利用3D打印技术设计二氧化碳捕集过滤器

魔猴君  行业资讯   284天前

当今人类面临的最大挑战之一无疑是气候变化。大气中过量的二氧化碳（CO2）会导致温室效应，使地球变暖，尽管许多科学家正在解决这一问题，但全球变暖的解决方案并不明确。然而，根据北卡罗来纳州立大学的一项新研究，快速成型制造技术可以在其中发挥作用。研究人员已经证明，使用3D打印技术制造二氧化碳捕集过滤器是可能的。

如前所述，全球变暖的直接原因是工业生产，特别是石油的使用，向大气中排放了过量的二氧化碳。事实上，根据美国国家海洋和大气管理局（NOAA）全球监测实验室的年度报告，2022年全球大气中二氧化碳的平均含量为百万分之417.06，创下新纪录，比工业化前的水平增加了50%以上。更不用说，海洋对二氧化碳的吸收导致酸度增加了30%。但这些问题很难解决。尽管理想的情况是我们停止使用造成这一问题的化石燃料，但许多人担心这会破坏我们的生活方式。因此，人们正在积极寻找实际捕获和储存大气中已有碳的方法。

使用3D打印技术制造二氧化碳捕集过滤器（crédits photo : Sen Zhang et Jialong Shen, NC State）

最近，北卡罗来纳州立大学的研究人员证明，利用3D打印技术制造二氧化碳捕集过滤器是可能的。具体来说，就是通过3D打印一种能够含有碳酸酐酶的特殊水凝胶材料。这一点非常重要，因为这种酶能够加速将二氧化碳和水转化为碳酸氢盐的反应。该研究的第一作者、北卡罗来纳州立大学纺织工程、化学和科学助理研究教授Jialong Shen解释说："使用3D打印技术的制造工艺使一切变得更快、更精确。只要有打印机和原材料，就能制造出这种功能材料。我们配制的水凝胶具有足够的机械强度，可以进行3D打印，还可以挤压成连续的长丝。

用于3D打印的二氧化碳捕集过滤器

如前所述，研究人员将3D打印技术作为制造二氧化碳捕集过滤器的一种更快、更通用的方法。具体来说，他们采用了一种类似于材料喷射的挤出式3D打印和光聚合之间的交叉工艺。具体做法是用两种不同的有机化合物和碳酸酐酶制成3D打印 "墨水"。然后，他们能够在二维网格上打印水凝胶丝，同时用紫外线固化溶液。重要的是，制造出的水凝胶不仅可以挤出成连续的长丝，而且强度足以进行3D打印。

总的来说，他们似乎取得了成功。根据一份新闻稿，在一次小规模实验中，他们能够捕获混合气体中24%的二氧化碳。尽管这一比例低于之前的测试结果，但这可能是由于过滤器的直径不足一英寸。此外，还可以将过滤器做得更大，并制成不同形状，将其堆叠成一个大柱，以提高捕集效率。对该过滤器进行的耐久性测试还显示，在超过1000小时后，其碳捕集性能仍保持在最初水平的52%。

该研究的共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学纺织工程、化学和科学副教授Sonja Salmon总结说："这项工作仍处于早期阶段，但我们的研究结果表明，有新的方法可以制造碳捕集设备材料。我们为碳捕集带来了希望。

来源：3dnatives.