美國一所大學(xué)最近研發(fā)出一種工藝，可將捕捉的二氧化碳壓入木材當(dāng)中，使木材變得更加堅(jiān)固耐用且環(huán)保。

    以材料科學(xué)聞名的美國百年老校——萊斯大學(xué)（Rice University），將木材處理成含有多孔結(jié)晶的新復(fù)合材料，不僅能吸收空氣中的二氧化碳，還能增強(qiáng)機(jī)械性能變得更堅(jiān)固。該項(xiàng)研究成果2023年2月發(fā)表在ScienceDirect網(wǎng)站的《細(xì)胞報(bào)告物理科學(xué)》期刊（Cell Reports Physical Science）上。

    木材主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素這三種成分構(gòu)成。研究人員為了增加木材中的毛細(xì)孔率，將木材放入氫氧化鈉（NaOH）和亞硫酸鈉組成溶液中，去除木材中的木質(zhì)素使其變成無色。

    隨后使用漂白劑或雙氧水去除半纖維素，最終留下木頭中的原始纖維素，讓木頭變成亮白色，且體積縮小至原本的50%。

    接下來，他們將處理過的木材泡在CALF-20類型的金屬有機(jī)骨架（MOF）溶液當(dāng)中，并放到80°C的環(huán)境下進(jìn)行真空干燥過夜，以實(shí)現(xiàn)CALF-20結(jié)晶微粒存留在木頭孔隙當(dāng)中，變成Wd-CALF-20復(fù)合材料。

    此時(shí)，木頭的體積會(huì)縮小，并從亮白色變成乳白色狀態(tài)，能夠開始捕捉空氣中的二氧化碳。

    論文中提到，一般的MOF是一種二維或三維多孔結(jié)晶材料，是主要用于捕捉二氧化碳的固體吸附劑，是一種新開發(fā)的碳捕獲技術(shù)。不過，普通的MOF在潮濕和多變的環(huán)境中不夠穩(wěn)定，容易降低它們捕獲二氧化碳的能力。

    這次實(shí)驗(yàn)選用CALF-20來帶替一般的MOF，原因是CALF-20擁有出色的優(yōu)先捕獲二氧化碳和不易吸收水汽、氮?dú)獾奶攸c(diǎn)。另外CALF-20還有高抗水性和可擴(kuò)展的性能，且能長期在濕酸性的環(huán)境中依然保持良好性能。

    另外，科學(xué)家們?yōu)榱嗽u估去木質(zhì)素的木材（d-Wd）、CALF-20和Wd-CALF-20復(fù)合材料的晶體性質(zhì)，將這些物體放入800°C的高溫還境下進(jìn)行熱穩(wěn)定性評估。

    在100°C的情況下，所有樣品都會(huì)失去5%至10%的重量，其原因是水分的釋放。當(dāng)環(huán)境溫度提升至320°C時(shí)，d-Wd開始出現(xiàn)分解現(xiàn)象，而CALF-20和Wd-CALF-20則在380°C左右開始快速分解和失重，這表明CALF-20比普通的d-Wd更耐高溫。

    另外，為了證明Wd-CALF-20具有較優(yōu)異的機(jī)械性能，對其進(jìn)行拉伸和壓力實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)Wd-CALF-20擁有比d-Wd更強(qiáng)的拉伸模量和強(qiáng)度。Wd-CALF-20可以承受高達(dá)75MPa的壓力，但d-Wd只能承受50MPa的壓力。

    報(bào)告中還提到，若對Wd-CALF-20復(fù)合材料進(jìn)一步壓縮、致密化，將獲得更好的機(jī)械性能。

    萊斯大學(xué)材料科學(xué)和納米工程的研究人員、該研究的主要作者蘇摩婆‧羅伊（Soumyabrata Roy）向萊斯大學(xué)新聞室解釋說，“普通的MOF在不同的環(huán)境條件下都不是很穩(wěn)定，在于它們很容易受潮，因此不少人不希望它們出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)材料中，但CALF-20卻能夠在各種環(huán)境條件下使用。”

    他說：“CALF-20顆粒很容易融入纖維素孔隙中，并有利于附著在纖維上面。目前還沒有可生物降解的、且能持續(xù)的吸附材料來吸收二氧化碳，因此這次選用CALF-20來增強(qiáng)木材適應(yīng)性。”

    萊斯大學(xué)材料科學(xué)助理教授穆罕默德‧拉赫曼（Muhammad Rahman）也對萊斯大學(xué)新聞室表示，“普通的木材是一種可持續(xù)、可再生結(jié)構(gòu)材料，而我們的工程木材則比那些普通未經(jīng)處理的木材擁有更高的強(qiáng)度。”

    拉赫曼說，“金屬或水泥等結(jié)構(gòu)材料的制造是工業(yè)碳排放的主要來源，就使用的物質(zhì)和加工副產(chǎn)品而言，我們的工藝更簡單且更環(huán)保。”

    目前該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)獲得美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室的支持。

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