紡織品過濾器測試顯示碳捕獲的前景

北卡羅來納州立大學的研究人員發現，他們可以使用一種新的基于紡織品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，這種過濾器結合了棉織物和一種叫做碳酸酐酶的酶——這是自然界加速化學反應的工具之一。

初步實驗室測試的結果代表著在開發一種可能的新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，與其他提議的解決方案相比，他們的設計將使這一步更容易。

“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，”該研究的主要作者、北卡羅來納州立大學博士后研究員沉嘉龍說。“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于，我們的方法可以使用傳統的紡織品制造設施輕松擴大規模。”

研究小組設計的基于紡織品的化學過濾器的核心是天然存在的酶 碳酸酐酶，它可以加速二氧化碳和水轉化為碳酸氫鹽的反應，碳酸氫鹽是小蘇打中的一種化合物。該酶在人體中起著重要作用;它有助于運輸二氧化碳，因此可以呼出。

“我們在我們的過程中借用了這種奇妙的酶來加速水溶液中二氧化碳的吸收，”沉說。

為了制造過濾器，研究人員將這種酶附著在兩層棉織物上，方法是將織物浸入含有殼聚糖材料的溶液中，這種材料的作用類似于膠水。殼聚糖以物理方式捕獲酶，使其粘附在織物上。

研究人員隨后進行了一系列實驗，以了解他們的過濾器如何將二氧化碳從二氧化碳和氮氣的空氣混合物中分離出來，模擬發電廠排放的水平。他們將織物卷成螺旋狀，以便將其推入管中。他們將氣體與水基溶液一起推過管子。隨著二氧化碳與溶液中的水和酶發生反應，它變成碳酸氫鹽并滴落到過濾器和試管中。然后，他們捕獲了碳酸氫鹽溶液并將其排出。

當他們以每分鐘 4 升的速度推動空氣通過過濾器時，使用單層過濾器可以抽出 52.3% 的二氧化碳，使用雙層過濾器可以抽出 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測試過濾器。相比之下，全面運行每分鐘需要處理超過 1000 萬升煙氣。研究人員正在與合作者合作，以進行更大規模的測試，并將他們的技術與正在研究的其他可比技術進行比較。

“這是一個仍在進行中的故事，但我們得到了一些非常令人興奮的初步結果，”該研究的合著者、北卡羅來納州立大學紡織工程、化學和科學副教授 Sonja Salmon 說。“我們取得了非常重大的進展。”

除了測試過濾器的碳捕獲率外，他們還測試了過濾器在洗滌、干燥和儲存五個循環后的工作情況。他們發現它可以保持高水平的性能。

“這種酶可以在較低的溫度下保持很長時間，并且會很耐用，”沉說。“這種織物為它提供了物理支撐和結構，同時為它提供了與二氧化碳反應的大表面積。”

捕獲二氧化碳只是該過程的一部分——他們還在研究如何在液體離開過濾器后對其進行回收利用，以及將碳酸氫鹽轉化為二氧化碳以便儲存和儲存的過程。處置或用于其他商業目的。

“我們希望再生過濾器使用的水溶液，這樣我們就可以一遍又一遍地使用它，”Salmon 說。“該過程的那一側需要更多的工作，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，與現有的商業化碳捕獲技術相比，需要更少的能源，其中一些僅用于過濾二氧化碳并將其釋放回大氣中。他們希望他們的碳捕獲系統可以幫助降低成本，以幫助提高采用率。

“有很多不同的方法來捕獲二氧化碳，”沉說。“商業環境中的當前標準使用的反應是如此之快，如此強大，并且與二氧化碳結合得如此之好，以至于你不能輕易將二氧化碳排出。你必須使用非常高的溫度，這意味著大量的能源消耗。這使您的過程更加昂貴。

這項名為“使用殼聚糖捕獲CO 2將碳酸酐酶固定在紡織品結構化包裝上的碳酸酐酶”的研究在線發表在ACS 可持續化學與工程上。