3D로 이산화탄소 필터를 만들 수 있어요

노스캐롤라이나 주립대학교

새로운 연구에서 노스캐롤라이나 주립대학교 연구진은 3D 프린팅을 사용하여 이산화탄소 포집 필터를 만드는 것이 가능하다는 것을 보여주었습니다. 구체적으로 그들은 이산화탄소와 물을 중탄산염으로 바꾸는 반응을 가속화하는 효소인 탄산탈수효소를 보유할 수 있는 하이드로겔 물질을 인쇄했습니다.

Gels 저널에 발표된 연구 결과는 3D 프린팅이 필터 디자인을 만드는 데 더 빠르고 다양한 방법이 될 수 있음을 시사합니다.

"3D 프린팅을 사용하는 이 제조 공정은 모든 것을 더 빠르고 정확하게 만듭니다."라고 NC State의 섬유 공학, 화학 및 과학 연구 조교수인 이번 연구의 주저자 Jialong Shen이 말했습니다. "프린터와 원자재를 이용할 수 있다면 이 기능성 소재를 만들 수 있습니다."

이 연구에서 NC State Wilson College of Textiles의 연구원들은 두 가지 서로 다른 유기 화합물(인쇄 "잉크")과 탄산탈수효소라고 불리는 효소를 함유한 용액을 혼합했습니다. 그런 다음 연구원들은 실 모양의 하이드로겔 필라멘트를 2차원 격자로 인쇄하면서 인쇄된 용액을 UV 광선으로 굳혔습니다.

Shen은 "우리는 3D 프린팅이 가능하고 연속 필라멘트로 압출될 수 있을 만큼 기계적으로 강력할 수 있는 방식으로 하이드로겔을 구성했습니다"라고 말했습니다. "우리 디자인의 영감은 액체로 채워진 구획화된 공간에 효소가 들어 있는 우리 자신의 세포에서 영감을 얻었습니다. 이러한 환경은 효소가 제 역할을 하는 데 도움이 됩니다."

연구진은 재료의 특성을 테스트하여 재료가 얼마나 잘 구부러지고 비틀리는지 이해하고 필터의 탄소 포집 성능을 조사했습니다. 소규모 실험에서 그들은 필터가 가스 혼합물에서 이산화탄소의 24%를 포착한다는 것을 발견했습니다. 캡처 속도는 이전 설계에서 달성한 것보다 낮지만 필터의 직경은 1인치(2센티미터) 미만이며 높은 기둥에 쌓기 위해 더 크고 다양한 모듈 형태로 만들 수 있습니다. . 이는 포획 효율을 높일 수 있다고 연구진은 말했다.

"더 높은 캡처 속도를 얻으려면 필터의 직경을 더 크게 만들거나 더 많은 필터를 서로 쌓아야 합니다"라고 Shen은 말했습니다. "우리는 그것이 문제라고 생각하지 않습니다. 이것은 테스트의 용이성을 위한 소규모 초기 테스트였습니다."

연구원들은 또한 재료의 여과 내구성을 테스트한 결과, 1,000시간 이상 후에도 초기 탄소 포집 성능의 52%를 유지하는 것으로 나타났습니다.

"이 연구는 아직 초기 단계이지만 우리의 연구 결과는 탄소 포집 장치용 재료를 만드는 새로운 방법이 있음을 시사합니다"라고 NC 주립 대학의 섬유 공학, 화학 및 과학 부교수인 이번 연구의 공동 교신 저자인 Sonja Salmon은 말했습니다. "우리는 탄소 포집에 대한 희망을 제시하고 있습니다."

"탄소 탈수효소 강화 UV 가교 PEG-DA/PEO 압출 하이드로겔 유연성 필라멘트 및 CO2 포집을 위한 내구성 그리드"라는 연구는 Gels에 온라인으로 게재되었습니다. 공동 저자로는 Sen Zhang과 Xiaomeng Fang이 있습니다. 자금은 노스캐롤라이나 주립대학교, Novo Nordisk 재단, 그리고 미국 에너지부 산하 국립 재생 에너지 연구소의 관리 및 운영 계약자인 지속 가능한 에너지 연합(Alliance for Sustainable Energy, LLC)에서 제공했습니다.

-oleniacz-

편집자 참고 사항:연구 요약은 다음과 같습니다.

탄산 탈수효소 강화 UV 가교 PEG-DA/PEO 압출 하이드로겔 유연한 필라멘트 및 CO 2 포집을 위한 내구성 있는 그리드

저자: Jialong Shen, Sen Zhang, Xiaomeng Fang 및 Sonja Salmon

게시일: 2023년 4월 16일, 젤

DOI:10.3390/젤9040341

추상적인: 이 연구에서는 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트/폴리(에틸렌 옥사이드)(PEG-DA/PEO) 상호 침투 폴리머 네트워크 하이드로겔(IPNH)을 1D 필라멘트와 2D 그리드로 압출했습니다. 효소 고정화 및 CO2 포집 적용을 위한 이 시스템의 적합성이 검증되었습니다. IPNH 화학 조성은 FTIR을 사용하여 분광학으로 확인되었습니다. 압출된 필라멘트는 6.5 MPa의 평균 인장 강도와 80%의 파단 연신율을 가졌습니다. IPNH 필라멘트는 꼬이고 구부러질 수 있으므로 기존 직물 제조 방법을 사용하여 추가 가공에 적합합니다. 에스테라제 활성으로부터 계산된 포획된 탄산탈수효소(CA)의 초기 활성 회복은 효소 용량이 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타났으나, 고효소 용량 시료의 활성 유지율은 150일 반복 세척 및 테스트 후 87% 이상이었습니다. 나선형 롤 구조의 패킹으로 조립된 IPNH 2D 그리드는 효소 용량이 증가함에 따라 CO2 포집 효율이 증가한 것으로 나타났습니다. CA 고정화 IPNH 구조 패킹의 장기 CO2 포집 성능은 1032시간 동안 연속 용매 재순환 실험에서 테스트되었으며, 여기서 초기 CO2 포집 성능의 52%와 효소 기여도의 34%가 유지되었습니다. 이러한 결과는 점도 향상 및 사슬 얽힘 목적으로 유사한 선형 폴리머를 사용하고 고정화된 CA의 높은 활성 유지 및 성능 안정성을 달성하는 기하학적으로 제어 가능한 압출 공정에 의해 신속한 UV 가교를 사용하여 효소 고정 하이드로겔을 형성하는 타당성을 입증합니다. . 이 시스템의 잠재적인 용도는 생체촉매 반응기 및 바이오센서 제조와 같은 다양한 응용 분야를 위한 3D 프린팅 잉크 및 효소 고정화 매트릭스로 확장됩니다.