DE102024111238B3 - Porous electrically conductive three-dimensional network, porous electrically conductive three-dimensional network manufacturing method and use - Google Patents
Porous electrically conductive three-dimensional network, porous electrically conductive three-dimensional network manufacturing method and useInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein poröses elektrisch leitfähiges dreidimensionales Netzwerk, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse elektrisch leitfähige dreidimensionale Netzwerk aus einem dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist, wobei das dreidimensional ausgebildete chemisch inerte und elektrisch leitfähige Material wenigstens eine abschnittsweise oder vollständige Beschichtung mit einem Adsorbens aufweist. The invention relates to a porous electrically conductive three-dimensional network, characterized in that the porous electrically conductive three-dimensional network is formed from a three-dimensionally formed chemically inert and electrically conductive material, wherein the three-dimensionally formed chemically inert and electrically conductive material has at least one partial or complete coating with an adsorbent.
Description
Die Erfindung betrifft ein poröses, elektrisch leitfähiges dreidimensionales Netzwerk. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein poröses, elektrisch leitfähiges dreidimensionales Netzwerk und eine Verwendung.The invention relates to a porous, electrically conductive three-dimensional network. Furthermore, the invention relates to a production method for a porous, electrically conductive three-dimensional network and a use thereof.
Um Gase in großindustriellen Anlagen zu trennen werden heutzutage zumeist sogenannte Druck- beziehungsweise Temperaturwechseladsorber verwendet. Dabei handelt es sich um Behälter mit nanoporösen Materialien, die in einem thermodynamischen Zustand präferentiell mit einem der zu trennenden Gase beladen werden. Ändert man nun den Druck oder die Temperatur wird das Gas wieder freigesetzt. Durch geschicktes Schalten von Ventilen können so die beiden Gase, beispielsweise Stickstoff und Kohlenstoffdioxid, getrennt werden.To separate gases in large-scale industrial plants, so-called pressure or temperature swing adsorbers are commonly used today. These are containers made of nanoporous materials that are preferentially loaded with one of the gases to be separated in a thermodynamic state. If the pressure or temperature is then changed, the gas is released again. By cleverly switching valves, the two gases, for example, nitrogen and carbon dioxide, can be separated.
Für gewöhnlich sind Druckwechseladsorber wegen der benötigten Pumpen, um niedrige Drücke herzustellen, energetisch ineffizient. Temperaturwechseladsorber sind ebenfalls energetisch ineffizient, da bei ihnen der Behälter dem gesamten nanoporösen Material, das sogenannte Adsorbens, ebenfalls aufgeheizt werden muss. In der Regel handelt es sich beim Adsorbens um große, monolithische Blöcke aus Aktivkohle oder anderen technisch relevanten Adsorbentien wie Zeolithe oder metallorganische Gerüststrukturen (engl. Metal-organic Frameworks, MOFs). Deren Wärmekapazität muss stets im energetischen Budget mitberücksichtigt werden und geht als Verlust beim Heizen und Abkühlen ein, sodass sich sehr langsame Zyklen und große Wärmeverluste für die Be- und Endladung ergeben.Pressure swing adsorbers are typically energetically inefficient due to the pumps required to generate low pressures. Temperature swing adsorbers are also energetically inefficient because they require heating the entire container containing the nanoporous material, the so-called adsorbent. The adsorbent is typically a large, monolithic block of activated carbon or other technically relevant adsorbents such as zeolites or metal-organic frameworks (MOFs). Their heat capacity must always be considered in the energy budget and is lost during heating and cooling, resulting in very slow cycles and large heat losses during loading and unloading.
Ähnliches gilt für alle Filter, in denen bisher Gase getrennt oder gereinigt werden. So zum Beispiel auch Wasserfilter und/oder auch Feuchtefilter, die Luftfeuchtigkeit aufnehmen und nur durch lange Lagerung bei bis zu 120 °C regeneriert werden können.The same applies to all filters used to separate or purify gases. These include, for example, water filters and/or humidity filters, which absorb atmospheric moisture and can only be regenerated through prolonged storage at temperatures up to 120 °C.
Für gewöhnlich arbeiten großtechnische Temperaturwechseladsorber nach dem Prinzip der hohen Kapazität, sodass die Zyklen der Beladung und Regeneration lang werden. Die Dauer eines Zyklus hängt davon ab, welche Heiz- und Kühlraten aufgeprägt werden können und liegt in der Regel auf der Zeitskala von Minuten bis Stunden. Man misst dabei die Energie, die pro Masse an Produkt eingesetzt wurde. Diese setzt sich mindestens aus der Desorptionsenthalpie des eingelagerten Gases, in der Realität aber auch noch den Wärmekapazitäten der Adsorbentien, des Reaktors, der Trägergase und der Wärmeverluste durch Wärmeströmung und Konvektion zusammen. Je langsamer die Aufheizung durchgeführt wird, desto mehr Energie wird in die verlustreichen Prozesse gesteckt und desto kleiner ist der Anteil für den Prozess genutzter Energie. Beispielsweise ist die Adsorptionstenthalpie für Kohlenstoffdioxid in einem Zeolithen mit 0,5 MJ/kg angegeben. Die tatsächlich eingesetzte Energie ist jedoch nach Augustine Ntiamoah et al. („
Verkürzt man die Desorptionszeiten durch einen geschickten Aufbau der Adsorbentien wird der Prozess zeitlich und energetisch effizienter und die großtechnische Anreicherung von Gasen wie Kohlenstoffdioxid, Wasser, Stickstoff, Schwefelwasserstoff und anderer Gase wird wesentlich attraktiver.If the desorption times are shortened by a clever design of the adsorbents, the process becomes more efficient in terms of time and energy, and the large-scale enrichment of gases such as carbon dioxide, water, nitrogen, hydrogen sulfide and other gases becomes much more attractive.
Nach dem Stand der Technik ist die Temperaturwechseladsorption, auch in Verbindung mit der Druckwechseladsorption, ein wie hier bereits beschrieben bekanntes Prinzip um Gasgemische, insbesondere Kohlenstoffdioxid und Wasser, abzutrennen. Die Temperaturwechseladsorption wird beispielsweise bei der Abgasreinigung zur spurenförmigen Abtrennung von Verunreinigungen aus Rauchgasen von Verbrennungsanlagen genutzt.According to the state of the art, temperature swing adsorption, also in combination with pressure swing adsorption, is a well-known principle for separating gas mixtures, especially carbon dioxide and water, as already described here. Temperature swing adsorption is used, for example, in exhaust gas purification for the trace-based separation of contaminants from flue gases from combustion plants.
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Alternative elektrische Heizmethoden für die Temperaturwechseladsorption stellen beispielsweise die elektrische Wechseladsorption, die den Joule-Effekt nutzt, die Induktionserwärmung und die Mikrowellenerwärmung dar. Hierbei wird ein leitfähiges Adsorbens wie beispielsweise Aktivkohle insbesondere kontaktfrei geheizt. Diese alternativen Systeme können sehr schnell sein und gleichzeitig große Kapazitäten besitzen, jedoch entstehen Wärmeverluste durch die Wärmekapazität des Trägers, beziehungsweise des Adsorbens.Alternative electrical heating methods for temperature swing adsorption include electrical swing adsorption, which uses the Joule effect, induction heating and microwave heating. Here, a conductive adsorbent such as activated carbon is used in particular These alternative systems can be very fast and have large capacities, but heat losses occur due to the heat capacity of the carrier or adsorbent.
Die Probleme im Stand der Technik sind im Wesentlichen, dass die aktuellen Temperaturwechseladsorber sowohl energetisch ineffizient als auch langsam sind. Derzeit ist der Betrieb von Temperaturwechseladsorbern nur dann sinnvoll, wenn die Abwärme von Prozessgasen genutzt werden kann, um die Regeneration der Adsorbentien zu bewirken.The main problems with the current state of the art are that current temperature swing adsorbers are both energy inefficient and slow. Currently, the operation of temperature swing adsorbers only makes sense if the waste heat from process gases can be used to regenerate the adsorbents.
In kleineren Anwendungen führen die hohen benötigten Temperaturen und die langsame Regeneration dazu, dass die Regeneration stets nur außerhalb des eigentlichen Anwendungsprozesses der Filter stattfinden kann. Eine Filterkartusche, die beispielsweise mit Zeolithen oder Aktivkohle gefüllt ist, muss aus einem Analytikaufbau ausgebaut und dann mit hochtrockener, synthetischer Luft über Stunden bei 300 °C ausgeheizt werden, um zu gewährleisten, dass das Adsorbat, beispielsweise Wasser, aus den Adsorbentien entfernt wird. Daher ist die technische Lösung der Temperaturwechseladsorber nach dem Stand der Technik nicht geeignet für mobile Geräte und benutzerfreundliche Anwendungen.In smaller applications, the high temperatures required and the slow regeneration mean that regeneration can only take place outside of the actual filter application process. A filter cartridge filled with, for example, zeolite or activated carbon must be removed from an analytical setup and then heated for hours at 300 °C using ultra-dry, synthetic air to ensure that the adsorbate, such as water, is removed from the adsorbents. Therefore, the state-of-the-art temperature swing adsorber solution is not suitable for mobile devices and user-friendly applications.
Der Betrieb von Temperaturwechseladsorbern kann bisher nur in großindustriellen Anlagen sinnvoll umgesetzt werden und eignet sich, wie beschrieben, nicht sinnvoll für kleinere Aufbauten, die auf lokalen Maßstäben Gase anreichern können. In vielen Fällen jedoch stellen sich Direct Air Capture-Verfahren über Adsorbentien auch in großtechnischen Anlagen als absolut energieineffizient dar. Es gibt derzeit nach dem Stand der Technik keine adäquate Lösung für dieses Problem, da die benötigte Energie zur Regeneration zu hoch ist. Zudem ist beispielsweise die Anreicherung von Wasser in trockenen Gebieten um Trinkwasser herzustellen, eine besonders schwierige Aufgabe für bisherige Temperaturwechseladsorber, da die nötigen Prozessgase und -anlagen oft nicht zur Verfügung stehen.The operation of temperature swing adsorbers can currently only be effectively implemented in large-scale industrial plants and, as described, is not suitable for smaller setups capable of enriching gases on a local scale. However, in many cases, direct air capture processes using adsorbents prove to be completely energy-inefficient, even in large-scale plants. Currently, there is no adequate solution to this problem based on the state of the art, as the energy required for regeneration is too high. Furthermore, the enrichment of water in arid regions to produce drinking water, for example, is a particularly difficult task for existing temperature swing adsorbers, as the necessary process gases and equipment are often unavailable.
Der vorliegenden Erfindung liegen mehrere Aufgaben zugrunde.The present invention is based on several objects.
Die Erfindung hat die Aufgabe einen Temperaturwechseladsorber-Aufbau mit einer verbesserten Regeneration bereitzustellen. Die Desorption in den Adsorbern soll vereinfacht und beschleunigt werden. Es sollen kurze Zykluszeiten der Filter möglich werden.The invention aims to provide a temperature swing adsorber design with improved regeneration. Desorption in the adsorbers is to be simplified and accelerated, enabling short filter cycle times.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es das Prinzip der Temperaturwechseladsorption energieeffizienter zu gestalten.A further object of the invention is to make the principle of temperature swing adsorption more energy efficient.
Eine weitere Aufgabe ist es einen Temperaturwechseladsorber-Aufbau bereitzustellen durch welchen eine Regeneration des Adsorbers innerhalb des Aufbaus möglich ist und der Adsorber für eine Regeneration nicht aus dem Aufbau entnommen werden muss. Idealerweise sollte für mobile Anwendungen auch eine Miniaturisierung des Temperaturwechseladsorbers erfolgen.A further objective is to provide a temperature swing adsorber assembly that allows for regeneration of the adsorber within the assembly, eliminating the need to remove the adsorber for regeneration. Ideally, the temperature swing adsorber should also be miniaturized for mobile applications.
Eine weitere Aufgabe kann darin gesehen werden, insbesondere im Wesentlichen nur das Adsorbens zu erwärmen und nicht den gesamten Raum um das Adsorbens herum.A further task can be seen in heating essentially only the adsorbent and not the entire space around the adsorbent.
Gelöst werden diese Aufgaben mit einem porösen, elektrisch leitfähigen dreidimensionalen Netzwerk gemäß Hauptanspruch und zwei porösen, elektrisch leitfähigen dreidimensionalen Netzwerk-Herstellungsverfahren gemäß nebengeordneten Ansprüchen.These objects are achieved with a porous, electrically conductive three-dimensional network according to the main claim and two porous, electrically conductive three-dimensional network production methods according to the independent claims.
Das poröse, elektrisch leitfähige dreidimensionale Netzwerk ist dadurch gekennzeichnet, dass das poröse, elektrisch leitfähige dreidimensionale Netzwerk aus einem dreidimensional porös ausgebildeten, chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist, wobei das dreidimensional ausgebildete chemisch inerte und elektrisch leitfähige Material wenigstens eine abschnittsweise oder vollständige Beschichtung mit einem Adsorbens aufweist.The porous, electrically conductive three-dimensional network is characterized in that the porous, electrically conductive three-dimensional network is formed from a three-dimensionally porous, chemically inert and electrically conductive material, wherein the three-dimensionally formed chemically inert and electrically conductive material has at least one partial or complete coating with an adsorbent.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann das Netzwerk als Temperaturwechseladsorber ausgebildet sein.In a preferred embodiment, the network can be designed as a temperature swing adsorber.
Auch kann das dreidimensional ausgebildete chemisch inerte und elektrisch leitfähige Material aus insbesondere Kohlenstoff ausgebildet sein.The three-dimensional chemically inert and electrically conductive material can also be made of carbon in particular.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante können die einzelnen Kohlenstoff-Arme in dem Netzwerk einen Durchmesser von 0,5 bis 8 µm und/oder 1 bis 5 µm aufweisen und die Poren zwischen den einzelnen Kohlenstoff-Armen zwischen 30 und 120 µm und/oder 50 und 100 µm groß sein.In a preferred embodiment, the individual carbon arms in the network can have a diameter of 0.5 to 8 µm and/or 1 to 5 µm and the pores between the individual carbon arms can be between 30 and 120 µm and/or 50 and 100 µm in size.
Das Adsorbens kann aus einem nanoporösen Material, insbesondere aus einer metallorganischen Gerüststruktur und/oder einem Zeolithen und/oder einem Silicagel und/oder einem porösen Kohlenstoff und/oder porösem Silica und/oder porösen Polymeren und/oder kovalenten organischen Gerüsten und/oder Nanopartikeln mit hohen spezifischen Oberflächen und/oder porösen Salzen ausgebildet sein.The adsorbent may be formed from a nanoporous material, in particular from a metal-organic framework structure and/or a zeolite and/or a silica gel and/or a porous carbon and/or porous silica and/or porous polymers and/or covalent organic frameworks and/or nanoparticles with high specific surface areas and/or porous salts.
Das Netzwerk kann eine Porosität von mindestens 50% oder über 80% aufweisen. Die Porosität bezieht sich auf das Verhältnis des Volumens der Hohlräume in einem porösen Material bezogen auf dessen Gesamtvolumen.The network can have a porosity of at least 50% or more than 80%. Porosity refers to the ratio of the volume of voids in a porous material to its total volume.
Weiter kann das Adsorbens eine Nanoporosität aufweisen. Nanoporosität bedeutet, dass ein Material strukturelle oder beliebige Poren aufweist, die in ihrer Größenordnung auf der atomaren Ebene liegen. Beispiele für strukturelle, nanoporöse Stoffe sind Zeolithe und MOFs.Furthermore, the adsorbent can exhibit nanoporosity. Nanoporosity means that a material has structural or random pores that are on the atomic scale. Examples of structural, nanoporous materials are zeolites and MOFs.
Zudem kann das Netzwerk zusätzlich leitfähige Kohlenstoffnanoröhren und leitfähige Graphennanoplättchen aufweisen.In addition, the network can additionally contain conductive carbon nanotubes and conductive graphene nanoplatelets.
Das poröse, elektrisch leitfähige dreidimensionale Netzwerk-Herstellungsverfahren weist zumindest die nachfolgenden Schritte auf:
- 1. Suspendieren und/oder Dispergieren von Adsorbensmaterial und ggf. Kohlenstoffnanoröhrchen in einem Dispersionsmedium;
- 2. Infiltrieren eines dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Materials mit der Suspension/Dispersion aus Schritt 1.;
- 3. Trocknen des infiltrierten dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Materials aus Schritt 2., wobei sich das in Schritt 1. suspendierte und/oder dispergierte Adsorbensmaterial auf das infiltrierte dreidimensional ausgebildete chemisch inerte und elektrisch leitfähige Material legt und so eine abschnittsweise oder vollständige Beschichtung ausbildet.
- 1. Suspending and/or dispersing adsorbent material and, if applicable, carbon nanotubes in a dispersion medium;
- 2. Infiltrating a three-dimensional chemically inert and electrically conductive material with the suspension/dispersion from step 1.;
- 3. Drying the infiltrated three-dimensionally formed chemically inert and electrically conductive material from step 2, wherein the adsorbent material suspended and/or dispersed in step 1 is deposited on the infiltrated three-dimensionally formed chemically inert and electrically conductive material and thus forms a partial or complete coating.
Insbesondere kann es sich bei dem porösen, elektrisch leitfähigen dreidimensionalen Netzwerk hergestellt mit dem porösen, elektrisch leitfähigen dreidimensionalen Netzwerk-Herstellungsverfahren bevorzugt um das diesseitig erfindungsgemäße poröse, elektrisch leitfähige dreidimensionale Netzwerk handeln.In particular, the porous, electrically conductive three-dimensional network produced by the porous, electrically conductive three-dimensional network production method can preferably be the porous, electrically conductive three-dimensional network according to the invention.
Das Trocknen kann für eine Dauer von 20 bis 28 Stunden und/oder von 24 Stunden durchgeführt werden. Das Trocknen kann auch beispielsweise in einem Ofen in deutlich kürzerer Zeit erfolgen, insbesondere knapp unterhalb der Siedetemperatur des Dispersionsmediums.Drying can be carried out for a period of 20 to 28 hours and/or 24 hours. Drying can also be carried out in a significantly shorter time, for example, in an oven, especially just below the boiling point of the dispersion medium.
Das Dispersionsmedium in Schritt 1. kann insbesondere als Lösung aus Wasser und/oder Alkohol ausgebildet sein.The dispersion medium in step 1 can in particular be formed as a solution of water and/or alcohol.
Des Weiteren können in Schritt 1. zusätzlich zu dem Adsorbensmaterial leitfähige KohlenstoffNanoröhren in die Lösung eingebracht werden.Furthermore, in step 1, conductive carbon nanotubes can be introduced into the solution in addition to the adsorbent material.
Ein weiteres poröses elektrisch leitfähiges dreidimensionales Netzwerk-Herstellungsverfahren weist zumindest den Schritt des Synthetisierens von Adsorbens als abschnittsweise oder vollständige Beschichtung auf einem dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Material zur Ausbildung eines porösen elektrisch leitfähigen dreidimensionalen Netzwerks auf. Insbesondere kann es sich auch bei diesem porösen, elektrisch leitfähigen dreidimensionalen Netzwerk hergestellt mit dem zweiten porösen, elektrisch leitfähigen dreidimensionalen Netzwerk-Herstellungsverfahren bevorzugt um das diesseitig erfindungsgemäße poröse, elektrisch leitfähige dreidimensionale Netzwerk handeln.A further porous, electrically conductive three-dimensional network production method comprises at least the step of synthesizing adsorbent as a partial or complete coating on a three-dimensional, chemically inert and electrically conductive material to form a porous, electrically conductive three-dimensional network. In particular, this porous, electrically conductive three-dimensional network produced using the second porous, electrically conductive three-dimensional network production method can also preferably be the porous, electrically conductive three-dimensional network according to the present invention.
Es wird mit beiden dargestellten poröses elektrisch leitfähiges dreidimensionalen Netzwerk-Herstellungsverfahren ein poröses elektrisch leitfähiges dreidimensionales Netzwerk mit übereinstimmenden Eigenschaften ausgebildet. Der Anwender kann somit ein gleich ausgebildetes poröses elektrisch leitfähiges Netzwerk mit definierten Eigenschaften mit beiden Herstellungsverfahren erhalten.Both porous electrically conductive three-dimensional network manufacturing processes described above produce a porous electrically conductive three-dimensional network with identical properties. The user can thus obtain a porous electrically conductive network of the same shape with defined properties using both manufacturing processes.
Eine poröse, elektrisch leitfähige dreidimensionale Netzwerk-Verwendung weist die nachfolgenden Schritte auf:A porous, electrically conductive three-dimensional network application has the following steps:
- - Zuführen eines Gasgemisches mit verschiedenen Gaskomponenten in einen Temperaturwechseladsorber mit einem porösen elektrisch leitfähigen dreidimensionalen Netzwerk ausgebildet wie zuvor beschrieben;- feeding a gas mixture with different gas components into a temperature swing adsorber with a porous electrically conductive three-dimensional network formed as previously described;
- - Einstellbares wechselndes Adsorbieren und Desorbieren von Gaskomponenten in dem Temperaturwechseladsorber, wobei das Adsorbieren bei einer niedrigeren Temperatur durchgeführt wird und das Desorbieren durch Anlegen einer Leistung an das chemisch inerte und elektrisch leitfähige Material des porösen, elektrisch leitfähigen, dreidimensionalen Netzwerks und dadurch bedingtes Erhitzen des Netzwerks von innen heraus und somit bei einer höheren Temperatur durchgeführt wird;- Adjustable alternating adsorption and desorption of gas components in the temperature swing adsorber, wherein the adsorption is carried out at a lower temperature and the desorption is carried out by applying a power to the chemically inert and electrically conductive material of the porous, electrically conductive, three-dimensional network and thereby heating the network from the inside out and thus at a higher temperature;
- - Abführen von Gaskomponenten aus dem Temperaturwechseladsorber.- Removal of gas components from the temperature swing adsorber.
Die notwendigen Temperaturen für Adsorption und Desorption sind abhängig von den verwendeten Adsorbentien und den Gasen die adsorbiert werden sollen (Wirt-Gast-Wechselwirkung). In jedem Fall aber findet die Desorption bei höheren Temperaturen als die Adsorption statt.The temperatures required for adsorption and desorption depend on the adsorbents used and the gases to be adsorbed (host-guest interaction). In any case, however, desorption occurs at higher temperatures than adsorption.
Die Verwendung kann zusätzlich den Schritt Spülen des Adsorbens mit einem Spülgas während des Vorgangs des Desorbierens aufweisen. Das Anlegen der Leistung an das chemisch inerte und elektrisch leitfähige Material des porösen, elektrisch leitfähigen dreidimensionalen Netzwerks kann in Form von Leistungspulsen durchgeführt werden.The use may additionally include the step of purging the adsorbent with a purge gas during the desorption process. The application of power to the chemically inert and electrically conductive material of the porous, electrically conductive three-dimensional network may be carried out in the form of power pulses.
Insbesondere kann das einstellbare wechselnde Adsorbieren und Desorbieren im Temperaturwechseladsorber kontinuierlich im Dauerbetrieb oder im Batch-Betrieb durchgeführt werden.In particular, the adjustable alternating adsorption and desorption in the temperature swing adsorber can be carried out continuously in continuous operation or in batch operation.
Verwendung kann das poröse, elektrisch leitfähige dreidimensionale Netzwerk finden
- - als Temperaturwechseladsorber und/oder
- - zur Filterung / Trennung / Abscheidung von Kohlenstoffdioxid aus der Atemluft und/oder
- - zur Filterung / Trennung / Abscheidung von Kohlenstoffdioxid aus der Umgebungsluft und/oder
- - zur Filterung / Trennung / Abscheidung von Kohlenstoffdioxid aus einem Gasgemisch und/oder Luftstrom und/oder
- - zur Filterung von Gasen und/oder
- - zur Reinigung von Gasen und/oder
- - zur Trennung von Gasen und/oder
- - zur Trocknung von Luft in Analytikgeräten und/oder
- - zur Trocknung von Luft in Verbraucherprodukten und/oder
- - zur Wasseranreicherung und/oder Wassergewinnung in wasserarmen Gegenden.
- - as a temperature swing adsorber and/or
- - for filtering / separating / capturing carbon dioxide from the breathing air and/or
- - for filtering / separating / capturing carbon dioxide from the ambient air and/or
- - for filtering / separating / capturing carbon dioxide from a gas mixture and/or air stream and/or
- - for filtering gases and/or
- - for the purification of gases and/or
- - for the separation of gases and/or
- - for drying air in analytical devices and/or
- - for drying air in consumer products and/or
- - for water replenishment and/or water extraction in water-scarce areas.
Die bisherigen Gasfilter oder Adsorberkartuschen einschliesslich der Temperaturwechseladsorber nach dem Stand der Technik können durch erfindungsgemäße Netzwerke ausgetauscht werden.The existing gas filters or adsorber cartridges, including the temperature swing adsorbers according to the state of the art, can be replaced by networks according to the invention.
Die Netzwerke bestehen in einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante aus mikrometerdünnen Armen aus Kohlenstoff und sind mit einem gewünschten Adsorbens-Mikro- oder Nanopartikelsystem beschichtet. Durch das Anlegen einer Spannung von außen wird das gesamte Netzwerk von innen geheizt. Die Adsorbentien nehmen die Wärme auf. Dadurch wird das eingelagerte Gas gezwungen zu desorbieren. Durch die offene Struktur der Adsorbentien kann dies einfach erfolgen, sodass diese Gesamteinheit in wenigen Sekunden regeneriert werden kann.In a particularly preferred embodiment, the networks consist of micrometer-thin carbon arms coated with a desired adsorbent micro- or nanoparticle system. By applying an external voltage, the entire network is heated from within. The adsorbents absorb the heat. This forces the stored gas to desorb. The open structure of the adsorbents makes this easy to do, allowing the entire unit to be regenerated in just a few seconds.
Durch dieses Vorgehen wird der Temperaturwechseladsorber/Filter energieeffizienter. Es ist unnötig den Behälter wie auch eine große Menge des Materials aufzuheizen, da die Wärmekapazität aller Strukturen gering ist und die Wärme von dem porösen, elektrisch leitfähigen, dreidimensionalen Netzwerk direkt auf kurzen Wegen in das Adsorbens übertragen werden kann. Das Gas verliert bei der Desorption die Energie, die zum Lösen der Bindung gebraucht wird und heizt sich dadurch nicht nennenswert auf. Dadurch entsteht keine überschüssige Wärme, die die Energieeffizienz herabsenkt. Außerdem sind durch das Fehlen von der Aufheizung der Struktur kurze Zyklenzeiten möglich, da diese sofort nach der Desorption wieder mit Prozessgas beladen werden können.This approach makes the temperature swing adsorber/filter more energy-efficient. Heating the vessel and a large amount of the material is unnecessary, as the heat capacity of all structures is low, and the heat can be transferred directly from the porous, electrically conductive, three-dimensional network to the adsorbent via short paths. During desorption, the gas loses the energy needed to break the bond and therefore does not heat up significantly. This prevents excess heat from being generated, which reduces energy efficiency. Furthermore, the absence of heating of the structure allows for short cycle times, as it can be recharged with process gas immediately after desorption.
Das poröse, elektrisch leitfähige, dreidimensionale Netzwerk kann nach der Herstellung als Gesamtsystem mit Gas durchspült werden und so als Temperaturwechseladsorber und/oder Filter genutzt werden. Strömt eine Gasmischung durch das Netzwerk, so nehmen die Adsorbentien aufgrund ihrer großen und zugänglichen Oberfläche das jeweils bevorzugte Gas auf und das nicht bevorzugte Gas wird daher in der Gasphase angereichert.After production, the porous, electrically conductive, three-dimensional network can be flushed with gas as a complete system and thus used as a temperature swing adsorber and/or filter. When a gas mixture flows through the network, the adsorbents absorb the preferred gas due to their large and accessible surface area, and the non-preferred gas is thus enriched in the gas phase.
Durch das Schalten von Ventilen im Reaktor ist es möglich den Reaktionsraum von der Gasmischung zu separieren. Wird das erfindungsgemäße sich im Reaktionsraum befindliche Netzwerk nun elektrisch kontaktiert und geheizt, wird die Wärme von dem dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Material auf die Adsorbentien übertragen und die darin gelagerten Gase werden desorbiert.By switching valves in the reactor, it is possible to separate the reaction chamber from the gas mixture. If the network according to the invention located in the reaction chamber is then electrically contacted and heated, the heat is transferred from the three-dimensional, chemically inert and electrically conductive material to the adsorbents, and the gases stored therein are desorbed.
Es ist somit nunmehr möglich durch definiertes elektrisches Heizen Adsorbentien gezielt von innen heraus zu regenerieren, sodass Wärme nicht erst von außen durch das Material eingebracht werden muss. Dabei können sogar Leistungspulse eingesetzt werden, um schlagartig große Mengen des adsorbierten Gases freizusetzen, ohne den Temperaturwechseladsorber und/oder Filter selbst nennenswert dauerhaft aufzuheizen. Die Wärme wird bei gepulstem Betrieb direkt auf die Adsorbentien übertragen, sodass nur ein minimaler Energieverlust durch den Abtransport von Wärme auftreten kann. Das Material kann gleichzeitig mit Gas durchspült werden, um das desorbierte Gas aus der Gerüststruktur heraus zu transportieren. Durch die schnelle Desorption und die geringe Wärmekapazität des Gerüsts kann der Filter anschließend schnell und ohne aktive Kühlung abkühlen und ist damit sofort wieder bereit für einen weiteren Zyklus der Ad- und Desorption. Idealerweise kann auch für mobile Anwendungen eine Miniaturisierung des Temperaturwechseladsorbers erfolgen.It is now possible to regenerate adsorbents from the inside out using defined electrical heating, so that heat does not have to be introduced from the outside through the material. Power pulses can even be used to suddenly release large quantities of the adsorbed gas without significantly heating the temperature swing adsorber and/or filter itself for a long time. During pulsed operation, the heat is transferred directly to the adsorbents, so that only minimal energy loss can occur through the removal of heat. At the same time, the material can be flushed with gas to transport the desorbed gas out of the framework structure. Due to the rapid desorption and the low heat capacity of the Thanks to the frame, the filter can then cool down quickly and without active cooling, making it immediately ready for another cycle of adsorption and desorption. Ideally, the temperature swing adsorber can also be miniaturized for mobile applications.
Somit können auch in kleinen, nicht großindustriellen Aufbauten dauerhaft Filter betrieben werden, die bei hoher Energieeffizienz Gase reinigen, filtern oder trennen können. Das ist mit klassischen Filtern nicht möglich, die stets außerhalb ihres Aufbaus aufwändig regeneriert werden müssen. Es lässt sich somit eine Vielzahl von Anwendungsgebieten erschließen, wie zum Beispiel die Trocknung von Luft für Analytikgeräte, die Trocknung von Luft in Verbraucherprodukten wie beispielsweise die Kunststofftrocknung in 3D-Druckern und die Filtration evtl. Abtrennung von Kohlenstoffdioxid aus der Atemluft.This allows filters to be operated continuously, even in small, non-large-scale industrial setups, that can clean, filter, or separate gases with high energy efficiency. This is not possible with conventional filters, which always require laborious regeneration outside of their installation. This opens up a wide range of applications, such as drying air for analytical devices, drying air in consumer products such as plastics drying in 3D printers, and filtration and possibly separation of carbon dioxide from the air we breathe.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Abbildung in der Abbildungsbeschreibung beschrieben, wobei diese die Erfindung erläutern soll und nicht beschränkend zu werten ist. Es zeigen:
-
eine beispielhafte rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Materials aus Kohlenstoff, -
eine beispielhafte schematische Darstellung des erfindungsgemäßen porösen, elektrisch leitfähigen dreidimensionalen Netzwerk-Herstellungsverfahrens, -
beispielhafte rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von a) einem dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Material aus Kohlenstoff, b) einem porösen, dreidimensionalen elektrisch leitfähigen Netzwerk mit einem dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Material aus Kohlenstoff und mit Zeolith als Adsorbens, c) eines vergrößerten Ausschnitts aus und in d) eine beispielhafte thermographische Abbildung eines erfindungsgemäßen porösen, dreidimensionalen elektrisch leitfähigen Netzwerks, -
eine beispielhafte rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Ausschnitts eines porösen, dreidimensionalen elektrisch leitfähigen Netzwerks mit einem dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Material aus Kohlenstoff und mit einer metallorganischen Gerüststruktur als Adsorbens, -
eine beispielhafte fotographische Darstellung eines erfindungsgemäßen porösen, dreidimensionalen elektrisch leitfähigen Netzwerks mit einem dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Material aus Kohlenstoff, -
eine beispielhafte schematische Darstellung der Verwendung eines erfindungsgemäßen porösen, dreidimensionalen elektrisch leitfähigen Netzwerks als Temperaturwechseladsorber und -
beispielhafte rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von dem porösen, dreidimensionalen elektrisch leitfähigen Netzwerk mit einem dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Material aus Kohlenstoff und mit einer metallorganischen Gerüststruktur (MOF) als Adsorbens mit a) CAU-10 H, b) MOF 303 und c) MOF 801 als metallorganische Gerüststruktur.
-
an exemplary scanning electron micrograph of a three-dimensional chemically inert and electrically conductive carbon material, -
an exemplary schematic representation of the porous, electrically conductive three-dimensional network manufacturing process according to the invention, -
exemplary scanning electron micrographs of a) a three-dimensionally formed chemically inert and electrically conductive material made of carbon, b) a porous, three-dimensional electrically conductive network with a three-dimensionally formed chemically inert and electrically conductive material made of carbon and with zeolite as adsorbent, c) an enlarged section of and in d) an exemplary thermographic image of a porous, three-dimensional electrically conductive network according to the invention, -
an exemplary scanning electron micrograph of a section of a porous, three-dimensional electrically conductive network with a three-dimensionally formed chemically inert and electrically conductive material made of carbon and with a metal-organic framework structure as adsorbent, -
an exemplary photographic representation of a porous, three-dimensional electrically conductive network according to the invention with a three-dimensionally formed chemically inert and electrically conductive material made of carbon, -
an exemplary schematic representation of the use of a porous, three-dimensional electrically conductive network according to the invention as a temperature swing adsorber and -
exemplary scanning electron micrographs of the porous, three-dimensional electrically conductive network with a three-dimensionally formed chemically inert and electrically conductive material made of carbon and with a metal-organic framework (MOF) as adsorbent with a) CAU-10 H, b) MOF 303 and c) MOF 801 as metal-organic framework.
Das dreidimensional ausgebildete chemisch inerte und elektrisch leitfähige Material 2 kann bevorzugt aus Kohlenstoff ausgebildet sein und auf der Oberfläche mit Mikro- oder Nanopartikeln von beliebigen Adsorbentien 4 beladen werden. Beispielweise kann die bereits großtechnische eingesetzte Materialklasse der Zeolithe verwendet werden. Die gegebenenfalls eingesetzten leitfähigen Kohlenstoffnanoröhren 5 dienen der Fixierung der Partikel und verfilzen die Partikel mit der Oberfläche.The three-dimensionally formed chemically inert and electrically conductive material 2 can preferably be made of carbon and can be loaded on the surface with micro- or nanoparticles of any adsorbents 4. For example, The material class of zeolites, which is already used on an industrial scale, can be used. The conductive carbon nanotubes 5 that may be used serve to fix the particles and entangle them with the surface.
In
In
In
In
Zudem zeigt
Wie hier dargestellt können neben Zeolithen auch andere Adsorbentien 3 auf die Kohlenstoffarme dekoriert werden. In der Abbildung handelt es sich um ein poröses Salz vom Typ CAU-55. Diese Partikel sind wesentlich kleiner und können sich daher auch wesentlich enger an die hier vorliegenden Kohlenstoff-Arme anlegen. Hierbei handelt es sich um Kohlenstoff mit einer metallorganischen Gerüststruktur als Adsorbens 3.As shown here, in addition to zeolites, other adsorbents 3 can also be decorated on the carbon arms. The image shows a porous salt of the CAU-55 type. These particles are significantly smaller and can therefore adhere much more closely to the carbon arms present here. This adsorbent 3 is carbon with a metal-organic framework structure.
In
Ein Gasgemisch A+B gelangt über ein Ventil jeweils in einen mit dem erfindungsgemäßen porösen dreidimensionalen elektrisch leitfähigen Netzwerk 1 befüllten linken und rechten Reaktionsraum 8 eines Reaktors. An jedem Reaktionsraum 8 liegt eine Spannungsquelle in einem Stromkreis 7 an. Der Stromkreis 7 am linken Reaktionsraum 81 ist offen. Es liegt keine Spannung an. In dem mit porösem, dreidimensionalem elektrisch leitfähigem Netzwerk 1 befüllten linken Reaktionsraum 81 findet Adsorption statt. Der Stromkreis 7 am rechten Reaktionsraum ist geschlossen. Es liegt Spannung an und das poröse dreidimensionale elektrisch leitfähige Netzwerk 1 wird von innen heraus aufgeheizt. In dem mit porösem, dreidimensionalem elektrisch leitfähigem Netzwerk 1 befüllten rechten Reaktionsraum 82 findet Desorption statt.A gas mixture A+B passes through a valve into a left and right reaction chamber 8 of a reactor filled with the porous, three-dimensional, electrically conductive network 1 according to the invention. A voltage source is connected to each reaction chamber 8 in an electrical circuit 7. The electrical circuit 7 at the left reaction chamber 81 is open. No voltage is applied. Adsorption takes place in the left reaction chamber 81 filled with the porous, three-dimensional, electrically conductive network 1. The electrical circuit 7 at the right reaction chamber is closed. Voltage is applied, and the porous, three-dimensional, electrically conductive network 1 is heated from the inside out. Desorption takes place in the right reaction chamber 82 filled with the porous, three-dimensional, electrically conductive network 1.
Während der Adsorption nehmen die Adsorbentien 3 aufgrund ihrer großen und zugänglichen Oberfläche das jeweils bevorzugte Gas A auf und das nicht bevorzugte Gas B wird in der Gasphase angereichert.During adsorption, the adsorbents 3 absorb the preferred gas A due to their large and accessible surface and the non-preferred gas B is enriched in the gas phase.
Durch das Schalten von Ventilen kann der Reaktionsraum von der Gasmischung A+B separiert werden.By switching valves, the reaction chamber can be separated from the gas mixture A+B.
Während der Desorption werden durch das Erwärmen der Adsorbentien 3 das hierin gelagerte Gas A desorbiert, was zur Regeneration des Adsorbens 3 und somit des erfindungsgemäßen porösen, dreidimensionalen elektrisch leitfähigen Netzwerks 1 führt.During desorption, the gas A stored therein is desorbed by heating the adsorbents 3, which leads to the regeneration of the adsorbent 3 and thus of the porous, three-dimensional electrically conductive network 1 according to the invention.
Die porösen, dreidimensionalen elektrisch leitfähigen Netzwerke 1 weisen ein dreidimensional ausgebildetes chemisch inertes und elektrisch leitfähiges Material 2 aus Kohlenstoff auf und sind mit Adsorbens-Kristalliten 3 bedeckt.The porous, three-dimensional electrically conductive networks 1 comprise a three-dimensionally formed chemically inert and electrically conductive material 2 made of carbon and are covered with adsorbent crystallites 3.
Die Abbildungen zeigen, dass die Teilchen der metallorganischen Gerüststrukturen die Oberfläche des Kohlenstoffschwamms 2 dicht bedecken, während zwischen den Kohlenstoff-Armen viel freier Raum bleibt. Diese Anordnung ist sehr vorteilhaft, da die Energieübertragung zwischen Adsorbens 3 und Kohlenstoffgerüst direkt erfolgen kann, ohne zusätzlichen Raum zu erwärmen oder sich auf die schlechte Wärmeleitfähigkeit des Adsorbens 3 zu verlassen.The figures show that the metal-organic framework particles densely cover the surface of carbon sponge 2, while leaving a large amount of free space between the carbon arms. This arrangement is very advantageous because energy transfer between adsorbent 3 and the carbon framework can occur directly, without heating additional space or relying on the poor thermal conductivity of adsorbent 3.
Außerdem ermöglicht der freie Raum des Netzwerks eine schnellere Diffusion von Luft durch das Material und maximiert die exponierte Oberfläche der Adsorbentien 3.In addition, the free space of the network allows for faster diffusion of air through the material and maximizes the exposed surface of the adsorbents 3.
In
Das Adsorbens 3 in
In
Weiteres Ausführungsbeispiel:
- Nachfolgend erfolgt die Beschreibung der Erfindung anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels unter Hinzunahme der zuvor erläuterten Abbildungen:
- Das poröse elektrisch leitfähige dreidimensionale Netzwerk-Herstellungsverfahren wurde beispielhaft durchgeführt zur Herstellung von den porösen elektrisch leitfähigen dreidimensionalen Netzwerken gemäß
.
- Das poröse elektrisch leitfähige dreidimensionale Netzwerk-Herstellungsverfahren wurde beispielhaft durchgeführt zur Herstellung von den porösen elektrisch leitfähigen dreidimensionalen Netzwerken gemäß
- The invention is described below using a specific embodiment with reference to the previously explained figures:
- The porous electrically conductive three-dimensional network manufacturing process was carried out as an example to produce the porous electrically conductive three-dimensional networks according to
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- The porous electrically conductive three-dimensional network manufacturing process was carried out as an example to produce the porous electrically conductive three-dimensional networks according to
Kohlenstoffschwämme wurden hierbei hergestellt durch Erhitzen des Melaminschaums Basotect über 90 Minuten in einer Stickstoffatmosphäre auf eine Temperatur von 1000 °C. Die Temperatur wurde 20 Minuten lang gehalten, um das Polymer vollständig zu verkohlen. Vor der Weiterverwendung wurden die Schwämme gründlich mit entionisiertem Wasser gewaschen.Carbon sponges were produced by heating Basotect melamine foam to a temperature of 1000 °C for 90 minutes in a nitrogen atmosphere. The temperature was maintained for 20 minutes to completely carbonize the polymer. The sponges were thoroughly washed with deionized water before further use.
Die Kohlenstoffschwämme und die metallorganischen Gerüststrukturen wurden durch Flüssigkeitsinfiltration zu einem Verbundwerkstoff verbunden. Hierzu wurden 100 mg MOF-Partikel in 20 mL Wasser zusammen mit 10 Gew.-% des Polysiloxan-Bindemittels SILRES® MP 50 E durch Ultraschallbehandlung für 30 Minuten suspendiert. Anschließend wurde die Dispersion auf das Kohlenstoffsubstrat getropft, das auf 50 °C erhitzt wurde, um die Verdampfung des Lösungsmittels zu beschleunigen. Diese Prozedur wurde wiederholt, bis eine Beladung von circa 70 Gew.-% erreicht war, wobei darauf geachtet wurde, dass das freie Volumen des Substrats während der Infiltration nicht überschritten wurde, um ein Austrocknen der Dispersion an der Oberfläche zu vermeiden. Die Gewichtsprozente der MOFs in den endgültigen erfindungsgemäßen Netzwerken gemäß
Die in diesem Ausführungsbeispiel hergestellten beispielhaften erfindungsgemäßen porösen elektrisch leitfähigen dreidimensionalen Netzwerke können insbesondere für die Wassergewinnung aus gasförmigem Wasser bzw. Wasserdampf oder Feuchte genutzt werden, da die Wasser-Sorptionsisothermen der beispielhaften erfindungsgemäßen porösen elektrisch leitfähigen dreidimensionalen Netzwerke mit denen der MOF-Pulver nahezu identisch sind und diese MOF-Pulver gleichzeitig aufgrund ihres Sorptionsverhaltens sehr gut für die Wasseranreicherung geeignet sind. Dies stellt jedoch nur einen Anwendungsfall von vielen dar.The exemplary porous, electrically conductive three-dimensional networks according to the invention produced in this exemplary embodiment can be used in particular for water extraction from gaseous water, water vapor, or moisture, since the water sorption isotherms of the exemplary porous, electrically conductive three-dimensional networks according to the invention are almost identical to those of the MOF powders, and these MOF powders are also very well suited for water enrichment due to their sorption behavior. However, this represents only one application among many.
Durch die poröse Struktur des erfindungsgemäßen Netzwerkes und die damit einhergehende vergrößerte Oberfläche gegenüber insbesondere Monolithen ist es mit dem erfindungsgemäßen Netzwerk möglich die benötigten Zeiten für die Adsorption herabzusetzen und so die Zykluszeiten zu beschleunigen.Due to the porous structure of the network according to the invention and the resulting increased surface area compared to monoliths in particular, it is possible to reduce the times required for adsorption and thus to accelerate the cycle times.
Neben der Sorptionsleistung stellt auch das thermische Desorptionsverhalten für die Regeneration des erfindungsgemäßen Netzwerks einen wichtigen Parameter dar.In addition to the sorption performance, the thermal desorption behavior is also an important parameter for the regeneration of the network according to the invention.
Die Perkolationseigenschaft des dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Materials, insbesondere Kohlenstoff, ermöglicht ein gleichmäßiges und schnelles Aufheizen sowie ein Abkühlen der Materialien.The percolation property of the three-dimensional chemically inert and electrically conductive material, in particular carbon, enables even and rapid heating and cooling of the materials.
Die beispielsweise in den in
Durch geschickte Auswahl der Adsorbentien ist es möglich, das erfindungsgemäße poröse, elektrisch leitfähige dreidimensionale Netzwerk, insbesondere zur Nutzung als Temperaturwechseladsorber und/oder als Filter, an die jeweiligen Anforderungen im Einzelfall anzupassen.By skillfully selecting the adsorbents, it is possible to adapt the porous, electrically conductive three-dimensional network according to the invention, in particular for use as a temperature swing adsorber and/or as a filter, to the respective requirements in the individual case.
Es liegt eine Vielzahl an möglichen einsetzbaren Adsorbentien vor. So können beispielsweise Adsorbentien für die Abtrennung von Schwefeldioxid, Stickoxiden oder volatilen organischen Verbindungen, also Schadstoffen wie Aceton, Kohlenwasserstoffe, Formaldehyd und Andere genutzt werden. Die Trennung von Propen/Propan beispielsweise stellt ein großtechnisches, industriell wichtiges Beispiel dar.There are a wide variety of adsorbents that can be used. For example, adsorbents can be used for the separation of sulfur dioxide, nitrogen oxides, or volatile organic compounds, i.e., pollutants such as acetone, hydrocarbons, formaldehyde, and others. The separation of propene/propane, for example, represents a large-scale, industrially important example.
Eine sehr interessante Anwendungsmöglichkeit kann darin gesehen werden, dass ein Kohlenstoffdioxid bindendes poröses elektrisch leitfähiges dreidimensionales Netzwerk ausgebildet wird, wobei dieses Kohlenstoffdioxid bindende poröse elektrisch leitfähige dreidimensionale Netzwerk als Temperaturwechseladsorber ausgebildet ist und wobei dieses ein dreidimensional ausgebildetes chemisch inertes und elektrisch leitfähiges Material und ein Kohlenstoffdioxid bindendes Adsorbens aufweist, und wobei das dreidimensional ausgebildete chemisch inerte und elektrisch leitfähige Material wenigstens eine abschnittsweise oder vollständige Beschichtung mit dem Kohlenstoffdioxid bindenden Adsorbens aufweist und das dreidimensional ausgebildete chemisch inerte und elektrisch leitfähige Material aus Kohlenstoff ausgebildet ist und das Kohlenstoffdioxid bindende Adsorbens aus einer metallorganischen Gerüststruktur und/oder einem Zeolith und/oder einem Silicagel und/oder einem porösen Kohlenstoff und/oder porösem Silica und/oder porösen Polymeren und/oder kovalenten organischen Gerüsten und/oder Nanopartikeln mit hohen spezifischen Oberflächen und/oder porösen Salzen ausgebildet ist.A very interesting application possibility can be seen in the formation of a carbon dioxide-binding porous, electrically conductive three-dimensional network, wherein this carbon dioxide-binding porous, electrically conductive three-dimensional network is designed as a temperature swing adsorber and wherein this has a three-dimensionally formed, chemically inert and electrically conductive material and a carbon dioxide-binding adsorbent, and wherein the three-dimensionally formed, chemically inert and electrically conductive material has at least one sectionally or completely coating with the carbon dioxide-binding adsorbent and the three-dimensionally formed, chemically inert and electrically conductive material is formed from carbon and the carbon dioxide-binding adsorbent consists of a metal-organic framework structure and/or a zeolite and/or a silica gel and/or a porous carbon and/or porous silica and/or porous polymers and/or covalent organic frameworks and/or nanoparticles with high specific surface areas and/or porous salts.
Bezugszeichenliste:List of reference symbols:
- 11
- Poröses elektrisch beheizbares dreidimensionales NetzwerkPorous electrically heatable three-dimensional network
- 22
- dreidimensional ausgebildetes chemisch inertes und elektrisch leitfähiges Material, Kohlenstoffschwammthree-dimensional chemically inert and electrically conductive material, carbon sponge
- 33
- Adsorbens, AdsorbentienAdsorbent, adsorbents
- 44
- DispersionsmediumDispersion medium
- 55
- KohlenstoffnanoröhrenCarbon nanotubes
- 66
- Dispersion und/oder Suspension aus 3+4 oder aus 3+4+5Dispersion and/or suspension of 3+4 or 3+4+5
- 77
- Stromkreis mit SpannungsquelleCircuit with voltage source
- 88
- ReaktionsraumReaction chamber
- A+BA+B
- Gasmischung mit den Gaskomponenten A+BGas mixture with the gas components A+B
- AA
- Gaskomponente AGas component A
- BB
- Gaskomponente BGas component B
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