Uma pesquisadora da Universidade de Ciência e Tecnologia do Missouri e sua equipe estão desenvolvendo tecnologia que pode ajudar a manter os astronautas protegidos do acúmulo de dióxido de carbono durante o vôo e a bordo da Estação Espacial Internacional.

Dra. Fateme Rezaei, professor assistente de engenharia química e bioquímica no Missouri S&T, e a equipe desenvolveu "estruturas robustas" em configurações mecanicamente fortes que são comparáveis ​​aos pós na adsorção de CO2. Suas descobertas foram relatadas no American Chemical Society's Materiais Aplicados e Interfaces publicações em setembro de 2016 e fevereiro de 2017.

Além de manter os astronautas seguros, a tecnologia pode melhorar a confiabilidade e a eficiência dos sistemas atuais de remoção de CO2. O trabalho também pode levar ao desenvolvimento de sistemas adsorventes econômicos e eficientes em termos de energia para a purificação de outros fluxos de gás. Os processos de separação de gás industrial incluem purificação de gás natural, separação de olefina / parafina e separação de gás hidrogênio.

No estudo publicado em setembro, A equipe de Rezaei fez monólitos de zeólitos impressos em 3-D 13X e 5A com novas estruturas - favos de mel em padrões de hachura - para capturar CO2 do ar. ("13X" e "5A" são nomes comerciais de dois tipos de materiais zeólitos.)

Os resultados indicaram que monólitos impressos em 3-D com altas cargas de zeólito mostram capacidades de adsorção comparáveis ​​àquelas de sorventes em pó, ela diz. As capacidades de adsorção de monólitos 5A e 13X foram 1,59 e 1,60 milimol por grama, respectivamente, usando 5, 000 ppm (0,5 por cento) de CO2 em nitrogênio à temperatura ambiente.

Os experimentos mostram uma dinâmica relativamente rápida para estruturas monolíticas, Rezaei diz. Os monólitos de zeólito impressos mostram boa estabilidade mecânica que, eventualmente, pode evitar problemas de atrito e poeira que são encontrados em grânulos tradicionais e sistemas de empacotamento de grânulos.

"A técnica de impressão 3-D oferece uma alternativa, abordagem econômica e fácil para fabricar adsorventes estruturados com estruturas ajustáveis, propriedades químicas e mecânicas para uso em processos de separação de gases, " ela diz.

No estudo publicado em fevereiro, a equipe então fez outros tipos de monólitos adsorventes de CO2 com o mesmo método de impressão 3-D. Os monólitos foram fabricados com aminas suportadas em sílica (aminossílica). Essa classe de materiais tem mostrado desempenho promissor na captura de CO2 de fluxos de gás. Como zeólitas, Os adsorventes de aminossílica impressos em 3-D exibiram características adsorventes semelhantes aos seus análogos em pó.

A quantidade de CO2 removida por cada favo de mel depende de sua "capacidade de adsorção, "Rezaei diz, que é definido como um milimol de CO2 por quilograma do adsorvente. A remoção do dióxido de carbono pelo monólito é um processo cíclico, o que significa que uma vez que é adsorvido e o monólito está saturado, deve ser aquecido para remover o CO2 adsorvido para iniciar o próximo ciclo.

Essas abordagens são muito escaláveis ​​em comparação com grânulos ou pelotas, Rezaei diz.

Para os aminopolímeros PEI e TEPA, extrusão direta dos materiais pré-fabricados em um monólito foi considerada a melhor maneira de formular esses adsorventes. Para APS, a pós-funcionalização de um monólito de sílica simples foi uma estratégia viável para sua formulação.

“Mais trabalho deve ser feito para otimizar ainda mais a pasta e as condições de impressão para essa classe de materiais, "Rezaei diz." No geral, com base em nossas descobertas, a técnica de impressão 3-D parece ser um método promissor para moldar adsorventes à base de amina em contatores práticos, como monólitos que podem ser facilmente aplicados a processos de separação de gás em grande escala. "