工程木材在吸收二氧化碳的同时变得更坚固
莱斯大学的科学家们已经找到了一种方法，通过一种具有潜在可扩展性的节能工艺来设计木材以捕获二氧化碳 ，该工艺还可以使材料更坚固以用于建筑。
钢铁或水泥等结构材料的成本和二氧化碳排放量都很高;建筑物的建造和使用估计占排放量的40% 。开发现有材料的可持续替代品可以帮助缓解气候变化和减少二氧化碳排放。
根据发表在Cell Reports Physical Science上的一项研究，材料科学家Muhammad Rahman和合作者致力于同时解决这两个问题， 他们找到了一种将捕获二氧化碳的结晶多孔材料分子结合到木材中的方法。
“木材是一种我们已经广泛使用的可持续、可再生结构材料，”拉赫曼说。“我们的工程木材确实表现出比普通未经处理的木材更高的强度。”
为了实现这一壮举，赋予木材强度的纤维素纤维网络首先通过称为脱木素的过程被清除。
“木材由三种基本成分组成：纤维素、 半纤维素和木质素，”拉赫曼说。“木质素赋予木材颜色，所以当你去除木质素时，木材就会变成无色。去除木质素是一个相当简单的过程，涉及使用对环境无害的物质进行两步化学处理。去除木质素后，我们使用漂白剂或过氧化氢去除半纤维素。”
接下来，将脱木素的木材浸泡在含有金属有机框架或MOF 微粒的溶液中，称为卡尔加里框架 20 (CALF-20)。MOF 是高表面积吸附剂 材料，用于将 二氧化碳分子吸附到其孔隙中。“MOF 颗粒很容易融入纤维素通道，并通过有利的表面相互作用附着在它们上面，”水稻研究科学家兼该研究的主要作者Soumyabrata Roy说。
MOF 是为应对人为气候变化而开发的几种新兴碳捕获技术之一。“目前，还没有可生物降解的、可持续的基质来部署二氧化碳吸附材料，”拉赫曼说。“我们的 MOF 增强木材是一个适应性强的支持平台，用于在不同的二氧化碳应用中部署吸附剂。”
“许多现有的 MOF 在不同的环境条件下都不是很稳定，”罗伊说。“有些非常容易受潮，你不希望它出现在结构材料中。”
然而，由卡尔加里大学教授George Shimizu 和合作者开发的 CALF-20， 在各种环境条件下的性能水平和多功能性方面都很突出，Roy 说。
“金属或水泥等结构材料的制造是工业碳排放的重要来源，”拉赫曼说。“就使用的物质和加工副产品而言，我们的工艺更简单、更‘环保’。
“下一步将是确定封存过程以及详细的经济分析，以了解这种材料的可扩展性和商业可行性，”他补充道。
拉赫曼是莱斯大学乔治·布朗工程学院材料科学和纳米工程助理研究教授。Roy 是莱斯大学材料科学和纳米工程的研究科学家。
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