NCSU 新型棉織物過濾器顯示出作為二氧化碳去除劑的前景
發布日期：北卡羅來納州立大學的研究人員發現，他們可以使用一種擬議的新型基於織物的過濾器，以有希望的速度過濾空氣和氣體混合物中的二氧化碳，該過濾器結合了棉織物和一種稱為碳酸酐酵素的酵素－自然界加速化學反應的工具之一。
這 發現 最初的實驗室測試表明，在開發一種可能的新型碳捕獲技術方面向前邁出了一步，該技術可以減少生物質、煤炭或天然氣發電廠的二氧化碳排放。雖然過濾器的尺寸需要顯著擴大，但研究人員認為，與其他提出的解決方案相比，他們的設計將使這一步驟變得更容易。
該研究的主要作者表示：“通過這項技術，我們希望從源頭上阻止二氧化碳排放，而發電廠是目前二氧化碳排放的主要來源。” 沈家龍，北卡羅來納州立大學博士後研究學者。 “我們認為，與類似的針對性研究相比，我們的方法的主要優勢在於，我們的方法可以使用傳統的紡織製造設施輕鬆擴大規模。”
研究小組設計的基於紡織品的化學過濾器的核心是天然存在的碳酸酐酶，它可以加速二氧化碳和水轉化為碳酸氫鹽（小蘇打中的一種化合物）的反應。酵素在人體中發揮重要作用；它有助於運輸二氧化碳，以便呼出。
「我們在製程過程中藉用了這種奇妙的酵素來加速水溶液中二氧化碳的吸收，」沈說。
為了製造過濾器，研究人員將酵素附著在兩層棉織物上，方法是將織物浸泡在含有殼聚醣材料的溶液中，而殼聚醣的作用類似於膠水。殼聚醣以物理方式捕獲酶，使其黏附在織物上。
研究人員隨後進行了一系列實驗，模擬發電廠的排放水平，看看他們的過濾器如何有效地將二氧化碳從二氧化碳和氮氣的空氣混合物中分離出來。他們將織物捲成螺旋狀，以便可以將其推入管中。他們將氣體與水基溶液一起通過管子。當二氧化碳與溶液中的水和酵素發生反應時，它變成碳酸氫鹽並沿著過濾器和管子滴下。然後，他們捕獲了碳酸氫鹽溶液並將其排出。
當他們以每分鐘 4 公升的速度推動空氣通過過濾器時，使用單層過濾器可以提取 52.3% 的二氧化碳，使用雙層過濾器可以提取 81.7% 的二氧化碳。雖然研究結果很有希望，但他們需要針對商業發電廠中使用的更快空氣流速來測試過濾器。相較之下，全面運作每分鐘需要處理超過 1,000 萬公升菸氣。研究人員正在與合作者合作進行更大規模的測試，並將他們的技術與正在研究的其他類似技術進行比較。
研究合著者表示：“這個故事仍在進行中，但我們得到了一些非常令人興奮的初步結果。” 索尼婭·鮭魚，北卡羅來納州立大學紡織工程、化學和科學副教授。 “我們已經取得了非常重大的進展。”
除了測試過濾器的碳捕獲率之外，他們還測試了過濾器在五次洗滌、乾燥和儲存循環後的工作效果。他們發現它可以保持高水準的性能。
「這種酵素可以在較低的溫度下保存很長時間，而且很耐用，」沈說。 “這種織物為其提供物理支撐和結構，同時提供較大的表面積以使其與二氧化碳發生反應。”
捕獲二氧化碳只是這個過程的一部分——他們還在研究如何回收液體離開過濾器後的問題，以及將碳酸氫鹽轉化為二氧化碳的過程，以便將其儲存和回收。處置或用於其他商業目的。
「我們希望再生過濾器使用的水溶液，這樣我們就可以重複使用它，」薩蒙說。 “該過程的這一方面需要更多的工作，以使溶劑的再生能量盡可能低。”
研究人員表示，需要新的碳捕獲技術，該技術比現有的商業化碳捕獲技術需要更少的能源，其中一些技術僅用於過濾二氧化碳並將其釋放回大氣中。他們希望他們的碳捕獲系統能幫助降低成本，從而促進採用。
「捕獲二氧化碳的方法有很多不同，」沉說。 「目前商業環境中的標準使用的反應非常快、非常強，並且與二氧化碳的結合非常好，以至於你無法輕易地將二氧化碳去除。你必須使用非常高的溫度，這意味著大量的能源消耗。這會讓你的流程變得更加昂貴。”
該研究“利用殼聚醣包埋二氧化碳將碳酸酐酶固定在紡織規整填料上”2 捕獲”是 線上發表於 ACS 可持續化學與工程。合著者包括岳媛，她完成了博士學位。在薩蒙的團隊中。該研究得到了北卡羅來納州和永續能源聯盟的支持，該聯盟是美國能源部國家可再生能源實驗室（NREL）的管理和營運承包商，透過生物能源技術辦公室（BETO）資助的專案作為合作NREL、北卡羅來納州立大學和肯塔基大學應用能源研究中心合作，使用Novozymes 的酵素。
原文來源： WRAL 技術線