Una ricercatrice della Missouri University of Science and Technology e il suo team stanno sviluppando una tecnologia che potrebbe aiutare a proteggere gli astronauti dall'accumulo di anidride carbonica durante il volo ea bordo della Stazione Spaziale Internazionale.

Dottor Fateme Rezaei, assistente professore di ingegneria chimica e biochimica presso Missouri S&T, e il team ha sviluppato "strutture robuste" in configurazioni meccanicamente resistenti che sono paragonabili alle polveri nell'adsorbimento di CO2. I loro risultati sono stati riportati nell'American Chemical Society's Materiali applicati e interfacce pubblicazioni di settembre 2016 e febbraio 2017.

Oltre a proteggere gli astronauti, la tecnologia può migliorare l'affidabilità e l'efficienza degli attuali sistemi di rimozione della CO2. Il lavoro potrebbe anche portare allo sviluppo di sistemi adsorbenti economici ed efficienti dal punto di vista energetico per la purificazione di altri flussi di gas. I processi di separazione del gas industriale includono la purificazione del gas naturale, separazione olefina/paraffina e separazione del gas idrogeno.

Nello studio pubblicato a settembre, Il team di Rezaei ha realizzato monoliti di zeolite 13X e 5A stampati in 3D con nuove strutture, a nido d'ape in schemi a campitura incrociata, per catturare la CO2 dall'aria. ("13X" e "5A" sono nomi commerciali di due tipi di materiali zeolitici.)

I risultati hanno indicato che i monoliti stampati in 3D con elevati carichi di zeolite mostrano capacità di adsorbimento paragonabili a quelle degli assorbenti in polvere, lei dice. Le capacità di assorbimento dei monoliti 5A e 13X erano 1,59 e 1,60 millimoli per grammo, rispettivamente, usando 5, 000 ppm (0,5 percento) di CO2 in azoto a temperatura ambiente.

Gli esperimenti mostrano dinamiche relativamente veloci per strutture monolitiche, dice Rezaei. I monoliti di zeolite stampati mostrano una buona stabilità meccanica che alla fine può prevenire problemi di attrito e polvere che si verificano nei tradizionali sistemi di confezionamento di pellet e perline.

"La tecnica di stampa 3D offre un'alternativa, approccio conveniente e facile per fabbricare adsorbenti strutturati con struttura sintonizzabile, proprietà chimiche e meccaniche per l'uso nei processi di separazione dei gas, " lei dice.

Nello studio pubblicato a febbraio, il team ha quindi realizzato altri tipi di monoliti adsorbenti di CO2 con lo stesso metodo di stampa 3D. I monoliti sono stati fabbricati utilizzando ammine supportate da silice (aminosilica). Questa classe di materiali ha mostrato prestazioni promettenti nel catturare la CO2 dai flussi di gas. Come le zeoliti, Gli adsorbenti di aminosilice stampati in 3D hanno mostrato caratteristiche adsorbenti simili ai loro analoghi in polvere.

La quantità di CO2 rimossa da ciascun favo dipende dalla sua "capacità di adsorbimento, "Rezaei dice, che è definito come un millimol di CO2 per chilogrammo dell'adsorbente. La rimozione dell'anidride carbonica da parte del monolite è un processo ciclico, il che significa che una volta adsorbito e saturato il monolite, dovrebbe essere riscaldato per rimuovere la CO2 adsorbita per avviare il ciclo successivo.

Questi approcci sono molto scalabili rispetto a perline o pellet, dice Rezaei.

Per gli aminopolimeri PEI e TEPA, L'estrusione diretta dei materiali prefabbricati in un monolite è risultata essere il modo migliore per formulare questi adsorbenti. Per l'APS, la post-funzionalizzazione di un monolite di silice nuda era una strategia praticabile per la loro formulazione.

"Bisogna lavorare di più per ottimizzare ulteriormente la pasta e le condizioni di stampa per questa classe di materiali, " dice Rezaei. "Nel complesso, sulla base delle nostre scoperte, la tecnica di stampa 3D sembra essere un metodo promettente per modellare adsorbenti a base di ammine in contattori pratici, come monoliti che possono essere facilmente applicati a processi di separazione dei gas su larga scala".