С помощью 3D-печати можно сделать фильтры для улавливания углекислого газа

Антропогенные выбросы углекислого газа за последние полвека вызвали резкое увеличение содержания углекислого газа в атмосфере. Это усугубляет парниковый эффект и глобальное потепление. Таким образом, устранение выбросов углекислого газа из важных стационарных источников является одним из наиболее важных мер по смягчению последствий кризиса, связанного с изменением климата.

В недавнем исследовании ученые из Университета штата Северная Каролина показали, что 3D-печать можно использовать для создания фильтров для улавливания углекислого газа. Они специально создали гидрогель, способный содержать карбоангидразу — фермент, ускоряющий превращение углекислого газа и воды в бикарбонат.

Ведущий автор исследования Цзялонг Чен, доцент кафедры текстильной инженерии, химии и науки в штате Северная Каролина, сказал: «Этот производственный процесс с использованием 3D-печати делает все быстрее и точнее. Вы можете создавать эти функциональные материалы, если у вас есть доступ к принтеру и сырью».

Ученые смешали раствор, содержащий два разных органических соединения — или типографские «чернила» — и фермент под названием карбоангидраза. Затем они напечатали нитевидные нити гидрогеля в двухмерную сеть. В то же время они затвердевают раствор с помощью УФ-света, когда он печатается.

Гидрогель предназначен для экструзии в непрерывную нить и обладает достаточной механической прочностью для 3D-печати. Наши клетки, которые содержат ферменты в сегментированных, заполненных жидкостью областях, послужили моделью для нашей конструкции. Такие условия идеально подходят для активизации активности ферментов.

Была исследована эффективность углеродного массива фильтра, и ученые также оценили свойства материала, чтобы определить, насколько хорошо он изгибается и скручивается. В небольшом эксперименте они обнаружили, что фильтр улавливает 24% углекислого газа в газовой смеси. Фильтр был менее дюйма (2 см) в диаметре. Тем не менее, они могут быть увеличены и иметь другую модульную форму для укладки в длинную колонку, хотя скорость захвата ниже, чем то, что было достигнуто в предыдущих конструкциях. Это может повысить эффективность захвата.

Шейн сказал, «Чтобы получить более высокую скорость захвата, нам нужно было бы увеличить диаметр фильтра или поставить больше фильтров друг на друга. Мы не думаем, что это проблема. Это был предварительный тест в небольшом масштабе для простоты тестирование».

Что касается долговечности фильтрации, было обнаружено, что материал достигает начальной эффективности улавливания углерода 52% после более чем 1000 часов.

Соавтор исследования Соня Сэлмон, доцент кафедры текстильной инженерии, химии и науки в штате Северная Каролина, сказала: «Эта работа все еще находится на ранней стадии, но наши результаты показывают, что существуют новые способы изготовления материалов для устройств улавливания углерода. Мы вселяем надежду на улавливание углерода».

Ссылка на журнал:

1. Цзялун Чен, Сен Чжан, Сяомин Фан, Соня Салмон. Карбонангидраза с УФ-излучением, сшитые ПЭГ-ДА/ПЭО, гибкие гидрогелевые нити, экструдированные и прочные сети захвата углекислого газа. гели, 2023; 9 (4): 341 DOI: 10,3390/гель