3Dプリンターで二酸化炭素フィルターが作れる

Apr 24, 2023

ノースカロライナ州立大学の研究者は、3D プリンティングを使用して二酸化炭素捕捉フィルターを作成できることを実証しました。

セン・チャン氏とジアロン・シェン氏、ノースカロライナ州

新しい研究で、ノースカロライナ州立大学の研究者は、3D プリンティングを使用して二酸化炭素捕捉フィルターを作成できることを実証しました。 具体的には、二酸化炭素と水を重炭酸塩に変える反応を促進する酵素、炭酸脱水酵素を保持できるヒドロゲル素材をプリントした。

ジャーナル「Gels」に掲載されたこの研究結果は、3D プリンティングがフィルター設計を作成するためのより高速で汎用性の高い方法である可能性があることを示唆しています。

「3Dプリンティングを使用したこの製造プロセスにより、すべてがより速く、より正確になります」と、研究の筆頭著者であり、ノースカロライナ州立大学の繊維工学、化学、科学の助教授であるJialong Shen氏は述べた。 「プリンターと原材料があれば、この機能性素材を作ることができます。」

この研究では、ノースカロライナ州立ウィルソン繊維大学の研究者らが、2つの異なる有機化合物（印刷「インク」）と炭酸脱水酵素と呼ばれる酵素を含む溶液を混合した。 次に研究者らは、印刷時に溶液を UV 光で固化させながら、ヒドロゲルの糸状フィラメントを 2 次元グリッドに印刷しました。

「私たちは、3D プリントできるほど機械的強度が高く、連続フィラメントに押し出されるような方法でヒドロゲルを配合しました」と Shen 氏は述べています。 「私たちのデザインの背後にあるインスピレーションは、液体で満たされた区画された空間に酵素が詰め込まれた私たち自身の細胞でした。そのような環境は、酵素の働きを助けるのに適しています。」

研究者らは、材料の特性をテストして材料がどの程度曲がり、ねじれるかを理解し、フィルターの炭素捕捉性能を調査しました。 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りました。 捕捉率は以前の設計で達成したものより低いものの、フィルターの直径は 1 インチ (2 センチメートル) 未満であり、高い柱に積み重ねるためにフィルターをより大きくし、さまざまなモジュール形状にすることができました。 。 研究者らによると、これにより捕獲効率が向上する可能性があるという。

「より高い捕捉率を得るには、フィルターの直径を大きくするか、より多くのフィルターを積み重ねる必要があります」とシェン氏は述べています。 「私たちはそれが問題だとは考えていません。これはテストを容易にするための小規模な初期テストでした。」

研究者らはまた、この材料の濾過耐久性をテストしたところ、1,000 時間を超えても初期の炭素捕捉性能の 52% が保持されていることを発見しました。

「この研究はまだ初期段階だが、我々の研究結果は、炭素捕捉装置用の材料を作る新しい方法があることを示唆している」と、この研究の共著者であり、ノースカロライナ州立大学の繊維工学、化学、科学の准教授であるSonja Salmon氏は述べた。 「私たちは二酸化炭素回収に希望を与えています。」

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