生物启发膜分离并捕获温室气体

酶液膜设计及二氧化碳捕获和分离机制。桑迪亚/新墨西哥州大学通过形成8纳米直径的中孔来制造。使用原子层沉积和氧等离子体处理，除了孔隙表面的18nm深区域之外，硅基孔被设计成疏水性，该孔表面是亲水的。通过毛细血管缩合，碳酸酐酶和水自发地填充亲水性弥孔以形成稳定的酶阵列，其有效浓度大于溶液可实现的10倍。这些催化在上游表面处的二氧化碳的捕获和溶解和下游表面的二氧化碳再生。高酶浓度和短扩散路径最大化捕获效率和助焊剂。（图片由桑迪亚国家实验室提供）

桑迪亚国家实验室和新墨西哥大学的科学家们开发了一种生物学激发的薄膜几乎完全来自燃煤发电厂的烟雾的二氧化碳。

最近在自然通信中报告的专利工作，拥有兴趣和能源公司，希望大大降低二氧化碳排放，最普遍的温室气体之一，并探索本发明的其他可能用途。

麦片通过捕获90％的电厂二氧化碳生产，蛋白质符合90％的电厂二氧化碳生产，以每吨40美元的价格为40美元。

研究人员术语膜是一种“膜”，因为它像过滤器一样用酶，碳酸酐酶近饱和，通过活细胞开发的酶，以上数百万多年来，有助于有效且迅速地利用二氧化碳。

迄今为止，使用目前可用的厚实的固体聚合物膜剥离来自烟雾的二氧化碳已经过于昂贵，“新墨西哥大学教授和论文的牵头作者桑迪亚研究员杰夫布隆佩说。

“我们廉价的方法遵循大自然的领先优势，我们使用的水基膜仅为18纳米厚，该厚度掺入天然酶以捕获90％的二氧化碳释放。（纳米是人毛直径的约1/700。）这比目前的商业方法好70％，这是一小部分成本所做的。“

煤炭电厂是美国最大的能源生产商之一，但是他们被一些批评了一些用于比任何其他形式的电力发电送入大气中的多氧化碳。仍然，中国，印度和其他国家的煤炭燃烧意味着，仅美国禁欲就不可能解决世界的气候问题。

但是，布拉克说，“也许技术会。”

该器件的形成始于称为蒸发诱导的自组装的干燥过程，首先在Brinker 20年前在Sandia开发，并在自己的权利中进行了研究领域。

该程序创造了一个紧密填充的二氧化硅纳米孔阵列，设计用于容纳碳酸酐酶酶并保持稳定。这是在几个步骤中完成的。首先，可以用称为原子层沉积的技术处理，可以是100纳米的阵列，以使纳米孔表面水 - 厌恶或疏水。其次是氧等离子体处理，其覆盖水厌苦表面以使纳米孔的热爱或亲水性，但仅达到18纳米的深度。酶和水的溶液自发地填充并稳定在纳米孔的热爱部分内。这产生了厚的水18纳米膜，碳酸酐酶浓度大于迄今为止的水溶液的10倍。

解决方案，在家里的热爱袖子中，是稳定的。但由于酶的快速和选择性地溶解二氧化碳的能力，催化膜具有捕获压倒性大多数二氧化碳分子，这些二氧化碳分子从煤烟的上升云上刷出来。然后将钩状的分子快速通过膜通过，仅通过由膜的一侧的大量二氧化碳分子引起的天然存在的压力梯度驱动，并在其它上对其进行比较不存在。化学过程将气体短暂地将气体转化为碳酸，然后碳酸氢盐在退出下游作为二氧化碳气体之前。可以用99％的纯度收获气体 - 因此可以通过石油公司用于资源提取的纯净。其他分子通过膜的表面不受干扰。酶是可重复使用的，因为水用作介质而不是演员，因此不需要更换。

由于蒸发，纳米孔在长时间干燥。这将通过从已经安装在发电厂的下水浴上升的水蒸气来检查，以减少硫排放。并且，从使用随时间损坏的酶可以很容易地更换。

布朗特说，“非常高浓度的碳酸酐酶，以及水通道的薄度，导致通过膜的非常高的二氧化碳通量。碳酸酐酶浓度越大，助焊剂越大。薄膜较薄，助焊剂越大。“

在发电站的烟道中的膜的布置就像汽车中的催化转化器一样，建议布拉克。膜将坐在像蜂窝状的管的内表面上。烟道气将流过膜嵌入式管，在管外部的无二氧化碳气流。改变管长度和直径将优化二氧化碳提取过程。

“能源公司和石油和石油和天然气公用事业表示兴趣优惠优化具体条件的燃气过滤器，”苏珊雷普斯，桑德尼亚研究员和共同作者表示，建议并开发了将碳酸酐酶插入水溶液中以提高速度的理念通过其中可以从膜上释放和释放二氧化碳。“酶可以催化每秒溶解百万二氧化碳分子，大大提高了该方法的速度。随着行业的优化，膜可以使电力生产便宜和绿色，“她说。

分离过程可以增加通过注入现有储层的二氧化碳增强的溢油所获得的燃料量。

她说，可以将甲烷 - 一种甚至更有效的温室气体转化为甲烷 - 一种甚至更有效的温室气体，以便更加溶于甲醇。

新墨西哥州教授和卷冰江的兴建，兴冰江，崛起的烟雾，烟雾升高的烟雾将足够清洁，不足以造成显着的膜效率。人体分离二氧化碳的过程。膜在实验室环境中有效地运行了几个月。

作者提到了该方法在航天器上螯合在航天器上的二氧化碳，因为膜在环境温度下运行，并且仅通过化学梯度驱动。

桑迪亚实验室指导研发的工作最初是支持的，额外资金来自科学研究和空军学院的科学研究。这些作品部分地部于由Sandia和Los Alamos国家实验室运营的科学用户设施办公室的集成纳米技术中心。

出版物：Yaqin Fu，等人，“用于二氧化碳分离和捕获的超薄酶液膜”自然通信，第9卷，物品编号：990（2018）DOI：10.1038 / S41467-018-03285-x