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《中国科学报》:用薄膜对抗气候变化

发布时间:2016-09-29 浏览次数:1183 来源:《中国科学报》

收集空气中的二氧化碳排放是对抗气候变化的另一个途径。科学家们想了很多办法来回收空气中的二氧化碳。近日,来自美国新墨西哥大学和桑迪亚国家实验室的科学家们研究出了一种高效低成本的技术,利用一种像气泡一样的超薄薄膜,收集空气里的二氧化碳。

众所周知,泡沫的结构是十分脆弱的,因此为了防止薄膜的破裂造成二氧化碳的泄漏,研究人员用纳米孔硅基材料对薄膜进行了加固。因此薄膜结构分成两部分,一个厚层不溶于水,一个薄层液体层则用来吸水。


薄膜的液体层厚度仅仅是肥皂泡的1/10,里面添加了碳酸酐酶,二氧化碳在穿过薄膜时将被捕获并分解,与此同时,氮气和氧气将顺利通过。碳酸酐酶常见于人体肌肉、血液和肺部,帮助体内组织排除二氧化碳。材料的纳米孔结构也为碳酸酐酶提供了一个不同寻常的环境,研究人员使用分子模拟技术进行了实验,想找出碳酸酐酶在拥挤空间内的性能表现。


实验表明,尽管纳米孔比碳酸酐酶本身大不了多少,但部分碳酸酐酶还是可以挤在纳米孔内进行二氧化碳催化分解工作。纳米孔结构有助于保护碳酸酐酶,这意味着它们将比平时拥有更高的分解效率和活跃度,这一状态可以持续数月之久,甚至在温度高达60°时也能保持该状态。

研究人员称,该薄膜与其他二氧化碳回收膜相比,捕获效率要高上10到100倍,分解效率高上100倍。

在实验室取得成功后,研究人员将在发电厂进行该薄膜的二氧化碳捕获实验。

大气里的二氧化碳主要由含碳物质燃烧和动物的新陈代谢产生。散布在大气中的二氧化碳有75%被海洋、湖泊、河流等地面的水及空中降水吸收并溶解于水中,还有5%的二氧化碳通过植物光合作用,转化为有机物质贮藏起来。这就是二氧化碳占空气成分0.03%(体积分数)始终保持不变的原因。

但研究表明,随着人类生产活动的日益加剧,排放到大气中的二氧化碳量日益增多,二氧化碳排放过多最大的危害是导致温室效应。二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能,它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩,使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间扩散,其结果是地球表面变热。

利用像气泡一样的超薄薄膜,高效收集空气里的二氧化碳,或许对气候变暖能起到一定的缓解作用。