[go: up one dir, main page]

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 use

Info

Publication number
DE102024111238B3
DE102024111238B3 DE102024111238.7A DE102024111238A DE102024111238B3 DE 102024111238 B3 DE102024111238 B3 DE 102024111238B3 DE 102024111238 A DE102024111238 A DE 102024111238A DE 102024111238 B3 DE102024111238 B3 DE 102024111238B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electrically conductive
porous
network
adsorbent
dimensional
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102024111238.7A
Other languages
German (de)
Inventor
Leonard Siebert
Philipp Schadte
Rainer Adelung
Lasse Wegner
Norbert Stock
Sivapoom Pongphaiboon
Bert Ungethüm
Andreas Walte
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Christian Albrechts Univ Zu Kiel Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Christian Albrechts Universitaet Zu Kiel Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Original Assignee
Christian Albrechts Univ Zu Kiel Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Christian Albrechts Universitaet Zu Kiel Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Christian Albrechts Univ Zu Kiel Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts, Christian Albrechts Universitaet Zu Kiel Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts filed Critical Christian Albrechts Univ Zu Kiel Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Priority to DE102024111238.7A priority Critical patent/DE102024111238B3/en
Priority to PCT/DE2025/100400 priority patent/WO2025223621A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102024111238B3 publication Critical patent/DE102024111238B3/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • B01J20/205Carbon nanostructures, e.g. nanotubes, nanohorns, nanocones, nanoballs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0462Temperature swing adsorption
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/10Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
    • B01J20/103Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate comprising silica
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/10Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
    • B01J20/16Alumino-silicates
    • B01J20/18Synthetic zeolitic molecular sieves
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/223Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material containing metals, e.g. organo-metallic compounds, coordination complexes
    • B01J20/226Coordination polymers, e.g. metal-organic frameworks [MOF], zeolitic imidazolate frameworks [ZIF]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28002Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J20/28011Other properties, e.g. density, crush strength
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28042Shaped bodies; Monolithic structures
    • B01J20/28045Honeycomb or cellular structures; Solid foams or sponges
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3202Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the carrier, support or substrate used for impregnation or coating
    • B01J20/3204Inorganic carriers, supports or substrates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3231Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the coating or impregnating layer
    • B01J20/3234Inorganic material layers
    • B01J20/3238Inorganic material layers containing any type of zeolite
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3231Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the coating or impregnating layer
    • B01J20/3234Inorganic material layers
    • B01J20/324Inorganic material layers containing free carbon, e.g. activated carbon
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3291Characterised by the shape of the carrier, the coating or the obtained coated product
    • B01J20/3295Coatings made of particles, nanoparticles, fibers, nanofibers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

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. („ CO2 Capture by Temperature Swing Adsorption: Use of Hot CO2-Rich Gas for Regeneration“, Ind. Eng. Chem. Res. 2016, 55(3), 703-713 ) mehr als 6 mal so hoch mit über 3 MJ/kg.Typically, large-scale temperature swing adsorbers operate on the principle of high capacity, resulting in long loading and regeneration cycles. The duration of a cycle depends on the heating and cooling rates that can be imposed and is usually on a time scale of minutes to hours. The energy used per mass of product is measured. This consists of at least the desorption enthalpy of the stored gas, but in reality also the heat capacities of the adsorbents, the reactor, the carrier gases, and the heat losses due to heat flow and convection. The slower the heating is carried out, the more energy is put into the loss-making processes and the smaller the proportion of energy used for the process. For example, the adsorption enthalpy for carbon dioxide in a zeolite is given as 0.5 MJ/kg. However, according to Augustine Ntiamoah et al. (“ CO2 Capture by Temperature Swing Adsorption: Use of Hot CO2-Rich Gas for Regeneration", Ind. Eng. Chem. Res. 2016, 55(3), 703-713 ) more than 6 times higher at over 3 MJ/kg.

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.

Die Druckschrift EP 3 437 734 A1 offenbart einen Adsorber für die indirekt beheizte Temperaturwechseladsorption, umfassend: mindestens einen Kanal, der mindestens ein Adsorptionsmittel in Form von festen Adsorptionsmittelteilchen enthält, mindestens einen Einsatz, der aus einem wärmeleitenden Material besteht und in den mindestens einen Kanal eingesetzt ist, wobei der mindestens einen Hohlraumanteil aufweist und die Adsorptionsmittelteilchen den Hohlraumanteil des Einsatzes zumindest teilweise ausfüllen.The printed matter EP 3 437 734 A1 discloses an adsorber for indirectly heated temperature swing adsorption, comprising: at least one channel containing at least one adsorbent in the form of solid adsorbent particles, at least one insert made of a thermally conductive material and inserted into the at least one channel, wherein the at least one void portion has at least one void portion and the adsorbent particles at least partially fill the void portion of the insert.

Aus der Druckschrift EP 1 291 067 A2 ist ein Adsorptionsmittel bekannt mit dem die Temperaturwechseladsorption von Verunreinigungen wie Wasser aus einem Gasstrom wie Luft durchgeführt wird, das in den rohrseitigen Durchgängen eines Rohrbündelwärmetauschers gepackt ist. Nach einer Phase der Adsorption wird während der Regeneration Heizflüssigkeit durch den mantelseitigen Durchgang des Adsorbers geleitet und beim Austritt aus dem Adsorber über einen Heizer wieder in den Mantel des Adsorbers zurückgeführt. Während der Kühlphase, wird eine Kühlflüssigkeit durch den mantelseitigen Durchgang des Adsorbers geleitet.From the printed publication EP 1 291 067 A2 is an adsorbent used for the temperature swing adsorption of contaminants such as water from a gas stream such as air packed in the tube-side passages of a shell-and-tube heat exchanger. After an adsorption phase, during regeneration, a heating fluid is passed through the shell-side passage of the adsorber and, upon exiting the adsorber, is returned to the adsorber shell via a heater. During the cooling phase, a cooling fluid is passed through the shell-side passage of the adsorber.

Zudem beschreibt die Druckschrift US 2018 / 214817 A1 eine Vorrichtung zur Adsorption mindestens einer Komponente aus einem Gasgemisch durch Temperaturwechseladsorption, umfassend eine Durchströmungskammer und eine Kühlkammer zur Aufnahme eines Wärmeträgerfluids, wobei die Durchströmungskammer von der Kühlkammer getrennt ist, wobei die Durchströmungskammer ein Adsorbens aufweist, das eine Vielzahl von (zwei oder mehr) Adsorbenskörpern enthält, die ein poröses und adsorptiv additives erstes Material und ein zweites Material mit einer im Vergleich zum ersten Material besseren Wärmeleitfähigkeit enthalten und wobei das erste Material zumindest teilweise von dem zweiten Material umgeben ist.In addition, the publication describes US 2018 / 214817 A1 a device for adsorbing at least one component from a gas mixture by temperature swing adsorption, comprising a flow-through chamber and a cooling chamber for receiving a heat transfer fluid, wherein the flow-through chamber is separated from the Cooling chamber is separated, wherein the flow-through chamber has an adsorbent which contains a plurality of (two or more) adsorbent bodies which contain a porous and adsorptively additive first material and a second material with a better thermal conductivity compared to the first material and wherein the first material is at least partially surrounded by the second material.

Die Druckschriften US 2012 / 222555 A1 und US 8 852 322 B2 offenbaren ein Gastrennverfahren mit einem strukturierten Partikelbett aus mit Adsorptionsmittel beschichteten Formen/Partikeln, die in geordneter Weise im Bett abgelegt werden, um einen Monolithen zu simulieren, indem in Längsrichtung ausgedehnte Gasdurchgänge geschaffen werden, durch die das zu trennende Gasgemisch entlang der Länge der Partikel zum Adsorptionsmittel gelangen kann. Die Teilchen können entweder direkt im Bett oder in lokal strukturierten Paketen/Bündeln abgelegt werden, die ihrerseits ähnlich ausgerichtet sind, so dass sich die Bettteilchen ähnlich wie ein Monolith verhalten. Die Adsorptionsmittelteilchen können mit einem festen, nicht porösen Kern geformt werden, wobei das Adsorptionsmittel als dünne, haftende Beschichtung auf der freiliegenden Außenfläche ausgebildet ist. Die Partikel können zylindrisch oder hohl geformt sein, um einen leichten Zugang zum Adsorptionsmittel zu ermöglichen. Die Trennung kann als kinetischer oder gleichgewichtsgesteuerter Prozess durchgeführt werden.The printed matter US 2012 / 222555 A1 and US 8 852 322 B2 disclose a gas separation process using a structured particle bed of adsorbent-coated shapes/particles that are deposited in an orderly manner in the bed to simulate a monolith by creating longitudinally extended gas passageways through which the gas mixture to be separated can pass along the length of the particles to the adsorbent. The particles can be deposited either directly in the bed or in locally structured packets/bundles that are similarly aligned, so that the bed particles behave similarly to a monolith. The adsorbent particles can be formed with a solid, non-porous core, with the adsorbent formed as a thin, adherent coating on the exposed outer surface. The particles can be cylindrical or hollow in shape to allow easy access to the adsorbent. Separation can be carried out as a kinetic or equilibrium-controlled process.

Zudem beschreibt die Druckschrift DE 20 55 425 B2 ein Adsorptionsverfahren zum Zerlegen von Gasgemischen in einem aus getrennten, hintereinander geschalteten Zonen I und II bestehenden Adsorptionssystem, bei dem am Ende des Adsorptionssystems der nicht adsorbierte Gasanteil entnommen wird, die Zonen I und II unter Druckerniedrigung desorbiert werden und nach der Regenerierung während des Druckaufbaues im Adsorptionssystem der Druckanstieg in der Zone II gegenüber Zone I zeitlich verzögert wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Zerlegen von wasserdampfhaltigen Gasgemischen in Zone I der Wasserdampf entfernt wird und der adsorbierte Gasanteil aus Zone II zur Desorption des Wasserdampfes in Zone I in Gegenrichtung zur Beladung durch die Zone I abgezogen wird.In addition, the publication describes DE 20 55 425 B2 an adsorption process for the separation of gas mixtures in an adsorption system consisting of separate, series-connected zones I and II, in which the non-adsorbed gas portion is removed at the end of the adsorption system, zones I and II are desorbed under pressure reduction and, after regeneration, during the pressure build-up in the adsorption system, the pressure increase in zone II is delayed compared to zone I, characterized in that during the separation of gas mixtures containing water vapor in zone I, the water vapor is removed and the adsorbed gas portion is withdrawn from zone II for the desorption of the water vapor in zone I in the opposite direction to the loading through zone I.

Die Druckschrift EP 3 318 321 B1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Adsorptionseinrichtung, ein Umrüstverfahren für eine Adsorptionseinrichtung sowie eine nach dem Herstellungsverfahren hergestellte Adsorptionseinrichtung. Bei dem Verfahren zur Herstellung einer Adsorptionseinrichtung wird 1. ein Adsorberbett der Adsorptionseinrichtung mit einer Schüttung eines Adsorbens befüllt, welches aus einer Mehrzahl von Adsorbentien mit einem Testverfahren ausgewählt wird, 2. ein Partikel jedes Adsorbens mehrfach mit einem Sorbat beladen und wieder regeneriert, wodurch das Partikel ein gealtertes Partikel wird, und 3. eine Brucheigenschaft B des gealterten Partikels jedes Adsorbens ermittelt, wobei das Adsorbens für die Schüttung in Abhängigkeit von der ermittelten Brucheigenschaft B aus der Mehrzahl der Adsorbentien ausgewählt wird.The printed matter EP 3 318 321 B1 shows a method for producing an adsorption device, a conversion method for an adsorption device, and an adsorption device produced according to the manufacturing method. In the method for producing an adsorption device, 1. an adsorber bed of the adsorption device is filled with a bed of an adsorbent selected from a plurality of adsorbents using a testing method; 2. a particle of each adsorbent is repeatedly loaded with a sorbate and regenerated, whereby the particle becomes an aged particle; and 3. a fracture property B of the aged particle of each adsorbent is determined, wherein the adsorbent for the bed is selected from the plurality of adsorbents depending on the determined fracture property B.

Des Weiteren offenbart die Druckschrift DE 3 702 190 A1 ein Verfahren zur Reinigung und Trocknung von Gasgemischen, insbesondere von Luft vor Luftzerlegungsanlagen, durch Adsorption. Die Adsorber für diesen Zweck sind mit zwei Schüttungen versehen, von denen die erste das Wasser und die zweite die abzutrennende Komponente aus dem Gasstrom bindet. Das Verfahren wird so durchgeführt, dass die bei der Adsorption entstehende Adsorptionswärme zum größten Teil im Adsorber zurückgehalten wird, um bei der anschließenden Regeneration zur Unterstützung der Desorption zu dienen.Furthermore, the publication discloses DE 3 702 190 A1 A process for the purification and drying of gas mixtures, particularly air upstream of air separation plants, by adsorption. Adsorbers for this purpose are equipped with two beds, the first of which binds the water and the second of which binds the component to be separated from the gas stream. The process is carried out in such a way that the adsorption heat generated during adsorption is largely retained in the adsorber to support desorption during subsequent regeneration.

Auch offenbart die Druckschrift DE 199 35 383 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Luft von Verunreinigungen wie Wasser, Kohlendioxid, Lachgas, Ethylen und/oder Propan durch thermisch regenerierte Adsorption. In einem Adsorptionstakt wird zu reinigende Luft bei einer ersten Temperatur T1 nacheinander durch eine erste Adsorptionszone, die ein erstes Adsorbens enthält, und durch eine zweite Adsorptionszone, die ein zweites Adsorbens enthält, geleitet. In einem Regeneriertakt wird ein Regeneriergas unter einer zweiten, höheren Temperatur T2 in die erste Adsorptionszone eingeführt. In der ersten Adsorptionszone werden Wasserdampf und/oder Kohlendioxid im Wesentlichen vollständig aus der Luft entfernt. Die zweite Adsorptionszone weist ein Adsorbens auf, das stark stickstoffbindende Metallionen enthält.The publication also reveals DE 199 35 383 A1 A method and apparatus for purifying air of contaminants such as water, carbon dioxide, nitrous oxide, ethylene, and/or propane by thermally regenerated adsorption. In an adsorption cycle, air to be purified is passed successively at a first temperature T1 through a first adsorption zone containing a first adsorbent and through a second adsorption zone containing a second adsorbent. In a regeneration cycle, a regeneration gas is introduced into the first adsorption zone at a second, higher temperature T2. In the first adsorption zone, water vapor and/or carbon dioxide are essentially completely removed from the air. The second adsorption zone has an adsorbent containing strongly nitrogen-binding metal ions.

Die Druckschrift EP 3 102 308 B1 beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen beziehungsweise Reinigen eines Synthesegases aufweisend Kohlenstoffmonoxid sowie zumindest Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid, Methanol, Wasser und gegebenenfalls Stickstoff. Das Synthesegas wird gemäß Stand der Technik mittels Dampfreformierung beziehungsweise partieller Oxidation erzeugt. Um den Kohlenstoffmonoxid-Gehalt im Synthesegas zu erhöhen kann Kohlenstoffmonoxid, das aus dem Synthesegas abgetrennt wird, vor die Gaserzeugung als Edukt zurückgeführt werden.The printed matter EP 3 102 308 B1 describes a process for producing or purifying a synthesis gas comprising carbon monoxide and at least hydrogen, carbon monoxide, methanol, water, and optionally nitrogen. The synthesis gas is produced according to the prior art by steam reforming or partial oxidation. To increase the carbon monoxide content in the synthesis gas, carbon monoxide separated from the synthesis gas can be recycled as a reactant prior to gas production.

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.

Y. Gomez-Rueda et al. beschreiben in der Druckschrift „Rapid temperature swing adsorption using microwave regeneration for carbon capture“, Chemical Engineering Journal, 2022, 446(4), 137345, ISSN 1385-8947, https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137345 beispielsweise den Einsatz von Mikrowellenerwärmung für die thermische Regeneration eines porösen Kohlenstoffadsorptionsmittels bei der adsorptiven Kohlenstoffabscheidung. Ein Multimode-Mikrowellenofen wird hier verwendet, um die Desorption von CO2 nach der Adsorption eines CO2/N2-Gemisches (15/85 v/v) zu beschleunigen. Y. Gomez-Rueda et al. describe in their publication "Rapid temperature swing adsorption using microwave regeneration for carbon capture," Chemical Engineering Journal, 2022, 446(4), 137345, ISSN 1385-8947, https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137345 For example, the use of microwave heating for the thermal regeneration of a porous carbon adsorbent in adsorptive carbon deposition. A multimode microwave oven is used here to accelerate the desorption of CO 2 after the adsorption of a CO 2 /N 2 mixture (15/85 v/v).

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. 1. Suspendieren und/oder Dispergieren von Adsorbensmaterial und ggf. Kohlenstoffnanoröhrchen in einem Dispersionsmedium;
  2. 2. Infiltrieren eines dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Materials mit der Suspension/Dispersion aus Schritt 1.;
  3. 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.
The porous, electrically conductive three-dimensional network manufacturing process comprises at least the following steps:
  1. 1. Suspending and/or dispersing adsorbent material and, if applicable, carbon nanotubes in a dispersion medium;
  2. 2. Infiltrating a three-dimensional chemically inert and electrically conductive material with the suspension/dispersion from step 1.;
  3. 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.
The porous, electrically conductive three-dimensional network can be used
  • - 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.
The invention is described below with reference to the accompanying figure in the description of the figure, which is intended to illustrate the invention and is not to be considered limiting. It shows:
  • 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.

eine beispielhafte rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Materials 2 aus Kohlenstoff. Die einzelnen Kohlenstoff-Arme weisen hier einen Durchmesser von circa 1-5 µm auf und die Poren zwischen den Kohlenstoff-Armen sind zwischen 50 und 100 µm groß. Die mikroskopische Aufnahme zeigt die hohe Konnektivität der Kohlenstoff-Arme, die zu dem makroporösen Netzwerk führt. An example scanning electron micrograph of a three-dimensional, chemically inert and electrically conductive carbon material 2. The individual carbon arms have a diameter of approximately 1-5 µm, and the pores between the carbon arms are between 50 and 100 µm in size. The micrograph demonstrates the high connectivity of the carbon arms, which leads to the macroporous network.

zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung des erfindungsgemäßen porösen, elektrisch leitfähigen dreidimensionalen Netzwerk-Herstellungsverfahrens. In werden ein Adsorbens 3 und gegebenenfalls Kohlenstoffnanoröhren 5 in eine Lösung aus in diesem Beispiel Wasser und Alkohol als Dispersionsmedium 4 gegeben. Anschließend werden die Mikro- und/oder Nanopartikel des Adsorbens 3 in dem Dispersionsmedium 4 dispergiert und/oder suspendiert, so dass eine Dispersion und/oder Suspension 6 ausgebildet wird. Eine mögliche Methode hierbei ist die Nutzung von Ultraschall. In ) wird ein dreidimensional ausgebildetes chemisch inertes und elektrisch leitfähiges Material 2 mit der Dispersion und/oder Suspension 6 aus infiltriert. In ) findet die Trocknung des infiltrierten dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Materials 2 statt, wobei sich das suspendierte und/oder dispergierte Adsorbensmaterial 3 auf das infiltrierte dreidimensional ausgebildete chemisch inerte und elektrisch leitfähige Material 2 legt und so eine Beschichtung ausbildet, so dass das erfindungsgemäße poröse, elektrisch leitfähige dreidimensionale Netzwerk 1 gebildet wird. shows an exemplary schematic representation of the porous, electrically conductive three-dimensional network manufacturing process according to the invention. In An adsorbent 3 and optionally carbon nanotubes 5 are added to a solution of, in this example, water and alcohol as the dispersion medium 4. Subsequently, the micro- and/or nanoparticles of the adsorbent 3 are dispersed and/or suspended in the dispersion medium 4, so that a dispersion and/or suspension 6 is formed. One possible method is the use of ultrasound. ) a three-dimensional chemically inert and electrically conductive material 2 is mixed with the dispersion and/or suspension 6 of infiltrated. In ) the drying of the infiltrated three-dimensionally formed chemically inert and electrically conductive material 2 takes place, wherein the suspended and/or dispersed adsorbent material 3 is deposited on the infiltrated three-dimensionally formed chemically inert and electrically conductive material 2 and thus forms a coating, so that the porous, electrically conductive three-dimensional network 1 according to the invention is formed.

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 werden beispielhafte rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von a) einem dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Material 2 aus Kohlenstoff, b) einem porösen dreidimensionalen elektrisch leitfähigen Netzwerk mit einem dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Material 2 aus Kohlenstoff und mit Zeolith als Adsorbens 3, c) eines vergrößerten Ausschnitts aus ) und in d) eine beispielhafte thermographische Abbildung eines erfindungsgemäßen porösen, dreidimensionalen elektrisch leitfähigen Netzwerks 2 in dem die bei angelegter Spannung verschiedenen vorliegenden Temperaturzonen ersichtlich sind.In exemplary scanning electron micrographs of a) a three-dimensionally formed chemically inert and electrically conductive material 2 made of carbon, b) a porous three-dimensional electrically conductive network with a three-dimensionally formed chemically inert and electrically conductive material 2 made of carbon and with zeolite as adsorbent 3, c) an enlarged section of ) and in d) an exemplary thermographic image of a porous, three-dimensional electrically conductive network 2 according to the invention in which the different temperature zones present when voltage is applied can be seen.

In wurde das dreidimensional ausgebildete chemisch inerte und elektrisch leitfähige Material 2 mit Zeolith 13X-Partikeln mit einer Größe von circa 2 µm beschichtet.In The three-dimensional chemically inert and electrically conductive material 2 was coated with zeolite 13X particles with a size of approximately 2 µm.

In ) ist eine vergrößerte Aufnahme eines einzelnen, beschichteten Kohlenstoff-Arms aus dargestellt. Die Partikel legen sich hier eng an. Je kleiner die Partikel sind, desto besser können die einzelnen Kohlenstoff-Arme beschichtet werden.In ) is an enlarged image of a single coated carbon arm from The particles are tightly packed here. The smaller the particles, the better the individual carbon arms can be coated.

In ) handelt es sich um das dreidimensional ausgebildete chemisch inerte und elektrisch leitfähige Material 2, hier aus Kohlenstoff, des erfindungsgemäßen porösen elektrisch leitfähigen dreidimensionalen Netzwerks 1. Es handelt sich um ein Material mit 20 mm x 20 mm x 5 mm Volumen, das von den flachen Seiten kontaktiert wird. Durch das Anlegen einer Leistung kann das Material von innen aufgeheizt werden. Die Temperatur-Verteilung ist dabei sehr gleichmäßig und höchstens durch die Wärmeableitung an den Kontakten eingeschränkt.In ) is the three-dimensional, chemically inert and electrically conductive material 2, here made of carbon, of the porous, electrically conductive three-dimensional network 1 according to the invention. It is a material with a volume of 20 mm x 20 mm x 5 mm, which is contacted by the flat sides. By applying power, the material can be heated from the inside. The temperature distribution is very uniform and limited at most by the heat dissipation at the contacts.

Zudem zeigt eine beispielhafte rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Ausschnitts eines porösen dreidimensionalen elektrisch leitfähigen Netzwerks 1 mit einem dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Material 2 aus Kohlenstoff und mit einer metallorganischen Gerüststruktur als Adsorbens 3.In addition, an exemplary scanning electron micrograph of a section of a porous three-dimensional electrically conductive network 1 with a three-dimensionally formed chemically inert and electrically conductive material 2 made of carbon and with a metal-organic framework structure as adsorbent 3.

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.

zeigt eine beispielhafte fotographische Darstellung eines erfindungsgemäßen porösen dreidimensionalen elektrisch leitfähigen Netzwerks 1 mit einem dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Material 2 aus Kohlenstoff und dem Adsorbens Zeolith 13X. shows an exemplary photographic representation of a porous three-dimensional electrically conductive network 1 according to the invention with a three-dimensionally formed chemically inert and electrically conductive material 2 made of carbon and the adsorbent zeolite 13X.

In wird eine beispielhafte schematische Darstellung der Verwendung eines erfindungsgemäßen porösen dreidimensionalen elektrisch leitfähigen Netzwerks 1 als Temperaturwechseladsorber gezeigt.In an exemplary schematic representation of the use of a porous three-dimensional electrically conductive network 1 according to the invention as a temperature swing adsorber is shown.

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.

zeigt beispielhafte rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von dem porösen, dreidimensionalen elektrisch leitfähigen Netzwerk 1 mit einem dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Material 2 aus Kohlenstoff und mit einer metallorganischen Gerüststruktur (MOF) als Adsorbens 3 mit a) CAU-10 H, b) MOF 303 und c) MOF 801 als metallorganische Gerüststruktur. shows exemplary scanning electron micrographs of the porous, three-dimensional electrically conductive network 1 with a three-dimensionally formed chemically inert and electrically conductive material 2 made of carbon and with a metal-organic framework (MOF) as adsorbent 3 with a) CAU-10 H, b) MOF 303 and c) MOF 801 as metal-organic framework.

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 scheinen die MOF-Kristallite zu größeren Partikeln mit Durchmessern von bis zu 5 µm zu agglomerieren. Dies führt zu einem leicht verringerten Oberflächenkontakt im Vergleich zu den Netzwerken 1 in den ). Da die einzelnen Partikel gleichmäßig auf der Oberfläche des Kohlenstoffschwamms 2 verteilt sind, kommt es jedoch zu keiner Verstopfung der Makroporen.In The MOF crystallites appear to agglomerate into larger particles with diameters of up to 5 µm. This leads to a slightly reduced surface contact compared to the networks 1 in the ). However, since the individual particles are evenly distributed on the surface of the carbon sponge 2, the macropores do not become clogged.

Das Adsorbens 3 in , MOF-303, weist die dichteste Abdeckung der Kohlenstoff-Arme auf, so dass fast keine offene Oberfläche verbleibt und somit ein guter thermischer Kontakt gewährleistet ist. Außerdem sind die MOF-303-Partikel sehr nahe an den Kohlenstoff-Armen lokalisiert, wodurch der freie Raum für die Diffusion maximiert wird. Der vergrößerte Schnitt zeigt den engen Kontakt der MOF-303-Kristallite mit den Kohlenstoff-Armen.The adsorbent 3 in MOF-303 exhibits the densest coverage of the carbon arms, leaving almost no exposed surface, thus ensuring good thermal contact. Furthermore, the MOF-303 particles are located very close to the carbon arms, maximizing the free space for diffusion. The enlarged section shows the close contact of the MOF-303 crystallites with the carbon arms.

In ) haften die Kristallite des Adsorbens 3 MOF-801 eng an der Oberfläche des Kohlenstoffschwamms 2, ohne die Makroporen zu blockieren, obwohl eine gewisse Agglomeration der MOF-Partikel sichtbar ist.In ), the crystallites of adsorbent 3 MOF-801 adhere closely to the surface of carbon sponge 2 without blocking the macropores, although some agglomeration of the MOF particles is visible.

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 .
Further example:
  • 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 .

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 betrugen 70 % für CAU-10-H, 71 % für MOF-303 und 74 % für MOF-801.The carbon sponges and the metal-organic frameworks were combined into a composite material by liquid infiltration. For this purpose, 100 mg of MOF particles were suspended in 20 mL of water together with 10 wt.% of the polysiloxane binder SILRES® MP 50 E by ultrasonic treatment for 30 minutes. The dispersion was then dropped onto the carbon substrate, which was heated to 50 °C to accelerate solvent evaporation. This procedure was repeated until a loading of approximately 70 wt.% was reached, ensuring that the free volume of the substrate was not exceeded during infiltration to prevent the dispersion from drying out on the surface. The weight percentages of the MOFs in the final inventive networks according to were 70% for CAU-10-H, 71% for MOF-303 and 74% for MOF-801.

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 hergestellten erfindungsgemäßen Netzwerken bevorzugterweise gewünschte Regenerationstemperatur von ungefähr bzw. mindestens T= 70°C kann hierbei je nach Ausgestaltung des Netzwerks beispielsweise in weniger als zwei Minuten bei 0,9 W Heizleistung (6 V und 0,15 A) erreichen werden. Die Abkühlung erfolgt in einem ähnlichen Zeitrahmen, so dass das Netzwerk eine Temperatur von T < 30 °C beispielsweise in weniger als drei Minuten erreicht.For example, in the The preferably desired regeneration temperature of approximately or at least T=70°C for the networks produced according to the invention can be achieved, depending on the design of the network, for example, in less than two minutes at a heating power of 0.9 W (6 V and 0.15 A). Cooling takes place within a similar timeframe, so that the network reaches a temperature of T<30°C, for example, in less than three minutes.

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

Claims (12)

Poröses elektrisch leitfähiges dreidimensionales Netzwerk (1), dadurch gekennzeichnet, dass das poröse elektrisch leitfähige dreidimensionale Netzwerk (1) aus einem dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Material (2) ausgebildet ist, wobei das dreidimensional ausgebildete chemisch inerte und elektrisch leitfähige Material (2) wenigstens eine abschnittsweise oder vollständige Beschichtung mit einem Adsorbens (3) aufweist.Porous electrically conductive three-dimensional network (1), characterized in that the porous electrically conductive three-dimensional network (1) is formed from a three-dimensionally formed chemically inert and electrically conductive material (2), wherein the three-dimensionally formed chemically inert and electrically conductive material (2) has at least one partial or complete coating with an adsorbent (3). Netzwerk (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk (1) als Temperaturwechseladsorber ausgebildet ist.Network (1) to Claim 1 characterized in that the network (1) is designed as a temperature swing adsorber. Netzwerk (1) nach Anspruch 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, dass - das dreidimensional ausgebildete chemisch inerte und elektrisch leitfähige Material (2) aus Kohlenstoff ausgebildet ist und/oder - das Adsorbens (3) 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.Network (1) to Claim 1 or2, characterized in that - the three-dimensionally formed chemically inert and electrically conductive material (2) is formed from carbon and/or - the adsorbent (3) is formed 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. Netzwerk (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass 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 sind.Network (1) to Claim 3 , characterized in that the individual carbon arms in the network have a diameter of 0.5 to 8 µm and/or 1 to 5 µm and the Pores between the individual carbon arms are between 30 and 120 µm and/or 50 and 100 µm in size. Netzwerk (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk (1) eine Porosität von mindestens 50% oder über 80% aufweist und/oder das Adsorbens eine Nanoporosität aufweist.Network (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the network (1) has a porosity of at least 50% or more than 80% and/or the adsorbent has a nanoporosity. Netzwerk (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk (1) zusätzlich leitfähige Kohlenstoffnanoröhren (5) aufweist.Network (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the network (1) additionally comprises conductive carbon nanotubes (5). Poröses elektrisch leitfähiges dreidimensionales Netzwerk (1)-Herstellungsverfahren zumindest aufweisend die nachfolgenden Schritte: 1. Suspendieren und/oder Dispergieren von Adsorbensmaterial (3) in einem Dispersionsmedium (4); 2. Infiltrieren eines dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Materials (2) mit dem Dispersionsmedium (4) aus Schritt 1.; 3. Trocknen des infiltrierten dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Materials (2) aus Schritt 2., wobei sich das in Schritt 1. suspendierte und/oder dispergierte Adsorbensmaterial (3) auf das infiltrierte dreidimensional ausgebildete chemisch inerte und elektrisch leitfähige Material (2) legt und so eine abschnittsweise oder vollständige Beschichtung ausbildet.A method for producing a porous, electrically conductive three-dimensional network (1) comprising at least the following steps: 1. Suspending and/or dispersing adsorbent material (3) in a dispersion medium (4); 2. Infiltrating a three-dimensional, chemically inert and electrically conductive material (2) with the dispersion medium (4) from step 1; 3. Drying the infiltrated, three-dimensional, chemically inert and electrically conductive material (2) from step 2, wherein the adsorbent material (3) suspended and/or dispersed in step 1 is deposited on the infiltrated, three-dimensional, chemically inert and electrically conductive material (2), thus forming a partial or complete coating. Herstellungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass - das Trocknen für eine Dauer von 20 bis 28 Stunden und/oder von 24 Stunden durchgeführt wird und/oder - das Dispersionsmedium (4) in Schritt 1. als Lösung aus Wasser und/oder Alkohol ausgebildet ist und/oder - in Schritt 1. zusätzlich zu dem Adsorbensmaterial (3) leitfähige KohlenstoffNanoröhren (5) in das Dispersionsmedium (4) eingebracht werden.Manufacturing process according to Claim 7 , characterized in that - the drying is carried out for a period of 20 to 28 hours and/or 24 hours and/or - the dispersion medium (4) in step 1 is designed as a solution of water and/or alcohol and/or - in step 1, in addition to the adsorbent material (3), conductive carbon nanotubes (5) are introduced into the dispersion medium (4). Poröses elektrisch leitfähiges dreidimensionales Netzwerk (1)-Herstellungsverfahren zumindest aufweisend den Schritt: Synthetisieren von Adsorbens (3) als abschnittsweise oder vollständige Beschichtung auf einem dreidimensional ausgebildeten chemisch inerten und elektrisch leitfähigen Material (2) zur Ausbildung eines porösen elektrisch leitfähigen dreidimensionalen Netzwerks (1).A method for producing a porous, electrically conductive three-dimensional network (1), comprising at least the step of: Synthesizing adsorbent (3) as a partial or complete coating on a three-dimensionally formed, chemically inert and electrically conductive material (2) to form a porous, electrically conductive three-dimensional network (1). Poröses elektrisch leitfähiges dreidimensionales Netzwerk (1)-Verwendung aufweisend die nachfolgenden Schritte: - Zuführen eines Gasgemisches mit verschiedenen Gaskomponenten in einen Temperaturwechseladsorber mit einem porösen elektrisch leitfähigen dreidimensionalen Netzwerk (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5; - Einstellbares wechselndes Adsorbieren und Desorbieren von Gaskomponenten in dem Temperaturwechseladsorber, wobei das Adsorbieren bei niedrigerer Temperatur durchgeführt wird und das Desorbieren durch Anlegen einer Leistung an das chemisch inerte und elektrisch leitfähige Material (2) des porösen elektrisch leitfähigen dreidimensionalen Netzwerks (1) und dadurch bedingtes Erhitzen des Netzwerks (1) von innen heraus auf eine höhere Temperatur durchgeführt wird; - Abführen von Gaskomponenten aus dem Temperaturwechseladsorber.Porous electrically conductive three-dimensional network (1) use comprising the following steps: - feeding a gas mixture with different gas components into a temperature swing adsorber with a porous electrically conductive three-dimensional network (1) according to one of the Claims 1 until 5 - 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 (2) of the porous electrically conductive three-dimensional network (1) and thereby heating the network (1) from the inside out to a higher temperature; - Discharge of gas components from the temperature swing adsorber. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass - während des Vorgangs des Desorbierens das Adsorbens (3) mit einem Spülgas gespült wird und/oder - das Anlegen der Leistung in Form von Leistungspulsen durchgeführt wird und/oder - das einstellbare wechselnde Adsorbieren und Desorbieren im Temperaturwechseladsorber kontinuierlich im Dauerbetrieb oder im Batch-Betrieb durchgeführt wird.Use according to Claim 10 , characterized in that - during the desorption process the adsorbent (3) is flushed with a flushing gas and/or - the power is applied in the form of power pulses and/or - the adjustable alternating adsorption and desorption in the temperature swing adsorber is carried out continuously in continuous operation or in batch operation. Verwendung des porösen elektrisch leitfähigen dreidimensionalen Netzwerks (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 - als Temperaturwechseladsorber und/oder - zur Filterung von Kohlenstoffdioxid aus der Atemluft und/oder - zur Filterung von Kohlenstoffdioxid aus der Umgebungsluft und/oder - zur Filterung 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.Use of the porous electrically conductive three-dimensional network (1) according to one of the Claims 1 until 6 - as a temperature swing adsorber and/or - for filtering carbon dioxide from the breathing air and/or - for filtering carbon dioxide from the ambient air and/or - for filtering carbon dioxide from a gas mixture and/or air stream and/or - for filtering gases and/or - for cleaning gases and/or - for separating gases and/or - for drying air in analytical devices and/or - for drying air in consumer products and/or - for water enrichment and/or water extraction in water-scarce areas.
DE102024111238.7A 2024-04-22 2024-04-22 Porous electrically conductive three-dimensional network, porous electrically conductive three-dimensional network manufacturing method and use Active DE102024111238B3 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102024111238.7A DE102024111238B3 (en) 2024-04-22 2024-04-22 Porous electrically conductive three-dimensional network, porous electrically conductive three-dimensional network manufacturing method and use
PCT/DE2025/100400 WO2025223621A1 (en) 2024-04-22 2025-04-18 Porous electrically conductive three-dimensional network, porous electrically conductive three-dimensional network manufacturing method and use

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102024111238.7A DE102024111238B3 (en) 2024-04-22 2024-04-22 Porous electrically conductive three-dimensional network, porous electrically conductive three-dimensional network manufacturing method and use

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102024111238B3 true DE102024111238B3 (en) 2025-07-17

Family

ID=95656435

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102024111238.7A Active DE102024111238B3 (en) 2024-04-22 2024-04-22 Porous electrically conductive three-dimensional network, porous electrically conductive three-dimensional network manufacturing method and use

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102024111238B3 (en)
WO (1) WO2025223621A1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170106336A1 (en) * 2010-08-27 2017-04-20 Inventys Thermal Technologies Inc. Method of adsorptive gas separation using thermally conductive contactor structure

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2055425B2 (en) 1970-11-11 1979-09-06 Bayer Ag, 5090 Leverkusen Adsorption process for the decomposition of gas mixtures
DE3702190A1 (en) 1987-01-26 1988-08-04 Linde Ag Adsorption process
DE19935383A1 (en) 1999-07-29 2001-02-01 Linde Ag Method and device for purifying air
US20030037672A1 (en) 2001-08-27 2003-02-27 Shivaji Sircar Rapid thermal swing adsorption
EP2608867B8 (en) * 2010-08-27 2017-04-05 Inventys Thermal Technologies Inc. Method of adsorptive gas separation using thermally conductive contactor structure
US8784534B2 (en) 2011-03-01 2014-07-22 Exxonmobil Research And Engineering Company Pressure-temperature swing adsorption process
CN106132508B (en) 2014-02-04 2020-02-14 林德股份公司 Process for the preparation and purification of synthesis gas
US20180214817A1 (en) 2015-07-23 2018-08-02 Linde Aktiengesellschaft Adsorbent for a temperature swing adsorption method
EP3318321B1 (en) 2016-11-08 2019-07-03 Linde Aktiengesellschaft Method for producing an absorption device
EP3437734A1 (en) 2017-08-02 2019-02-06 Casale Sa Adsorber suitable for temperature swing adsorption

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170106336A1 (en) * 2010-08-27 2017-04-20 Inventys Thermal Technologies Inc. Method of adsorptive gas separation using thermally conductive contactor structure

Also Published As

Publication number Publication date
WO2025223621A1 (en) 2025-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60013969T2 (en) Organometallic polymers for gas separation and purification
DE60036905T2 (en) Gas separation process using composite adsorbent particles
DE60004382T2 (en) ZEOLITHIC ADSORBENTS, METHOD FOR THEIR PRODUCTION AND THEIR USE FOR REMOVING CO2 FROM GAS FLOWS
US5925168A (en) Method and apparatus for separating gases based on electrically and magnetically enhanced monolithic carbon fiber composite sorbents
DE3621013C2 (en) Nitrogen purifier and nitrogen purification process
US9579627B2 (en) Carbon molecular sieve and pellet compositions useful for C2-C3 alkane/alkene separations
DE202010009493U1 (en) Agglomerates of adsorbent particles
DE2200210B2 (en) PROCESS FOR THE REMOVAL OF NITROGEN OXIDES FROM GAS MIXTURES
WO2008150041A1 (en) Adsorbent for selective adsorption of carbon monoxide and process for preparation thereof
CN106999908A (en) Sorbent mixture with improved heat capacity
DE112011103811B4 (en) Festkörpersorptionskühlung
US6332916B1 (en) Activated carbon filter and process for the separation of noxious gases
AT11393U1 (en) DEVICE FOR TREATING GASES, IN PARTICULAR FOR DRYING NATURAL GAS OR BIOGAS
EP4558264A1 (en) Method and system for producing a sorption element for removing carbon dioxide from the ambient air
DE102007020421A1 (en) Process for the preparation of elemental sulfur doped carbonaceous adsorbents and methods for exhaust gas purification using such adsorbents
EP1128901A1 (en) Thermomembrane method and device
WO2017012703A1 (en) Adsorbent for a temperature swing adsorption method
DE102024111238B3 (en) Porous electrically conductive three-dimensional network, porous electrically conductive three-dimensional network manufacturing method and use
DE10032385A1 (en) Process for the regeneration of electrically conductive adsorbents loaded with organic substances
WO2003040259A2 (en) Body for isolating a constituent contained in a gas mixture
DE1794140C3 (en) Continuous process for separating a gas mixture with the aid of an adsorbent
DE2548290A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR SEPARATING AIR
DE1258842B (en) Process for removing moisture and sulfur compounds from gas mixtures formed in reforming plants
DE102024107287A1 (en) Zeolitic granules, process for their preparation and their use as adsorbent
DE102024107282A1 (en) Zeolitic shaped body, process for its preparation and its use as a sorption element

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R018 Grant decision by examination section/examining division