ノースカロライナ州立大学、捕捉効率24%の3Dプリント二酸化炭素フィルターを開発

ノースカロライナ州立大学、捕捉効率24%の3Dプリント二酸化炭素フィルターを開発
2023年6月11日、Antarctic Bearは、ノースカロライナ州立大学の研究者が3Dプリントを使用して二酸化炭素捕捉フィルターを製造する可能性を実証したことを知りました。同大学によれば、研究者らは二酸化炭素と水を重炭酸塩に変える反応を加速させる酵素である炭酸脱水酵素を宿すことができるハイドロゲル材料を印刷したという。この研究結果は、3D プリントがフィルター設計においてより高速で多用途なアプローチとなる可能性があることを示唆しています。
画像提供: Sen Zhang および Jialong Shen - ノースカロライナ州立大学 この研究は、「炭酸脱水酵素を強化した UV 架橋 PEG-DA/PEO 押し出しハイドロゲルの柔軟なフィラメントと CO2 捕捉用の耐久性のあるグリッド」と題された論文で、Gels 誌オンライン版に掲載されました。共著者にはZhang SenとFang Xiaomengが含まれます。資金は、ノースカロライナ州立大学、ノボ ノルディスク財団、および米国エネルギー省国立再生可能エネルギー研究所の管理・運営請負業者であるAlliance for Sustainable Energy, LLCから提供されました。

関連論文リンク: https://www.mdpi.com/2310-2861/9/4/341
「3Dプリントにより、製造工程がはるかに高速かつ正確になります」と、ノースカロライナ州立大学の繊維工学、化学、科学の准教授で、この研究の主執筆者であるジアロン・シェン氏は言う。「3Dプリンターと原材料があれば、この機能的な材料を作ることができます。」
この研究のために、ノースカロライナ州立大学ウィルソン繊維大学の研究者らは、2種類の異なる有機化合物(印刷インクを作るために混ぜる)と炭酸脱水酵素と呼ばれる酵素を含むハイブリッド溶液を開発した。研究者らは次に、ハイドロゲルの糸状のフィラメントを2次元グリッドに印刷し、印刷しながら紫外線で溶液を硬化させた。
ハイドロゲルフィラメント/メッシュ製造装置の概略図。 △PEG-DA/PEO (IPNH) 相互浸透ポリマーネットワークハイドロゲルの形成の模式図 △PEG-DA/PEO (IPNH) メッシュの押し出し成形プロセス EG-DA/PEO (IPNH) フィラーを充填した CO2 ガスフィルターのテスト: CO2 捕捉効率 (a) NZCA 投与量との関係、(b) 1032 時間の連続溶媒リサイクルにおける効率 シェン教授は次のように語っています。「私たちが配合したハイドロゲルは、3D プリントできるほど機械的強度があり、連続フィラメントに押し出すこともできます。私たちの設計の背後にあるインスピレーションは、酵素を液体で満たされた区画にパッケージ化する体自身の細胞組織から得たものです。この環境は、酵素の働きを助けるのに役立ちます。」
研究者らは、この材料がどの程度曲がったりねじれたりするか特性をテストし、フィルターの炭素捕捉性能を研究した。小規模な実験では、フィルターがガス混合物中の二酸化炭素の24%を捕捉したことがわかった。捕集率は以前の設計より低いが、フィルターの直径は1インチ(約2センチメートル)未満で、さらに大きくしたり、さまざまなモジュール形状にしたりして、高い柱状に積み重ねることもできる。これにより捕獲効率が大幅に向上すると報告されています。
「捕集率を高めるには、フィルターの直径を大きくするか、フィルターをもっと積み重ねる必要があります」とシェン氏は言う。「これは問題ではないと思います。テストを簡単にするために小規模な予備テストを行っただけです。」
研究者らは、この素材の濾過耐久性もテストし、1,000時間以上経過しても当初の炭素捕捉性能の52%を維持していることを発見した。
「この研究はまだ初期段階ですが、私たちの研究結果は、炭素回収装置用の材料を製造する新しい方法があることを示唆しています」と、ノースカロライナ州立大学の繊維工学、化学、科学の准教授で、この研究の共同責任著者であるソニア・サルモン氏は述べた。「私たちの研究は、炭素回収に新たな希望を与えています。」
生体触媒、炭酸脱水酵素、CO2回収、ハイドロゲル

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