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北卡罗莱纳州立大学的研究人员发现，他们可以用一种新提出的基于纺织品的过滤器从空气和气体混合物中以有前景的速度过滤二氧化碳，这种过滤器将棉织物和一种叫做碳酸酐酶的酶结合起来，碳酸酐酶是自然界加速化学反应的工具之一。
的发现从最初的实验室测试开始，这代表着一种可能的新碳捕获技术的发展向前迈进了一步，这种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。虽然过滤器需要大幅放大，但研究人员认为，与其他提出的解决方案相比，他们的设计将使这一步骤更容易。
该研究的主要作者说:“有了这项技术，我们想从源头上阻止二氧化碳的排放，而发电厂是目前二氧化碳排放的主要来源。Jialong沈她是北卡罗来纳州立大学的博士后研究学者。“我们认为，与类似的有针对性的研究相比，我们的方法的主要优势在于，我们的方法可以很容易地利用传统的纺织制造设施进行放大。”
研究团队设计的一种纺织化学过滤器的核心是天然存在的碳酸酐酶，它可以加速二氧化碳和水转化为小苏打中的化合物小苏打的反应。这种酶在人体中起着重要作用;它帮助运输二氧化碳，这样二氧化碳就可以被呼出。
“我们在我们的过程中借用了这种奇妙的酶来加速二氧化碳在水溶液中的吸收，”沈说。
为了制造这种过滤器，研究人员将这种酶附着在双层棉织物上，方法是将织物浸泡在含有一种叫做壳聚糖的物质的溶液中，这种物质的作用类似于胶水。壳聚糖在物理上捕获了酶，使其粘在织物上。
随后，研究人员进行了一系列实验，以模拟发电厂的排放水平，看看他们的过滤器从二氧化碳和氮的混合物中分离二氧化碳的效果如何。他们把织物卷成螺旋形，以便能塞进管子里。他们把气体和水基溶液一起推过管子。当二氧化碳与溶液中的水和酶发生反应时，它变成了碳酸氢盐，并从过滤器和管中滴下来。然后，他们捕获碳酸氢盐溶液并将其排出。
当空气以每分钟4升的速度通过过滤器时，单叠式过滤器可以抽出52.3%的二氧化碳，双叠式过滤器可以抽出81.7%。虽然研究结果很有希望，但他们需要对商用发电厂使用的更快的空气流速进行测试。作为比较，全面运作每分钟需要处理1 000多万升烟道气。研究人员正在与合作者进行更大规模的测试，并将他们的技术与正在研究的其他类似技术进行比较。
“研究还在进行中，但我们得到了一些真正令人兴奋的初步结果，”该研究的合著者说索尼娅鲑鱼他是北卡罗来纳州立大学纺织工程、化学和科学专业的副教授。“我们已经取得了非常显著的进展。”
除了测试过滤器的碳捕获率，他们还测试了过滤器在洗涤、干燥和储存五次循环后的工作情况。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一段时间，它将是持久的，”沈说。“这种织物为它提供了物理支撑和结构，同时为它提供了一个与二氧化碳反应的大表面积。”
捕获二氧化碳只是这个过程的一部分——他们还在研究如何在液体从过滤器中出来后回收它，以及如何将碳酸氢盐变回二氧化碳，这样它就可以储存和处理，或者用于其他商业目的。
萨尔蒙说:“我们想让我们使用过滤器的水溶液再生，这样我们就可以反复使用它。”“这方面的过程需要更多的工作，以使溶剂的再生能量尽可能低。”
研究人员说，需要新的碳捕获技术，这种技术需要比现有的商业化碳捕获技术消耗更少的能源，其中一些技术只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，促进采用。
“有很多不同的方法来捕获二氧化碳，”沈说。“目前商业环境中的标准使用了一种反应，这种反应非常快速、非常强劲，而且能很好地结合二氧化碳，所以你不容易将二氧化碳排出。你必须使用非常高的温度，这意味着大量的能源消耗。这使得生产过程更加昂贵。”
壳聚糖诱捕法在纺织品结构填料上固定化碳酸酐酶的研究2捕捉”是发表在ACS可持续化学与工程．合著者包括岳媛(音)，她在萨尔蒙的团队完成了博士学位。该研究得到了北卡罗莱纳州和可持续能源联盟的支持，该联盟是美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)的管理和运营商承包商，通过生物能源技术办公室(BETO)资助的项目，作为NREL、北卡罗莱纳州和肯塔基大学应用能源研究中心之间的合作，使用了Novozymes的酶。
-oleniacz -
编辑报告:摘要如下。
”碳酸壳聚糖在纺织品结构填料上固定化酸酐酶捕获CO2的研究
作者:沈佳龙，袁玥和萨蒙儿。
发表在ACS可持续化学与工程2022年6月1日。
DOI: 10.1021 / acssuschemeng.2c02545
摘要:迫切需要创新的二氧化碳(CO2)捕获方法，以降低和扭转导致气候变化的二氧化碳排放。在这里，我们报道了高效生物催化纺织品气液接触器的设计、制作和测试，该接触器使用多功能、可持续和易得的聚合物、纤维素和壳聚糖，以及固定化碳酸酐酶(CA)酶，以加速二氧化碳吸收到良性、低能量的碳酸钾水溶液(K2CO3)基溶剂。这种新型的结构填料能够承受二氧化碳擦洗环境，扩大规模也很简单，可以作为传统化学吸收系统的“临时替代物”，同时也为直接捕获空气提供了新的可能性。将CA固定在纺织品包装表面的薄涂层中，可以最大限度地减少酶的需求，将酶保留在吸收塔中，以获得高的催化效益和重复使用的寿命，并通过防止CA转移到其他单元操作，允许下游工艺的灵活性，例如，酶可能失活的高温解吸。壳聚糖包封法对棉纤维纺织品包装材料的CA的活性回收率至少为49%，活性保留率高于68%，且在10% K2CO3中40℃培养31天后活性恢复率高达41%。轻便的生物催化纺织品包装模块是坚固的，易于处理，没有尖锐的边缘或粉尘问题，可以伴随传统的金属包装或颗粒固定化酶。在实验室规模的逆流二氧化碳吸收试验中，在4升/分钟总气体流速下，CA固定纺织填料对单层和双层填料的平均二氧化碳吸收效率分别为52.3%和81.7%，而单层和双层无酶控制纺织填料的平均二氧化碳吸收效率分别为26.6%和46.4%，填充到等效单层填料高度的传统玻璃拉希格环的平均二氧化碳吸收效率为3.6%。即使在较低的液体流速下，纺织品填料在整个填料中表现出良好的溶剂分布，在不同的液体流速范围内，保持气体与湿固体接触面的均匀接触，导致强大的CO2捕获效率。经过5次洗涤、干燥、环境储存和66天的重新测试，生物催化纺织品包装保留了66%的初始CO2捕获性能。在使用新包装的单独测试中，在连续120小时的循环寿命测试后，观察到76.5%的性能保留。
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