[發(fā)明專利]先進多孔含碳材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780074206.0
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN110035819B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設計）人: V.芬斯;E.P.杜布瓦;Y.范德維肯;A.查普托特
• 申請（專利權）人: 索爾維公司
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01D53/02;B01J20/28;B01J20/30
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 徐晶;林毅斌

本發(fā)明涉及具有包括微孔和大孔的孔的多孔含碳顆粒，這些多孔含碳顆粒具有通過激光衍射測定的范圍為從15μm至100μm的平均直徑，以及包含所述含碳顆粒的聚集體的多孔含碳整料。

本申請要求于2016年11月30日提交的歐洲申請16201571.3的優(yōu)先權，出于所有目的將所述申請的全部內(nèi)容通過援引方式并入本申請。

本發(fā)明涉及多孔含碳顆粒和包含偏二氯乙烯聚合物的多孔顆粒以及用于制造此類顆粒的方法。本發(fā)明還涉及具有包括微孔和大孔的孔的多孔含碳整料，該多孔含碳整料可具有或不具有蜂窩狀結構，以及用于制造此種整料的方法。本發(fā)明涉及包含顆粒的聚集體的成形體的制造，所述顆粒包含偏二氯乙烯聚合物。本發(fā)明最后涉及多孔含碳整料用于通過選擇性吸附CO₂氣體而從氣體組合物中提取CO₂的用途。

通常認為，使用固體吸附劑進行純化可以提供優(yōu)于常規(guī)方法(如蒸餾、基于液體的吸收方法或提取方法)的經(jīng)濟、能量和生態(tài)優(yōu)勢。分離技術的一些實例包括變壓吸附(PSA)、變溫吸附(TSA)、變真空吸附(VSA)、變電吸附(ESA)以及變真空和變溫吸附(VTSA)的組合或變真空和變壓吸附(VPSA)的組合。盡管PSA和TSA兩者都是可商購的技術并且廣泛用于工業(yè)中，但是在需要處理非常大的進料流體積的工藝中，吸附技術的應用仍然具有挑戰(zhàn)性。對于從含CO₂的進料流(如煙道氣和天然氣)中捕獲和純化CO₂尤其如此。

TSA涉及在低溫下選擇性吸附一種組分的第一步驟，以及如下第二步驟，其中吸附劑的溫度升高是氣相中被吸附組分的摩爾分數(shù)增加的原因，因此純化產(chǎn)物流。為了使TSA工藝可行，需要快速變溫吸附(RTSA)工藝，其中吸附劑可以通過吸附、再生和冷卻步驟被快速循環(huán)。

將吸附劑組裝成高縱橫比的結構，如中空纖維、層壓體和蜂窩，其中薄壁尺寸允許快速傳熱和傳質，這是有前景的。通常，與常規(guī)的珠粒和顆粒相比，具有相互連接和分支的大孔通道的結構化吸附劑(像整料)在性能上更優(yōu)越。

多孔碳作為吸附劑已經(jīng)用于許多應用，如水處理、空氣凈化或氣體儲存。

在用于氣體吸附，尤其是用于CO₂吸附的多孔含碳材料的領域中，眾所周知，所吸附的CO₂的量在很高比例上是由于微孔的存在。

另一個重要的參數(shù)是CO₂通過顆粒的多孔網(wǎng)絡的擴散。

此外，為了確保氣體的有效傳質，這是快速循環(huán)過程中高的吸附和解吸動力學的關鍵參數(shù)，需要高度連接的大孔網(wǎng)絡來提供微孔網(wǎng)絡。的確，在過去，已經(jīng)付出了許多努力來致力于創(chuàng)造分層多孔材料。通常僅中孔已被引入微孔材料中，并且已經(jīng)證明這些中孔的存在沒有充分地增加吸附和解吸動力學以在快速吸附/解吸過程中使用該材料。

對于高傳質的另一個重要方面是將吸附劑組裝到高縱橫比的結構中。出于這個原因，整料和蜂巢狀物是非常希望的。甚至更希望的是具有低壁厚的整料和/或蜂窩狀結構。的確，低壁厚應該為高傳質和傳熱提供明顯優(yōu)勢。

通常通過將多孔碳粉與粘合劑混合并且通過將所得混合物壓制成合適的形狀來制造碳整料。作為實例，US?6,284,705涉及含碳蜂窩狀整料，其通過活性碳顆粒與有機粘合劑和陶瓷形成材料的混合物的擠出來制成。向這些混合物中任選地添加穩(wěn)定劑、加工助劑...在擠出之后，使整料達到高溫以引起該有機粘合劑的碳化和封裝多孔碳顆粒的陶瓷涂層的形成。在此途徑中使用的粘合組分可能阻礙孔隙率的獲得，并且是所得整料中的碳含量稀釋的原因。尤其是在陶瓷材料的情況下，因此減低對于分離應用必要的吸附氣體的能力。

已經(jīng)考慮各種前體在惰性氣氛下的碳化以生產(chǎn)有效含碳材料。通常，碳化之后是在氧化氣氛下的活化步驟以增加表面積，使得材料可以用作多孔碳。