通過結合金屬有機框架(metal–organic framework,MOF),可以捕獲二氧化碳的工程木材已經被發明出來。研究人員稱,這種材料比未經處理的木材表現出更大的強度,通過降低排放和成本,可以使建筑行業更節能、更環保。
德克薩斯萊斯大學助理研究教授、該研究的通訊作者、材料科學家、納米工程師穆罕默德?拉赫曼說,金屬或水泥等結構材料的制造是工業碳排放的一個重要來源。就使用的物質和加工副產品而言,該項目的工藝更簡單、更環保。
分析顯示,開發可持續的金屬和水泥替代品很重要,因為建筑物的建造和使用占人為溫室氣體排放的40%以上。
木材的三種主要成分是纖維素纖維,為材料提供強度,木質素(賦予木材顏色的芳香生物聚合物)和半纖維素,這是一種多糖基質,可以增強細胞壁。木材的機械性能源于纖維素纖維,而木質素是聚合物基體,它固定纖維素纖維并將負載轉移到纖維素上。
為了創造他們的增強產品,萊斯大學的團隊開始從木材中去除木質素。一旦木質素通過簡單且“無害環境”的兩步化學處理被提取出來,材料就會變成無色的。然后,研究小組使用漂白劑或雙氧水去除半纖維素,最后將去木質素的木材置于含有MOF稱為Calgary框架20 (CALF-20)的微粒的溶液中。與許多現有的MOF不同,CALF-20可以應對水分,同時還能吸收二氧化碳。拉赫曼說,含有10% CALF-20的功能性木材在室溫下可以捕獲0.45 mmol/g二氧化碳。
拉赫曼解釋說,由于纖維素比木質素強得多,當木質素從木材中取出后,這種材料被壓縮后會顯示出更好的機械性能。當加入了MOF(它比木質素更強更硬),根據復合材料的混合規則,木材- MOF復合材料的性能變得更好。”
然而,為了推動這項技術的發展,研究小組承認,確定封存過程并進行詳細的經濟分析將是很重要的,這些分析可以闡明這種材料是否可擴展和商業可行性。