通过结合金属有机框架(metal–organic framework,MOF),可以捕获二氧化碳的工程木材已经被发明出来。研究人员称,这种材料比未经处理的木材表现出更大的强度,通过降低排放和成本,可以使建筑行业更节能、更环保。
德克萨斯莱斯大学助理研究教授、该研究的通讯作者、材料科学家、纳米工程师穆罕默德•拉赫曼说,金属或水泥等结构材料的制造是工业碳排放的一个重要来源。就使用的物质和加工副产品而言,该项目的工艺更简单、更环保。
分析显示,开发可持续的金属和水泥替代品很重要,因为建筑物的建造和使用占人为温室气体排放的40%以上。
木材的三种主要成分是纤维素纤维,为材料提供强度,木质素(赋予木材颜色的芳香生物聚合物)和半纤维素,这是一种多糖基质,可以增强细胞壁。木材的机械性能源于纤维素纤维,而木质素是聚合物基体,它固定纤维素纤维并将负载转移到纤维素上。
为了创造他们的增强产品,莱斯大学的团队开始从木材中去除木质素。一旦木质素通过简单且“无害环境”的两步化学处理被提取出来,材料就会变成无色的。然后,研究小组使用漂白剂或双氧水去除半纤维素,最后将去木质素的木材置于含有MOF称为Calgary框架20 (CALF-20)的微粒的溶液中。与许多现有的MOF不同,CALF-20可以应对水分,同时还能吸收二氧化碳。拉赫曼说,含有10% CALF-20的功能性木材在室温下可以捕获0.45 mmol/g二氧化碳。
拉赫曼解释说,由于纤维素比木质素强得多,当木质素从木材中取出后,这种材料被压缩后会显示出更好的机械性能。当加入了MOF(它比木质素更强更硬),根据复合材料的混合规则,木材- MOF复合材料的性能变得更好。”
然而,为了推动这项技术的发展,研究小组承认,确定封存过程并进行详细的经济分析将是很重要的,这些分析可以阐明这种材料是否可扩展和商业可行性。