシデンプン由来の炭素タブレットの平均片密度は、０．９０グラム／ｃｃであった。トウモロコシデンプン由来の炭素タブレットをＮ２  ＢＥＴ表面積について分析し、４３１ｍ２／グラムの表面積を有することが分かった。その後、ロウモロコシデンプン由来の炭素タブレットを管炉に再び装填し窒素気流下で６００℃に加熱した。次に、炭素タブレットをさらに７３５℃まで加熱し、その温度で２０−２５％のバーンオフ（酸化重量損失）に適切であると決定された期間、それらをＣＯ２気流に曝露した後、炭素タブレットを窒素中で室温まで冷却した。
【０１５１】
この物理的な酸化的活性化の後、炭素タブレットの密度を０．７８グラム／ｃｃと測定した。次に、活性炭タブレットをＮ２  ＢＥＴ表面積について測定し、８９０ｍ２／グラムの表面積を有することが分かった。
【０１５２】
実施例２
工業用トウモロコシデンプン由来のマルトデキストリンの供給を得た。マルトデキストリンのサンプルを秤量し、実験室の空気炉で加熱して、２３５℃の温度でサンプルを乾燥させ、安定化させた。乾燥したマルトデキストリンを、次に６００℃の温度の管路中、窒素気流下で熱分解した。冷却後、Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ  ＡＳＡＰ  ２４２０  Ｐｏｒｏｓｉｍｅｔｅｒを使用して、トウモロコシデンプン由来のマルトデキストリン炭素をＮ２  ＢＥＴ表面積について分析した。４６５ｍ２／グラムの表面積が決定された。
【０１５３】
同じトウモロコシデンプン由来のマルトデキストリンの別のサンプルを秤量し、約１８５．２ＭＰａ（〜２６，８５７ｐｓｉ）下で円筒形のタブレットに圧縮して、プリフォームタブレットを得た。片密度を計算することができるように、タブレットを秤量し、測定した。圧縮されたマルトデキストリンタブレットの平均片密度は１．３６グラム／ｃｃであった。いくつかのキャッサバデンプンタブレットを、６００℃の温度の管路中、窒素気流下で熱分解した。冷却後、得られる炭素タブレットを秤量し、測定し、その片密度を計算した。トウモロコシデンプン由来のマルトデキストリン炭素タブレットの平均片密度は、１．０６グラム／ｃｃであった。トウモロコシデンプン由来のマルトデキストリン炭素タブレットをＮ２  ＢＥＴ表面積について分析し、５８８ｍ２／グラムの表面積を有することが分かった。
【０１５４】
トウモロコシデンプン由来のマルトデキストリン炭素タブレットを管炉に再び装填し、窒素気流下で６００℃に加熱した後、さらに９５０℃まで加熱して、その間４９．９重量％のバーンオフレベルまでちょうど３時間ＣＯ２気流に曝露し、その後、タブレットを窒素中で室温まで冷却した。この物理的な酸化的活性化の後、炭素タブレットの密度は０．７６グラム／ｃｃに低下した。活性炭タブレットを再びＮ２  ＢＥＴ表面積について測定し、表面積が１５８１ｍ２／グラムに上昇したことが決定された。その後のこの吸着剤のメタン吸着の測定により、２１℃及び３５バールの圧力で１５２．５ｃｃ  ＣＨ４／ｇの容量が示され、それは３５バールと１バールの間の圧力で１２１Ｖ／Ｖの絶対ＣＨ４作業容量をもたらした。
【０１５５】
実施例３
実施例２で考察されるトウモロコシデンプン由来のマルトデキストリンと混合した、実施例１で考察される天然のトウモロコシデンプンを様々な比で組み合わせる円筒形のタブレットを、２８から３３８ＭＰａ（〜４０５０ｐｓｉから４９，０００ｐｓｉ）の間の圧縮条件下で形成して、プリフォームタブレットを得た。タブレットを秤量し、測定し、いくつかの方法で強度及びその他の重要な物理的特性について評価した。
【０１５６】
ブレンドした材料は、純粋なトウモロコシデンプンか又は純粋なマルトデキストリンの何れかによって得た特性に対する非常に線形の混合則の関係に従った。
【０１５７】
６００℃への熱分解にあたり、この混合則の順守は維持された。したがって、マルトデキストリンとトウモロコシデンプン、又は適当な任意の天然デンプンを最適な比でブレンドすることは、これらの材料の各々の有益な品質をうまく生かすことができると決定された。優れた特性及び性能をもたらすことが見出された、一部のより一般的な天然炭水化物には、トウモロコシ、ジャガイモ、小麦、及びキャッサバのデンプンが含まれた。
【０１５８】
下の表１は、本明細書に記載される実施態様のいくつかの特性を要約する。
【０１５９】
2018531776.tif 000003
【０１６０】
実施例４
デンプン由来の炭素のサンプルを、三フッ化ホウ素吸着容量の試験のために数個選択した。この大型の平らな分子は微孔性炭素においてスリット状の多孔性の良好な評価を提供するためである。全てのデンプン由来の炭素サンプルを、６００℃の温度の管路中、窒素気流下で熱分解した。次に、各々を６００℃から１０００℃の間の温度でＣＯ２中で酸化的に活性化させ、表面積を増加させて１０００平方メートル／グラムよりも大きくした。
【０１６１】
デンプン由来の炭素タブレットを、各々、バーンオフレベル、タブレット密度、及びＮ２  ＢＥＴ表面積について分析した。そその後、注入ドーパントガスの適用で用いられるであろう条件をシミュレートする真空スウィング動作で２１℃の三フッ化ホウ素の吸着容量及び成果物についてタブレットを試験した。ＰＶＤＣ由来の炭素吸着剤の代表的なサンプルと結果を比較した。
【０１６２】
表２は、この研究の結果を示す。多様なデンプン及びマルトデキストリンに由来する高表面積の炭素吸着剤は、ＰＶＤＣ炭素によって示されるのと同様のＢＦ３の重量吸着容量を達成することができることが分かる。吸着したＢＦ３の多くを真空プロセス、例えばイオン注入装置などに送出する能力も、２１℃の等温条件で約７２５トルで平衡までガスを吸着させ、２０トルに戻して脱着させて作業容量を決定することによって示された。
【０１６３】
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【０１６４】
同じ方法で、一連の天然炭水化物由来炭素サンプルを活性化させ、アルシン吸着容量の試験のために選択した。全てを不活性ガス下６００℃で熱分解した後、７００℃から１０００℃の間の温度でＣＯ２中で活性化させた。サンプルの評価は、三フッ化ホウ素について記載されたルーチンと同様のルーチンに従った。アルシンの吸着結果を表３に示す。
【０１６５】
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【０１６６】
実施例５
セルロース系並びに非セルロース系前駆体材料を吸着剤として有用な炭素熱分解生成物材料の形成について評価した。微結晶性セルロースは、前駆体材料として糖類、デンプン、キチン、キトサン、ペクチン、及びマルトデキストリンと共に評価した。この試みで考えられる微結晶性セルロース材料には、Ａｃｒｏｓ  Ｏｒｇａｎｉｃｓ（サーモフィッシャーサイエンティフィック、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｃｒｏｓ．ｃｏｍ）、及び微結晶性セルロース−Ｕｌｔｒａ  Ｐｕｒｅ  Ｐｏｗｄｅｒ（アビセル（登録商標）ＰＨ−１０１、シグマ−アルドリッチ  Ｃｏ．，ＬＬＣ）、から商業的に入手可能な、結晶の大きさが約５０μｍの無水セルロース微結晶性粉末が含まれた。
【０１６７】
微結晶性セルロースを利用して、微孔性炭素熱分解生成物材料を粉末形態とタブレット形態の両方で作製した。適切な条件下で、この材料は、直接圧縮によって（結合剤を使用せずに）強い固体のタブレットを形成することが見出された。タブレット構造は十分に開口しているので、熱分解中の副生成物ガスは形成されたピースを著しく膨張又は損傷させることなく容易に構造から漏れ出ることができた。得られる炭素熱分解生成物タブレットは強く、良好なガス透過性を有するように思われ、ＣＯ２によって容易に活性化されることが見出された。代表的な炭素熱分解生成物タブレットは次の特性を示した：熱分解時の〜４００−６００ｍ２／ｇのＮ２  ＢＥＴ表面積；〜２５％−４０％バーンオフ（収率〜１９％−１５％）時の〜１１００−１５００ｍ２／ｇのＮ２  ＢＥＴ表面積；〜０．９０−１．１５ｇ／ｃｃの熱分解密度；〜０．６７−０．９０ｇ／ｃｃの活性化密度；及び〜１−２×１０−１４ｍ２の透過係数Ｋ。
【０１６８】
微結晶性セルロースは次のように処理した。Ｃａｒｖｅｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｅｓｓ及び直径０．５”のステンレス鋼ダイ金型を使用して、円形のタブレットを作製した。各タブレットは、約１．５ｇになるように作製し、約１４，０００−２８，０００ｐｓｉの負荷圧力下で６０秒から３０分の保持時間の間プレスした。全てのタブレットは外観が良好であると判定された。そのようなタブレットを図２４及び２５に示す。密度が測定され、約１．００−１．３５ｇ／ｃｃの範囲であった。プレス加工されたタブレットの高さは〜８．５−９．５ｍｍであった。３０分の押圧保持と６０秒の押圧保持を比較して明白な利点は観察されなかった、そして２８，０００ｐｓｉの押圧負荷と１４，０００ｐｓｉの押圧負荷を比較して明白な利点は観察されなかった。
【０１６９】
これらの微結晶性セルロースタブレットをＮ２気流下で８００℃まで熱分解し、したがって完全に炭化したタブレットを得、その後に酸化的活性化を９００℃のＣＯ２気流下でバーンオフの程度を制御するために様々な時間で実施した。そのようなタブレットは、図２５−２６及び２９−３１に描かれ、円筒形の形態である。円筒形以外の形態は、本開示の広範な実践において企図される。参考までに図２７は、予備成形及び制御された熱分解によって調製された、形成された炭素熱分解生成物吸着剤片の多様な形状及び大きさを示す写真であり、図２８は、空間充填形状を有する炭素熱分解生成物吸着剤物品の一実施態様の写真である。これは、隣接する炭素熱分解生成物吸着剤物品が互いに接触しているように配置することができるので、炭素熱分解生成物吸着剤物品の対応するアレイを、炭素熱分解生成物吸着剤が吸着親和性を有するガスを保持するために適合させた吸着剤容器の密閉容積内の吸着剤密度を最大にするために用いることができる。
【０１７０】
熱分解されたタブレットの密度は、〜０．９０−１．１５ｇ／ｃｃであった。熱分解されたタブレットは直径がおよそ０．８６ｃｍであり、高さが０．５４ｃｍであった。熱分解されたタブレットの収率は、〜１９％−２４重量％であり、ＣＯ２活性化タブレットの収率は〜８−１９重量％であった。計算されたバーンオフは、〜５％−６０重量％の範囲であった。
【０１７１】
炭化及び活性化させたタブレットを、その後、完全Ｎ２及びＣＯ２等温ポロシメトリー分析に供した。ポロシメトリー結果を下の表４に示す。
【０１７２】
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【０１７３】
ＣＯ２中の９００℃での処理時間の関数としてのバーンオフレベル（重量％）のグラフは、図１５で微結晶性セルロース炭素タブレットについて示される。
【０１７４】
９００℃でのバーンオフの割合はこのように線形関数として現れ、図３２のグラフの線形性が、経験に基づく努力の一貫性と再現性を証明する。このデータは、ＣＯ２中、これらの条件下で６０分の活性化が、約５重量％のバーンオフしか生じないことを示唆する。
【０１７５】
微結晶性セルロース炭素タブレットの表面積（重量と容積の両方）を、図３３でバーンオフレベルの関数としてプロットした。このグラフから、約５０重量％のバーンオフが〜１９９０ｍ２／ｇの表面積を生じたこと、及び約５７．５重量％のバーンオフが約２１４７ｍ２／ｇの表面積を生じたことが分かり、容積による表面積はこれらの高いバーンオフレベルで減少し、より高い活性化レベルの利益は収率を考慮した場合に、最少であるか、又はおそらくマイナスである。
【０１７６】
予め確立された、測定密度と重量によるＮ２  ＢＥＴ表面積との間の非常に強い相関を、超微孔性吸着剤炭素のメタンに関する容積吸着容量と共に用いて、推定ＣＨ４容積容量を各サンプルについて計算した。バーンオフレベルと比較したＣＨ４容積容量推定値を、９００℃のＣＯ２を用いて活性化させた微結晶性セルロース炭素タブレットについて図３４にプロットする。このグラフから、バーンオフレベルが高いほど、〜１４０Ｖ／Ｖに近づくメタン容量をもたらすことが分かる。
【０１７７】
バーンオフレベルと比較した、測定されたマイクロ孔容積と計算されたメソ＋マクロ孔容積を、９００℃のＣＯ２を用いて活性化させた微結晶性セルロース炭素タブレットについて図３５にプロットする。このプロットは、３５重量％を超えるバーンオフレベルで、微結晶性セルロース炭素タブレットのメソ孔及びマクロ孔容積の量が増加し始めることを示す。９００℃のＣＯ２を用いて活性化された微結晶性セルロース炭素タブレットに関するミリポア容積対メソ＋マクロ孔容積の比は、図３６でバーンオフレベルの関数として推定される。これらの結果は、最適化された微結晶性セルロース炭素が、メタン吸着のための密度及びマイクロ孔容積に関して、０．９＋／−０．０５ｇ／ｃｃの密度及び１４−１７重量％の収率で、１９％から３３％の間のバーンオフレベルで存在することを示唆する。酸化的活性化の程度が高いほど、大きな細孔を開け、炭素密度を低下させ、対応する利益はほとんどないと思われる。
【０１７８】
図３７は、７７ケルビンでの、微結晶性セルロースサンプルの窒素吸着等温線を示す（圧力の関数としての窒素吸着容積（ｃｃ窒素／グラム））。図３８は、０℃での、微結晶性セルロースサンプルのＣＯ２吸着等温線を示す（圧力（トル）の関数としてのＣＯ２吸着容積（ｃｃ窒素／グラム））。図３９は、微結晶性セルロースサンプルのα−Ｓプロットを示す図である（標準温度及び圧力条件での窒素吸着容積（ｃｃ／ｇ）の関数としての、標準温度及び圧力条件での窒素吸着容積（ｃｃ／ｇ））。この一連のポロシメトリープロットから、表面積は３５重量％を上回るバーンオフレベルで増加し続けているが、等温線の形状は、これらの高い活性化レベルで細孔が拡大していることを示すことが分かる。目標の吸着貯蔵及び脱着送出について本明細書において考察されるガス分子の大部分に関して、細孔が広いほど利益がなく、容積容量を犠牲にする。
【０１７９】
したがって、本開示は、使用用にパッケージ化されたガスを供給する方法を企図し、そのような方法は、ガス供給パッケージにセルロース系炭素熱分解生成物をパッケージングすることを含む。セルロース系炭素熱分解生成物は、本明細書において様々に開示されるような任意の適した種類であってよい。
【０１８０】
もう一つの態様では、本開示は、内部容積を規定し、その中を通るガスの流れに適合したハウジング、及びガスを吸着精製するためにハウジングの中を通るガスと接触するように配置されたハウジングの内部容積中の本開示のセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤とを含む、ガス精製装置に関する。さらなる態様では、本開示は、半導体製品、フラットパネルディスプレイ、及びソーラーパネルからなる群から選択される製品を製造するための精製ガスを供給する方法に関し、そのような方法は、そのような特徴をもつ１以上のガス精製装置の使用を含む。
【０１８１】
本開示のもう一つの態様は、空気中不純物の吸着除去のためにハウジングの中へ方向づけられた空気流と接触するように配置された、本開示のセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤を含む濾過材料を保持するハウジングを含む、空気濾過及び／又は精製装置に関する。
【０１８２】
本開示のもう一つの態様は、ガスをその上に吸着させた状態で可逆的に保持し、ガス供給パッケージの分配条件下で容器から排出するためにガスを脱着するための、本明細書に様々に記載されるような本開示のセルロース系炭素熱分解生成物吸着剤を含有するガス貯蔵分配容器を含む、ガス供給パッケージに関する。
【０１８３】
さらなる態様では、本開示は、セルロース前駆体材料及び１以上の非セルロース前駆体材料の熱分解生成物を含む吸着剤に関する。そのような吸着剤では、前記１以上の非セルロース前駆体材料は、合成高分子材料、石油系材料、石油由来材料、セルロース以外の炭水化物、並びに前述の組合せ、ブレンド、及び混合物からなる群から選択される。１以上の非セルロース前駆体材料は、例えば、ポリ塩化ビニリデンポリマー及び共重合体、並びにポリフッ化ビニリデンポリマー及び共重合体からなる群から選択されてよい。様々な実施態様では、１以上の非セルロース前駆体材料は、デンプン及びマルトデキストリンからなる群から選択されてよい。
【０１８４】
本明細書に様々に記載されるような吸着剤では、セルロース前駆体材料は、微結晶性セルロースを含む。吸着剤は、例えば、２以上の異なるセルロース材料を含むセルロース前駆体材料の熱分解生成物を含んでよい。
【０１８５】
様々な実施態様では、本開示の吸着剤は、セルロース前駆体材料及び非セルロース前駆体材料の総重量に基づいて少なくとも５０重量％のセルロース前駆体材料濃度を含んでよい。
【０１８６】
本開示の吸着剤は、任意の適した方法で、例えば、化学的及び／又は物理的活性化によって活性化されてよい。例えば、熱分解生成物は、６００℃から１２００℃の範囲の温度の、不活性ガスと混合しているか又は純粋なガス流れとしてのＣＯ２、空気、又は蒸気に曝露させる際のバーンオフによって活性化されてよい。
【０１８７】
様々な実施態様では、本開示の吸着剤は、（ｉ）微結晶性セルロース熱分解生成物；及び（ｉｉ）（ａ）デンプン及び（ｂ）マルトデキストリンの少なくとも一つの熱分解生成物を含んでよい。したがって、例えば、吸着剤は、微結晶性セルロース熱分解生成物及びデンプンの熱分解生成物を含んでよい、或いは、吸着剤は、微結晶性セルロース熱分解生成物及びマルトデキストリンの熱分解生成物を含んでよい、或いは、吸着剤は、微結晶性セルロース熱分解生成物、デンプンの熱分解生成物、及びマルトデキストリンの熱分解生成物を含んでよい。
【０１８８】
本開示は、さらなる態様において、ガスをその上に吸着貯蔵し、ガス供給パッケージの分配条件下でガスをそれから脱着するための、本明細書に様々に記載されるような本開示の吸着剤を保持する容器を含む、ガス供給パッケージに関する。
【０１８９】
本開示のさらにもう一つの態様は、濾過及び／又は精製のためにその中をガスが流れるハウジングを含み、該ハウジングが、ガスとの接触のための、本明細書に様々に記載されるような本開示の吸着剤を保持する、ガス濾過装置及び／又は精製装置に関する。
【０１９０】
本開示のさらにもう一つの態様は、本明細書に様々に記載されるような本開示の吸着剤にガスを吸着させることを含み、該吸着剤がガス貯蔵分配容器にパッケージ化される、ガスをパッケージングする方法に関する。
【０１９１】
さらなる態様では、本開示は、かかるガスの１以上の成分に対して吸着親和性のある、本明細書に様々に記載されるような本開示の吸着剤とガスを接触させることを含む、ガスを濾過及び／又は精製する方法に関する。
【０１９２】
本開示は、その特徴、態様及び実施態様に関して本明細書に様々に記載されているように、特定の実施において、そのような特徴、態様及び実施態様、並びに本開示の様々なさらなる実施を構成するように集められたその要素及び成分の一部又は全部を含む、その一部又は全部からなる、又はその一部又は全部から本質的になるとして構成されてよい。本開示は、それに応じて、そのような特徴、態様及び実施態様、又はその選択されたもの（一又は複数）を、様々な置換及び組合せにおいて、本開示の範囲内にあると企図する。
【０１９３】
本開示の吸着剤は、その実施態様の何れかにおいて、本明細書に様々に記載されるように形成され、製造され、利用されてよく、そのような吸着剤は、様々に記載されるように、その選択された特徴（一又は複数）を含む、本明細書に記載される吸着剤特性の何れかを特徴とすることがある。
【０１９４】
したがって、本開示は、特定の態様、特徴、及び実例となる実施態様に関して本明細書に記載されているが、本開示の有用性はこのように限定されるものではなく、むしろ、本明細書の記載に基づいて本開示の分野の当業者の念頭に浮かぶように、多数のその他の変形、修正及び代替実施態様にまで及び、且つそれらを包含することが理解される。同様に、以下に特許請求される本開示は、その精神及び範囲内の全てのかかる変形、修正及び代替実施態様を含むとして、広く解釈される（ｃｏｎｓｔｒｕｅｄ  ａｎｄ  ｉｎｔｅｒｐｒｅｔｅｄ）ことを意図する。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年4月26日(2018.4.26)
【手続補正１】
【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】
微結晶セルロース材料から誘導された微孔質熱分解物を含み、半導体製品、フラットパネルディスプレイ、及びソーラーパネルからなる群から選択される製品の製造のためのガスをその上に可逆的に吸着させる、セルロース系炭素吸着剤。
【請求項２】
前記ガスが、（ｉ）水素化物、（ｉｉ）ハロゲン化物、（ｉｉｉ）有機金属、（ｉｖ）水素、（ｖ）二酸化炭素、（ｖｉ）一酸化炭素、（ｖｉｉ）メタン、（ｖｉｉｉ）天然ガス、（ｉｘ）エタン、（ｘ）エチレン、（ｘｉ）プロパン、（ｘｉｉ）プロピレン、（ｘｉｉｉ）ブタン、（ｘｉｖ）ブチレン、及びこれらのガスの２以上の組合せからなる群から選択されるガスを含む、請求項１に記載のセルロース系炭素吸着剤。
【請求項３】
前記ガスが（ｉ）ホウ素含有ガス、（ｉｉ）ケイ素含有ガス、（ｉｉｉ）ゲルマニウム含有ガス、又はこれらのいずれかと、１以上の共流ガス、キャリアガス、及び希釈剤との組み合わせからなる群から選択される同位体濃縮変異体を含む、請求項１に記載のセルロース系炭素吸着剤。
【請求項４】
前記微孔質熱分解物が、木材パルプ、おが屑、新聞印刷用紙、ヤシ殻、オリーブの種、モモの種、アンズ核、ビスコース、ビスコースレーヨン、コットン、コットンリンター、アルガンの殻、マカダミアナッツ殻、酢酸セルロース、バクテリアセルロース、リグニン、リンボクの種、クルミ殻、ナツメヤシの種、籾殻、コーヒーの実の皮、コーヒー滓、バガス、ソルガム雑穀藁、竹材、マンゴー核、アーモンド殻、トウモロコシ穂軸、サクランボの種、及びブドウ種子の１以上の熱分解生成物を含む、請求項１に記載のセルロース系炭素吸着剤。
【請求項５】
以下の特性：ＡＳＴＭ  Ｄ２８６６の手順によって測定して０．５％未満の全灰含有量を有する；片密度が０．５５ｇ／ｃｃから１．３０ｇ／ｃｃである；嵩密度が０．５ｇ／ｃｃから１．３ｇ／ｃｃである；前記吸着剤が結合剤を含まない；Ｎ２  ＢＥＴ表面積が７５０から３０００ｍ２／グラムの範囲内である；０．３ｎｍから２．０ｎｍの範囲のサイズを有するマイクロ孔が細孔容積の５０％から９０％又はそれ以上を有する；メタン吸着容量が２１℃及び３５バールの圧力で１４０Ｖ／Ｖから２２０Ｖ／Ｖの範囲内である；且つ、３５バールと１バールとの間のメタン吸着作業／デルタ容量が７５から１２５Ｖ／Ｖの範囲内である特性の１以上を特徴とする、請求項１に記載のセルロース系炭素吸着剤。
【請求項６】
セルロース前駆体材料及び１以上の非セルロース前駆体材料の熱分解生成物を含む、請求項１に記載のセルロース系炭素吸着剤であって、前記１以上の非セルロース前駆体材料が、合成高分子材料、石油系材料、石油由来材料、セルロース以外の炭水化物、並びに前述の組合せ、ブレンド、及び混合物からなる群から選択される、請求項１に記載のセルロース系炭素吸着剤。
【請求項７】
（ｉ）微結晶性セルロース熱分解生成物と、
（ｉｉ）（ａ）デンプン及び（ｂ）マルトデキストリンのうちの少なくとも一つの熱分解生成物と
を含む、請求項６に記載の吸着剤。
【請求項８】
２以上の異なるセルロース材料を含むセルロース前駆体材料の熱分解生成物を含む、請求項１に記載のセルロース系炭素吸着剤。
【請求項９】
前記セルロース前駆体材料が、前記セルロース前駆体材料及び非セルロース前駆体材料の総重量に基づいて、５５から９８重量％の濃度で存在する、請求項６に記載の吸着剤。
【請求項１０】
ガス供給パッケージにおいて、ガスをその上に吸着させた状態で可逆的に保持し、前記ガス供給パッケージの分配条件下で容器から放出するためにガスを脱着するための、請求項１から９の何れか一項に記載のセルロース系炭素吸着剤を収容するガス貯蔵分配容器を含む、ガス供給パッケージ。
【国際調査報告】
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