利用3D打印技術(shù)設(shè)計二氧化碳捕集過濾器

當(dāng)今人類面臨的最大挑戰(zhàn)之一無疑是氣候變化。大氣中過量的二氧化碳（CO2）會導(dǎo)致溫室效應(yīng)，使地球變暖，盡管許多科學(xué)家正在解決這一問題，但全球變暖的解決方案并不明確。然而，根據(jù)北卡羅來納州立大學(xué)的一項新研究，快速成型制造技術(shù)可以在其中發(fā)揮作用。研究人員已經(jīng)證明，使用3D打印技術(shù)制造二氧化碳捕集過濾器是可能的。

如前所述，全球變暖的直接原因是工業(yè)生產(chǎn)，特別是石油的使用，向大氣中排放了過量的二氧化碳。事實上，根據(jù)美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）全球監(jiān)測實驗室的年度報告，2022年全球大氣中二氧化碳的平均含量為百萬分之417.06，創(chuàng)下新紀(jì)錄，比工業(yè)化前的水平增加了50%以上。更不用說，海洋對二氧化碳的吸收導(dǎo)致酸度增加了30%。但這些問題很難解決。盡管理想的情況是我們停止使用造成這一問題的化石燃料，但許多人擔(dān)心這會破壞我們的生活方式。因此，人們正在積極尋找實際捕獲和儲存大氣中已有碳的方法。

使用3D打印技術(shù)制造二氧化碳捕集過濾器（crédits photo : Sen Zhang et Jialong Shen, NC State）

最近，北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員證明，利用3D打印技術(shù)制造二氧化碳捕集過濾器是可能的。具體來說，就是通過3D打印一種能夠含有碳酸酐酶的特殊水凝膠材料。這一點非常重要，因為這種酶能夠加速將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為碳酸氫鹽的反應(yīng)。該研究的第一作者、北卡羅來納州立大學(xué)紡織工程、化學(xué)和科學(xué)助理研究教授Jialong Shen解釋說："使用3D打印技術(shù)的制造工藝使一切變得更快、更精確。只要有打印機和原材料，就能制造出這種功能材料。我們配制的水凝膠具有足夠的機械強度，可以進行3D打印，還可以擠壓成連續(xù)的長絲。

用于3D打印的二氧化碳捕集過濾器

如前所述，研究人員將3D打印技術(shù)作為制造二氧化碳捕集過濾器的一種更快、更通用的方法。具體來說，他們采用了一種類似于材料噴射的擠出式3D打印和光聚合之間的交叉工藝。具體做法是用兩種不同的有機化合物和碳酸酐酶制成3D打印 "墨水"。然后，他們能夠在二維網(wǎng)格上打印水凝膠絲，同時用紫外線固化溶液。重要的是，制造出的水凝膠不僅可以擠出成連續(xù)的長絲，而且強度足以進行3D打印。

總的來說，他們似乎取得了成功。根據(jù)一份新聞稿，在一次小規(guī)模實驗中，他們能夠捕獲混合氣體中24%的二氧化碳。盡管這一比例低于之前的測試結(jié)果，但這可能是由于過濾器的直徑不足一英寸。此外，還可以將過濾器做得更大，并制成不同形狀，將其堆疊成一個大柱，以提高捕集效率。對該過濾器進行的耐久性測試還顯示，在超過1000小時后，其碳捕集性能仍保持在最初水平的52%。

該研究的共同通訊作者、北卡羅來納州立大學(xué)紡織工程、化學(xué)和科學(xué)副教授Sonja Salmon總結(jié)說："這項工作仍處于早期階段，但我們的研究結(jié)果表明，有新的方法可以制造碳捕集設(shè)備材料。我們?yōu)樘疾都瘞砹讼Ｍ?/span>