工程木材在捕获二氧化碳的同时变得更强壮

莱斯大学的科学家们已经找到了一种方法，通过一种潜在的可扩展、节能的工艺来设计木材来捕获二氧化碳，这也使材料在建筑中使用时更坚固。

钢铁或水泥等结构材料在美元和二氧化碳排放方面都付出了高昂的成本;建筑施工和使用估计占排放量的40%。开发现有材料的可持续替代品有助于缓解气候变化并减少二氧化碳排放。

根据发表在Cell Reports Physical Science上的一项研究，材料科学家穆罕默德·拉赫曼(Muhammad Rahman)及其合作者找到了一种将二氧化碳捕获结晶多孔材料分子掺入木材的方法。

“木材是一种可持续的可再生结构材料，我们已经广泛使用，”拉赫曼说。“我们的工程木材确实比未经处理的普通木材表现出更大的强度。

为了实现这一壮举，首先通过称为脱木素的过程清除赋予木材强度的纤维素纤维网络。

“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。木质素是赋予木材颜色的原因，所以当你把木质素取出时，木材会变成无色的。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是高表面积吸附材料，用于将二氧化碳分子吸附到其孔隙中的能力。“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，”莱斯研究科学家，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，没有可生物降解的可持续基质来部署二氧化碳吸附剂材料，”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不是很稳定，”罗伊说。“有些非常容易受到潮湿的影响，你不希望在结构材料中这样做。

然而，由卡尔加里大学教授George Shimizu及其合作者开发的CALF-20在各种环境条件下的性能水平和多功能性方面都非常突出，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，”他补充说。

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