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Rice 대학의 과학자들은 잠재적으로 확장 가능하고 에너지 효율적인 공정을 통해 목재를 건설에 사용하기 위해 더 강하게 만드는 방법을 알아냈습니다.
강철이나 시멘트와 같은 구조 재료는 비용과 이산화탄소 배출량 모두에서 높은 비용이 듭니다. 건물 건설 및 사용은 배출량의 약 40percent를 차지합니다. 기존 재료에 대한 지속 가능한 대안을 개발하면 기후 변화를 완화하고 이산화탄소 배출량을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
이 두 가지 문제를 동시에 해결하기 위해 재료 과학자인 Muhammad Rahman과 협력자들은 이산화탄소를 포집하는 결정질 다공성 물질의 분자를 목재에 통합하는 방법을 발견했습니다. 셀 리포트 물리 과학.
“목재는 우리가 이미 광범위하게 사용하고 있는 지속 가능하고 재생 가능한 구조 재료입니다.”라고 Rahman은 말했습니다. “우리의 공학 목재는 처리되지 않은 일반 목재보다 더 큰 강도를 나타냈습니다.”
위업을 달성하기 위해 목재에 강도를 부여하는 셀룰로오스 섬유 네트워크는 먼저 탈리그닌으로 알려진 과정을 통해 제거됩니다.
“나무는 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및 리그닌의 세 가지 필수 구성 요소로 구성되어 있습니다.”라고 Rahman은 말했습니다. “목재에 색을 입히는 것은 리그닌이기 때문에 빼면 나무가 무색이 됩니다. 리그닌 제거는 환경친화적인 물질을 이용한 2단계 화학 처리를 포함하는 상당히 간단한 과정입니다. 리그닌을 제거한 후 표백제를 사용합니다. 또는 헤미셀룰로오스를 제거하기 위한 과산화수소.”
다음으로 탈리그닌 처리된 목재를 캘거리 프레임워크 20(CALF-20)으로 알려진 금속-유기 프레임워크(MOF)의 미립자를 포함하는 용액에 담급니다. MOF는 이산화탄소 분자를 기공으로 흡착하는 능력에 사용되는 고표면적 흡착제 소재입니다. “MOF 입자는 셀룰로오스 채널에 쉽게 들어맞고 유리한 표면 상호 작용을 통해 부착됩니다.
MOF는 인위적인 기후 변화를 해결하기 위해 개발된 여러 초기 탄소 포집 기술 중 하나입니다. Rahman은 “현재로서는 이산화탄소 흡착제를 배치하기 위한 생분해성 지속 가능한 기질이 없습니다.”라고 말했습니다. “우리의 MOF 강화 목재는 다양한 이산화탄소 응용 분야에서 흡착제를 배치하기 위한 적응형 지원 플랫폼입니다.”
Roy는 “기존 MOF의 대부분은 다양한 환경 조건에서 그다지 안정적이지 않습니다.”라고 말했습니다. “일부는 습기에 매우 취약하며 구조 재료에서는 원하지 않습니다.”
그러나 CALF-20은 캘거리 대학의 George Shimizu 교수와 협력자들이 개발했으며 다양한 환경 조건에서 성능 수준과 다용성 측면에서 두각을 나타낸다고 Roy는 말했습니다.
“금속이나 시멘트와 같은 구조 재료의 제조는 산업 탄소 배출의 중요한 원인을 나타냅니다.”라고 Rahman은 말했습니다. “사용되는 물질과 부산물 처리 측면에서 우리의 프로세스는 더 간단하고 ‘친환경적’입니다.
“다음 단계는 이 물질의 확장성과 상업적 실행 가능성을 이해하기 위한 상세한 경제적 분석뿐만 아니라 격리 프로세스를 결정하는 것입니다.”라고 그는 덧붙였습니다.
Rahman은 Rice의 George R. Brown College of Engineering의 재료 과학 및 나노 공학 조교수입니다. Roy는 Rice의 재료 과학 및 나노 공학 연구 과학자입니다.
Shell Applied sciences(R66830)와 UES-Air Drive Analysis Laboratory(G10000097)가 연구를 지원했습니다.
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