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如今，全球变暖对人类构成了巨大挑战。大气中过多的二氧化碳（CO2）导致温室效应，进而使地球变暖。然而，科学家至今未找到有效的对策。最新研究表明，北卡罗来纳州立大学的学者们利用3D打印技术，或许能够制造出可行的二氧化碳捕获过滤器。
全球变暖主要原因在于工业生产中的二氧化碳过量排放，尤其是与石油相关的产业。根据美国国家海洋和大气管理局(NOAA)全球监测实验室的年度报告显示，2022年全球大气中二氧化碳平均浓度达417.06百万分率，比工业化前水平增长超过50%。海洋的二氧化碳浓度也上升了30%。面对这个困境，寻找并储存已有碳元素成为一项艰巨任务。虽然理论上我们应该停止使用化石燃料，但很多人担心这会影响我们的生活方式。因此，科学家们正在积极研究如何捕获和储存已有碳元素。
近日，北卡罗来纳州立大学的研究人员证实了利用3D打印技术制造二氧化碳捕获过滤器的可行性。他们通过3D打印一种特殊的水凝胶材料，将其拟合碳酸酐酶。这一步骤非常关键，因为该酶能够加速二氧化碳与水转化为碳酸氢盐的反应。
北卡罗来纳州立大学纺织工程、化学和科学助理研究教授、该研究项目负责人Jialong Shen解释道：“借助3D打印技术，我们不仅能提高生产速度和产品精度，只需一台打印机加上原材料，便可制造出这种功能材料。我们成功将水凝胶调配成具备满足3D打印要求的力学强度，并且可以挤压成连续的线形。”
研究人员采用一种更快、更通用的方法制造二氧化碳过滤器，类似于材料喷射，即通过使用两种不同的有机化合物和碳酸酐酶，创造出一种3D打印“墨水”。然后，他们能够在二维网格上打印出线状水凝胶丝，并通过紫外光固化溶液。确保水凝胶具备足够强度以进行3D打印是非常重要的。
总体而言，他们似乎已经取得了成功。据一份新闻稿指出，在小规模实验中，他们能够捕获混合气体中24%的二氧化碳。尽管相较之前测试，这个结果较低，但可能是因为过滤器直径小于一英寸的缘故。此外，可以将过滤器设计得更大，以不同形状堆叠成大柱子的方式，以提高捕获效率。此外，在超过1000小时的耐久性测试中，它保持了52%的初始碳捕获性能。
共同通信作者、北卡罗来纳州立大学纺织工程、化学和科学副教授Sonja Salmon总结道：“尽管这项工作仍处于早期阶段，但我们的发现表明制造碳捕获装置的材料存在新的方法。这为碳捕捉提供了希望。”
通过运用3D打印技术，北卡罗来纳州立大学在二氧化碳捕获过滤器领域取得了潜在突破。这不仅能够应对全球变暖所带来的挑战，还能为碳捕获设备的制造开辟新途径。随着进一步研究的展开，我们有望看到更多基于3D打印技术的创新解决方案涌现，为环境保护做出贡献。3D打印技术的优势在于它可以快速、灵活地制造复杂形状的物体，并且减少了浪费和能源消耗。此外，3D打印技术还可以实现个性化定制，根据不同的需求进行设计和制造。
在二氧化碳捕获过滤器领域，通过3D打印技术可以实现更精确的控制和优化结构的设计。研究人员可以根据具体的应用需求，调整过滤器的孔径大小、形状和分布，以最大限度地提高捕获效率。此外，3D打印技术还可以实现材料的复合和功能集成，通过将不同的材料组合在一起，改善过滤器的性能和稳定性。
然而，要实现可扩展的制造过程和大规模生产，还需要解决一些挑战。例如，选择合适的材料，并开发出高效的3D打印工艺，以保证过滤器的质量和稳定性。此外，还需要优化设备和工艺参数，以提高制造效率和降低成本。
尽管还有许多工作要做，但3D打印技术为制造二氧化碳捕获过滤器带来了新的可能性。它不仅可以改善传统制造方法的局限性，还可以促进碳捕获技术的发展和应用。随着技术的不断进步和创新，我们有理由相信，3D打印技术将在环境保护和可持续发展领域发挥越来越重要的作用。
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