Vous pouvez fabriquer des filtres à dioxyde de carbone avec un 3D

Université d'État de Caroline du Nord

Dans une nouvelle étude, des chercheurs de la North Carolina State University ont démontré qu'il est possible de fabriquer des filtres de capture de dioxyde de carbone à l'aide de l'impression 3D. Plus précisément, ils ont imprimé un matériau hydrogel pouvant contenir de l'anhydrase carbonique, une enzyme qui accélère une réaction qui transforme le dioxyde de carbone et l'eau en bicarbonate.

Les résultats, publiés dans la revue Gels, suggèrent que l'impression 3D pourrait être une méthode plus rapide et plus polyvalente pour créer des conceptions de filtres.

"Ce processus de fabrication, utilisant l'impression 3D, rend tout plus rapide et plus précis", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Jialong Shen, professeur assistant de recherche en ingénierie textile, chimie et science à NC State. "Si vous avez accès à une imprimante et aux matières premières, vous pouvez fabriquer ce matériau fonctionnel."

Dans l'étude, des chercheurs du NC State Wilson College of Textiles ont mélangé une solution contenant deux composés organiques différents - ou "l'encre" d'impression - et une enzyme appelée anhydrase carbonique. Les chercheurs ont ensuite imprimé des filaments filamenteux de l'hydrogel dans une grille bidimensionnelle tout en solidifiant la solution avec de la lumière UV au fur et à mesure de son impression.

"Nous avons formulé l'hydrogel d'une manière qui serait mécaniquement suffisamment solide pour être imprimé en 3D, et également extrudé en un filament continu", a déclaré Shen. "L'inspiration derrière notre conception était nos propres cellules, qui contiennent des enzymes emballées dans des espaces compartimentés, remplis d'un fluide. Ce type d'environnement est bon pour aider les enzymes à faire leur travail."

Les chercheurs ont testé les propriétés du matériau pour comprendre dans quelle mesure il se plie et se tord, et ont étudié les performances de capture du carbone du filtre. Dans une expérience à petite échelle, ils ont découvert que le filtre capturait 24 % du dioxyde de carbone dans un mélange gazeux. Bien que le taux de capture soit inférieur à ce qu'ils ont atteint dans les conceptions précédentes, le filtre mesurait moins d'un pouce (2 centimètres) de diamètre, et il pouvait être agrandi et dans différentes formes modulaires afin de les empiler dans une grande colonne. . Cela pourrait augmenter l'efficacité de la capture, ont déclaré les chercheurs.

"Afin d'obtenir un taux de capture plus élevé, nous aurions besoin d'agrandir le diamètre du filtre ou d'empiler plus de filtres les uns sur les autres", a déclaré Shen. "Nous ne pensons pas que ce soit un problème; il s'agissait d'un test initial à petite échelle pour faciliter les tests."

Les chercheurs ont également testé la durabilité de la filtration du matériau et ont découvert qu'il conservait 52 % de ses performances initiales de capture du carbone après plus de 1 000 heures.

"Ce travail n'en est encore qu'à ses débuts, mais nos découvertes suggèrent qu'il existe de nouvelles façons de fabriquer des matériaux pour les dispositifs de capture du carbone", a déclaré Sonja Salmon, co-auteure correspondante de l'étude, professeure agrégée d'ingénierie textile, de chimie et de science à NC State. "Nous offrons de l'espoir pour la capture du carbone."

L'étude, "Filaments flexibles d'hydrogel extrudé PEG-DA/PEO extrudés par PEG-DA/PEO renforcés par l'anhydrase carbonique pour la capture du CO₂", a été publiée en ligne dans Gels. Les co-auteurs comprenaient Sen Zhang et Xiaomeng Fang. Le financement a été fourni par la North Carolina State University, la Novo Nordisk Foundation et l'Alliance for Sustainable Energy, LLC, entrepreneur de gestion et d'exploitation du National Renewable Energy Laboratory du Département américain de l'énergie.

-oleniacz-

Remarque aux rédacteurs :Le résumé de l'étude suit.

Filaments flexibles d'hydrogel extrudé PEG-DA/PEO à réticulation UV améliorés à l'anhydrase carbonique et grilles durables pour la capture de CO ₂

Auteurs : Jialong Shen, Sen Zhang, Xiaomeng Fang et Sonja Salmon

Publié: 16 avril 2023, Gels

EST CE QUE JE:10.3390/gels9040341

Abstrait: Dans cette étude, poly (éthylène glycol) diacrylate/poly (oxyde d'éthylène) (PEG-DA/PEO) hydrogels de réseau polymère interpénétrant (IPNH) ont été extrudés en filaments 1D et grilles 2D. La pertinence de ce système pour l'immobilisation d'enzymes et l'application de capture de CO2 a été validée. La composition chimique de l'IPNH a été vérifiée par spectroscopie par FTIR. Le filament extrudé avait une résistance à la traction moyenne de 6,5 MPa et un allongement à la rupture de 80 %. Le filament IPNH peut être tordu et plié et convient donc à un traitement ultérieur à l'aide de méthodes de fabrication textile conventionnelles. La récupération initiale de l'activité de l'anhydrase carbonique (CA) piégée, calculée à partir de l'activité estérase, a montré une diminution avec une augmentation de la dose d'enzyme, tandis que la rétention d'activité des échantillons à forte dose d'enzyme était supérieure à 87 % après 150 jours de lavages et de tests répétés. Les grilles IPNH 2D qui ont été assemblées dans des garnitures structurées en rouleau en spirale ont montré une efficacité de capture de CO2 accrue avec l'augmentation de la dose d'enzyme. Les performances de capture de CO2 à long terme de l'emballage structuré IPNH immobilisé par CA ont été testées dans une expérience de recirculation de solvant continue pendant 1032 h, où 52 % de la performance initiale de capture de CO2 et 34 % de la contribution enzymatique ont été conservés. Ces résultats démontrent la faisabilité de l'utilisation d'une réticulation UV rapide pour former des hydrogels immobilisés par une enzyme par un processus d'extrusion géométriquement contrôlable qui utilise des polymères linéaires analogues à la fois à des fins d'amélioration de la viscosité et d'enchevêtrement de la chaîne, et permet d'obtenir une rétention d'activité élevée et une stabilité des performances du CA immobilisé. . Les utilisations potentielles de ce système s'étendent aux encres d'impression 3D et aux matrices d'immobilisation d'enzymes pour des applications aussi diverses que les réacteurs biocatalytiques et la fabrication de biocapteurs.

Gélules

10.3390/gels9040341

Filaments flexibles d'hydrogel extrudé PEG-DA/PEO à réticulation UV améliorée par l'anhydrase carbonique et grilles durables pour la capture du CO₂

16-Avr-2023

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