纺织品过滤器测试显示碳捕获的前景

北卡罗来纳州立大学的研究人员发现，他们可以使用一种新的基于纺织品的过滤器以有希望的速度过滤空气和气体混合物中的二氧化碳，这种过滤器结合了棉织物和一种叫做碳酸酐酶的酶——这是自然界加速化学反应的工具之一。

初步实验室测试的结果代表着在开发一种可能的新碳捕获技术方面向前迈出了一步，该技术可以减少生物质、煤炭或天然气发电厂的二氧化碳排放。虽然过滤器的尺寸需要显着扩大，但研究人员认为，与其他提议的解决方案相比，他们的设计将使这一步更容易。

“通过这项技术，我们希望从源头上阻止二氧化碳排放，而发电厂是目前二氧化碳排放的主要来源，”该研究的主要作者、北卡罗来纳州立大学博士后研究员沉嘉龙说。“我们认为，与类似的针对性研究相比，我们的方法的主要优势在于，我们的方法可以使用传统的纺织品制造设施轻松扩大规模。”

研究小组设计的基于纺织品的化学过滤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转化为碳酸氢盐的反应，碳酸氢盐是小苏打中的一种化合物。该酶在人体中起着重要作用;它有助于运输二氧化碳，因此可以呼出。

“我们在我们的过程中借用了这种奇妙的酶来加速水溶液中二氧化碳的吸收，”沉说。

为了制造过滤器，研究人员将这种酶附着在两层棉织物上，方法是将织物浸入含有壳聚糖材料的溶液中，这种材料的作用类似于胶水。壳聚糖以物理方式捕获酶，使其粘附在织物上。

研究人员随后进行了一系列实验，以了解他们的过滤器如何将二氧化碳从二氧化碳和氮气的空气混合物中分离出来，模拟发电厂排放的水平。他们将织物卷成螺旋状，以便将其推入管中。他们将气体与水基溶液一起推过管子。随着二氧化碳与溶液中的水和酶发生反应，它变成碳酸氢盐并滴落到过滤器和试管中。然后，他们捕获了碳酸氢盐溶液并将其排出。

当他们以每分钟 4 升的速度推动空气通过过滤器时，使用单层过滤器可以抽出 52.3% 的二氧化碳，使用双层过滤器可以抽出 81.7% 的二氧化碳。虽然研究结果很有希望，但他们需要针对商业发电厂中使用的更快空气流速测试过滤器。相比之下，全面运行每分钟需要处理超过 1000 万升烟气。研究人员正在与合作者合作，以进行更大规模的测试，并将他们的技术与正在研究的其他可比技术进行比较。

“这是一个仍在进行中的故事，但我们得到了一些非常令人兴奋的初步结果，”该研究的合著者、北卡罗来纳州立大学纺织工程、化学和科学副教授 Sonja Salmon 说。“我们取得了非常重大的进展。”

除了测试过滤器的碳捕获率外，他们还测试了过滤器在洗涤、干燥和储存五个循环后的工作情况。他们发现它可以保持高水平的性能。

“这种酶可以在较低的温度下保持很长时间，并且会很耐用，”沉说。“这种织物为它提供了物理支撑和结构，同时为它提供了与二氧化碳反应的大表面积。”

捕获二氧化碳只是该过程的一部分——他们还在研究如何在液体离开过滤器后对其进行回收利用，以及将碳酸氢盐转化为二氧化碳以便储存和储存的过程。处置或用于其他商业目的。

“我们希望再生过滤器使用的水溶液，这样我们就可以一遍又一遍地使用它，”Salmon 说。“该过程的那一侧需要更多的工作，以使溶剂的再生能量尽可能低。”

研究人员表示，需要新的碳捕获技术，与现有的商业化碳捕获技术相比，需要更少的能源，其中一些仅用于过滤二氧化碳并将其释放回大气中。他们希望他们的碳捕获系统可以帮助降低成本，以帮助提高采用率。

“有很多不同的方法来捕获二氧化碳，”沉说。“商业环境中的当前标准使用的反应是如此之快，如此强大，并且与二氧化碳结合得如此之好，以至于你不能轻易将二氧化碳排出。你必须使用非常高的温度，这意味着大量的能源消耗。这使您的过程更加昂贵。

这项名为“使用壳聚糖捕获CO 2将碳酸酐酶固定在纺织品结构化包装上的碳酸酐酶”的研究在线发表在ACS 可持续化学与工程上。