[发明专利]具有电阻加热能力的吸附剂结构及其制造方法

说明书

吸附剂结构包括流通式基材形式的连续主体，其包括被至少一个多孔壁限定的至少一个孔道。连续主体包括基本上分散在主体内的吸附剂材料碳。此外，可以经由通过主体的电流传导，来控制吸附剂结构的温度。

相关申请的交叉参考

本申请要求2016年10月21日提交的美国临时申请系列第62/410,934号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

技术领域

本公开一般地涉及具有电阻加热能力的吸附剂结构，其可用于去除二氧化碳和其他化合物，以及所述结构的制造方法。

背景技术

与全球变暖有关的问题已有详细记载，并且通常与人类活动相关的大气中的二氧化碳(CO₂)水平有关。认为发电厂贡献了与人类活动有关的所有CO₂的三分之一。其他行业(例如，炼油、钢和其他金属合金制造、以及水泥加工)也会每年向环境中生产和释放大量的CO₂以及其他不合乎希望的化合物(如碳氟化合物)。通过捕获和储存CO₂和这些其他化合物，可以显著地降低这些CO₂水平和对环境有害的其他化合物的水平，而不对这些行业采用的工艺和方法产生重大影响。如今，已经开发和使用与去除和储存CO₂和其他气体相关的方法和设计方案，以从各种工业工艺中俘获不合乎希望的CO₂和其他副产物。此外，CO₂可以安全地储存在各种地下储器和容纳容器中数百年甚至数千年。

在用于俘获和储存CO₂气体以及对于环境有害的其他气态产品的各种方案中，可以使用某些吸附剂材料技术来吸附CO₂气体和来自炼油、钢和其他金属合金制造以及水泥加工行业等所采用的工艺的废气流中所含的其他气体。例如，在吸附了CO₂气体之后，需要额外的步骤来将CO₂解吸附到容纳容器或者其他合适的储器中，用于封存或者其他下游用途。通常来说，需要大量的能量来制造这些吸附剂材料，因为它们中的许多是在极高温度(例如，高于800℃)加工的，以建立起所需的表面积和实现CO₂气体俘获和储存和其他有害气体所需要的化学性质。此外，在吸附和解吸附过程中采用大量的能量来俘获和储存这些气体。例如，CO₂气体的吸附和解吸附是高度依赖于温度的，并且采用常规方案(例如，通过炉内的对流和辐射相关热传递)来高效地加热和冷却吸附剂材料会是非常困难的。

因此，存在对于这样的吸附剂结构和构造的需求，其能够以有效的能耗，高效地俘获和储存CO₂和来自各种工业过程的其他有害副产物。还需要能够以有效的能耗，以成本有效的方式进行制造的吸附剂结构设计。

发明内容

本公开的第一个方面属于吸附剂结构，所述吸附剂结构包括流通式基材形式的连续主体，其包括被至少一个多孔壁限定的至少一个孔道。连续主体包含吸附剂材料和约5重量％至35重量％的碳，碳基本上分布在主体内。此外，可以经由通过主体的电流传导，来控制吸附剂结构的温度。在一些实践方式中，主体的电阻是约5欧姆至约15欧姆。

在第一个方面的某些实践方式中，连续主体内的碳是活性炭。连续主体内的碳也可以是非活性碳。在一些实施方式中，连续主体可以包括炭黑。根据另一个实施方式，连续主体中的碳可以源自合成碳前体、有机碳前体，或者这些前体的组合。

在第一个方面的其他实践方式中，连续主体可以包括炭黑。连续主体可以源自生坯体，其包括酚醛树脂、甲基纤维素、塑化剂、无机填料和吸附剂材料。

根据第一个方面的其他实践方式，吸附剂结构具有约400m²/g至约600m²/g的比表面积，这是通过布鲁诺-埃米特-特勒(BET)吸附方法测得的。其他实践方式使得吸附剂结构具有约100m²/g至约200m²/g的比表面积，这是通过BET吸附方法测得的。