Sie können Kohlendioxidfilter mit einem 3D-Drucker herstellen

"Dieses Herstellungsverfahren mit 3D-Druck macht alles schneller und präziser"

09.06.2023 - USA

Forscher der NC State University haben gezeigt, dass es möglich ist, Kohlendioxidabscheidefilter im 3D-Druckverfahren herzustellen.

Sen Zhang and Jialong Shen, NC State

In einer neuen Studie haben Forscher der North Carolina State University gezeigt, dass es möglich ist, Filter zur Abscheidung von Kohlendioxid mittels 3D-Druck herzustellen. Konkret druckten sie ein Hydrogelmaterial, das Kohlensäureanhydrase aufnehmen kann, ein Enzym, das eine Reaktion beschleunigt, bei der Kohlendioxid und Wasser in Bikarbonat umgewandelt werden.

Die Ergebnisse, die in der Fachzeitschrift Gels veröffentlicht wurden, deuten darauf hin, dass der 3D-Druck eine schnellere und vielseitigere Methode zur Herstellung von Filtern darstellen könnte.

"Dieses Herstellungsverfahren mit 3D-Druck macht alles schneller und präziser", sagte der Hauptautor der Studie, Jialong Shen, Assistenzprofessor für Textiltechnik, Chemie und Wissenschaft an der NC State. "Wenn man Zugang zu einem Drucker und den Rohstoffen hat, kann man dieses funktionale Material herstellen."

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In der Studie mischten die Forscher des NC State Wilson College of Textiles eine Lösung, die zwei verschiedene organische Verbindungen - die "Druckfarbe" - und ein Enzym namens Carbonic Anhydrase enthielt. Anschließend druckten die Forscher fadenförmige Fäden aus dem Hydrogel in ein zweidimensionales Gitter und verfestigten die Lösung während des Drucks mit UV-Licht.

"Wir haben das Hydrogel so formuliert, dass es mechanisch stark genug ist, um in 3D gedruckt zu werden, und dass es außerdem zu einem kontinuierlichen Faden extrudiert werden kann", so Shen. "Die Inspiration für unser Design waren unsere eigenen Zellen, in denen Enzyme in kompartimentierte Räume gepackt sind, die mit einer Flüssigkeit gefüllt sind. Diese Art von Umgebung ist gut geeignet, um Enzyme bei ihrer Arbeit zu unterstützen".

Die Forscher testeten die Eigenschaften des Materials, um herauszufinden, wie gut es sich biegen und verdrehen lässt, und untersuchten die Leistung des Filters bei der Kohlenstoffabscheidung. In einem Experiment in kleinem Maßstab stellten sie fest, dass der Filter 24 % des Kohlendioxids in einem Gasgemisch auffing. Die Abscheidungsrate ist zwar geringer als bei früheren Konstruktionen, aber der Filter hat einen Durchmesser von weniger als 2 cm und könnte größer und in verschiedenen modularen Formen hergestellt werden, um sie zu einer hohen Säule zu stapeln. Das könnte die Abscheidungseffizienz erhöhen, so die Forscher.

"Um eine höhere Abscheiderate zu erreichen, müssten wir den Filter im Durchmesser vergrößern oder mehr Filter übereinander stapeln", sagte Shen. "Wir glauben nicht, dass das ein Problem ist; dies war ein erster Test in kleinem Maßstab, um die Prüfung zu erleichtern.

Die Forscher testeten auch die Haltbarkeit des Materials und stellten fest, dass es nach mehr als 1.000 Stunden noch 52% seiner ursprünglichen Kohlenstoffabscheidungsleistung beibehielt.

"Diese Arbeit befindet sich noch in einem frühen Stadium, aber unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass es neue Wege gibt, Materialien für Kohlenstoffabscheidungsgeräte herzustellen", sagte die Mitautorin der Studie, Sonja Salmon, außerordentliche Professorin für Textiltechnik, Chemie und Wissenschaft an der NC State. "Wir geben Hoffnung für die Kohlenstoffabscheidung."

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